信息系统的技术基础计算机.ppt

第二章 信息系统的技术基础（计算机网络通讯）,数据(data)数据可分为模拟数据和数字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的值；数字数据是离散的值。（运送信息的实体）信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。“模拟的”(analogous)连续变化的。“数字的”(digital)取值是离散数值。调制把数字信号转换为模拟信号的过程。解调把模拟信号转换为数字信号的过程。,2.1 数据通信的基础知识,一、几个术语的解释,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,正文,正文,PC 机,模拟数据通信和数字数据通信,二、数据通信系统的模型,2.1 数据通信的基础知识,三、模拟的和数字的数据、信号,2.1 数据通信的基础知识,并行通信传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。并行方式主要用于近距离通信。,串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并-串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。,四、并行通信和串行通信,2.1 数据通信的基础知识,串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。,单工、半双工、全双工,单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。,2.1 数据通信的基础知识,五、串行通信的方向性结构,计算机网络的概念局域网技术Internet技术多媒体网络OSI参考模型,2.2 计算机网络,一、计算机网络的概念,2.2 计算机网络,网络介质：数据传输的物理通道，双绞线、同轴电缆、光纤、微波、卫星信道等。协议：网络设备间进行通讯的一组约定。网络协议具体规定了设备间通讯的电气性能、数据组织方式等。结点：网络中某分支的端点或网络中若干条分支的公共汇交点。链路：是指两个结点之间的通讯线路。,2.2 计算机网络,二、计算机网络的几个概念,1、计算机网络硬件网络服务器工作站传输介质网络连接设备,2、计算机网络软件网络操作系统网络协议网络管理软件其他工具软件等,2.2 计算机网络,计算网络由硬件和软件组成。,三、计算机网络的组成,为用户提供分时共享方式共享CPU资源、并具有强大的数据存储和信息处理的能力，目前厂商主要有IBM（如ES9000，S/390等）、SGI（如Cray J系列和Cray T系列）和富士通等。,一、网络服务器,计算机网络硬件,大型主机服务器,大型主机服务器,高端服务器,高端服务器,大型主机服务器,适应于企业级网络，目前，生产小型机的厂商比较著名的有SGI（如Origin系列和Onyx2系列等）、SUN（如Ultra Enterprise系列等）、IBM（如AS/400，RS6000等）、HP和DEC等。生产UNIX工作站服务器的著名厂商有Sun(如Ultra系列)、SGI（如OCTANE、和等）。,小型机服务器,高端服务器,小型机服务器,计算机网络硬件,随着性能迅速提高，如Intel CPU处理器不断提高和采用多处理器技术，其功能可与RISC服务器相匹配，而价格要低得多。目前，提供PC服务器知名度较高厂商主要有IBM（如Netfinity 3500、7000等）、Compag(如 ProLiant 1200、1600、2500、3000、5500、6000、7000等)、HP和DEC等。,PC服务器,网络服务器的角色,视频 Server,Database Server,Mail Server,Web Server,同轴电缆,同轴电缆,传送语音、视频和数据；使用其他较为廉价的网络电缆无法实现更远距离的数据传送；技术成熟，并具有良好的数据安全性。,二、传输介质(线缆),铜线,铜线,聚氯乙烯 套层,聚氯乙烯套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,无屏蔽双绞线 UTP,屏蔽双绞线 STP,双绞线电缆,铜缆或铜线连接到以太网的示意图,主机箱,主机箱,主机箱,双绞线,集线器,BNC T 型接头,收发器电缆,网卡,插入式分接头,MAU,MDI,保护外层,外导体屏蔽层,内导体,收发器,DB-15连接器,BNC 连接器插口,RJ-45插头,计算机网络硬件,传输介质:光缆,在光缆中，光导纤维以调制的光脉冲形式传送数字数据信号。光缆上没有电信号，因此这种传送数据的方式比较安全。由于信号纯净，衰减小，所以光缆是实现高速、大容量数据传输的好方法。光缆传输不受电信号的干扰，而且传输速率可以达到100Mbps，理论上速率可以达到1Gbps。光纤传送信号（光脉冲）的距离可以很远。,折射角,入射角,包层（低折射率的媒体）,包层（低折射率的媒体）,纤芯（高折射率的媒体）,包层,纤芯,光线在光纤中的折射,高折射率(纤芯),低折射率(包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,光纤的工作原理,多模光纤,2.2.1 计算机网络硬件,多模光纤与单模光纤,非导向传输媒体,无线网络传输,无线传输所使用的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。地面微波接力通信卫星通信,无线电,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线,射线,双绞线,同轴电缆,卫星,地面微波,调幅无线电,调频无线电,海事无线电,光纤,电视,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移动无线电,电信领域使用的电磁波的频谱,计算机网络硬件,S3026,核心层,汇聚层,接入层,Quidway S8500/8000/6500,Quidway S5000,Quidway S3000,Quidway S2000,Quidway S3000V,Quidway NetEngine 80/5000,Quidway R3600/2600/1700,10G/2.3G/RPRMPLS VPN,Quidway NetEngine 40/20,Quidway A8010 Expert,Quidway WA1000,Quidway MA5200,Quidway NetEngine16E/08E/05,Quidway MA5200,MDNTM iTELLIN OpenDSETM/CAMSTM iManagerTM N2000/QuidviewTM媒体分发网络 业务平台 网络管理平台,ViewpointTM视频平台,Quidway Eudemon100/200/1000,计算机网络硬件,三、网络连接设备,复旦大学校园网物理拓扑图,622M ATM,155M ATM,100M FE,10M Ether,5500 SW,2820 SW,1924 SW,学生活动中心,复旦二附中,复旦附中,HUB,http:/,三网合一,Quidway A8010 GW,总部网络中心,小型办事机构,分部,生产中心,小型办事机构,MPLS 域,PBX/VOIP,视讯 语音 数据,视讯 语音 数据,VLAN1 VLAN2 VLAN3,VLAN1 VLAN2 VLAN3,Viewpoint 8620GK,ViewPoint8620MCU,PBX,E1,业务系统,不同业务VLAN隔离；支持802.1P/Q；,终结VLAN；根据端口地址进行分类（TOS），支持Diffsvr；,根据TOS重新划分VLAN；支持802.1P/Q;,组成不同业务的VPN；支持各种QOS保证方法；,完成VLAN到MPLS标签的映射；作为MPLS的PE；,ROUTER,视讯VPN,语音VPN,数据VPN,PBX/VOIP,计算机网络硬件,国电北京数据网组网案例,水规院,北供,POS STM1,国家电力数据网,西单,六铺炕,成套设备局,安华桥,电力出版社,华能总公司,华电总公司,华北院,白广路,三建委,三建委,高培,华北网调,电科院,华北电力大学,三峡办,NE80,NE08E,S8016,GE,FE,NE1,图例：,NE05,华能国际,电建所,计算机网络硬件,网卡（通信适配器）提供了电缆和计算机之间的接口。网卡通常叫做NIC，安装在每台计算机或者服务器的扩展槽内。安装网卡后，网线要接到网卡的端口，从而实现计算机和网络其他部件的物理连接。,网络连接设备网卡,计算机网络硬件,计算机网络硬件,网络连接设备网卡,网络连接设备无线网卡,计算机网络硬件,接受数据信号并将其转换成电信号接受电信号并将其转换成数据信号进行串行/并行转换对数据进行缓存实现以太网协议控制计算机和布线系统之间的数据流；具有MAC地址，决定是否处理收到的数据。,网卡的作用,计算机网络硬件,网络连接设备集线器(hub),计算机网络硬件,Hub,网络连接设备交换机,计算机网络硬件,网络连接设备交换机,计算机网络硬件,网络连接设备交换机,计算机网络硬件,计算机网络硬件,中低端路由器,计算机网络硬件,网络连接设备路由器,定位于骨干网边缘、企业网中心17槽、双总线4G、双主控、12个通用板位/24 IO槽3电源（21备份）整机性能,高端路由器,计算机网络硬件,定位于骨干网边缘、企业网中心11槽、2G总线、双主控、6个通用板位/12 IO 槽。2电源（11备份）整机性能1.2Mpps,高端路由器,计算机网络硬件,Router,Router,Router,Router,计算机网络硬件,Repeater,中继器,计算机网络硬件,Bridge,网桥,计算机网络硬件,Gateway,网关,计算机网络硬件,计算机网络硬件,调制解调器,调制解调器(modem)包括：调制器(Modulator)：把要发送的数字信号转换为频率范围在 3003400 Hz 之间的模拟信号，以便在电话用户线上传送。解调器(DEModulator)：把电话用户线上传送来的模拟信号转换为数字信号。,调制解调器的作用,计算机网络硬件,计算机网络软件,一、网络操作系统,网络操作系统是网络用户实现数据传输和安全保证的计算机环境。它管理、调度和控制计算机系统及网络上的多种资源，是网络运行的基础。网络操作系统可以理解为网络用户与计算机网络之间的接口，是专门为网络用户提供操作接口的软件平台。,网络操作系统的基本功能任务调度管理硬件和软件资源维护系统安全多用户资源共享处理中断,主流网络操作系统UNIX操作系统Netware操作系统Windows 2003操作系统Linux操作系统。Solaris操作系统,计算机网络软件,协议类型 OSI参考模型协议栈以太网交换机工作原理,二、网络传输协议（Network Protocols）,计算机网络软件,协议类型,计算机网络软件,开放系统互联模型,计算机网络软件,总线型(Bus Topology)星型(Star Topology)环型(Ring Topology)网状型(Mesh Topology)混合型(Hybrid Topologies),2.3 网络拓扑结构（Network Topologies）,网络拓扑结构的主要类型有：,一、总线型,2.3 网络拓扑结构（Network Topologies）,2.3 网络拓扑结构（Network Topologies）,二、星型,2.3 网络拓扑结构（Network Topologies）,三、环型,2.3 网络拓扑结构（Network Topologies）,四、网状型,2.3 网络拓扑结构（Network Topologies）,五、混合型,2.4 计算机网络的分类,一、从网络的交换功能进行分类,电路交换报文交换分组交换混合交换,两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。5 部电话机两两相连，需 10 对电线。当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。,2.4 计算机网络的分类,电路交换,电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接,电路交换的特点,2.4 计算机网络的分类,A 和 B 通话经过四个交换机通话在 A 到 B 的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换举例,2.4 计算机网络的分类,C 和 D 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换举例,2.4 计算机网络的分类,(,(,报文,分组交换的原理(一),在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。,分组交换,2.4 计算机网络的分类,数 据,数 据,数 据,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,2.4 计算机网络的分类,分组交换的原理(二),分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,分组交换的原理(三),2.4 计算机网络的分类,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,分组交换的原理(四),2.4 计算机网络的分类,数 据,数 据,数 据,最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。,2.4 计算机网络的分类,分组交换的原理(五),H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,结点交换机,主机,2.4 计算机网络的分类,H1,A,分组交换网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,结点交换机,主机,在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口,在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口,在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口,最后到达目的主机 H5,2.4 计算机网络的分类,2.4 计算机网络的分类,结点交换机有多个端口在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。结点交换机处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,三种交换的比较,2.4 计算机网络的分类,从网络的作用范围进行分类局域网 LAN(Local Area Network)城域网 MAN(Metropolitan Area Network)广域网 WAN(Wide Area Network)接入网 AN(Access Network),二、从网络的作用范围进行分类,2.4 计算机网络的分类,Local Area Network,Wide Area Network,2.4 计算机网络的分类,广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,城域网,城域网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,广域网,局域网,局域网,校园网,企业网,2.4 计算机网络的分类,以太网令牌环网异步传输模式(ATM)光纤分布式数据接口(FDDI)帧中继,2.5 网络技术,目前主要的网络技术有：,Collision Detection,Carrier Sense Multiple Access,Detects signal,Collision detected,2.5 网络技术以太网（Ethernet）,Transmits signal,2.5 网络技术令牌环网（Token Ring）,ATM网络（Asynchronous Transfer Mode）,FDDI网络（Fiber Distributed Data Interface）,Characteristics,Description,Access Method,Token passing,Transfer Speed,Fiber-optic at 100 Mbps,Primary Ring,Secondary Ring,Main Office,Branch Offices,Frame Relay Network,Frame,Frame,Frame,2.5 网络技术帧中继（Frame）,公共电话网络（PSTN）专线（private line）虚拟专用网络（VPN）宽带宽带无线接入接入无线局域网,其它有关的几个概念,PSTN电话网络(PSTN)是目前普及程度最高、成本最低的公用通讯网络，它在网络互连中也有广泛的应用。电话网络的应用一般可分为两种类型，一种是同等级别机构之间以按需拨号(DDR)的方式实现互连，一种是ISP为拨号上网为用户提供的远程访问服务的功能。,其它有关的几个概念,当移动用户或远程用户通过拨号方式远程访问公司或企业内部专用网络的时候，采用传统的远程访问方式不但通讯费用比较高，而且在与内部专用网络中的计算机进行数据传输时，不能保证通信的安全性。为了避免以上的问题，通过拨号与企业内部专用网络建立VPN连接是一个理想的选择。VPN（Virtual Private Network）：虚拟专用网络，是一门网络新技术，为我们提供了一种通过公用网络安全地对企业内部专用网络进行远程访问的连接方式。我们知道一个网络连接通常由三个部分组成：客户机、传输介质和服务器。VPN同样也由这三部分组成，不同的是VPN连接使用隧道作为传输通道，这个隧道是建立在公共网络或专用网络基础之上的，如：Internet或Intranet,VPN,其它有关的几个概念,要实现VPN连接，企业内部网络中必须配置有一台基于Windows NT或Windows2000 Server的VPN服务器，VPN服务器一方面连接企业内部专用网络，另一方面要连接到Internet，也就是说VPN服务器必须拥有一个公用的IP地址。当客户机通过VPN连接与专用网络中的计算机进行通信时，先由ISP（Internet服务提供商）将所有的数据传送到VPN服务器，然后再由VPN服务器负责将所有的数据传送到目标计算机。VPN使用三个方面的技术保证了通信的安全性：隧道协议、身份验证和数据加密。客户机向VPN服务器发出请求，VPN服务器响应请求并向客户机发出身份质询，客户机将加密的响应信息发送到VPN服务器，VPN服务器根据用户数据库检查该响应，如果账户有效，VPN服务器将检查该用户是否具有远程访问权限，如果该用户拥有远程访问的权限，VPN服务器接受此连接。在身份验证过程中产生的客户机和服务器公有密钥将用来对数据进行加密。VPN连接的示意图如下所示。,其它有关的几个概念,北京新闻出版局,区(县)文委,VPN,VPN,各出版单位,市宣传部,市工商局,新闻出版总署,市执法总队,北京新闻出版局,区(县)文委,印刷企业,VPN,VPN,VPN,VPN,区(县)文委,文化公司,图书发行单位,图书复制单位,宽带宽带是互联网兴起以后为解决“窄带”上网导致的速度慢、收费高等问题而提出的解决方案。但宽带到底是什么？目前没有统一的说法，但简单地说，宽带是相对于目前网络的窄带而言的，主要指的是网络数据传输的带宽幅度。早在三年前，英特尔、康柏等国际企业曾经研讨过究竟多少带宽才是宽带的问题，当时得出的结论是，超过300到500K已经可以做一个比较合理的宽带的应用了。但网络发展到今天，显然这个标准是不够的。有人认为，宽带应用，通常是说带宽超过2兆以上。但如果谈到各种各样的应用，包括以后的高清晰电视，有人认为两兆显然不够，如果采用比较良好的压缩技术的话，会在五六兆的水平，甚至十几兆，所以，究竟多少带宽才算是宽带，目前没有确切的定义，但我们可以认为，相对于目前网络的窄带而言，宽带应具备高速接入、交互性、永远在线等功能。,其它有关的几个概念,什么是宽带？,宽带线路：可通过较高数据率的线路。宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。,A,B,A,B,宽带线路,窄带线路,在宽带线路上比特传播得快,在窄带线路上比特传播得慢,错误的概念,A,B,A,B,宽带线路,窄带线路,宽带线路：每秒有更多比特从计算机 注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。,正确的概念,比喻：汽车运货,宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短,另一种错误概念“宽带”相当于“多车道”,多车道公路是并行传输,通信线路上通常都是串行传输(但 ADSL 是例外的）,常见的错误是混淆了两种速率,在网络中有两种不同的速率：信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（米/秒，或公里/秒）计算机向网络发送比特的速率（比特/秒）这两种速率的意义和单位完全不同。宽带传输：计算机向网络发送比特的速率较高。,常用的带宽单位,更常用的带宽单位是千比每秒，即 kb/s（103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）请注意：在计算机界，K=210=1024 M=220,G=230,T=240。,数字信号流随时间的变化,在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。,