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1、1 第三章管理信息系统平台的构建技术Computer technology is the technological basis to construct the platform of management information system.This chapter is mainly about the new development of computer hardware,data communication mode,data switching technology,computer network architecture,local area network medium
2、access control technology,TCP/IP protocol set,database architecture,the features and operations of the relational model,the basic concept of data warehouse and so on.第一节计算机系统一、计算机系统计算机是一种能够接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对输入的信息进行加工、处理，得到人们所期望的结果，然后把处理结果输出的高度自动化的电子设备。计算机的发展史大型主机的发展阶段1946 年美国研制出第一台全自动电子计算机ENIAC，标
3、志着电子计算机的诞生，此后计算机进入了飞速发展的阶段。计算机发展史具体如表3-1 所示。表 3-1 计算机发展史目前，世界各国研究人员正在加紧开发以智能电子计算机、神经网络计算机、分子计算机、光子计算机、量子计算机等为代表的未来新一代计算机。智能电子计算机是一种有知识、会学习、能推理的计算机，具有能理解自然语言、声音、文字和图像的能力，可进行思维、联想、推理，具有汇集、记忆、检索等活动。神经网络计算机模仿人的大脑判断能力和适应能力，将具有类似人脑的智慧和灵活性，并具有可并行处理多种数据的功能。分子计算机运行靠的是分子晶体可以吸收以电荷形式存在的信息，并以更有效的方式进行组织排列。凭借着分子纳米
4、级的尺寸，分子计算机的体积和耗电将剧减，并能更长期地存储大量数据。光子计算机利用光子取代电子进行数据运算、传输和存储，光子计算机将使运算速度在目前基础上呈指数上升。量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和年代器件第一代1946-1957 第二代1958-1964 第三代1965-1969 第四代1970-电子器件电子管晶体管中、小规模集成电路大规模和超大规模集成电路主存储器磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓磁芯、磁鼓、半导体存储器半导体存储器外部存储器磁带、磁鼓磁带、磁鼓磁带、磁鼓、磁盘磁带、磁盘、光盘处理方式机器语言汇编语言监控程序连续处理作业高级语言编译多道程序实时处理实时、分时处理网络操作系统运
5、算速度5 千-3 万次/秒几十万-百万次/秒百万-几百万次/秒几百万-千亿次/秒名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 20 页 -2 逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。微型计算机的发展微型机又称为个人计算机（personal computer，PC），它的发展阶段以微处理器（microprocessor unit，MPU）为标志。世界上第一台微处理器Intel 4004诞生于 20 世纪 70 年代，第一台微型计算机MCS-4 随之于 1971 年诞生，其后微机迅速普及。微型计算机发展至今，大约经历了五个阶段。第一代，1981 年 IBM公司的 IBMPC/XT
6、使用 8 位 Intel 8088 CPU；第二代，1984年 IBM 公司的 IBMPC/AT 使用 16 位 Intel 80286 CPU；第三代，1986 年 Compaq公司的 386AT和 1987 年 IBM 公司的 PS/2-50使用 32 位 Intel 80386 CPU；第四代，1989 年 486微机使用 Intel 80486 CPU；第五代，1993 年微机使用 Intel Pentium CPU（586）和其后的 P、P、PIV，高档 PIV 已发展到字长64位，主频 3.8GHz。计算机的分类按计算机的规模和性能可以分为六大类：超级计算机或称巨型机（superc
7、omputer）超级计算机具有强有力的传输数据和处理数据能力，具有大容量的内外存，采用专用的操作系统等。我国研制的银河机也属于巨型机。1999 年 9 月，我国研制的“神威”巨型计算机系统研制成功，运算速度达每秒 3840 亿次浮点运算，其总设计师金怡濂获得2002 年度国家最高科学技术奖。据2004 年 11月报道，由美国的蓝色基因L 创下了 70.72TFLOPS的新纪录，并荣登 2004 年超级计算机排行榜榜首。（T 译为太拉，1 太拉为 1 万亿，FLOPS 为每秒可运行的浮点运算次数）。小超级机或称小巨型机（minisupercomputer）小超级机又称桌上型超级电脑，由并行的多个
8、微处理器组成，它使巨型机缩小成个人机的大小，或者使个人机具有超级电脑的性能。大型主机（mainframe）它包括我们通常所说的大、中型计算机。这是在微型机出现之前最主要的计算模式。不过随着微机与网络的迅速发展，许多大型机正在被高档微机群取代。小型机（minicomputer）小型机常采用多CPU 结构，具有较大容量的内存和多台大容量硬盘，数据处理功能较强，实时处理性能比较好等。同样小型机也受到高档微机的挑战。工作站（workstation）工作站使用大屏幕、高分辨率的显示器，有大容量的内外存储器，大都具有网络功能。一般采用UNIX 操作系统，具有多任务、多用户的功能，适合于分布式处理。它们的用
9、途比较特殊，主要用于计算机辅助设计、图像处理、软件工程以及大型控制中心。个人计算机（personal computer，PC）或称微型机这是目前发展最快的领域。根据它所使用的微处理器芯片的不同而分为若干类型。使用 Intel 公司的 Pentium系列和 AMD 公司的 Athlon 系列微处理器的 IBM PC 及其兼容机最为普及。计算机的组成计算机系统由硬件系统和软件系统两部分组成。计算机硬件是指计算机系统中由电子、机械、磁性和光电元件组成的各种计算机部件和设备。计算机的种类很多，但从功能上都可以划分为五个基本组成部分，即输入设备、输出设备、存储器、运算器和控制器，运算器和控制器常集成在一
10、起，称为中央处理器（CPU）。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 20 页 -3 计算机硬件结构如图3-1 所示，双线代表数据流，实线代表控制流，计算机各部件间的联系通过信息流动来实现。图 3-1 计算机系统基本硬件结构二、计算机硬件硬件设备是计算机物理设备的总称。中央处理器（central processing unit，CPU）中央处理器在微机中又称为微处理器，它主要由运算器、控制器和寄存器组成。其主要功能是按照程序给出的指令序列分析指令、执行指令，控制并协调各部件的工作，完成对数据的加工处理。存储器（memory）存储器是是计算机的记忆和存储部件，负责存储数据和
11、程序，并根据控制命令提供这些数据和程序，主要分为主存储器和辅助存储两类。主存储器又称内部存储器，简称内存，主要由半导体存储器组成。计算机运行过程中内存用来存储当前数据和程序指令的。计算机的辅助存储器又称外部存储器，简称外存，用于数据和程序的长久保存。常用的辅助存储器有磁盘（带）、移动硬盘、光盘、闪存存储器（usb flash盘，又称优盘和闪盘）。为了解决成本价格、存取速度和存储容量的矛盾，目前计算机的存储系统是由各种不同的存储器组成的。主存储器内存和 CPU 一起构成了计算机的主机部分。内存储器按其工作方式的不同，可以分为随机存储器RAM 和只读存储器 ROM 两种。RAM 可以分为静态 SR
12、AM和动态 DRAM 两种，目前常用的 DRAM 有 SDRAM（synchronous DRAM，同步动态随机存储器）和DDR SDRAM（dual date rate SDRAM，双倍数据传输速率同步动态随机存储器，DDR SRAM 理论上具有双倍 SDRAM 内存的带宽）。ROM 是一种内容只能读出而不能写入和修改的存储器，其存储的信息是在制作该存储器时就被写入的。计算机断电后，ROM 中的信息不会丢失。ROM 常用来存放检测程序、ROMBIOS 等。只读存储器除了ROM 外，现在为方便 BIOS的升级等又出现了PROM、EPROM、EEPROM（electrically erasabl
13、e programmable ROM）等类型。PROM 是可编程只读存储器，但只可编写（烧制）一次。EPROM器件是可擦除可编程只读存储器，使用 EPROM写入器用紫外线照射的方法可以反复多次擦除原来写入的内容，重新写入新的内容。EEPROM 是电可擦除可编程只读存储器，使用普通微机就可对它重写。EPROM、EEPROM 与 ROM 不同，其内容可以多次擦除而更新，但只要更新固化好以后，就只能读出，而不能象RAM 那样可以随机读出和写入信息。外存储器外存储器根据使用介质的不同，可分为磁性、光电和电子几种。外存的容量名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 20 页 -4 一
14、般都比较大，读写速度较慢。软磁盘是一种磁介质形式的存储器。常用的是容量为1.44MB 的 3.5 英寸软盘。目前已经有大容量的ZIP 软盘，一张盘片存储容量为100MB300MB 左右。硬磁盘是由若干个硬盘片组成的盘片组，一般被封装在金属壳内。硬盘的容量要大得多，通常在几十个GB 到几百个 GB，存取信息的速度也快得多。移动硬盘的接口多为 USB 接口，便于移动。磁带存储器主要用于大型主机和小型机。用于计算机的磁带和普通录音磁带类似，并无物理本质上的区别。只是前者记录数字信号，后者记录模拟信号，因此读写装置差别较大。光盘驱动器是读取光盘的设备。CD-ROM 为只读光盘，它的容量为 650MB，
15、可用于存放各种信息。光驱的一个主要技术指标是数据传输速率，传输速率的单位是“倍速”，其基数是150KB/秒。40X 就是指 40 倍速光驱，其数据的传输速率为 6000KB/秒。常用的光盘有三种：只读光盘、一次性写入光盘（WORM 简称 WO）、可擦写光盘（CD-RW）。可擦写光盘是能够多次重写的光盘，目前常用的是磁光型（magneto optic disk，MO）。可擦写光盘需插入特制的光盘驱动器进行读写操作。DVD-ROM 是 CD-ROM 的后继产品，DVD 盘光道之间的间距缩小，记录信息的最小凹凸坑长度缩小，导致了DVD 盘的存储容量可提高至4.7GB，是 CD-ROM 的 7 倍。而
16、且 DVD 驱动器具有向下的兼容性，也可以读取CD-ROM 的光盘。闪存是一种新型的EEPROM 内存，不需要特殊设备和方式即可实现实时擦写。市面上常用的有 U盘/优盘，有数码相机、数码摄像机、MP3上用的 CF（compact flash）卡、SM（smart media）卡，MMC（multimedia）卡等等。它们携带和使用方便，容量和价格适中，一般容量从64MB 到 1GB，深受广大计算机使用者的青睐。比较而言，存取速度由快到慢为：内存硬盘光盘软盘，存储容量由大到小为：硬盘 光盘内存软盘。外部设备外部设备包含输入设备和输出设备。键盘是微机的标准输入设备，显示器是微机的标准输出设备。在微
17、型计算机系统中，最常用的输入设备是鼠标和键盘。扫描仪是一个典型的图像输入设备。它可以将照片、图片、图形输入到计算机中，并转换成图像文件存储于硬盘中。视频捕获卡是视频媒体信息的输入设备，它可以将电视、摄影机和录像的视频信号输入到计算机中，可以将视频片断录制到硬盘上。条形码读入器是一种输入设备。条形码是一种用线条和线条间的间隔按一定的规则表示数据的条形符号。条形码读入器用以扫描条形码，将光信号转变为电信号，经译码后输入计算机。光笔与相应的硬件和软件结合，可用来在屏幕或书写板上作图或写字输入计算机。触摸屏是一种快速实现人机对话的工具。可分为电容式、电阻式和红外式三种，常用的为前两种。电容式触摸屏工作
18、原理是在荧光屏前安装一块特殊玻璃屏，其正反两面涂上专门材料，当手指触摸屏幕时，引起正反面间电容值发生变化，控制器将这种变化编译成（X，Y）坐标值，传给计算机处理。而电阻式触摸屏所涂材料当手指触摸屏幕时，引起触点正反面间电阻值发生变化。微机的显示系统由显示器和图形适配器（graphics adapter，也称为图形卡或显卡）组成。它们共同决定了图像输出的质量。显示器的主要技术指标有分辨率、像素和点距（两个像素点间的距离）。显示器像素点越多，分辨率越高，点距越名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 20 页 -5 小，图像越清晰。目前的图形卡能够支持1024768（或 128
19、01024）像素的分辨率，点距有 0.28 毫米，0.31 毫米或 0.39 毫米等。通常显卡上有它自己的存储区视频随机存储器（video RAM），也称为显存或VRAM。VRAM 用于存储当前正在显示的有关数据，以及此后将要显示的有关数据。VRAM 的大小决定着显示器最大分辨率下所能显示的颜色数、分辨率和显示的速度。打印机主要有针式打印机、喷墨打印机、激光打印机等。打印机的技术指标主要有打印速度、印字质量、打印噪声等。声卡又称音频卡（audio card），它用于处理音频媒体信息的输入输出，是一个重要的多媒体组件，与声卡相配套的硬件还有麦克风和音箱。一般声卡都具有如下功能：录音、播放声音、乐
20、器数字接口MIDI 等。三、计算机软件软件系统是指计算机程序及其有关文档。软件系统由系统软件和应用软件两大部分组成。系统软件包括操作系统、语言处理程序、数据库管理系统、网络通信管理程序等部分；应用软件是用来完成用户所要求的数据处理任务或实现用户特定功能的程序。操作系统软件操作系统（operation system，OS）是一组对计算机资源进行控制与管理的系统化程序集合，它是用户和计算机硬件系统之间的接口。操作系统具备五大功能：处理器管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。如Windows、Linux、Unix 等。数据库管理系统软件数据库管理系统（database management
21、system，DBMS）软件是专门对数据记录进行综合管理的软件，对数据文件结构的定义、数据记录的更新、数据记录的查询以及对数据记录的各种运算提供全面的支持。如 Oracle，Sybase，Microsoft SQL Server，Access等。程序设计语言计算机指令是用程序设计语言编写的，程序设计语言是人与计算机进行交流的工具。机器语言是一种在计算机上可以直接执行的二进制代码指令。汇编语言用便于人记忆的助记符作为操作指令，是一种十分接近机器语言的符号语言。高级语言采用英语词汇作为指令关键词，按照规定的语义和语法结构要求编写程序。高级语言中每一条语句的功能相当于汇编语言的多条指令的功能，也被称
22、为第三代语言（3GL）。如 C、PASCAL 等。第四代语言（4GL）是为降低程序开发难度和提高程序开发效率而设计的通用语言。如某些数据库系统的查询语句（如 SQL）和应用软件包的宏语言就具有第四代语言的特征。编写的程序是非过程化的，即程序指令只要告诉计算机需要“做什么”，而不必详述“怎样做”的具体过程。面向对象的程序语言是1980 年后新发展的程序设计语言，面向对象语言将数据与操作合成为对象，即对象数据和操作，这样的对象可以重用，从而大大提高编程效率，如 C+、Java等。由于因特网的广泛应用，标记语言也开始引起人们的注意，如HTML、XML 等。应用软件应用软件是直接面向最终用户的具体应用
23、软件，可分为通用和专用两种。通用应用软件是某些具有通用信息处理功能的商品化软件。它的特点是通用性，因此可以被许多有类似应用需求的用户所使用。比较典型的通用软件有文字处理软件、表格处理软件、数值统计分析软件、财务核算软件等。如Microsoft Office、名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 20 页 -6 用友财务软件等。专用应用软件是专业人士为满足用户特定要求而单独开发的专门应用软件，如为某公司定制的人力资源管理信息系统。管理信息系统一般来说是借助于计算机硬件等设备，进行信息处理的应用软件系统，因此计算机系统是管理信息系统平台构建的技术基础。计算机系统所涉及的软硬
24、件系统发展非常迅速，在管理信息系统软件开发过程中，需要不断跟踪其发展，充分利用和发挥其性能。第二节通信和网络一、数据通信技术数据是承载信息的实体，信息是数据的内容和含义。信号（signal）是数据的电磁或电子编码，按其编码机制可分为模拟信号和数字信号。数据通信技术是计算机网络发展的基础，通信的根本目的是传输信息如语言、文字、数码和图像等，而信息往往以具体的数据形式来表现，数据通过介质传送时又必须转换为一定形式的信号，因此通信归结到底是在一定的传输媒体上传送电信号，从而达到传送数据和交换信息的目的。数据通信网络的结构一个数据通信网络结构如3-2 图所示。在数据通信网络中信息的发出者称其为信源；信
25、息的接收者称为信宿；发送器对发送信号编码或转换，产生能够传输的光、电信号；接收器将收到的信号转换成信宿设备可以处理的信号；传输系统是连接信源与信宿之间的复杂线路网络。连接信源与信宿的物理和逻辑设备称为信道。图 3-2 通信网络结构数据通信方式并行通信和串行通信并行通信方式是将一组数据按数位宽度同时进行传输，每一个数位都要有自己的数据传输线和发送、接收设备。并行通信的传输速率高，但传输设备多，并行通信方式一般用在距离近、传输速率要求高的通信中。串行通信方式是在一根数据传输线上，每次传送一位二进制数据，即数据一位接一位地传送。在传输距离远，传输数字数据的场合，都采用串行传输方式，如计算机网络中。单
26、工通信与双工通信按照数据传输方向及其时间关系可将通信方式分为单工、半双工和全双工三种。在单工通信中，发送设备和接收设备之间只有一个传输通道，数据单方向的从发送端到接收端，传输通道的方向不能改变。在半双工通信中，两个设备之间有两个传输通道，可以轮流双方向地传送，但不能同时进行。在全双工通信中，两个设备之间有两个传输通道，并且可同时双向传送数据，相当于两个相反方向的单工通信的组合。基带传输与频带传输基带传输是指在数字信道直接传输数字信号。当进行远距离通信时，往往将数字数据转换成模拟信号（调制）后传输，在接收端再进行信号的恢复（解调），名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 2
27、0 页 -7 当调制成频率信号的频率范围在音频范围（200Hz3.4kHz）内时，这种传输方式称为频带传输。其频率范围比音频范围宽时，则称之为宽带传输。同步传输与异步传输在串行通信通讯中，发送与接收方必须以同样的速率在相同的时段内发送和接收数据，否则收发会产生微小误差，微小误差的积累，会导致传输错误，为此要用到同步技术。所谓同步是指接收端要按照发送端所发送的每个数据的起止时间和重复频率来接收数据，即收发双方在时间上必须一致（同步）。数据传输的同步方式有异步传输与同步传输两种。异步传输是以字符为单位的数据传输。每个字符都要附加1 位起始位“0”、1 位寄偶校验位和l位停止位“1”，以标记一个字符
28、的开始和结束。起始位和停止位结合起来，便可实现字符的同步。同步传输是以数据块为单位的数据传输。每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列，以便对数据块进行差错控制。数据通信传输介质传输介质分为有线介质和无线介质。有线介质常用的有双绞线、同轴电缆和光纤三种。双绞线是以螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成的。两根线扭在一起是为了减少相互间的辐射电磁干扰。双绞线早就用在电话通信中，用于模拟信号的传输，它也可常用于数字信号的传输。同轴电缆也像双绞线那样由一对导体组成，但它们是按“同轴”形式构成线对。基带同轴电缆用来直接传输数字信号，宽带同轴
29、电缆多用于频分多路复用的模拟信号发送，闭路电视所使用的CATV 电缆就是宽带同轴电缆。光纤是光导纤维的简称，它由能传导光波的石英玻璃纤维，外加保护层构成。用光纤来传输电信号时，在发送端先要将其转换成光信号，而在接收端又要由光检波器还原成电信号。无线传输介质是通过大气传输，目前有三种技术：微波、红外线和激光。微波通信是在对流层视线距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，频率范围为 2GHz-40GHz。卫星通信是微波通信的特殊形式，卫星接收来自地面发送站发出的电磁波信号后，再以广播方式用不同的频率发回地面，为地面工作站接收。红外通信和激光通信也像微波通信一样，有很强的方向性，都是沿直线传播
30、的。所不同的是红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号，直接在空间传播。调制和解调调制即把数字数据对应的原始电脉冲信号变换成适合于远距离模拟传输线路传输的模拟信号，反之模拟信号还原为数字信号称为解调。调制方法有以下几种：振幅、频率、相位。调幅方式也称为幅移键控法ASK，它是用固定频率的正弦信号的两种不同幅度来表示二进制数的“1”和“0”。通常对“1”信号，调制器送出一幅度恒定的固定频率的模拟信号；而对于“0”，输出幅度为0 的信号。调频方式也称移频键控法FSK，它是用载波信号的两种不同的频率来表示二进制数的“1”和“0”。一般用载波频率附近的两个不同频率表示两个二进制的值
31、。调相方式即移相键控法PSK，它是用载波信号的不同相位来表示二进制数。根据确定相位参考点的不同，调相方式可分为绝对调相和相对调相（或差分调相）。多路复用技术名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 20 页 -8 在一条介质上同时传送多路信号的传输方式，叫做介质的多路复用。有频分、时分和波分三种。信道所能传输的信号频率有一定的范围，这一范围称作该信道频带的宽度，即带宽。频分多路复用（FDM）技术应用的基本条件是传输介质的可用带宽必须超过各路给定信号所需带宽的总和。传输介质的带宽划分为若干个窄频带，每一路信号占用一个窄频带的方法称为频分多路复用。时分多路复用TDM 应用的基本
32、条件是传输介质能达到的数据传输率应超过各路传输数字信号所需的数据传输率的总和。即将每一条物理信道按时间分成若干时间片，使其每个信号按时间片轮流交替地使用单一信道，这种使多个数字信号在宏观上同时进行传输的方法称为时分多路复用（TDM）。波分多路复用（WDM）用于光纤，允许在一条光纤中同时传送多束互不干扰的不同波长的激光光束。数据交换技术通常采用的数据传送技术有3 种：电路交换、报文交换和分组交换。电路交换在数据传输期间，源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用的物理连接线路，在数据传输结束之前，一直保持这条线路。用电路交换技术完成的数据传输要经历如下三个过程：电路建立、数据传输和电路拆除
33、。报文交换不需在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单位是报文（站点一次发送的数据块），长度不限且可变。传送过程采用存储转发方式，即发送站在发送一个报文时，把目的地址附加在报文上，途经的网络节点在收下整个报文后，暂存这个报文并检查有无错误，然后利用目的地址和路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点，通过逐个节点转送直到目的站点。在某一时间内，报文的传输只占用两个节点之间的一段线路。而在两个通信用户间的其它线路段，可传输其它用户的报文，不像电路交换那样必须端到端信道全部占用。分组交换为了更好地利用信道容量，并降低节点中数据量的突发性，可以使用分组交换。在分组交换网络中，每
34、个分组的长度有一个上限，因此，一个较长的报文必须分成若干个分组，每个分组中包括数据和目的地址。其传输过程与报文交换类似，但由于限制了每个分组的长度，因此大大地改善了网络传输的性能。分组交换可分为虚电路分组交换和数据报分组交换两种。在虚电路方式中，仍然要经历建立虚电路、交换数据和拆除虚电路三个过程。逻辑通路所以是“虚”的，是因为这条电路不是专用的。在数据报方式中，每个分组的传送是被单独处理的，每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身带有分组序号和地址信息，传送过程亦采用存储转发方式。当某一个站点要发送报文时，先把报文拆成若干个数据报，依次发送到网络节点。但以后，各个数据报所走的路径就可能不再相同
35、，从而各个数据报的到达也不保证是按顺序的，目的站必须对到达的数据报排序重组。二、计算机网络概述计算机网络的定义美国国防部 1971 年 2 月建成了具有 15 个结点、23 台主机的网络，这就是著名的 ARPAnet，这是世界上最早出现的计算机网络之一，现代计算机网络的许多概念和方法都来源于ARPAnet。计算机网络定义为：用通信设备和传输介名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 20 页 -9 质将地理上分散的、功能独立的计算机连接起来，并在网络通信协议的控制和网络操作系统的管理下实现信息传递和资源共享的系统。计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理、资源共享和数
36、据通信的功能，从逻辑功能上可分为资源子网和通信子网两个部分。结构如图 3-3 所示。资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器、联网外设、各种资源组成，向用户提供各种网络资源和网络服务，负责整个网络的数据处理业务和各种网络资源的共享服务。通信子网由通信控制处理机（CCP）、通信线路与其他通信设备组成，完成数据的传输、转发、加工和交换等通信处理功能。图 3-3 计算机网络结构图计算机网络分类计算机网络的分类标准很多，比如按网络覆盖面积、传输介质、数据传输技术以及数据传输率等，下面介绍两种重要的网络分类标准。按拓扑结构分类将连接在网络上的计算机和互连设备看作一个结点，将设备之间的通信线路看作线，进而
37、以图的形式来表示这些点与线之间的关系，这种抽象方法称为拓扑，图被称为拓扑结构图。计算机网络中常见拓扑结构有总线型、星型、环型、树型和网状型等，如图3-4 所示。图 3-4 常用网络拓扑结构按网络覆盖范围分类按网络覆盖范围大小可将计算机网络分为局域网（local area network，LAN）、城域网(metropolitan area network，MAN）、广域网(wide area network，WAN)三种。计算机局域网地理分布范围较小（如办公楼群或校园），数据传输速率高，误码率低，协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整
38、理-第 9 页，共 20 页 -10 计算机网络的硬件组成及互连设备网络硬件主要有网络服务器、工作站、网络连接设备和网络通信介质等。服务器是连在局域网上的一台计算机，为网络用户提供各种网络服务和共享资源。工作站是指用户使用它能够在网络环境中工作，访问网络共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机。网络连接设备包括用于网内连接的网络适配器（即网卡，用于计算机处理数据和网线传输信号的转换）、调制解调器（完成数字信号和模拟信号的转换）、中继器（对传输信号进行放大和传输）、集线器（多端口中继器，是共享带宽方式的，其各个端口平均分享带宽）、交换器（又叫交换式集线器，每个端口都具有相同的固定的带宽）、网桥（
39、有两个端口，用于连接不同的网段，可以再生和过滤传输信号，并能识别数据的目的地址）、路由器（用于不同类型网络连接，完成数据格式转换、路由选择从而把数据包按照一条最优的路径发送至目的网络）、网关（协议转换器，主要用于连接不同体系结构的网络或局域网到主机的连接）等。网络通信介质在前面已经提到。网络软件构成网络操作系统(NOS)一个计算机网络拥有丰富的软硬件资源，为了能使网络用户实现通信、共享网络资源，需要对用户通信过程和网络资源进行有效管理，完成这一功能的软件系统称为网络操作系统。常见的网络操作系统有Novell 公司的 Netware，Microsoft公司的 Windows、悠久稳定的 Unix
40、 和开放源代码的Linux 等。网络体系结构和网络通讯协议（protocol）计算机网络中多个互连的节点要交换数据，必须遵守一些事先约定好的规则。这些为网络数据交换而制定的关于信息顺序、格式和内容的规则、约定与标准被称为网络协议。由于网络通信是一个复杂的过程，网络体系结构多采用分层式结构，每一层关注和解决通信中的某一方面的问题，每一层都具有相对独立的通信功能，以减少问题的复杂性。每一层只使用下一层提供的服务，并向上一层提供服务，而且仅在相邻层间有接口。每层协议都有自己的数据包格式，依据每层之间的数据包组装原则，在源端数据包每向下传送一层，都会添加本层协议的报头，目的端向上传输时则去掉协议的报头
41、，依靠各层功能的逻辑组合，实现从一端主机到另一端主机的通信。常见的分层体系结构模型有OSI、TCP/IP和 IEEE802 等。开放系统互联参考模型国际标准化组织 ISO 于 1982 年制定了一个开放系统互联参考模型OSI/RM，就是常说的网络七层协议。其层次结构和数据传输如图3-5 所示。OSI/RM 仅是一个概念模型，并不是一个具体的计算机或网络，也未确切描述用于各层的协议和服务。但可使任何两个遵守参考模型和有关标准的主机进行互连以实现相互通信，这正是“开放”这个词表示的含义。OSI/RM 低三层面向数据传输，实现通信子网的功能。高三层面向两端具体应用进程，实现资源子网的功能。传输层是整
42、个协议层次结构的中心，它下靠传输服务提供者低三层通信子网的支持，上为传输服务用户 高三层资源子网提供从源端机到目的端机的可靠的数据传输服务。每一对等层之间进行对等的通信，对等层的通信必须遵循该层的协议（如两端传输层的通信就要遵守传输层协议），除了最低层物理层间的比特流传输是真实通信外，其它对等层之间的通信都是虚拟通信，都是在各自下一层通信的支持下进行的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 20 页 -11 图 3-5 OSI 模型层次和数据传输TCP/IP模型TCP/IP 协议的体系结构分为四层，它与OSI 模型各层的对应关系如图3-6所示。建立在TCP/IP 结构
43、体系上的TCP/IP 协议是应用最广泛的协议。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口层协议，一般各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议。网际层负责将源主机的分组发送到目的主机上，互联网协议 IP 和互联网控制报文协议ICMP 属于该层。传输层主要功能是提供从一个应用程序到另一个应用程序的通信，即端对端的通信。面向连接的传输控制协议TCP 和面向无连接的用户数据报协议UDP 属于该层。应用层相当于OSI 参考模型高 3 层的功能，通过使用下面各层所提供的服务，直接向用户提供服务，是TCP/IP 网络与用户之 间的界面或接口。其最常 用的协议有超文本传输协议HTTP、文件传输协议 F
44、TP、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议 POP3、域名服务 DNS、远程登录协议 Telnet等。图 3-6 TCP/IP 模型层次结构局域网 IEEE802 标准（IEEE 国际电气和电子工程师协会）局域网一般仅包含OSI 参考模型中的低三层通信子网功能。又由于局域网拓扑结构简单，任意两个结点间都有唯一的路由，因此不需要网络层的路由选择功能，所以IEEE802 协议中不再设立单独的网络层。传统局域网是共享介质式局域网（如总线型拓扑网络或用集线器连接各个结点的星型拓扑网络），所有结点共享一条公共通信传输介质，在任何一个时间段内，只能有一个结点占用公用通信信道。分配信道的使用权，也就是当信息传
45、输为使用传输介质产生竞争或冲突时，介质访问控制（控制谁先使用传输介质）的问题就是关键。这样将数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制子层LLC 和介质访问控制子层MAC（medium 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 20 页 -12 access control），加上物理层构成局域网的三层体系结构。MAC 子层的主要功能就是介质访问控制技术，常用的主要有三种：1）载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）：每个站在发送数据前先监听信道，如果空闲，则发送数据；如果忙，就不发送，等待一段时间后再重发。并且为进一步消除冲突，发送数据的站点边发送数据边监听信道，只要监听
46、到发生冲突，就立即停止发送，并发送若干比特的干扰信号。以太网（ethernet）是基于总线型的广播式网络，它是最成功的局域网技术。IEEE802.3 即是采用CSMA/CD 的 10Mbps 标准以太网标准，其物理层标准为10BASE-T。在标准以太网技术的基础上，IEEE 于 1995 年通过了 100Mbps 快速以太网的 IEEE802.3u标准，1998年又公布了基于光纤的IEEE802.3z和基于 5 类双绞线的 IEEE802.3ab的 1000Mbps高速以太网标准，其MAC 子层均沿用了 CSMA/CD 技术。2002 年10Gbps以太网的标准 IEEE802.3ae也已公布
47、，实验性网络已在试用。2）令牌环（token ring）介质访问控制技术：用于环型拓扑结构的网络，属于有序的竞争协议。使用一个特殊的标志（令牌），当某个站点有数据要发送时，必须等待标记为空的令牌到来，将令牌的空标记改为忙，并将数据发送到环上。发送的数据在环上循环的过程中，所经过的环上的各个站点都将数据的目的地址与本站点的地址进行比较，若不同则直接传给后面的站点，若相同则将数据复制接收，然后继续传给后面的站点。IEEE802.5标准就采用该技术。3）令牌总线（token bus）访问控制技术：应用于总线拓扑结构网络，访问控制采用与令牌环相似的访问控制方法。该技术令牌的传递不依总线上的物理顺序，而
48、按结点的地址高低形成的逻辑环形顺序。IEEE802.4标准采用令牌总线访问控制技术。除了共享介质式局域网，现在常用的为交换式局域网，核心设备是交换机，其各个端口都与一个结点相连，多个端口之间建立并发式连接而可以独享交换机的带宽，增加了网络带宽。Internet 基础Internet Internet 是一个全球性的计算机网络，是众多计算机网络互相连接组成的一个大的网络。TCP/IP协议族就是 Internet 上的常用通讯协议。IP 地址和域名系统在 Internet上，所有的计算机都有一个Internet 上唯一的数字编号作为其在Internet的标识，这个编号称为IP 地址。IP 地址包含
49、两个重要的标识符：网络地址和主机地址。IP 地址用 32 位二进制数码表示，每8 位用圆点分割，常用4 个用圆点隔开的十进制数表示IP 地址。IP 地址分为 A、B、C、D、E 五类，适用于不同规模的子网。子网掩码也称为屏蔽码，是一个32bit 的值，可以用来区分IP 地址中网络地址和主机地址。为记忆方便，TCP/IP 协议专门设计了一种层次结构的字符型主机命名机制：域名，这种管理机制被称为域名系统（DNS）。Internet上 IP 地址和域名都是唯一的，域名地址与IP 地址之间存在一一对应的关系。TCP/IP协议族它是一组数据传输协议，下面简单介绍这些协议的作用。传输控制协议 TCP 建立
50、主机间可靠的连接，将数据包按正确的顺序发送，如果数据丢失了，TCP 负责自动重传丢失的数据。用户数据报协议UDP 在传输前不需建立连接，用于传送一次性数据较小的应用，或对可靠性要求不高的实时语音视频传送。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 20 页 -13 IP 数据包是一个独立的信息包，由路由器通过包中的地址信息进行寻址和路由选择以进行数据传输，IP 协议是提供这种数据包传输服务的通讯协议。TCP和 IP 协同工作，IP 协议用来给传输信息包编址并将它们以尽可能最佳的路由路径发送到目的地址。而TCP 协议负责数据包的正确到达。Internet控制信息协议ICMP