中职网络基础教案网络基础剖析.docx

1、中职网络基础教案网络基础剖析第一章 教学目标： 了解计算机网络的发展 掌握计算机网络的概率和功能 对计算机网络组成，分类有充分认识教学要点： 计算机网络的概念和功能 计算机网络的组成 计算机网络的分类教学方式： 讲授与提问教学内容：第一讲内容（第一节 计算机网络的概念 2个课时）1.1 计算机网络的概念 随着计算机应用的不断深入，人们已经不再满足于单机系统独自运行，如何使不同计算机连接起来，以实现资源共享和信息传递，成为一种客观需求，通信技术的飞速发展使得这种需求有了实现的可能。通信技术和计算机技术的相互结合，产生了计算机网络技术，从最早的简单互连到现在无处不在的Internet，计算机网络的

2、发展大体上经历了四个发展阶段：面向终端的计算机网络多主机互联的计算机网络标准计算机网络全球化的Internet。如今网络正不断地影响着我们的工作和生活，也必将改变我们的未来。1.1.1 计算机网络的定义 凡将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路而连接起来，且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络资源共享的系统，可称为计算机网络。我们平时所接触的办公网络、校园网络，以及我们访问的Internet，都属于计算机网络。网络的规模可大可小，最小的计算机网络可以是两台计算机的互联，最大、最复杂的计算机网络是全球范围的计算机互联。 网络是计算机的一

3、个群体，是由多台计算机组成的，这些计算机是通过一定的通信介质互联在一起的。计算机之间的互联是指它们彼此之间能够交换信息。互联通常有两种方式：一种是计算机间通过双绞线、同轴电缆、电话线、光纤等有形通信介质连接；另一种是通过红外光、激光、微波、卫星通信信道等无形介质互联。计算机网络的定义包括如下几个基本要素。1）至少存在两个以上的具有独立操作系统的计算机，相互间需要共享资源、信息交换与传递。2）两个以上能独立操作的计算机之间要拥有某种通信手段或方法进行互联。3）两个以上的独立实体之间要做到互相通信，就必须制定各方都认可的通信规则，也就是所谓的通信协议。4）需要有对资源进行集中管理或分散管理的软件系

4、统，即所谓的网络操作系统。上述四个要素是充分必要的，缺一不可。 目前，计算机网络的发展，正在进一步引起世界范围内产业结构的变化，促进全球信息产业的发展。计算机越普及、应用范围越广，就越需要将计算机互联起来构成网络。1.1.2 计算机网络的产生与发展 早在1952年，美国就建立了一套SAGE系统，SAGE系统的诞生被誉为计算机通信发展史上的里程碑。从此，计算机网络开始逐步形成并发展。计算机网络的形成大致可分为三个阶段：计算机终端网络、计算机通信网络和计算机网络。1.计算机网络终端 计算机终端网络又称为分时多用户联机系统，其结构如图1-1所示。 早期的计算机系统规模庞大、价格昂贵，设置在专用机房，

5、并利用通信设备和线路连接多个终端设备。在通信软件的控制下，各个用户可以在自己的终端上分时轮流地使用中央计算机系统的资源，这样既克服了到机房排队等待的现象，又提高了计算机的效率和系统资源的利用率。 终端设备是用户访问中央计算机系统的窗口，它具有特殊的编辑和会话功能。一台计算机所能连接的终端的数量随其中央主计算机的性能而定，处理能力强且运行速度快的计算机连接的终端设备就多些，而处理能力低且运行速度稍慢的计算机，连接终端设备就相对要少一些。 面向终端的网络存在以下两个缺点： 1）主计算机的负荷较重，它既要承担多终端系统的通信控制和通信数据的处理工 作，同时还要执行每个用户的作业。 2）由于终端设备的

6、速率低，操作时间长，尤其是在远距离时，每个用户独一条通信线路，因此花费高。另外，这种操作方式需要频繁地打扰主计算机，影响了其工作效率。 2.计算机通信网络20世纪60年代中期，计算机获得日益广泛的应用。在一些大型公司、企事业部门和军事部门中，往往拥有若干个分散的计算机终端网络系统，系统之间迫切需要交换数据、进行业务联系。为了满足应用的需要，将多个计算机终端网络连接起来，就形成了以传输信息为主要目的的计算机通信网络。 计算机终端网络是以中央计算机为核心的集中式系统，只有“终端-计算机”之间的通信，而计算机通信网络是含有前端处理器（CCP，又叫通信控制处理器）的多机系统，它不仅在系统内部而且在互联

7、的系统间，实现了“计算机-计算机”之间通信，其结构模型如图1-2所示。3.计算机网络 计算机网络与计算机通信网络的硬件组成一样，都是由主计算机系统、终端设备、通信设备和通信线路四大部分组成的。在结构上都是将若干个多机系统用高速通信线路连接起来，使它们的主计算机之间能相互交换信息、调用软件以及调用其中任一主计算机系统的任何资源。1.1.3计算机网络的功能 随着计算机网络技术的不断发展和日益普及，计算机网络的应用已渗透到社会各个领域，其功能也得到不断扩展。归纳起来，计算机网络的功能主要有以下几个方面。 1.数据通信 计算机网络为我们提供了最快捷、最经济的数据传输和信息交换的手段。 2.资源共享构建

8、计算机网络的主要目的是实现资源共享。1）硬件共享。 2）软件共享。 3）数据共享。 3.提高计算机的可靠性和可用性 在计算机网络中，同一资源可以分布在系统中的多处，一旦系统某部分出现故障，即可从另一部分获得同样资源，从而避免因个别部件或局部故障而导致整个系统失效。这种可靠性对于军事、电力、银行等可靠性要求极高的领域尤为重要。例如，在美国“911”事件发生时，某家处于事件现场的银行系统全部被毁，但这家银行的业务并没有停止，因为这家银行在另一处的计算机系统自动接管了这家银行的所有业务。 4.促进分布式计算与协同工作利用计算机网络的分布式计算和协同工作的特性，可以将一些大型且复杂的处理任务分散到不同

9、的计算机上，这样既可以使一台计算机负担不会太重，又扩大了单机的功能，从而实现分布式处理和均衡负荷的作用。例如，在开发大型软件时，通常将软件分成若干模块，并由不同人开发各个模块，最后再将不同模块整合到一起来提高软件开发的效率。第一讲总结：本节主要学习了1.计算机网络的定义（回顾定义内容）。2.学习和认识计算机网络的发展与产生3.计算机网络的功能第二讲内容（第二节 计算机网络的组成和逻辑结构 2个课时）1.2计算机网络的组成和逻辑结构 计算机网络由硬件和软件系统组成。计算机网络从逻辑上可划分为通信子网和资源子网两个层次。1.2.1计算机网络的基本组成 和计算机系统一样，一个完整的计算机网络也是由硬

10、件系统和软件系统两大部分组成。 1.硬件系统 计算机网络的硬件系统一般指网络中的计算机、传输介质和网络连接设备等。1）计算机。计算机是计算机网络的基本模块，主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出等任务，是网络信息的生产者和加工者。传输介质。计算机网络中的传输介质主要负责将网络中的计算机、网络设备连接起来，并提供数据信息的传输通道。常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线、光纤和无线介质。2）网络连接设备。计算机网络中的连接设备主要负责网络中各计算机的互连、数据信息转发、数据格式的转换等。常用的网络连接设备包括网卡、集线器、中继器、交换机和路由器等。 2.软件系统 计算机网络的软件系统包括网络操作系

11、统、网络通信协议和网络应用软件等。 1）网络操作系统网络操作系统的作用是管理网络的软/硬件资源，使网络中的计算机可以相互通信。常见的网络操作系统有UNIX、NetWare、Windows NT/2000/2003和Linux等。 2）网络通信协议网络通信协议是指网络中计算机在互相通信时所遵循的规则，如TCP/IP、IPX/SPX等。详细内容我们会在后面的章节中进一步介绍。 3）网络应用软件网络应用软件是指为某一应用目的而开发的网络软件。如目前常用的办公自动化系统、数据库管理系统、Internet通信软件等都属于网络应用软件。1.2.2计算机网络的逻辑结构 计算机网络要完成数据处理与数据传输两大

12、基本功能，所以从逻辑上可以将计算机网络划分为两个层次：资源子网与通信子网。 1资源子网 资源子网由主机、终端、通信子网接口设备和各种软件与驻处资源组成，负责全网的数据处理并向网络用户提供网络资源和网络服务，是计算机网络的外层。 2通信子网 通信子网由网络通信控制处理机、通信设备和通信线路组成，负责全网的数据传输、转发等通信处理工作，是计算机网络的内层。1.2.3两种类型的通信子网 计算机网络的总体结构基本上取决于其通信子网的组成和结构。通信子网的组成和结构与其通信控制方式有着内在的联系。 按照通信控制方式的不同，通信子网有以下两种基本类型。 1点对点通信子网 点对点通信子网中包含多条通信线路，

13、每一条通信线路连接两个节点计算机。2.共享信道通信子网在共享信道通信子网中，所有的节点计算机共享一条通信线路或信道，任一时刻子网中最多只能有一个节点计算机在发送信息，即任一时刻最多只能有一个信息在网中传送。通信子网的这两种结构，分别适用于不同的网络系统。一般来说，远程网一般是采用点对点通信方式，而局域网则大多为共享信道通信方式。由于通信控制方式的不同，使得它们在信号编码、网络协议、接口设备、连接方式等诸方面都表现出明显的差异。第二讲总结：本节主要学习了1.计算机网络的基本组成2.计算机网的逻辑结构3.两种类型的通信子网第三讲内容（第三节计算机网络的分类，2个课时）计算机网络可以按不同角度进行分

14、类，如可以按网络覆盖的地理范围分类、按网络的拓扑结构分类、按网络中计算机所处的地位分类等。1按网络所覆盖的地理范围分类按网络所覆盖的地理范围的不同，计算机网络可分为局域网（LAN，Local Area Network）、城域网（MAN，Metropolitan Area Network）、广域网（WAN，Wide Area Network）三种类型。1）局域网：是指在较小的地理范围内由计算机、通信线路和网络连接设备组成的网络。局域网的分布范围可以是一个办公室、一幢大楼或一个园区。它的特点是分布距离近、传输速率高、数据传输可靠等。2）城域网：是指在一个城市范围内由计算机、通信线路和网络连接设备组

15、成的网络。城域网覆盖范围介于局域网与广域网之间，一般从数公里至数十公里，如一个城市的银行系统全市联网，实现全市的通存通兑，这样的网络属于城域网。3）广域网：当网络的地理范围不断扩大，可以把不同城市、不同地区、不同国家的计算机连接起来的时候，也就形成了广域网。在广域网中，连接着数量众多的计算机。我们经常访问的Internet就是一个典型的广域网。2按网络的拓扑结构分类 所谓网络拓扑结构，是以拓扑系统的方法来研究计算机网络的结构。拓扑的概念是从图论中的相关概念演变而来，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的数学方法。在计算机网络中，抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络节点的实体抽象为“

16、点”，把网络中的通信介质抽象为“线”。若从拓扑学的观点看网络系统，抽象出网络系统的具体结构，就形成了点和线组成的几何图形，形成网络拓扑结构概念。（介绍介绍）计算机网络系统的拓扑结构主要有总线型、环型、星型、树型和网状。基本网络拓扑主要有三种模式：总线型、星型和环型。1.总线型拓扑结构 总线型拓扑结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的节点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输，如上图所示。总线型网络使用广播式传输技术，总线上的所有节点都可以发送数据到总线上，数据沿总线传播。但是，由于所有节点共享同一条公共通道，所以在任何时候只允许一个节点发送数据。当一个节

17、点发送数据，并在总线上传播时，数据可以被总线上的其他所有节点接收。各节点在接收数据后，分析目的物理地址再决定是否接收该数据。粗、细同轴电缆以太网就是这种结构的典型代表。总线型拓扑结构有如下特点。1）结构简单灵活，易于扩展。 2）共享能力强，便于广播式传输。 3）网络响应速度快，但负荷重时则性能迅速下降。 4）局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但是，总线出现故障，则将影响整个网络。 5）易于安装，费用低。 6）网络效率和带宽利用率低。 7）采用分布控制方式，各节点通过总线直接通信。 8）各工作站点平等，都有权争用总线，不受某站点仲裁。2.环型拓扑结构环型结构是各个网络节点通过环型接口连在一条首

18、尾相接的闭合环型通信线路中，如下图所示。环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。令牌环是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。环型拓扑结构的特点如下。 1）在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单。 2）信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。 3）两个节点之间仅有唯一的路径，简化了路径选择。 4）可靠性差，任何线路或节点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。 5）可扩充性差。3.星型拓扑结构 星型拓扑结构的每个节点都由一条点到点链路与中心节点（公用中心交换设备，如交换机、HUB等）相连，如下图所示。信息的传输是通过中心节点的存储转发技

19、术实现的，并且只能通过中心站点与其他站点通信，星型拓扑结构的主要特点如下。1）星型拓扑结构简单，便于管理和维护。2）易实现结构化布线。3）星型拓扑结构易扩充，易升级。 4）通信线路专用，电缆成本高。 5）星型拓扑结构的网络由中心节点控制与管理，中心节点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性。6）中心节点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且中心节点一旦出现故障，会导致全网瘫痪。4.树型拓扑结构树型拓扑结构是从总线型和星型结构演变来的，它有两种类型，一种是由总线型拓扑结构派生出来的，它由多条总线连接而成。另一种是星型拓扑结构的变种，各节点按一定的层次连接起来，形状像一棵倒置的树，故得名树型拓扑结构，如下

20、图所示。在树型拓扑结构的顶端有一个根节点，它带有分支，每个分支还可以再带子分支。 树型拓扑结构的主要特点如下。1）这种结构是天然的分级结构。 2）易于扩展。 3）易故障隔离，可靠性高。 4）电缆成本高。 5）对根节点的依赖性大，一旦根节点出现故障，将导致全网不能工作。5.网状拓扑结构 网状拓扑结构是指将各网络节点与通信线路互联成不规则的形状，每个节点至少与其他两个节点相连，或者说每个节点至少有两条链路与其他节点相连，如下左图所示。大型互联网一般都采用这种结构，如我国的教育和科研计算机网CERNET，如下右图所示，国际互联网Internet的主干网都采用网状拓扑结构。 网状拓扑结构的主要特点如下

21、。1）每个节点都有冗余链路，可靠性高。 2）因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能，但路径选择比较复杂。3）结构复杂，不易管理和维护。4）适用于大型广域网。5）线路成本高。3.按网络中计算机所处的地位分类 按照网络中计算机所处的地位不同，可以将计算机网络分为对等网和基于客户机/服务器模式的网络。（1）对等网 在对等网中，所有计算机的地位是平等的，没有专用的服务器。每台计算机既 作为服务器，又作为客户机；既为其他计算机提供服务，也从其他计算机那里获得服务。由于对等网没有专用的服务器，所以在管理对等网时，只能分别管理，不能统一管理，管理起来很不方便。对等网一般应

22、用于计算机数量少，安全要求不高的小型局域网。（2）基于客户机/服务器模式的网络在这种网络中，有两种角色的计算机，一种是服务器，一种是客户机。服务器一方面负责保存网络的配置信息，另一方面也负责为客户机提供各种各样的服务。因为整个网络的关键配置都保存在服务器中，所以管理员在管理网络时只需要修改服务器的配置，就可以管理整个网络了。同时，客户机需要获得某种服务时，会向服务器发送请求，服务器接到请求后，向客户机提供相应的服务。服务器的种类很多，有邮件服务器、Web服务器、传真服务器、目录服务服务器等，不同的服务器可以为客户机提供不同的服务。在构建网络时，一般选择配置较好的计算机，在其上安装相关服务，它也

23、就成了服务器。客服机主要用于向服务器发请求，获得相关服务，如客户机向打印服务器请求打印服务，向Web服务器请求Web页面等。由于基于客户机/服务器模式的网络有专用的服务器，所以在管理网络时，可以统一管理，管理员可以在某一台计算机（服务器）上管理整个网络。当我们要构建一个复杂的企业网络时，通常可以配置为客户机/服务器模式。第三讲总结：本次课主要学习计算机网络按不同的结构分类1.按地理位置分2.按拓扑结构分3.按计算机在网络中所地位分第2章 网络体系结构与TCP/IP教学目标： 了解计算机网络体系结构与网络协议 对IOS/OSI参考模型有一定认识 熟悉TCP/IP体系结构 掌握IP地址和子网掩码的

24、相关知识 能安装和配置TCP/IP协议的安装教学要点： 计算机网络体系结构 计算机网络中的IP地址与子网掩码 能安装和配置TCP/IP等网络协议教学方式： 讲授与举例教学内容：第一讲内容（第一节 网络体系结构与网络协议 2个课时） 1.网络协议的概念 计算机网络由多个互联的节点组成，节点之间需要不断地交换数据信息和控制信息。要做到有条不紊地交换数据，每个节点都必须遵循一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。这些为网络数据交换而制定的规则、约定和标准称为网络协议。网络协议主要由以下三个要素组成。 1）语法：用于确定协议元素的格式，即数据与控制信息的结构格式。 2）语义：

25、用于确定协议元素的类型，即规定了通信双方需要发出何种控制信息，完成何种动作，以及做出何种应答。 3）定时：用于确定通信速度的匹配和时序，即对事实实现顺序的详细说明。网络协议从语法和语义上定义了数据信息交换的规则和过程，从时序上定义为通信双方通信速度的匹配。总之，网络协议是通信双方共同遵守的通信语义、语法和时序的集合。2.网络体系结构的概念在现实生活中处理一些复杂的问题时，人们通常采用层次化的解决方式。例如邮政服务的实现就是一种层次模型。当一个发信人要把一封信寄给一个收信人时，发信人要完成写信、装信封、送邮局等三个环节，也就是三个层次：同样，收信人在收信时也要经过三个环节，即从邮局取信、拆信、读

26、信等三个环节，即三个层次。整个过程如图2-1所示。层次化的优势在于可以将问题的解决分配到各层中去，每一层解决一个小问题，最终解决整个问题。如图2-1中发信方通过写信、包装、送邮局三个层次完成发信的过程，而收信方通过从邮局取信、拆装、读信完成收信的过程。同时，层次之间又保持着密切的联系，高层进行操作时会使用低层的服务，但高层并不需要知道低层服务的具体实现方法。分层模型体现了对复杂问题采取“分而治之”的处理方式，从而降低了处理复杂问题的难度。计算机网络的通信过程非常类似于邮政服务的实现过程，只不过比这个过程要复杂得多。同样,计算机网络也采用了层次化设计，即把通信过程划分为多个层次，并为每个层次设计

27、一个单独的协议，这些协议通过分层结构进行组织。每层通过特定的协议完成一种功能，多层叠加完成整个信息的发送和接收过程。同时，层与层之间通过层间接口联系起来，每一层可以从下层获得服务，并为上层提供服务。各层又具有相对独立性，各层只是简单地使用其他层的服务，但不需要知道其他层是如何实现相应功能的。我们将计算机网络的这种层次结构模型和各层协议的集合称为计算机网络体系 结构。计算机网络体系结构对计算机网络应该实现的功能进行了精确定义，而这些功能用什么硬件与软件去完成是具体的实现问题。体系结构是抽象的，而实现是具体的。有了完善的网络体系结构，再去使用相应的硬件与软件来实现这些功能也就比较容易了。计算机网络

28、体系结构采用分层模型的优点如下。 1）高层不需要知道低层是如何实现的，只需要知道低层所提供的服务，以及本层向上层提供的服务，各层独立性强。2）当任何一层发生变化时，只要层间接口不发生变化，那么这种变化就不会影响到其他层，适应性强。3）整个系统已被分解为若干易于处理的部分，这种结构使得一个庞大而复杂的系统实现和维护起来更容易。4）每层的功能与所提供的服务都有精神的定义和说明，有利于促进标准化。第二讲内容（第二节 OSI参考模型 2个课时）OIS参考模型1.OSI参考模型简介在网络技术发展的早期，世界各大型计算机厂商分别推出适应于自身网络产品的网络体系结构。由于它们没有遵循通用的标准，导致使用这些

29、标准组建的不同结构的网络无法实现互联，这阻碍了网络的进一步发展，同时也给用户带来很多不便。为了协调各种网络体系结构，国际标准化组织（ISO）和国际电报电话咨询委员会（CCITT）分别提出“开放系统互联参考模型”，试图推出一种全世界统一的网络体系结构。 1974年，ISO发表了著名的ISO/IEC7498标准，也就是开放系统互联参考模型（ISOOSI RM，Open System Interconnect Reference Model）。该模型定义了不同计算机互联的标准，成为设计和描述计算机网络通信的基本框架。在OSI框架中，进一步详细规定了每一层功能，以实现开放系统环境中的互联性、互操作性与

30、应用的可移植性。这使得OSI模型成为真正“开放”的异构网络系统互联参考模型即只要遵循OSI标准，任何网络系统之间都可以轻松实现互联。CCITT的建议书X.4也定义了一些相似的内容。有了国际统一的网络体系结构标准，使计算机网络的发展进入了标准化时代。OSI参考模型是一种层次结构，它将整个网络的功能划分为七层，从低层到高层分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，如图2-2所示。 2.OSI参考模型各层的功能1.物理层物理层是OSI分层结构体系中最重要、最基础的一层，它建立在传输媒介基础上，实现设备之间的物理接口。物理层只是接收和发送一串比特流，不考虑信息的意义和信息的结

31、构。它包括对连接到网络上的设备描述其各种机械的、电气的和功能的规定，还定义电位的高低、变化的间隔、电缆的类型、连接器的特性等。物理层的数据单位是位。物理层的功能是实现实体之间的按位传输，保证按位传输的正确性，并向数据链路层提供一个透明的位流传输。在数据终端设备、数据通信和交换设备等设备之间完成对数据链路的建立、保持和拆除操作。2数据链路层数据链路层实现实体间数据的可靠性传送。通过物理层建立起来的链路，将具有一定意义和结构的信息正确地在实体之间进行传输，同时为其上面的网络层提供有效的服务。在数据链路层中对物理链路上产生的差错进行检测和校正，采用差错控制技术保证数据通信的正确性；数据链路层还提供流量控制服务，以保证发送方不致因为速度快而导致接收方来不及正确接收数据。数据链路层的数据单位是帧。数据链路层的功能是实现系统实体间二进制信息块的正确传输。为网络层提供可靠无错误的数据信息。在数据链路中，需要解决的问题包括信息模式、操作模式、差错控制、流量控制、信息交换过程控制和通信控制规程。3网络层网络层也称通信子网层，是高层协议与低层协议之间的界面层，用于控制通信子网的操作，是通信子网与资源子网的接口。网络层的主要任务是提供路由，为信息包的传送选择一条最佳路径。网络层还具有拥