第六章 計算機網(wǎng)絡基礎知識

計算機基礎

第六章計算機網(wǎng)絡基礎內(nèi)容提要6.1通信技術基礎6.2計算機網(wǎng)絡基礎6.3因特網(wǎng)技術及應用6.4

信息安全數(shù)學計算機科學學院26.1通信技術基礎信息是人類賴以生存的重要因素，古人就知道用烽火狼煙、飛鴿傳書、驛馬郵遞等方式進行信息傳遞和交換，這實際是一種依靠人的視覺與聽覺的原始通信。。通信就是成功地將信息從一地傳輸?shù)搅硪坏氐倪^程。通信的目的是實現(xiàn)消息的有效傳輸和交換。6.1.1通信的概念

圖6-1通信發(fā)展示意圖

數(shù)學計算機科學學院36.1.2通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)按照傳輸信號類型可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，在信道上傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，在信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。圖6-2數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)學計算機科學學院4數(shù)字通信系統(tǒng)各部分功能如下。（1）信源和信宿：信源是信息的產(chǎn)生者，其作用是把原始消息轉(zhuǎn)換成電信號，完成非電/電的轉(zhuǎn)換；信宿的作用是把復原的電信號轉(zhuǎn)換成相應的消息，即完成電/非電的轉(zhuǎn)換。（2）信源編碼與信源譯碼：當信源是模擬語音信號時，可通過脈碼調(diào)制技術等方法將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸；信源譯碼是信源編碼的逆過程。（3）信道編碼與信道譯碼：數(shù)字信號在信道中傳輸時，由于噪聲影響和信道本身特性不理想，很容易引起傳輸差錯。減小這種差錯的基本方法就是信道編碼，信道譯碼則是信道編碼的逆變換。（4）調(diào)制和解調(diào)：數(shù)字調(diào)制的任務是把各種數(shù)字基帶信號轉(zhuǎn)化成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號。數(shù)字解調(diào)是數(shù)字調(diào)制的逆過程。（5）信道：信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?，狹義的信道就是傳輸媒介，分為有線信道和無線信道。數(shù)學計算機科學學院56.1.2通信技術發(fā)展史通信的歷史可大致劃分為三個階段：古代通信階段、近現(xiàn)代通信階段和當代通信階段。（1）古代通信階段

利用自然界的基本規(guī)律和人的基礎感官（視覺，聽覺等）可達性建立通信系統(tǒng)，是人類基于需求的最原始通信方式。

圖6-3世界上第一枚郵票——黑便士

數(shù)學計算機科學學院6（2）近現(xiàn)代通信階段以電磁技術的出現(xiàn)為起點，標志著電磁通信和數(shù)字時代的開始。利用電和磁的技術，來實現(xiàn)通信的目的，是近代通信起始的標志。（3）當代通信階段當代通信時代也稱為移動通信和互聯(lián)網(wǎng)通信時代，其特征是在全球范圍內(nèi)，形成以數(shù)字傳輸、程控電話交換通信為主，其他通信為輔的綜合電信通信系統(tǒng)；電話網(wǎng)向移動方向延伸（如圖6-4所示），并日益與計算機、電視等技術融合。圖6-4手機之父：馬蒂·庫珀（MartyCooper）

數(shù)學計算機科學學院76.1.4通信介質(zhì)通信介質(zhì)通常分為有線介質(zhì)和無線介質(zhì)兩類，其中有線介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜和光纖等，無線介質(zhì)有無線電波、微波和紅外線等。數(shù)學計算機科學學院81．有線介質(zhì)（1）雙絞線雙絞線（TwistedPair）由一對或多對絕緣銅導線組成，如圖6-5所示。為了減小信號傳輸過程中串擾及電磁干擾（EMI）程度的影響，通常將這些線按一定的密度互相纏繞在一起。（a）實物圖（b）結(jié)構圖圖6-5超五類非屏蔽雙絞線UTP數(shù)學計算機科學學院9（2）同軸電纜同軸電纜（CoaxialCable）由圍繞同一軸線的內(nèi)導體（銅芯導線）和外導體（屏蔽層）兩個導體組成，內(nèi)導體用于信號傳輸，外導體可屏蔽電磁干擾和輻射，兩導體之間用絕緣材料隔離，具有較高的帶寬和極好的抗干擾性。結(jié)構示意圖如圖6-6所示。圖6-6同軸電纜數(shù)學計算機科學學院10（3）光纖光纖（FiberOptics）由一束直徑極小的石英玻璃或塑料纖維組成，它的外面包了一層折射率較低的反光材料，在玻璃芯中傳輸?shù)墓庑盘枎缀醪粫母矊又姓凵涑鋈?。這樣當光束進入光纖中的芯線后，可以減少光通過光纜時的損耗，并且在芯線邊緣產(chǎn)生全反射，使光束曲折前進。光纖傳輸原理如圖6-7所示。光纖的優(yōu)點是信號的損耗小、傳輸速率高、頻帶寬，傳輸速率為100～1000Mbit/s甚至更高，且不受外界電磁干擾。另外，由于它本身沒有電磁輻射，因此它傳輸?shù)男盘柌灰妆桓`聽，保密性能好。但是它的成本高，并且連接技術也比較復雜。光纖主要用于長距離的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡的主干線。數(shù)學計算機科學學院11（a）結(jié)構圖

（b）原理圖

圖6-7光纖數(shù)學計算機科學學院122．無線介質(zhì)（1）地面微波接力通信地面微波接力通信是通過地球表面的大氣傳播，易受到建筑物或天氣的影響，在兩個地面站之間傳送，距離一般為50~100km，如圖6-8所示。圖6-8地面微波接力通信數(shù)學計算機科學學院13（2）衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信就是地球上（包括地面和低層大氣中）的無線電通信站之間利用衛(wèi)星作為中繼而進行的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地面站兩部分組成，如圖6-9所示。圖6-9衛(wèi)星通信數(shù)學計算機科學學院14（3）紅外線和毫米波紅外線和毫米波這種通過光波傳輸來進行通信的應用，一般在短距離內(nèi)連接兩個通信設備，如電視機和電腦鍵盤等（如圖6-10）。其缺點是不能穿透雨和濃霧，不能穿透固體，易受天氣影響。圖6-10紅外線鍵盤數(shù)學計算機科學學院153．各種常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸距離抗干擾性價

格應

用示

例雙絞線幾十千米可以低模擬傳輸數(shù)字傳輸用戶環(huán)線LAN50Ω同軸電纜1千米較好略高于TP基帶數(shù)字信號LAN75Ω同軸電纜100千米較好較高模擬傳輸，可分多信道混合傳輸電視、數(shù)據(jù)及CD音頻CATV光纖30千米很好較高遠距離傳輸長話線路，主

干網(wǎng)短波全球一般，通信質(zhì)量差較低遠程低速通信廣播地面微波接力幾百千米很好低于同容量和長度的電纜遠程通信電視衛(wèi)星36000多千米很好費用與距離無關遠程通信電視、電話、

數(shù)據(jù)數(shù)學計算機科學學院166.2計算機網(wǎng)絡基礎數(shù)學計算機科學學院176.2.1定義及組成信息化和全球化是當今世界知識經(jīng)濟的兩個重要特點，而信息化和全球化的實現(xiàn)必須依靠完善的網(wǎng)絡。這里所說的網(wǎng)絡是廣義的網(wǎng)絡，包括電信網(wǎng)絡、有線電視網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡，統(tǒng)稱為“三網(wǎng)”。三網(wǎng)的核心是計算機網(wǎng)絡，目前發(fā)展最快的也是計算機網(wǎng)絡。計算機網(wǎng)絡是利用通信設備和線路將分布在不同地理位置的、功能獨立的多個計算機系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源共享和通信的系統(tǒng)。數(shù)學計算機科學學院18圖6-11計算機網(wǎng)絡組成示意圖數(shù)學計算機科學學院196.2.2網(wǎng)絡分類1.按覆蓋范圍分類（1）局域網(wǎng)局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）覆蓋的地理范圍比較小，一般在幾十米到幾千米之間。它常用于組建一個辦公室、一棟樓、一個樓群、一個校園或一個企業(yè)的計算機網(wǎng)絡。數(shù)學計算機科學學院20圖6-12局域網(wǎng)示例數(shù)學計算機科學學院21（2）城域網(wǎng)城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）是一種大型的??LAN，它的覆蓋范圍一般為幾千米至幾萬米，所使用的通信設備和網(wǎng)絡設備的功能要求比局域網(wǎng)高，以便有效地覆蓋整個城市的地理范圍，可以將多個學校、企事業(yè)單位、公司和醫(yī)院的局域網(wǎng)連接起來共享資源。數(shù)學計算機科學學院22圖6-13城域網(wǎng)示例數(shù)學計算機科學學院23（3）廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）是在一個廣闊的地理區(qū)域內(nèi)進行數(shù)據(jù)、語音、圖像信息傳輸?shù)挠嬎銠C網(wǎng)絡。由于遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捰邢?，因此廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率比局域網(wǎng)要慢得多。廣域網(wǎng)可以覆蓋一個城市、一個國家甚至于全球。因特網(wǎng)（Internet）是廣域網(wǎng)的一種，但它不是一種具體獨立的網(wǎng)絡，它將同類或不同類的物理網(wǎng)絡（局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與城域網(wǎng)）互聯(lián)，并通過高層協(xié)議實現(xiàn)不同類網(wǎng)絡間的通信。圖6-14所示的是一個廣域網(wǎng)示意圖。數(shù)學計算機科學學院24圖6-14廣域網(wǎng)示例數(shù)學計算機科學學院252．按使用范圍分類（1）公用網(wǎng)公用網(wǎng)（publicnetwork）是為公眾提供各種信息服務的網(wǎng)絡系統(tǒng)，比如Internet。只要用戶能夠遵守網(wǎng)絡服務商的使用和管理規(guī)則，都可以申請使用。我國的公用網(wǎng)通常由電信部門負責建設和營運，如圖6-15所示ChinaNet，許多國家則是由政府和私營企業(yè)建設和營運。

圖6-15ChinaNet骨干網(wǎng)連接示意圖數(shù)學計算機科學學院26（2）專用網(wǎng)圖6-16某銀行系統(tǒng)內(nèi)部專用網(wǎng)

專用網(wǎng)（privatenetwork）由專門的部門或組織根據(jù)實際需要自己投資建立，只為網(wǎng)絡擁有者提供服務。例如軍隊、公安、鐵路、電力等系統(tǒng)均擁有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。圖6-16為某銀行內(nèi)部專用網(wǎng)示意圖。

數(shù)學計算機科學學院276.2.3計算機網(wǎng)絡的功能（1）資源共享（2）數(shù)據(jù)傳輸（3）實現(xiàn)分布式處理（4）提高系統(tǒng)的可靠性和可用性數(shù)學計算機科學學院286.2.4體系結(jié)構1．協(xié)議通信時所必須遵守的規(guī)則或標準的集合稱為協(xié)議。協(xié)議由語法、語義和定時三大要素構成。（1）語義：協(xié)議的語義是指對構成協(xié)議的協(xié)議元素含義的解釋，也即“講什么”。不同類型的協(xié)議元素規(guī)定了通信雙方所要表達的不同內(nèi)容，它涉及用于協(xié)調(diào)與差錯處理的控制信息。（2）語法：語法是用于規(guī)定將若干個協(xié)議元素和數(shù)據(jù)組合在一起來表達一個更完整的內(nèi)容時所應遵循的格式，即對所表達的內(nèi)容的數(shù)據(jù)結(jié)構形式的一種規(guī)定。它涉及數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號電平等。（3）定時：定時規(guī)定了事件的執(zhí)行順序，即通信過程中的應答關系和狀態(tài)變化關系。數(shù)學計算機科學學院292．體系結(jié)構為了建立一個統(tǒng)一的、不依賴網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡設備的標準，需要一個抽象的參照模型來描述網(wǎng)絡通信實現(xiàn)的全部過程。國際標準化組織為此定義了一個標準模式，稱為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel，OSI/RM）。OSI/RM參考模型將網(wǎng)絡的體系結(jié)構劃分為7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層,數(shù)學計算機科學學院30圖6-17OSI/RM網(wǎng)絡體系結(jié)構數(shù)學計算機科學學院316.2.5互聯(lián)設備1．網(wǎng)絡接口卡網(wǎng)絡接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）簡稱網(wǎng)卡，又叫網(wǎng)絡適配器（如圖6-18所示），是計算機與傳輸介質(zhì)的接口。大多數(shù)網(wǎng)卡插入主板的擴展插槽上或集成在計算機主板上，需要安裝相應的驅(qū)動程序，負責計算機與網(wǎng)絡的連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)格式與計算機中數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送等功能。圖6-18網(wǎng)卡數(shù)學計算機科學學院322．集線器集線器（Hub）將局域網(wǎng)中結(jié)點的線纜集中在一起，主要工作在物理層，主要作為網(wǎng)絡連接的中心點，聯(lián)網(wǎng)的終端通過雙絞線與集線器連接。圖6-19集線器數(shù)學計算機科學學院333．交換機交換機（Switch）是交換式局域網(wǎng)的核心設備，工作在數(shù)據(jù)鏈路層，由多端口網(wǎng)橋發(fā)展而來。局域網(wǎng)交換機主要用來互聯(lián)各網(wǎng)段，各個網(wǎng)段之間的通信，同時每個網(wǎng)段是獨立的廣播域。圖6-20交換機數(shù)學計算機科學學院344．路由器路由器（Router）是一種能連通不同的網(wǎng)絡或網(wǎng)段的互聯(lián)設備（如圖6-21）。主要在工作網(wǎng)絡層，是目前構建Internet骨干網(wǎng)的核心互聯(lián)設備。路由器有多個端口，每個端口可以連接不同的網(wǎng)絡或子網(wǎng)，或者連接另一臺路由器。路由器作為不同網(wǎng)絡之間互相連接的樞紐，構成了Internet的骨架。圖6-21路由器數(shù)學計算機科學學院355．網(wǎng)關執(zhí)行網(wǎng)絡層以上高層協(xié)議的轉(zhuǎn)換，或者實現(xiàn)不同體系結(jié)構的網(wǎng)絡協(xié)議轉(zhuǎn)換的互聯(lián)部件稱為網(wǎng)關（Gateway）。網(wǎng)關是傳輸層及其以上層次的互聯(lián)設備，主要用于不同體系結(jié)構網(wǎng)絡的互聯(lián)。數(shù)學計算機科學學院366.2.6局域網(wǎng)1．拓撲結(jié)構網(wǎng)絡拓撲結(jié)構是終端和通信鏈路所組成的幾何形狀，常見的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構有總線型結(jié)構、環(huán)型結(jié)構、星型結(jié)構、樹型結(jié)構、網(wǎng)狀結(jié)構和混合型結(jié)構。數(shù)學計算機科學學院371）總線型結(jié)構總線型結(jié)構采用一條單根的通信線路（總線）作為公共的傳輸通道，所有的結(jié)點都通過相應的接口直接連接到總線上，并通過總線進行數(shù)據(jù)傳輸。圖6-22總線型拓撲結(jié)構數(shù)學計算機科學學院382）環(huán)型結(jié)構環(huán)型結(jié)構是各個網(wǎng)絡結(jié)點通過環(huán)接口連在一條首尾相接的閉合環(huán)型通信線路中，如圖6-23所示。圖6-23環(huán)型拓撲結(jié)構數(shù)學計算機科學學院393）星型結(jié)構星型結(jié)構的每個結(jié)點都由一條點對點鏈路與中心結(jié)點（公用中心交換設備，如交換機、集線器等）相連，如圖6-24所示。圖6-24星型拓撲結(jié)構數(shù)學計算機科學學院404）樹型結(jié)構樹型結(jié)構（也稱星型總線拓撲結(jié)構）是從總線型和星型結(jié)構演變而來。網(wǎng)絡中的結(jié)點設備都連接到一個中央設備（如集線器）上，再與中央設備連接。圖6-25所示的是一個樹型總線網(wǎng)絡。圖6-25樹型結(jié)構網(wǎng)絡數(shù)學計算機科學學院415）網(wǎng)狀結(jié)構網(wǎng)狀結(jié)構中每個結(jié)點至少與其他兩個結(jié)點相連，或者說每個結(jié)點至少有兩條鏈路與其他結(jié)點相連，如圖6-26所示。大型互聯(lián)網(wǎng)一般都采用這種結(jié)構。圖6-26網(wǎng)狀拓撲結(jié)構

數(shù)學計算機科學學院422．幾種典型的局域網(wǎng)（1）以太網(wǎng)以太網(wǎng)最早由Xerox（施樂）公司創(chuàng)建，于1980年DEC、Intel和Xerox三家公司聯(lián)合開發(fā)成為一個標準。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標準相類似，定義了在局域網(wǎng)LAN中采用的電纜類型和信號處理方法。以太網(wǎng)包括標準的以太網(wǎng)（10Mbit/s）、快速以太網(wǎng)（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太網(wǎng)，雙絞線電纜10BaseT以太網(wǎng)由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成為應用最為廣泛的以太網(wǎng)技術。數(shù)學計算機科學學院43圖6-27以太網(wǎng)示意圖數(shù)學計算機科學學院44（2）校園網(wǎng)校園網(wǎng)是為學校師生提供教學、科研和綜合信息服務的寬帶多媒體網(wǎng)絡，它具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、交互性強和高度專業(yè)化等特點，為學校教學、科研提供先進的信息化教學環(huán)境。常見的應用包括多媒體教學軟件開發(fā)平臺、多媒體演示教室、教師備課系統(tǒng)、電子閱覽室以及教學、考試資料庫等，都可以在校園網(wǎng)上運行。如果一所學校包括多個專業(yè)學科（或多個系），也可以形成多個局域網(wǎng)絡，并通過有線或無線方式連接。另外，校園網(wǎng)還應具有行政辦公、校務管理等多種功能，圖6-28是某大學的校園網(wǎng)示意圖。數(shù)學計算機科學學院45圖6-28校園網(wǎng)示意圖數(shù)學計算機科學學院46（3）WiFiWiFi是一個由WiFi聯(lián)盟（Wi-FiAlliance）所持有的無線網(wǎng)絡通信技術的品牌，它能夠?qū)€人電腦、手持設備（如Pad、手機）等終端以無線方式互相連接。使用IEEE802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)統(tǒng)稱為WiFi，有時甚至把WiFi等同于無線無線局域網(wǎng)。圖6-29WiFi示意圖數(shù)學計算機科學學院47（4）藍牙藍牙（Bluetooth）是一種短距離低功耗傳輸技術，最早由瑞典的愛立信公司于1994年發(fā)布，采用的是2.402GHz-2.480GHz跳頻技術，通信速率一般能達到1Mbps左右，新的藍牙標準也支持超過20Mbps的速率。通信半徑從幾米到100米左右不等，常見為幾米左右。藍牙主要作為一些個人便攜設備的有線替代品，如耳機，鍵盤等，這些設備對帶寬的要求相對較少，或者資源擁有量（電量，計算資源等等）相對較低的情形。另外，在現(xiàn)代智能家居網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)通信中也經(jīng)常使用藍牙通信，如圖6-30所示。數(shù)學計算機科學學院48圖6-30基于藍牙技術的智能家居網(wǎng)數(shù)學計算機科學學院496.3因特網(wǎng)技術及其應用數(shù)學計算機科學學院506.3.1因特網(wǎng)概述1．因特網(wǎng)的定義Internet譯為“因特網(wǎng)”，也稱國際互聯(lián)網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，它把世界各地已有的各種網(wǎng)絡（包括計算機網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)和公用電話交換網(wǎng)等）互聯(lián)起來，組成一個跨越國界的龐大互聯(lián)網(wǎng)絡，它是當今世界上最大、最通用的計算機網(wǎng)絡，是信息社會的基礎，在人類社會的各個領域起著重大的作用。數(shù)學計算機科學學院512．Internet的起源Internet起源于美國國防部高級研究計劃局（ARPA）主持研制的ARPANET。ARPANET建網(wǎng)的初衷旨在幫助美軍通過計算機交換信息，網(wǎng)絡要能夠經(jīng)得住故障的考驗而維持正常工作，當網(wǎng)絡的一部分因受攻擊而失去作用時，網(wǎng)絡的其他部分仍能維持正常通信。ARPANET是世界上第一個遠程分組交換網(wǎng)，1969年12月建成時只有4個節(jié)點。美國國家科學基金（NSF）于1984年開始著手籌建一個向所有大學開放的計算機網(wǎng)絡，它利用ARPANET的TCP/IP協(xié)議自己出資建立NSFNET廣域網(wǎng)，建成連接全美6個超級計算機中心的骨干網(wǎng)，并將大約20個地區(qū)網(wǎng)連接到骨干網(wǎng)，并通過線路與ARPANET相連。NSFNET在1986年建成后取代ARPANET成為Internet的主干網(wǎng)。Internet歷史上的第二次飛躍歸功于Internet的商業(yè)化。在1995年4月30日，NSFNET正式宣布停止運作，代替它的是由美國政府指定的三家私營企業(yè)：PacificBell、AmeritechAdvancedDataServicesandBellcore和Sprint。至此，Internet的商業(yè)化徹底完成。數(shù)學計算機科學學院523．Internet在中國的發(fā)展狀況我國非常重視國家信息基礎設施的建設，目前已經(jīng)建成或在建的骨干網(wǎng)絡多達10余個，對我國科技、經(jīng)濟、社會的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心對我國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)查報告顯示（數(shù)據(jù)截至2012年12月31日）。（1）網(wǎng)民規(guī)模達5.64億，全年共計新增網(wǎng)民5090萬人?；ヂ?lián)網(wǎng)普及率為42.1%，較2011年底提升3.8個百分點。（2）手機網(wǎng)民規(guī)模為4.20億，較上年底增加約6440萬人，網(wǎng)民中使用手機上網(wǎng)的用戶占比由上年底的69.3%提升至74.5%。（3）域名總數(shù)為1341萬個，其中“.CN”域名總數(shù)為751萬，占比為56.0%；“.中國”域名總數(shù)為28萬。中國網(wǎng)站總數(shù)（即網(wǎng)站的域名注冊者在中國境內(nèi)的網(wǎng)站數(shù)，包括在境內(nèi)接入和境外接入）繼續(xù)回升至268萬個。數(shù)學計算機科學學院53圖6-31中外互聯(lián)網(wǎng)訪問情況對比數(shù)學計算機科學學院546.3.2TCP/IP體系結(jié)構在TCP/IP體系結(jié)構中包含兩個最重要的協(xié)議，即傳輸控制協(xié)議TCP和網(wǎng)際協(xié)議IP，TCP/IP協(xié)議分為4層，如圖6-32所示。圖6-32TCP/IP體系結(jié)構數(shù)學計算機科學學院556.3.3基本概念1. IP地址（1）IP地址結(jié)構Internet為每一臺主機分配一個唯一的IP地址，由32位二進制數(shù)組成，為了便于記憶常采用點分十進制表示法，即把32位二進制數(shù)分成4個字節(jié)段，每字節(jié)段8位，然后把每一字節(jié)段數(shù)都轉(zhuǎn)換成等值的十進制數(shù)，再用句點分隔。表6-4二進制和十進制IP地址數(shù)學計算機科學學院56（2）IP地址的分類IP地址通常分為A、B、C、D和E五類，一般國際上流行的只有A類、B類和C類3種。我國向Internet亞太中心申請到的大多為C類。A類網(wǎng)絡（第一位為0，第一字節(jié)段值小于128）B類網(wǎng)絡（前兩位為10，第一字節(jié)段值128~191）C類網(wǎng)絡（前三位為110，第一字節(jié)段值192~223）數(shù)學計算機科學學院572．域名由于IP地址難于記憶，通常用一個對應的域名表示。域名由“.”分隔成幾部分，每個部分由若干個英文字母和數(shù)字等有意義的字符組成，從左至右范圍逐漸擴大。域名系統(tǒng)實行層次型管理，最高節(jié)點是一個未命名的特殊節(jié)點，這個節(jié)點的下面被分成三個域，如表6-5所示。數(shù)學計算機科學學院58表6-5域名分類表數(shù)學計算機科學學院593．統(tǒng)一資源定位符URL（UniformResourceLocator）稱為統(tǒng)一資源定位符，是一個指定Internet中目標資源位置的字符串，它既可指向本地計算機硬盤上的某個文件，也可指向Internet上的某一個網(wǎng)頁。它包含有被訪問資源的類型、服務器的地址和文件的位置等，也被稱為“網(wǎng)址”。URL一般格式如下。訪問協(xié)議：//主機域名或IP地址[：端口號/路徑/文件名]數(shù)學計算機科學學院606.3.4常規(guī)應用1．WWWWWW（WorldWideWeb）稱為萬維網(wǎng)或全球信息網(wǎng)，它并非一種特殊的計算機網(wǎng)絡，而是大規(guī)模的、聯(lián)機式的信息儲藏所，簡稱Web。WWW采用超文本的信息查詢工具，它可以把Internet上的不同主機的信息按照特定的方式有機的組織起來，用戶通過使用WWW不僅可以瀏覽文本信息，還可以瀏覽圖像、視頻、聲音等信息。圖6-33國內(nèi)幾個主流門戶網(wǎng)站

數(shù)學計算機科學學院612．搜索引擎搜索引擎為用戶提供檢索服務，它根據(jù)一定的策略、運用特定的計算機程序從互聯(lián)網(wǎng)上搜集信息，經(jīng)過重新組織和處理后，將結(jié)果展示給用戶的系統(tǒng)。常見的搜索引擎有百度、Google、Yahoo等，如圖6-34所示。在搜索引擎中可以搜索的內(nèi)容包括網(wǎng)頁、MP3、圖片、Flash、新聞、軟件等。圖6-34常用的搜索引擎數(shù)學計算機科學學院623．文件傳輸FTP（FileTransferProtocol）即文件傳輸協(xié)議，其作用是把文件從一臺計算機傳送到另一臺計算機。FTP是一個開放的協(xié)議，不管兩臺計算機的位置，不管它們是如何連接的，甚至可以不管它們是否使用同一操作系統(tǒng)，都可以使FTP來傳送文件。FTP服務采用典型的客戶機/服務器工作模式，提供FTP服務的計算機稱為FTP服務器；用戶的本地計算機稱為客戶機。用戶借助FTP客戶端連接到FTP服務器，可以查看、上傳、下載文件資源。數(shù)學計算機科學學院634．電子郵件電子郵件是因特網(wǎng)上的最重要的信息服務方式，它為世界各地的因特網(wǎng)用戶提供了一種極為快速、經(jīng)濟和簡單的通信方法，它已經(jīng)成為當今社會一種不可缺少的現(xiàn)代化通信方式。電子郵件地址格式如下：用戶名＠主機域名其中，“用戶名”常為收信人的姓名的某種縮寫形式?！埃馈笨梢宰x成“at”，即“某用戶”在“某服務器”?！爸鳈C域名”就是向用戶提供電子郵件服務的服務器域名。例如：bob@就是表示存在于電腦主機上的名為bob的電子郵箱地址。數(shù)學計算機科學學院646.3.5其它應用1．即時通信即時通信（InstantMessenger，簡稱IM），是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的即時交流消息的業(yè)務。經(jīng)過多年發(fā)展，今天即時通信軟件不再是一個單純的聊天工具，它已經(jīng)發(fā)展成集交流、資訊、娛樂、搜索、電子商務、辦公協(xié)作和企業(yè)客戶服務等為一體的綜合化信息平臺?，F(xiàn)在國內(nèi)的即時通信工具主要有QQ、百度hi、網(wǎng)易泡泡、盛大圈圈、淘寶旺旺等。數(shù)學計算機科學學院65圖6-37即時通信平臺騰訊QQ集成業(yè)務數(shù)學計算機科學學院662．博客博客的全名是Weblog，后來縮寫為Blog，中文意思是“網(wǎng)絡日志”,一般人們喜歡稱之為“博客”。Blog是一個易于使用的網(wǎng)站，可以在其中快速發(fā)布個人想法、與他人交流以及從事其他活動，而且所有這一切都是免費的。博客是一種新的生活方式、新的工作方式、新的學習方式和交流方式，是“互聯(lián)網(wǎng)的第四塊里程牌”。數(shù)學計算機科學學院673．微博微博，即微博客（MicroBlog）的簡稱，是一個基于用戶關系信息分享、傳播以及獲取平臺（如圖6-39所示），用戶可以通過WEB、WAP等各種客戶端組建個人社區(qū)，以不超過140字的文字發(fā)布信息，并實現(xiàn)即時分享。圖6-39主流微博平臺數(shù)學計算機科學學院684．飛信飛信是中國移動的綜合通信服務，融合語音（IVR）、GPRS、短信等多種通信方式，覆蓋三種不同形態(tài)（完全實時的語音服務、準實時的文字和小數(shù)據(jù)量通信服務、非實時的通信服務）的客戶通信需求，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)間的無縫通信服務。6.40飛信軟件數(shù)學計算機科學學院695．微信微信（WeChat）是騰訊推出的類Kik免費即時通訊服務應用程序，用戶可以通過微信與好友進行文字或圖片消息的傳送。微信具有零資費、跨平臺、拍照發(fā)給好友、發(fā)手機圖片、移動即時通信等功能圖6-41微信運行界面數(shù)學計算機科學學院706.3.5物聯(lián)網(wǎng)與云計算1．物聯(lián)網(wǎng)（1）物聯(lián)網(wǎng)定義物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetofThings）最早由美國麻省理工學院Auto-ID中心的Ashton教授于1999年在研究射頻標簽（RFID）技術時提出。最新的物聯(lián)網(wǎng)概念應該具備三個特征：一是全面感知，即利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息；二是可靠傳遞，通過各種電信網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去；三是智能處理，利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對感知的海量數(shù)據(jù)和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制和管理。數(shù)學計算機科學學院71物聯(lián)網(wǎng)的體系架構主要由編碼層、信息采集層、網(wǎng)絡層和應用層構成，如圖6-42所示。數(shù)學計算機科學學院72（2）物聯(lián)網(wǎng)應用國外目前對物聯(lián)網(wǎng)的研究主要集中在美、歐、日、韓、德少數(shù)國家，其最初的研究方向主要是條形碼、RFID等技術在商業(yè)零售、物流領域應用。而隨著RFID、傳感器技術、近程通信以及計算機技術等的發(fā)展，近年來其研發(fā)、應用開始拓展到環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)療、智能基礎設施等領域。數(shù)學計算機科學學院73智能家居智能家居產(chǎn)品融合自動化控制、計算機網(wǎng)絡和通信等技術于一體，將各種家庭設備（如音視頻設備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電等）通過智能家庭網(wǎng)絡聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)自動化，通過中國電信的寬帶、固話和3G無線網(wǎng)絡，可以實現(xiàn)對家庭設備的遠程操控。數(shù)學計算機科學學院74圖6-43智能家居示意圖數(shù)學計算機科學學院75智能醫(yī)療

智能醫(yī)療系統(tǒng)借助簡易實用的家庭醫(yī)療傳感設備，對家中病人或老人的生理指標進行自測，并將生成的生理指標數(shù)據(jù)通過固定網(wǎng)絡或3G無線網(wǎng)絡傳送到護理人或有關醫(yī)療單位。根據(jù)用戶需求，還可提供相關增值業(yè)務，如緊急呼叫救助服務、專家咨詢服務、終生健康檔案管理服務等。數(shù)學計算機科學學院76圖6-44智能醫(yī)療系統(tǒng)示意圖數(shù)學計算機科學學院77智能交通

智能交通是一個基于現(xiàn)代電子信息技術面向交通運輸?shù)姆障到y(tǒng)。它的突出特點是以信息的收集、處理、發(fā)布、交換、分析、利用為主線，為交通參與者提供多樣性的服務。圖6-45智能交通系統(tǒng)示意圖數(shù)學計算機科學學院78智能農(nóng)業(yè)

智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)通過實時采集溫室內(nèi)溫度、濕度、光照、土壤溫度、CO2濃度、葉面濕度、露點溫度等環(huán)境參數(shù)，可以根據(jù)用戶需求，自動開啟或者關閉指定設備。為設施農(nóng)業(yè)綜合生態(tài)信息自動監(jiān)測，對環(huán)境進行自動控制和智能化管理提供科學依據(jù)。數(shù)學計算機科學學院79圖6-46智能農(nóng)業(yè)示意圖數(shù)學計算機科學學院80智能物流

智能物流打造了集信息展現(xiàn)、電子商務、物流配載、倉儲管理、金融質(zhì)押、園區(qū)安保、海關保稅等功能為一體的物流綜合信息服務平臺。數(shù)學計算機科學學院81圖6-47智能物流示意圖數(shù)學計算機科學學院82智能校園

中國電信的校園手機一卡通和金色校園業(yè)務，促進了校園的信息化和智能化。校園手機一卡通主要實現(xiàn)功能包括電子錢包、身份識別和銀行圈存。電子錢包即通過手機刷卡實現(xiàn)主要校內(nèi)消費；身份識別包括門禁、考勤、圖書借閱、會議簽到等；銀行圈存即實現(xiàn)銀行卡到手機的轉(zhuǎn)賬充值、余額查詢。數(shù)學計算機科學學院83圖6-48智能校園示意圖數(shù)學計算機科學學院842．云計算云計算(CloudComputing)是一種新近提出的計算模式。中國云計算網(wǎng)將云計算定義為：云計算是分布式計算(DistributedComputing)、并行計算(ParallelComputing)和網(wǎng)格計算(GridComputing)的發(fā)展，或者說是這些科學概念的商業(yè)實現(xiàn)。圖6-49云計算架構圖數(shù)學計算機科學學院856.4信息安全數(shù)學計算機科學學院866.4.1信息安全概述1．信息安全的概念信息安全是一門涉及計算機科學、網(wǎng)絡技術、通信技術、密碼技術、信息安全技術、應用數(shù)學、數(shù)論、信息論等多種學科的綜合性學科。信息安全是指信息網(wǎng)絡的硬件、軟件及其系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)受到保護，不受偶然的或者惡意的原因而遭到破壞、更改、泄露，系統(tǒng)連續(xù)可靠正常地運行，信息服務不中斷。數(shù)學計算機科學學院87圖6-50信息安全面臨的威脅數(shù)學計算機科學學院882．信息安全實現(xiàn)的目標信息安全的目標包括保密性、完整性、可用性、可控性和不可否認性五個方面的內(nèi)容。（1）保密性保密性（Confidentiality）是指阻止非授權的主體訪問信息。更通俗地講，就是說未授權的用戶不能夠獲取敏感信息。對紙質(zhì)文檔信息，我們只需要保護好文件，不被非授權者接觸即可。而對計算機及網(wǎng)絡環(huán)境中的信息，不僅要制止非授權者對信息的閱讀。也要阻止授權者將其訪問的信息傳遞給非授權者，以致信息被泄漏。（2）完整性完整性（Integrity）是指防止信息被未經(jīng)授權的篡改。它是保護信息保持原始的狀態(tài)，使信息保持其真實性。如果這些信息被蓄意地修改、插入、刪除等，形成虛假信息將帶來嚴重的后果。數(shù)學計算機科學學院89（3）可用性可用性（Usability）是指授權主體在需要信息時能及時得到服務的能力?？捎眯允窃谛畔踩Ｗo階段對信息安全提出的新要求，也是在網(wǎng)絡化空間中必須滿足的一項信息安全要求。（4）可控性可控性（Controlability）是指對信息和信息系統(tǒng)實施安全監(jiān)控管理，防止非法利用信息和信息系統(tǒng)。（5）不可否認性不可否認性（Non-repudiation）是指信息交換的雙方不能否認其在交換過程中發(fā)送信息或接收信息的行為。數(shù)學計算機科學學院906.4.2信息安全技術信息安全涉及的技術非常多，目前主要有加密技術、防火墻、入侵檢測等技術，其實現(xiàn)的主要目標可以概括為圖6-51所示的幾點。圖6-51信息安全技術的主要目標數(shù)學計算機科學學院911．加密技術密碼學是研究編制密碼和破譯密碼的技術科學。研究密碼變化的客觀規(guī)律，應用于編制密碼以保守通信秘密的，稱為編碼學；應用于破譯密碼以獲取通信情報的，稱為破譯學?？偡Q密碼學。數(shù)學計算機科學學院92根據(jù)密鑰的特點，加密算法分為兩類：秘密密鑰算法和公開密鑰算法。（1）對稱密碼算法秘密密鑰算法通常稱之為對稱密碼算法或傳統(tǒng)密碼算法，也稱單密鑰算法。對稱密碼算法要求發(fā)送者和接收者在安全通信之前，商定一個密鑰。其算法的安全性依賴于密鑰，密鑰一旦泄露，整個安全系統(tǒng)就要崩潰。（2）公開密鑰算法公開密鑰加密法可以解決密鑰發(fā)布的問題，公開密鑰的概念由WhitfieldDiffie和MartinHellman在1975年提出。公開密鑰算法也叫非對稱密碼算法或雙密鑰算法。公開密鑰算法不要求通信雙方共享一個密鑰，其用作加密的密鑰不同于用作解密的密鑰，而且解密密鑰不能根據(jù)加密密鑰計算出來。數(shù)學計算機科學學院932．防火墻古時候，人們常在寓所之間砌起一道磚墻，一旦火災發(fā)生，它能夠防止火勢蔓延到別的寓所，這種墻因此而得名“防火墻”。因特網(wǎng)防火墻也起到同樣的作用，防止因特網(wǎng)上的不安全因素蔓延到自己企業(yè)或組織的內(nèi)部網(wǎng)。防火墻是在內(nèi)部網(wǎng)與英特網(wǎng)之間所設的安全防護系統(tǒng)，它在內(nèi)部網(wǎng)絡與外部網(wǎng)絡之間設置屏障，以阻止外界對內(nèi)部資源的非法訪問，也可以防止內(nèi)部對外部的不安全訪問。數(shù)學計算機科學學院943．入侵檢測入侵檢測（IntrusionDetection）是對入侵行為的檢測。它通過收集和分析網(wǎng)絡行為、安全日志、審計數(shù)據(jù)、其它網(wǎng)絡上可以獲得的信息以及計算機系統(tǒng)中若干關鍵點的信息，檢查網(wǎng)絡或系統(tǒng)中是否存在違反安全策略的行為和被攻擊的跡象。數(shù)學計算機科學學院956.4.3計算機病毒1．計算機病毒的定義在《中華人民共和國計算機信息系統(tǒng)安全保護條例》中，計算機病毒（ComputerVirus）被明確定義為：“編制或者在計算機程序中插入的破壞計算機功能或者破壞數(shù)據(jù)，影響計算機使用并且能夠自我復制的一組計算機指令或者程序代碼”。數(shù)學計算機科學學院962．計算機病毒的特征（1）傳染性（2）破壞性（3）寄生性（4）隱蔽性（5）潛伏性數(shù)學計算機科學學院973.計算機病毒的傳播途徑計算機病毒的傳播主要通過文件復制、文件傳送、文件執(zhí)行等方式進行。因此目前病毒常用的傳播途徑有主要有兩個方式：一是通過硬盤、光盤、U盤等存儲介質(zhì)拷貝文件的方式傳播；另外一個是通過網(wǎng)絡傳播，如電子郵件，網(wǎng)絡下載，F(xiàn)TP文件傳輸?shù)确绞?。?shù)學計算機科學學院984.計算機病毒的防治方法計算機病毒防治應遵循“預防為主、防殺結(jié)合”的原則。在使用電腦時，首先要安裝殺毒軟件，目前常用的殺毒軟件有國內(nèi)的360、瑞星以及國外的諾頓、卡巴斯基等殺毒軟件；其次是養(yǎng)成良好的使用習慣，如下載軟件到官方網(wǎng)頁或者到自己熟悉的網(wǎng)站下載，不要瀏覽不良網(wǎng)站，不要隨意打開陌生人的郵箱、網(wǎng)址鏈接等。數(shù)學計算機科學學院996.4.4黑客及防范1．黑客的概念黑客（Hacker）源于Hack，本意為“干了一件非常漂亮的事”，原指一群專業(yè)技能超群、聰明能干、精力旺盛、對計算機信息系統(tǒng)進行不授權訪問的人員?，F(xiàn)通常將泛指的黑客