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网络应用
项目二
项目导读
如今是信息时代，计算机网络被称为信息社会的基础设施，它为信息传播与交流、资源共享提供了很大的帮助，尤其是以 Internet 为代表的互联网络将世界范围内的计算机连在了一起，使得任何人在任何时间都能共享人类的信息资源。随着信息社会的进步和网络技术的不断更新，计算机网络会越来越深刻地影响科研、教育、经济发展和社会生活的各个层面，成为未来社会赖以生存和发展的重要保障。
信息技术：基础模块（上册）
2.1 任务一：认识网络
1. 任务描述
网络在现代社会中无处不在，仔细观察身边的事物，你能发现哪些地方应用了网络吗？这些网络的应用起到了怎样的作用？又给我们的生活带来了怎样的影响？填写表 2-1。
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表2-1 项目二任务一用表
2.1 任务一：认识网络
2. 任务提示
Windows 10 最大的功能之一是能够有效地管理文件和文件夹，而这涉及文件或文件夹的创建、复制、移动、删除等基本操作，本任务就来实现这些操作。
3. 任务完成
结合自己所学知识仔细观察身边的事物，还可以到图书馆或者通过网络查找相关资料完成任务。
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2.1 任务一：认识网络
4. 必备知识
一、网络技术的发展及其影响
计算机网络的发展过程大致可分为以下四个阶段：
（1）面向终端的计算机网络。面向终端的计算机网络于 20 世纪 60 年代初出现，主机是网络的中心和控制者，终端与主机相连并分布在各处，即用户通过本地的终端（键盘、显示器等）来使用远程的主机，但子网之间不可以通信。
（2）计算机通信网络。20 世纪 60 年代中期出现了多个主机互联，实现了计算机与计算机之间的通信。计算机通信网络由通信子网和用户资源网构成，用户通过终端可以共享本主机和其他通信子网中的主机上的软硬件资源。但它缺乏成熟的网络操作系统来管理网络，仍是网络的初级阶段，因此被称为计算机通信网络（也称两级结构的计算机网络）。
ARPANET（阿帕网）是计算机网络技术发展的一个重要里程碑，标志着以资源共享为目的的计算机网络的诞生。它完成了对计算机网络的定义、分类，提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念，采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系，为 Internet 的形成和发展奠定了基础。
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2.1 任务一：认识网络
知识链接：
Internet 的前身是美国的 ARPANET，它是全世界第一个较完善的分布式跨国分组交换网。1969 年它仅有 4 个节点，1977 年其网络节点已发展到 57 个，连接不同类型的计算机 100 多台，联网用户达 2 000 多个。20 世纪 80 年代初，TCP/IP 正式成为 ARPANET 的网络协议，成为美国军用标准，随着 TCP/IP 的标准化，ARPANET 的规模不断扩大。1982 年，ARPANET 与 MILNET 等网络合并而成为 Internet 早期的主干网。
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2.1 任务一：认识网络
4. 必备知识
一、网络技术的发展及其影响
（3）遵循国际标准化协议的计算机网络。计算机网络发展的第三阶段是加速体系结构与协议国际标准化的研究与应用。20 世纪 70 年代末，国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）的计算机与信息处理标准化技术委员会成立了一个专门机构，研究和制定网络通信标准，以实现网络体系结构的国际标准化。1983 年，ISO 正式颁布了一个称为“开放系统互联基本参考模型”的国际标准 ISO 7498，简称OSI-RM（open system interconnection reference model），即著名的 OSI 七层模型。OSI 七层模型及标准协议的制定和完善大大加速了计算机网络的发展。
（4）互联网络与高速网络。从 20 世纪 80 年代末开始，计算机网络技术进入新的发展阶段，其特点是互联、高速和智能化，主要表现在以下几个方面：
①发展以 Internet 为代表的互联网。
②发展高速网络。
③研究智能网络。
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2.1 任务一：认识网络
知识链接：
美国太空探索技术公司计划在 2019—2024 年间在太空搭建由约 1.2 万颗卫星组成的“星链”网络以提供互联网服务，其中 1 584 颗将部署在地球上空 550 km 处的近地轨道，并从 2020 年开始工作。2020 年 6 月 13 日，美国太空探索技术公司顺利完成“星链”计划第 9 次发射任务，用一枚“猎鹰 9”火箭将 61 颗卫星送入太空。
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2.1 任务一：认识网络
拓展训练：
网络上经常会发布引发全社会关注的热点事件，这些事件对社会产生了各种深远影响。请读者思考以下两个事件对人们的影响。
1. 网络购物
天猫、淘宝、京东等电商平台已被大家熟悉，每年的 11 月 11 日和 6 月 18 日已发展为被广泛认可的两个网络购物节。
试分析这两个网络购物节对人们产生了哪些影响。
2. 网络求助
2021 年 7 月，暴雨灾害威胁到河南郑州人民群众的生命安全，受灾群众在无网络信号的情况下，无法联系外界求助，河南省人民政府派翼龙无人机穿云破雾两次飞抵暴雨中的郑州，建立“控制基站”，打通应急通信，保障了灾区民众及时报告灾情以及救援工作的开展。
试分析网络求助对人们生活的影响。
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2.1 任务一：认识网络
4. 必备知识
二、网络体系结构
网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义。功能如何实现不属于网络体系结构的部分。换句话说，网络体系结构只是从功能上描述计算机网络的结构，不涉及每层硬件和软件的组成，也不涉及这些硬件或软件的实现问题。由此看来，网络体系结构是抽象的。
1. OSI 参考模型
国际标准化组织于 1981 年正式推荐了一个网络系统结构——七层参考模型，称为开放式系统互联模型。这个标准模型的建立使得各种计算机网络都向它靠拢，大大推动了网络通信的发展。
OSI 参考模型将整个网络通信的功能划分为七个层次，如图 2-1 所示。它们由低到高分别是物理层（PH）、数据链路层（DL）、网络层（N）、传输层（T）、会话层（S）、表示层（P）和应用（A）。每层均完成一定的功能，且都直接为其上层提供服务，并且所有层次互相支持。第四层至第七层主要负责互操作性，而第一层至第三层则用于创建两个网络设备间的物理连接。
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2.1 任务一：认识网络
4. 必备知识
二、网络体系结构
（1）物理层。物理层提供机械、电气、功能和过程特征，使数据链路实体之间建立、保持和终止物理连接。它对通信介质、调制技术、传输速率、接插头等具体的特性加以说明，实现二进制位流的交换能力。
（2）数据链路层。数据链路层实现以帧为单位的数据块交换，包括帧的装配、分解及差错处理的管理。若数据帧被破坏，发送端能自动重发。因此，帧是两个数据链路实体之间交换的数据单元。
（3）网络层。网络层主要控制两个实体间路径的选择，建立或拆除实体之间的连接。在局域网中通常两个实体间只有一条通道，不存在路径选择问题，但涉及几个局域网互联时就需要选择路径。在网络层中交换的数据单元称为报文分组或包（packet）。网络层具有阻塞控制、信息包顺序控制和网络记账等功能。
（4）传输层。传输层提供两个会话实体（又称为端对端、主机到主机）之间透明的数据传送，并进行差错恢复、流量控制等。该层实现独立于网络通信的端 - 端报文交换，为计算机节点之间的连接提供服务。
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图 2-1　OSI 参考模型
2.1 任务一：认识网络
4. 必备知识
二、网络体系结构
（5）会话层。会话层在协同操作的情况下支持节点间交互性活动，包括建立、识别、拆除用户进程间的连接，处理某些同步和恢复问题。为建立会话，双方的会话层应该核实对方是否有权参加会话，确定由哪一方支付通信费用，并在选择功能方面取得一致。因此，会话层是用户连接到网络上的接口。
（6）表示层。表示层进行数据转换，提供标准的应用接口和通用的通信服务，例如，文本压缩、数据编码和加密、文件格式转换，使双方均能认识对方数据的含义。
（7）应用层。应用层提供各种应用服务程序，如分布式数据库、分布式文件系统、电子邮件（E-mail）等，它是通信用户之间的窗口。
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图 2-1　OSI 参考模型
2.1 任务一：认识网络
4. 必备知识
二、网络体系结构
2. TCP/IP 参考模型
计算机网络体系结构中普遍采用分层的方法，OSI 参考模型是严格遵循分层模式的典范。但除了 OSI 参考模型之外，市场上还流行着一些其他体系结构，如 TCP/IP 体系结构。随着 Internet 的流行，其所使用的 TCP/IP（transmission control protocol/internet protocol，传输控制协议 / 互联网协议）体系结构已成为事实上的国际标准。TCP/IP 体系结构共分为应用层、传输层、网络互联层和网络接口层四个层次，每层实现特定功能，且都有对应的协议，TCP/IP 体系结构如图 2-2 所示。
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图 2-2　TCP/IP 体系结构
2.1 任务一：认识网络
4. 必备知识
二、网络体系结构
2. TCP/IP 参考模型
（1）应用层。应用层用来处理高层协议、有关表达、编码和对话控制。TCP/IP 将所有与应用相关的内容归为一层，并保证为下一层适当地将数据分组（打包）。这一层也被称为处理层。应用层的协议主要有以下几种：网络终端协议（Telnet，实现远程登录功能）；文件传输协议（FTP，用于交互式的文件传输，下载软件使用的就是 FTP）；电子邮件传输协议（SMTP，负责互联网中电子邮件的传递）；DNS，负责域名到 IP 地址的转换；简单网络管理协议（SNMP，负责网络管理）；超文本传输协议（HTTP，提供 WWW 服务）。
（2）传输层。传输层解决的是计算机程序到计算机程序之间的通信问题，即通常所说的端 - 端的通信。传输层对信息流具有调节作用，提供可靠性传输，确保数据无误到达。传输层的协议主要有传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
（3）网络互联层。网络互联层解决的是计算机与计算机之间的通信问题。网络互联层主要定义了网际协议（IP）及数据分组的格式，它的主要功能是路由选择和拥塞控制。
（4）网络接口层。网络接口层也称为主机 - 网络层。网络接口层是 TCP/IP 的最低层，负责网络层与硬件设备之间的联系，这一层的协议非常多，包括逻辑链路控制和媒体访问控制。
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4. 必备知识
三、TCP/IP 与 IP 地址
1. TCP/IP
TCP/IP 是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP 协议不仅仅指TCP和IP两个协议，而且指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇，只是因为在 TCP/IP 协议中 TCP 协议和 IP 协议最具代表性，所以被称为 TCP/IP。
（1）TCP。TCP 位于 IP 层协议之上，是一个面向连接的协议。面向连接是指需要两个端点都同意连接才能进行通信。TCP 将要传输的数据分组后交给 IP 层实施。TCP具有恢复丢失分组的能力，并且具有自动重传的功能，因此 TCP 具有纠错功能。TCP与 IP 的结合有效地保障了数据在互联网上的传输。
（2）IP。IP 是互联网最基本的传输协议，提供不可靠的无连接的服务。IP 协议有三个功能：规定互联网上传送的数据格式；完成路由选择功能；包含一组不可靠分组传送的规则。
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4. 必备知识
三、TCP/IP 与 IP 地址
2. IP 地址
（1）IPv4 地址。IPv4 地址是 internet protocol version 4 的简称，中文译为网际协议版本 4，又称互联网通信协议第 4 版，是国际协议开发过程中的第 4 个修订版本，也是此协议第 1 个被广泛部署的版本。IPv4 是互联网的核心，也是使用最广泛的网际协议版本。
在 IPv4 编址方案中，IP 地址由 32 位二进制数组成，这 32 位二进制数被分为 4 组，每组 8 位，各组之间用“.”分隔。由于二进制数不便于书写和阅读，为了便于表示，将每组二进制数写成十进制数，每组数的取值范围为 0~255，如 192.168.1.12。
从结构上看，IP 地址由两部分组成：一部分代表网络号，用于标识主机所属的网络；另一部分代表主机号，用于标识该主机是网络中的第几号主机。其结构表示方式如图 2-3 所示。
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图 2-3　IPv4 地址结构表示方式
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4. 必备知识
三、TCP/IP 与 IP 地址
2. IP 地址
（2）IPv6 地址。在 IPv4 中，地址是用 192.168.1.1 这种点分十进制方式来表达的，但在 IPv6 中，地址有 128 位，如果再用十进制表示就太长了，所以，IPv6 采用冒号十六进制表示法来表示地址。
IPv6地址的128位被分成8段，每16位为一段，每段被转换为一个4位十六进制数，并用冒号隔开。例如，1234:5678:90AB:CDEF:ABCD:EF01:2345:6789。
为尽量缩短地址的书写长度，IPv6 地址可以采用压缩方式来表示。在压缩时，要遵循以下两个原则：
（1）每段中前导 0 可以去掉，但保证每段至少有一个数字，如 2012:0501:0000:0001:0000:0000:0001:E001 就可以压缩为 2012:501:0:1:0:0:1:E001，但有效位 0 不能压缩，所以，上述地址不能压缩为 212:51:0:1:0:0:1:E1。
（2）一个或多个连续的段内各位为 0 的时候可用双冒号（::）压缩表示，但一个IPv6 中只允许有一个双冒号，如 2012:0501:0000:0001:0000:0000:0001:E001 就可以压缩为 2012:501::1:0:0:1:E001 或 2012:501:0:1::1:E001，但是不能表示为 2012:501::1::1:E001。
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4. 必备知识
三、TCP/IP 与 IP 地址
2. IP 地址
IPv6 地址取消了 IPv4 地址的网络号、主机号和子网掩码的概念，代之以前缀、接口标识符、前缀长度；IPv6 地址也不再有 IPv4 地址中的 A 类、B 类、C 类等地址分类的概念。
①前缀：IPv6 前缀的作用与 IPv4 地址中的网络号部分类似，用于标识该地址属于哪个网络。
②接口标识符：IPv6 接口标识符与 IPv4 地址中的主机号部分类似，用于标识该地址在网络中的具体位置。
③前缀长度：IPv6 前缀长度的作用类似于 IPv4 地址中的子网掩码，用于确定地址中哪一部分是前缀，哪一部分是接口标识符。
例如， 地 址 2012:0501:0000:0001:0000:0000:0001:E001/64，其中 /64 表示此地址的前缀长度是 64 位，所以此地址的前缀就是 2012:0501:0000:0001，接口标识符就是0000:0000:0001:E001。
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2.1 任务一：认识网络
实践体验：
三、TCP/IP 与 IP 地址
台式计算机、手机、平板电脑、家用路由器等网络设备均需要配置IP地址。下面请在个人设备中找到IP地址，并观察设备端口的使用情况。
1. 记录 IP 地址
在Windows 10操作系统中可以执行“开始”→“设置”命令，打开“设置”窗口，在“网络和Internet”中查看无线网络或以太网的网络配置信息。在手机或平板电脑系统中，也可以在“设置”→“无线局域网”中查看当前连接的网络属性。将结果记录在表2-2中。
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表2-2 记录IP地址
2.1 任务一：认识网络
实践体验：
三、TCP/IP 与 IP 地址
台式计算机、手机、平板电脑、家用路由器等网络设备均需要配置IP地址。下面请在个人设备中找到IP地址，并观察设备端口的使用情况。
2. 体验端口
在浏览器地址栏中输入以下网址（表2-3），观察结果，并记录。
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表2-3 记录网页访问结果

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