选择性必修2-网络基础(1).pdf

普 通 高 中 教 科 书选择性必修信息技术普通高中教科书信息技术2网络基础Wangluo Jichu选择性必修 2网络基础广东教育出版社广东教育出版社批准文号：粤发改价格2017434号 举报电话:12358定价：10.59元ook2020信息技术选择性必修1-6封面.indd 22020/5/28 下午2:31信息技术广东教育出版社普 通 高 中 教 科 书徐福荫 主编广州网络基础Wangluo Jichu2选择性必修 ook2020信息技术-8扉页.indd 42020/5/28 下午2:5222图书在版编目(CIP)数据信息技术选择性必修2：网络基础/徐福荫主编广州：广东教育出版社，2019.12（2021.1重印）普通高中教科书ISBN 978-7-5548-3029-1.信.徐.计算机课高中教材.G634.671中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第202787号 编写单位 广东教育出版社 主 编 徐福荫 副 主 编 朱光明 黄国洪 本册主编 何 斌 陈前永 核心编写人员（以姓氏笔画为序）王桂娟 韦 东 刘腾海 责任编辑 李杰静 责任技编 杨启承 陈 瑾 装帧设计 何 维信息技术 选择性必修2 网络基础XINXI JISHU XUANZEXING BIXIU 2 WANGLUO JICHU广 东 教 育 出 版 社 出 版（广州市环市东路472号12-15楼）邮政编码：510075网址：http:/广东新华发行集团股份有限公司发行广东新华印刷有限公司南海分公司印刷（佛山市南海区盐步河东中心路）890毫米1240毫米16开本9印张180 000字2019年12月第1版2021年1月第3次印刷ISBN 978-7-5548-3029-1定价：10.59元批准文号：粤发改价格2017434 号 举报电话：12315著作权所有请勿擅用本书制作各类出版物违者必究如有印装质量或内容质量问题，请与我社联系。质量监督电话：020-87613102 邮箱：gjs-购书咨询电话：020-87772438X11126-18X2211前言.indd 22020/12/3 17:08:211 1前 言信息技术作为当今先进生产力的代表，已经成为我国经济发展的重要支柱和网络强国的战略支撑。信息技术涵盖了获取、表示、传输、存储和加工信息在内的各种技术。自电子计算机问世以来，信息技术沿着以计算机为核心、到以互联网为核心、再到以数据为核心的发展脉络，深刻影响着社会的经济结构和生产方式，加快了全球范围内的知识更新和技术创新，推动了社会信息化、智能化的建设与发展，催生出现实空间与虚拟空间并存的信息社会，并逐步构建出智慧社会。通信网络不仅是数据传输的物理基础，而且是支撑信息社会的重要基础设施。理解网络基本知识，熟练使用典型网络服务，是现代信息社会中生存与发展的基本技能之一。本教科书是针对网络基本知识和实践应用而设置的选择性必修模块。通过本教科书的学习，同学们能掌握计算机网络的核心概念与发展历程，了解常用网络设备的功能，能通过网络命令查询网络及设备的工作状态，发现常见联网故障，认识物联网对社会发展的影响，能使用典型的网络服务解决生活与学习中的问题，利用信息技术分享网络资源，具备网络应用安全意识。本教科书按“网络基本概念”“网络协议与安全”“物联网”三部分内容展开，围绕信息技术学科核心素养设计了“分析校园网络的拓扑结构和硬件组成”“校园通信网络的组建与维护实验”“校园网络资源生成与分享方案设计”“体验构建家庭网络安全环境的技术与方法”“调查物联网与互联网+对未来生活的影响”项目范例。教师围绕“情境主题规划探究实施成果评价”的项目范例展开教学活动，帮助同学们掌握本教科书的基础知识、方法与技能，增强信息意识，发展计算思维，提高数字化学习与创新能力，树立正确的信息社会价值观和社会责任感，从而促进同学们的信息素养提升。本教科书要求同学们对现实世界中的真实性问题进行自主、协作、探究X11126-18前言.indd 12019/9/28 16:07:4622学习。同学们围绕“项目选题项目规划方案交流探究活动项目实施成果交流活动评价”的项目学习主线开展学习活动，体验“做中学、学中创、创中乐”的项目学习理念和“从实践入手、先学后教、先练后讲”的项目学习策略，将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，从而促进信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任的信息技术学科核心素养达成。本教科书设置了“项目范例”“项目选题”“项目规划”“方案交流”“探究活动”“项目实施”“成果交流”“活动评价”等学习栏目，指导同学们开展项目学习活动。其中，“项目范例”是教师通过“情境”“主题”“规划”“探究”“实施”“成果”“评价”等活动，引导同学们了解开展项目学习活动的全过程；“项目选题”是同学们从真实世界选择自己感兴趣的项目主题；“项目规划”是同学们根据项目选题，制订自己的项目方案；“方案交流”是同学们展示交流自己设计的项目方案，师生共同探究、完善其方案；“探究活动”是同学们通过“问题”“观察”“分析”“思考”“交流”“实践”“调查”“讨论”“拓展”等活动，获取知识和技能的过程；“项目实施”是同学们运用在项目学习过程中所获得的知识和技能来完成项目方案；“成果交流”是教师组织同学们展示交流项目成果，共享创造，分享快乐；“活动评价”是教师组织同学们开展项目评价活动。本教科书各章首页的导言，叙述了本章的学习目的与方式、学习目标与内容，让同学们对整章有个总体认识。每章设置了“本章扼要回顾”，通过知识结构图把每章的主要内容及它们之间的关系描述出来，这有助于同学们建立自己的知识结构体系。每章结尾的“本章学业评价”设计了基于学业质量水平的测试题，并通过本章的项目活动评价，让同学们综合评价自己在信息技术知识与技能、解决实际问题的过程与方法，以及相关情感、态度与价值观的形成等方面，是否达到了本章的学习目标。此外，本教科书为同学们提供了配套学习资源包，里面含有通信网络的组建与维护实验报告、互联网的研究报告、网络安全的视频、物联网的拓展阅读材料等，为同学们提供数据采集、分析和可视化表达所需的实验数据和环境。当然，同学们还可以自己收集素材，让自己的项目学习作品更有特色。前言X11126-18前言.indd 22019/9/29 9:56:351 1目 录目 录CONTENTS 第一章 计算机网络概述1项目范例分析校园网络的拓扑结构和硬件组成 21.1 认识计算机网络5111 计算机网络5112 计算机网络的发展历史7113 计算机网络的分类和特征 10114 计算机网络的拓扑结构141.2 网络协议及其作用16121 网络协议 16122 TCP/IP协议的功能和作用17123 网络的重要意义191.3 网络的传输介质和基本设备20131 网络的传输介质20132 网络的基本设备24X11126-18X2211目录.indd 12019/9/28 16:07:2122目录 第二章 通信网络的组建与维护31项目范例 校园通信网络的组建与维护实验322.1 组建简单的局域网34211 网络操作系统35212 局域网的组建方案352.2 IP地址及其配置38221 IP地址 38222 IP地址的静态和动态分配 39223 IP地址查询及检测402.3 互联网接入技术42231 有线接入技术42232 无线接入技术442.4 常见的网络故障及排除45241 网卡故障及排除46242 双绞线故障及排除46243 交换机故障及排除46244 路由器故障及排除46 第三章 网络服务51项目范例 校园网络资源生成与分享方案设计 523.1 常见的网络服务55311 Web服务55312 FTP服务 56313 DNS服务 56314 DHCP服务57X11126-18X2211目录.indd 22019/9/28 16:07:223 3315 E-mail服务57316 VPN服务573.2 网络资源的类型与获取58321 网络资源的类型59322 网络资源的获取603.3 网络资源的生成与分享63331 网络分享 63332 网络资源的生成与分享方法63 第四章 网络信息安全69项目范例 体验构建家庭网络安全环境的技术与方法704.1 网络信息安全和隐私保护的重要性73411网络信息安全73412网络隐私保护754.2 常用网络安全协议的作用 80421 网络安全协议80422 SSL协议 82423 IPSec协议 854.3 简易防火墙的设置及使用 86431 防火墙的原理与作用86432 防火墙的设置及使用904.4 数据和终端设备的加密91441 数据的加密91442终端设备的加密93目录X11126-18X2211目录.indd 32019/9/28 16:07:2244目录第五章 物联网与“互联网+”101项目范例 调查物联网与“互联网”对未来生活的影响 1025.1 物联网及其发展历程 105511 物联网及其特征105512 物联网的发展历程108513 物联网的应用与影响1085.2 识别技术与短距离通信技术113521 识别技术及其应用113522 短距离无线通信技术及其应用 1185.3 物联网的安全风险与防范策略 122531 安全风险 122532 防范策略 1235.4“互联网+”及其应用124541“互联网”的特点 124542“互联网”的应用与影响125附录1 部分术语、缩略语中英文对照表132附录2 项目活动评价表135X11126-18X2211目录.indd 42019/9/28 16:07:221 1随着通信技术的发展，计算机网络已经渗透人们生活、学习和工作的各个方面，深刻地改变了人们的生活、学习和工作方式，人们可以借助计算机网络实现信息的交换和共享，对提升社会的创新力与生产力有重要作用。本章将通过“分析网络的拓扑结构和硬件组成”项目学习，进行自主、协作和探究学习，让同学们了解计算机网络的发展历程，知道网络的结构、类型、特征及演变过程；理解计算机网络与通信、互联网及移动互联网对现代社会的重要意义；认识常见网络传输介质的特性，理解影响网络传输质量的主要物理因素；描述网络的拓扑结构及不同类型网络的主要特点；熟悉TCP/IP协议（传输控制协议/网际协议）的主要功能和作用，理解网卡、交换机、路由器等基本网络设备的作用和工作原理，从而将知识构建、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，促进信息技术学科核心素养达成，完成项目学习目标。认识计算机网络 网络协议及其作用 网络的传输介质和基本设备第一章计算机网络概述X11126-18X2211.indd 12019/9/28 16:49:2122第一章 计算机网络概述分析校园网络的拓扑结构和硬件组成项目范例情 境计算机网络技术是计算机技术发展的重要趋势，它用通信线路把多个分布在不同地点的计算机联结起来形成网络，并已渗透到社会的各个领域。同学们只有学好网络的基础知识，才能掌握网络的关键技术，从而利用网络更好地为人们服务。主 题分析校园网络的拓扑结构和硬件组成 规 划根据项目范例的主题，在小组中组织讨论，利用思维导图工具，制订项目学习规划，如图1-1所示。分析校园网络的拓扑结构和硬件组成图1-1“分析校园网络的拓扑结构和硬件组成”项目学习规划X11126-18X2211.indd 22019/9/28 16:49:233 3 分析校园网络的拓扑结构和硬件组成探 究根据项目学习规划的安排，通过调查、案例分析、文献阅读或网上资料搜索，开展“分析校园网络的拓扑结构和硬件组成”项目学习探究活动，如表1-1所示。表1-1“分析校园网络的拓扑结构和硬件组成”项目学习探究活动探究活动学习内容知识技能分 析 校园网络的拓扑结构认识计算机网络。参观学校的校园网或网络实验室。了解计算机网络的发展历程，知道网络的结构、类型、特征及演变过程。总结计算机网络的演变过程。分析计算机网络应用的具体实例。了解学校的网络拓扑结构。描述网络的拓扑结构及不同类型网络的主要特点。用软件画出学校的网络拓扑结构。理 解 网络的重要意义网 络 协议。简述OSI七层参考模型与TCP/IP四层应用模型的关系。熟悉TCP/IP协议的主要功能和作用。举例说明网络的影响和作用。理解计算机网络与通信、互联网及移动互联网对现代社会的重要意义。分 析 校园网络的硬件组成网络的传输介质和基本设备。总结传输介质的分类及其特征。认识常见网络传输介质的特性，理解影响网络传输质量的主要物理因素。在校园网中选择合适的传输介质。总结网络设备的分类及其功能。理解网卡、交换机、路由器等基本网络设备的工作原理和作用。在校园网中选择合适的网络设备。实 施实施项目学习各项探究活动，进一步了解校园网络的拓扑结构和硬件组成。成 果在小组开展项目范例学习过程中，利用思维导图工具梳理小组成员在“头脑风暴”活动中的观点，建立观点结构图，运用多媒体创作工具（如演示文稿、在线编辑工具等），综合加工和表达，形成项目范例可视化学习成果，并通过各种分享平台发布，共享创造、分享快乐。例如，运用在线编辑工具制作的“分析校园网络的拓扑结构和硬件组成”可视化报告，可以在教科书的配套学习资源包中查看，其目录截图如图1-2所示。分析校园网络的拓扑结构和硬件组成X11126-18X2211.indd 32019/9/28 16:49:2444第一章 计算机网络概述图1-2“分析校园网络的拓扑结构和硬件组成”可视化报告的目录截图评 价根据教科书附录2的“项目活动评价表”，对项目范例学习过程和学习成果在小组或班级上进行交流，开展项目学习活动评价。项目选题同学们以36人组成一个小组，选择下面一个参考主题，或者自拟一个感兴趣的主题，开展项目学习。1分析家庭网络的拓扑结构和硬件组成2分析公司网络的拓扑结构和硬件组成3分析图书馆网络的拓扑结构和硬件组成 项目规划各小组根据项目选题，参照项目范例的样式，利用思维导图工具，制订相应的项目方案。方案交流各小组将完成的方案在全班进行展示交流，师生共同探讨、完善相应的项目方案。X11126-18X2211.indd 42019/9/28 16:49:245 5 1.1 认识计算机网络1.1 认识计算机网络随着通信技术和计算机网络技术的发展，电信网、有线电视网都逐步融入计算机网络技术，相互连接而形成“三网融合”。其中，计算机网络发展最快且起到了核心作用。1.1.1 计算机网络在生活中，我们经常接触到许多关于“网络”的术语，如电话网络、电视网络、卫星网络、计算机网络等。不同的网络有不同的用途，呈现不同的功能。在认识计算机网络的概念之前，我们可以先从实际生活中简单归纳计算机网络的功能。探究活动实 践1判断和补充生活中有哪些地方使用了计算机网络。浏览网页、收发电子邮件、上网聊天或使用视频通话。网络中共享文件，实现文件传送。通过网上商城进行购物。2概括地说，计算机网络有三大功能：数据通信、资源共享、分布控制与分布处理。结合下面的应用实例，尝试归纳计算机网络有哪些功能，把结果填入表1-2中。表1-2 计算机网络的应用及功能应用举例作用描述功能概括通过网络文件服务器可以把文件存储在服务器的硬盘上，让网络中的其他计算机进行访问。用户通过网络可以共享各地主机上的数据、应用软件及硬件资源。通过电子邮件，可以使人们在网络上相互联系；通过使用计算机中安装的QQ、移动终端的微信等即时通信软件，可实现人与人之间的即时交流。计算机与计算机之间通过网络进行通信，相互传递数据，从而方便地实现信息交换、收集和处理。X11126-18X2211.indd 52019/9/28 16:49:2466第一章 计算机网络概述应用举例作用描述功能概括在战争中使用的自动作战指挥系统，组成信息网络指挥平台，把分散在不同空间位置的多种类型的作战部队和信息化武器实施一体化“无缝隙连接”。“网格计算”技术，通过互联网把分散在各地的计算机连接起来，充分利用相互闲置的计算资源，提升各自的处理能力。分布式控制可以保证系统在部分硬件发生故障时仍能正常可靠地工作。分布式处理可以通过适当的算法将庞大复杂的任务分配给该系统的多台计算机的CPU协同处理，从而均匀负荷，提高效率。观 察在学校网络管理员和任课教师的带领下，参观学校的校园网或网络实验室，了解学校计算机网络的建设情况，并调查和思考下列问题。1学校网络（图1-3）中包括哪些硬件设备？2各种设备之间是如何连接的？图1-3 校园网络结构示意图交 流用自己的语言给“计算机网络”做一个概括性的描述，然后与其他同学进行交流。（续表）X11126-18X2211.indd 62019/9/28 16:49:247 7 1.1 认识计算机网络计算机网络并无统一的定义，一般把计算机网络描述为“多台地理上分散的、具有独立功能的计算机通过传输介质和通信设备连接，实现数据通信和资源共享的系统”。计算机网络的基本结构包括：（1）多台地理上分散的独立计算机系统。（2）通信协议。（3）传输介质和传输设备。1.1.2 计算机网络的发展历史伴随着网络技术的发展，特别是无线网络和物联网相关技术的发展，网络已经从连接计算机，发展到连接各种信息设备，一个万物互联的时代正在形成。在社会的各个领域、各种应用之中，我们都可以发现网络延伸的触角。网络是支撑信息社会运转的基础，信息的传递无时无刻不依靠网络。网络的发展正在从应用到理念对人们的各个方面产生深刻影响。首先，网络连接更加方便、快速，无线网络设备的应用，使得人们随时随地都可以将信息设备接入网络，网络传输速度的提升，使得人们可以利用网络以更快的速度传输各种类型的数据，特别是多媒体数据的传输，更需要快速的网络作为基础。其次，新的网络应用不断涌现，网购、网上约车、网盘、即时通信、网络电视、智能联网家居设备等正在迅速融入人们的日常生活。最后，人们认识网络与利用网络的观念在转变，网络不仅仅被视为数据传输的手段，更是发展新型信息生产力的基础，“互联网+”正是我国推动社会发展的新兴动力源泉。1第一代计算机网络：面向终端的计算机网络20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络，是以单个计算机为中心的远程联机系统，由“主机通信线路终端”组成，如图1-4所示。它的特征是计算机与终端互连实现远程访问。这里的终端是一台由简单外部设备组成的计算机，只包括显示器和键盘，没图1-4 面向终端的计算机网络X11126-18X2211.indd 72019/9/28 16:49:2488第一章 计算机网络概述有CPU、内存和硬盘，更没有自主处理的能力。当时的计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来、实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”。这样的通信系统已具备网络的雏形。2第二代计算机网络：计算机通信网络20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络，是以多台主机通过通信线路互联构成的“计算机计算机”通信系统，如图1-5所示。它的特征是计算机与计算机互连，主机之间不是直接用线路相连，而是由通信控制处理机（Communication Control Processor，缩写为CCP）转接后互联。CCP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，相互之间组成资源子网。这个时期，网络定义为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，形成了计算机网络的基本概念。图1-5 计算机通信网络3第三代计算机网络：计算机互联网络20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络，是具有统一的网络体系结构并遵守国际标准的开放式网络，如图1-6所示。它的特征是网络体系结构的形成和网络协议的标准化。国际标准化组织（International Organization for Standardization，缩写为ISO）成立了一个专门机构研究和开发新一代的计算机网络，经过多年卓有成效的努力，于1984年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”（Open Systems Interconnection/Reference Model，缩写为OSI/RM）。该模型的提出，使网络系统从“封闭”走向“开放”。这个阶段出现的另一个标准协议TCP/IP则推动了国际互联网（Internet）的高速发展，这是网络标准化的最大体现，使计算机网络对用户提供透明服务。X11126-18X2211.indd 82019/9/28 16:49:259 9 1.1 认识计算机网络图1-6 计算机互联网络4第四代计算机网络：高速互联网络20世纪90年代至今的第四代计算机网络，是由国际互联网与信息高速公路组成的标准化网络，如图1-7所示。它的特征是计算机网络化、协同计算能力发展以及全球互联网络的盛行。互联网就是这一代网络的典型代表，并已成为人类最重要、最大的知识宝库。随着互联网的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅增加。基于传统电信网络为信息载体的计算机网络已经不能满足人们对网络速度的要求，促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带到宽带迅速发展，即由传统的计算机互联网络向高速互联网络发展。计算机的发展已经完全与网络融为一体，体现了“网络就是计算机”的理念。目前，计算机网络将多种信息如语音、数据、图像、视频等综合到一个网络中进行传输。同时，虚拟网络、移动互联网、云计算、物联网、大数据等一系列新型网络技术的应用，使网络技术蓬勃发展并迅速走向市场，走进平民百姓的生活。图1-7 高速互联网络思 考追溯计算机网络的发展历史，计算机网络经历了由单一网络向互联网发展的过程，它的演变可概括地分成四个阶段。同学们结合本节所学知识，通过网络或其他方式进行搜索、归纳、总结和提炼，完成表1-3，并把研究成果在课堂上进行展示与交流。X11126-18X2211.indd 92019/9/28 16:49:251010第一章 计算机网络概述表1-3 计算机网络的演变过程阶段时间组成与特征发展的原因典型应用第一代计算机网络第二代计算机网络第三代计算机网络第四代计算机网络 拓 展对计算机网络的发展历史感兴趣并想进一步了解的同学，可以查阅配套学习资源包“第一章拓展阅读”中的阅读材料“计算机网络的形成与发展”“以太网是什么”“令牌环网是什么”“OSI七层模型的作用及功能”。1.1.3计算机网络的分类和特征计算机网络的分类方法与一般事物的分类方法一样，可以按事物所具有的不同性质特点即事物的属性分类。计算机网络的分类方法有很多，从不同的角度划分会有不同的分类结果，如表1-4所示。表1-4 计算机网络的分类分类标准网络名称覆盖范围局域网、城域网、广域网管理方法基于客户机/服务器的网络、对等网网络操作系统Windows网络、Netare网络、Unix网络等网络协议NETBEUI网络、IPX/SPX网络、TCP/IP网络等拓扑结构总线型网络、星型网络、环型网络等交换方式线路交换网络、报文交换网络、分组交换网络传输介质有线网络、无线网络体系结构以太网、令牌环网、AppleTalk网络等通信传播方式广播式网络、点到点式网络X11126-18X2211.indd 102019/9/28 16:49:2511 11 1.1 认识计算机网络1按覆盖范围分类计算机网络由于覆盖的范围不同，所采用的传输技术也不相同，因此按照覆盖范围进行分类，可以较好地反映不同类型网络的技术特征。按覆盖的地理范围，计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网。（1）局域网。局域网（Local Area Network，缩写为LAN）的覆盖范围小到一个办公室，大到一个校园、厂区、工业园区，最大不超过10千米，如图1-8所示。区域内的各种计算机和通信设备互连在一起形成一个通信网络。局域网中数据传输速率一般很高。（2）城域网。城域网（Metropolitan Area Network，缩写为MAN）的覆盖范围就是城市区域，一般是在方圆1060千米范围内，最大不超过100千米，如图1-9所示。例如，一个大型公司或一个政府机构，可以通过城域网将分散在全市范围内的各个办公楼的相关设备连接起来，实现数据、声音、图形图像、动画、视频等信息的传输和资源共享。图1-9 城域网图1-8 局域网X11126-18X2211.indd 112019/9/28 16:49:251212第一章 计算机网络概述（3）广域网。广域网（Wide Area Network，缩写为WAN）的覆盖和作用范围很宽广，一般跨度超过100千米，可以跨城市、跨地区甚至跨国家，如图1-10所示。广域网的服务对象是大面积范围内随机分布的大量用户系统，把这些用户组织在一个网络内。广域网的应用包括跨城市、跨地区的局域网之间的连接、大型主机和密集用户集团之间的连接，为远程信息服务系统提供传输通道。图1-10 广域网思 考局域网、城域网、广域网最主要的区别是网络覆盖范围的大小，其他属性也各不相同。同学们通过网络或其他方式进行搜索、归纳、总结和提炼，找出三者的区别，完成表1-5，并把研究成果在课堂上进行展示与交流。表1-5 局域网、城域网和广域网的比较属性局域网城域网广域网英文名称覆盖范围结构特征典型设备终端组成主要特点X11126-18X2211.indd 122019/9/28 16:49:261313 1.1 认识计算机网络2按通信传播方式分类计算机网络必须通过通信信道完成数据传输，通信信道有广播信道和点到点信道两种类型，因此，计算机网络也可以分为广播式网络和点到点式网络。（1）广播式网络。广播式网络是指网络中的计算机或者设备使用一个共享的通信介质进行数据传播，网络中的所有节点都能收到任一节点发出的数据信息，如图1-11所示。目前，在广播式网络中的传输方式有三种：单播：采用一对一的发送形式，将数据发送给网络所有目的节点。组播：采用一对一组的发送形式，将数据发送给网络中的某一组主机。广播：采用一对所有的发送形式，将数据发送给网络中所有目的节点。图1-11 广播式网络（2）点到点式网络。点到点式网络的主要特点是一条线路连接一对节点，两台计算机之间常常经过几个节点相连接。如果两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间节点的接收、存储、转发，直至目的节点，如图1-12所示。图1-12 点到点式网络一般来说，在局域网中多采用广播方式，而在广域网中多采用点到点方式。3计算机网络的特征计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享，其特征有七点：（1）可靠性：在一个网络系统中，当一台计算机出现故障时，可立即由系统中的另X11126-18X2211.indd 132019/9/28 16:49:261414第一章 计算机网络概述一台计算机代替其完成所承担的任务；同样，当网络的一条链路出现故障时，可选择其他的通信链路进行连接。（2）高效性：计算机网络系统摆脱了中心计算机控制结构数据传输的局限性，并且信息传递迅速，系统实时性强。网络系统中各相连的计算机能够相互传送数据信息，使相距很远的用户之间能够即时、快速、高效、直接地交换数据。（3）独立性：网络系统中各相连的计算机是相对独立的，彼此之间的关系是既互相联系又相互独立。（4）扩充性：在计算机网络系统中，人们能够很方便、灵活地接入新的计算机，从而达到扩充网络系统功能的目的。（5）廉价性：计算机网络使微机用户也能够分享到大型机的功能特性，充分体现了网络系统的“群体”优势，能节省投资和降低成本。（6）分布性：计算机网络能将分布在不同地理位置的计算机进行互连，可将大型、复杂的综合性问题进行分布式处理。（7）易操作性：对于计算机网络用户而言，网络的使用操作相对简单，实用性也很强。分 析根据具体条件，找出一项计算机网络应用的具体实例，对该网络的基本功能、类型、特征进行简单分析。1.1.4计算机网络的拓扑结构在计算机网络中，各节点相互连接的方法和形式称为网络拓扑（Network Topology）。网络拓扑图忽略了网络连线长度，只考虑节点的连接方式，是网络的一种简化描述。计算机网络的拓扑结构主要有总线型、环型、星型、树型、网状等类型，如图1-13所示。图1-13 各种网络拓扑结构图1总线型结构总线型结构是采用单根传输线（或称总线）作为公共的传输通道，所有的节点都通过相应的硬件接口直接连接到总线上，总线两端安装了终结器，如图1-14所示。优点：节点的插入或拆除比较方便，易于网络的扩充。缺点：可靠性不高，如果总线出了问题，整个网络都不能图1-14 总线型结构X11126-18X2211.indd 142019/9/28 16:49:261515 1.1 认识计算机网络工作，查找故障点比较困难。2环型结构环型结构由网络中若干节点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，信息在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，从前一个节点传到下一个节点，如图1-15所示。优点：拓扑结构简单，控制简便，结构对称性好。缺点：环中每个节点与连接点之间的通信线路都会转为网络可靠性的瓶颈，环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪，环中节点的加入和撤出过程都比较复杂。3星型结构星型结构是指各站点以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又被称为集中式网络，如图1-16所示。优点：结构简单，易于实现，便于管理，是目前局域网中最基本的拓扑结构。缺点：网络的中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障将造成全网瘫痪。4树型结构树型结构是分级的集中控制式网络，通信线路总长度短、成本低，节点易于扩充，寻找路径方便，节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进行，如图1-17所示。优点：通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便。缺点：可靠性不高，如中心节点出现故障，则与该中心节点连接的节点均不能工作。5网状结构网状结构主要是各节点通过传输线路互相连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连，它没有一个自然的“中心”，数据流动也没有固定的方向，数据传输的“源端”和“目的端”按照一定的算法选择一条最快的路径传送，如图1-18所示。优点：两个节点间存在多条传输通道，具有较高的可靠性。缺点：结构复杂，实现起来费用较高，不便于管理和维护。图1-18 网状结构图1-15 环型结构图1-16 星型结构图1-17 树型结构X11126-18X2211.indd 152019/9/28 16:49:271616第一章 计算机网络概述实 践1实地考察学校计算机教室的网络布线情况，分析该教室所使用的网络拓扑结构类型。2请教老师和查阅相关资料，了解学校网络的拓扑结构。3使用相关软件，画出学校网络的拓扑结构图。项目实施各小组根据项目选题及拟定的项目方案，结合本节所学知识，分析并画出本组相应的网络拓扑结构图。1参观校园网或网络实验室，了解计算机网络的建设情况，参考图1-3，思考网络中应包括哪些硬件设备以及它们之间是如何连接的。2参考表1-3，总结计算机网络的演变过程。3了解网络的拓扑结构，用软件画出本组相应的网络拓扑结构图。1.2 网络协议及其作用在现实生活中，人们通常需要遵守一些约定才能顺利完成人与人之间的交流，如打电话。当给一位朋友打电话时，需要拿起电话听一听有没有拨号声，如果有就拨号，等候对方拿起话机，电话接通后双方开始通话，双方都会约定使用同一种语言。在通话过程中，通话一方会对另一方的讲话作出响应，如表示肯定的“好的”或者表示否定的“不同意”等简短的话语，以让对方知道这个通话过程仍在继续1.2.1网 络协议通信双方所共同遵守的规则称为协议。协议实际上是一组指挥行为的规则或准则。就像打电话过程必须要服从一个通话的规则，如果不懂得这个规则，双方就无法通话。同样，两台计算机在网络上交换信息也有一些规则和约定，这就是网络协议。为保证正确传送数据，发送和接收数据的计算机都必须遵守协议。每个网络中至少要选择一种网络协议。网络中的计算机将遵守网络设计者所选择的协议进行通信。在网络组建过程中，具体选择哪一种网络协议主要取决于网络的规模、网络的兼容性和网络管理等几个方面。例如，局域网与广域网所采用的协议是不同的。在局域网中，一X11126-18X2211.indd 162019/9/28 16:49:271717 1.2 网络协议及其作用般会使用NETBEUI、IPX/SPX或TCP/IP三种协议中的一种。这三种协议的特点、应用场合以及运行平台，如表1-6所示。表1-6 三种局域网协议的比较网络协议特点应用场合运行平台说明NETBEUI高效、快速的网络协议，安装简单，无须配置，不具备跨网段功能。由几台到百余台计算机组成的单个小型局域网。Windows系列产品。IPX/SPX在复杂网络环境下适应性强，可跨网段，具有路由功能，安装无须配置。适合于Novell网络使用。NovellNetware。IPX/SPX无法直接在Windows上使用。TCP/IP安装时需要复杂的设置。支持任意规模的网络。几乎所有厂商和操作系统都支持。接入互联网的主机都安装了该协议。探究活动实 践同学们检查正在使用或者准备组网的计算机上是否已经安装了网络协议。如果要组建一个校园局域网，应该安装哪一种网络协议？1.2.2 TCP/IP协议的功能和作用TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是互联网最基本的协议族，也是互联网的基础，它由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。协议采用的层级结构为四层，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求，并与OSI七层参考模型相对应，如图1-19所示。1TCP/IP模型各层的功能TCP/IP模型共分四层，分别为应用层（Application Layer）、传输层（Transport 图1-19 TCP/IP协议簇X11126-18X2211.indd 172019/9/28 16:49:271818第一章 计算机网络概述Layer）、网络层（Internet Layer）和网络接口层（Network Interface Layer）。（1）应用层的主要功能。应用层的主要功能是定义面向应用的协议，网络应用都要依赖于这些不同的应用协议。例如，电子邮件服务依赖于POP和SMTP协议，浏览网页依赖于超文本传输协议HTTP，文件传输依赖于FTP协议，远程登录依赖于网络终端协议Telnet等。（2）传输层的主要功能。传输层的主要功能是在源节点和目的节点的两个进程之间提供可靠的端到端的数据传输，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。因而在传输层需要使用传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）。TCP协议：负责保证数据按次序、安全、无重复地传递。它是一个可靠的面向连接的传输层协议，用于一次传输要更换大量报文的情形，如文件传输、远程登录等。UDP协议：主要面向请求/应答式的交互式应用，用于一次传输交换少量报文的情形，如即时通信软件聊天、网络数据库查询等。为了标识TCP或UDP协议与应用层协议的对应关系，TCP/UDP提出了协议端口的概念。端口是TCP和UDP与应用程序连接的访问点，如80端口是WWW（万维网）常用的端口，21是FTP常用的端口，23是Telnet服务的端口，25是SMTP服务的端口等。（3）网络层的主要功能。网络层的主要功能是负责相邻节点之间的数据传送，使用的是IP协议。IP是一种不可靠、无连接的数据报传输服务协议，它提供将一个数据报从一台计算机传送到另外一台计算机或设备的方法，以及网络寻址的方法。（4）网络接口层的主要功能。网络接口层主要负责通过网络发送和接收IP数据报。TCP/IP协议对网络接口层并没有规定具体的协议，它采取开放的策略，允许使用局域网、城域网与广域网的各种协议。任何一种流行的底层传输协议都可以与TCP/IP网络接口层对接。这体现了TCP/IP体系的开放性和兼容性的特点，也是TCP/IP成功应用的基础。2TCP/IP协议的作用TCP/IP协议是互联网中重要的通信规则，