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1、浙江大学城市学院 周苏 教授,3.1 计算机网络技术 3.2 Web技术与多媒体技术,3.1 计算机网络技术 计算机网络是指若干个相互独立，相互连接的计算机的集合。该集合中的计算机是完整的计算机系统，并且在不同计算机之间能够进行信息交换。通过硬件 (通信设备和通信线路) 将各台计算机互相连接，通过软件实现各计算机间的信息交互。,3.1.1 计算机网络的功能与分类 计算机网络是由计算机系统 (主机) 、各种终端设备、各种通信控制设备 (如调制解调器、集线器、交换机、路由器以及各种接口设备等) 和通信线路四部分组成的。其中，主机和各种终端设备组成资源子网，主要进行数据处理；通信控制设备和通信线路组
2、成通信子网，主要进行数据的传输、转接和各种通信处理，保证可靠地实现数据通信。,(1) 计算机网络的主要功能 计算机网络的主要功能包括： 1) 数据通信。这是计算机网络最基本的功能，主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。用户可以在网上传送电子邮件、发布新闻消息、进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。,2) 资源共享。所谓资源是指构成系统的所有要素，包括软、硬件资源，如计算处理能力、大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息等。受经济和其他因素的制约，这些资源并非 (也不可能) 所有用户都能独立拥有，所以网络上的计算机不仅可以使用自身的资源，也可以共享网
3、络上的资源。因而增强了网络上计算机的处理能力，提高了计算机软硬件的利用率。,3) 增加可靠性，提高系统处理能力。一项复杂的任务可以划分成许多部分，由网络内各计算机分别协作并行完成有关部分，使整个系统的性能大为增强。,(2) 计算机网络的分类 按地理范围分，计算机网络通常分为局域网、城域网、广域网和因特网。 1) 局域网。覆盖范围在几千米以内，限于单位内部或建筑物内，常由一个单位投资组建，具有规模小、专用、传输延迟小的特征。 2) 城域网。覆盖范围一般是一个城市，介于局域网和广域网之间。城域网使用广域网技术进行组网。,3) 广域网。覆盖范围通常在数十千米以上，可以覆盖整个城市、国家，甚至整个世界
4、，具有规模大、传输延迟大的特征。广域网使用的传输装置和媒体通常专门部门提供。 4) 因特网。因特网已经形成覆盖全球的网络，包含着各种不同领域的应用系统，能够提供商务、政治、经济、文化、娱乐、新闻和科技等信息服务，实现全球信息资源的共享。,按传输介质，网络可以分为有线网和无线网。所谓传输介质是指数据传输系统中发送装置和接受装置间的物理媒体。 1) 有线网。采用有线介质连接，常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤维等。,2) 无线网。采用无线介质连接，目前主要采用三种技术：微波通信，红外线通信和激光通信。这三种技术都是以大气为介质的。其中微波通信用途最广。卫星网就是一种特殊形式的微波通信，它
5、利用地球同步卫星作中继站来转发微波信号，一个同步卫星可以覆盖地球的三分之一以上表面，三个同步卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。,3.1.2 通信方式 通信方式主要有移动、光纤、网络和卫星等。 1) 移动通信。是指利用无线频段，在移动物体 (如飞机、船舶、汽车等) 与固定地点之间，或移动体之间的通信。移动通信可以分为地面、海上和空中移动通信等。移动通信在通信领域中发展最快，随着人们越来越多地要求在任何地方、任何时间、以任何方式都能获得信息，移动通信的方式从简单的寻呼到多媒体的信息服务，从模拟电路到数字电路，通信的方式越来越多，技术越来越先进。,通信技术与计算机技术的结合，以及高速、有效、可靠的无
6、线数据传输技术的成熟，各种终端的处理能力与通信功能的日益完善，使移动通信得到了快速发展。,2) 光纤通信。是指以光波为载体，以光导纤维为传输媒介，和多种光电转换器件组成的通信系统。光纤通信有以下优点：一是通信量大。光纤以光波为载频，传输的频带宽，能够满足大容量的通信要求；二是传输距离远。由于光纤的基本材料玻璃的纯度极高，光波损耗很小，线路的中继站少，通信距离远；三是抗干扰能力强。光纤是一种非金属材料，传输的又是经过调制的光信号，它不受电磁等其他因素的干扰，所以抗电磁干扰能力比电信号传输大大提高；四是单位成本低。生产光纤的原料丰富且价廉。光纤通信正向长波长、网络化、高速化的方向发展。,3) 计算
7、机网络通信。是一种利用计算机网络，以存储转发形式交换各种电文、数据、传真、图像等数字化信息的交换系统。它的特点是方便、迅速、安全，通信双方不受时间、地点限制，不受终端设备和通信网络限制。网络通信系统为每个注册用户分配一个存储器空间，用户可以通过电话和分组网进入信箱系统，用自己的计算机向信箱系统取送信函。用户可自定发送和调阅文件的时间。与传统的通信方式相比，电子信箱 (E-mail) 既有信函方式的简便，又具备电话一样的速度，所以发展十分迅速。,4) 卫星通信。是利用人造地球卫星转发信号的无线电通信，是当前远距离及国际通信中一种先进的通信手段。卫星通信系统由通信卫星和地球站组成，地球站可以是固定
8、的也可以是移动的。由于卫星处在外太空，其通信有两个特点：一是组网灵活，抗干扰性强，可靠性高；二是频带宽，通信容量大。 此外，影响较大的还有传真通信、电视通信、电话通信等。从通信的发展趋势看，通信技术正向信息高速化、业务智能化、多媒体个人化三个方面发展。,3.1.3 包交换网 早期的计算机网络大部分是通过租用电话线路来建立连接的。电话交换设备 (既可能是机械的也可能是计算机化的) 选择特定的电话线，或称为线路，并把线路连接起来在打电话和接电话的人之间形成一条通路。这种中央控制的单线连接模式叫做线路交换。,虽然线路交换模式非常适用于电话，但它对大的网络间或网络群中的子网络之间的数据交换并不适用。在
9、每对发出者和接收者之间建立点到点的连接既不经济又难以管理。,因特网采用一种既经济又易于管理的技术在两点之间传输数据，这种模式叫做包交换。在包交换网络中，文件和信息被分解成包，在这些包上用表示信息源和目的地的代码打上电子标签。这些包在网络中从一台计算机传输到另一台计算机，直至到达目的地。目的地的计算机把这些包集中起来，并把每包中的信息重新集合成原先的数据。在包交换中，每个包从源到目的地的最佳路径是由途经的各个计算机决定的。,决定包的传送路径的计算机通常叫做路由器，确定最佳路径的程序叫做路由算法。图3.l给出了一个包交换网的例子。,图3.1 包交换网和信息包的传送,包交换有很多优点，其中的一个优点
10、是，长数据流可分解成易于管理的小数据包，小数据包沿着大量不同的路径进行传输，避免了网络中的交通拥挤。另一个优点是，在数据包到达目的地后，更换受损数据包的成本较低，因为如果一个数据包在传输途中被改变了，只要重新传输这个数据包就可以了。,最早的包交换网叫做ARPANET，仅连接了几个大学和研究中心。这种实验性的广域网 (WAN) 在几年内逐渐成熟起来，它采用的是网络控制协议 (NCP) 。所谓协议是一组规则的集合，它规定网络传输数据的格式和顺序，并检查这些数据中的错误。协议确定了数据的发送设备如何表示已经完成信息的发送，以及接收设备如何表示已经收到 (或没收到) 信息。,在ARPANET (后来发
11、展成为因特网) 的发展过程中开发出的开放式体系结构思想包括以下四个要点： 1) 独立的网络在连入另外的网络时不需要任何变化。 2) 没有到达目的地的信息包必须从其源节点重新传输。 3) 路由器计算机不保留处理过的信息包的信息。 4) 对网络没有全球化的控制。,3.1.4 协议层次模型 为了减少网络协议设计的复杂性，网络设计者并不是设计一个单一的、巨大的协议来为所有形式的通信规定完整的细节，而是把通信问题划分为许多个小问题，然后为每个小问题设计一个个单独的协议。这样做，使得每个协议的设计、分析、编码和测试都比较容易。例如将计算机网络用一串层次结构来考虑它的各种功能，每一层均有各自的任务。上、下层
12、间的关系是：上层发出要求和下层提供相应服务。,1) 邮政系统分层模型。为了便于理解协议分层的概念，我们以邮政系统为例进行说明。人们平常写信时都有个约定，这就是信件的格式和内容。首先，写信时必须采用双方都懂的语言文字和文体，开头是对方称谓，最后是落款等。这样，对方收到信后，可以看懂信中的内容，知道是谁写的，什么时候写的等等。当然还可以有其他的一些特殊约定，如书信的编号、间谍的密写等。,信写好之后，必须将信封装并交由邮局寄发，这样，寄信人和邮局之间也要有约定，即规定信封写法并贴邮票。邮局收到信后，进行信件的分拣和分类，然后交付有关运输部门，如航空信交民航，平信交铁路或公路运输部门等。这时，邮局和运
13、输部门也有约定，如到站地点、时间、包裹形式等。信件运送到目的地后再进行相反的过程，最终将信件送到收信人手中，收信人依照约定的格式阅读信件。,如图3.2所示，在整个过程中，主要涉及到了三个子系统，即用户子系统、邮政子系统和运输子系统。,图3.2 邮政系统分层模型,可以看出，各种约定都是为了达到将信件从一个源点送到某一个目的点这个目标而设计的，这就是说，它们是因信息的流动而产生的。可以将这些约定分为同等机构间的约定，如用户之间的约定、邮政局之间的约定和运输部门之间的约定，以及不同机构间的约定，如用户与邮政局之间的约定、邮政局与运输部门之间的约定等。,虽然两个用户、两个邮政局、两个运输部门分处甲、乙
14、两地，但它们都分别对应同等机构，同属一个子系统；而同处一地的不同机构则不在一个子系统内，而且它们之间的关系是服务与被服务的关系。很显然，这两种约定是不同的，前者为部门内部的约定，而后者是不同部门之间的约定。在计算机网络环境中，两台计算机中两个进程之间进行通信的过程与邮政通信的过程十分相似。用户进程对应于用户，计算机中进行通信的进程对应于邮局，通信设施对应于运输部门。,2) ISO/OSI模型。关于计算机网络的划分层次，在20世纪70年代网络发展的初期，各大公司都有各自的分法，但是，网络要求互相交往，必须有一个交互双方公认的层次模型。于是，在20世纪80年代，逐渐统一到ISO的七层OSI模型和T
15、CP/IP系统的四层模型上。,国际标准化组织的开放系统互连基本参考模型 (ISO/OSI模型) 是一个七层模型。其最高层为应用层，接着是表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层 (见图3.3) 。,图3.3 ISO/OSI模型,应用层是由在OSI环境中协同工作的应用实体组成的，下面六层和OSI所用的物理媒体逐层地向着应用层提供各应用实体间协同工作所需的各种服务。这里的应用实体可以理解为某个应用进程，如发送E-mail (电子邮件) 的进程。同样，在其他各个层次均有其相应的实体。上、下层之间的关系 (例如传输层和网络层间的关系) 可以用服务和接口来描述。,服务 (service) 表示
16、下层应向上层提供的什么服务，接口 (interface) 告诉上层实体如何去使用下层提供的服务。在不同主机间 (如主机A和主机B) 通信时，对等层次间 (如A的传输层和B的传输层间) 的关系用协议 (Protocol) 来规定。对等层协议只处理这一层次自己的事，与其他层次无关，只要求它能完成向其上层提供规定好的服务以及向其下层调用规定好的服务。,3) TCP/IP系统分层模型。支持因特网基本操作的协议是传输控制协议 (TCP) 和网际协议 (IP) ，它们建立了一些基本规则来确定数据的网络传输方式以及建立和断开网络连接的方式。TCP控制信息在因特网传输前的打包和到达目的地后的重组。IP控制信息包从源到目的地的传输路径，处理每个信息包的所有地址信息，确保每个信息包都打上正确的目的地地址标签。,TCP/IP系统由四个层次组成，应用层、传输层、网际 (因特网) 层和网络接口层，如图3.4所示。,图3.4 TCP/IP结构,这四个层次在相应的物理媒体上工作。在应用层，用户可调用各种应用程序去访问TCP/IP系统所提供的各种服务。在传输层，要根据应用要求为A，B双方应用实体提供端
