大学计算机第6章课件—张丽杰

大学计算机计算思维导论第6章 计算机网络、信息网络与网络化社会16.1 网络与社会6.2 计算机网络6.3 因特网与Web-信息网络6.4 网络化社会与网络计算 -用科学方法研究网络问题2本章重点1.网络通信的基本原理2.由计算机网络走向文档/信息网络Web3.互动网络与群体网络：互联网的创新更重要的是思维的创新4.网络问题抽象与基本网络计算问题3信息网络信息网络社会网络社会网络计算机网络计算机网络物联网物联网人人-机器机器-物体的统一体物体的统一体6.1 网络与社会46.2 计算机网络6.2.1 网络通信的基本原理网络通信的基本原理6.2.2 计算机网络连接计算机网络连接不同类别的机器网络不同类别的机器网络5计算机网络计算机网络1.计算机之间如何通信？2.世界上数以万计的计算机如何连接在一起？3.人们如何使用Internet提供的服务？6.2.1 网络通信的基本原理信息接收者信息接收者信息发送者信息发送者6？计算机之间如何通信？计算机之间如何通信？1、信源与信宿和信道，信号的编码、发送与接收信宿（信息的接收者）信宿（信息的接收者）信源（信息的发送者）信源（信息的发送者）载体（传送信息的媒体）或者信道载体（传送信息的媒体）或者信道编码器（编码与发送）编码器（编码与发送）解码器解码器（接收与解码）（接收与解码）7网络通信载体载体可以是有线的可以是有线的,也也可以是无线载体可以是无线载体信宿（信息的接收者）信宿（信息的接收者）信源（信息的发送者）信源（信息的发送者）编码器（编码与发送）编码器（编码与发送）解码器解码器（接收与解码）（接收与解码）1、信源与信宿和信道，信号的编码、发送与接收8无线通信信息如何编码？tttt010119你能看出这些波形传输的是01011吗？运行了网络功能程序的计算机连接在一起，形成网络。？这些不同结构的网络在信息传输的可靠性和效率方面会有什么不同吗？10编码器、解码器、转发器-网络功能程序2、分组信息交换P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6iallP1P1P4P4P2P3P5P6P6P2P3P5P2P3P5P5P4P3P2P1P6i5i4i3i2i1i6iallABCDEP2P1P3i2i1i3iallP2P1P3i2i1i3iallCP1P3A（a）信息分组传输示意一（b）信息分组传输示意二F3F2F1F4j3j2j1j4jallFF3F2F1F4j3j2j1j4jallGP1F1P3F3P1P3F1F3P2F2F4F1F3F2F4P2P2F2F411？不同大小的信息如何高效率地利用信道进行传输？拆分传输重组大小不一的信息包固定大小的分组带地址信息的数据包还原的信息包计算机网络封装 3、协议及协议分层复杂信息处理的化简方法用中文表达的信息用英文表达的信息物理信号法国的建筑专家认识层认识层用法文表达的信息语言表达层语言表达层用英文表达的信息共同语言表达层共同语言表达层物理信号信号传输层信号传输层中国的建筑专家（a）协议及其分层示意用0/1表达的信息用0/1表达的信息0/1编码层编码层12 一个难以处理的复杂问题通过多层次的分解，最一个难以处理的复杂问题通过多层次的分解，最终可转换为容易处理的问题从而得到解决，这是计算终可转换为容易处理的问题从而得到解决，这是计算类问题求解的一种重要思维。类问题求解的一种重要思维。计算机网络协议及分层n网络协议：计算机节点之间遵从的约定、规则或标准n协议明确规定了所交换数据的格式以及有关的同步问题n三个要素：语法、语义、同步13开放系统互联标准-OSI模型表示层表示层会话层会话层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层表示层表示层会话层会话层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层硬件实现硬件实现软件实现软件实现组织成标准的传输数据串（帧）解析信息传输的源和目的地址机电信号的传输与控制（b）计算机网络协议的分层示意146.2.2 计算机网络连接-不同的机器网络n两台计算机如何连接成网络？n多台计算机如何连接成网络？n不同地域计算机之间如何连接成网络？n世界上成千上万的机器如何连接成网络？局域网局域网 广域网广域网 互联网互联网 因特网因特网15？1、局域网n网络接口卡或网卡n集线器n交换机计算机计算机网卡网卡网卡网卡电缆电缆162、广域网n调制解调器n公共线路n交换公共电信的有线信道或无线信道通信子网交换设备交换设备主机主机主机交换设备交换设备交换设备交换设备交换设备交换设备（b）多台计算机的广域网连接公共电话系统调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器电话电话计算机（单位）计算机（家庭）17（a）两台计算机的广域网连接3、互联网服务器服务器局域网局域网局域网局域网路由器路由器路由器路由器有线信道或无线信道集线器路由器路由器局域网局域网集线器互联网互联网广域网广域网网络互联设备路由器n具有多输入端口和多输出端口的专用计算机。n路由器工作在网络层，主要任务是进行路由选择和分组转发。n在不同类型的网络之间实现互联。以太网端口其它网络类型端口194、国际互联网-因特网（Internet）20计算机C计算机A计算机B网1网2网4网3计算机D路由器R2路由器R1路由器R3路由器R5路由器R4路由器R6RnRmRkn几百万台路由器连接大大小小的网络n中转节点自动转发IP数据包nTCP/IP协议如何接入Internet？n运行TCP/IP协议n与一台主机相连n主机与某ISP的路由器相连1.家里的计算机如何接入Internet？2.手机如何接入Internet？21？了解TCP/IP协议簇22应用层SMTP，FTP，HTTP，DNS 传输层 TCP，UDP网络互连层IP，ARP，RARP，ICMP网络接口层网络计算机的标识-IP地址与域名11010100 01110110 11100000 00000010202.118.224.2BBS.HIT.EDU.CN（二进制IP地址）（点表示法表示的十进制IP地址）（域名）1.IP地址由两部分组成，网络号地址由两部分组成，网络号+主机号主机号2.域名便于人们记忆域名便于人们记忆23域名系统FTP.HIT.EDU.CNCNEDUHITBBSWWWFTP顶级域顶级域COMORGGOV计算机计算机组织组织BBS.HIT.EDU.CNWWW.HIT.EDU.CNTsingHuaNIKE（CN:中国）中国）（EDU:中国教育科研网）中国教育科研网）（HIT:哈工大校园网）哈工大校园网）IP地址和域名向哪个部门申请？24？课后思考题1.我们在日常工作、学习和生活中会使用到多种通信和网络技术，例如以太网技术、Wi-Fi技术、光纤通信技术、蓝牙、红外、近场通信(NFC)、2G移动通信、3G移动通信、4G(LTE)移动通信等，请查阅资料了解一下这些技术，并思考为什么会产生、发展出这么多种网络通信技术？它们各自面向什么用途？具有怎样的功能和性能特点？它们的基本技术实现原理是什么？各自符合什么技术标准(如IEEE 802.11)？它们能否互联互通？为什么？2.有关未来网络技术的研究一直是学术界和IT工业界的重点，也是各国家技术竞争的焦点之一。那么，相比于现行网络技术，未来网络/互联网技术有哪些更新的、更好的功能和特性？更快？更可靠？更便宜？更安全？请选择一个你感兴趣的未来网络/互联网(核心)技术，查阅文献，了解其核心思想和创新性，探讨其所反映出的发展动向。例如，IPv6、无线自组织网络(Wireless Mesh Network)、软件定义网络(SDN)等。25？6.3 因特网与Web-信息网络266.3.1 由计算机网络走向文档由计算机网络走向文档/信息网络信息网络Web6.3.2 超文本超文本/超媒体的表达与解析超媒体的表达与解析6.3.3 超文本超文本/超媒体的组织与管理超媒体的组织与管理6.3.4 无限资源库的发掘和利用：搜索引擎无限资源库的发掘和利用：搜索引擎6.3.5 互动网络与群体网络：互联网的创新更重要的是思维互动网络与群体网络：互联网的创新更重要的是思维的创新的创新计算机网络Web信息网络庞大的数据资源知识库群体互动网络6.3.1 由计算机网络走向文档/信息网络Web271.如何表达、建立和实现文档之间的链接，以建立文档网络？2.当大规模网络上的超大规模文档被链接起来后，怎样找到最符合用户需求的文档？网络化的信息组织形式文档网络286.3.2 超文本/超媒体的表达与解析1、超文本/超媒体的基本概念29文本 +链接文本、图像、声音、视频等多媒体包含Internet资源地址的指针2、超文本/超媒体的表达-HTML(超文本标注语言超文本标注语言)HTML语言编写的超文本文档代码超文本文档网页30HTML文档的结构举例：我的第一个主页 这是一个简单的例子 网页是由超文本标记语言HTML编写的文档 搜狐新闻 文文档档头头部部文文档档体体313、超链接的不同表达n绝对地址绝对地址链接链接例：例：黄鹤楼n本机内部文件相对地址链接本机内部文件相对地址链接例：例：黄鹤楼n文本内部段节链接悠悠2、悠悠：久远的意思。定义链锚源定义链锚宿324、超文本/超媒体的解析：浏览器超文本文档=内容+标记浏览器：解释标记含义 显示文档内容 执行超级链接336.3.3 超文本/超媒体的组织与管理1、网站与主页、网站与主页 一个超文本文档就是一个网页网页 网页之间通过超链接相互组织成为反映某个主题的网站网站 每个网站都有一个包含简要目录的网页，称为主页主页。文件名一般与Web服务器设置的缺省文档名字一致。342、统一资源定位地址URLProtocol:/host.domain.first-level-domain/path/filename.ext协议:/Web网站的域名或IP地址/路径/网页文件名 http:/HTML文件https:/某些保密的HTML文件，自己硬盘上的HTML文件ftp:/ftp网站和文件gopher:/gopher菜单和文件news:/特定新闻服务器上的UseNet新闻组news:UseNetmailto:E-mailtelnet:远程登录对话URL的各种协议353、URL的解析：浏览器 依据URL给出的地址，连接网络，链接到相应的主机，并按照给出的路径或默认路径找到相应的资源提供给用户。1.确定使用什么协议2.寻找并连接指定地址的服务器3.向服务器申请浏览指定的文件浏览器366.3.4 无限资源库的发掘和利用-搜索引擎如何发掘和利用Internet上的信息资源？37？n目录引擎-按目录分类的网站链接的列表，如yahoo等。n网页数据库搜索引擎搜索互联网信息建自己的数据库，如google等。搜索引擎是如何工作的？n爬虫程序获取网页n客户需求获取与搜索结果的排序与反馈n索引建立与高效检索算法Internet各种网站、网页及其链接InternetInternet不断增加的不断增加的网站及其资网站及其资源源网页数据库索引数据库检索结果关键词匹配建立索引资源的下载、打开与关闭进入搜索引擎,输入关键词打开超链接指向的资源客户结果排序并显示爬虫抓取网页搜索引擎工作原理示意浏览搜索结果搜索引擎是如何工作的？n爬虫程序获取网页爬虫程序获取网页 定期对指定IP地址范围的互联网站进行检索，发现新网站加入数据库 网站的拥有者主动向搜索引擎提交网址，爬虫定向搜索n客户需求获取与搜索结果的排序与反馈客户需求获取与搜索结果的排序与反馈 关键词语的选择 检索结果的排序与浏览n索引建立与高效检索算法索引建立与高效检索算法 对庞大的网页数据库建立各种各样的索引 快速搜索算法396.3.5 互动网络与群体网络：互联网的创新更重要的是思维的创新信息网络互动网络与群体网络 少数资源控制者发布信息，大多数网络用户获取信息。网络用户既是信息的阅读者也是信息的发布者。40基于互联网的创新思维n借助网络力量，基于集体智慧利用的互联网借助网络力量，基于集体智慧利用的互联网创新创新 维基百科的例子 分众分类n借助网络力量借助网络力量，聚集分散的资源，基于网络聚集资，聚集分散的资源，基于网络聚集资源源利用的利用的互联网互联网创新创新 互联网环境下，从卖软件到卖服务。从Netscape的浏览器到software的捆绑浏览器销售，再到Google的数字资源管理和服务平台 博客与微博，由文章及其主题连接的互动用户的网络n互动网络与群体互动网络与群体网络网络用户创造内容更加注重交互性由专业人员织网到所有用户参与织网人是互动网络和群体网络的灵魂41课后思考题3、想象一下，如果你所生活的城市到处都被公共可用的Wi-Fi网络覆盖，并且其使用是免费的，那么将会对人们的工作、学习、生活、购物、出行带来深层次的影响，导致哪些变化？又会产生一些什么样的新问题？6、如你所知，Web网页是用HTML语言书写的，HTML语言经历了长期的发展和演进，同时产生了大量的伴生技术，才有了今天Web上丰富多彩的网页和应用。今天，最新版的HTML语言版本是HTML5，如你对Web技术感兴趣，请查阅HTML5有哪些新技术、新特性，能实现哪些炫、酷的应用和效果。例如，“21个酷毙了的HTML5演示”等。？426.4 网络化社会与网络计算 用科学方法研究网络问题436.4.1 形形色色的网络形形色色的网络6.4.2 网络问题抽象与基本网络计算问题网络问题抽象与基本网络计算问题6.4.3 网络计算示例网络计算示例-社会网络的一个问题研究社会网络的一个问题研究6.4.1 形形色色的网络物联网数据与知识网络服务网络社会网络人物互连、物物互连、人人互连446.4.2 网络问题抽象与基本网络计算问题ACDBACDB节点节点边边451、图-网络问题的基本抽象手段（a）包含4个节点的图（b）包含4个节点的有向图图-网络问题的基本抽象手段ACDBACDB+ACDB（2）（5）（6）（3）46（c）边有不同强度的图.边的强度用数值来衡量，用粗细来展现（d）边有不同性质的图.边的性质可用边上的不同标记来展现（e）边有数值标记的有向图.数值可表示边的长度、边的强度等 2、图抽象示例计算机网络的一种无向图抽象RBRARcSaSbPC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7PC8PC9PC10PC1147图抽象示例文档网络的一种有向图抽象48网页C（4）网页A（2）网页（1）网页B（1）网页F（0）网页H（2）网页G（1）网页E（2）网页D（1）图抽象示例-内容网络的一个图抽象（合作图）科学家A科学家B科学家C科学家M科学家N科学家L科学家R科学家S213214514913、几种典型的网络结构（a）全局耦合网络（b）最近邻耦合网络（c）星形耦合网络（1）典型规则网络）典型规则网络 规则网络是一种具有规则图结构的网络,规则网络及其特性是理解和研究更为复杂网络特性的基础。50几种典型的网络结构（2）随机网络）随机网络（a）（b）（c）随机网络中节点之间的连接是随机的,严格地说，随机图模型并不是指随机生成的单个网络，而是指一簇网络。51几种典型的网络结构（3）小世界网络）小世界网络n 小世界网络小世界网络是一个从规则网络到随机网络的过渡网络，既具有规则网络的一些特性例如高聚类性高聚类性，也具有随机网络的一些特性例如最短平均路径长度特性等。n小世界网络或者复杂网络的特性，是可以由规则网络增加随机性来进行研究。n小世界网络更符合实际网络52(b)规则网络-最近邻网络(c)由规则网络衍生小世界网络示意(a)典型的小世界网络示意几种典型的网络结构（4）无标度网络）无标度网络n无标度网络是具有少量拥有大量连接的高度节点和大量连接数很少的低度节点构成的网络。n无标度网络是非随机的，但是比规则网络、小世界网络具有更多的随机性。n无标度网络模型适用于Internet、WWW、科研合作网络、蛋白质交互网络等众多领域的复杂网络研究。534、网络的基本问题n网络的路径与连通性问题n网络的距离问题n网络流量问题n网络群体行为问题n网络的分布与并发利用问题546.4.3 网络计算示例-社会网络的一个问题研究n怎样分析网络中的各种关系？n怎样通过网络中各种关系的分析来理解和预测群体的行为？n怎样由局部的网络分析结论推演到全局网络？55 通过研究人们在社会网络上的信息交流、对问题的看法、相互之间的争论，可分析人与人之间的关系。1、一种具有正负关系的网络的抽象 -正负关系图n定义“节点”为参与社会网络的个体。n“边”表达了两个个体之间的关系，友好为“+”，敌对为“-”。n这种正负关系的网络中存在着两种力量（正力量和负力量）或多种力量（多利益团体的力量）之间的较量。n这种网络结构的变化规律是什么？DF_ACB_+_56+_+2、最简单正负关系图的分析-三节点网络图n三节点完全网络图体现了三个人中两两之间的关系。n网络结构的变化趋势问题na与c为平衡关系，b与d为不平衡关系（a）ACB+ACB+ACB+ACB （b）（c）（d）573、由三节点网络的结构平衡 推广到任意节点网络的结构平衡n结构平衡网络：如果一个完全正负关系图是平衡的，则它其中的每一个三角形网络都是平衡的，即它其中的每一个三节点子图，要么其三条边都标识为“+”，要么仅有一条边标识为“+”。58ACDB(a)平衡+ACDB(b)不平衡+3、由三节点网络的结构平衡 推广到任意节点网络的结构平衡59集合X内所有人两两互为朋友集合Y内所有人两两互为朋友不同集合间：任何两人均互为敌人集合X集合YA的朋友A的敌人BCDEA+?(a)一个完全图是平衡的：如果该完全图可以分成两个集合，每个集合内任意两个人均互为朋友，属于不同集合的任意两个人均互为敌人(b)分析平衡网络的示意图(可能还包含其它没有画出的节点)n四节点网络网络结构平衡定理：如果一个完全正负关系图是平衡的，则要么它的所有节点两两都是正关系，要么它的节点可以被分为两个组X和Y，其中X组和Y组组内的节点两两都是正关系，而X组中的每个节点和Y组中每个节点都是负关系。+4、由结构平衡网络 延伸到结构弱平衡网络60A的朋友A的敌人BCDEA+?(b)弱平衡网络的示意集合W内所有人两两互为朋友集合X内所有人两两互为朋友不同集合间：任何两人均互为敌人集合Y集合X(a)一个完全图是弱平衡的：如果该完全图可以分成多个集合，每个集合内任意两个人均互为朋友，属于不同集合的任意两个人均互为敌人集合V内所有人两两互为朋友集合Z内所有人两两互为朋友集合Y内所有人两两互为朋友集合V集合Z集合W+_如果一个完全正负关系图是弱平衡的，则它其中的任意三个节点均不存在两个正关系边和一个负关系边这种情况深层的启示n如何分析和运用社会/自然中的语义？n如何采用数学方法进行研究？图n如何通过局部网络的性质推演到全局网络上去？n如何通过网络的分析来理解和预测群体的行为？61第六章总结计算机网络计算机网络信息网络信息网络群体互动网络群体互动网络计算机之间如何通信计算机之间如何通信-网络如何连接网络如何连接-网络提供的服务网络提供的服务超文本的表达与解析超文本的表达与解析-超文本的组织与管理超文本的组织与管理-搜索引擎搜索引擎互联网的创新，基于集体的智慧、聚集分散的资源互联网的创新，基于集体的智慧、聚集分散的资源网络化社会网络化社会网络问题的抽象网络问题的抽象图，研究网络的路径与连通性问图，研究网络的路径与连通性问题、距离问题、流量问题、群体行为问题题、距离问题、流量问题、群体行为问题6263