普通高中教科书·信息技术选择性必修2 网络基础.pdf

书 书 书华东师范大学出版社总主编:李晓明副 总 主 编:赵 健本 册 主 编:沈富可本册副主编:袁文铮编 写 人 员(按姓氏笔画排序):王婷婷 毛杰文 刘 欢 沈富可 张 俍 袁文铮责 任 编 辑:王 健 竺 笑美 术 设 计:储 平普通高中教科书 信息技术 选择性必修2 网络基础上海市中小学(幼儿园)课程改革委员会组织编写出版发行 华东师范大学出版社(上海市中山北路3 6 6 3号)印 刷 上海昌鑫龙印务有限公司版 次 2 0 2 1年3月第1版印 次 2 0 2 1年3月第1次开 本 8 9 0毫米 1 2 4 0毫米 1/1 6印 张 8.2 5字 数 1 4 6千字书 号 I S B N 9 7 8 7 5 7 6 0 0 5 5 0 9定 价 1 0.4 0元版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题,请拨打电话0 2 1 6 0 8 2 1 7 1 4如发现印、装质量问题,影响阅读,请与华东师范大学出版社联系。电话:0 2 1 6 0 8 2 1 7 1 1全国物价举报电话:1 2 3 1 5声明 按照 中华人民共和国著作权法 第二十五条有关规定,我们已尽量寻找著作权人支付报酬。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。本册教材图片提供信息:本册教材中的部分图片由全景网、视觉中国等图片网站提供。华东师范大学出版社致同学们亲爱的同学们:当今,信息技术发展日新月异,物联网、大数据、人工智能等新技术、新工具扑面而来,显著地改变着人们的生活、学习和工作模式。我们每一个人都不可避免地会接触信息技术,应用信息技术,甚至去创造新的信息技术。在具备了基本信息技术应用能力的基础上,高中阶段我们要进一步学习信息技术的知识与技能,利用信息技术负责任地解决生活与学习中的问题,全面提升信息素养,迎接信息社会的挑战。本书是普通高中信息技术课程中的选择性必修课程之一。为了增强学习的趣味性,我们预设自己是中国科考队中的网络工程师,需要在一个遥远的星球上建立起计算机网络。同学们将跟随本书循序渐进地了解和掌握网络基础知识,并通过各种项目任务、项目活动丰富知识和提升技能。全书共分为六章。第一章“初识计算机网络”介绍了计算机网络的发展历史、网络类型,以及协议和分层结构等基础网络知识;第二章“走近真实网络”介绍了网络传输介质、网络设备与拓扑结构、路由原理等知识;第三章“网络传输与资源共享”介绍了网络数据传输和网络资源共享等知识;第四章“网络中的安全问题”介绍了网络安全意识和各类基础网络安全技术;第五章“网络故障排查与修复”介绍了网络软硬件故障及其基本处理方法;第六章“物联网世界”介绍了物联网的发展历史、技术应用及创新服务。通过对本书的学习,希望同学们能够了解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、发现联网故障,认识到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,能利用信息技术分享网络资源,同时能具备基本的网络应用安全意识。编者华东师范大学出版社目录目录第一章初识计算机网络.1项目主题认识计算机网络.3第一节计算机网络发展和组成.4第二节网络类型.11第三节计算机网络中的协议与分层结构.14第二章走近真实网络.19项目主题组建小型网络.2 1第一节网络传输介质.2 2第二节网络设备与拓扑结构.2 7第三节路由原理.3 31 华东师范大学出版社网络基础第三章网络传输与资源共享.45项目主题探究数据传输过程.47第一节传输层基本知识.48第二节可靠的数据传输.51第三节无连接的传输.6 0第四节网络资源共享.6 4第四章网络中的安全问题.7 5项目主题阻止“窃听者”.7 7第一节网络安全意识.7 8第二节网络安全技术.8 32华东师范大学出版社目录第五章网络故障排查与修复.9 3项目主题网络故障排查与修复.9 5第一节故障处理基本方法.9 6第二节计算机网络的硬件故障.9 8第三节计算机网络的软件或协议故障.10 2第六章物联网世界.10 7项目主题探究物联网系统及其应用.10 9第一节物联网概述.110第二节常用的物联网传输技术.113第三节物联网应用实例与创新网络服务.1183华东师范大学出版社网络基础附录常见网络拓扑符号及其含义.12 1后记.12 34华东师范大学出版社第 一 章初识计算机网络本章学习目标描述计算机网络的定义,列举计算机网络的主要组成元素,举例说明计算机网络对于人们生活的价值和意义。描述计算机网络的发展历史和发展趋势。区分计算机网络的不同类型。描述计算机网络中协议和“层”模型的概念,解释分层体系结构的意义。华东师范大学出版社网络基础计算机网络正在深刻地改变着人们的生活。过去,处于相隔较远的两地的人们主要靠电话或信件进行交流,而如今即便在偏远的乡村,智能手机也逐渐普及,人们可以随时随地通过手机上网,和亲人以语音、视频等方式互通消息;在过去,人们大多通过电视或报纸来获得最新的消息,而现在,只需要打开网页或是各种应用程序,人们就可以便捷地了解到世界各地发生的事情;过去,来到一个陌生的城市,人们大多依赖于纸质地图或者找人问路来确定通往目的地的路径,而现在,许多人更习惯于打开手机上的地图应用程序进行导航。在当今社会,人们正不断与计算机网络建立起更加深入、广泛的连接关系。作为 2 1世纪的高中生,我们有必要学习与探究计算机网络背后的科学原理。计算机网络究竟是什么样的事物,它是怎么组成的,它的运行原理是怎样的?接下来,就让我们带着这些问题出发,一起去探究计算机网络这个神奇的世界吧。本章知识结构2华东师范大学出版社第一章初识计算机网络项目主题认识计算机网络项目情境未来某一天,中国科考队肩负星际探索的使命,抵达了一个遥远的星球,开始建设适宜人类居住的环境。科考队成员们来自各行各业,包括医生、建筑师、网络工程师、农业专家等。假设你就是科考队中的一名网络工程师,你的任务是与团队成员一起努力,在这个星球上建立起计算机网络,让这个星球上的各个科考团队之间能够实现快速的信息交流。当然,计算机网络的建设不是一蹴而就的。在探索这个星球的过程中,不得不借助一些传统的通信手段,并且需要使用一些口头的约定来传达信息。但不同团队之间有不同的通信约定,反而导致了通信的混乱。为此,你需要有一种统一的约定来保证不同团队之间都能够顺畅地传输信息。作为网络工程师,你会如何思考这个问题呢?项目任务任务 1任务 2任务 3 通过查阅资料等方式,梳理出:计算机网络出现之前,人类使用的传统通信方式;计算机网络自身的发展历程;其中我国的成就与贡献。用思维导图的方式呈现以上内容。根据科考队所面临的不同任务和条件,给出在该任务和条件下 应 该 使 用 的 网 络类型。在没有依赖电力的电话、计算机网络等通信手段的情况下,设计一种能够保证两个科考团队顺畅通信的方法,并以此解释“协议”与“层”的概念。3 华东师范大学出版社网络基础第一节计算机网络发展和组成本节首先回顾人类通信的发展历史,认识计算机网络对通信的革命性影响,了解计算机网络发展进程中的标志性事件,并初步认识计算机网络的软硬件组成。体验思考从古到今,人类的生活都与通信息息相关。通信的发展也极大地促进了人类生产力的发展,推动了社会的进步。在当今的信息社会,每位中学生都需要认识和理解以计算机网络为代表的通信技术发展对人类社会所产生的重要影响。思考：在人类通信技术及计算机网络技术发展历程中,有哪些标志性事件?一、通信技术与计算机网络的发展历史1.从烽火狼烟到计算机网络数千年前的一天黄昏,一位戍守边关的士兵,焦急地在烽火台上燃起烟火,向十里之外的另一个烽火台传递着敌情信息。战场瞬息万变,谁掌握了最新的信息,谁就获得了制胜的砝码。很显然,上面这位士兵所做的,就是要将信息以最快的方式发送出去。然而,几千年来,人们发送信息的方式也在不断地发生着变化,继烽火狼烟之后,又发明了飞鸽传书、电报、电话等种种通信的方法。随着经济社会的发展,以烽火和信鸽为主要通信手段的时代已经一去不复返,电报也早已退出了历史舞台。电话虽然还是人们生活中的一部分,但或许已并非人们相互沟通的最主要渠道了。时间来到了今天 信息时代,人们通信的方式又发生了重要的变化。以军事战场为例,前线的士兵通过佩戴的联网电子设备拍摄下战场动态,与此同时,千里之外的指挥部大屏幕上,就能够实时显示来自前线的实况影像,使指挥官能够迅速做出战略判断。从烽火、信鸽,到电报、电话,再到计算机网络,人与人之间传递信4华东师范大学出版社第一章初识计算机网络息的速度越来越快,所传递的信息量也越来越大(如图1.1所示)。计算机网络,这个诞生于2 0世纪下半叶的新兴事物,正在快速改变着人类所处的世界。2.计算机网络的诞生2 0世纪6 0年代,出于军事方面的需要,人们开始尝试将若干台计算机相互连接起来,使这些计算机能够相互传输数据。阿帕网(A R P A n e t)由此诞生,成为互联网的前身。阿帕网最开始只有4个节点(如图1.2所示),网络传输能力只有5 0K b p s(K b p s是一种网络传输速度的单位,表示每秒传送多少千比特),按现在的标准来看这是“极慢”的网速。1 9 7 2年,阿帕网发展到大约1 5个节点。到了2 0世纪7 0年代末,大约有2 0 0台主机连接到了阿帕网。图 1.2 阿帕网(A RPA n e t)从2 0世纪7 0年代早期至中期,除阿帕网之外的其他网络也应运而生,其中包括了A L OHA n e t、T e l e n e t、T y m n e t、T r a n s p a c等,网络数量开始增长。计算机网络开始发挥更多的作用。1 9 7 3年,罗伯特梅特卡夫(R o b e r t M e t c a l f e)提出了一种被称为“以太网”(E t h e r n e t)的通信原理及技术,这一技术后来导致了局域网(L A N)的爆发性增长,也使得以太网的技术快速更新(详见本书第二章)。此时,开发一种将所有网络连接在一起的全面架构的时机已经悄悄成熟了。计算机网络即将步入快速发展的时期。5 图 1.1 从烽火狼烟到计算机网络华东师范大学出版社网络基础1 9 7 4年,文顿瑟夫(V i n t o n C e r f)和罗伯特卡恩(R o b e r t K a h n)设计了一种“开放的网络架构”,可以使不同环境中的计算机相互联系,形成一个“网际网”。这个“网际网”就是现在的互联网(I n t e r n e t,又称因特网)。互联网在其诞生后迎来了快速发展。2 0世纪8 0年代,连接到互联网的主机数量不断增长,但此时使用互联网的技术操作较为复杂,主要用户群体还是科研人员。1 9 8 9年,蒂姆伯纳斯李(T i m B e r n e r s-L e e)设计了万维网(w o r l d w i d e w e b,简称WWW),它极大地降低了在网络上获取信息的技术门槛,将互联网带入了每一个人的生活中(详见本书第三章)。自此以后,互联网开始真正地走入了千家万户。在万维网的发展历程中,出现了各种各样划时代的科技产品。1 9 9 4年,网景公司推出了N e t s c a p e浏览器,人们开始使用浏览器来访问网页,获取各种信息和服务。同是1 9 9 4年,杨致远(J e r r y Y a n g)和大卫费罗(D a v i d F i l o)创立了雅虎,开始面向大众提供搜索引擎、电邮、新闻等服务。各种各样的公司也开始通过互联网进行商业交易,1 9 9 5年,杰夫贝佐斯(J e f f B e z o s)创办了亚马逊公司,开始通过网络销售商品。近年来,我国的互联网产业也发展迅猛,阿里巴巴、腾讯、百度是其中有代表性的公司。从阿帕网到局域网,再到互联网,计算机网络已成为了日渐影响人类生产生活的重要工具。二、走近计算机网络1.计算机网络组成在了解了计算机网络的发展历史后,接下来要回答的问题是:什么是计算机网络?今天的计算机网络都包含了哪些基本的组件呢?（1