管 理 信 息 系 统 （ Management Information System ）

1. 管 理 信 息 系 统（Management Information System） 同济大学 经济与管理学院 《管理信息系统》精品课程课程组 网站：http://jpkc.tongji.edu.cn

2. 第7章 通信与网络

3. 学习目的 • 了解数据通信与网络的基本知识 • 熟悉常用的通信介质的特性 • 了解网络模型与TCP/IP协议 • 熟悉Internet、Intranet的概念与应用 • 掌握企业信息系统的各种通信模式

4. 本讲内容 7.1 计算机网络概述 7.2 数据交换技术 7.3 网络体系结构 7.4 TCP/IP协议 7.5 Internet、Intranet与Extranet 7.6 网络通信结构模式

5. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.1 计算机网络的产生 • 计算机网络是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。 • 60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性很强的网络。 • 传统的电路交换的电信网有一个缺点：正在通信的电路中只要有一个交换机或一条链路被炸毁，整个通信电路就会中断。 • 如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。

6. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.1 计算机网络的产生 • 新型网络的基本特点 • 网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。 • 网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。 • 所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。 • 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。 • 网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。

7. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.1 计算机网络的产生 • 1969年12月，Internet的前身--美国的ARPA网投入运行，它标志着我们常称的计算机网络的产生。 • 这个计算机互联的网络系统是一种分组交换网。 • 分组交换技术使计算机网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性的变化，它为后来的计算机网络打下了基础。

8. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.2 计算机网络的概念 • 1970年，在美国信息处理协会召开的计算机联合会议上，计算机网络被定义为“以能够共享资源（硬件、软件和数据等）的方式连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统之集合”。 • 本书的定义：“计算机网络是利用通信线路将地理位置分散的、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的系统”。 • 最简单的网络就是两台计算机互连，而复杂的计算机网络则是将全世界的计算机连在一起的Internet。

9. 7.1 计算机网络概述 • 计算机网络的分类 • 从物理跨距范围分 • 局域网LAN（Local Area Network ） • 城域网MAN（Metropolitan Area Network） • 广域网WAN（Wide Area Network） • 从网络传输技术分 • 广播式网络：所有联网计算机都共享一个公共通信信道。 • 点对点式网络：每条物理线路连结一对计算机。

10. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.3 计算机网络的组成 • 为了便于分析，按照数据通信和数据处理的功能，一般从逻辑上将网络分为通信子网和资源子网两个部分。 • 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，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。 • 资源子网由主机系统、终端、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网实现全网的面向应用的数据处理和网络资源共享，它由各种硬件和软件组成。

11. 7.1 计算机网络概述

12. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.4 计算机网络的功能 • 数据通信 • 资源共享 • 增加可靠性 • 提高系统处理能力

13. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.5 计算机网络的拓朴结构 • 拓扑结构一般指点和线的几何排列或组成的几何图形。计算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和结点的几何排列或物理布局图形。 • 网络的基本拓朴结构有： • 总线结构 • 星型结构 • 环形结构 • 网状结构

14. 7.1 计算机网络概述 • 网络的拓朴结构图 (2) 星型结构 (1) 总线结构 (3) 环形结构 (4) 网状结构

15. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.6 通信介质 • 通信介质可以分为有线和无线两大类。 • 有线介质包括双绞线、同轴电缆和光纤。其中双绞线和同轴电缆为金属导体，利用导线电流传输数据；光纤则通过光波实现数据传送。 • 卫星通信、红外通信、激光通信以及微波通信属于无线通信范畴，利用电磁波传送数据。

16. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.6 通信介质 • 双绞线 • 双绞线TP（Twisted Pair）是目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质。 • 双绞线有两种类型：屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。 • 屏蔽双绞线的金属屏蔽层可以很好地抵御外界的电磁干扰，但由于其价格比较昂贵，目前较少使用。 • 非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair）由塑料外皮包住，内有4对不同颜色的线。 • UTP的优点在于价格便宜和使用简单，在许多局域网技术中采用了高等级的UTP电缆，如5类和超5类UTP等。

17. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.6 通信介质 • 同轴电缆 • 同轴电缆（Coaxial Cable）中的材料是共轴的。 • 外层导体是一个由金属丝编织而成的圆形空管，内导体是圆形的金属芯线。内芯线和外导体一般都采用铜或铝质材料，内外导体之间有绝缘介质。 • 由于同轴电缆采用总线式结构，通信可靠性差，在网络中现已很少采用。

18. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.6 通信介质 • 光纤 • 光纤（Fiber）即光导纤维，或称为光缆。 • 在光纤的中心包括了一根或多根玻璃纤维，通过从激光器或发光二极管发出的光波穿过中心纤维来进行数据传输。 • 在中心的外面，是一层特性不同的玻璃。它如同一面镜子，将光反射回中心，反射的方式根据传输模式而不同。

19. 7.1 计算机网络概述 • 7.1.6 通信介质 • 无线通信 • 无线通信技术最近获得了很大的发展，现在笔记本电脑中都内置了IEEE802.11无线通信技术，许多PDA产品和手机中也支持蓝牙技术。 • 无线通信技术应用的方式有多种，如无线电波、微波、卫星、红外线以及激光等。 • 有线传输不仅需要铺设传输线路，而且连接到网络上的设备也不能随意移动。而采用无线传输介质，则不需铺设传输线路，允许设备在一定范围内移动，非常适合那些难以铺设线路的地区，同时也为大量的笔记本电脑入网提供了条件。

20. 本讲内容 7.1 计算机网络概述 7.2 数据交换技术 7.3 网络体系结构 7.4 TCP/IP协议 7.5 Internet、Intranet与Extranet 7.6 网络通信结构模式

21. 7.2 数据交换技术 • 通信子网必须能为所有进网的数据流提供从源结点到宿结点的通路，而实现这种数据通路的技术就称为数据交换技术，或数据交换方式。 • 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 • 网络交换技术共经历了四个发展阶段：电路交换技术、报文交换技术、分组交换技术、综合业务交换技术 • 目前通信网络中采用的交换技术主要是电路交换和分组交换。

22. 7.2 数据交换技术 • 7.2.1 电路交换技术 • 电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信。 • 在整个通信过程中双方一直占用该电路。 • 它的特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。 • 但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。 • 电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。 • 电话交换系统就是采用这种交换方式。

23. 7.2 数据交换技术 • 7.2.2 分组交换技术 • 分组交换是一种存储－转发技术。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。 • 要传输的报文被分割为许多较小的分组(packet)。 • 每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。 • 分组交换比电路交换的电路利用率高。

24. 7.2 数据交换技术 1101000110101010110101011100010011010010 假定这个报文较长 不便于传输 • 7.2.2 分组交换技术 • 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。 报文

25. 7.2 数据交换技术 报文 分组1 分组2 分组3 • 7.2.2 分组交换技术 • 每一个数据段前面添加上首部构成分组。 数 据 数 据 数 据 首部 首部 首部 请注意：现在左边是“前面”

26. 7.2 数据交换技术 首部 数 据 分组1 分组2 分组3 首部 数 据 首部 数 据 • 7.2.2 分组交换技术 • 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）。

27. 7.2 数据交换技术 • 7.2.2 分组交换技术 • 每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 • 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。 • 用这样的存储转发方式，分组就能传送到最终目的地。

28. 7.2 数据交换技术 分组1 分组2 分组3 • 7.2.2 分组交换技术 • 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。 首部 数 据 首部 数 据 首部 数 据 收到的数据

29. 7.2 数据交换技术 报文 1101000110101010110101011100010011010010 • 7.2.2 分组交换技术 • 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。 数 据 数 据 数 据

30. 7.2 数据交换技术 • 7.2.2 分组交换技术 H4 H2 注意分组路径的变化！ D 结点交换机 B H6 主机 H1 E H2 向 H6发送分组 A H1 向 H5发送分组 H5 C 分组交换网 H3

31. 注意分组的存储转发过程 7.2 数据交换技术 H4 H2 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 D 结点交换机 B H6 主机 H1 E H1向H5发送分组 A H5 C 分组交换网 H3

32. 7.2 数据交换技术 • 7.2.2 分组交换技术 • 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 • 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该从哪个端口转发； • 把分组送到适当的端口转发出去。

33. 7.2 数据交换技术 • 7.2.2 分组交换技术 • 分组交换的优点 • 高效：动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 • 灵活：以分组为传送单位和查找路由。 • 迅速：不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。 • 可靠：完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。

34. 7.2 数据交换技术 • 7.2.2 分组交换技术 • 分组交换的缺点 • 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 • 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

35. 本讲内容 7.1 计算机网络概述 7.2 数据交换技术 7.3 网络体系结构 7.4 TCP/IP协议 7.5 Internet、Intranet与Extranet 7.6 网络通信结构模式

36. 7.3 网络体系结构 • 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。 • 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。 • 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议。 • 计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。

37. 7.3 网络体系结构 • 网络的体系结构是分层的结构。 • 分层的好处 • 各层之间是独立的。 • 灵活性好。 • 结构上可分割开。 • 易于实现和维护。 • 能促进标准化工作。

38. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • 国际标准化组织ISO发布了网络互连的七层框架，即开放系统互连(OSI，Open System Interconnection)参考模型。 • 开放系统是指允许任意两个具有不同基本体系结构的系统进行通信的一套协议集。 • OSI模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包含的可能的服务。

39. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型

40. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • (1) 物理层：物理层涉及到在通信信道上传输的原始数据位（0和1），提供机械及电气规范。 • 物理层的具体任务 • 接口与介质的物理特性 • 比特的表示：编码的类型 • 数据速率：一个比特持续多长时间 • 比特同步

41. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • (2) 数据链路层：提供将物理层的传输通道变成可靠的链路的功能，并负责相邻结点间的传输。 • 数据链路层的具体任务 • 成帧：分帧与组帧。 • 物理寻址：在帧中添加发送方的物理地址与目的地址。 • 流量控制：若接收数据的速率小于发送的速率，则采用流量控制机制以防止接收方过载。 • 差错控制：检测与重发损坏帧或丢弃帧。 • 访问控制：决定在某个时刻由哪一台设备来获取对链路的控制权。

42. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • (3)网络层：网络层控制子网的运行过程，负责将分组从源地址传递到目的地址。 • 网络层的具体任务 • 逻辑寻址：由数据链路层完成的物理寻址来处理本寻址问题。给来自上一层的包增加一个头部，包括发送方与接收方的逻辑地址。 • 路由选择：当一些独立网络连接在一起构成一个更大的网络时，连接设备（路由器或网关）将包送到它们的最终目的地。 • 拥塞控制

43. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • (4)传输层：负责整个报文从源端到目的端的传递过程。它可保证整个报文无差错并按顺序地到达目的地 。 • 传输层的具体任务 • 端口寻址：将整个报文传递给指定计算机上的指定进程。 • 分段和组装：将报文分解成可传输的段，并加上序号，以便正确地组装报文。 • 连接控制：传输层可以是无连接的或面向连接的。 • 流量控制：这一层的流量控制是在端到端上。 • 差错控制：这一层的差错控制是在端到端上。

44. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • (5)会话层：会话层是网络的对话控制器，允许不同机器上的用户之间建立会话，它建立和维护以及同步通信系统交互操作，是面向用户的。

45. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • (6) 表示层：表示层涉及到两个系统将要交换信息的语义和语法。其主要功能是翻译（格式转换）、数据压缩和加密。格式转换包括字符的编码格式、整数或浮点数格式的转换等。将数据通信变为信息通信。

46. 7.3 网络体系结构 • 7.3.1 OSI/RM参考模型 • (7) 应用层：应用层负责用户和应用程序进行通信，为用户提供接口和服务支持，它包含了许多协议，这些协议往往直接针对用户的需要。

47. 7.3 网络体系结构 • OSI/RM参考模型各层功能概要

48. 7.3 网络体系结构 • 7.3.2 TCP/IP参考模型 • TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internetworking Protocol) 模型不仅被广域网的鼻祖ARPANET所使用，也是目前Internet所使用的协议。 • TCP/IP实际上是一个协议族，模型中的每一层都有许多协议，TCP和IP只是其中的两个主要的协议。 • TCP/IP模型中，IP协议是核心。

49. 7.3 网络体系结构 • TCP/IP参考模型与OSI模型的对关系

50. 沙漏计时器形状的TCP/IP协议族 7.3 网络体系结构 Everything over IP IP可为各式各样的应用程序提供服务 IP over Everything IP可应用到各式各样的网络上 … … 应用层 HTTP SMTP DNS RTP TCP UDP 传输层 网际层 IP 网络接口层 … 网络接口3 网络接口2 网络接口1