3第三章CIMS体系支撑环境——网络数据库技术.ppt

2014.7,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术,3.1计算机网络的结构及基本构成3.2计算机网络的软件系统3.3计算机局域网3.4广域网技术3.5网络互连技术3.6CIMS系统数据库技术,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,资源子网通信子网开放系统互连(OSI)参考协议与协议分层相对应的网络结构,主计算机(Host)数据处理与网络控制支持本地用户与网中其他用户之间的互访与资源共享终端(Terminal)直接面对用户，是人机交互环境只完成输入输出及通信工作可以是简单的输入输出设备,3.1.1资源子网,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,资源子网,H,H,H,T,T,T,T,T,T,T,T,通信子网,高速线路低速线路终端通讯控制处理器主计算机,T,CCP,H,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,局域网的通信子网由传输介质与网络接口板组成广域网的通信子网在以上基础上包括转发部件，通常具有交换功能路由器、网关、协议转换器均属于这类转发部件,3.1.2通信子网,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,通讯控制处理器（CCP）控制本模块与终端设备之间的数据传输，对其通信线路进行控制管理。,集中器（Concentrator）将若干个终端经低速通信线路集中起来，经高速线路与CCP相连，以提高效率。,调制解调器（MOdulate-DEModulate）将数字信号与模拟信号进行相互转换，以便可以利用只能传输音频范围模拟信号的电话线路,网络传输线路线路通常分成高、中、低三个速度，可以涉及同轴电缆，双绞线、光纤等。,CCP：作为网络中各个模块之间的接口机，负责接口之间的信息传输控制。包括线路传输控制、差错监测与恢复、路径选择与流量控制、代码转换、作业的装配与拆卸,集中器：主要负责差错控制、信息缓存、代码转换、电路转接等,3.1.2通信子网,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,物理层链路层网络层传输层会话层表示层应用层,面向通信,面向用户,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,链路层协议,物理层协议,网络层协议,分组流,比特流,帧流,报文流,报文流,报文流,报文流,子网内部协议,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,确定如何在通信信道上传输比特流涉及网络物理结构、传输介质的规程、位传输的编码与定时规则。,1物理层,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,传输介质光纤(Fibleopticcable),光纤：分单模与多模两种单模光纤：内径为10微米(9)的光纤介质，光沿轴路径直线传输，频率单一，速率高，可达百G，用红外激光管作光源(ILD)。传输远，达数十公里、成本高。,多模光纤：内径为50微米(62.5)的光纤介质，光沿非轴路径在壁之间波浪式反射，多频率共存（多色光），用发光二极管作光源(LED)。传输距离近，2公里左右，损耗大，成本低。其中多模突变光损耗更大,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,传输介质双绞线(Twistedpaircable),双绞线分屏蔽双绞线（STP）与介质为非屏蔽双绞线（UTP），其中屏蔽双绞线具有较高的带宽，因成本高而较少出现，非屏蔽双绞线因成本低而流行，两对线型的接插头称为RJ11，四对线型的接插头称为RJ45。,双绞线共分5大类：1类(CAT1)：用于音频传输；2类(CAT2)：速率为1Mbps，早期用于1M的令牌网；3类(CAT3)：称为音频电缆，可用于10M以太网；4类(CAT4)：主要用于16M令牌网，也勉强可用于10/100M以太网5类(CAT5)：速率为100M，可用于10/100M以太网,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,传输介质同轴电缆(Coaxialcable),粗缆（RG-11）：直径为10mm，阻抗为50，带宽10M，连接方式是以针状的插针刺入电缆中并接触到电缆中心的导体。需要通过外部收发器来将信号传入计算机或发向网络。接插头称为AUI。细缆（RG-58）：直径为5mm，带宽10M，连接方式是简单串接，因此可靠性低，一点短、断路将会波及全网，接插头称为BNC，简称T型头，与设备端连接处不得再有线路出现。需要终端匹配器，阻抗为50，CATV（RG-59）：直径为0.5英寸，阻抗为75，带宽50M，连接方式是中继放大式树状连接，接插头称为BNC。,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,无线电的频谱范围是1KHz到1GHz，含短波波段(SF)，超高频波段(VHF)及甚高频波段(UHF)，分别属于管制频段及非管制频段。单频通信（SingleFrequency）载波频率单一，可用频率范围为整个无线电频率传输速率低，一般在1-10M之间传输距离近，通常在25m之内，出发提高发射功率扩频通信（SpreadSpectrum）信号调制在很宽的频率范围上，使得信号幅值可以很小，甚至小于噪音。易于加密，通常采用跳频技术，需要专门的设备来接受并恢复。可用频段为（不受管制）：902MHz-928MHz，2.4GHz-2.4835GHz,5.725GHz-5.825GHz,传输介质无线电频率传输(Radiowave),3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,以红外二极管或红外激光管作为发射源，以光电二极管(Photodiode)作为接收设备，但介质是空气而不是光纤。其工作于红外波段，不受频率限制。受白光的影响，黑暗中误码率低。点到点方式通过透镜聚焦的红外光线有很强的方向性，但可以通过折射接收。带宽高，一般为16Mbps，距离远，数十米至数百米。广播方式红外线不通过聚焦而直接散射，没有方向性，在有效范围内均能接收到。带宽低，通常为1Mbps，距离近，数米至数十米。,传输介质红外传输(InfraredLight),3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,微波系统通过抛物面天线来接受并发送信息，通过信号的折射聚集的方法来提高发射与接收功率，传输距离为数十公里。地面微波系统采用点对点式的连接方法，通过频率范围是4-6GHz或21-23GHz星载微波系统覆盖面积大，同步卫星可覆盖1/3地球表面，三颗卫星可覆盖整个地球星载转发器可以视为集线器以构成星型网络结构频率范围是11-14GHz通常有时分多址访问(TDMA)与预约带宽(BOD)两种通讯方式前者是共享带宽，通常在256Kbps，后者是独占带宽，可在2Mbps。,传输介质微波系统(Microwave),3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,加强物理层的传输功能，建立一条无差错的传输线路将物理层传输的比特组合成帧，确定帧界及速率差错纠正,2链路层,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,介质访问控制（MAC）层,寻址：广播方式进行网卡地址（MAC地址）出厂设置,全球唯一,物理拓扑结构总线结构环型结构星型结构网状结构蜂窝结构,访问方式（以太网、令牌网等）,MAC地址：以太网的地址技术有两个，一是全球唯一地址，即MAC地址，一是广播地址。,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,逻辑链路控制（LLC）层,帧界确定和识别帧结束的判定结束符法，面向位的传输,连接类型对连接类型进行判定无确认、无连接；有确认、无连接；面向连接,结束符法是以特定的符号作为帧的结束符。面向位的传输是将每5个连续的1后面自动插入一个0，收到后每5各连续的1后面的0自动去掉。由此确定连续6个1表示帧结束。,错误控制用超时、确认的方式解决错误流量控制确保收发双方具有相同的通讯能力静态窗口流控，动态窗口流控，预定速率流控,差错检验和纠正设置检错码与纠错码奇偶校验码，循环冗余纠错码,静态窗口流控：定义一个窗口大小，如10，选择10个帧附上窗口号发出，每收到针对一个窗口号的确认帧，该窗口号即可分配给新的帧。由此，最多未收到的确认帧数不会超过10个。动态窗口流控：接收方发阻塞帧来要求降速，发送方收到后则调小窗口；当发送方在长时间未收到阻塞帧时则尝试调大窗口。由此得到最佳速度。,无确认、无连接：不考虑丢失情况，适用于语音类对误差要求不高的信息。有确认、无连接：接收方返回确认信息，确认信息丢失会导致一帧被多次接收。面向连接：建立连接通道，按顺序发送帧，根据帧编号确定重复包,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,用于解决如可将源端发出的分组经过各种途径送到目的端寻址，路径交换，路由的搜索，选择,路径1?,路径2?,路径3?,3网络层,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,传输层的目的是在源端与目的端之间建立可靠的端到端服务。隔离网络的上下层协议，使得网络应用与下层无关。在网络中负责相当于链路层的错误控制，流量控制及顺序问题寻址，段合并，连接服务,4传输层,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,为会话用户提供一个建立连接及在上按顺序传送数据的方法。负责每一站究竟什么时间可以传送与接收数据。会话连接与传输层有差别，前者需双方同意才可中断连接，后者可单方中断，有如电话。,5会话层,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,将用户信息转换成易于发送的比特流，在目的端再转换回去的方式。数据压缩、数据转换、数据加密。,6表示层,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,各种应用HTTP，EMAIL等,7应用层,3.1.3开放系统互连(OSI)参考协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,在计算机网络中，作为资源子网主体的计算机也参与通信操作，因为网络的重要目的是提供用户之间的资源共享，通信只是一种手段。因此，计算机网络可划分为通信服务提供者与通信服务使用者。通信子网是通信服务提供者，主机则分为两个部分，即两者均包含,3.1.4与协议分层相对应的网络结构,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,网络层,网络接口板,传输介质,传输介质,转发部件,传输介质,通信服务提供者(子网),通信服务使用者,通信服务使用者,局域网,广域网,一次网络操作,一次网络操作,3.1.4与协议分层相对应的网络结构,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.1计算机网络的结构及基本构成,硬件,网络操作系统,网络通信、网络协议,编程语言,用户程序,3.2.1网络软件的层次,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.2计算机网络的软件系统,计算机网络是一个复合系统，由于在型号、线路类型、连接方式、同步方法、通信方式不同，尤其就异种机来说其通信极为复杂，因此需要采用分而治之的方式，将非常复杂的网络通信问题化为若干个彼此功能相关的模块来处理，各模块之间呈现明显的层次结构，这就是分层结构。,3.2.2网络的分层体系结构及相应的协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.2计算机网络的软件系统,应用管理层,对话管理层,编址、选择路由、报文分组层,数据链路层,实体2,实体1,公用载波线路,3.2.2网络的分层体系结构及相应的协议,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.2计算机网络的软件系统,IEEE802通信标准,3.2.3网络通信标准,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.2计算机网络的软件系统,网络操作系统是程序的组合，是网络系统下用户与网络资源的接口，用于对网络的管理与控制Unix：基于TCP/IPNetware：基于IPX/SPXWondowsNT：NETBEUI,3.2.4网络操作系统,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.2计算机网络的软件系统,局域网特点：较高的数据传输率，数百兆传输率多种传输介质，细缆、粗缆、光纤、双绞线较小的覆盖范围；分布距离短,3.3.1局域网的基本组成,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.3计算机局域网,网络服务器文件服务器，专用服务器（邮件等）,工作站客户端,网卡MAC地址,传输介质细缆，粗缆，双绞线，光纤,网络服务器：影响局域网效率的关键设备从应用角度分：文件服务器，应用程序服务器，通信服务器从设计角度分：专用服务器，通用服务器,网卡：实现物理层的功能，包括物理连接与电信号匹配，接收和执行所收到的各种命令。实现部分链路层协议：包括网络控制存取，信息帧的发送与接收，差错校验，传平代码转换等。另外提供数据缓存功能10Base2(细缆)与10BaseT(双绞线)网卡均采用内部收发器，10Base5(粗缆)采用外部收发器。,3.3.1局域网的基本组成,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.3计算机局域网,载波帧听（CarrierSenseMultipleAccess）查看信道上有无数据信号传输称为载波侦听，监测方法是判断基带上是否有脉冲二进制0或1。同时有多个结点在侦听信道是否空闲和发送数据，称为多路访问。出现冲突后，采用随机延迟的方法等待后再次侦听。冲突检测（CollisionDetection）两个以上的节点同时侦听一个空闲的信道两个以上的节点先后侦听信道，先试图占用信道的结点在有效信号尚未发出时后一个结点的侦听就到达了,3.3.2以太网（CSMA/CD）,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.3计算机局域网,等待,等10毫秒,等15毫秒,当某一个结点要发送数据时，它首先要侦听信道有无其它结点正在发送数据，若没有，则立即抢占信道发送数据；如果信道正忙，则需要等待直至信道空闲再发,三种冲突处理方式：1：1-坚持2：0-坚持3：P坚持,以太网基本原理,3.3.2以太网（CSMA/CD）,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.3计算机局域网,令牌网是将各结点连接成一个环型拓扑结构，所有信号均通过环接口送上环或从环中取出，因数据只能沿环单方向运动，因此不存在路径选择问题,接口控制器,环接口,3.3.3令牌网（TokenRing）,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.3计算机局域网,连接在令网上的计算机使用一种叫做令牌的特殊的短报文来协调环的使用。在任何时候环上只有一个令牌。为了发送数据，计算机必须等待令牌到来，然后传输一帧，在向下一个计算机传输令牌。当没有计算机要发送数据时，令牌以高速在环上循环。,放送方,接收方,3.3.3令牌网,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.3计算机局域网,令牌网的工作原理：以11111111为令牌标志，获得者有权法信息发信息者将令牌改为忙标志00000000附在信息头部，环上站一旦遇到忙信息标志便扑获信息头部的目的地之以判断是否属于本机的地址。发信息者收到在环上循环一周的本机数据后，将数据去掉，如无新信息发送，则将忙标志恢复为空闲标志的令牌释放出去。如未收到自身发出的信息则表示环故障，未收到接收站的确认则适机重发。,3.3.3令牌网,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.3计算机局域网,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.4广域网技术,网络中继器网桥路由器网关,链路层协议,物理层协议,网络层协议,应用层,传输层,网络层,链路层,物理层,表示层,会话层,路由器,网桥,中继器,中继节点,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,中继器又称为转发器，工作在物理层，用于连接以太制式的总线式网络。中继器实现网络在物理层上的连接，起到扩展网络连接距离的作用。,3.5.1网络中继器,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,工作在链路层，没有路由能力，因此只能连接两个网络。按照MAC地址来转发帧。近端网桥可以是一个设备连接两个网络远端网桥是由各属于子网络的半网桥合并构成网桥各以分解那些无法适用路由的协议，如微软的NetBEUI方式通常由两类网桥：透明网桥，源路由网桥。,3.5.2网桥,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,网桥是用于连接两个同构的相互独立的网络。主要用于进行信息的过滤与转发（将目的地址是非本段的信息转发出去），路径学习（将源地址加入路径表中）。,网桥,网桥,本地网桥,3.5.2网桥,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,由于不可能在整个广域网上实现广播，因此需要进行路由选择。路由器是针对网络层地址协议（如IP地址）进行选择与判断在路由器中需要有二层地址与三层地址的映射能力。称为地址解析（ARP）。,3.5.3路由器,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,路由器是在多个网络及介质之间对相同高层协议提供网络互连能力。其与网关的主要差别在于路由器具有路由功能。,3.5.3路由器,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,网关是用于连接两个异构的相互独立的网络。可以支持不同协议之间的转换,3.5.4网关,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,网关由三种类型，协议网关，应用网关，安全网关,3.5.4网关,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.5网络互连技术,3.6.1数据库技术的基本概念,（1）数据库（2）数据库管理系统（3）数据库系统（4）数据库技术,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.6CIMS系统数据库技术,（1）数据库,数据库Database简称DBDB是存储在一起的相关数据的集合。DB能为各种用户所享，并具有最小冗余度，数据间联系密切，而又有较高的程序与数据的独立性。,3.6.1数据库技术的基本概念,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.6CIMS系统数据库技术,（2）数据库管理系统,数据库管理系统DatabaseManagementSystem简称DBMSDBMS是对DB进行管理的系统软件，为用户或应用程序提供访问DB的方法，包括DB的建立、查询、更新及各种数据控制。DBMS总是基于某种数据模型，可以分为层次型、网状型、关系型、面向对象型等DBMS。,3.6.1数据库技术的基本概念,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.6CIMS系统数据库技术,（3）数据库系统,数据库系统DatabaseSystem简称DBSDBS是实现有组织地、动态地存储大量关联数据，方便多用户访问的计算机软、硬资源组成的系统，即采用了数据库技术的计算机系统。,3.6.1数据库技术的基本概念,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.6CIMS系统数据库技术,（4）数据库技术,数据库技术是研究数据库的结构、存储、设计、管理和使用的一门软件学科。数据库技术是在操作系统的文件系统基础上发展起来的，而DBMS本身要在操作系统的支持下才能工作。数据库技术不仅要用到数据结构的只是，而且丰富了数据结构的内容。在关系数据库种还要用到集合论、数理逻辑中的理论知识。因此，数据库技术是一门综合性较强的学科。,3.6.1数据库技术的基本概念,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.6CIMS系统数据库技术,数据库系统的进一步发展：,（1）层次数据库系统（2）网状数据库系统（3）关系数据库系统（4）演绎数据库系统（5）统计数据库系统（6）面向对象数据库系统（7）工程数据库系统,（8）时态数据库系统（9）模糊数据库系统（10）多媒体数据库系统还有巨型数据库系统、主动数据库系统、联邦数据库系统等等,3.6.1数据库技术的基本概念,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.6CIMS系统数据库技术,3.6.2数据模型,第三章CIMS体系支撑环境：网络数据库技术3.6CIMS系统数据库技术,1、数据模型的定义,数据模型DataModel表示实体类型及实体间联系的模型概念数据模型独立于任何计算机系统的模型基本数据模型直接面向数据库的逻辑结构,数据模型包括：数据结构数据操作完整性约束,2、概念数据模型,著名的实体联系模型，Entity-RelationshipModel，简称ER模型。（1）确定实体类型（2）确定联系类型（3）根据实体类型和联系类型画出ER图（4）确定实体类型和联系类型的属性。ER模型虽好，但实际中ER模型要转换成其它与DBMS关联的数据模型。,3