第六章 计算机网络基础知识

计算机基础

第六章计算机网络基础内容提要6.1通信技术基础6.2计算机网络基础6.3因特网技术及应用6.4

信息安全数学计算机科学学院26.1通信技术基础信息是人类赖以生存的重要因素，古人就知道用烽火狼烟、飞鸽传书、驿马邮递等方式进行信息传递和交换，这实际是一种依靠人的视觉与听觉的原始通信。。通信就是成功地将信息从一地传输到另一地的过程。通信的目的是实现消息的有效传输和交换。6.1.1通信的概念

图6-1通信发展示意图

数学计算机科学学院36.1.2通信系统模型通信系统按照传输信号类型可分为模拟通信系统和数字通信系统，在信道上传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，在信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。图6-2数字通信系统模型数学计算机科学学院4数字通信系统各部分功能如下。（1）信源和信宿：信源是信息的产生者，其作用是把原始消息转换成电信号，完成非电/电的转换；信宿的作用是把复原的电信号转换成相应的消息，即完成电/非电的转换。（2）信源编码与信源译码：当信源是模拟语音信号时，可通过脉码调制技术等方法将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输；信源译码是信源编码的逆过程。（3）信道编码与信道译码：数字信号在信道中传输时，由于噪声影响和信道本身特性不理想，很容易引起传输差错。减小这种差错的基本方法就是信道编码，信道译码则是信道编码的逆变换。（4）调制和解调：数字调制的任务是把各种数字基带信号转化成适于信道传输的数字频带信号。数字解调是数字调制的逆过程。（5）信道：信道是信号传输的通道，狭义的信道就是传输媒介，分为有线信道和无线信道。数学计算机科学学院56.1.2通信技术发展史通信的历史可大致划分为三个阶段：古代通信阶段、近现代通信阶段和当代通信阶段。（1）古代通信阶段

利用自然界的基本规律和人的基础感官（视觉，听觉等）可达性建立通信系统，是人类基于需求的最原始通信方式。

图6-3世界上第一枚邮票——黑便士

数学计算机科学学院6（2）近现代通信阶段以电磁技术的出现为起点，标志着电磁通信和数字时代的开始。利用电和磁的技术，来实现通信的目的，是近代通信起始的标志。（3）当代通信阶段当代通信时代也称为移动通信和互联网通信时代，其特征是在全球范围内，形成以数字传输、程控电话交换通信为主，其他通信为辅的综合电信通信系统；电话网向移动方向延伸（如图6-4所示），并日益与计算机、电视等技术融合。图6-4手机之父：马蒂·库珀（MartyCooper）

数学计算机科学学院76.1.4通信介质通信介质通常分为有线介质和无线介质两类，其中有线介质包括双绞线、同轴电缆和光纤等，无线介质有无线电波、微波和红外线等。数学计算机科学学院81．有线介质（1）双绞线双绞线（TwistedPair）由一对或多对绝缘铜导线组成，如图6-5所示。为了减小信号传输过程中串扰及电磁干扰（EMI）程度的影响，通常将这些线按一定的密度互相缠绕在一起。（a）实物图（b）结构图图6-5超五类非屏蔽双绞线UTP数学计算机科学学院9（2）同轴电缆同轴电缆（CoaxialCable）由围绕同一轴线的内导体（铜芯导线）和外导体（屏蔽层）两个导体组成，内导体用于信号传输，外导体可屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间用绝缘材料隔离，具有较高的带宽和极好的抗干扰性。结构示意图如图6-6所示。图6-6同轴电缆数学计算机科学学院10（3）光纤光纤（FiberOptics）由一束直径极小的石英玻璃或塑料纤维组成，它的外面包了一层折射率较低的反光材料，在玻璃芯中传输的光信号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光束曲折前进。光纤传输原理如图6-7所示。光纤的优点是信号的损耗小、传输速率高、频带宽，传输速率为100～1000Mbit/s甚至更高，且不受外界电磁干扰。另外，由于它本身没有电磁辐射，因此它传输的信号不易被窃听，保密性能好。但是它的成本高，并且连接技术也比较复杂。光纤主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。数学计算机科学学院11（a）结构图

（b）原理图

图6-7光纤数学计算机科学学院122．无线介质（1）地面微波接力通信地面微波接力通信是通过地球表面的大气传播，易受到建筑物或天气的影响，在两个地面站之间传送，距离一般为50~100km，如图6-8所示。图6-8地面微波接力通信数学计算机科学学院13（2）卫星通信卫星通信就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站之间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地面站两部分组成，如图6-9所示。图6-9卫星通信数学计算机科学学院14（3）红外线和毫米波红外线和毫米波这种通过光波传输来进行通信的应用，一般在短距离内连接两个通信设备，如电视机和电脑键盘等（如图6-10）。其缺点是不能穿透雨和浓雾，不能穿透固体，易受天气影响。图6-10红外线键盘数学计算机科学学院153．各种常用传输介质的比较传输介质传输距离抗干扰性价

格应

用示

例双绞线几十千米可以低模拟传输数字传输用户环线LAN50Ω同轴电缆1千米较好略高于TP基带数字信号LAN75Ω同轴电缆100千米较好较高模拟传输，可分多信道混合传输电视、数据及CD音频CATV光纤30千米很好较高远距离传输长话线路，主

干网短波全球一般，通信质量差较低远程低速通信广播地面微波接力几百千米很好低于同容量和长度的电缆远程通信电视卫星36000多千米很好费用与距离无关远程通信电视、电话、

数据数学计算机科学学院166.2计算机网络基础数学计算机科学学院176.2.1定义及组成信息化和全球化是当今世界知识经济的两个重要特点，而信息化和全球化的实现必须依靠完善的网络。这里所说的网络是广义的网络，包括电信网络、有线电视网络和计算机网络，统称为“三网”。三网的核心是计算机网络，目前发展最快的也是计算机网络。计算机网络是利用通信设备和线路将分布在不同地理位置的、功能独立的多个计算机系统互连起来，实现网络中资源共享和通信的系统。数学计算机科学学院18图6-11计算机网络组成示意图数学计算机科学学院196.2.2网络分类1.按覆盖范围分类（1）局域网局域网（LocalAreaNetwork，LAN）覆盖的地理范围比较小，一般在几十米到几千米之间。它常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群、一个校园或一个企业的计算机网络。数学计算机科学学院20图6-12局域网示例数学计算机科学学院21（2）城域网城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）是一种大型的  LAN，它的覆盖范围一般为几千米至几万米，所使用的通信设备和网络设备的功能要求比局域网高，以便有效地覆盖整个城市的地理范围，可以将多个学校、企事业单位、公司和医院的局域网连接起来共享资源。数学计算机科学学院22图6-13城域网示例数学计算机科学学院23（3）广域网广域网（WideAreaNetwork，WAN）是在一个广阔的地理区域内进行数据、语音、图像信息传输的计算机网络。由于远距离数据传输的带宽有限，因此广域网的数据传输速率比局域网要慢得多。广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至于全球。因特网（Internet）是广域网的一种，但它不是一种具体独立的网络，它将同类或不同类的物理网络（局域网、广域网与城域网）互联，并通过高层协议实现不同类网络间的通信。图6-14所示的是一个广域网示意图。数学计算机科学学院24图6-14广域网示例数学计算机科学学院252．按使用范围分类（1）公用网公用网（publicnetwork）是为公众提供各种信息服务的网络系统，比如Internet。只要用户能够遵守网络服务商的使用和管理规则，都可以申请使用。我国的公用网通常由电信部门负责建设和营运，如图6-15所示ChinaNet，许多国家则是由政府和私营企业建设和营运。

图6-15ChinaNet骨干网连接示意图数学计算机科学学院26（2）专用网图6-16某银行系统内部专用网

专用网（privatenetwork）由专门的部门或组织根据实际需要自己投资建立，只为网络拥有者提供服务。例如军队、公安、铁路、电力等系统均拥有本系统的专用网。图6-16为某银行内部专用网示意图。

数学计算机科学学院276.2.3计算机网络的功能（1）资源共享（2）数据传输（3）实现分布式处理（4）提高系统的可靠性和可用性数学计算机科学学院286.2.4体系结构1．协议通信时所必须遵守的规则或标准的集合称为协议。协议由语法、语义和定时三大要素构成。（1）语义：协议的语义是指对构成协议的协议元素含义的解释，也即“讲什么”。不同类型的协议元素规定了通信双方所要表达的不同内容，它涉及用于协调与差错处理的控制信息。（2）语法：语法是用于规定将若干个协议元素和数据组合在一起来表达一个更完整的内容时所应遵循的格式，即对所表达的内容的数据结构形式的一种规定。它涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。（3）定时：定时规定了事件的执行顺序，即通信过程中的应答关系和状态变化关系。数学计算机科学学院292．体系结构为了建立一个统一的、不依赖网络操作系统和网络设备的标准，需要一个抽象的参照模型来描述网络通信实现的全部过程。国际标准化组织为此定义了一个标准模式，称为开放式系统互联参考模型（OpenSystemInterconnection/ReferenceModel，OSI/RM）。OSI/RM参考模型将网络的体系结构划分为7层，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层,数学计算机科学学院30图6-17OSI/RM网络体系结构数学计算机科学学院316.2.5互联设备1．网络接口卡网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）简称网卡，又叫网络适配器（如图6-18所示），是计算机与传输介质的接口。大多数网卡插入主板的扩展插槽上或集成在计算机主板上，需要安装相应的驱动程序，负责计算机与网络的连接，实现网络传输数据格式与计算机中数据格式之间的转换、网络数据的接收与发送等功能。图6-18网卡数学计算机科学学院322．集线器集线器（Hub）将局域网中结点的线缆集中在一起，主要工作在物理层，主要作为网络连接的中心点，联网的终端通过双绞线与集线器连接。图6-19集线器数学计算机科学学院333．交换机交换机（Switch）是交换式局域网的核心设备，工作在数据链路层，由多端口网桥发展而来。局域网交换机主要用来互联各网段，各个网段之间的通信，同时每个网段是独立的广播域。图6-20交换机数学计算机科学学院344．路由器路由器（Router）是一种能连通不同的网络或网段的互联设备（如图6-21）。主要在工作网络层，是目前构建Internet骨干网的核心互联设备。路由器有多个端口，每个端口可以连接不同的网络或子网，或者连接另一台路由器。路由器作为不同网络之间互相连接的枢纽，构成了Internet的骨架。图6-21路由器数学计算机科学学院355．网关执行网络层以上高层协议的转换，或者实现不同体系结构的网络协议转换的互联部件称为网关（Gateway）。网关是传输层及其以上层次的互联设备，主要用于不同体系结构网络的互联。数学计算机科学学院366.2.6局域网1．拓扑结构网络拓扑结构是终端和通信链路所组成的几何形状，常见的网络拓扑结构有总线型结构、环型结构、星型结构、树型结构、网状结构和混合型结构。数学计算机科学学院371）总线型结构总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的结点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输。图6-22总线型拓扑结构数学计算机科学学院382）环型结构环型结构是各个网络结点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中，如图6-23所示。图6-23环型拓扑结构数学计算机科学学院393）星型结构星型结构的每个结点都由一条点对点链路与中心结点（公用中心交换设备，如交换机、集线器等）相连，如图6-24所示。图6-24星型拓扑结构数学计算机科学学院404）树型结构树型结构（也称星型总线拓扑结构）是从总线型和星型结构演变而来。网络中的结点设备都连接到一个中央设备（如集线器）上，再与中央设备连接。图6-25所示的是一个树型总线网络。图6-25树型结构网络数学计算机科学学院415）网状结构网状结构中每个结点至少与其他两个结点相连，或者说每个结点至少有两条链路与其他结点相连，如图6-26所示。大型互联网一般都采用这种结构。图6-26网状拓扑结构

数学计算机科学学院422．几种典型的局域网（1）以太网以太网最早由Xerox（施乐）公司创建，于1980年DEC、Intel和Xerox三家公司联合开发成为一个标准。以太网与IEEE802·3系列标准相类似，定义了在局域网LAN中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网包括标准的以太网（10Mbit/s）、快速以太网（100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太网，双绞线电缆10BaseT以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。数学计算机科学学院43图6-27以太网示意图数学计算机科学学院44（2）校园网校园网是为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带多媒体网络，它具有数据传输速率高、交互性强和高度专业化等特点，为学校教学、科研提供先进的信息化教学环境。常见的应用包括多媒体教学软件开发平台、多媒体演示教室、教师备课系统、电子阅览室以及教学、考试资料库等，都可以在校园网上运行。如果一所学校包括多个专业学科（或多个系），也可以形成多个局域网络，并通过有线或无线方式连接。另外，校园网还应具有行政办公、校务管理等多种功能，图6-28是某大学的校园网示意图。数学计算机科学学院45图6-28校园网示意图数学计算机科学学院46（3）WiFiWiFi是一个由WiFi联盟（Wi-FiAlliance）所持有的无线网络通信技术的品牌，它能够将个人电脑、手持设备（如Pad、手机）等终端以无线方式互相连接。使用IEEE802.11系列协议的局域网统称为WiFi，有时甚至把WiFi等同于无线无线局域网。图6-29WiFi示意图数学计算机科学学院47（4）蓝牙蓝牙（Bluetooth）是一种短距离低功耗传输技术，最早由瑞典的爱立信公司于1994年发布，采用的是2.402GHz-2.480GHz跳频技术，通信速率一般能达到1Mbps左右，新的蓝牙标准也支持超过20Mbps的速率。通信半径从几米到100米左右不等，常见为几米左右。蓝牙主要作为一些个人便携设备的有线替代品，如耳机，键盘等，这些设备对带宽的要求相对较少，或者资源拥有量（电量，计算资源等等）相对较低的情形。另外，在现代智能家居网络的数据通信中也经常使用蓝牙通信，如图6-30所示。数学计算机科学学院48图6-30基于蓝牙技术的智能家居网数学计算机科学学院496.3因特网技术及其应用数学计算机科学学院506.3.1因特网概述1．因特网的定义Internet译为“因特网”，也称国际互联网或互联网，它把世界各地已有的各种网络（包括计算机网、数据通信网和公用电话交换网等）互联起来，组成一个跨越国界的庞大互联网络，它是当今世界上最大、最通用的计算机网络，是信息社会的基础，在人类社会的各个领域起着重大的作用。数学计算机科学学院512．Internet的起源Internet起源于美国国防部高级研究计划局（ARPA）主持研制的ARPANET。ARPANET建网的初衷旨在帮助美军通过计算机交换信息，网络要能够经得住故障的考验而维持正常工作，当网络的一部分因受攻击而失去作用时，网络的其他部分仍能维持正常通信。ARPANET是世界上第一个远程分组交换网，1969年12月建成时只有4个节点。美国国家科学基金（NSF）于1984年开始着手筹建一个向所有大学开放的计算机网络，它利用ARPANET的TCP/IP协议自己出资建立NSFNET广域网，建成连接全美6个超级计算机中心的骨干网，并将大约20个地区网连接到骨干网，并通过线路与ARPANET相连。NSFNET在1986年建成后取代ARPANET成为Internet的主干网。Internet历史上的第二次飞跃归功于Internet的商业化。在1995年4月30日，NSFNET正式宣布停止运作，代替它的是由美国政府指定的三家私营企业：PacificBell、AmeritechAdvancedDataServicesandBellcore和Sprint。至此，Internet的商业化彻底完成。数学计算机科学学院523．Internet在中国的发展状况我国非常重视国家信息基础设施的建设，目前已经建成或在建的骨干网络多达10余个，对我国科技、经济、社会的发展产生深远的影响。中国互联网络信息中心对我国互联网发展现状调查报告显示（数据截至2012年12月31日）。（1）网民规模达5.64亿，全年共计新增网民5090万人。互联网普及率为42.1%，较2011年底提升3.8个百分点。（2）手机网民规模为4.20亿，较上年底增加约6440万人，网民中使用手机上网的用户占比由上年底的69.3%提升至74.5%。（3）域名总数为1341万个，其中“.CN”域名总数为751万，占比为56.0%；“.中国”域名总数为28万。中国网站总数（即网站的域名注册者在中国境内的网站数，包括在境内接入和境外接入）继续回升至268万个。数学计算机科学学院53图6-31中外互联网访问情况对比数学计算机科学学院546.3.2TCP/IP体系结构在TCP/IP体系结构中包含两个最重要的协议，即传输控制协议TCP和网际协议IP，TCP/IP协议分为4层，如图6-32所示。图6-32TCP/IP体系结构数学计算机科学学院556.3.3基本概念1. IP地址（1）IP地址结构Internet为每一台主机分配一个唯一的IP地址，由32位二进制数组成，为了便于记忆常采用点分十进制表示法，即把32位二进制数分成4个字节段，每字节段8位，然后把每一字节段数都转换成等值的十进制数，再用句点分隔。表6-4二进制和十进制IP地址数学计算机科学学院56（2）IP地址的分类IP地址通常分为A、B、C、D和E五类，一般国际上流行的只有A类、B类和C类3种。我国向Internet亚太中心申请到的大多为C类。A类网络（第一位为0，第一字节段值小于128）B类网络（前两位为10，第一字节段值128~191）C类网络（前三位为110，第一字节段值192~223）数学计算机科学学院572．域名由于IP地址难于记忆，通常用一个对应的域名表示。域名由“.”分隔成几部分，每个部分由若干个英文字母和数字等有意义的字符组成，从左至右范围逐渐扩大。域名系统实行层次型管理，最高节点是一个未命名的特殊节点，这个节点的下面被分成三个域，如表6-5所示。数学计算机科学学院58表6-5域名分类表数学计算机科学学院593．统一资源定位符URL（UniformResourceLocator）称为统一资源定位符，是一个指定Internet中目标资源位置的字符串，它既可指向本地计算机硬盘上的某个文件，也可指向Internet上的某一个网页。它包含有被访问资源的类型、服务器的地址和文件的位置等，也被称为“网址”。URL一般格式如下。访问协议：//主机域名或IP地址[：端口号/路径/文件名]数学计算机科学学院606.3.4常规应用1．WWWWWW（WorldWideWeb）称为万维网或全球信息网，它并非一种特殊的计算机网络，而是大规模的、联机式的信息储藏所，简称Web。WWW采用超文本的信息查询工具，它可以把Internet上的不同主机的信息按照特定的方式有机的组织起来，用户通过使用WWW不仅可以浏览文本信息，还可以浏览图像、视频、声音等信息。图6-33国内几个主流门户网站

数学计算机科学学院612．搜索引擎搜索引擎为用户提供检索服务，它根据一定的策略、运用特定的计算机程序从互联网上搜集信息，经过重新组织和处理后，将结果展示给用户的系统。常见的搜索引擎有百度、Google、Yahoo等，如图6-34所示。在搜索引擎中可以搜索的内容包括网页、MP3、图片、Flash、新闻、软件等。图6-34常用的搜索引擎数学计算机科学学院623．文件传输FTP（FileTransferProtocol）即文件传输协议，其作用是把文件从一台计算机传送到另一台计算机。FTP是一个开放的协议，不管两台计算机的位置，不管它们是如何连接的，甚至可以不管它们是否使用同一操作系统，都可以使FTP来传送文件。FTP服务采用典型的客户机/服务器工作模式，提供FTP服务的计算机称为FTP服务器；用户的本地计算机称为客户机。用户借助FTP客户端连接到FTP服务器，可以查看、上传、下载文件资源。数学计算机科学学院634．电子邮件电子邮件是因特网上的最重要的信息服务方式，它为世界各地的因特网用户提供了一种极为快速、经济和简单的通信方法，它已经成为当今社会一种不可缺少的现代化通信方式。电子邮件地址格式如下：用户名＠主机域名其中，“用户名”常为收信人的姓名的某种缩写形式。“＠”可以读成“at”，即“某用户”在“某服务器”。“主机域名”就是向用户提供电子邮件服务的服务器域名。例如：bob@就是表示存在于电脑主机上的名为bob的电子邮箱地址。数学计算机科学学院646.3.5其它应用1．即时通信即时通信（InstantMessenger，简称IM），是一种基于互联网的即时交流消息的业务。经过多年发展，今天即时通信软件不再是一个单纯的聊天工具，它已经发展成集交流、资讯、娱乐、搜索、电子商务、办公协作和企业客户服务等为一体的综合化信息平台。现在国内的即时通信工具主要有QQ、百度hi、网易泡泡、盛大圈圈、淘宝旺旺等。数学计算机科学学院65图6-37即时通信平台腾讯QQ集成业务数学计算机科学学院662．博客博客的全名是Weblog，后来缩写为Blog，中文意思是“网络日志”,一般人们喜欢称之为“博客”。Blog是一个易于使用的网站，可以在其中快速发布个人想法、与他人交流以及从事其他活动，而且所有这一切都是免费的。博客是一种新的生活方式、新的工作方式、新的学习方式和交流方式，是“互联网的第四块里程牌”。数学计算机科学学院673．微博微博，即微博客（MicroBlog）的简称，是一个基于用户关系信息分享、传播以及获取平台（如图6-39所示），用户可以通过WEB、WAP等各种客户端组建个人社区，以不超过140字的文字发布信息，并实现即时分享。图6-39主流微博平台数学计算机科学学院684．飞信飞信是中国移动的综合通信服务，融合语音（IVR）、GPRS、短信等多种通信方式，覆盖三种不同形态（完全实时的语音服务、准实时的文字和小数据量通信服务、非实时的通信服务）的客户通信需求，实现互联网和移动网间的无缝通信服务。6.40飞信软件数学计算机科学学院695．微信微信（WeChat）是腾讯推出的类Kik免费即时通讯服务应用程序，用户可以通过微信与好友进行文字或图片消息的传送。微信具有零资费、跨平台、拍照发给好友、发手机图片、移动即时通信等功能图6-41微信运行界面数学计算机科学学院706.3.5物联网与云计算1．物联网（1）物联网定义物联网（TheInternetofThings）最早由美国麻省理工学院Auto-ID中心的Ashton教授于1999年在研究射频标签（RFID）技术时提出。最新的物联网概念应该具备三个特征：一是全面感知，即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；二是可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对感知的海量数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制和管理。数学计算机科学学院71物联网的体系架构主要由编码层、信息采集层、网络层和应用层构成，如图6-42所示。数学计算机科学学院72（2）物联网应用国外目前对物联网的研究主要集中在美、欧、日、韩、德少数国家，其最初的研究方向主要是条形码、RFID等技术在商业零售、物流领域应用。而随着RFID、传感器技术、近程通信以及计算机技术等的发展，近年来其研发、应用开始拓展到环境监测、生物医疗、智能基础设施等领域。数学计算机科学学院73智能家居智能家居产品融合自动化控制、计算机网络和通信等技术于一体，将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等）通过智能家庭网络联网实现自动化，通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。数学计算机科学学院74图6-43智能家居示意图数学计算机科学学院75智能医疗

智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。根据用户需求，还可提供相关增值业务，如紧急呼叫救助服务、专家咨询服务、终生健康档案管理服务等。数学计算机科学学院76图6-44智能医疗系统示意图数学计算机科学学院77智能交通

智能交通是一个基于现代电子信息技术面向交通运输的服务系统。它的突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线，为交通参与者提供多样性的服务。图6-45智能交通系统示意图数学计算机科学学院78智能农业

智能农业系统通过实时采集温室内温度、湿度、光照、土壤温度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，可以根据用户需求，自动开启或者关闭指定设备。为设施农业综合生态信息自动监测，对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。数学计算机科学学院79图6-46智能农业示意图数学计算机科学学院80智能物流

智能物流打造了集信息展现、电子商务、物流配载、仓储管理、金融质押、园区安保、海关保税等功能为一体的物流综合信息服务平台。数学计算机科学学院81图6-47智能物流示意图数学计算机科学学院82智能校园

中国电信的校园手机一卡通和金色校园业务，促进了校园的信息化和智能化。校园手机一卡通主要实现功能包括电子钱包、身份识别和银行圈存。电子钱包即通过手机刷卡实现主要校内消费；身份识别包括门禁、考勤、图书借阅、会议签到等；银行圈存即实现银行卡到手机的转账充值、余额查询。数学计算机科学学院83图6-48智能校园示意图数学计算机科学学院842．云计算云计算(CloudComputing)是一种新近提出的计算模式。中国云计算网将云计算定义为：云计算是分布式计算(DistributedComputing)、并行计算(ParallelComputing)和网格计算(GridComputing)的发展，或者说是这些科学概念的商业实现。图6-49云计算架构图数学计算机科学学院856.4信息安全数学计算机科学学院866.4.1信息安全概述1．信息安全的概念信息安全是一门涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科的综合性学科。信息安全是指信息网络的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不受偶然的或者恶意的原因而遭到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，信息服务不中断。数学计算机科学学院87图6-50信息安全面临的威胁数学计算机科学学院882．信息安全实现的目标信息安全的目标包括保密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性五个方面的内容。（1）保密性保密性（Confidentiality）是指阻止非授权的主体访问信息。更通俗地讲，就是说未授权的用户不能够获取敏感信息。对纸质文档信息，我们只需要保护好文件，不被非授权者接触即可。而对计算机及网络环境中的信息，不仅要制止非授权者对信息的阅读。也要阻止授权者将其访问的信息传递给非授权者，以致信息被泄漏。（2）完整性完整性（Integrity）是指防止信息被未经授权的篡改。它是保护信息保持原始的状态，使信息保持其真实性。如果这些信息被蓄意地修改、插入、删除等，形成虚假信息将带来严重的后果。数学计算机科学学院89（3）可用性可用性（Usability）是指授权主体在需要信息时能及时得到服务的能力。可用性是在信息安全保护阶段对信息安全提出的新要求，也是在网络化空间中必须满足的一项信息安全要求。（4）可控性可控性（Controlability）是指对信息和信息系统实施安全监控管理，防止非法利用信息和信息系统。（5）不可否认性不可否认性（Non-repudiation）是指信息交换的双方不能否认其在交换过程中发送信息或接收信息的行为。数学计算机科学学院906.4.2信息安全技术信息安全涉及的技术非常多，目前主要有加密技术、防火墙、入侵检测等技术，其实现的主要目标可以概括为图6-51所示的几点。图6-51信息安全技术的主要目标数学计算机科学学院911．加密技术密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学。总称密码学。数学计算机科学学院92根据密钥的特点，加密算法分为两类：秘密密钥算法和公开密钥算法。（1）对称密码算法秘密密钥算法通常称之为对称密码算法或传统密码算法，也称单密钥算法。对称密码算法要求发送者和接收者在安全通信之前，商定一个密钥。其算法的安全性依赖于密钥，密钥一旦泄露，整个安全系统就要崩溃。（2）公开密钥算法公开密钥加密法可以解决密钥发布的问题，公开密钥的概念由WhitfieldDiffie和MartinHellman在1975年提出。公开密钥算法也叫非对称密码算法或双密钥算法。公开密钥算法不要求通信双方共享一个密钥，其用作加密的密钥不同于用作解密的密钥，而且解密密钥不能根据加密密钥计算出来。数学计算机科学学院932．防火墙古时候，人们常在寓所之间砌起一道砖墙，一旦火灾发生，它能够防止火势蔓延到别的寓所，这种墙因此而得名“防火墙”。因特网防火墙也起到同样的作用，防止因特网上的不安全因素蔓延到自己企业或组织的内部网。防火墙是在内部网与英特网之间所设的安全防护系统，它在内部网络与外部网络之间设置屏障，以阻止外界对内部资源的非法访问，也可以防止内部对外部的不安全访问。数学计算机科学学院943．入侵检测入侵检测（IntrusionDetection）是对入侵行为的检测。它通过收集和分析网络行为、安全日志、审计数据、其它网络上可以获得的信息以及计算机系统中若干关键点的信息，检查网络或系统中是否存在违反安全策略的行为和被攻击的迹象。数学计算机科学学院956.4.3计算机病毒1．计算机病毒的定义在《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》中，计算机病毒（ComputerVirus）被明确定义为：“编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者破坏数据，影响计算机使用并且能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码”。数学计算机科学学院962．计算机病毒的特征（1）传染性（2）破坏性（3）寄生性（4）隐蔽性（5）潜伏性数学计算机科学学院973.计算机病毒的传播途径计算机病毒的传播主要通过文件复制、文件传送、文件执行等方式进行。因此目前病毒常用的传播途径有主要有两个方式：一是通过硬盘、光盘、U盘等存储介质拷贝文件的方式传播；另外一个是通过网络传播，如电子邮件，网络下载，FTP文件传输等方式。数学计算机科学学院984.计算机病毒的防治方法计算机病毒防治应遵循“预防为主、防杀结合”的原则。在使用电脑时，首先要安装杀毒软件，目前常用的杀毒软件有国内的360、瑞星以及国外的诺顿、卡巴斯基等杀毒软件；其次是养成良好的使用习惯，如下载软件到官方网页或者到自己熟悉的网站下载，不要浏览不良网站，不要随意打开陌生人的邮箱、网址链接等。数学计算机科学学院996.4.4黑客及防范1．黑客的概念黑客（Hacker）源于Hack，本意为“干了一件非常漂亮的事”，原指一群专业技能超群、聪明能干、精力旺盛、对计算机信息系统进行不授权访问的人员。现通常将泛指的黑客