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计算机网络基础课教案

河南工业职业技术学院计算机网络基础课教案No1

授课时间

班级

基本课题第一章计算机网络概述

（一）

目的要求

能对计算机网络知识有一个较全面和系统地了解；

掌握计算机网络的基本概念，理解网络基本原理；

掌握计算机网络的基本知识和常用的网络操作和使用技术，了解网络的发展趋势和新技术

主要内容及重点难点

1、计算机网络的产生和发展

2、计算机网络的定义

3、计算机网络的连接需求

教学方法及教学手段

讲授法

作业（思考题）

教师：

涂豫2006-2-6

第一章计算机网络概述

1-1计算机网络的形成与发展

计算机网络是计算机技术与通信技术紧密结合的产物。

一、计算机网络的形成

   任何一种新技术的出现都必须具备两个条件，一是强烈的社会需求，二是前期技术的成熟。

计算机网络技术的形成与发展也遵循这样一个技术发展轨迹。

n

单机（1946年——ENIAC诞生）

大、中、小型机—庞大，昂贵

缺点——资源无法共享

n

网络

始于50’s，近20年发展迅速。

发展的动力：

–  

资源共享的需求

–  

大型项目的合作

–  

人与人之间的沟通

  20世纪50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统（SAGE的开发始了计算机技术与通信技术相结合的尝试。

   SAGE系统需要将远程雷达与其他测量设施连接起来，使得观测到的防空信息通过总长度达2，410，000KM的通信线路与一台IBM计算机连接，实现分布的防空信息能够集中处理与控制。

   要实现这样的目的，首先要完成数据通信技术的基础研究。

   1954年，一种叫收发器的终端研制成功，人们用它首次实现了将穿孔卡片上的数据从电话线路上发送到远地的计算机，此后电传打字机也作为远程终端和计算机相连。

而计算机的信号是数字脉冲，为使它能在电话线路上传输，须增加一个调制解调器，以实现数字信号和模拟信号的转变。

用户可在远地的电传打字机上输入自己的程序，而计算机算出的结果又可从计算机传送到电传打字机打印出来。

计算机与通信的结合开始。

   ——面向终端的远程联机系统（以单个计算机为中心）

   这一阶段研究的典型代表有：

美国飞机定票系统SABER，

美国半自动防空系统SAGE，

美国通用电气公司的信息服务网（GEInformationServicesNetwork）。

   随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求。

   这种需求主要来自军事、科学研究、地区与国家经济信息分析决策、大型企业经营管理。

他们希望将分布在不同地点的计算机通过通信线路互联成为主计算机——计算机网络。

网络用户可以通过计算机使用本地计算机的软件、硬件与数据资源，也可以使用联网的其他地方的计算机软件、硬件与数据资源，以达到计算机资源共享的目的。

    这一阶段研究的典型代表：

美国国防部高级研究计划局的ARPANET（通常称为ARPA网）。

    随着个人计算机（PC）与工作站的出现与广泛应用，小范围的多台计算机联网的需求日益强烈。

    20世纪70年代初，一些大学和研究所为实现实验室外或校园内多台计算机共同完成科学计算与资源共享的目的，开始了局域计算机网络的研究。

   这一阶段研究的典型代表：

加州大学的NEWHALL环网

美国XEROR公司的ETHERNET网

英国剑桥大学的CAMBRIDGERING环网。

二、计算机网络发展阶段的划分

从体系结构来观察，网络的发展可分为四个时代：

 联机终端系统

 以通信子网为中心

采用标准化的层次体系结构

 以Internet为主体

1.以主机为中心的联机终端网络系统

 20世纪60年代以前。

。

。

 特征——共享主机资源

– 单台主机——计算、通信

– 多台终端——用户交互

– 本地、远程连接

例子

–美国的飞机订票系统SABRE-1

1HOST

2000Terminal

通信线路（电话线路）

–此结构的网络至今仍在使用

缺点

– 主机负荷重，数据处理＋通信

– 线路利用率低

2.主机－主机网络

20世纪60’s–20世纪70’s

特征

–单主机终端网络的互联，形成多主机为中心的网络

–网络结构从“主机－终端”转变为“主机－主机”

主机－主机网络的演变

n演变阶段1

   通信任务从主机中分离

–  CCP-通信控制处理机

•  专门处理主机之间的通信任务

 两层网络概念的出现

– 由CCP组成的传输网络——通信子网，为资源子网提供信息传输服务

主机的集合——资源子网，提供各种网络资源，建立在通信子网基础上（可多系统并存）

演变阶段2

   –通信子网规模扩大，私有→社会公用

–  公用数据通信网  •PSTN •X.25

  –优点

•  降低用户系统建设成本

•  通信线路利用率高

•  兼容性好

例子

–因特网的前身——ARPANET

•   美国军方建立的实验性网络

•   最初4个节点→70’s的60多个节点

•   地域跨越美洲、欧洲

•   具有现代网络的许多特征，例如

–   分组交换

–   分层次的网络协议

第二代计算机网络的不足之处

–   网络普及程度低

–   标准不统一

–   网络体系结构的研究不成熟

3.采用标准化的层次体系结构

 20世纪70’s-90's

不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力

各厂商、研究机构、大学在网络技术、方法、理论等方面的研究日趋成熟是其基础

标准化过程的两个阶段:

–

厂商标准：

IBM-SNA,DEC-DNA

  缺点：

适用范围：

兼容性？

技术垄断：

竞争？

标准不统一：

用户利益？

•标准制定问题

标准化任务只能由不偏向于任何厂商的非盈利中立组织来制定

例外——“事实上的标准”，如TCP/IP

 –国际标准：

ISO-OSI/RM

  •OpenSystemInterconnection/RecommendedModel

     （开放系统互联参考模型，简称OSI参考模型）

  •OSI参考模型是一种概念上的网络模型

  •其标准保证了不同网络设备之间的兼容性和互操作性

  •规定了网络体系结构的框架

  •只说明了做什麼（WHATTODO）而未规定怎样做（HOWTODO）

  •现在的计算机网络均是在OSI/RM的框架下运作的

–PC导致了局域网的出现

  •局域网的标准：

IEEE802

  •IEEE802也符合OSI/RM标准

  •开始就建立在标准化的基础上

4、以Internet为主体

 20世纪90’s-至今

- Internet空前发展

- Web技术在Internet/Intranet得到广泛应用

▪

 Internet的发展速度

-- 是历史上发展最快的一种技术以商业化后达到5000万用户为例：

• 电视用了13年，收音机用了38年，电话更长

• Internet从商业化后达到5000万用户用了4年时间

▪   Internet正在以超过摩尔定理（莫尔定理预测，微电子芯片的计算功能每18个月就会提高一倍）的速度发展

▪

有远见的政府不断支持：

1969－美国、欧洲

▪

有风险的企业参与和投入：

- NFS：

MCI、IBM

- vBNS：

MCI；Abilene:

Qwest，CISCO

▪

联合协作的开放式研究：

IETF/RFC

▪

教育和科研的示范网络为起点

-

具有实验物理学的研究特点

- ARPAnet、NSF、ANS、vBNS

▪

简单实用的技术路线：

TCP/IP

结构

三、计算机网络的发展趋势

   计算机网络的发展趋势可概括为：

一个目标、两个支撑、三个融合、四个热点。

1 1、个目标

   面向21世纪计算机网络发展的总体目标就是要在各个国家、进而在全球建立完善的信息基础设施。

     1993年美国政府制定了信息高速公路（即国家信息基础设施NII）发展计划，建设目标是在全国范围内建立为民众普遍服务的信息基础设施。

基本组成包括：

通信网、计算机、信息内容和各种年龄、背景的人

    1994年西方七国部长会议上提出了实话全球信息基础设施（GII）的若干原则。

    1998年美国政府又提出了实施数字地球的计划。

 （NII在建成之后，一个国家的信息网络能使任何人在任何地点、任何时间，可将文体、声音、图像、电视信息等各种媒体信息传递给在任何地点的任何人）

2 2、两个支撑

  微电子技术和光技术。

微电子技术的发展是信息产业发展的基础，也是驱动信息革命的基础。

  莫尔定理预测，微电子芯片的计算功能每18个月就会提高一倍。

这一发展趋势将会持续到2010年，那时芯片最多可包含10（10）个元件，理论上的物理极限是第个芯片可包含10（11）个元件。

INTEL期望在2011年能生产出每个芯片包含10亿个晶体管的产品。

  自1980年以来，微处理器的速度一直以每5年10倍的速度增长。

PC的处理能力在2000年达1000MIPS，预测在2011年可达10万MIPS。

驱动信息革命的另一个支撑技术是光电子技术。

评价光纤传输发展的标准是传输的比特率和信号在需要再生前可传输的距离的乘积，在过去10年间，该性能每年翻一番，这种增长速度可望再持续10年到15年。

  在单一光纤上传输100Gbps含40种波长的商用系统已在2000年实现，可同时传送100万个话音和1500个电视信道。

3、三个融合

   支持全球建立完善的信息基础设施的最重要的技术是计算机、通信、信息内容这三种技术的融合。

计算机：

计算机硬件、计算机软件以及相应的服务；

通信：

电话、电视电缆、卫星以及无线通信等；

信息内容：

教育、娱乐、出版、信息提供者等。

   电信网、电视网、计算机网三种网络的全一是当前网络发展的趋势。

其最重要的技术基础是数字化。

4、四个热点

（1）、多媒体

   随着数字化技术的成熟，数据、文本、声音、图像这些媒体都以数字化，从而产生多媒体技术。

   多媒体的应用有视频点播、交互视频、包括视频的协同工作、文件共享、白板、教程医疗和远程教学。

   所有多媒体应用的共性是需要大量带宽和处理能力，多媒体应用是促进技术和行业融合的强大市场驱动力。

（2）宽带网

   要建立真正的宽频带多媒体网络，达到信息高速公路的目标，需要高速的传输载体，信息高速公路的载体有两个技术特征：

一个是在任何时间、任何地点都能提供全彩色、全动态的视频信号，另一方面要提供全交互的、双向的信息流通信。

传统的电话通信可在全世界范围实现双向通信，但接入最终用户的容量有限。

传统的电缆网容量大，但是单向传输，没有交互通信能力。

光缆的出现，极大地改观了网络带宽的现状。

同时由于采用了先进的压缩技术，可以在同样带宽的信道上传输更多的信息。

（3）移动通信

   便携式智能终端PCS可以使用无线技术，在任何地方以各种速率与网络保持联络。

这些PCS系统支持语音、数据和报文等各种业务。

（4）信息安全

    当前网络与信息的安全受到严重的威胁，一斋由于Internet的开放性以及安全性不足，另一方面是由于众多的攻击手段（病毒、陷门、隐通道、拒绝服务、侦听、欺骗、口令攻击、路由攻击、中继攻击、会话窃取攻击等）

    以破坏系统为目标的系统犯罪，以窃取信息、篡改信息、传播非法信息为目标的信息犯罪。

    为了保证信息系统的安全，需要完整的安全保障体系，具有保护功能、检测手段，以及攻击的反应和事故恢复能力。

河南工业职业技术学院计算机网络基础课教案No2

授课时间

班级

基本课题第一章计算机网络概述

（二）

目的要求

能对计算机网络知识有一个较全面和系统地了解；

掌握计算机网络的基本概念，理解网络基本原理；

掌握计算机网络的基本知识和常用的网络操作和使用技术，了解网络的发展趋势和新技术

主要内容及重点难点

1、计算机网络的分类

2、计算机网络体系结构

3、计算机网络的发展趋势

教学方法及教学手段

讲授法

作业（思考题）

教师：

涂豫2006-2-6

1-2计算机网络的定义与分类

一、计算机网络的定义

计算机网络是地理上分散的多台独立自主的计算机遵循约定的通信协议，通过软、硬件互连以实现交互通信、资源共享、信息交换、协同工作以及在线处理等功能的系统。

归纳：

自主计算机的互连集合

自主：

不是主从关系（主控/从属、主机/终端）

互连：

以任何通信介质（铜线、光纤、红外线、激光、微波、卫星）

类似系统1、终端分时系统2、多机系统3、分布式系统

1、计算机网络与终端分时系统

从设备在系统中的地位进行比较：

分时系统

计算机网络

主机以分时方式为终端服务

每台计算机地位平等，互相共享

终端完全依赖于主机

每台计算机都能独立工作

主机与终端是支配与被支配的关系，数据处理-用户交互

资源分布

资源高度集中，由许多用户共享

终端之间无联系

2、计算机网络与多机系统

从耦合度和用途方面进行比较：

多机系统

计算机网络

设备之间耦合度紧

网络设备之间耦合度松

设备分布近

设备分布相对较远

传输速度快

传输速度快

主要用途为科学计算

主要用途为资源共享

3、计算机网络与分布式系统

从协调性和用途两方面进行比较

分布式系统

计算机网络

在分布式OS统一调度下，各计算机协调工作，共同完成一切任务，如并行计算；用户面对的是一台逻辑上的计算机，组成分布式系统的怎样协同工作，对用户透明

主要用途为科学计算数据处理

非协调性的各计算机对用户非透明，用户必须指定资源的位置主要用途为资源共享

分布式系统往往是基于计算机网络来实现的。

二者有很多相通之处

二、计算机网络的分类

1、按距离

局域网LAN

城域网MAN

广域网WAN

范围

小，＜20KM

中等，＜100KM

大，＞100KM

传输技术

基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低

宽带/基带

宽带，延迟大，出错率高

拓扑结构

总线，环

总线

不规则，点到点

2、按拓扑结构

星形

有一个中心节点，其它节点与其构成点到点连接中心节点可以是智能设备，也可以是非智能设备

树形

一个根结点、多个中间分支节点和叶子节点构成

总线

所有节点挂接到一条总线上

广播发送  需要有介质访问控制规程以防止冲突

环形

所有节点连接成一个闭合的环 

结点之间为点到点连接

网状

点到点部分连接--多用于广域网

全连接点到点全连接

随节点数的增长，建造成本急剧增长，所以只适用于节点数很少的广域网中

3、按各站点地位

☞–  对等（PeertoPeer）网

☞–  基于服务器的网络

4n按介质访问控制方式

 ––?

以太网（Ethernet）

–– ?

令牌网（TokenRing）

5n按NOS或协议（非正式）

 –?

Novell网络

 ––?

WindowsNT网络

–– ?

TCP/IP网络

1.3计算机网络的组成与结构

计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。

它在结构上必然分成两个部分：

负责数据处理的主计算机与终端；

负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路。

   从计算机网络组成的角度看，典型的计算机网络从逻辑功能上可以分为:

资源子网

通信子网分。

☞•通信子网由分组交换结点（简记为R）及连接这些结点的链路组成，负责在主机（Host，简记为H）间传输分组。

☞•资源子网由连在网上的主机构成，为网上的用户提供共享资源，入网途径和方法。

☞•局域网中的每台主机都通过网卡连接到传输介质上，网卡负责在各个主机间传递数据，显然，网卡和传输介质构成了局域网的通信子网，而主机集合则构成了资源子网。

1-5典型计算机网络

一、ARPANET

产生背景：

60年代中期，冷战高峰，美国想建设一个核战争情况下的网络，传统电路交换网络太脆弱，不满足要求。

ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）负责研制，采用分组交换，subnet和hostcomputer两极结构。

由称为IMP（InterfaceMessageProcessors）的小型计算机和线路组成；

存储转发模式

1968年12月，BBN公司负责建网，采用改进的HoneywellDDP-316小型机作为IMP，IMP间用56Kbps租用电话线连接。

软件分为两部分：

subnet和host，

1969年12月，建成四个节点的网络，发展迅速

网络的发展暴露出协议软件的不足，1974年，TCP/IP模型和协议诞生。

TCP/IP协议软件被集成进BerkeleyUNIX中，并开发出socket接口。

TCP/IP便于LAN接入ARPANET

1983年，ARPA将ARPANET交给DCA（DefenseCommunica-tionsAgency），DCA将军用部分分离出来，构成MILNET。

80年代，网络规模扩大，出现DNS（DomainNamingSystem）

1990年，ARPANET停止运行，MILNET仍在工作。

二、NSFNET

二十世纪七十年代末，大学通过网络进行研究的需要促使NSF（U.S.NationalScienceFoundation）建立一个虚拟网络CSNET。

1984年，NSF开始设计一个高速网络，对所有大学和研究机构开放。

NSF建立了一个骨干网，把六个超级计算机中心连接起来。

56Kbps租用线路，软件使用TCP/IP技术，成为第一个TCP/IP广域网。

1990年，MERIT、MCI和IBM公司成立一个非赢利机构ANS（AdvancedNetworksandServices）管理NSFNET，把骨干网带宽从1.5Mbps升级为45Mbps（ANSNET）。

1991年，1991年，NREN（NationalResearchandEducationalnetwork）启动，研究NSFNET的下一代，目标是达到G比特。

995年，ANSNET卖给AmericaOnline。

单一骨干网结构被商业驱动的、竞争的多骨干网结构替代。

三、七十年代的计算机网络

-  X.25分组交换网：

各国的电信部门建设运行

-   各种专用的网络体系结构：

SNA，DNA

-  Internet的前身ARPANET进行实验运行

四、八十年代的计算机网络

-   标准化计算机网络体系结构：

OSI

-   局部网络LAN技术空前发展

-   建成NSFNET，Internet初具规模

五、九十年代的计算机网络

-  Internet空前发展

-  Web技术在Internet/Intranet得到广泛应用

六、Internet发展阶段、规模和趋势

Internet的发展阶段

Internet起源于ARPA（advancedresearchprojectagency美国国防部高级研究计划局）网。

1969年1969~83年Internet的形成阶段（研究试验阶段）——主要用作网络技术的研究和试验，在一部分美国大学和研究部门中运行和使用。

1983~94年Internet的实用阶段——在美国和一部分发达国家的大学和研究部门中得到广泛使用，用为教学、科研和通信的学术网络。

1994~Internet的商业阶段——遍及生活的各个领域。

Internet的发展速度

是历史上发展最快的一种技术

以商业化后达到5000万用户为例

•   电视用了13年，收音机用了38年，电话更长

•  Internet从商业化后达到5000万用户用了4年时间

 Internet正在以超过摩尔定理的速度发展

七、国际高速信息网络技术研究计划

§   1992年美国政府的“国家信息基础设施NII”

§     1993年西方七国的“全球信息基础设施GII”

§   美国NII组成部分“高性能计算和通信HPCC”

§    NGI和vBNS

§Internet2和Abilene

§TransPAC、APAN、STARTAP

§CANARIE和CA*net3

1）NGI：

美国下一代Internet研究计划

§   美国总统和副总统宣布启动NGI（1996.10.10）

§   保证美国的重要利益

保持技术领先，创造更多的就业和市场机会

2）Internet2

§     UCAID（120多个大学会员）的一项研究计划

§   UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment形成大学试验网，开发下一代Internet技术和应用

-  IPv6，Multicasting，QOS

-   以竞争方式得到NGI计划的经费支持

§      NGI是政府计划，Internet2是大学合作计划

-   相互补充，相互依靠

§Internet2和NGI的合作范围

-  NSF支持的vBNS

-   Internet2将建立用于地区连接的gigaPoP

-  Internet2的许多网络应用开发由NGI支持

3）中国的高速计算机网络研究计划

§   国家“九五”、“十五”科技攻关项目

§   国家863高技术研究发展计划

   863-306，863-317

    中国高速信息示范网络CAINONET（863-300）

§   国家“十五”863高技术研究发展计划

-   §中国高速互连网络示范工程CAINET——中科院、上海市、广电部、铁道部联合建设

-§   中国高速计算机互连试验网络NSFCN