计算机网络教案.docx
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计算机网络教案
《计算机网络》教案
第一章网络基础
学习目标：
1、了解计算机网络的基本概念以及计算机网络的应用范围和发展前景
2、了解网络类型的分类，以及各种网络类型的特点
3、了解对等式与主从式网络
4、了解几种常用的操作系统
5、掌握osi参考模型的优点、各层的功用以及osi模型七层的运作方式
6、掌握dod模型的四个分层，以及与osi参考模型的关系
本章重点：
●什么是计算机网络
●资源共享
●对等式与主从式网络
●网络操作系统
●0Sl模型
本章难点：
●OSI参考模型的七层，各层的功能
●OSI模型七层的运作方式
讲授方式：
面授，参观调查
课时分配：
2+2
参观调查内容：
实训一
思考题：
习题集一
讲授内容：
1．1网络基本概念
一、计算机网络的应用范围和发展前景
1、数字通信
●网络电话技术（IP电话）
●视频会议技术384~2048kbps
●电子邮件服务：
2、分布式计算
3、网络门户服务IDCASP
Idc是internetdatecenter
ASPapplicationserviceprovider
（网上应用服务供应商）
好处：
IDC和ASP服务的好处有：
集中提供服务可以节约费用、可以集中少量高级专业人才提供高质量的服务、有利于服务平台硬件和软年的升级换代。
具有安全、交效、性价比高等显著优点。
4、信息查询：
搜索引擎（）
5、网上教育“任何人、任何地点、作何时间、可以学习任何课程”
6、虚拟现实
7、电子商务EB和EC（电子商情、电子广告、电子交易、电子购物等）
8、家庭自动化（智能化小区）
二、什么是计算机网络？
计算机网络就是利用通信线路和通信设备将分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，在网络软件的支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享的系统。
思考：
资源包括哪些？
答：
文件（文件夹共享）、信息（电子邮件）、外设（打印机、传真机、扫描仪等）、应用程序
1．2网络类型的分类
网络依规模大小可区分成三种类型：
局域网、城域网与广域网。
表1-1网络类型的比较
┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━┓
┃网络类型┃范围┃传输速度┃成本┃
┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━┫
┃局域网┃2km内，同一栋建筑物内快┃便宜┃
┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━┫
┃城域网┃2～10km，同一都市内┃中等┃昂贵┃
┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━┫
┃广域网┃10km以上，可跨越国家或洲界┃慢┃昂贵┃
┗━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━┛
提示：
以上分类方式经常因人而异。
例如：
因为城域网的规模介于局域网与广域网之间，彼此的分界并不是很明确，所以有些人在区分网络类型时，只分成局域网与广域网两类，而略过城域网。
（互联网的出现，使计算机网络从局部到全国进而将全世界联成一片，这就是Internet网。
）
1．3对等式与主从式网络
网络按操作的方式可分为对等式（Peer-to-peer）与主从式（Client-to-server）两种网络。
一、主从式网络中的计算机可分为客户端与服务器，客户端可对服务器请求资源。
服务器会根据其提供的服务，而配备较好的硬件设备
1、服务器：
通常是指提供服务的计算机，例如：
网络上有A、B、C三台计算机，其中C计算机提供自己的打印机与硬盘给A、B两台计算机使用，于是C计算机便扮演了打印机服务器与文件服务器两种
角色
2、客户端：
至于A、B这两台享受服务的计算机，则通常称为客户端（Client）。
3、优点：
与对等式网络相比较，主从式网络最大的优点即适用于较大的网络，资源集中无论是访问还是管理，都较简单。
缺点：
对服务器要求高、对管理员要求高。
二、对等式网络则是每部计算机可同时扮演客户端与服务器的角色，可提供资源给其他计算机，也可以向其他计算机请求资源。
优点：
架设容易，且成本低廉。
缺点：
网络规模大时，资源分散、管理困难，对网络用户要求较高。
三、虽然理论上可区分上述两种网络操作方式，不过实际上，大多数的网络系统都结合了这两种方式，可称为混合式网络。
1．4网络操作系统
一、NOVELL--NetWare操作系统
1、发展
2、Novell局域网是Novell公司开发的高性能的基于微机的计算机网络系统，NetWare是它的网络操作系统。
3、Novell的基本组成：
1）文件服务器2）工作站3）网卡
二、WindowsNT是具有Windows图形用户界面，内置网络功能，支持32位操作系统
1、NT的发展:
WindowsNT总共历经三次主要改版,直至现在的windows2000（NT5.0）
2、NT的主要特点：
1）32位结构2）多平台支持3）多任务支持4）安全性5）多文件支持6）内置网络功能
三、linux
优点：
公开程序源代码、系统非常稳定，性能极佳，且网络功能超强
缺点：
字符界面，对用户要求高，硬件支持较差，可用的软件较少
1．50Sl模型
一、为什么要制定osI模型?
20世纪80年代末90年代初，网络的规模和数量迅猛增长。
但是，许多网络都是基于不同的软件和硬件实现的，这使得他们之间互不兼容，而且很难在使用不同标准的网络之间进行通信。
为了解决这个问题，国际标准化组织（ISO）研究了许多网络方案，建立了一种可以有助于网络的建设者们实现网络、并用于同通信和协同工作的网络模型，并于1984年公布，这就是OSI参考模型。
二、网络分层的目的
1、将网络通信分解成更小、更简单的模块以便于研发。
2、将网络部件标准化，从而可以让进行研发和提供支持
3、允许不同类型的网络硬件和软件相互通信
4、防止某一层的变更回影响到其他层，从而可以更快的发展
5、将网络通信分成较小的部分，学习时会更易于理解。
三、学习OSI参考模型的作用
1、学习关于层次的概念有助于理解一台计算机与另一台计算机之间的通信过程。
2、学习各个层次的基本功能是开始设计、构建以及解决网络故障的基础。
四、
1、7层包括：
应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层（由高到低）
OSI模型的每一层都有它必须实现的功能，以保证数据能从源端传到目的端。
2、各层的功能如下：
第1层：
物理层（信号与介质）
此层主要包含以下3项：
>传输信息的介质规格。
>将数据以实体呈现并传输的规格。
>接头的规格。
第2层：
数据链路层（帧和介质访问控制）
此层的主要工作包含以下3项：
同步
数据链路层协议会在传送数据时，同时进行连接同步化，使传送与接收双方达到同步，确保数据传输的正确性。
检测
接收端收到数据之后，会先检查该数据的正确性，才决定是否继续处理。
制定介质访问控制方法
当网络上的多个设备要同时传输数据时，如何决定其优先顺序?
是让大家公平竞争、先抢先赢?
或是赋予每个设备不同的优先等级?
这套管理办法通称为介质访问控制方法（MediaAccessControlMethod，MACMethod）（第5章p58）
第3层：
网络层（路径选择、路由及逻辑寻址）
此层的主要工作包含以下两项：
定址
在网络世界里，所有网络设备都必须有一个独一无二的名称或地址，才能相互找到对方并传送数据。
至于究竟采用名称或地址?
命名时有何限制?
如何分配地址?
这些工作都是在网络层决定。
选择传送路径
若从传送端到接收端有许多条路径，要如何决定走哪一条应该考虑线路长短、质量、可靠度、使用率、带宽、成本等因素，才能选出最佳路径。
（路由）
第4层：
传输层（流量控制和可靠性）
此层的主要工作包含以下3项：
编定序号
当所要传送的数据量很大时，便会予以切割成多段较小的数据，而每段传送出去的数据，未必能遵循“先传先到”的原则，有可能“先传后到”，因此必须为每段数据编上序号，以利接收端收到后能组回原貌。
控制数据流量
控制数据流（DataFlow）的顺畅。
检测与错误处理
这里所用的检测方式，可以和数据链路层相同或不同，两者完全独立。
一旦发现错误，也未必要求对方重送。
例如：
TCP协议会要求对方重送，但UDP协议则不要求对方重送（详见第11章）。
第5层：
会话层
会话层建立、管理和中止两台通信主机之间的会话。
负责通讯的双方在正式开始传输前的沟通，目的在于建立传输时所遵循的规则，使传输更顺畅、有效率。
沟通的议题包括：
使用全双工模式或半双工模式?
如何发起传输?
如何结束传输?
如何设置传输参数?
第6层：
表示层
表示层确保一个系统应用层发送的信息可以被另一种系统的应用层读取。
此层的主要工作包含以下3项：
内码转换
表示层协议就可以在传输前或接收后，将数据转换为接收端所用的内码系统，以免解读有误。
压缩与解压缩
为了提高传输效率，传送端可在传输前将数据压缩，而接收端则在收到后予以解压缩。
恢复为原来的数据
加密与解密
第7层应用层
OSI参考模型中最靠近用户的一层，为用户的应用程序提供网络服务
3、OSI的3个较高层可归纳为应用层，处理与用户接口（telnet、http）、数据格式（ascii、jpeg）及应用进程访问（操作系统/应用访问的日程安排）有关的工作。
OSI较低的4层规定了如何通过互联网设备把数据在一条物理线路上传输到目标终端站并最终达到应用层的过程。
五、osi模型七层的运作方式
数据在传送端由上层到下层，每经过一层加上一些该层专用的信息（即为报头或报尾），这个过程称为封装。
到达接收端后，从最底层向上层传送，每过一层去掉该层所认识的报头（报尾），传到最上层时恢复原貌，这个过程称为解封装。
六、OSI模型的优点
1、分工合作，贵任明确
2、对等交谈
所谓“对等”是指所处的层级相同，“对等交谈”意即同一层找同一层谈
对于不同端、相同层的沟通约定，我们才称之为“协议”；至于在同一端、不同层的沟通程序，那不叫做通讯协议，而是称为“接口”
3、逐层处理，层层负责
1．6DoD模型
一、DoD模型又称Tcp/Ip模型，是互联网的实际标准，由美国国防部制定。
其实是先有了TCP／IP协议组合，后来才建立DoD模型，而OSI却是先有模型，后有协议。
二、四层简介（有些层的名字虽然和OSI参考模型中的名字一样，但是意义不同，有不一样的功能）
1、应用层
定义应用程序如何提供服务，并保证为下一层适当的讲述据分组。
例如：
浏览程序如何与WWW服务器沟通、邮件软件如何从邮件服务器下载邮件等。
2、传输层
又称为主机对主机（Host-To-Host）层，负责传输过程的流量控制、错误处理、数据重送等工作，TCP和UDP为此层最具代表协议。
3、网络层
又称为互联网（Intemet）层，决定数据如何传送到目的地，例如：
编定地址、选择路径等。
IP便是此层最著名的通讯协议。
4、数据链路层
又称为网络接口（NetworkInterface）层，负责对硬件的沟通。
例如网卡的驱动程序或广域网的FrameRelay便属于此层。
三、比较DOD模型和OSI模型
1、DoD模型与OSI模型有以下两点主要差异：
>DoD模型的应用层相当于OSI模型的第5、6、7层。
>DoD模型的数据链路层相当于OSI模型的第1、2层。
2、DoD模型的分工比较粗略，不像OSI模型那么精密与周详。
在实际操作中，DoD模型比较简单和有效率；在学习上，则以参考OSI模型较容易理清各层的职责。
第二章数据通信
学习目标：
1、了解模拟信号和数字信号的特点及数据的数字化技术。
2、理解基带编码技术与宽带调制技术
3、了解同步技术
4、理解单工与双工的工作模式
5、理解带宽的含义
本章重点：
●数字信号和模拟信号
●基带传输与宽带传输
●基带的信号发送与接收
●载波信号的调制与解调
●宽带调制技术
●同步化
●带宽
本章难点：
●带宽
●同步
●基带的信号发送与接收
讲授方式：
面授，
课时分配：
4
思考题：
习题集二
讲授内容：
数据要通过传输介质（Media）从发送端传递到接收端，先按照传输介质的特性，将数据转换成传输介质上所承载的信号（Signal）。
接收端自传输介质取得信号后，再将其还原成数据。
不同传输介质所承载的信号类型各不相同，信号的物理特性也各异但无论各种信号之间的差异有多大，将数据转换成各类信号的方式却大致相同，有共通的脉络可循。
2-1数字与模拟
一、数字与模拟
“数字”泛指一切可数的信息，“模拟”则是那些只能通过比较技巧进行区分的不可数信息。
二、
信号：
指的是所需的电压、光模式或调制的电磁波
模拟信号：
可以用波形进行图示，因为他们是逐渐的持续的发生变化的，模拟信号是一种能持续变化的电磁波。
（电话系统）
模拟信号具有以下特征：
1、波动性
2、持续变化的电压-时间图
3、反映事物的本质特征
4、在电信业已经被广泛使用了超过100年
三、数字信号：
几乎能瞬时的从一个状态转换为另一个状态。
（现代的局域网数字传输技术）
数字信号具有以下特征：
1、离散的、或跳跃的电压-时间图
2、反映技术的本质特征而不是时间的本质特征
四、数字信号和模拟信号
通常数字信号是描述传输计算机数据的一种非常近似的格式，因此绝大多数网络使用数字信号的描述方法。
数字信号的优点：
1、制造数字设备，较模拟设备便宜
2、数字信号开启或关闭的离散状态不会像一个连续波形那样容易受到一个较小的失真的影响。
模拟信号的优点：
1、容易进行多路复用，也就是联合起来增加带宽。
2、不容易衰减但放大信号时，噪声和信号也一起随之放大。
五、数据的数字化
模拟数据经过采样过程后就变成了数字信息，这种取样过程也常被称为“数字化”（digitize）过程。
2．2基带传输与宽带传输
一、基带传输与宽带传输
信号的传输方式分为两大类:
“基带（BASEband）传输”与“宽带（Broadband）传输”。
其中基带传输是“直接控制信号状态”的传输方式；宽带传输则是“控制载波（Carder）信号状态”的传输技术。
未经调制的电脉冲信号呈现方波形式，在直接和低频条件下就可传输，称为基带信号，在近距离范围内，基本信号功率衰减不大，故局域网都采用基带传输。
而在远程传输中，必须经高频调制后才能在信道进行传输，称为数字基带信号的载波传输或宽带传输。
二、基带的信号发送与接收
基带（BASEband）传输是“直接控制信号状态”的传输方式，是直接改变电位状态来传输数据（见图2-6）。
三、载波信号的调制与解调
载波是指“可以用来载送数据的信号”。
1、发送端的载波产生器输出正弦波信号给调制器。
2、调制器根据数据内容改变正弦波信号的物理特性，送出信号。
3、解调器收到信号后，拿它跟接收端载波产生器所输入正弦波信号相比较，过滤出物理特性上的变动。
4、解调器根据信号物理特性上的变动，还原出数据内容。
上述将数据放上载波的操作称为“调制（Modulation）”，执行调制操作的装置或程序称为“调制器（Modulator）”；而将数据与载波分离的操作称为“解调（Demodulation）”执行解调制操作的设备或程序称为“解调器（Demodulator）”。
四、载波传输不等于模拟传输、载波传输不等于单向传输
2．3基带编码技术
一、编码是指把1和0转换成某种真实的和物理的事务，比如：
●一条线路上的电脉冲
●一根光纤上的光脉冲
●进入空间的电磁波
二、二阶基带信号的编码方式
二阶信号:
指信号上仅能区分出两种逻辑状态。
以电流脉冲来说，便是两端电位的“高”与“低”
二阶基带信号的编码方式种类及每种的编码规则（p28-30）
三、多阶基带信号的编码方式
就三阶的电流脉冲而言，信号通常区分成三种电位状态，分别为：
“正电位”、“零电位”、“负电位”。
三阶的基带传输方式有：
>BipolarAlternateMarkInversion（BiDolar-AMI，双极交替记号反转）：
早期T-Carrier网络采用这种传输方式。
>Bipolar-8-ZeroSubstitution（B8ZS，双极信号八零替换）：
新式T-Cartier网络采用这种传输方式。
>Highdensitybipolar3（HDB3，高密度双极信号3）：
E-Carrier网络采用这种传输方式。
2．4宽带调制技术
一、调制：
发送端根据数据内容命令调制器（modulator）改变载波的物理特性使其能够携带信息。
“调制”常通过改变载波的“振幅、频率、相位”三种物理特性来完成。
控制载波振幅的技术称为“振幅调制”技术；控制载波频率的技术则为“频率调制”技术；控制载波相位的技术便是“相位调制”技术。
二、振幅调制技术
控制载波振幅的调制技术为“振幅调制”（AmplitudeModulation，AM）技术，数字振幅调制技术称为“振幅键控”（AmplitudeSlliftKeying，ASK）调制技术，它以振幅较弱的信号状态代表O，以振幅较强的信号状态代表1（p31图2-23）。
三、频率调制技术
控制载波频率的调制技术为“频率调制”（FrequencyModulation，FM）技术，数字频率调制技术称为“频移键控”（FrequencyshiftKeying，FsK）调制技术，它以频率较低的信号状态代表0，以频率较高的信号状态代表l（见p31图2-24）。
四、相位调制技术
控制载波相位的调制技术为“相位调制”（PhaseModulation，PM）技术，调制相位调制技术则称为“相移键控”（PhaseShiftKeying，PSK）调变技术，它以信号相位状态的改变代表1，以信号相位状态不变代表O（见p32图2-25）
五、正交幅度调制技术
QAM是一种结合ASK与PSK的综合型调制技术，同时控制载波的“振幅强度”与“相位偏移量”，让同一个载波信号得以呈现出更多的逻辑状态。
2．5同步化
接收端要顺利将信号转换成原先的数据，必须知道两件事:
“从哪个时间点开始检测信号的逻辑状态”与“传输一位所占用的时间”。
为解决第一个问题，传输控制机制都会定义一种“闲置（Idle）状态”。
不传送数据时，传输介质便处于闲置状态下。
一旦开始传送数据，便进入“数据传输状态”，并开始检测信号的逻辑状态。
要解决第二个问题，只需让发送端与数据端参考同一套时钟（Clock）即可。
但除非传送端通过另一条传输线路将时序信号传送给接收端，让接收端得以随时修正时序。
这个程序，便是“同步化”。
否则只要双方的时钟有些微的误差，长时间传输累积下来，便会使得取样过程出错，解译出错误的数据。
2．6单工与双工
进行信号传送的数据通道有三种方式：
单工、半双工、全双工
一、单工：
在此传输模式下，发送端只能发送信息出去，不能接收调制；接收端只能接收信息，不能发送信息出去。
例:
电视
二、半双工（HaIfDUOIex）
可在两个方向上传送流量，但某一时刻只能有一方进行传输。
即半双工传输方式使信号能朝任一方向传送，但不能朝两个方向同时传送，例：
对讲机
三、全双工
在此传输模式下通讯端可以同时进行数据的接收与发送操作。
例：
电话
2．7带宽
带宽：
用来描述在一个给定的时间内有多少信息能够从一个地方传输到另一个地方。
包括模拟信号带宽和数字信号带宽。
模拟信号：
信号带宽——信号频率的变动范围
数字信号：
线路带宽——线路传输速率（重点）
信息的最基本单位是比特，时间的最基本单位是秒，所以线路带宽的单位为b／s（BitPerSecond，每秒传输位数）。
第三章网络的组成元件
学习目标：
1、掌握几种常用的传输介质如同轴电缆、双绞线和光纤的特点及使用方法，掌握网线在不同网络环境中的制作。
2、掌握局域网的几种拓扑结构、特点及主要功能
3、掌握几种重要的网络设备的特点及主要功能
本章重点：
●双绞线
●光纤
●网络拓扑
●网络设备
●VLAN
本章难点：
●路由器、交换机
●VLAN
讲授方式：
面授，实验
课时分配：
2+2
实验内容：
实训二
思考题：
习题集三
讲授内容：
3-1传输介质
介质的基本功能是以比特的形式携带信息流通过一个局域网，一般情况下网络介质将网络信号限制在线缆、电缆或光纤中。
网络传输介质是物理层的部件
一、同轴电缆
1、在局域网中，采用同轴电缆的网络以10BASE-2为代表，采用的是RG-58同轴电缆,构造见书p38。
2、同轴电缆优缺点。
优：
同轴电缆有双层的保护（金属铜网和绝缘外皮），不易受外界（例如：
电
磁波和湿气）干扰，使用寿命也较长。
缺：
同轴电缆和双绞线相比，价格比较贵，而且也很重。
二、双绞线
1、双绞线（TwistedPair）是由成对外覆绝缘材料的铜线对绞而成“两两对绞”可降低两条线路传送信号时所产生的电磁场相互干扰的影响，对绞的次数越多，抗干扰的效果越好。
2、从整体结构来看，双绞线一般可分为两种：
屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。
两者主要区别是在绞线和外皮间有无铜网或金属层的屏蔽。
3、双绞线的分类
见p40表3-1
4、双绞线的颜色
见p40表3-2
5、双绞线的优缺点
双绞线的优点就是便宜，再者，双绞线的维护和布线弹性也很好。
但是比较不耐用，而且较容易受到电磁干扰。
三、光纤
1、光纤（OpticalFiber）的材质是极细小的玻璃纤维（50～100μm），弹性很好非常适合传输光波信号。
2、光纤的优缺点：
优：
>传输速度快
>抗电磁干扰
>传输安全性高
缺：
架设不易，分接线路很麻烦，价格很高，不适合一般小型局域网使用。
四、比较三种常用传输介质：
1、同轴电缆在宽带（Broadband）传输仍有较大发挥空间。
例如：
目前方兴
未艾的缆线调制解调器（CableModem）市场，从有线电视部门到用户家中，
都一律使用同轴电缆。
2、双绞线是基带传输介质的主流。
是网络安装中经常使用的介质
3、由于光线价格昂贵与施工困难，通常只在铺设网络主干线时使用。
4、无线传输介质
激光、红外线、无线电，微波
3．2网络拓扑（topology）
网络拓扑规定了网络的组织结构。
拓扑的定义包括两部分：
物理拓扑（即网线的实际布局）和逻辑拓扑（即主机如何访问介质）
一、常用的物理拓扑包括：
总线型、星型、环型、扩展星型、层次、网络。
二、1、总线型：
所有节点都连到一条主干电缆上
缺点：
故障诊断困难，总线故障会引起整个网络瘫痪。
（早期常用的拓扑结构）
3、星型：
将所有电缆连到一个中心点上，这一点通常是一台集限器或者交换机。
优点：
结构简单、建网易，故障诊断易，系统较稳定。
缺点：
安装费用多。
目前已成为小型局域网的趋势。
3、环型：
各节点形成闭合的环，可实现任意两点间通信。
缺点：
环中任意一处故障都会造成网络瘫痪。
4、扩展星型拓扑
通过集线器/交换机把独立的星型拓扑结构连到一起，可以扩展网络的规模。
5、层次拓扑结构
与扩展星型拓扑类似，只是把主计算机连到一起。
6、网络拓扑
升级会员 