《计算机网络》教案docx.docx

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《计算机网络》教案

课程名称

计算机网络

教学对象

教学内容

第1章概述

1.4计算机网络分类

1.5计算机网络中的常见指标

1.6计算机网络的网络体系结构

教学目的

通过本节内容的学习，要达到以下目标：

•掌握计算机网络的分类

•掌握计算机网络的常见衡量指标

•掌握网络体系结构的概念

•掌握分层的思想

•掌握OSI七层模型和TCP/IP四层模型

教学重点

•网络体系结构

•分层的思想

•OSI七层模型

•TCP/IP四层模型

教学难点

•网络体系结构

•分层模型中各层的功能

建议学时

4学时

教学教具

多媒体教学系统

教学方法

讲授（PPT）+实验演示

教学过程

课程导入

根据前面所学知识提出如下问题让学生思考：

1.计算机网络有哪些常见的分类？

2.计算机网络的常见的衡量指标是什么？

3.因特网建立的过程表明，各机构和组织是先按照自己的理解建立了网络，然后再由官方建立标准，将所有网络互连起来，相互通信，解决资源共享的问题。

但是这么多不同结构的网络，涉及到这么多不同的标准，如何实现统一的相互通信呢？

引入新课

引导学生回答上述问题，并通过答案引出本节的内容：

大家对网络的分类可能没有什么概念，总感觉都是同一个网络在直接通信，但是在使用的过程中，其实是有差别的，比如说：

在教育网中设定的一些资源，在教育网内部下载，速度是以MB作为单位；但是在自己家里上网的时候，下载的速度就变成了KB,甚至是B,这是什么原因呢？

其实就是因为网络不同造成的，因此要理解网络的分类；

计算机网络衡量的指标有很多，最为常见的就是带宽，这里要思考一下，带宽是什么？

如果把数据比喻成在路上行驶的车，把网络比喻成马路，那么带宽变大了，用户感觉速度变快了，是什么发生了变化呢？

因特网是由大大小小，不同结构的网络连接而成的，它们能相互通信，是因为它们遵循了相同的网络体系结构。

这里就要深入理解网络体系结构的定义。

课程内容

第1章概述

1.4计算机网络分类

可以按照不同的方法将网络进行分类，其中较为常见的几种是：

1.不同作用范围的网络

广域网WAN（WideAreaNetwork）:

范围在几千公里以上

局域网LAN（LocalAreaNetwork）:

范围在一公里以内

城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）:

范围在介于上两者之间。

个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）:

主要指代的是个人使用无线网络设备上网的范围。

2.不同使用者的网络

公用网（publicnetwork）:

主要是的是开放给全社会所有用户的网络，通常有一个统一的服务标准，一般用户缴纳一定费用，就能使用网络和相关服务。

专用网（privatenetwork）:

主要是指代那些只开放给特定用户的网络，范围外用户即使缴纳费用也无法使用这类网络。

3.不同拓扑结构的网络

按照网络中节点以及它们的连接关系，可以将网络划分为：

星型拓扑：

各节点连接在中心设备上；由中心向四周发散；目前非常常见的局域网的拓扑结构；

总线型拓扑：

主机都连接在公共的传输介质上；传统以太网使用了这种拓扑结构。

环形拓扑：

类似总线型拓扑，只是首尾连接在一起。

1.5计算机网络中的常见指标

1.速率

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的

单位。

Bit来源于binarydigit,意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个1或Oo

速率即数据率（datarate）或比特率（bitrate）是计算机网络中最重要的一个性能指标。

在理解上可以认为是网络中单位时间内通过横截面的比特的数量。

速率的单位是b/s,或kb/s,Mb/s,Gb/s等，速率往往是指额定速率或标称速率。

2.带宽

注意：

带宽的理解有两种，在早期时上网通用的是使用类似电话网络的模拟信号环境，因此带宽的定义主要是指电磁波的频率范围；而到了后期，传输数字信号的网络中则主要是以最高的数据率，也就是比特率作为指标。

说明两者的关系，重在理解。

“带宽”（bandwidth）：

本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是"比特每秒”，或b/s（bit/s）o

常用的带宽单位罗列如下：

千比每秒，

兆比每秒，

吉比每秒，

太比每秒，

请注意：

1在计算机界，K=210=1024

M=220,G=230,T=2"。

2带宽的不同表现为数字信号流随时间的变化，如图所示：

1J4S

0

即即即即

kb/s

Mb/s

Gb/s

Tb/s

（103b/s）

（106b/s）

（10'b/s）

（1012b/s）

2"。

带宽为

1Mb/s

时间

——每秒106个比特

而苑为

4Mb/s

疝而［虬JUUU间

每秒410,个比特1

在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。

3关于带宽理解上的几个错误

有人认为，带宽变化如果用一个实例来比喻的话就是；数据被比喻为在马路上跑的车，一个比特就是一辆车，带宽变大，人们会认为速度变快,可是这个速度的理解却很模糊。

是路变宽了？

几辆车能同时在马路上跑？

还是路变好了，从泥巴路变成了高速公路，所以车跑的快了？

其实理解都不对，以在电信局开通ADSL为例，带宽变大，表现为下载速度变快，其实是单位时间到达我主机的数据量变多。

数据传输始终是串行，所以仍然是单车在马路上跑；

电信局到我住户之间并没有重新铺设网络，所以路也没有变好；数据量在单位时间内变多，其实是因为车与车之间的距离变短造成的。

3.吞吐量

吞吐量（throughput）表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4.时延（delay或latency）

1传输时延（发送时延）：

发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

用公式表达为：

2传播时延：

电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。

用公式表达如下：

信道长度＜米＞

信号在信道上的传播速率,米/秒）

3处理时延：

交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时

4排队时延：

结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

当数据从源结点发出，到目标结点接收为止，数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和。

四种时延所产生的地方如图所示就是：

在结点A中产生

处理M矗和排队时延

在发送器产生传输时延

（即发送时延）

在链路上产生

传播时延

队丝\结点A发送器

1.3计算机网络的网络体系结构

计算机网络是一个由多种计算机和各类终端通过通信线路连接起来的复合系统。

在这个复杂的复合系统中，计算机的型号不一，终端类型各异，加之线路类型、连接方式、同步方式、通信方式的不同，给网络中各结点的通信带来许多不便。

相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行,而这种“协调”是相当复杂的。

在这种情况下，人们需要一个建立网络的共同遵循的设计蓝图，用以指导网络的设计和实现。

这个设计蓝图就称为网络体系结构。

1、分层思想

网络的发展经历的过程是：

一开始只有四个结点的分组交换网络Arpanet：

发展到后期越来越多的机构按照自己的标准建立自己的网络；然后大家看到了将网络互联起来分享资源的好处，于是选择将自己的网络接入到Arpanet中，使之不断壮大，成为一个包罗万网的庞大而复杂的网络系统。

由于不同的机构有自己建立网络的不同标准，网络的硬件、拓扑结构、选用的协议（软件）、数据的定义和格式等都不相同，相互连接后的网络系统中任意两台主机之间的通信就变得非常复杂。

一个过于复杂的问题笼统的去解决很难，所以需要将这个庞杂的问题进行分解，分解为若干个容易解决的局部问题，各个击破，整个庞大的系统问题也就迎刃而解了。

因此，网络采用了分层的思想建立了自己解决问题（通信、协作）的机制，每一层独立完成某一功能，各层互不干扰，所有层联合起来就完成了计算机网络的终极功能目标。

2、计算机网络的最终目标

计算机网络将分散的主机连接起来，目的就是为了数据通信和资源共享；有别于单机服务，任何一个网络上的任务和应用都需要两台以及以上数量的主机，相互通信，相互协作，共同的去完成。

简单来说，一项网络应用中涉及到的双方最终要实现的功能是：

（1）通信（数据的搬运，从源到目的）

（2）理解（对方的意图）

（3）合作（给予对方所要求的，共同配合完成同一个应用）

这三个功能也就是网络分层模型要解决的问题。

3、网络体系结构

为了完成网络上各计算机之间的通信合作，人们把每个计算机互联的功能划分成有明确定义的层次，并规定同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务。

计算机网络的体系结构（architecture）是计算机网络的分层、各层协议、功能和层次接口的集合。

分层的思想以及各层的关系，也经常表现在生活中，可以通过一个实例来说明，见下图。

这张图是当前实际运行的邮政系统的工作流程示意图，图中清楚地表明了信件发送和接收的过程。

书写信件

-粘贴邮票投递进信箱

通信者活动界面

通信者活动界面

收集信件

-加盖邮戳

邮件分检

邮局服务业务

邮局服务业务

邮件打包

-转送运输部门

邮局转运业务

邮局转运业务

择运输L路径（路由）

运输部门的（邮件）运输业务

发信者

收信者

信箱取信I阅读邮件丁

邮件投递I邮件分检」—

接收邮件I邮件拆包丁

转送邮局I接收邮件了

在分层的体系结构中，总是有下列这些特点：

上层总是建立在下层的基础之上；

上层对下一层提出应用需求；而下层总是对上一层提供所需的服务;

体系结构的相邻两层就是服务和被服务的关系。

4、层次化网络体系结构的特点

1各层之间相互独立。

这样，某一高层只需知道如何通过接口（界面）向下一层提出服务请求，并使用下层提供的服务，并不需要了解下层执行时的细节。

2结构上独立分割。

由于各层独立划分，因此，每层都可以选择最合适的实现技术。

3灵活性好。

如果某一层发生变化，只要接口的条件不变、则以上各层和以下各层的工作均不受影响，这样，有利于技术进步和模型的修改。

4易于实现和维护。

整个系统被分割为多个部分，系统变得容易实现、管理和维护。

5有益于标准化的实现。

由于每一层都有明确的定义，十分利于标准化的实施。

一般网络体系结构分划的基本原则是：

把应用程序和网络通信管理程序分开；按照信息在网络中传输的过程,将通信管理程序分为若干个模块；把原来专用的通信接口转变为公用的、标准化的通信接口。

此外，分划还应该满足的原则是：

>层次划分不要太多，多则复杂；

A每层完成特定功能；

>每层相互独立，互不干扰；

>相邻两层通过接口联系；

>同一层次还可以再设立子层。

5、两大网络模型之OSI参考模型

国际标准化组织（InternationalS