2022管理信息系統(tǒng)第四章計算機網絡技術本章主要內容本章學習目標1.理解計算機網絡的定義與功能。2.了解計算機網絡的分類。3.了解網絡的拓撲結構及常見種類。4.熟悉常見的網絡傳輸介質及特點。計算機網絡的概念與分類1網絡通信技術基礎2開篇案例：德國麥德龍集團———有人說：“信息技術始于戰(zhàn)略，而不是系統(tǒng)?！睆柠湹慢埖某晒κ吕姓務勀銓Υ说睦斫?？——從信息技術對公司的作用角度、分析麥德龍公司成功的原因？4.1計算機網絡的概念與分類4.1.1計算機網絡的概念（1）定義計算機網絡是利用通信介質把分布在不同地理位置的計算機和其他網絡設備連接起來，實現信息互通和資源共享的系統(tǒng)。有4個發(fā)展階段：通信功能的單機系統(tǒng)、具有通信功能的多機系統(tǒng)、計算機通信網絡和計算機網絡。4.1.1計算機網絡的概念（2）計算機網絡的組成計算機系統(tǒng)、終端設備、通信設備和通信線路。計算機網絡可以看成是由通信子網和資源子網組成。4.1.1計算機網絡的概念（3）計算機網絡的功能資源共享——資源共享是計算機網絡的重要功能，也被認為是最具吸引力的一點。所謂共享就是指網絡中各種資源可以相互通用，這種共享可以突破地域范圍的限制，而且可共享的資源包括硬件、軟件和數據資源。4.1.1計算機網絡的概念（3）計算機網絡的功能數據通信4.1.1計算機網絡的概念（3）計算機網絡的功能分布式處理：對于一些復雜的、綜合性的大任務，可以通過計算機網絡采用適當的算法，將大任務分散到網絡中的各計算機上進行分布式處理。4.1.1計算機網絡的概念（3）計算機網絡的功能提高計算機可靠性和可用性4.1.1計算機網絡的概念（3）計算機網絡的功能綜合信息服務——網絡的一個主要發(fā)展趨勢就是多維化，即在同一套系統(tǒng)上提供繼承的信息服務，包括來自政治、經濟、科技、軍事等各方面的資源。4.1.2計算機網絡的分類1）局域網（LAN）局域網指傳輸距離在0.1～10km，傳送速率在1～10Mbps的范圍較小的一種網絡。3）廣域網（WAN）廣域網也稱遠程網，通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，一般由相距較遠的局域網經由公共電信網絡互連而成，數據傳輸率一般1.21.2kbps～1.554Mbps，傳輸距離可遍及全球。2）城域網（MAN）城域網分布范圍在廣域網和局域網之間。例如，分布范圍是一個城市，其作用距離約為5～50km，傳輸速率一般在1Mbps以上。（1）根據網絡的覆蓋范圍劃分局域網、城域網和廣域網局域網、城域網、廣域網的比較4.1.2計算機網絡的分類（2）根據網絡的使用對象劃分可以分為內聯網和外聯網。內聯網是基于互聯網技術的企業(yè)內部網絡，它把企業(yè)內部不同的系統(tǒng)和網絡，連接起來。外聯網是內聯網的外部擴展，它是企業(yè)內聯網延伸到組織外部授權用戶的專用網。內聯網外聯網4.1.2計算機網絡的分類（3）根據網絡的傳輸介質劃分有線網（采用雙絞線、同軸電纜或者光纖等）和無線網（采用微波、紅外線或激光等）。無線網示意圖4.1.2計算機網絡的分類（4）根據網絡的拓撲結構劃分可以分為總線型、星型、環(huán)型、樹型、和網狀（混合）型拓撲結構。總線型網絡1）總線型網絡總線型網絡所有節(jié)點通過相應的網絡接口卡直接連接到一條作為公共傳輸介質的總線上，總線通常采用同軸電纜或雙絞線作為傳輸介質。星型網絡2）星型網絡星型網絡是因為網絡中的各工作站節(jié)點設備通過一個網絡集中設備（如集線器或者交換機）連接在一起，各節(jié)點呈星狀分布而得名。4.1.2計算機網絡的分類環(huán)型網絡3）環(huán)型網絡環(huán)型網絡的節(jié)點是通過點對點的通信線路連接成一個閉合環(huán)路，環(huán)中數據只能沿著一個方向逐節(jié)點傳送。樹型網絡4）樹型網絡樹型網絡是按層次進行連接的，信息的交換主要是在上、下節(jié)點之間進行。其優(yōu)點是結構簡單，故障容易分離處理。缺點是整個網絡對根節(jié)點的依賴性很強，一旦根節(jié)點出現故障，網絡系統(tǒng)將不能正常工作。5）網絡結構網絡網絡拓撲結構是由前面講的星型結構和總線型結構的網絡結合在一起的網絡結構，這樣的拓撲結構能滿足較大網絡的拓展，解決星型網絡在傳輸距離上的局限，而同時又解決了總線型網絡在連接用戶數量的限制。網絡結構網絡要想在因特網上面實現共享資源，交換信息，必須遵循一些事先制定好的規(guī)則標準，這就是協(xié)議（Protocol）。計算機網絡中，協(xié)議的定義是計算機網絡中實體之間有關通信規(guī)則約定的集合。協(xié)議有三個要素，即：○語法（Syntax）——數據與控制信息的格式、數據編碼等?！鹫Z義（Semantic）——控制信息的內容，需要做出的動作及響應。○時序（Timing）——事件先后順序和速度匹配。4.1.3計算機網絡的協(xié)議網絡協(xié)議概念4.1.3計算機網絡的協(xié)議對網絡進行層次劃分就是將網絡這個龐大的、復雜的問題劃分成若干較小的、簡單的問題，即“分而治之”。所謂體系結構（Architecture），是指計算機通信網的分層、各層協(xié)議和層間接口的集合，也就是通信網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。分層的協(xié)議體系結構將龐大復雜的協(xié)議分成不同的層次，每一層的功能是不同的，低層功能主要用來為用戶提供通信連接，而高層功能保證數據以正確的形式進行互換并有序地處理數據。網絡的層次結構（1）各層之間相互獨立。高層并不需要知道低層是如何實現的，而僅需要知道該層通過層間接口所提供的服務。計算機網絡中的協(xié)議采用層次結構，有以下好處：（2）靈活性好。當任何一層發(fā)生變化時，只要接口保持不變，則這層以上或以下各層均不受影響。當某層提供的服務不再需要時，甚至可將這層取消。（3）各層都可以采用最合適的技術來實現，各層實現技術的改變不影響其他層。（4）易于實現和維護。因為整個的系統(tǒng)已被分解為若干個易于處理的部分，這種結構使得一個龐大而又復雜系統(tǒng)的實現和維護變得容易控制。（5）有利于促進標準化。這主要是因為每層的功能與所提供的服務已有精確的說明。

1969年12月，第一個遠程分組交換網ARPANET，其參考模型稱為ARM，NCP協(xié)議的核心內容為TCP/IP。

1975年，DEC公司的DNA(DigitalNetworkArchitecture)網絡走向國際標準化，國際標準化組織ISO于1984年頒布了一個稱為:

“開放系統(tǒng)互連參考模型”(OpenSystemInterconnectionReferenceModel)ISO組織的OSI/RM參考模型:將整個通信過程分為七層,定義了每一層的功能和通信規(guī)則.STEP01STEP02STEP03STEP031、OSI參考模型體系結構OSI參考模型圖3.9OSI參考模型分層結構

OSI參考模型各層的功能1）物理層：是構成計算機網絡的基礎。主要功能是提供數據終端設備和數據通信設備之間的二進制數據傳輸的物理連接。向數據鏈路層提供比特流傳輸服務。具體功能包括:通信線路的建立，保持和斷開三個過程。物理層的標準：1.機械特性；2.電氣特性；3.功能特性；4.規(guī)程特性2）數據鏈路層：物理層只負責發(fā)送和接收二進制數據流，數據鏈路層利用物理層提供的二進制數據的傳輸服務，為網絡層提供相鄰節(jié)點間透明的和可靠的數據的傳輸。數據鏈路層的功能：1.組裝成幀；2.差錯控制；3.流量控制；4.鏈路管理3）網絡層(NetworkLayer)：是利用數據鏈路層提供的兩個相鄰節(jié)點間的傳輸數據幀為基礎，將高層用戶的數據報文組成數據包，并封裝網絡層包頭，確保數據鏈路層能將報文從原端點送到目的端點。主要功能：1.尋址NSAP；2.路由選擇；3.擁塞控制網絡層協(xié)議：IPRIP

OSI參考模型各層的功能4）傳輸層(TransportLayer)：是負責端到端數據通信的最高層，也是負責總體數據傳輸和控制的的最關鍵一層。它提供可靠的端到端數據通信和向會話層提供獨立于網絡的傳輸服務。傳輸層協(xié)議:TCPUDP5）會話層、表示層和應用層會話層：主要功能是在兩個節(jié)點間建立,維護和釋放面向用戶的連接，并對會話進行管理和控制，保證會話數據可靠傳輸。表示層：關心的是傳輸信息的語法和語義，專門負責網絡中計算機信息表示方式的問題。包括轉換，加密和壓縮。應用層：負責為用戶的應用程序提供網絡服務。如：電子表格程序，文字處理程序，通信應用程序，進程之間的建立連接與同步，檢錯糾錯等。協(xié)議:文件傳輸協(xié)議FTP；簡單電子郵件協(xié)議SMTP；簡單網絡管理協(xié)議SNMP；超文本傳輸協(xié)議HTTP；其它協(xié)議:DNSRIPOSI參考模型中的數據傳輸TCP/IP參考模型TCP/IP最早起源于1969年美國國防部（DepartmentofDefense,DoD）贊助研究的網絡ARPANET——世界上第一個采用分組交換技術的計算機通信網。逐漸地，ARPANET通過租用電話線連接了數百所大學和政府部門，它也是現今Internet的前身。1982年開發(fā)了一簇新的協(xié)議，其中最主要的就是TCP和IP，IP協(xié)議用來給各種不同的通信子網或局域網提供一個統(tǒng)一的互聯平臺，TCP協(xié)議則用來為應用程序提供端到端的通信和控制功能。這個體系結構被稱為TCP/IP協(xié)議模型。TCP/IP參考模型ARPANET發(fā)展成為Internet網絡后，不斷完善TCP/IP協(xié)議模型，使得TCP/IP成為Internet網絡體系結構的核心。迄今為止，幾乎所有工作站和運行UNIX的計算機都采用TCP/IP，并將TCP/IP融于UNIX操作系統(tǒng)結構之中，成為其中一部分。在微機及大型機上也支持相應的TCP/IP協(xié)議及網關軟件，從而使眾多異種主機互聯成為可能。TCP/IP也就成為最成功的網絡體系結構和協(xié)議規(guī)程。TCP/IP包括兩個協(xié)議：傳輸控制協(xié)議(TransmissionControlProtocol,TCP)和網絡互聯協(xié)議(InternetProtocol,IP)，兩者都是非基于任何特定硬件平臺的網絡協(xié)議，既可用于局域網(LAN)，又可用于廣域網(WAN)。但TCP/IP實際上是一簇協(xié)議，它包括上百個具有不同功能且互為關聯的協(xié)議，而TCP和IP是保證數據完整傳輸的兩個基本的重要協(xié)議。二.TCP/IP參考模型OSI參考模型TCP/IP

參考模型應用層應用層表示層會話層傳輸層傳輸層網絡層互聯網層數據鏈路層網絡接口層物理層TCP/IP各層的功能1.網絡接口層(HostNetwork)網絡接口層TCP/IP參考模型沒有真正描述這一層的實現，只是要求能夠提供給上面網絡一個訪問接口，使TCP/IP協(xié)議與具體的物理傳輸媒體無關，體現了TCP/IP協(xié)議的包容性和適應性。具體實現方法隨網絡類型的不同而不同。2.互聯網層(InternetLayer)互聯網層IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議棧的核心.主要協(xié)議是無連接的網際協(xié)議IP。它的功能是把分組發(fā)到目的網絡或主機。IP層又通過網絡接口層與不同的網絡打交道，向下實現互聯，向上提供通用的無連接數據報服務。TCP/IP各層的功能（1）將傳輸層送來的報文段或用戶數據報裝入IP數據報，填完報頭，選擇到達目的主機的路由，將IP數據報發(fā)往適當的網絡接口。（2）對從網絡接口收到的IP數據報，首先檢查其合理性，然后進行尋徑，若該數據報已到達目的地（本機），則去掉報頭，將剩下的數據部分交給運輸層；否則，轉發(fā)該IP數據報。（3）處理網間網層差錯與控制報文，處理路徑、流控、擁塞等問題?；ヂ摼W層功能有3個：TCP/IP的傳輸層相當于OSI參考模型的傳輸層，它的功能是為應用層提供會話和數據報通信服務。主要有傳輸控制協(xié)議TCP（TransmissionControlProtocol）和用戶數據報協(xié)議（UDP（UserDatagramProtocol），它們都是建立在IP協(xié)議的基礎上。傳輸控制協(xié)議TCP提供可靠的面向連接可靠通信服務，用戶數據報協(xié)議UDP提供簡單的無連接不可靠服務。3.傳輸層（TransportLayer）TCP/IP各層的功能TCP/IP各層的功能（1）依賴于TCP的應用協(xié)議，如遠程終端協(xié)議Telnet，文件傳輸型的電子郵件協(xié)議SMTP，文件傳輸協(xié)議FTP，超文本傳輸協(xié)議HTTP，外部網關協(xié)議BGP等。（2）依賴于UDP的協(xié)議，例如單純文件傳輸協(xié)議TFTP，簡單網絡管理協(xié)議SNMP，域名系統(tǒng)DNS，內部網關協(xié)議RIP，動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP和引導程序協(xié)議BOOTP等。（3）依賴于TCP和UDP的協(xié)議，如通信用管理信息協(xié)議CMOT。當然，一些沒有標準化的建立在TCP/IP協(xié)議簇之上的用戶應用程序（或專用程序）也屬于應用層。應用層向用戶提供一組常用的應用協(xié)議，是應用程序訪問網絡下面各層的網絡服務的接口。應用層協(xié)議可分為3類：TCP/IP模型圖3.11TCP/IP體系中的各層使用協(xié)議1.應用層協(xié)議超文本傳輸協(xié)議HTTP文本傳輸協(xié)議FTP簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP域名系統(tǒng)DNS路由信息協(xié)議RIP簡單網絡管理協(xié)議SNMP協(xié)議類別2.傳輸層協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCPTransmissionControlProtocol用戶數據報協(xié)議UDP

UserDatagramProtocol互聯網層協(xié)議地址解析協(xié)議ARPP156AddressResolutionProtocol網際協(xié)議IPInternetProtocol網際控制報文協(xié)議ICMPInternetControlMessageProtocol互聯網組管理協(xié)議IGMPInternetGroupMisstatementProtocolOSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較OSI參考模型與TCP/IP參考模型都采用了層次結構，但OSI采用的是七層模型，而TCP/IP是四層結構。TCP/IP參考模型的網絡接口層實際上并沒有真正的定義，只是一些概念性的描述。而OSI參考模型不僅分了兩層，而且每一層的功能都很詳盡，甚至在數據鏈路層又分出一個介質訪問子層，專門解決局域網的共享介質問題。TCP/IP的互聯層相當于OSI參考模型網絡層中的無連接網絡服務。OSI參考模型與TCP/IP參考模型的傳輸層功能基本類似，都是負責為用戶提供真正的端到端的通信服務，也對高層屏蔽了底層網絡的實現細節(jié)。所不同的是TCP/IP參考模型的傳輸層是建立在互聯層基礎之上的，而互聯層只提供無連接的服務，所以面向連接的功能完全在TCP協(xié)議中實現，當然TCP/IP的傳輸層還提供無連接的服務，如UDP（UserDatagramProtocol）；而OSI參考模型的傳輸層是建立在網絡層基礎之上的，網絡層既提供面向連接的服務，又提供無連接服務，但傳輸層只提供面向連接的服務。在TCP/IP參考模型中沒有會話層和表示層。事實證明，這兩層的功能確實很少用到。0201OSI參考模型的抽象能力高，適合于描述各種網絡，由于定義模型的時候對某些情況預計不足，造成了協(xié)議和模型脫節(jié)的情況；TCP/IP參考模型，當然這個模型與TCP/IP的各個協(xié)議吻合得很好，但不適合用于描述其他非TCP/IP網絡。OSI參考模型的概念劃分清晰，它詳細地定義了服務、接口和協(xié)議的關系，優(yōu)點是概念清晰，普遍適應性好；缺點是過于繁雜，實現起來很困難，效率低。TCP/IP在服務、接口和協(xié)議的區(qū)別上不清楚，功能描述和實現細節(jié)混在一起，因此TCP/IP參考模型對采取新技術設計網絡的指導意義不大，這也就使它作為模型的意義遜色很多。OSI參考模型與TCP/IP參考模型的優(yōu)缺點比較OSI參考模型與TCP/IP參考模型的優(yōu)缺點比較TCP/IP的網絡接口層并不是真正的一層，在數據鏈路層和物理層的劃分上基本是空白，而這兩個層次的劃分是十分必要的；OSI的缺點是層次過多，事實證明會話層和表示層的劃分意義不大，反而增加了復雜性?？傊?，OSI參考模型雖然一直被人們所看好，但由于沒有把握好實際，技術不成熟，實現起來很困難，因而遲遲沒有一個成熟的產品推出，大大影響了它的發(fā)展。TCP/IP雖然有許多不盡人意的地方，但近30年的實踐證明它還是比較成功的，特別是近年來因特網的飛速發(fā)展，也使它獲得了巨大的支持。4.2網絡通信技術基礎4.2.1通信方式通信就是信息的傳遞，是指由一地向另一地進行信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。計算機數據通信指的是一個或多個計算機與多種輸入/輸出終端之間傳送和接收數據。數據通信按照信號傳送方向與時間的關系，可以分為3種通信方式：單工通信、半雙工通信、全雙工通信。3種通信方式4.2.2傳輸介質網絡的傳輸介質是指計算機網絡中信息發(fā)送端與信息接收端之間的信息通道所使用的連接材料。傳輸介質可以分為有線傳輸介質和無線傳輸介質。有線、無線傳輸介質雙絞線同軸電纜光纖微波通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信無線通信技術Wi-Fi技術射頻識別（RFID）Wi-Fi是一種允許電子設備連接到一個無線局域網(WLAN)的技術，是無線局域網和無線互聯網計入的802.11系列標準。射頻識別（RFID，RadioFrequencyIdentification）是一種非接觸式的自動識別技術，它是傳統(tǒng)條形碼技術的繼承者，又稱為“電子標簽”。射頻識別系統(tǒng)主要由電子標簽、天線、閱讀器、控制軟件組成。5G就是第五代通信技術，主要特點是波長為毫米級，超寬帶，超高速度，超低延時。將實現隨時、隨地、萬物互聯，讓人類敢于期待與地球上的萬物通過直播的方式無時差同步參與其中。5G技術二、網絡通信技術基礎WI-FI發(fā)展歷程5G發(fā)展歷程射頻識別系統(tǒng)案例分析：2019中國在線直播行業(yè)—花椒