信息处理技术

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21 世纪高等学校规划教材︱计算机应用

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第 10 章计算机网络及应用

10.1 计算机网络概述

10.2 计算机网络的硬件和软件

10.3 Internet 基础

10.4 WWW 及浏览器

10.5 电子邮件

10.6 网络技术发展趋势

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1958 年 1 月 7 日，美国国防部的研究机构——“国防部高级研究规划署”（ ARPA ）正式成立。 1969 年12 月，连接加州大学洛杉矶分校（ UCLA ）、斯坦福研究院（ SRI ）、加州大学圣巴巴拉分校（ UCSB ）和犹他大学（ UTAH ）等 4 个节点的阿帕网（ ARPANet ）正式启用，阿帕网成为了当今网络时代的第一个网络。

10.1 计算机网络概述计算机网络是人类在 20 世纪的一项伟大的发明。

计算机网络技术是基于计算机技术与通信技术基础上的新兴的科学技术。

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10.1 开门见山组网络（ 1 ）检查联网所需的计算机及其他设备是否准备到位。计算机是否已经正确安装网卡，如果计算机没有安装网卡。 ( 图见教材）

（ 2 ）准备好集线器，将网线一端插入集线器，另一端插入计算机的网卡接口。然后接通集线器电源。

（ 3 ）打开已经连线的计算机，在操作系统中进行网卡的相关配置，使所有的联网计算机的 IP 地址在同一网段中

小型局域网示意图

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建立计算机网络的目的是：通过数据通信，实现系统的资源共享，增加单机的功能，提高系统的可靠性。

10.1.1 计算机网络的定义

定义：就是把分布在不同地点的多台计算机物理地连接起来，按照网络协议相互通信，以共享软件、硬件和数据资源为目标的系统。

简言之，通过通信介质互连起来的自治的计算机集合体，叫做计算机网络。

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计算机网络的功能1. 资源共享

资源共享是建立计算机网络最初的目的，也是计算机网络最主要的功能。利用计算机网络，既可以共享大型主机设备又可以共享其它硬件设备，还可以共享软件资源。

共享硬件资源。共享软件资源。

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例如：电子邮件电子数据交换（ EDI ）文件传输服务（ FTP ）

2. 数据通信数据通信是计算机网络最基本的功能。借助数据通信，计算机之间或计算机与其他联网设备之间可以快速而稳定地相互传递各种信息。

计算机网络的功能

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3. 分布式处理

利用现有的计算机网络环境，把数据处理的功能分散到不同的计算机上，这样既可以使一台计算机负担不至于太重，又扩大了单机的功能，从而起到了分布式处理和均衡负荷的作用。


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4. 提高系统的可靠性和可用性在计算机实时控制和对计算机有高可靠性要求的场合，通过计算机网络实现的备份技术可以提高计算机系统的可靠性。当一台计算机出现故障时，可以立即由计算机网络中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务。


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10.1.2 计算机网络的分类分类依据分类描述具体分类

覆盖范围联网设备覆盖的地域面积局域网（ LAN ），城域网 (MAN) ，广域网 (WAN)

拓扑结构网络设备之间的物理布局星型，总线型，环型，树型，网状

传输媒介承载数据的线缆和信号技术双绞线，同轴电缆，光纤，红外线，微波等

带宽网络传输数据的能力宽带，基带

通信协议保证数据有序、无误传输的规则

TCP/IP ， SPX/IPX ， AppleTalk等

组织结构网络中设备之间的层次关系客户端 /服务器（ C/S ），对等网（ P2P ）等

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按地域范围分类局域网 (Local Area Network ， LAN)

范围：小，＜20km

城域网 (Metropolitan Area Network ， MAN)

范围：中等，＜100km

广域网 (Wide Area Network ， WAN)

范围：大，＞100km

10.1.2 计算机网络的分类

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•拓扑（Topology）一词来自几何学。

•网络拓扑结构是指网络的形状，即联网设备在物理布局上的方式。

•计算机网络按照拓扑结构的不同，一般可以分为：星型总线型环型树型网状

10.1.2 计算机网络的分类

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网络拓扑结构

Star Topology Bus Topology Ring Topology

Tree Topology

环型拓扑环型拓扑总线型拓扑总线型拓扑

网状拓扑网状拓扑树型拓扑树型拓扑

星型拓扑星型拓扑

Net Topology

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10.2 计算机网络的硬件和软件

•计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。

•在网络系统中，硬件对网络的选择起着决定性作用，而软件则是挖掘网络潜力的工具。

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10.2.1 计算机网络的硬件组成

•服务器（ Server ）通常是一台高性能的计算机，用于网络管理、运行应用程序、处理各网络工作站成员的信息请求等，并连接一些外部设备如打印机、 CD － ROM 、调制解调器等。

•工作站（ WorkStation ）也称客户机(Client) ，由服务器进行管理和提供服务的、连入网络的任何计算机都属于工作站，其性能一般低于服务器。

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•网卡也称网络适配器、网络接口卡（ NIC ， Network Interface Card ），是典型的局域网设备，用于实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接。网卡功能：（ 1 ）读入由其它网络设备（路由器、交换机、集线

器或其它 NIC ）传输过来的数据包，经过拆包，将其变成客户机或服务器可以识别的数据；

（ 2 ）将 PC 设备发送的数据，打包后输送到其它网络设备中。


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•中继器（ Repeater ），用于连接同类型的两个局域网或延伸一个局域网。当我们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；中继器也可以收到一个网络的信号后将其放大发送到另一网络，从而起到连接两个局域网的作用。

另外中继器还具备将两个不同传输介质的网络连接起来的功能。


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•集线器（ HUB ）是一种广泛应用于局域网的连接设备。顾名思义，集线器能够集中多台联网设备，并提供检错能力和网络管理等有关功能。集线器是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。


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•网桥（ Bridge ）是常见的一种局域网扩展设备，利用网桥可以将同种类型但不同网段的局域网连接起来，彼此进行通信。

网桥工作原理


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•路由器（ Router ）可以连接两种不同类型的网络

（ 1 ）网络互连，路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；

（ 2 ）数据处理，提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；

（ 3 ）网络管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。作为互联网的主要节点设备，路由器是互联网络的枢纽、“交通警察”。


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•调制解调器（ Modem ），俗称“猫”。它是通过电话拨号接入 Internet必须的设备。

•Modem 是英文 Modulation （调制）和Demodulation （解调）的派生词汇。所谓的调制，是指将数字信号转换成模拟信号的过程，而解调是指将模拟信号转换成数字信号的过程。


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• 网络传输介质是用于承载传输信息的物理媒体。不同的通信媒体具有不同的属性。

常用的网络传输介质有：双绞线

同轴电缆

光缆

此外计算机网络还使用无线（包括微波、红外线和激光）、卫星线路等传输介质。

图双绞线及 RJ-45头

同轴电缆结构图光纤结构


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• 双绞线（ twisted pair）是将一对或一对以上绞合在一起的相互绝缘的铜线，封装在一个绝缘层中而形成的一种传输介质，是目前局域网最常用的布线材料。

• 双绞线按其电气特性进行分级或分类，一般分为非屏蔽双绞线（ UTP ）屏蔽双绞线（ STP ）两大类。

双绞线及 RJ-45头

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• 同轴电缆（ Coaxial cable ）由内部铜质导体环绕绝缘层以及绝缘层外的金属屏蔽网和最外层的护套组成。这种结构的金属屏蔽网可防止传输信号向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰传输信号。

同轴电缆结构图

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• 光缆（ Fiber-optic cable ）是由一组光纤组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。光纤由单根玻璃光纤、紧靠纤芯的包层以及塑料保护涂层组成。根据光在光纤中的传播方式，光纤有两种类型：单模光纤和多模光纤。单模光纤成本较高，但性能很好，在几十公里内能以几千兆 b/s 的速率传输数据。多模光纤成本较低，但性能比单模光纤差一些。

图 10-18 光纤结构

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10.2.2 计算机网络的软件组成• 网络操作系统（ NOS ）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的操作系统，它在计算机操作系统下工作，使计算机操作系统增加了网络操作所需要的能力。常用的 NOS 有 Windows Server 、 Novell

NetWare 、 UNIX 和 LINUX 等。

• 网络协议和应用服务软件也是计算机网络软件的重要组成部分。

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10.3 Internet 基础10.3.1 Internet 定义

用最简单的话来说， Internet 是连接网络的网络。

从网络通信的角度来看， Internet 是一个以 TCP/IP

为基础通信协议，连接各个国家、各个地区、各个机构的计算机网络的数据通信网。

从信息资源的角度来看， Internet 是一个集各个部门，各个领域的各种信息资源为一体，供网上用户共享的信息资源网。

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•Internet 的定义至少包含以下三个方面的内容1 ． Internet 是一个基于 TCP/IP 协议族的网络；

2 ． Internet 是一个庞大的用户集团，用户既是网络资源的使用者，也是网络发展的建设者；

3 ． Internet 是所有可被访问和利用的信息资源的集合。

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10.3.2 Internet 的世界语—— TCP/IP 协议网络中计算机之间通信的桥梁依赖的是通信双方共同遵守的通信协定——网络协议。

网络协议包括三个基本要素：语义、语法与时序。

所谓语义，是指比特流的每一部分的意义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应等。

语法是指用户数据与控制信息的结构与格式。

时序就是事件实现顺序的详细说明。

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•TCP/IP 是 Internet的基础协议，也是一种计算机数据打包和寻址的标准方法。

•TCP/IP （ Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议 /网际协议，它是由 ARPANET网的研究机构发展起来的。 TCP/IP描述为互联网协议集“ Internet Protocol Suite” ， TCP 和 IP只是其中的两个协议。由于TCP 和 IP 是大家熟悉的协议，以至于用 TCP/IP这个词代替了整个协议集。

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协议名英文全称功能HTTP Hyper Text

Transport Protocol

超文本传输协议，用于在 Internet 上传输超文本文件

FTP File Transfer Protocol

文件传输协议，允许用户将远程的文件拷贝到本地

SMTP Simple Mail Transfer Protocol

简单邮政传输协议，用于发送电子邮件

POP Post Office Protocol

邮局协议，用于接受邮件

TELNET Telecommunication network

远程登录协议，允许用户在本地登录及操纵远程主机

SSL Secure Socket Layer

安全套接层协议，它能够对计算机之间整个会话进行加密

几个常用的协议

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cc:mailFrom: 168.113.2.144

To: 155.233.25.76

IP 数据包

数据

在数据传送中，可以形象地理解为有两个信封， TCP

和 IP 就像是信封，要传递的信息被划分成若干段，每一段塞入一个 TCP 信封，并在该信封面上记录有分段号的信息，再将 TCP 信封塞入 IP 大信封，发送上网。

在接受端，一个TCP 软件包收集信封，抽出数据，按发送前的顺序还原，并加以校验，若发现差错， TCP 将会要求重发。

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•TCP/IP 技术是公开的，它不属于任何厂商或专业协会所有，因此关于它的相关文档是由一个叫 Internet Network Information Center

(INTERNIC) 的组织来发表和维护的。

•TCP/IP 所有的协议标准都以 RFC (Request

for Comment ，需求注释 ) 技术报告的形式公开， RFC 享有网络知识圣经的美誉。

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TCP/IP 及 OSI模型对照TCP/IP模型 OSI参考模型

应用层

应用层

表示层

会话层

传输层传输层

网络层网络层

网络接口层（物理层）

数据链路层

物理层

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10.3.3 IP 地址与域名

•IP 地址和域名是使用 Internet 时重要的概念，同时也是 IP 协议中的重要内容。

•IP 地址具有以下重要的功能和意义：

惟一的 Internet 网上通信地址

全球认可的通用地址格式

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•IP 地址的书写形式点分十进制写法，例如 204.127.129.001

分成四段每段不能超过 255

每个地址需要 32 bits (每段是 8 bits)

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IP 地址分为 A 、 B 、 C 、 D 、 E 五个等级，其中常用的是 A 、 B 、 C 三类 IP 地址。

•A 类： 1.x.y.z ～ 126.x.y.z

•B类： 128.x.y.z ～ 191.x.y.z

•C类： 192.x.y.z ～ 223.x.y.z

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记住 IP 地址很不方便。 Internet 在 1985年开始采用域名管理系统 DNS （ Domain Name System ），域名用英文或中文等文字书写，比 IP 地址容易记忆。

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DNS 提供一种目录服务，通过搜索计算机名称实现 Internet 上该计算机对应的 IP 地址的查找，反之亦然。承担域名转换任务的服务器称为DNS 服务器。

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顶级行业域名 : com 商业 edu 教育 int 国际组织的域名 net 网络组织 org 非政府组织 gov 政府

顶级地理域名 : cn 中国大陆 tw 中国台湾地区 hk 中国香港 mo 中国澳门

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10.3.4 Internet 的主要服务

•WWW 服务

•电子邮件（ E-mail ）

•文件传输（ FTP ）

•远程登录（ Telnet）

•即时通信（ Instant Messenger， IM）腾讯QQ MSN

•博客（ Blog）

•搜索引擎

......

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10.3.5 接入 Internet 的方法

•ADSL： ADSL 是目前国内主流的宽带上网方式。

•DDN专线

•有线电视接入

•卫星通信

•GPRS接入技术

•WLAN•3G接入技术

•蓝牙通信

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•利用何种技术接入 Internet 要依据具体的应用需求，综合考虑各项技术因素加以选择。与接入技术的选择同样重要的还有对 ISP 的选择。所谓 ISP （ Internet

Service Provider ）即网络服务提供商，这里的服务主要是指 Internet 接入服务。

•选择 ISP( 网络服务提供商的标准 ) ：（ 1 ）地理覆盖范围（ 2 ）信誉和服务（ 3 ）接入速率（ 4 ）资费标准（ 5 ）网络出口带宽

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10.4 WWW 及浏览器

•WWW （ World Wide Web ），也叫3W 、 Web ，中文译为万维网、全球信息网或全球资讯网。它是一种体系结构，通过它可以访问 Internet

的各个角落。 Web 是存储在 Internet 中，海量的信息的集合。

10.4.1 WWW 基础

蒂姆蒂姆··伯纳斯伯纳斯··李李

公认的互联网之父， 1989年实现了超文本系统，现发展为WWW 。

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•WWW 是一个专用术语，用于描述 Internet 上的所有可用信息和多媒体资源。可以使用一个被称为 Web 浏览器的应用程序来访问这些信息。

• Internet Explorer 就是一个 Web 浏览器，它可以搜索、查看和下载 Internet 上的各种信息。

•WWW 的精华有三处：用超文本 (HyperText) 技术实现了信息与信息的链接；用统一资源定位技术 (URL) 实现全球信息的精确定位；用新的应用层协议 (HTTP) 实现分布式的信息共享。

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•超文本： WWW每一个页面对应一个文件，它不是普通的“文本文件”，而是具有文字、图形、图像、声音及虚拟环境的文件，文件中有时还包含一些链接，将包含链接的文件称为“超文本文件 (HyperText)” 。

•超文本文件要遵从一个严格的标准，这个标准就是超文本标识语言 (HTML ， HyperText

Markup Language) 即网页超文本文件的扩展名为 .html 或 .htm

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•统一资源定位器， URL （ Uniform Resource

Locator ）

URL 的一般形式是：<URL 的访问方式 >://< 服务器地址 >:< 端口 >/<路径>

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•超文本传输协议： HTTP （ Hyper-Text Transport Protocol）是用于在 Internet上传输超文本文件的协议。

HTTP 协议工作流程

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10.4.2 浏览器的设置和使用

2009 年 4 月浏览器市场占有率

Marc Andreessen 创作的Mosaic ，让文字和图片资料同时出现在窗口内，而且还整合了其它网络服务于一身，如 telnet, ftp 和 gopher 。

Andreessen 在 23 岁时应邀共同成立了 Netscape ，制作 Netscape Navigator 浏览器。

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10.4.2 浏览器的设置和使用

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10.5 电子邮件（ E-mail ）

•电子邮件 (Electronic Mail ，简称 E-

mail) 是 Internet 上的重要信息服务方式。是 Internet 为用户提供的一种极为快速、简单和经济的通讯和交换信息的方法。

•E-mail特点：（ 1 ）发送速度快（ 2 ）信息多样化（ 3 ）收发方便（ 4 ）更为广泛的交流对象

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Email 地址都遵循“用户名+@+ 邮件服务器域名”的格式，即： userid@domain 。

例如：“ [email protected]” 就是一个典型的E-mail 地址。在这个地址中，用户名是“ bright” ，邮件服务器域名是“ sina.com”

。在一个地址中不可以含有空格，@符号（读作“ at” ）作为分隔符必不可少。

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10.5.2 电子邮件的收发常识

•E-mail 的收发途径主要有登录邮件服务器的Web方式收发和通过软件（如 Outlook ， Foxmail ）本地收发两种方式，有80% 以上的网民习惯于 Web方式收发 E-mail

。

•目前邮件服务系统都支持MIME(Multipurpose Internet Mail

Extensions ，多用途互联网邮件扩展协议 ) ，

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10.5.3 电子邮件的收发原理• E-mail 的发送需要通过发送邮件

的服务器，遵守“简单邮件传输协议” (SMTP ， Simple Mail

Transfer Protocol)

•接收 E-mail 需要通过读取信件服务器，并遵守“邮局协议 (POP3

： Post Office Protocol 3)”

。

• IMAP （ Internet Message

Access Protocol ，因特网信息存取协议）也是常用的 E-mail 接收协议。

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10.6 网络技术发展趋势

•关于信息技术的发展，科学界归纳出三条重要的定律：摩尔定律、吉尔德定律和迈特卡尔定律。

•吉尔德定律预测主干网带宽的增长速度至少每6 个月带宽增长 1 倍，预见了除计算外，通信也趋于零成本。

•迈特卡尔定律总结了网络价值同网络用户数量的平方成正比的规律，即N 个联结能创造N2 的效益。

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