计算机科学导论-计算思维程序实践 课件 L12 机器网络、信息网络与互联网+

第12讲

机器网络、信息网络与互联网本讲目标：以信息如何发送为主线，引出两个维度交叉的知识网络，一个维度从网络硬件到网络协议再到应用，另一维度从局域网、广域网、再到物联网社交网络，形成一个知识相关，思维相连的网络知识体系。LC1机器网络：互联互通的物理基础LC2信息网络：基于互联网的内容网络LC3网络与社会思考一下：信息如何从一台计算机传递到另一台计算机？

对比人类快递网络，我们一层一层的分析LC1机器网络：互联互通的物理基础首先了解一下最底层的通讯原理参与者： 信源：发送者 信宿：接受者 信道：传送媒介

LC1机器网络：互联互通的物理基础发送过程： 编码&发送 接收&解码 存储&转发数据交换技术

1、线路交换：线路交换方式在两个网络节点进行数据交换前，必须建立起专用的通信信道。

2、报文交换：通过中间节点进行存储转发，形成间接的通讯。 3、分组交换：分组交换是把长的报文分成若干个较短的报文分组，以报文分组为单位进行交换。LC1机器网络：互联互通的物理基础网络通讯的最简单的形式是实现两台计算机之间的直接通讯，但是随着计算机的增加，当有n个计算机节点时，如果所有节点之间都建立专用的点—点通信线路，即用全连接的方式，将需要n（n-1）/2条线路。计算机网络连接

1、总线型：共用总线，实现简单，但通讯可靠性低。2、星型：连接简单，中心节点要求高。 3、环形：两两相连，可靠性高，稳定性好。LC1机器网络：互联互通的物理基础各自的优点缺点是什么性能指标：

速度、迟延、可靠性传输速率:单位时间内传递信息的数量--每秒内传送的二进制有效位数--比特/秒网络协议的概念

协议：是为两方能够正确实现信息交流而建立的一组规则、标准或约定。 分层结构：设置多层次的协议来完成一个复杂问题的解决 优势：相对独立、 接口简单LC1机器网络：互联互通的物理基础计算机网络连接

1、典型设备 网卡，常具有编码&发送、接收&解码和存储&转发等功能。 集线器：多端口的连接器，有多个端口可以将多台计算机连接起来。 2、连接关系服务器：是持久运行的集中管理网络共享资源、提供网络通信及各种网络服务的计算机系统。客户机：是网络上的个人计算机，一般称为工作站。LC1机器网络：互联互通的物理基础计算机网络连接

典型局域网：以太网 硬件——星型连接，总线结构 软件——载波监听冲突检测 物理地址：为了区分在局域网不同通讯设备之间的身份，网络中每台设备都有一个唯一的网络标识 。LC1机器网络：互联互通的物理基础如何处理冲突010010000001

0010

网际互连

局域网扩大问题 连接成本上升，通讯效率下降 网络互联优势与劣势 通讯局部性原理 通讯复杂度增加 硬件连接

路由器：专用互联硬件设备 软件协议 TCP/IP:传输控制协议和网际协议LC1机器网络：互联互通的物理基础网络与接入

广域网：是指由相距较远的计算机通过公共通信线路互联而成的网络。 公共交换电话网（PSTN） 综合业务数字网（ISDN） 无线网络：无线网络就是利用无线电波作为信息传输的媒介构成的网络。 WIFI，蜂窝网络1G-6G（3G三大标准之一TDSCDMA，4GTD-LTE，5G） 广域网接入：

以太网接入 光纤接入 无线接入

有线电视网络

电话线拨号 ADSL接入

LC1机器网络：互联互通的物理基础因特网与TCP/IP协议TCP/IP模型在物理网基础上建立的，包括：

网络接口层： 网络接口层负责将IP分组封装成适合在具体的物理网络上传输的帧结构并交付传输。

网际层（IP层）： 网络互联的核心设备路由器作用于网际层，网际层协议主要解决两个问题：IP地址与路由

传输层（TCP层）： 负责在源主机和目的主机的应用程序间提供端到端的数据传输服务。

应用层：提供不同的应用层协议，以便能够向用户提供不同类型的网络服务。LC1机器网络：互联互通的物理基础LC1机器网络：互联互通的物理基础网络号机器号A类08162432网络号机器号B类网络号机器号C类011010IP地址设置

网络标识+主机标识 IP地址分类：提供基本的网络划分 子网掩码：提供更加灵活的划分

0000000000000000000000000000000011111111111111111111111111111111子网掩码的前一部分全是1，表示IP地址中对应部分是网络标识符；后一部分全为0，表示IP地址中对应部分是主机编号。A、B、C三类网络的默认掩码为：A类，11111111000000000000000000000000,B类，11111111111111110000000000000000,C类，11111111111111111111111100000000,国际互联网身份

MAC地址：物理层地址 IP地址：网际层地址 域名：应用层地址LC1机器网络：互联互通的物理基础网络标识+主机标识33网络地址主机号为了便于书写和理解，采用点分十进制表示，两个字节中间用“.”分割。主机名.机构名.顶层域名

中国教育部IPv4：32位地址，地址数量为4.3×109IPv6：128位地址，地址数增加到4.3×1038个号称可以为全世界的每一粒沙子编上一个网址，有力地支持了物物互联网络的发展。ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789ICANN——CNNIC理解网络传输过程：5个关键环节

LC1机器网络：互联互通的物理基础理解网络传输过程：TCPIP协议进行网络传输过程

LC1机器网络：互联互通的物理基础LC1机器网络：互联互通的物理基础信息共享与标记语言

1、万维网的基本思想在机器互联的物理基础上，计算机之间以向下透明的方式进行应用层通讯，建立起面向内容的复杂信息网络。 发展过程： web1.0以共享为特征

特点：

门户网站集中发布

用户以浏览为主

典型应用：

新浪、百度、谷歌、雅虎

LC2信息网络：基于互联网的内容网络信息共享 1、URL与资源定位2、常见服务LC2信息网络：基于互联网的内容网络URL的组成如:/pub/index.htm12341、服务标志2、主机地址（域名）3、子目录4、文档名超文本传输：HTTP文件传输：FTP远程登录：TELNET电子邮件传输：SMTP信息共享与标记语言

信息的网络化组织——超文本

文本

媒体

超链接

网络化组织信息表达——HTML WEB页面

根据标记语言的信息呈现——浏览器 HTTP协议

LC2信息网络：基于互联网的内容网络结构标记<HEAD>格式标记<P><B>链接标记<AHREF=””>信息共享与标记语言

3、超文本

标记语言：HTML与XMLLC2信息网络：基于互联网的内容网络信息共享 分类检索：将各种概念按照学科、专业性质进行分类和系统排列 信息搜索：自动从Internet搜集信息并检索匹配用户需求返回检索结果 搜索引擎的工作过程： 1）自动搜索网页 2）建立网页索引数据库 3）分析检索条件返回结果LC2信息网络：基于互联网的内容网络倒排索引技术原理：Web2.0

web2.0以交互为特征

特点：

信息双向交互

典型应用：

微博、Facebook、Wiki

微信LC2信息网络：基于互联网的内容网络WEB2.0 1、信息交互特征 双向交互——用户分享 信息聚合——以兴趣为聚合点 开放的平台——优劣 2、推荐系统 基于内容的推荐 协同过滤推荐 基于规则推荐 组合推荐LC2信息网络：基于互联网的内容网络内容推荐： 基于内容的推荐算法的本质是对内容进行分析，建立特征LC2信息网络：基于互联网的内容网络协同过滤： 一般采用最近邻技术，利用用户的历史喜好信息计算用户之间的距离，然后利用目标用户的最近邻居用户对商品评价的加权评价值来预测目标用户对特定商品的喜好程度，系统从而根据这一喜好程度来对目标用户进行推荐。协同过滤包括两种典型的算法： 基于用户的推荐 基于物品的推荐信息共享与标记语言

web3.0以个性化为特征

特点：

创建信任机制

构建个性化协作模式

典型应用：

数字货币、O2O零售、抖音短视频LC2信息网络：基于互联网的内容网络个性化与内容安全

中心化与去中心化 1、区块链 在信息互联网的基础上构建了一种新的可信的大规模协作方式，以解决数字经济发展的信任问题，被誉为下一代互联网的重要特征 去中心化 开放性 安全性 匿名性2、核心技术 分布式账本

共识机制

智能合约

数字签名

LC2信息网络：基于互联网的内容网络互联网思维 1、知识创新——大众产生内容，大众创造价值

维基百科全书(Wikipedia)是一种基于超文本系统的在线的百科全书。特点是自由内容、自由编辑，全球上百万人以在线协作方式促进了维基百科的成长，目前已成为互联网上最大且最受欢迎的百科全书。 2、软件创新——大众开发软件，大众消费软件，大众创造价值

“苹果”开发了若干种类的终端产品，如iPhone（手机）,iPod/iPad（平板电脑）,Macintosh（笔记本电脑）等在市场上销售。用户在购买这些终端产品时，实际上拿到的仅仅是它的硬件，而相关的软件需要我们通过互联网连接到聚集了各种各样应用软件的【苹果商店】进行下载或购买。苹果商店的背后，其实有一个强大的计算系统。基于该系统建立了苹果商店，以汇聚众多软件开发商所开发的软件商品。

LC3网络与社会社交网络

典型应用：

消息类——微信

在线社交类——人人网

微博类——新浪微博、Twitter

共享空间类——论坛、分享

特点：

迅捷

蔓延

平等

自组织

影响：

即时效果——速度

交流能力——并行化

LC3网络与社会物联网：

Internetofthings

物品与互联网连接物联网技术

射频识别技术RFID

信息读取

微机电系统

获取、处理、执行

LC3网络与社会物联网主要特征： 感知技术应用 在互联网基础上 具备智能处理能力物联网体系架构

感知层 感知层一般包括数据采集和数据短距离传输两部分

网络层物联网网络层是在现有网络的基础上建立起来

应用层应用层的主要功能是把感知和传输来的信息进行分析和处理。LC3网络与社会“互联网+”思维概念 “互联网+”就是“互联网+各个行业”典型应用： 互联网+金融：

数字货币（数字人民币）

移动支付（支付宝） 互联网+物流：

智能仓储（京东）

智能物流（菜鸟） 互联网+数字版权：

在线文学（起点）

短视频（抖音）

互联网+零售：

网店（淘宝）

旅游（携程）

LC3网络与社会“互联网+”思维

元宇宙

数字生活空间

核心技术：

扩展现实技术（VR/AR/MR/XR）人与人之间的信息沟通，近7%的信息通过语言传递的（文字更少），语气、情感、态度、肢体语言等占了93%。

数字孪生物理世界+虚拟世界

区块链搭建虚拟世界的经济体系。LC3网络与社会互联网思维模型 1、网络问题的抽象 图：包含一组元素以及它们之间连接关系的集合 节点：表示计算机或者一些网络设备 边：表示两台计算机之间的物理连接。LC