书城计算机网络计算机应用基础案例教程
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第30章 计算机网络与安全(1)

教学目标:

本项目要完成的任务:介绍计算机网络的基础知识;局域网的基础知识、通信协议及局域网的构成;因特网、TCP/IP协议、IP地址和域名及因特网的接入方式;掌握Internet的电子邮件服务、WWW服务,熟悉远程登录服务、文件传输服务及电子公告板;介绍计算机安全使用常识、计算机病毒与病毒防治及常用杀毒软件的使用。

教学要求:

计算机网络的应用正在改变着人们的工作方式与生活方式,在各国的经济、文化、科学研究、军事、政治、教育和社会生活等各个领域发挥着越来越重要的作用。因此,计算机网络技术引起了人们的高度重视。同时随着计算机的普及和应用越来越广、人们对它的依赖程度越来越高,计算机的安全就显得尤为重要。

子项目1计算机网络基础知识

任务1计算机网络的定义

在计算机网络发展过程的不同阶段,人们对计算机网络提出了不同的定义。不同的定义反映着当时网络技术发展的水平与人们对网络的认知程度。以资源共享为基础的计算机网络定义为“利用通信设备和线路,将分布在不同地理位置的、功能独立的多个计算机系统连接起来,以功能完善的网络软件(网络通信协议及网络操作系统等)实现网络中资源共享和信息传递的系统”。

任务2计算机网络的发展

(1)20世纪50年代,主机—终端模式。这时的计算机主机昂贵,而通信线路和通信设备的价格相对便宜,为了共享主机资源和进行信息的采集及综合处理,主机—终端的联机网络形式就成为了一种主要的系统结构形式。在这一时期,计算机技术与通信技术结合,完成了数据通信技术与计算机通信网络的研究,为计算机网络奠定了理论基础。

(2)20世纪60年代,分组交换技术的产生和以美国的ARPANET为代表的远程计算机网络的形成。标志着计算机网络向前迈进了一大步,它将网络分为通信子网和资源子网两部分,分组交换网以通信子网为中心,主机和终端构成了资源子网,它也为Internet的形成奠定了基础。

(3)20世纪70年代,计算机网络体系结构的形成。这个时期人们对计算机网络的技术、方法和理论的研究日趋成熟,广域网、局域网及公用分组交换网有了较大的发展,为了促进网络产品的开发,各大计算机公司纷纷制定了自己的网络技术标准,因此最终促成了国际标准的制定,国际标准化组织(ISO)提出了OSI模型(开放系统互连参考模型),而业界出现了TCP/IP模型(传输控制协议/网际协议),它对OSI是一个挑战。

(4)20世纪80年代至今,在计算机网络领域中发展最快的莫过于Internet,而且随着Internet的发展,目前它已成为世界上最大的国际性计算机互联网,它的用户每年以几何级数增长。现在计算机网络的发展方向主要有:Internet的广泛应用、高速网络技术、网络并行计算、移动计算网络、多媒体网络、存储区域网络及网络安全技术的研究与发展。

任务3计算机网络的组成

一般网络系统的组成可分为网络硬件系统、网络软件系统两部分。

1.网络硬件系统

硬件系统是计算机网络的基础,硬件系统由计算机、通信设备、连接设备及辅助设备组成,通过这些设备的组成形成了计算机网络的类型。下面来学习几种常用的设备。

1、服务器(Server)

在计算机网络中,核心的组成部分是服务器。服务器是计算机网络中向其他计算机或网络设备提供服务的计算机,并按提供的服务被冠以不同的名称,如数据库服务器,邮件服务器等。

常用的服务器有文件服务器、打印服务器、通信服务器、数据库服务器、邮件服务器、信息浏览服务器和文件下载服务器等。

文件服务器存放网络中的各种文件,运行的是网络操作系统,并且配有大容量磁盘存储器。文件服务器的基本任务是协调处理各工作站提出的网络服务请求。一般影响服务器性能的主要因素包括:处理器的类型和速度、内存容量的大小和内存通道的访问速度、缓冲能力、磁盘存储容量等,在同等条件下,网络操作系统的性能起决定作用。

打印服务器是接收来自用户的打印任务,并将用户的打印内容存放到打印队列中,当队列中轮到该任务时,送打印机打印。

通信服务器是负责网络中各用户对主计算机的通信联系,以及网与网之间的通信。

2、客户机(Client)

客户机是与服务器相对的一个概念。在计算机网络中享受其他计算机提供服务的计算机就称为客户机。

3、网卡

网卡是安装在计算机主机板上的电路板插卡,又称网络适配器或网络接口卡(Network InterfaceBoard)。网卡的作用是将计算机与通信设备相连接,负责传输或接收数字信息。

4、调制解调器

调制解调器(俗称Modem)是一种信号转换装置,它可以将计算机中传输的数字信号转换成通信线路中传输的模拟信号,或者将通信线路中传输的模拟信号转换成数字信号。

一般将数字信号转换成模拟信号,称为“调制”过程;将模拟信号转换成数字信号,称为“解调”过程。

调制解调器的作用是将计算机与公用电话线相连,使得现有网络系统以外的计算机用户能够通过拨号的方式利用公用事业电话网访问远程计算机网络系统。

5、集线器

集线器是局域网中常用的连接设备,它有多个端口,可以连接多台本地计算机。

6、网桥

网桥(Bridge)也是局域网常用的连接设备。网桥又称桥接器,是一种在链路层实现局域网互联的存储转发设备。

7、路由器

路由器是互联网中常用的连接设备,它可以将两个网络连接在一起,组成更大的网络。路由器可以将局域网与Internet互联。

8、中继器

中继器工作可用来扩展网络长度。中继器的作用是在信号传输较长距离后,进行整形和放大,但不对信号进行校验处理等。

2.网络软件系统

在计算机网络系统中,除了包括各种网络硬件设备外,还应该具备网络的软件。因为在网络上,每一个用户都可以共享系统中的各种资源,系统该如何控制和分配资源、网络中各种设备以何种规则实现彼此间的通信、网络中的各种设备该如何被管理等,都离不开网络的软件系统。因此,网络软件是实现网络功能必不少的软环境。通常,计算机网络软件包括以下几种。

1、网络操作系统

网络操作系统(Network Operation System,NOS)是为计算机配置的操作系统,是网络软件系统的基础,与网络硬件结构相联系。网络操作系统除了具有常规操作系统所具有的功能外,还具有网络通信管理功能、资源管理功能和网络服务功能等。

现在常用的网络操作系统有WindowsNT2000、NetWare、UNIX、Linux等。

2、网络协议软件

网络协议是网络上所有设备(网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等)之间必须遵守的规则的集合,它规范了网络上所有的计算机通信设备之间数据传输的格式和传输的方式,网络通信软件、网络管理软件和网络应用软件等都要通过网络协议软件才能发生作用。网络协议软件的种类很多,不同体系结构的网络系统都有支持自身系统的协议软件。典型的网络协议软件有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系统、X.25协议等。

3、网络通信软件

用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件。

4、网络管理软件和网络应用软件

网络管理软件是用来对网络资源进行管理及对网络进行维护的软件,而网络应用软件是为网络用户提供服务的,是网络用户在网络上解决实际问题的软件。

任务4计算机网络的分类

计算机网络的分类方法很多,可以从不同的角度对计算机网络进行分类。

(1)按照网络的覆盖范围,可以分为广域网(WAN)、城域网(MAN)和局域网(LAN)。

(2)按照网络的逻辑功能,可以分为资源子网和通信子网。

(3)按照网络的交换方式,可以分为电路交换网、报文交换网、分组交换网、帧中继交换网、ATM交换网和混合交换网等。

(4)按照网络传输介质,可以分为有线网和无线网。

(5)按照网络的应用范围和管理性质,可以分为公用网和专用网。

(6)按照网络内信息的共享方式的不同,可以分为对等网和客户机/服务器网。

(7)按照网络的拓扑结构,可以分为总线型网、环型网、星型网、树型网和网状网等。

下面主要介绍按照拓扑结构分类的几种网络的特点。

计算机网络的拓扑结构,是指网上计算机或设备与传输媒介形成的结点与线的物理构成模式。网络的结点有两类:一类是转换和交换信息的转接结点,包括结点交换机、集线器和终端控制器等;另一类是访问结点,包括计算机主机和终端等。线则代表各种传输媒介,包括有形的和无形的。

1、总线型网

总线型网是指网络中所有节点均连在一条总线上。网络中各节点地位平等,没有中心控制节点,总线上传送的信息,通常以基带形式串行传送,它的传送方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散,如同广播电台发射的信息向四周扩散一样,因此,这种结构的网络又称为广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查,看是否与自己的工作站地址相符,相符则接收网上的信息。

总线型网的特点:结构简单,可扩充性好,使用的电缆少,且安装容易,设备相对简单,可靠性高;但维护困难,分支节点故障查找难。

2、环形网

环形网是指网络中各节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环,(b)所示。这种结构使公共传输电缆组成环型连接,数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输,信息从一个节点传到另一个节点。

环形网的特点:信息流在网中沿着固定方向流动,两个节点间仅有一条通道,故简化了路径选择的控制,信息在环路中是串行地穿过各个节点,因此网络的响应时间基本是确定的;但因为环路是封闭的,因此不便于扩充,另外可靠性低,一个节点故障,将会造成全网瘫痪,维护困难。

3、星形网

星形网是指网络中各节点以星形方式连接成网,如图6—1(c)所示。网络有中央节点(如集线器、交换机等),其他节点都与中央节点直接相连,它以中央节点为中心,因此又称为集中式网络。

星形网的特点:结构简单,便于管理,控制简单,增加、删除节点容易,网络延迟时间较小,传输误差较低;但成本比较高、资源共享能力较差。

4、树形网

树形网是由多个层次的星型结构纵向连接而成,树的最上部节点称为树根,最下层节点称为树叶,它是一种分级(分层次)的集中控制式网络,如图6—1(d)所示。

树形网的特点:通信线路总长度短,成本较低,节点易于扩充,寻找路径比较方便;但结构较复杂,传输延时大,除了叶节点及其相连的线路外,中间层次上的任一节点或与其相连的线路故障都会使系统受到影响。

5、网状网

网状网又称分布式网络,分为全网格型和部分网格型两种,它是将网络中各节点无规则地相互连接而成的网络,(e)所示。网络中无中心节点,网络上的每个节点都有多条线路与其他节点相连,从而增加了通路条数。

网状网的特点:可靠性高,节点共享资源容易,可改善线路的信息流量分配及负荷均衡,传输数据时可选择最佳路径,传输延时小;但控制和管理、安装等都很复杂。

任务5计算机网络的功能

(1)资源共享。充分利用计算机网络中提供的资源(硬件、软件和数据)是计算机网络的主要功能。资源共享既可以使用户减少投资,也可以提高计算机资源的利用率。

(2)数据交换和通信。数据交换和通信可以在计算机网络的各个用户间快速可靠地相互传递数据、程序或文件。如电子邮件(E—mail)、电子数据交换(EDI)、文件传输(FTP)等。

(3)提高系统的可靠性。在利用计算机进行实时控制和要求高可靠性的场合,通过计算机网络实现的备份技术可提高计算机系统的可靠性。当某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备份计算机来代替其完成所承担的任务。

(4)分布式网络处理和负载均衡。对于大型的任务或当网络中某台计算机的任务负荷过重时,可以将任务分散到网络中的其他计算机上进行,这样既可以处理大型的任务,又不会使一台计算机负担过重,同时提高了计算机的可用性。

(5)综合服务。通过计算机网络可以为用户提供更为全面的服务项目,如图像、声音、动画等信息的处理和传输。

子项目2局域网

从1969年ARPANET诞生到20世纪70年代末,计算机网络得到了迅速的发展。同时,计算机硬件技术飞速发展,微型计算机和小型计算机得到广泛应用。在一个单位、一个部门或一个园区、一栋楼内,为了共享软、硬件资源和相互之间传送数据和文件,产生了近距离高速通信的需求。局域网因此而产生并得到了广泛的应用和迅速推广。

任务1局域网基础知识

1.局域网的定义

计算机局域网络,通俗地说,就是当一个计算机网络联系的地区范围不大,譬如说在一座办公大楼中、一个工矿企业的一群建筑物和现场中或一所大学的校园中,其范围在几公里或十几公里以内的就称为计算机局部地区网络,或称计算机局域网(Local Area Network,LAN)。

2.局域网的特点

(1)地理分布范围较小,一般为数百米至数公里。可以覆盖一幢大楼、一所校园或一个企业。

(2)数据传输速率高,一般为0.1~100Mbps,目前已出现速率高达1000Mbps的局域网。可交换各类数字和非数字(如语音、图像、视频等)信息。

(3)误码率低,一般在10—11~10—8以下。这是因为局域网通常采用短距离基带传输,可以使用高质量的传输介质,从而提高了数据传输质量。

(4)以PC机为主体,包括终端及各种外设,局域网中一般不设中央主机系统。

(5)一般仅包含OSI参考模型中的低三层功能,即仅涉及通信子网的内容。

(6)协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。

3.局域网的功能

局域网的主要功能就是提供资源共享和网络之间的相互通信。

(1)网络硬件资源共享。

(2)网络软件资源共享。

(3)信息发布。

(4)办公自动化。

(5)提高计算机系统的可靠性。

4.局域网的分类

(1)按网络的拓扑结构划分,可分为星状网络、总线状网络、环状网络和树状网络等。目前常用的是星状网络和总线状网络。