计算机网络教案中专.docx
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计算机网络教案中专
专业：
计算机应用
班级:
2011级计算机
课程名称：
计算机网络技术
模块一网络技术基础
本模块教学提要（重、难点）：
本模块教学重点为计算机网络的定义、计算机网络的系统组成、计算机网络的分类、网络拓扑结构、数据编码技术、数据传输方式及交换技术、数据通信基本概念、计算机网络体系结构、OSI、TCP/IP参考模型。
本模块难点为计算机网络的系统组成、数据编码技术、数据交换技术的基本概念。
课程内容：
本模块课程内容为：
①计算机网络的定义②计算机网络的发展历史③计算机网络的系统组成④计算机网络的分类⑤数据编码技术⑥数据传输方式及交换技术⑦计算机网络体系结构⑧参考协议标准
教学要求：
本模块作为引导篇章，应先从概念上认识一下网络，主要介绍了计算机网络的基本概念，在学习中要充分理解计算机网络定义的含义，在此基础上搞清网络系统的组成和分类，然后再了解数据通信的一些基本概念及数据通信中使用的编码技术，在此基础上学习数据传输方式和交换技术、网络体系结构、协议标准，这些知识是一个计算机应用技术及相关专业学生应掌握的基本知识。
特别强调要学好TCP/IP协议的工作原理。
实训指导：
实训一
（1）题目：
绘制校园网络拓朴结构图
（2）目的：
根据校园网的实际情况，熟悉各连接节点的物理位置与逻辑连接方式，掌握校园网络拓朴图绘制方法。
（3）内容与要求：
首先了解网络的规模、结构和任务需求；确定节点的位置与连接方式；确定连接设备名称和连接线型（双绞线和光纤）；绘制网络拓朴结构图。
实训二
（1）题目：
绘制OSI、TCP/IP参考模型图
（2）目的：
根据教材所介绍的内容，理解各参考模型的意义和作用，掌握OSI、TCP/IP参考模型图的绘制方法。
（3）内容与要求：
首先理解OSI、TCP/IP参考模型的分层方式，找出相同与不同点；确定各层的名称与作用；绘制OSI和TCP/IP参考模型图；比较两种参考模型的相同与异同之处。
知识目标
◆掌握计算机网络的定义；理解计算机网络的系统组成；掌握计算机网络的分类；熟悉网络拓朴结构含义与画法。
◆了解数据编码技术、数据传输方式及交换技术的基本概念；掌握数据通信中数据、信号、传输及传输速率的基本概念。
◆了解计算机网络体系结构，掌握OSI、TCP/IP参考模型分层方法，理解IEEE802局域网参考标准。
能力目标
◆能够根据网络分类方法，画出网络拓扑结构图；能够根据OSI、TCP/IP参考模型画出分层图。
课时安排：
16课时（14+2）
授课时间：
第一、二、三、四周
教学材料：
教材、教案、多媒体教室、机房
教学内容：
一、计算机网络概述
计算机网络是现代通信技术与计算机技术紧密结合的产物。
掌握计算机网络知识和网络操作技能是时代发展的需要，是社会进步的必然，是中职学生职业技能的重要体现。
1、网络概念
计算机网络是将地理上分散的且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信线路和设备相互连接起来，在软件支持下实现数据通信和资源（资源包括硬件、软件等）共享的系统。
对于这个定义可从以下几个方面进行理解：
（1）计算机网络是多个计算机的集合系统。
网络中的计算机最少是两台，大型网络可容纳几千台甚至几万台主机。
目前世界上最复杂的最大的网络就是国际互联网即因特网（Internet）。
这些计算机可处在不同的地理位置，小到一个房间，大至可在全球范围内。
网络中的各计算机具有独立功能，即没有主从关系，一台计算机的启动、运行和停止不受其他计算机的控制。
（2）网络中的各计算机进行相互通信，需要有一条通道，即网络传输介质，它可以是有线的（如双绞线、同轴电缆和光纤等），也可以是无线的（如激光、微波和通信卫星等），通信设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议传输数据的设备。
网络内的计算机通过一定的互联设备与通信技术连接在一起，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段。
因此，网络中的计算机之间能够互相进行通信。
（3）网络中的各计算机之间交换信息和资源共享，必须在完善的网络协议和软件支持下才能实现。
（4）资源共享是指网络中的计算机都可以使用其它各计算机系统提供的资源，包括硬件、软件和数据信息等。
2、网络基本组成
从网络系统基本组成讲，一个计算机网络主要分成计算机系统、数据通信设备、网络软件及协议三大部分；而从系统功能讲，一个计算机网络又可分为资源子网和通信子网两大部分。
（1）计算机系统
计算机系统是网络的基本模块，主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源。
计算机系统根据在网络中的用途可分为服务器和客户机。
（2）数据通信设备
数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，它提供各种连接技术和信息交换技术，主要由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备等组成。
（3）网络软件
网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、通信软件以及管理和服务软件等。
从计算机网络的系统功能来看，主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。
把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为通信子网，而把网络中实现资源共享的设备和软件的集合称为资源子网。
通信子网主要负责全网的数据通信，为网络用户提供数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作，它主要包括通信线路、网络连接设备、网络通信协议、通信控制软件等。
资源子网主要负责全网的信息处理，为网络用户提供网络服务和资源共享功能等，它主要包括网络中所有的主计算机、I/O设备、终端、各种网络协议、网络软件和数据库等。
3、网络类型
计算机网络分类的方法很多，按照计算机网络覆盖的地理范围来进行分类一般可分为：
局域网、城域网和广域网。
各类计算机网络的特征参数见下表
网络分类
缩写
分布距离约
计算机位于同一
传输速度范围
局域网
LAN
10m
100m
1km
房间
建筑物
校园
4Mbps~2Gbps
城域网
MAN
10km
城市
50Kbps~100Mbps
广域网
WAN
100km
国家
9.6Kbps~45Mbps
互联网
INTERNET
1000km
全球
（1）局域网（LocalAreaNetwork简写LAN）
局域网的覆盖范围一般为几千米以内，属于一个部门、单位或学校组建的小范围网。
通信线路一般采用有线传输介质，如光纤、电缆和双绞线。
其主要特点是信号的传输速度快、误码率低，网络的建造周期短、使用灵活。
局域网可以专为一个企业、学校或公司服务，即属于某个组织完全拥有。
局域网一般无须租用电话线，而使用专门建立的数据通信线路。
局域网易于建立、管理方便，可以随时扩充，因此发展很快，得到了广泛的应用。
（2）城域网（MetropolitanAreaNetwork，简写MAN）
城域网处于局域网和广域网之间，覆盖范围为几千米至几十千米，可作为多个单位或一个城市组建的计算机高速网络，因此称为城域网。
城域网的主要功能是为连入网络的企业、机关、公司和社会单位提供通信、数据传输，以及声音、图像的集成服务。
（3）广域网（WideAreaNetwork，简写WAN）
广域网又称远程网，是一种远距离的计算机网络。
其覆盖范围远大于局域网和城域网，通常可以覆盖一个省、一个国家或一个洲，可以从几十千米到几千千米。
由于距离遥远，信道的建设费用很高，因此很少像局域网一样铺设自己的专用信道，而是租用（或借用）电信通信部门的通信线路，如长途电话线、光缆通道、微波与卫星通道等。
世界上最大的广域网是国际互联网（Internet），又称因特网，是一个跨越全球的计算机互联网络。
它以开放的连接方式将各个国家、各个地区、各个机构，分布在世界每个角落的各种局域网、城域网和广域网连接起来，组成全球最大的计算机通信网络。
它遵守TCP／IP网络协议，以实现相互通信、资源共享。
4、网络功能
计算机网络发展迅猛，具有许多单机根本无法实现的功能，归纳总结如下：
（1）数据通信
（2）资源共享
（3）均衡使用网络资源
（4）分布处理
（5）数据信息的综合处理
（6）提高计算机的安全可靠性
5、发展过程
随着计算机的广泛使用，计算机之间联网成为计算机发展的必然趋势，计算机网络从形成、发展到广泛应用大致经历了以下几个阶段：
第一阶段：
远程终端联机阶段。
第二阶段：
计算机网络阶段。
第三阶段：
计算机网络互联阶段。
第四阶段：
信息高速公路阶段。
6、拓朴结构
网络的拓朴结构是指网络中计算机及其它设备的连接关系。
拓朴结构隐去了网络的具体物理特性（如距离、位置等）而抽象出节点之间的关系加以研究。
四种主要的拓朴结构为：
星型、总线型、环型、网格型。
（1）星型拓扑
星型结构以中央节点为中心，用单独的线路使中央节点与其它各站点直接相连。
（2）总线型拓朴
总线型拓朴结构采用单根传输线缆作为传输介质，即所有的计算机都连接到一条公共传输介质（或称总线）上。
任何一个站点发送的信号都可以沿着介质双向传播，而且能被其他所有站接收（广播方式）。
（3）环型拓朴
环型拓朴结构的特点是计算机相互连接而形成一个环。
实际上，参与连接的不是计算机本身而是环接口，计算机连接环接口，环接口又逐段连接起来而形成环。
（4）网格型拓朴
真正的网格型网络使用单独的电缆将网络上的设备两两相接，从而提供了直接的通信途径，不采用路由，报文直接从发送端送到接收端。
二、数据通信基础
（a）通信模型
工作站Modem公共电话网Modem服务器
（b）通信系统实例
1、基本概念
（1）数据
模拟数据是指在某个区间产生的连续的值。
数字数据是指在某个区间产生的离散的值。
（2）信号
信号是数据的表示形式，或称数据的电磁编码或电子编码。
它使数据能以适当的形式在通信介质上传输。
信号有模拟信号和数字信号两种基本形式。
（3）数据传输
数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。
（4）传输速率
数据传输速率是指每秒钟所能传输的位数，可用b/s（比特/秒）来表示，它可按下式计算：
S=（1/T）log2n
其中，T为脉冲宽度或脉冲重复周期；n是一个脉冲所表示的有效状态，即调制电平数。
2、数据编码技术
编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便于数据的传输和处理。
信号必须进行编码，使得与传输介质相适应。
在数据传输系统中，主要采用如下三种数据编码技术：
即数字数据的模拟信号编码、数字数据的数字信号编码、模拟数据的数字信号编码。
（1）数字数据的模拟信号编码
①移幅键控法ASK：
是用载波频率的两个不同振幅来表示两个二进制值。
在有些情况下，用振幅恒定载波的存在与否来表示两个二进制值。
②移频键控法FSK：
是用载波频率附近的两个不同频率来表示两个二进制值。
这种调制方式不易受干扰的影响，比ASK方式的编码效率高。
③移相键控法PSK：
是用载波信号的相位移动来表示二进制数据。
在图1.8（c）中，信号相位与前面信号串同相位的信号表示0，信号相位与前面信号串反相位的信号表示1。
（2）数字数据的数字信号编码
①不归零制编码
②曼彻斯特编码
③差动曼彻斯特编码
（3）模拟数据的数字信号编码---脉冲编码调制
采样定理指出：
如果在规则的时间间隔内，以高于两倍最高有效信号频率的速率对信号f（t）进行采样的话，那么，这些采样值就包含了原始信号的全部信息。
利用低通滤波器可以从这些采样中重新构造出函数f（t）。
3、数据传输类型
（1）基带传输
在数据通信中，用典型的矩形脉冲表示二进制数据信号。
将矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带（简称基带）。
矩形脉冲信号就叫做基带信号。
在通道上直接传输基带信号的方法称为基带传输。
（2）频带传输
频带传输是指利用模拟通信信道传输数字信号的方法。
由于电话网是用于传输语音信号的模拟通信信道，并且是目前覆盖面最广的一种通信方式，为利用电话交换网实现计算机之间的数字信号传输，必须将数字信号转换成模拟信号。
为此，要在发送端选取音频范围的某一频率的正（余）弦模拟信号作为载波，用它运载所要传输的信号，通过电话信道将其送到另一端；在接收端再将数字信号从载波上取出来，恢复为原来的信号波形。
4、数据传输方式
（1）异步传输
异步传输是以字符为单位的数据传输。
（2）同步传输
同步传输是以数据块为单位的数据传输。
每个数据的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束，同步传输又分为面向字符的同步传输和面向位流的同步传输。
5、数据交换技术
在网络中常常要通过中间节点把数据从源站点发送到目的站点，以此实现通信。
这些中间节点并不关心数据内容，它的目的只提供一个交换设备，把数据从一个节点传向另一个节点，直至达到目的地。
（1）线路交换（CircuitSwitching）
①线路建立阶段
②数据传送阶段
③线路拆除阶段
（2）报文交换（MessageSwitching）
报文交换是网络通信的另一种完全不同的方法。
在这种交换方式中，两个工作站之间无需建立专用的通路。
相反，如果一个工作站想要发送报文，就把目的地址添加在报文中一起发送出去。
该报文将在网络上从一个节点被传送到另一个节点。
在每个节点中，要接收整个报文并进行暂时存储，然后经过路由选择再发送到下一个节点。
（3）分组交换（PacketSwitching）
①数据报（Datagram）
②虚电路（VirtualCircuit）
６、多路复用技术
多路复用技术（Multiplexing）是指为充分利用传输介质，在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。
（1）频分多路复用
频分多路复用是以信道频带作为分割对象，在发送端把要传输多路信号用互不重叠的频率分割开，用不同中心频率调制不同的信号，发送时在各自的信道中被传送到接收端，由解调器恢复成原来的波形。
为防止相互干扰，各信道之间由保护频带隔开。
（2）时分多路复用
时分多路复用是以信道传输时间作为分隔对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用，每个用户分得一个时间片，用户使用信道的所有带宽。
三、网络体系结构
1、协议与分层
（1）协议
（2）实体（3）分层
（4）服务（5）接口（6）体系结构
（7）服务与协议的关系
２、OSI模型
1984年，国际标准化组织（ISO）公布了一个作为未来网络协议指南的模型。
该模型被称作开放系统互连参考模型，又称为ISO/OSI参考模型。
OSI是OpenSystemsInterconnection的缩写。
OSI参考模型并不是一个真正具体的网络，它将整个网络的功能划分七个层次，分别为物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。
ISO/OSI参考模型及协议
3、TCP/IP模型
TCP/IP（TransmissionControlProtocol
/InternetProtocol）是传输控制协议/互联网络协议的缩写，当初是为美国国防部研究计划局设计的，其目的在于能够让各种各样的计算机都可以在一个共同的网络环境中运行。
在TCP/IP参考模型中，去掉了OSI参考模型中的会话层和表示层，同时将OSI参考模型中的数据链路层和物理层合并为网络接口层。
4、TCP/IP协议组工作原理
（1）IP地址
IP地址对网上的某个节点来说是一个逻辑地址。
它独立于任何特定的网络硬件和网络配置，不管物理网络的类型如何，它都有相同的格式。
IP地址是一个4字节的数字，实际上由两部分合成，第一部分是IP网络号，第二部分是主机号。
IP地址可分成五类，即A类、B类、C类、D类和E类。
（2）子网的划分
使用A类、B类或C类IP地址的单位可以把它们的网络划分成几个部分，每个部分称为一个子网。
每个子网对应于一个下属部门或一个地理范围（比如一座或几座办公楼），或者对应一种物理通信介质（比如以太网，点到点连接线路）。
它们通过网关互连或进行必要的协议转换。
（3）TCP/IP协议组的内容
除了TCP和IP协议以外，互联网协议中还包括很多其他的协议，TCP/IP参考模型与协议组中的关系见下图。
应用层
Telnet
FTP
SMTP
DNS
其它协议
传输层
TCP
UDP
互连层
IP
ARP
RARP
网络接口层
Ethernet
TokenRing
其它协议
５、OSI模型与TCP/IP模型比较
（1）结构的比较
OSI模型有7层，而TCP/IP模型只有4层。
两者都有网络层、传输层和应用层，但其它层是不同的。
两者的另外一个差别是有关服务类型方面。
OSI模型的网络层提供面向连接和无连接两种服务，而传输层只提供面向连接服务。
TCP/IP模型在网络层只提供无连接服务，但在传输层却提供两种服务。
（2）对两种模型的评价
OSI模型层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的；寻址、流量控制与差错控制在每一层都重复出现，降低了系统效率；数据安全性、加密与网络管理在模型设计初期被忽略了；模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合计算机与软件的工作方式。
6、IEEE802局域网参考标准
1980年2月，IEEE成立IEEE802委员会，专门研究局域网的体系结构和相关标准，在此基础上产生了局域网的参考模型。
IEEE802局域网参考模型见图1.16，它说明了局域网的体系结构，以及与OSI模型的关系。
IEEE802参考模型主要涉及OSI模型的物理层和数据链路层。
四、技能实训
实训一
（1）题目：
绘制校园网络拓朴结构图
（2）目的：
根据校园网的实际情况，熟悉各连接节点的物理位置与逻辑连接方式，掌握校园网络拓朴图绘制方法。
（3）内容与要求：
首先了解网络的规模、结构和任务需求；确定节点的位置与连接方式；确定连接设备名称和连接线型（双绞线和光纤）；绘制网络拓朴结构图。
模块二网络设备
本模块教学提要（重、难点）：
本模块教学重点为网络传输设备网卡、路由器、交换机的工作原理及应用，网关和网桥的应用；
本模块难点为各种计算机网络设备的应用。
课程内容：
本模块课程内容为：
①网卡的定义、功能以及使用方法②交换机的定义、种类及工作原理③路由器定义、功能④网桥和网关的含义、功能及适用场合
教学要求：
本模块介绍连接网络的各种接口设备及网间互联设备的性能与应用。
通过学习本模块应充分了解各种网络设备在实际中的使用特性，对网络设计和组建以及异种网络之间的互联有一定的指导作用。
实训指导：
实训一
（1）题目：
认识网络设备
（2）目的：
通过本次实训，能够熟练地辨别各种常用的网络设备，包括网卡、交换机和路由器以及它们的类型，进一步理解这些设备的功能。
（3）内容与要求：
观察网卡的外形特征，记录其总线接口类型和网络接口类型，进一步熟悉网卡的分类及用途，了解目前常用的网卡型号；观察交换机的结构特征，记录其端口数，进一步熟悉交换机的分类及其适用场合，了解目前常用的交换机型号；观察路由器的外形特征，熟悉它的分类及适用场合，了解目前常用的路由器型号。
知识目标
◆掌握网卡的定义、功能以及安装步骤；了解网卡按照不同的标准所划分的种类；熟悉选购网卡时的注意事项。
◆掌握交换机的定义、工作原理；理解二层交换和三层交换的含义；了解交换机的种类以及选购标准。
◆掌握路由器的定义、功能；了解路由器的选购标准。
◆了解网桥和网关的含义、功能及适用场合。
能力目标
◆能够根据网络设备的外形特征辨别出设备的名称、类型，并能说出该设备的用途。
课时安排：
12课时（6+6）
授课时间：
第六、七、八周
教学材料：
教材、教案、多媒体教室、机房
教学内容：
一、网卡
网卡（NetworkInterfaceCard）又称为网络接口卡或网络适配器，是局域网组网的核心设备，它提供接入LAN的电缆接头，每一台接入LAN的工作站和服务器，都必须使用一个网卡连入网络。
1、网卡的功能
网卡的功能是将工作站或服务器连接到网络上，实现网络资源共享和相互通信。
2、网卡的种类
（1）按总线接口类型划分
①ISA总线网卡②PCI总线网卡
③PCMCIA总线网卡④USB接口网卡
（2）按网络接口划分
①RJ-45接口网卡②BNC接口网卡
③AUI接口网卡④FDDI接口网卡
⑤ATM接口网卡
3、网卡的选购
在组网时是否能正确选用、连接和设置网卡，往往是能否正确连通网络的前提和必要条件。
一般地，在选购网卡时要考虑以下因素：
（1）网络类型
（2）传输速率
（3）总线类型
（4）网卡支持的电缆接口
（5）价格与品牌
4、网卡的安装
网卡是网络的重要组成器件之一，网卡的好坏直接影响网络的运行状态。
安装网卡包括网卡的硬件安装、连接网络线、网卡工作状态设置和网卡设备驱动程序的安装。
二、交换机
交换机的英文名称为Switch，从外观上看，它是带有多个端口的长方形盒状体。
交换机是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。
广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
1、交换机的工作原理
（1）“共享”与“交换”数据传输技术
（2）数据传递方式
2、交换机的分类
（1）从网络覆盖范围划分
①广域网交换机②局域网交换机
（2）根据传输介质和传输速度划分
①以太网交换机②快速以太网交换机
③千兆以太网交换机④10千兆以太网交换机
⑤ATM交换机⑥FDDI交换机
（3）根据应用层次划分
①企业级交换机②校园网交换机
③部门级交换机④工作组交换机
⑤桌面型交换机
（4）根据交换机的结构划分
①固定端口交换机②模块化交换机
（5）根据交换机工作的协议层划分
①第二层交换机②第三层交换机
③第四层交换机
3、第二层交换技术
“第二层交换”是指OSIRM第二层或称MAC层的交换。
第二层交换机的引入，使得网络站点间可独享带宽，消除了无谓的碰撞检测和出错重发，提高了传输效率，在交换机中可并行地维护几个独立的、互不影响的通信进程。
在交换网络环境下，用户信息只在源节点与目的节点之间进行传送，其他节点是不可见的。
但第二层交换机仍可能存在“广播风暴”，从而导致网络性能下降。
4、第三层交换技术
随着Internet、Intranet的迅猛发展和B/S模式的广泛应用，跨地域、跨网络的业务急剧增长，用户深感传统的路由器在网络中的瓶颈效应，改进传统的路由技术已迫在眉睫。
在这种情况下，一种新的路由技术应运而生，这就是第三层交换技术。
说它是路由器，因为它可操作在网络协议的第三层，是一种路由理解设备并可起到路由决定的作用；说它是交换器，是因为它的速度极快，几乎达到第二层交换的速度。
5、交换机的选购
（1）注意合适的尺寸
（2）交换的速度要快
（3）端口数能够升级
（4）根据使用要求选择合适的品牌
（5）管理控制功能要强大
（6）其他细节要点
三、路由器
路由器是连接异型网络的核心设备。
路由器工作于网络层，它具有不同网络间的地址翻译、协议转换和数据格式转换的功能，以实现广域网之间、广域网和局域网之间的互联。
1、路由器的基本功能
（1）实现IP、TCP、UDP、ICMP等互联网协议。
（2）
升级会员 