公安信息化与大数据应用 第八章 计算机网络

8.1.1计算机网络的概念

计算机网络（计算机+通信）：计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。它是利用通信线路和通信设备将分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，在网络软件的支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。连网的每台计算机都有自己的操作系统，能独立运行。

组成计算机网络通常由通信子网和资源子网组成。

 8.1.2计算机网络的发展

1.面向终端的计算机网络

 

 

 2.计算机-计算机网络

 

 

 3.标准化网络

*随着网络规模的不断扩大，需要将各种网络互联起来，于是网路体系结构与网路协议的国际标准化问题被提上日程；

*1984年，国际标准化组织ISO（International Standarization Organization）正式颁布了‘开放系统互连基本参考模型’OSI（Open System Interconnection）的国际标准。它规定了可以互连的计算机系统之间的互连模型，标志着第三代网络的诞生。

4.高速互联网络

*1993年，美国政府提出了国家信息基础设施NII（National Information Infrastructure）建设计划（即信息高速公路）

*以Internet为核心的全球高速计算机互连网络形成

*第四代计算机网络的特点是网络的高速化和业务综合化

 

8.1.3计算机网络的功能

1.资源共享

计算机联网的主要目的就是资源共享，可共享的资源有软件，硬件和数据资源

2.数据通信

数据通信即实现计算机与终端，计算机与计算机间的数据传输，是计算机网络的最基本功能之一。

利用这一功能，可以快速传输图，文，声，像等信息。

3.集中管理

目前，多数地理位置分散的组织和部门都建立网络信息管理系统，对数据信息实现集中管理。

4.分布处理

*当网络中某台计算机负荷过重时，可以将某些工作通过网络交给空闲的计算机处理，这样既能均衡各计算机的负载，又能提高处理问题的实时性。

*对于一些复杂的问题，可将其分解后由不同的计算机处理，充分地利用各地地计算机资源，提高工作效率和降低成本。

 

8.1.4计算机网络地分类

由于计算机网络自身地特点，其分类方法有多种。根据不同的分类原则，可以得到不同得到不同类型的计算机网络。

传输技术：普通电信网，虚拟专用网，卫星网络等

传输介质：有线和无线

传播方式：广播和点-点

网络的覆盖范围：局域网，城域网和广域网。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.1.5计算机网络的拓扑结构

网络的拓扑结构是指各结点在网络上的连接形式。拓扑结构影响着整个网络的设计，功能，可能性和通信费用等许多方面，是决定局域网性能优劣的重要因素之一。

常见的拓扑结构主要有总线型，星型，环型，树型，网状型等。

 

 

在实际应用中选择拓扑结构时，应该考虑的主要因素有：安装费用，更改的灵活性及运行的可靠性。通常使用较多的时树型和网状结构。

 

8.1.6计算机网络的组成

 

 1.网络硬件

（1）服务器

　　服务器是网络的核心设备，网络服务的提供者。它具有高性能，高吞吐能力和大存储容量等特点

　　分类：根据服务器所提供服务的不同，可将其划分为WWW服务器，文件服务器，打印服务器和邮件服务器等。

（2）终端

　　终端是用户和网络之间的接口，用户可以通过终端去的网络服务。终端可以是简单的输入输出设备，也可以是个人计算机或其他智能终端。

　　终端通常安装支持网络通信和网络任务管理的操作系统，也安装各种应用软件来完成相应任务。

（3）网络互联设备

*网卡

　　网卡又叫网络接口卡或网络适配器，是计算机接入局域网的基本设备，有有限网卡和无线网卡两种。

　　每块网卡都有一个唯一的标识号码，称为MAC地址（Media Access Control ID）或物理地址。这个地址是网卡出厂时，通过硬件的方式写入到网卡中的，无法修改。

　　查看物理地址：打开命令提示符，输入ipconfig/all

*调制解调器

　　调制解调器俗称‘猫’，是计算机通过电话线入网的接入设备。由于计算机传输的是数字信号，电话线传输的是模拟信号，因此需要利用调制解调器完成模拟信号和数字信号的转换。将计算机中的数字信号转换成模拟信号的过程叫调制，反之称为解调。

　　调制解调器有内置和外置两种

*中继器

　　中继器使用来扩展网络覆盖范围的硬件设备。因为信号在传输过程中有衰减，当传输距离超出网络规定的最大距离时，就会因为衰减而失真，这时就要有中继器延伸。

　　中继器有放大信号的功能，补偿信号衰减，支持远距离的通信。

*集线器

　　集线器实际是一个中继器，二者的区别在于集线器能够提供多端口服务，也成为多口中继器。它将一个端口接收的所有信号分发储区，每个端口相互独立，当某个端口出现故障，不影响其他端口。网络用户可通过集线器的端口用双绞线与网络服务器连接在一起。

*交换机

　　交换机可以称作‘智能型集线器’，独享带宽，采用交换技术，为所连接的设备同时建立多条专用线路，当两个终端互相通信时并不影响其他终端的工作，使网络的性能得到大幅提高。

*路由器

　　路由器是一种可以在不同的网路之间进行信号转移的网间互联设备。他的主要功能包括过滤，存储转发，路径选择，流量管理，介质转换等

（4）网络传输介质

 

 

 

 

光纤的优点：体积小，重量轻，原材料是二氧化硅即沙子，环保又便宜；还具有通信容量大，抗干扰性强，速度快等优点。应用在对通信实时性可靠性哟啊求高的网络枢纽中。

 

 

 

 

 地面微波通信

　　-中继站设在高处以减少障碍

　　-由于地面曲面的影响以及空间传输的损耗，每个50公里左右，就需要设置中继站，将电波进行放大，传播。

　　-这种通信方式，也称为微波中继通信或称微博接力通信。此外，地卖弄微博受大气条件的影响较大，恶劣的天气，比如暴风暴雪西暴雨都会严重影响微波的传输

 

卫星微波通信

　　-卫星的覆盖范围非常广，通信费用与距离无关，不易受地面自然灾害的影响。但是，卫星造价高昂，而且传输距离远，会产生传输延迟。此外，它的传输介质是空气，因此会受大气和太空中噪声的影响。

 

无线传输介质-蓝牙

　　-蓝牙是全球范围内无需取得执照，但并非无管制的工业，科学和医疗用（ISM）波段的22.4GHz短距离无线电频段

　　-对低带宽条件下，相邻设备之间的信息传输是非常有用的，它的覆盖距离可以从几米到上百米，传输的速度可以达到几十兆。

　　-蓝牙设备的功耗低，体积小，它几乎可以被集成在任何的数字设备中。

 

无线传输介质-红外线

　　-由于红外线的波长较短，对非透明物体的透过性能力比较差，因此他的通信距离比较短，一般都只又几米。

　　-红外线在通信过程中不能移动，这使得它在很多外部设备上没法使用，例如鼠标，键盘。

　　-由于通信距离，速度和可见性的影响。红外线的应用范围远不如蓝牙。

 

红外传输优点

　　-不受无线电的干扰

　　-保密性强

　　-不需要频率申请

 

无线传输介质——WIFI　　

 

 

无线传输的缺点

　　-无线网络的稳定性和可靠性是不能跟有线进行比肩的。当我们传输一些大数据的时候，我们还是选择有线。

　　-无线信号还存在衰减的问题，为了让信号传输得更远，就只能增加AP或者放大器，单数这样也会带来更大的辐射。提高通信的速度和增加辐射的风险之间存在矛盾。

　　-无线网络的传输介质是空气，相比有线来说，它比较容易被截取破译，因此提醒大家不要连接那些不熟悉的，尤其是不需要密码的免费wifi，一面造成个人信息的泄露。

 

 

2.网络软件

计算机网络软件主要指网络系统软件和网络应用软件。

（1）网络系统软件

　　网络系统软件主要包括网络操作系统，网络协议软件和网络通信软件等。

网络操作系统

　　网络操作系统是最核心的网络系统软件，主要功能是实现不同主机之间的通信及全网软硬件资源的共享。网络服务器必须安装网络操作系统，才能对网路资源进行管理，提供各种网络服务。常用的网络操作系统有UNIX,Linux，WindowsNT和Novell Netware等

（2）网络系统软件

网络协议软件

　　网络协议软件是网络通信的数据传输规范，用于实现网络协议功能的软件。如TCP/IP,HTTP,FTP等

网络通信软件

　　网络通信软件是实现网络工作站之间通信的软件，如网卡驱程等

网络应用软件

　　网络应用软件是为网络用户提供服务并为网络用户解决实际问题的软件如QQ，IE等

 

8.1.7计算机网络的体系结构

1.网络通信协议

　　网络协议是为网络中各结点之间进行通信而指定的一系列规则，该规则精确规定了所交换数据的内容，格式和时序。

　　网络协议实际上是计算机网络中各结点进行通信时使用的一种语言。目前比较流行的协议有TCP/IP，IPX,NetBIOS,XNS等

2.网络体系结构

（2）网络应用软件

　　大多数计算机网络都采用层次结构，在这种分层结构中，相似的功能出现在同一层内，每一层仅与其相邻上，下层通过接口通信，使用下层提供的服务，并未上层提供服务。

　　计算机网络的各个层和在各层上使用的全部协议统称为网络的体系结构。

 

 

 法律上的（de jure）国际标准OSI并没有得到市场的认可。

非国际标准TCP/IP现在获得了最广泛的应用。

TCP/IP常被称为事实上的（de facto）国际标准。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.2互联网应用

 

 

 

 

 

2.TCP/IP协议

　　OSI虽然是网络体系结构的国际标准，但是由于协议实现过于复杂，运行效率低等原因，互联网并未使用OSI标准，而是采用了TCP/IP协议。

　　TCP/IP是一个协议簇，其核心协议是TCP和IP两个协议。TCP/IP两个协议。TCP/IP既是一种网络体系结构，又是一种通信协议标准。

 

 应用层

　　应用层为用户提供一些常用的应用程序，用户通过这些程序与传输层协议相配合，发送或接收数据。根据用户对网络需求的不同，制定了丰富的应用层协议。常用的有：

-HTTP：超文本传输协议，用于从WWW服务器传输超文本到本地浏览器

-FTP：文件传输协议，用于交互式文件传输。

-SMTP:简单邮件传输协议，用于邮件服务器之间的邮件传输。

-DNS:域名系统，用于将域名地址解析为IP地址。

传输层

　　传输层负责应用进程之间的端到端通信，并有发送确认，错误重发以及纠错检查等共功能，以确保传输可靠。传输层的协议主要有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。

　　TCP（Transport Control Protocol）协议是面向连接的协议，它为两台计算机之间的同通信起了重要作用。当两台计算机需要进行通信时，TCP协议负责在两者间建立连接，发送和接收数据以及终止连接。

网络层

　　网络层负责将各种各样的子网互连，负责处理计算机之间的通信，按照路由选择法确定报文传递，转发给网络接口，还是本地处理。主要的协议是IP（网际协议）。

　　IP（Internet Protocol）协议定义了计算机通信应该遵守的规则。IP协议是无连接的，通信双方在进行数据通信前，不需要事先建立好连接，无法保证数据的可靠传输，但效率非常高，实现起来比较简单。如果要求数据传输具有一定的可靠性，可以在IP上面使用TCP协议。

网络接口层

　　网络接口层负责接收IP数据，并将它们发送到指定的网络地点

 

 

为了实现Internet上各种计算机之间的通信，每个网络设备（计算机，路由器）必须有一个地址。互联网有IP地址和域名两种主要的地址识别系统。

 

 

3.IP地址

　　为了实现互联网之间的通信，每台计算机必须有一个唯一的地址，即IP地址。

（1）IP地址的结构

　　IP地址有IPV4和IPV6两个版本，目前大多数网络仍然采用IPV4版本。IP地址由32位二进制数组成，分为四段，每段8位，中间用小数点分隔。

　　例如：11001010.11001110.10100000.1000100

　　为了方便与书写和记忆，IP地址倡议十进制形式白表示，每段十进制数的范围是0-255，上面的IP地址用十进制数表示位202.206.160.68

　　IP地址包括网络号和主机号两部分，网络号指出IP地址所属的网络，主机号指出主机在网络中的位置。

　　IP地址由互联网网络信息中心NIC统一分配。NIC负责分配最高级别的IP地址，并给下一级网络中心授权在其资质系统中再次分配IP地址。

　　

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（4）IP地址的查看与测试

　　若为固定IP地址，在上述的‘Internet协议（TCP/IP）属性’对话框中查看；若使用冬天IP地址，可以使用ipconfig命令查看。

　　用Ping命令测试网络是否连通。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

（5）IPV6简介

-IPV6是为了解决IPV4地址空间不足的问题而产生的，它用128为二进制数表示IP地址，为将来网络发展提供了巨大的地址资源。

-IPV6规定将IP地址写成呢个个16为的无符号整数，每个整数用四个十六进制位表示，这些数之间用冒号分开。

3ffe：3201：1401：1280：c8ff：fe4d：db39

 

 

 

 

 

 

 

 

 1.电话线拨号PSTN

　　普遍的窄带接入方式，通过电话线，利用当地运用商提供的接入号码，拨号接入互联网，速率不超过56Kbps

　　所需设备：电话线和调制解调器

　　特点：速率低，无法实现一些高速率要求的网络服务，其次是费用较高。

　　适合场所：使用在一些低速率的网络应用，主要适合临时性接入或无其他宽带接入场所的使用。

2.ISDN接入

　　ISDN是综合业务数字网络，利用普通电话线实现双向传输数字信号，提供数据，声音和图像等多种信息传输服务。

　　所需设备：一条ISDN用户线路和一块ISDN网卡。

　　特点：速率低，无法实现

3.ADSL接入

　　ADSL是非对称数字用户线路（Asymmetric Digital Subscriber Loop），是基于公众电话网提供宽带业务的技术。

　　所需设备：电话线和ADSL调制解调器

　　特点：速率高，带宽独享，安装方便，不需要缴纳电话费。

　　适用场合：家庭入网，可以满足视频点播（VOD），远程教学，可视电话等高速率互联网应用。

4.光纤宽带接入

　　通过光纤接入小区或楼，再有网线接入用户家，提供一定区域的高速互联接入。

　　特点：速率高（击败KB/s），抗干扰能力强，可以实现各类高速率的互联网应用。

　　适用场合：家庭，个人或各类企实业团体

5.Cable Modem接入

　　Cable Modem（线缆调制解调器）是一种基于有线电视网络的接入方式，速率可达10MB/s-30MB/s

　　特点：速率较高，接入方式方便，可实现各类视频服务，高速下载等。

　　适用场合：拥有有线电视网的家庭，个人或各类企事业团体

6.局域网接入

　　前提是用户所在的单位或社区已经架构了局域网，并与internet相连，而且在你的位置布置了接口。

　　特点：速率高，技术成熟，成本低

　　适用场合：个人或各类企事业团体。

7.无线接入

　　适用于介入距离较近，布线难度高，成本高的地区。接入方式有蓝牙（10米以内），GSM（全球移动通信系统），CDMA,3G,4G,5G等

 

 

8.2.3 互联网服务与应用

　　Internet由大量的计算机和信息资源组成，它们为网络用户提供了丰富的网络应用服务，主要包括WWW服务，电子邮件服务，文件传输服务和远程登陆服务。

1.WWW服务

　　WWW（World Wide Web，环球信息网）又称万维网，也可以简写为Web，是一种采用超文本技术存储和传递信息的网络。

　　WWW制定了一套标准的，易被人们掌握的超文本标记语言（HTML），统一资源定位器（URL）和超文本传输协议（HTTP）

1.WWW

（1）相关术语

-超文本

　　超文本技术是用超链接的方法，将各种不同的文字信息组织在一起的网状文本。

　　超媒体将超文本与多媒体结合起来，可以适用文本中的文字，图形，声音，影像等信息元素作为超链接。

-HTML

　　超文本标记语言（Hyper Text Markup Language，HTML）是用来制作网页的一种标记语言。简单地说就是一组用来确定网页上字体，颜色，图形和超链接按等地格式标准，用用这种语言编写地文档称为HTML文档。

-HTTP

　　超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）负责把超文本从WWW服务器传送到客户端，定义了客户端如何像WWW浏览器发出请求，以及WWW浏览器如何将Web页面返回各客户端地通信规则。

-URL

　　统一资源定位URL（Uniform Resource Locator），用来定位网上信息资源地位置和方式。

　　其语法格式为：通信协议：//主机域名/路径/文件名

　　通信协议是指提供该文件地服务器所使用地通信协议，如HTTP，FTP等

　　主机域名指提供上述服务器地域名；

　　路径及文件名指该文件在主机上的路径及文件名

（2）WWW的工作原理

 

 

 

 浏览信息

　　设置浏览器主页

查找信息

　　搜索引擎

　　专业的查询网站

2.电子邮件服务

　　电子邮件是Internet上使用最广泛的一种服务。用户通过手法电子邮件，可以方便，快捷，价格低廉的传输文本，图形，声音和动画等信息。

　　要发送电子邮件，必须知道对方的电子邮箱地址。其地址格式为：用户名@主机域名

　　用户名是用户申请的邮箱名，主机域名是邮件服务器的名字

　　发送邮件需要使用简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMFP），它主要负责将邮件从一台计算机传送到另外一台计算机。

　　接收邮件需要使用邮局协议（Post Office Protocol，POP），它是把邮件从电子邮箱中传输到本地计算机的协议，目前使用的版本为POP3　　

3.文件传输服务

　　文件传输服务是一种实时的联机服务，首先用户必须登录到对方的计算机上，登陆后智能进行文件查询，文件传输有关的操作。

　　在Internet上使用FTP服务，需要使用专门的程序，目前常用的有浏览器和专门的FTP传输软件。

　　-在浏览器的地址栏输入URL，如‘ftp：/172.18.1.220’

　　-为了提高文件传输速度，可以利用专门的FTP软件，这些软件大多支持断点续传和多线程传输。如CuteFTP，Netants和FlashGet等

4.远程登陆服务

　　用户计算机需要和远程计算机协同完成一个任务时，需要使用Internet的远程登陆（Telnet）服务。

　　用户使用Telnet服务是，首先应该输入要登陆计算机的域名或IP地址，然后在弹出的身份确认对话框中输入正确的用户名和密码后，才会成功登陆。成功登陆后，用户可以访问和操作远程计算机上的拥有权限的任何资源。

　　除上述的服务外，还有电子商务，网络传真，视频会议，论坛和博客等

8.2.4移动互联网

　　移动互联网是指移动通信终端与互联网相结合称为议题，是用户使用手机，PDA或其他无线终端折本，通过速率较高的移动网络，在移动转台下（如在地铁，公交车等）随时，随地访问internet，以获取信息，使用商务，娱乐等各种网络服务。

 

 

 

 

 

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