作者：郭浩 赵铭伟 陈玉华 季晓玉
出版社：人民邮电出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
计算机网络技术及应用试读：
前言
计算机网络技术及其应用是大学本科计算机基础教学培养方案中最重要的技术课程之一。本书是参照教育部高等学校非计算机专业计算机基础教学指导分委会发布的《关于进一步加强高等学校计算机基础教学的意见》中“网络技术与应用”课程的基本要求编写的教材。
本书由多年从事计算机网络技术理论和实践教学的教师精心编写而成，全书共分为7章，结合目前国内高校各类非计算机专业计算机网络技术教学的实际，融合计算机网络技术的最新发展，系统地阐述了计算机网络的概念和知识、数据通信基本知识、网络体系结构、局域网原理和技术、Internet技术与应用和网络安全及实验案例等。每章都附有若干练习题，并在本书最后部分给出了参考答案，便于学生自学及复习。本书的教学参考学时数为32~36学时，建议授课22学时，实验10~14学时。
作为面向高校非计算机类专业计算机网络技术课程的教材，本书在保证关于网络技术基本理论知识的论述简明扼要、通俗易懂等优点的基础上，着力突出了以下两个特点。（1）为了体现教育部关于强化实践教学环节的培养目标，本书以应用为导向，以实践为基础，在内容编排上突出对学生实践动手能力的培养。在书中第7章（实验案例）集中讲解了各种网络设计、构建和配置的应用案例，有助于学生理解网络理论知识，并把理论知识融会贯通到实际应用中。（2）为了体现网络技术发展的时代感，本书介绍了网络发展的一些前沿技术及理念。在第1章（计算机网络概述）介绍了关于Internet发展过程中从Web 1.0至Web 3.0各个阶段内容；在第5章（Internet技术与应用）介绍了移动互联网和基于IPv6的互联网的实际部署状况两部分内容；在第6章（网络信息安全与网络管理），对2010～2016年出现的一些网络安全事件等内容进行了描述。
全书由郭浩主持编写，并负责汇总和统稿工作。本书编写分工如下：第1章、第2章、第4章和第5章由郭浩编写；第3章由郭浩、陈玉华和赵铭伟共同编写；第6章由赵铭伟和季晓玉共同编写；第7章由陈玉华编写。
虽然本书全体编写人员尽心尽力，但由于时间仓促，新的知识和技术资料不断涌现，加之编者水平有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大师生及各位读者给予批评和指正。第1章计算机网络概述1.1 什么是计算机网络
自20世纪90年代起，以互联网（Internet）为代表的计算机网络得到了飞速发展，已从最初的教育科研网络发展成为商业网络，人类社会也逐步进入了信息化时代。近年来，随着互联网和移动互联网技术的进一步发展，数据量的激增和类型的多样化，促使现代信息社会进入了大数据时代。互联网的快速发展产生大数据，大数据反过来驱动互联网各类应用的加速演进。计算机网络已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。1.1.1 计算机网络的定义
计算机网络就是将分散在不同地理位置的具有独立功能的计算机系统通过通信设备和传输介质相互连接，在网络软件的支持下实现相互通信、资源共享和协调工作的系统。
从逻辑功能上看，计算机网络是以传输信息为基础目的，用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合，一个计算机网络组成包括传输介质和通信设备。
从用户角度看，计算机网络是这样定义的：存在着一个能为用户自动管理的网络操作系统。由它调用完成用户所调用的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样，对用户是透明的。
计算机网络应该具备以下基本特征。（1）实现资源共享，这也是建立计算机网络的主要目的。所谓资源是指计算机系统中的硬件、软件和数据。资源共享的意义是：网络用户不仅可以使用本地计算机资源，而且可以访问网络上的远程计算机资源，还可以调用网络中几台不同的计算机共同完成某项任务。（2）联网的计算机分布在不同的地理位置，同一网络中的计算机可能远在天涯，也可能近在咫尺。（3）联网的计算机是具有独立功能的自治系统。互联的计算机之间没有明确的主从关系，每台计算机既可以联网工作，也可以脱离网络独立工作；联网计算机既可以为本地用户提供服务，也可以为网络上的远程用户提供网络服务。（4）联网的计算机之间相互通信时所使用的通信手段可以采用不同的形式，既可以是普通电话网、专用数字通信网，也可以是无线通信网等。（5）联网的计算机必须遵循全网统一的网络协议。为保证网络中计算机之间的数据交换能正确地、有条不紊地实现，就要求网络中的每台设备在通信过程中必须共同遵守预定的网络通信规则、标准与约定。这种为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准与约定就称为网络协议。1.1.2 计算机网络的逻辑结构
计算机网络从逻辑结构上分为资源子网和通信子网两部分，以便实现数据处理与数据通信两大基本功能。通信子网面向通信控制和通信处理，是负责通信传输的子网，资源子网是面向用户的，是负责数据处理的子网。网络的逻辑结构如图1-1所示。图1-1 计算机网络的逻辑结构示意图
通信子网由通信处理机（Node Computer，NC）、通信线路、信号变化设备及其他通信设备组成，完成数据的传输、交互以及通信控制等功能。
资源子网包括拥有资源的用户主机、请求资源的用户终端以及各种软件资源与信息资源。资源子网的主要任务是提供资源共享所需的硬件、软件及数据等资源，提供访问计算机网络和处理数据的能力。1.1.3 计算机网络的功能
计算机网络的功能主要体现在以下几方面。1.信息交换及通信
为分布在世界各地的用户提供了比传统通信手段更为方便、快捷、有力的信息交换方式和人际交互手段。如通过网络交换各种文档、图片，收发电子邮件，进行在线聊天，发布新闻等。2.资源共享
能够使用户摆脱地理位置的束缚去使用网络上的硬件、软件和数据资源。硬件资源主要包括计算机的处理能力、输入/输出设备和大容量存储设备等。软件资源主要包括数据库管理系统、应用软件、开发工具和服务器软件等。数据资源主要包括数据文件、数据库和光盘所保存的各种数据等。通过资源共享，增加了网上计算机的处理能力，提高了软件、硬件资源的利用率。3.提高可靠性
计算机网络中拥有可替代的资源，从而提高了整个系统的可靠性。例如，网络中的多台计算机可以通过网络彼此间相互备用，一旦某台计算机出现故障，其任务可由其他计算机代其处理；存储在一台计算机中的文件损坏了，在网络的其他计算机中仍可找到副本供使用。4.分布处理与负载均衡
对于大型综合性计算问题，可采用适当的算法将任务分散到多台计算机进行分布式处理。多台计算机相互协调、均衡负载，扩大了计算机的综合处理能力。1.1.4 计算机网络的基本组成
完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统两部分组成的。1.计算机网络的硬件组成
网络硬件是计算机网络系统的物质基础。构成一个计算机网络，首先要使计算机及其附属硬件设备通过传输介质与网络中的其他计算机系统连接起来，即实现物理连接。网络硬件包括网络设备和传输介质等。（1）网络服务器和工作站
计算机是网络中最主要的元素，根据它们在网络中的作用，可将其分为网络服务器和网络工作站。
服务器通常是一台高性能的微型计算机或专用服务器，它的功能是提供网络资源和网络管理，根据网络工作站提出的请求，对网络用户提供服务。
连接到网络上的用户使用的个人计算机，都可以称为工作站。用户通过工作站使用服务器提供的服务和网络资源。（2）网络传输介质
网络传输介质是实现网络物理连接的线路。传输介质可分为有线和无线两大类。常用的有线传输介质是同轴电缆、双绞线和光导纤维电缆（简称光纤或光缆）等。常用的无线传输介质有微波、短波、红外线和激光4类。（3）网络设备
网络设备是指网络中计算机之间的通信设备和连接设备，包括网络接口适配器（网卡）、调制解调器、中继器、集线器、交换机、网桥、路由器和网关等。2.计算机网络的软件组成
计算机网络的软件系统用来实现对网络的控制和管理、网络通信、资源共享等，是实现网络功能不可缺少的软环境。计算机网络的软件系统通常包括网络操作系统、协议软件、管理软件和网络应用程序。（1）网络操作系统
网络操作系统是网络软件系统的基础，它建立在单机操作系统之上，增加了网络管理功能，用以实现对网络的管理和控制，如能够提供资源的共享、数据的传输，同时能够提供对资源的排他访问等。根据网络类型的不同，网络操作系统可以分为传统互联网操作系统和移动互联网操作系统两大类。目前比较流行的几类传统互联网网络操作系统是Windows、UNIX和Linux。比较流行的移动互联网操作系统主要有苹果的iOS、谷歌的Android、微软的Windows phone和阿里的阿里云系统等。
• Windows系统
Microsoft公司的Windows系统不仅在个人操作系统中占有绝对优势，在网络操作系统中也具有非常强劲的力量。随着计算机硬件和软件的不断升级，Windows系统的架构从16位到32位再到64位，版本从最初的Windows 1.0到大家熟知的Windows 95、Windows 98、Windows ME、Windows 2000、Windows 2003、Windows XP、Windows Vista、Windows 7、Windows 8、Windows 10和Windows Server服务器企业级操作系统。它的优点是配置简单、应用方便，功能上能够满足局域网的管理需求及中小型的网络应用服务。但其稳定性能不如UNIX系统。
• UNIX系统
UNIX是一种集中式分时多用户体系结构的计算机操作系统。UNIX原本是针对小型机主机环境开发的操作系统，经过多年的不断发展，现在是PC服务器、中小型机、工作站、大型机及集群、SMP、MPP上全系列通用的操作系统。目前常用的UNIX系统版本主要有：Sun的Solaris UNIX、IBM的AIX和惠普的HP-UX等。
UNIX系统具有高可靠性、开放、高效和稳定的优点。UNIX系统对各种数据库，特别是关系型数据库管理系统提供了强大的支持能力，因此主要的数据库厂家，包括Oracle、Informix和Sybase等都将UNIX作为优选的运行平台。所以UNIX系统一般应用于高端、关键应用场合。
• Linux系统
Linux是从UNIX发展而来的，可以认为它是UNIX系统的一个变种，因而UNIX的优良特点，如可靠性、稳定性以及强大的网络功能、强大的数据库支持能力以及良好的开放性等都在Linux系统上体现出来。Linux最大的特点在于它是开放源码的自由软件，在其上运行的许多应用程序可以免费获得，同时Linux系统以高效性和灵活性而著称，它能够在计算机上实现全部的UNIX特性，具有多任务、多用户的特点。
Linux操作系统发展迅猛，尤其是在中高端服务器上得到了广泛的应用，国际上很多知名的软硬件厂商都毫无例外地与之结盟、捆绑，将之用作自己的操作系统。
• iOS系统
iOS是由苹果公司开发的移动操作系统。苹果公司最早于2007年1月的Macworld大会上公布这个系统，最初是设计给iPhone使用的，称为iPhone OS，后来陆续套用到iPod touch、iPad以及Apple TV等产品上。2010年6月苹果公司将iPhone OS正式改名为iOS。iOS与苹果的Mac OS操作系统一样，属于类Unix的商业操作系统。
• Android系统
Android是一种基于Linux的自由及开放源代码的操作系统。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，主要支持手机。2005年8月由Google收购注资。2007年11月Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信运营商组建开放手机联盟共同研发改良Android系统。第一部Android智能手机发布于2008年10月。Android逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。2011年8月起，Android占据全球智能移动终端市场的份额跃居全球第一。（2）协议软件
协议软件是计算机网络中通信的各个节点之间所必须遵守的规则的集合。它定义了通信各节点之间交换信息的顺序、格式和词汇。协议软件是计算机网络软件中最重要、最核心的部分。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，最典型的协议软件是TCP/IP协议簇。（3）管理软件
管理软件用于管理计算机网络的用户与网络的接入、认证，维护计算机网络的安全，掌握网络运行状态等。（4）网络应用程序
网络应用程序面向用户，计算机网络通过它为用户提供网络服务。典型的网络应用软件有电子邮件、WWW服务及移动端的Apps应用等。1.2 计算机网络的发展过程1.2.1 从计算机网络的起源到Internet的建立
从计算机网络的起源到Internet的建立大致经历了4个阶段。1.以单机为中心的远程联机系统
20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE）的开发开始了计算机与通信技术相结合的尝试。该系统将远程的雷达和其他测量设备的信息通过通信线路传送到一台IBM计算机上，实现集中的处理与控制，该系统被誉为计算机通信发展史上的里程碑，在这一阶段以单机为中心的远程联机系统是早期计算机网络的主要形式，如图1-2（a）所示。在这种系统中，一台计算机（主机，Host）是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器，Terminal）分布在各地并与中心计算机相连，系统中除了这台中心计算机外，其余终端不具备存储和数据处理能力，用户通过本地的终端使用远程的中心计算机。所以这个阶段的计算机网络又称为“面向终端的计算机网络”。
20世纪60年代初，面向终端的计算机网络有了新的发展。为了减轻中心计算机与终端间的通信负担，在中心计算机前面增设了前端处理机（Front-End Processor，FEP），专门负责通信控制。为了提高线路的利用率、降低成本，在终端聚集处设置了集中器，用低速线路将各终端汇集到集中器，再通过高速线路与计算机相连，如图1-2（b）所示。图1-2 以单机为中心的远程联机系统2.多台主机互联的通信系统
20世纪60年代后期出现了多个主机互联的系统。这种网络利用通信线路将分散在不同地点的具有自主处理能力的计算机连接起来，主机之间没有主从关系，用户通过终端不仅可以共享本主机上的软硬件资源，还可以共享网络中其他主机上的软硬件资源。不同主机之间的互联形式有两种。
第一种形式是通过通信线路将主机直接互联起来，主机既承担数据处理任务，又承担通信工作，如图1-3（a）所示。
第二种形式是把通信从主机中分离出来，设置专门的通信控制处理机（Communication Control Processor，CCP），主机间的通信通过CCP的中继功能间接进行，如图1-3（b）所示。图1-3 多台主机互联的通信系统
现代意义上的计算机网络是从美国国防部高级研究计划局（DARPA）建成的试验网开始的。1968年，美国国防部高级研究计划局组建了一个计算机网，名为“阿帕网”（ARPANET）。新生的阿帕网获得了美国国会批准的520万美元的筹备金及两亿美元的项目总预算，这是当年我国国家外汇储备的3倍。时逢美苏冷战最激烈的阶段，美国国防部认为，如果仅有一个集中的军事指挥中心，万一被苏联摧毁，全国的军事指挥将处于瘫痪状态，所以需要设计一个分散的指挥系统。它由一个个分散的节点组成，当部分指挥点被摧毁后其他指挥点仍然能正常工作，而这些分散的节点又能通过某种形式的通信网取得联系。
1969年阿帕网第一期投入使用，有4个节点。位于各个节点的大型计算机采用分组交换技术和层次结构的网络协议，通过专门的通信交换机（IMP）和专门的通信线路相互连接。1973年阿帕网跨越大西洋利用卫星技术与英国、挪威实现连接，扩展到了世界范围。1975年阿帕网由美国国防部通信处接管。在全球已有大量新的网络出现，如计算机科学研究网络（CSNET）、加拿大网络（CSNET）和因时网（BITNET）等。1982年中期阿帕网被停用过一段时间，直到1983年阿帕网被分成两个部分，即用于军事和国防部门的军事网（MILNET）以及用于民用的阿帕网版本。用于民用的阿帕网改名为互联网。ARPANET是计算机网络技术发展中的一个里程碑，它的研究成果对促进网络技术发展和理论体系的研究产生了重要作用，并为因特网（Internet）的形成奠定了基础。3.国际标准化的计算机网络
经过20世纪60年代到70年代前期的发展，人们对组网技术、组网方法和组网理论的研究日趋成熟。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，发展各自的计算机网络系统。然而这些标准只在一个公司范围内有效，即遵从一个标准、能够互联的网络通信产品，只是同一公司的同构型产品，不同标准之间的转换非常困难。针对这种情况，国际标准化组织（ISO）于1977年设立了一个委员会，专门研究网络互联的标准体系结构，并于1983年颁布了世界范围内的网络互联标准，称为开放式系统互联参考模型（OSI/RM）。
OSI参考模型的提出，为计算机网络的互联奠定了理论基础，极大地促进了计算机网络技术的发展。然而OSI在实施时受到了诸多因素的制约，最终没有成为产品，而TCP/IP体系的发展和应用都远远超过了OSI，成为了事实上的标准。
早在ARPANET的实验性阶段，研究人员就开始了TCP/IP雏形的研究，TCP/IP即传输控制协议/网际协议，是互联网最基本的协议，主要由网络层协议IP和传输层协议TCP组成。TCP/IP协议簇定义了电子设备如何连入Internet，以及数据如何在它们之间传输。1974年TCP/IP问世，之后被插入UNIX系统内核中。1983年TCP/IP成为ARPANET的标准协议。由于ARPANET与UNIX系统的迅速发展，TCP/IP逐渐得到了工业界、学术界及政府机构的认可，从而获得了进一步的发展。随着Internet的高速发展，TCP/IP协议簇与体系结构已成为业内公认的标准，全球的通信设施使用了同一种语言。
20世纪80年代，随着微型计算机的广泛使用，以微机为主要建网对象的局域网迅速发展。美国电气与电子工程师协会（IEEE）于1980年成立了IEEE802局域网标准委员会，并制定了一系列局域网标准。其中IEEE802.3（以太网）成为局域网技术的主流。
1987年9月20日20点55分，按照TCP/IP协议，中国兵器工业计算机应用研究所成功地发送了中国第一封电子邮件，这封邮件以英德两种文字书写，内容是：“Across the GreatWall we can reach every corner in the world（穿越长城，走向世界）”，标志着中国与国际计算机网络已经成功连接。4.Internet的建立
20世纪80年代到90年代初，是互联网飞速发展的阶段，Internet的快速发展和广泛应用使计算机网络进入了崭新的阶段。
1986年，美国国家科学基金会利用TCP/IP通信协议，在5个科研教育服务超级计算机中心的基础上建立了NSFNET广域网。美国很多大学、研究机构纷纷把自己的网络并入NSFNET。那时ARPANET的军用部分已脱离母网，建立了自己的网络MILNET，ARPANET逐渐被NSFNET替代，从而开始了Internet的真正快速发展阶段。
在20世纪90年代以前，Internet的使用一直仅限于研究与学术领域。到20世纪90年代后，开始向商业机构开放。由于大量商业公司接入Internet，网络通信量迅猛增长，NSFNET不堪重负。为解决这一问题，美国政府决定将Internet主干网交给私人公司来经营。1990年9月由IBM、MCI和Merit三家公司联合组建了高级网络服务公司（ANS），建立了一个覆盖全美的ANSNET网，其目的不仅在于支持研究教育工作，还为商业客户提供网络服务。到1991年底，NSFNET的全部主干网实现了与ANS主干网相通，并以45Mbit/s的速率传送数据。与此同时，世界上许多国家先后建立了本国的主干网，并与美国的Internet相连，Internet从此逐渐形成全球性的互联网。因此说，Internet的商业化带来了Internet发展史上的又一次飞跃。
1991年8月6日，万维网的发明人蒂姆·伯纳斯·李将万维网项目简介的文章贴上了alt.hypertext新闻组，通常认为这一天万维网公共服务在互联网上首次亮相。万维网是环球信息网（World Wide Web，简称WWW）的缩写，有时也称之为Web或W3，中文名字为“万维网”“环球网”等。WWW可以让Web客户端（浏览器）访问浏览Web服务器上的页面。
1993年，美国公布了国家信息基础设施（NII）建设计划，NII被形象地称为信息高速公路，由此推动了国际范围内的网络发展热潮。
1993年，由欧洲原子核研究组织（CERN）开发的万维网被应用于Internet上，该组织宣布万维网对任何人免费开放，并不收取任何费用。蒂姆·伯纳斯·李放弃了专利申请，将自己的创造无偿地贡献给了全人类。1.2.2 Internet的发展
如图1-4所示，从1994年真正接入世界互联网开始，互联网经历了1994—2004年的大门户时代（Web 1.0）、2004—2009年的网络互动时代（Web 2.0），在2009年之后，互联网迎来了一个全新的移动互联网时代。移动互联网是移动和互联网融合的产物，它继承了移动随时随地随身和互联网分享、开放、互动的优势，是整合二者优势的“升级版本”，移动互联网就是下一代互联网（Web 3.0）。图1-4 互联网发展至今经历的三个时代1.Web1.0（1994—2004年）
在第一代互联网Web 1.0时代，Netscape研发出第一个大规模商用浏览器，Yahoo提出了互联网黄页，而Google则推出了大受欢迎的搜索服务。概括起来Web 1.0具有如下特点。
• Web 1.0采用的是技术创新主导模式，信息技术的变革对于网站的新生与发展起到了关键性的作用。新浪最初就是以技术平台起家，搜狐以搜索技术起家，腾讯以即时通信技术起家，盛大以网络游戏起家，在这些网站的创始阶段基本上依赖于技术创新主导模式。
• Web 1.0的盈利模式都依赖于巨大的点击流量。无论是早期融资还是后期获利，依托的都是为数众多的用户和点击率，以点击率为基础上市或开展增值服务，受众群众的关注度，决定了盈利的水平和速度。
• Web 1.0的发展出现了向综合门户网站合流的现象。新浪、搜狐、网易等继续坚持着门户网站的道路，而腾讯、MSN、Google等也纷纷走向了门户网络，尤其关注于新闻信息。这一情况的出现，在于门户网站本身的盈利空间更加广阔，盈利模式更加多元化，占据网站平台，可以更加有效地实现增值意图，并延伸出主营业务之外的各类服务。
• Web 1.0合流的同时，还形成了主营与兼营结合的明晰产业结构。新浪以新闻和广告为主，网易拓展游戏，各家以主营作为突破口，以兼营作为补充点。
• 在Web 1.0时代，以论坛等为代表的动态网站已广泛应用。2.Web 2.0（2004—2009年）
2004年，互联网进入Web 2.0时代。这是一个利用Web平台，由用户主导生成内容的互联网产品模式，为了区别传统由网站雇员主导生成内容模式而定义为第二代互联网，即Web 2.0。Web 2.0模式下的互联网应用具有以下显著特点。
• 用户分享。在Web 2.0模式下，可以不受时间和地域的限制分享各种观点。用户可以得到自己需要的信息也可以发布自己的观点。
• 信息聚合。信息在网络上不断积累，不会丢失。
• 出现了以兴趣为聚合点的社区。在Web 2.0模式下，聚集的是对某个或者某些问题感兴趣的群体，进而逐步产生了细分市场。
• 开放的平台，活跃的用户。平台对于用户来说是开放的，而且用户因为兴趣而保持比较高的忠诚度，他们会积极地参与其中。
Web 2.0具有代表性的业务包括以下几方面。
• Blog（博客）是一种由个人管理、不定期张贴新的文章、图片或者视频的网页或在线日记，用来抒发情感或者分享信息。根据中国互联网络信息中心（CNNIC）发布信息显示，截至2014年12月底，博客用户规模超过1亿人。
• RSS（简易信息聚合）是一种消息来源格式规范，用以聚合经常发布更新数据的网站，如博客文章、新闻、音频或视频的网摘等。RSS文包含了全文或是节录的文字，按照用户的要求，推送到用户的桌面。RSS技术诞生于1999年的网景公司，可以传送用户所订阅的内容，现在已经为新浪、网易等越来越多的网站所使用。
• SNS（社交网络服务）主要为一群拥有相同兴趣与活动的人创建在线社区。它基于互联网，为用户提供各种联系、交流的交互通路，为信息的交流与分享提供了新的途径。从2008年5月开始，开心网、校园网等SNS网站迅速传播，SNS成为2008年的热门互联网应用之一。“偷菜游戏”等休闲交友游戏一时风靡网络。
Web 2.0时代，由于手机也可以充当简单的浏览网站的工具，此时，网站数量也有了较快增加，用户数量也增加了很多，网站因此除了Web 1.0时代的要收集和发布大量的信息外，还需要处理比较多的用户的信息。像一些论坛，博客等，这些密码信息需要网站站点保存。站点有团队专门管理，有专业的编辑，将一些新闻信息进行整理和发布，而用户还会自己发表一些观点和看法，站点需要将用户所表达的信息进行处理、收集和整理，然后发布出来；而用户之间通过网站也可以互相交换信息和观点。如果说Web 1.0的本质是资讯，那么Web 2.0的本质就是互动，它让网民更多地参与信息产品的创造、传播和分享。3.Web 3.0（2009年至今）
Web 2.0时代通信业迅速发展，数据的急速增长给许多行业带来了严峻的挑战和宝贵的机遇。《自然》杂志在2008年9月推出了名为“大数据”的封面专栏。从2009年开始“大数据”成为互联网技术行业中的热门词汇，现代信息社会步入了大数据时代，互联网进入了Web 3.0时代。大数据不仅改变了互联网的数据应用模式，还将深深影响着人们的生产生活。Web 3.0模式下的互联网应用具有以下显著特点。
• 将互联网本身转化为一个泛型数据库。
• 跨浏览器、超浏览器的内容投递和请求机制。
• 人工智能技术的运用。
• 语义网。
• 地理映射网。
• 运用3D技术搭建的网络甚至虚拟世界。
Web 3.0时代是伴随着移动互联网的到来而兴起的，是在Web 2.0的基础上发展起来的，它能够更好地体现网民的劳动价值。通过广泛普及的智能手机或其他智能终端平台，随时随地发布自己的信息，而人人也都可以随时随地获取自己感兴趣的信息，如微信、微博和微商等。Web 3.0最大的特征应当是信息爆炸，与以往不同，信息的发布过去是网站进行主要的发布，而现在是人人都参与发布，信息质量参差不齐，平台提供者更需要的是对有用信息的过滤，而信息接收者有时候也会被过量的信息所干扰，大部分时间可能用来处理无效的信息。1.2.3 从传统互联网到移动互联网
随着宽带无线接入技术和移动终端技术的飞速发展，人们迫切希望能够随时随地乃至在移动过程中都能方便地从互联网获取信息和服务，这一需求促使了从传统互联网向移动互联网的转变，以及移动互联网的迅猛发展。
传统互联网由电话线或光纤接入，每年大量的资金与人力用于铺设线路，从而增加了使用费用，而生产这些物资又涉及大气污染、矿产消耗。移动互联网则有着很多的优势，它无需线路铺设，节约了材料与人工成本，所以使用费用将会更低。
2007年苹果iPhone手机面世，带来了Web 2.0阶段的一个明显趋势。iPhone引领的移动智能终端大潮，使网络接入方式从固定转向移动互联网。苹果向第三方开放App Store，拉开了一个全新的移动互联网商业模式。移动互联网是一种通过智能移动终端，采用移动无线通信方式获取业务和服务的新兴业务，包含智能终端、系统软件和应用软件三个层面。
通过对2009年以后中国整体网民及移动网民的规模进行统计可以看出，在互联网的发展过程中，基于个人计算机（PC）端的传统互联网服务已经成熟趋近饱和，覆盖人数基本保持比较平稳的状态，增幅很小，并且因为假期等季节因素影响有所波动；而移动端各项服务增速较快，不断增长，并且由于移动端随身的特性，受到节假日等季节因素影响很小。
移动互联网的兴起是Web 3.0的开端，而Web 3.0必将大大提高人类的发展进程，真正地做到“Anytime、Anywhere、Anyway”上网，促进并改变人们的生活。然而，移动互联网在移动终端、接入网络、应用服务和安全与隐私保护等方面还面临着一系列的挑战。其基础理论与关键技术的研究，对于国家信息产业整体发展具有重要的现实意义。1.3 计算机网络的分类
可以从不同的角度对计算机网络进行分类，常见的有：按网络覆盖范围、按网络拓扑结构、按通信方式、按传输介质和按服务性质等分类方式。1.3.1 按网络覆盖范围分类
通常根据网络的覆盖范围将计算机网络分为局域网、城域网和广域网。（1）局域网（Local Area Network，LAN）
局域网是在一个有限的地理范围内组建的网络，这个有限的地理范围可以是一座建筑或一个园区内，覆盖范围通常在几十米到几千米。局域网具有较高的数据传输速率，一般在10Mbit/s以上；具有较好的传输质量，误码率低、可靠性高；易于安装、组建和维护，便于扩充，具有较好的灵活性。（2）城域网（Metropolitan Network，MAN）
城域网的作用范围是一个城市或地区，其覆盖范围在几十到几百千米。城域网连接了大量的局域网，包括企业、政府机构、医院、银行和学校等各单位的局域网，各局域网之间可采用专用的通信线路进行高速连接。城域网是局域网的扩展和延伸。（3）广域网（Wide Area Network，WAN）
广域网通常跨接很大的物理范围，由相距较远的局域网或城域网互联而成，一般覆盖一个国家、地区或横跨几个洲。例如中国教育和科研计算机网就是广域网，它将分布在全国各地的高校、教育部门的局域网和城域网通过数据专线连接在一起。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术，可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网连接各局域网和城域网。1.3.2 按网络拓扑结构分类
计算机网络是非常复杂的，但可以将其抽象为一些标准的网络拓扑结构，将复杂的问题简单化。如果将网络中的计算机、网络设备等抽象为“节点”，把网络中的通信介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机网络，就形成了节点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构，它被称为网络的拓扑结构。
按照网络的拓扑结构，可将计算机网络划分成总线型结构、星型结构、环型结构、树型结构和网状型结构的网络。（1）总线型结构网络
总线型结构的网络是用一条公共线即总线作为传输介质，所有的节点都连接在总线上，如图1-5所示。总线型网络结构简单、便于扩充，但在高流量时，总线会成为网络的瓶颈，总线的任何故障会造成网络的瘫痪。图1-5 总线型结构网络（2）星型结构网络
星型结构的网络是以一个中心节点和若干个外围节点相连接的网络，如图1-6所示。中心节点控制全网的通信，任何两节点间的通信必须通过中心节点。星型结构控制简单，易于扩充，但对中央节点的依赖性大，中央节点出现故障将导致整个网络瘫痪。图1-6 星型结构网络（3）环型结构网络
环型结构的网络是所有的节点都在闭合的环路上，数据信息在环中沿着一个方向在各节点间传输，如图1-7所示。由于信号单向传递，简化了信号传输的路径，使其在高负载时，还可维持较高的传输速率。图1-7 环型结构网络（4）树型结构网络
树型结构的网络采用分层结构，具有一个节点和多层分支节点，如图1-8所示。在树型结构的网络中，任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输，节点扩充方便灵活，查询链路路径比较方便。但是任何一个节点及其链路发生故障（除叶节点）都可能会影响网络系统的正常运行。图1-8 树型结构网络（5）网状型结构网络
网状型结构的网络是一种无规则的连接方式，其中的每个节点均可能与任何节点相连，如图1-9所示。其优点是节点间路径多，碰撞和阻塞可大大减少，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高，网络扩充和主机入网比较灵活、简单。缺点是网络机制复杂，建网不易。图1-9 网状型结构网络1.3.3 按通信方式分类
根据通信传播方式可以将网络划分为点对点传播方式和广播式传播方式。（1）点对点传播方式
采用点对点的连接方式，这种方式没有信道竞争，几乎不存在信道访问控制问题。这种通信方式的主要拓扑结构有：星型结构、环型结构、树型结构和网状型结构。（2）广播式传播方式
使用一个共同的传播介质把各个计算机连接起来，所有主机共享一条信道，某主机发出的数据，所有其他主机都能收到。在广播信道中，由于信道共享而容易引起信道访问冲突，因此信道访问控制是首先必须解决的问题。这种通信方式主要有总线型网和以微波、卫星方式传播的广播型网。1.3.4 按传输介质分类
根据网络的传输介质可将网络分为有线网和无线网。（1）有线网
采用同轴电缆、双绞线和光纤等物理介质传输数据的网络。（2）无线网
采用微波、激光和卫星等无线形式来传输数据的网络。1.3.5 按服务性质分类
根据网络的服务性质，可以将其分为公用网和专用网。（1）公用网
指由电信部门或其他提供通信服务的经营部门组建、管理和控制的大型网络，是向全社会提供服务的网络。因此公用网也可称为公众网。（2）专用网
由某个单位或部门为本单位的工作需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。由于投资的因素，专用网通常为局域网或者是通过租用电信部门的线路而组建的广域网络，如由学校组建的校园网，由军队、铁路、电力等系统组建的专用网等。习题一、填空题
1.计算机网络的主要功能有_____、_____、_____、_____。
2.计算机网络中的资源共享包括_____、_____和_____。
3.计算机网络的发展过程大致可分为4个阶段，这4个阶段是_____、_____、_____和_____。
4.计算机网络的拓扑结构主要有_____、_____、_____、_____和_____。
5.计算机网络的硬件主要包括_____、_____、_____。
6.计算机从逻辑功能上分为两部分，这两部分是负责数据传输的_____和数据处理的_____。
7.Internet时代经历了三个阶段，分别是：_____、_____、_____。
8.Web 1.0的本质是_____，Web 2.0的本质是_____。
9.移动互联网包含_____、_____和_____三个层面。
10.Web 2.0具有代表性的业务包括：_____、RSS（简易信息聚合）和_____。
11.随着_____和_____的飞速发展，人们迫切希望能够随时随地乃至在移动过程中都能方便地从互联网获取信息和服务，这一需求促使了从传统互联网向移动互联网的转变。二、判断题
1.在一个办公室内组建的网络是局域网，在一幢大楼内将各个办公室内的计算机连接起来组成的网络是广域网。（ ）
2.现代意义上的计算机网络是从1969年美国国防部高级研究计划局建成的ARPANET试验网开始的。（ ）
3.广域网和局域网是按照信息交换方式来划分的。（ ）
4.TCP/IP协议与体系结构已成为业内公认的标准。（ ）
5.Internet是将无数个微型计算机通过路由器互联的大型网络。（ ）
6.OSI参考模型是计算机网络互联标准，但在Internet中未使用该标准。（ ）
7.移动互联网具有移动端随身的特性，受到节假日等季节因素影响大。（ ）
8.Web 2.0的本质就是互动。（ ）
9.传统互联网是指基于个人计算机（PC）端的一种上网方式。（ ）
10.Web 1.0的盈利都基于一个共通点，即巨大的点击流量。（ ）
11.Web 2.0采用的是技术创新主导模式，信息技术的变革和使用对于网站的新生与发展起到了关键性的作用。（ ）
12.在Web 1.0时代，Google公司推出了大受欢迎的搜索服务。（ ）
13.Web 2.0的本质就是互动，它让网民更多地参与信息产品的创造、传播和分享。它充分体现出网民劳动的价值。（ ）
14.万维网是环球信息网（World Wide Web，WWW）的缩写，它可以让Web客户端（浏览器）访问浏览Web服务器上的页面。（ ）三、单项选择题
1.计算机网络最主要的目标是（ ）。
A.提高运算速度
B.将多台计算机连接起来
C.提高计算机可靠性
D.共享软件、硬件和数据资源
2.计算机网络是综合技术的合成，其主要技术是（ ）。
A.计算机技术与多媒体技术
B.电子技术与通信技术
C.计算机技术与通信技术
D.数字技术与模拟技术
3.计算机网络按覆盖范围划分为（ ）。
A.校园网、企业网
B.局域网、城域网和广域网
C.专用网、公用网
D.低速网、中速网和高速网
4.区分局域网（LAN）和广域网（WAN）的依据是（ ）。
A.网络用户
B.传输协议
C.联网设备
D.联网范围
5.学校的校园网络属于（ ）。
A.局域网
B.广域网
C.城域网
D.电话网
6.最早出现的计算机互联网络是（ ）。
A.NSFNET
B.MILNET
C.ARPANET
D.Internet
7.关于Internet，下列说法不正确的是（ ）。
A.Internet起源于美国
B.Internet不存在网络安全问题
C.Internet是一个国际性的网络
D.通过Internet可以实现资源共享
8.Internet最初创建的目的是用于（ ）。
A.娱乐
B.教育
C.商业
D.军事
9.在以下选项中，不属于网络操作系统范畴的是（ ）。
A.UNIX
B.Linux
C.DOS
D.Windows Server 2003
10.网络操作系统是一种（ ）。
A.系统软件
B.系统硬件
C.应用软件
D.支援软件
11.局域网的英文缩写是（ ）。
A.WAN
B.MAN
C.LAN
D.ATM
12.与Internet相连的计算机，无论是大型机还是小型机都称为（ ）。
A.工作站
B.主机
C.服务器
D.客户机
13.在如下网络拓扑结构中，具有一定集中控制功能的网络是（ ）。
A.总线型网络
B.环型网络
C.星型网络
D.网状型网络四、简答题
1.简述传统互联网与移动互联网的区别与联系。
2.简述Web 2.0模式下的互联网应用具有的特点。
3.什么是移动互联网？它包含哪三个层面内容？
4.简述互联网时代经历的三个发展阶段的相互关系。
5.简述计算机网络的定义和功能。
6.简述几种常见的计算机网络分类方式。
7.组成计算机网络系统的硬件系统包括哪些部件？
8.简述计算机网络应该具备的五个基本特征。第2章数据通信基本知识2.1 数据通信系统2.1.1 数据通信系统的构成
数据通信是建立计算机网络系统的基础之一，是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种通信方式。通信系统传输手段很多，概括起来包括：电缆通信、微波中继通信、光纤通信、卫星通信和移动通信等。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线数据通信之分，但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机连接起来，而使不同地点的数据终端实现软硬件和信息资源的共享。
关于数据通信，通常会遇到如下一些术语。
• 信息：事物（包括物质、能量等）属性标识的集合。
• 数据：信息的表示方法，是传输信息的实体，可分为模拟数据和数字数据。
• 信号：数据在传输过程中的表现形式（电气或电磁表现）。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或光脉冲。
• 码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
• 信源：通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。
• 信宿：通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。
• 信道：信源和信宿之间的通信线路，也称为链路。目前数据通信中所使用的信道分为有线信道和无线信道。
数据通信系统是指将分布在远地的数据终端设备通过介质连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。下面通过一个最简单的例子来说明数据通信系统模型。在这个例子中两台计算机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网（Public Switched Telephone Network，PSTN）进行通信，如图2-1所示。比较典型的数据通信系统主要由源系统（或发送端）、传输系统（或传输网络）以及目的系统（或接收端）三部分组成。图2-1 数据通信系统的构成（1）源系统
源系统一般包括以下两个部分。
• 源点：源点设备产生要传输的数据，例如正文输入到计算机，输出为数字比特流。
• 发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。例如调制解调器将计算机输出的数字比特流转换成能够在用户的电话线上传输的模拟信号。（2）目的系统
目的系统一般包括以下两个部分。
• 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。例如调制解调器接收来自传输线路上的模拟信号，并将其转换成数字比特流。
• 终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。（3）传输系统
在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。2.1.2 模拟数据和数字数据
数据通信按照技术手段发展的先后大体可以分为模拟通信和数字通信两大类。一般将传输的数据分为模拟数据和数字数据两大类。模拟通信在通信技术发展的早期占有很大比重，例如语音广播、电话和电视，通信设备发送、传输的都是模拟信号。现代通信是模拟通信和数字通信的结合体，通常模拟通信和数字通信同时存在于一个通信系统中，但数字通信所占的比重越来越大。
模拟数据（Analog Data）是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。数字数据（Digital Data）则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。
模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，模拟信号和数字信号可通过参量（幅度）来表示（见图2-2）。无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输。具体可以概括为以下几点。图2-2 模拟信号和数字信号（1）模拟数据表示成模拟信号
模拟数据是时间的函数，占有一定的频率范围，即频带。这种数据可以直接用占有相同频带的电信号来表示。模拟电话通信是它的一个应用模型。（2）数字数据表示成模拟信号
如调制解调器（Modem）可以把数字数据调制成模拟信号，也可以把模拟信号解调成数字数据。用Modem拨号上网是它的一个应用模型。（3）模拟数据表示成数字信号
对于声音数据来说，完成模拟信号和数字信号转换功能的设施是编码解码器CODEC。它将直接表示声音数据的模拟信号编码转换成二进制流近似表示的数字信号；而在线路另一端的CODEC，则将二进制流码恢复成原来的模拟数据。数字电话通信是它的一个应用模型。（4）数字数据表示成数字信号
为了改善其传播特性，一般先要对数字数据进行编码。数字数据专线网DDN通信是它的一个应用模型。
模拟信号和数字信号都可以在合适的传输媒体上进行传输（见图2-3）。模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据，在传输一定距离后都会衰减。克服的办法是用放大器来增强信号的能量，但噪声分量也会增强，以至引起信号畸变。数字信号长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信号恢复为“0、1”的标准电平后继续传输。图2-3 模拟信号和数字信号的传输2.1.3 数据通信中的主要技术指标1.传输速率
传输速率通常包括数据传输速率和信号传输速率。数据传输速率（也称为数据率、比特率）是指每秒传输二进制信息的位数，是对信息传输速率的度量，单位为位/秒，记作bit/s。信号传输速率（也称码元速率、调制速率或波特率）是调制速率，是指单位时间内通过信道传输的码元数，即单位时间内信号状态的变化次数，单位为波特，记作Baud。2.频带宽度
信号所拥有的频率范围叫作信号的频带宽度，简称带宽。信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中，这就是有效带宽。数据信号传输速率越高，其有效带宽越宽；另一方面，传输系统的带宽越宽，该系统能传送的数据传输速率就越高。3.信道容量
信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，即单位时间内可传送的最大比特数。信道容量的单位为bit/s。单位时间内传输的信息量越大，信道的传输能力就越强，信道容量越大。提高信道传输能力的方法之一，就是提高信道的带宽。信道容量与数据传输速率的区别是，前者表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者是实际的数据传输速率。类似于公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。4.误码率
误码率是指码元在系统中传送时被传错的概率。它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一-6般要求误码率低于10，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。2.2 数据的编码技术
在实际应用中，根据传输系统和设备的不同，模拟数据与数字数据之间存在着相互转换的问题（见图2-3），数据的编码技术用于实现模拟数据和数字数据之间的转换。2.2.1 模拟数据转换成数字信号
在数字化的电话交换和传输系统中，通常需要将模拟的话音数据编码成数字信号后再进行传输，这一过程最常用、最简单的编码方式是脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，PCM）。PCM是一种直接简单地把语音经抽样、A/D转换得到的数字均匀量化后进行编码的方法，是其他编码算法的基础。基于采样定理：如果在规定的时间间隔内，以模拟信号最高频率的两倍或两倍以上的速率对该信号进行采样，则采样值包含了无混叠而又便于分离的全部原始信号信息。利用低通滤波器可以不失真地从这些采样值中重新构造出该模拟信号。
如图2-4所示，PCM编码过程可包括采样、量化和编码三个步骤。（1）采样：就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真地恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。根据原信号的频宽，可以估算出采样的速度。例如声音数据限于4000Hz以下的频率范围，那么每秒钟8000次的采样可以满足完整地表示声音信号的特征。（2）量化：就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。如果使用七位二进制表示采样值的话，就允许有128个量化级。（3）编码：把量化后的样本值变成相应的二进制代码，按照图2-4（b）的编码方案，可以得到相应的二进制代码序列，其中每个二进制代码都可用一个脉冲串（4位）来表示。这4位一组的脉冲序列就代表了经PCM编码的原模拟信号。图2-4 脉冲编码调制PCM编码过程图例
PCM编码方式简单，易于实现，但编码效率低，在实际使用过程中还有多种编码方式，如霍夫曼（Huffman）编码等。2.2.2 数字数据转换成模拟信号
模拟信号传输的基础是载波，它是频率恒定的连续信号。用于计算机通信的远距离线路通常为模拟传输线路，要用基带脉冲对载波进行调制，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传输线路传输的模拟信号，这一过程也称为数字数据的调制。
由于模拟信号是具有一定频率的连续的载波波形，可以用C(t)=Acos(ωt+Y)表示，它由三个参量决定：振幅A、角频率ω及初cc相位Y。根据调制信号控制的载波信号参量的不同，有三种基本的调制方式。一般通过以下几种不同载波特性的调制方法对数字数据进行编码：振幅、频率、相位，或者这些特性的某种组合。图2-5给出了对数字数据的模拟信号进行调制的三种基本形式，其中调相还可以进一步分为绝对调相和相对调相（或差分调相）两类。图2-5 数字数据转换成模拟信号基本调制方式图例（1）幅移键控（Amplitude-Shift Keying，ASK）
ASK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”。如图2-5（b）所示。通常对“l”信号，调制器送出一个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，ASK的特点：实现容易，设备简单，但抗干扰能力差。（2）频移键控（Frequency-Shift Keying，FSK）
FSK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”。如图2-5（c）所示。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。在有些情况下，用振幅恒定载波的存在与否来表示两个二进制字。FSK的特点：实现简单，抗干扰能力优于调幅方式，广泛应用于高频的无线电传输，甚至也能用于较高频率的局域网络。（3）相移键控（Phase Shift Keying，PSK）
PSK是用载波信号的不同相位来表示二进制数，见图2-5（d）和（e）。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。绝对调相是以未调载波信号的相位作为参考点，如已调载波信号的相位与参考点一致则为二进制数“l”，如相位差180°则为“0”；相对调相是以前一位数据的已调载波信号的相位为参考点，如与前一位的相位一致则为二进制数“l”，如相差180°则为“0”。上述各种技术也可以组合起来使用。
ASK、FSK和PSK都是最基本的调制技术，容易实现，技术简单，但是抗干扰能力差，调制速度不高。为了提高数据传输速率，还可以采用多相调制方法。2.2.3 数字数据转换成数字信号
如图2-6所示，基带传输中采用的数字数据的编码方式常用的有
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]