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信息技术4
第四章计算机网络与因特网
学习目的：
掌握局域网的特点与组成；了解构成广域网的远程数字通信线路的性能及几种常用的接入技术；初步了解TCP/IP协议的作用。
了解电子邮件系统和远程文件传输系统（FTP）的大体原理与工作过程。
初步理解网络信息安全措施如身份证。
学习重点：
局域网的特点与组成、广域网的远程数字通信线路的性能及几种常用的接入技术、IP地址的格式。
学习难点：
常用的接入技术。
4.1计算机网络基础
一、计算机网络的组成与分类
1。
什么是计算机网络
计算机网络定义：
利用通信设备、通信线路和网络软件，把地理上分散且各自具有独立工作能力的计算机（及其他智能设备）以相互共享资源（硬件、软件和数据等）为目的连接起来的一个系统。
计算机网络系统是一个集计算机硬件设备、软件系统、通信设施、网络信息为一体的，能够实现资源共享的现代化综合服务系统。
计算机网络的3个主要组成部分：
若干个主机（host）、一个通信子网、一系列的通信协议及相关的网络软件。
通信协议：
是通信双方事先约定好的必须遵守的规则（例如TCP/IP），用于主机与主机之间、主机与通信子网之间、通信子网中各结点之间的通信，是计算机网络必不可少的组成部分。
2。
计算机组网目的
计算机组网的目的
数据通信、资源共享、实现分布式的信息处理、提高计算机系统的可靠性和可用性。
3．计算机网络的分类
按网络所覆盖的地域范围分：
局域网（LocalAreaNetwork，简称LAN）、广域网（WideAreaNetwork，简称WAN）、城域网（MetropolitanAreaNetwork，简称MAN）。
按网络的使用性质分：
公用网、专用网。
按网络的使用范围和对象分：
企业网、政府网、金融网、校园网。
二、网络工作模式与网络服务
1．网络的工作模式
对等（peer-to-peer）模式
客户/服务器（C/S）模式
2．网络服务
网络用户在共享资源及数据通信等方面能够得到的新增功能，它是通过将网络上的许多计算机硬件、软件进行组合而实现的。
局域网服务包括：
文件服务，打印服务，消息服务，应用服务。
3．网络操作系统
4.2计算机局域网
一、局域网的特点与组成
1。
局域网的特点
计算机局域网定义LocalAreaNetwork，简称LAN
较小地域范围（10公里范围内）内的计算机网络，一般是一幢建筑物内或一个单位几幢建筑物内使用专用的高速通信线路把多台计算机相互连接互连成网。
计算机局域网主要特点
地理范围有限；网络中多台计算机共享一个传输介质，数据传输速率高（10Mbps～1Gbps）；能按广播方式或组播方式通信；通信延迟时间较低，可靠性较好（10-8～10-11）。
计算机局域网的组成
工作站（含网络接口卡）、服务器（含网络接口卡）、网络打印机、传输介质、网络互连设备（例如：
集线器，交换机）等。
网络工作站
一台独立的计算机使用电缆或其他通信介质与一个局域网进行了连接时，它就成为网络上的一个工作站，使用这台计算机的用户就成了一个网络用户。
工作站本身所具有的硬盘、光盘、程序、数据、打印机等都是该用户的本地资源，网络上其他工作站和服务器的资源称为网络资源。
网络服务器
网络中为所有用户提供应用软件服务及数据存储空间的计算机。
根据其提供的服务可以将服务器分为：
文件服务器、应用服务器、打印服务器。
网络打印机
为所有网络用户提供打印服务的一台共享的打印机。
通常它有一个打印队列，各个工作站发送来的打印文件均存储在打印队列中，然后逐个进行打印。
打印队列由打印服务器管理，打印服务器可以与文件服务器是同一台计算机，也可以是连接在网上的另一台专门的计算机。
2．局域网组成
局域网的组成
结点（node）
网络上的每一台设备，包括工作站、服务器以及打印机等都称为网络上的一个结点。
网卡（网络适配器）
网络上的每一个结点都有一块网络接口卡（简称网卡）。
网卡和电缆负责把结点与网络连接起来，将需要发送的数据从计算机传送到网络，需要接收的数据从网络传送到结点。
决定局域网性能的主要技术
用以传输数据的传输介质、用以连接各种设备的网络拓扑结构、对于共享资源（传输介质）的介质访问控制方法。
局域网的分类
按照使用的传输介质可分为：
有线网，无线网。
按照网中各种设备互连的拓扑结构可分为：
星型，环型，总线型，树型，混合型。
按照所使用的介质访问控制方法可分为：
以太网、交换式局域网、标记环网、FDDI网等。
网络传输介质：
数据传输的信道。
是局域网中各结点共享的资源。
分为：
有线局域网、无线局域网。
局域网拓扑结构
网络中各个结点相互连接的方法和形式。
分为：
总线型局域网、环型局域网、星型局域网、树型局域网、混合型局域网。
二、常用局域网简介
1．以太网（Ethernet）
拓扑结构：
总线结构。
物理结构：
以集线器为中心，网络中的每个结点通过网卡和网线（一般是5类双绞线）连接到集线器。
集线器：
简称Hub，用来连接网络中各个结点。
基本功能：
把一个端口接收到的信息向所有端口分发出去；能对接收到的信号进行放大，以扩大网络的传输距离，起着中继器的作用。
通信方式：
广播方式通信。
一个结点发送的信息，可以送达网上的所有其他结点。
结点之间传输数据时，计算机必须把数据分成一个一个帧（frame），每个结点每次只能使用总线传输一个帧，然后把总线的使用权交出来，这样就可以让所有结点公平地使用总线。
以太网卡：
按传输速度可以分为：
10M网卡、100M网卡、10/100M自适应网卡（目前使用最多）。
每块网卡有一个全球唯一的48位二进制数表示的MAC地址。
总线结构以太网的特点：
维护方便、增／删结点容易、轻负载时（结点少，或者信息发送不频繁）效率较高、重负载时，网络性能将急剧下降、以太网并不适合实时性要求较高的环境。
以太网总线的最高数据传输速率为：
10Mbps（10BASE-T）、100Mbps（100BASE-T）、1Gbps（千兆位）
交换式以太网：
一种交换式局域网。
拓扑结构：
星形结构。
物理结构：
以以太网交换器为中心，网络中的每个结点通过网卡和网线连接在交换器上，并通过交换器进行相互通信。
交换器从发送结点接收数据后，直接传送给指定的接收结点，不向任何其他结点传送数据。
交换式以太网与总线结构以太网的区别：
交换式以太网：
连接在交换器上每一个结点各自独享一定的带宽。
总线式以太网：
连接在集线器上所有结点共享一定的带宽（总线的带宽）。
2．光纤分布式数字接口网（FDDI）
FDDI拓扑结构：
环型，双环结构，每个设备可以挂接到两个环路结点上。
环上的结点依次获得对环路的访问权。
为提高可靠性，FDDI采用双环结构（分别称为主/副环），主环支持正常情况下的数据传输工作，副环作为—种冗余设施，保证在主环故障或者结点故障时环路仍然可以正常地工作。
FDDI使用的传输介质：
光纤。
传输速率为100Mb/s。
由于光纤特有的低损耗特性，使得线路的不间断距离增大，可用于长距离通信。
多模光纤可达2km，单模光纤可达100km。
具有高可靠性，数据传输的保密性。
FDDI网络可以覆盖较大的范围，能支持较高的数据传输速率（100Mb/s），实用中常用于构造局域网的主干部分，它把许多不同部门的局域网互相连接起来。
由于FDDI的帧格式和其他常用局域网的帧格式不同，因此与其他局域网进行互连时，需要通过网关或路由器才能实现。
3．无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）
局域网与无线通信技术相结合的产物。
采用红外线（IR）或者无线电波（RF）进行数据通信，能提供有线局域网的所有功能，同时还能按照用户的需要方便地移动或改变网络。
无线电波作为无线局域网的传输介质是目前用得最多的，它使用的无线电波频段主要是S频段（2.4GHz～2.4835GHz），它覆盖范围广，使用扩频方式通信时，抗干扰、抗噪声、抗衰落能力强，通信安全，基本避免了通信信号的偷听和窃取，具有很高的可用性。
无线局域网实现无线通信的设备：
无线网卡、无线HUB、无线网桥等。
无线局域网采用的协议主要有：
IEEE802.11、蓝牙（IEEE802.15）。
无线局域网技术的优点：
具有很好的灵活性，最大通信范围可达到几十公里，无线局域网的组建、配置和维护较容易。
无线局域网技术的缺点：
无线局域网还不能完全脱离有线网络，它只是有线网络的补充，产品比较贵，传输速度较慢（目前还达不到2Mbps）。
4.2.3局域网服务与软件
局域网服务
网络服务：
网络用户在共享资源及数据通信等方面能够得到的新增功能，它是通过将网络上的许多计算机硬件、软件进行组合而实现的。
局域网服务包括：
文件服务，打印服务，消息服务，应用服务
局域网服务
文件服务：
网络用户共享服务器或者其他工作站中存储的程序与数据。
•程序的共享
•数据文件共享
局域网服务
打印服务：
用户登录之后，工作站就与网络打印机实现了逻辑上的连接。
用户需要打印输出时，操作系统将会自动地把输出的文件送到网络打印机去。
对于每一个需要打印的文件，网络打印机按“先来先服务”的顺序将其存放在打印队列中，然后进行处理。
局域网服务
消息服务：
在网络用户之间传递文本、图像和声音（message），主动地处理网络用户之间的通信。
与文件服务不同，它不是简单地将数据文件保存起来，而是一个一个地传送并通知接收消息的用户。
电子邮件服务：
网络上有一台专门运行邮件服务器软件的计算机（称为邮件服务器），它的任务是控制电子邮件的流向和管理用户的邮箱；工作站上运行的是邮件客户程序，其任务是帮助每个用户阅读、编写、发送和接收邮件。
局域网服务
应用服务：
为网络用户运行软件的服务，即工作站需要执行的某一项任务，部分甚至全部都是由网络上的另一台计算机（称为应用服务器）完成的。
应用服务允许网络上的计算机相互间共享处理能力，协同完成特定的一项任务。
应用服务器
处理速度快、存储容量大的计算机，比用户工作站有更强的处理能力，一般配置优化的操作系统。
“客户/服务器”（Client-Server）模式，工作站运行的程序是“客户”，应用服务器运行的程序是“服务器”。
局域网服务
数据库服务器：
是一种目前广泛使用的应用服务器，它运行数据库管理系统软件，负责完成数据库中数据的存储、查询与检索，管理数据库中的数据，进行复杂的事务处理，保证数据的安全性。
网络工作站的客户程序只要说明数据处理的要求（例如检索或统计的要求），这些处理要求被传送到数据库服务器之后，由数据库服务器进行处理，所得到的结果再传送回客户程序，由客户程序以列表或图形方式显示给用户。
局域网软件
局域网软件的作用：
在计算机上安装和运行什么软件决定了一台计算机在局域网中的角色：
客户机/服务器。
服务器
提供共享资源（如磁盘空间、打印机、处理器等）的计算机
工作站（客户机）
使用服务器资源的计算机
局域网软件
局域网的工作模式：
对等（peer-to-peer）模式
网络中的每台PC机既可以作为工作站也可以作为服务器
客户/服务器模式
网络中每一台计算机都扮演着固定的角色，要么是服务器，要么是客户机。
扮演服务器角色的大多是一些专门设计的高性能的硬件，如文件服务器、打印服务器、数据库服务器等。
局域网软件
1）网络系统软件
网络操作系统：
网络操作系统是在普通操作系统的基础上，扩充了按照网络体系结构和协议所开发的软件模块而实现的。
网络操作系统功能：
网络管理、网络通信、网络服务、网络安全、网络应用
连接在网络上的计算机，必须安装网络操作系统才能进入网络并正常工作，即获得或提供网络服务。
局域网软件
应用于客户/服务器模式的网络操作系统包含两个部分：
–服务器软件
安装在服务器上，用于控制对服务器硬盘的访问，维护与管理打印队列，监测与记录用户的操作等
例如：
UNIX、LINUX、WindowsNTServer、WindowsXPServer、NetWare
–客户机软件
安装在每个工作站上，当工作站启动运行后，它将负责建立与网络上其他结点的连接，发出服务的请求，并接受其他结点的服务。
例如：
Windows98
局域网软件
现代操作系统都具有一定的网络通信和网络服务功能。
例如安装了Windows98操作系统的计算机，它们可以互相连接构成一个对等模式网络（只提供文件共享和打印共享两种服务）。
局域网软件
2）网络应用软件
通常为单机工作设计的应用软件，大多数都可以安装在网络服务器上，当工作站发出请求时，服务器就把它的一个拷贝发送到工作站的内存中并启动运行。
这需要购买该软件的网络使用许可证。
适合于多个网络用户在网络上协同完成一个特定任务的网络应用软件：
群件，工作流
局域网软件
群件（例如：
Domino）
一种特殊的应用软件，通过对工作组的通信、调度及文档的共享来支持工作组成员的协同工作。
工作流软件（例如：
LotusNotes）
工作流软件能使文档在指定用户范围内自动进行流转和处理，它能按照规定的顺序和时间，自动地把文档从一个用户传送给另外一个用户。
局域网软件
工作流软件与群件比较：
相同点：
都适用于通过网络进行协同工作。
不同点：
工作模式有差异
群件采用信息集中模式：
多个用户通过网络同步地进行协同工作
工作流软件采用过程集中模式：
多个用户通过网络异步地进行协同工作
4.2.4局域网的扩展与互连
局域网扩展与互连所使用的设备
•中继器
•网桥
使用中继器进行互连
中继器（Repeater）：
也称转发器。
把接收到的信号整形放大后继续进行传送，起到一个信号“接力”的作用。
用于连接同类型的两个局域网或者延伸一个局域网的范围，当安装一个局域网而物理距离又超过了线路的规定长度时，就可以用它进行延伸。
中继器工作在网络的物理层，只放大信号，不能隔离不同网段之间不必要的网络数据流量，但结构简单，价格便宜，安装容易。
使用中继器进行互连
一般的中继器只能用于连接两个距离较近的以太网，使用光纤中继器再加上光纤传输线路则可以连接两个距离相隔较远的局域网。
使用网桥进行互连
网桥（Bridge）：
用来连接两个同类型的网段，比中继器多了“帧过滤”功能.
过滤帧:
网桥检查每一信息帧的发送地址和目的地址。
如果这两个地址都在网桥的同一网段，该帧就不会被网桥发送到另一个网段，只有在信息帧的发送地址和目的地址不在同一网段的情况下，网桥才把该帧转发给另一个网段。
降低整个网络的通讯负荷。
网桥工作在网络的链路层（实现两个网络链路层的互连）。
使用网桥进行互连
网桥连接两个局域网示意图
4.3计算机广域网
广域网的本质特征：
可以将任意距离的任意多的计算机进行互连。
广域网物理上由两部分组成：
资源子网、通信子网。
广域网特点：
包含通信子网、具有路由选择功能、点到点的通信方式。
资源子网：
运行用户程序的主机（也称数据终端设备，例如PC机、服务器、大型计算机、工作站、智能终端等），既是网络中的数据处理系统，也是网络中数据通信系统的信源或信宿，负责发送信息、接收信息与处理信息。
通信子网：
进行数据通信的子网，是网络中的数据通信系统，主要任务是实现计算机之间的数据传输。
通信子网组成：
传输线（也称线路、信道或干线，负责在交换单元之间传送数据）、交换单元（一种特殊的计算机，用于连接数据传输线。
交换单元可以是分组交换节点或路由器等设备）。
构建广域网的技术基础：
高速远程数字通信干线、本地网/用户接入技术、分组交换与路由技术。
4.3.1远程数字通信线路
远程数字通信线路
远程数字通信线路采用：
•数字电话线路
•光纤高速传输干线
数字电话线路
电话系统中使用的数字通信线路：
设计用于传输数字语音，也可以用来传输数据。
在计算机网络发展的初期，数字电话设备就是计算机网络中实现远程连接的最重要的手段。
数字电话线路
数字电话线路分类：
北美系列
T1线路：
速率为1.544Mbps
T2线路：
速率为6.312Mbps
T3线路：
速率为44.736Mbps等
欧洲（中国）系列
E1线路：
速率为2.048Mbps
E2线路：
速率为8.448Mbps
E3线路：
速率为34.368Mbps等
日本系列
以上三者互不兼容，国际互通比较困难
光纤高速传输干线
一种光纤数字传输线路，采用统一国际标准，称同步光纤网（SONET），同步数字系列（SDH），一般用SDH/SONET表示。
光同步数字传输网SDH/SONET是宽带综合数字网B-ISDN的基础之一。
光纤高速传输干线
光同步数字传输网SDH/SONET的特点：
•灵活地支持各种数字业务，包括各种类型的计算机网络
•容易组网，无需人工更改配线，几秒钟便可重新组网
•有自愈功能，一旦线路出现故障，业务在几十毫秒内便迅速恢复
光纤高速传输干线
SDH/SONET的数据传输速率：
SDH基本速率单位：
155.520Mbps，其速率分级名称为同步传输模块STM
SONET的电信号称为同步传输信号STS，光信号称为光载波OC，基本速率单位是51.840Mbps。
4.3.2广域网接入技术
电话拨号接入
家庭用户利用本地电话网通过调制解调器拨号接入广域网。
调制解调器（MODEM）的组成与功能：
调制器（MOdulator）：
数字信号→模拟信号
解调器（DEModulator）：
模拟信号→数字信号
电话拨号接入
MODEM的传输速率：
每秒钟可传送的数据量。
目前主流产品速率是56K（ITUV9.0协议），在实际使用过程中，由于电话线路的质量不佳，或网络服务提供商不能提供足够的带宽，或者所连接的网络发生拥塞等原因，都会使得传输速率降低。
MODEM的类型：
外置式
内置式
PCMCIA插卡式
电话拨号接入
电话拨号接入方式的缺点：
电话网采用传统的电路交换，每一条话路的带宽是64K，建立在此基础上的MODEM传输机制，发展到极限的V.92也不过是56K的下传速率，其中还包括控制信令部分，真正有效的数据还要少，线上传送的是模拟信号，受外界电磁环境的干扰比较大。
握手时间长，下载速度慢，容易掉线。
综合业务数字网（ISDN）
通过普通电话的本地环路向用户提供数字语音和数据传输服务。
ISDN使用与模拟信号电话系统相同类型的双绞铜线但却提供端到端的数字通信线路，这是它与电话网的最大不同。
ISDN通过标准的“用户-网络接口”（UNI），将各类不同的终端设备（PC机、电话机、传真机等）接入到ISDN网络中。
综合业务数字网（ISDN）
不对称数字用户线技术（ADSL）
•数字用户线（DSL）技术：
通过本地电话环路提供数字服务的新技术中最有效的类型之一。
这种类型有多种变化，名称只在前几个字上不同，因此它们被统称为xDSL。
•不对称数字用户线（ADSL）：
提供了高速发送和接收数字信息的能力。
ADSL是一种为接收信息远多于发送信息的用户而优化的技术,为下行流提供比上行流更高的传输速率。
数据上传速度:
640Kbps-1Mbps
数据下行速度:
1Mbps-8Mbps（理想状态下最大可达10Mbps）
不对称数字用户线技术（ADSL）
•ADSL的安装：
专门为ADSL申请一条单独的线路。
在已有的电话线上改造。
需配置:
一个ADSLMODEM，计算机中需安装10M/100M的以太网网卡，网卡与ADSLMODEM之间用双绞线连接，设置有关参数。
不对称数字用户线技术（ADSL）
ADSL优点：
像ISDN一样，可以与普通电话共存于一条电话线上，可同时接听、拨打电话并进行数据传输，两者互不影响
虽然使用的还是原来的电话线，但ADSL传输的数据并不通过电话交换机，所以ADSL上网不需要缴付额外的电话费，节省了费用。
ADSL的数据传输速率是根据线路的情况自动调整的，它以尽力而为的方式进行数据传输。
不对称数字用户线技术（ADSL）
ADSL利用普通电话线作为传输介质，通过一种自适应的数字信号调制解调技术，能在电话线上得到3个可以同时工作的信息通道：
为电话服务的通道
速率为640Kbps-1.0Mbps的上行通道
速率为1-8Mbps的高速下行通道
电缆调制解调技术（CableMODEM）
利用有线电视网高速传送数字信息的技术。
•双绞线的缺点：
•电气特性使数据传输速度受到较大的限制
•缺少屏蔽易受干扰，从而降低了数据通信的性能
•同轴电缆（有线电视系统的传输介质）的优点：
•具有很高的容量
•抗电子干扰能力强
•使用频分多路复用技术来同时传送多个电视频道
•由于有线电视系统的设计容量远高于现在使用的电视频道数目，未使用的带宽（即频道）可被用来传输数据
电缆调制解调技术（CableMODEM）
使用CableMODEM传输数据时，将同轴电缆的整个频带划分为3部分，分别用于：
数字信号上传，使用的频带为5～42MHz
数字信号下传，使用的频带为550～750MHz
电视节目（模拟信号）下传，使用的频带为50～550MHz，
数字信号和模拟信号可以同时传送，互相不会发生冲突
上传数据和下载数据时的速率是不同的：
数据下行传输速率：
36Mb/s
上传信道传输速率：
320kb/s～10Mb/s
电缆调制解调技术（CableMODEM）
采用频分多路复用技术，将下传和上传的频带提供给多个用户共享。
每个用户都需要一对调制解调器（一个调制解调器置于有线电视中心，另一个装在用户站点上）。
这一对调制解调器必须调到相同的载波频段，与电视信号一起在电缆上多路复用。
在一个大的都市地区，有线电视可能有百万计的用户，不可能为每个用户分配一个独立的载波频段，因此频分多路复用方法不具备可扩展性，需要在采用频分多路复用技术的基础上再采用时分多路复用技术。
电缆调制解调技术（CableMODEM）
•优点：
•集调制/解调功能、加密/解密功能、网卡及集线器等功能于一身
•无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接
•理论上没有距离限制，它覆盖的地域很广
•缺点：
•CABLEMODEM带宽充足（最高速率可以达到36Mbps），但它属于共享式的总线型网络，同一个接入点如果上网的用户增多，每一个用户能分配的带宽很有限，使数据传输速率不够稳定。
•我国有线电视网用户已达8000多万，发展CableMODEM有多方面的有利条件。
但现有的有线电视网都是单向广播式，有线电视网要实现INTERNET接入，必须进行双向改造，这项工程的投资是巨大的。
电缆调制解调技术（CableMODEM）
使用“光纤-同轴混合”线路（HFC：
HybridFiberCoaxial）改造有线电视网络，把干线全部更换为光纤，保留现存的同轴电缆连接用户，在光纤和同轴电缆之间加入新的接口设备，并将所有放大器改造为双向工作。
当然，改造需要大量的投资。
光纤接入网
使用光纤作为主要传输介质的远程网接入系统。
在交换局一侧，应把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输，到达用户端时，要使用光网络单元（ONU）把光信号转换成电信号，然后再传送到计算机。
光纤接入网
•光纤接入网分类：
按照主干系统和配线系统的交界点——光网络单元（ONU）的位置可划分为：
•光
升级会员 