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1、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No 1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

2、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50s，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

3、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(GE In

4、formation Services Network)。 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

5、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CAMBRIDGE RING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 1 HO

6、ST 2000 Terminal 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60s 20世纪70s 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

7、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70s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70s-90s 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：

8、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 Open System Interconnection/ Recommended Model （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（WHAT TO DO）而未规定怎样做（HOW TO DO） 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

9、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90s-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

10、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

11、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

12、，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

13、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

14、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）

15、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No 2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；

16、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 2006-2-61-2 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

17、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

18、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

19、，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(Peer to Peer)网 基于服务器的网络 4 n按介质访问控制方式 ?以太网（Ethernet） ?令牌网（Token Ring） 5 n按NOS或协议(非正式) ?Novell网络 ?Windows NT网络 ?TCP/IP网络 1.3 计算机

20、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

21、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（Advanced Research Projects Agency）负责研制，采用分组交换，subnet 和 host computer两极结构。 由称为IMP（Interface Message Processors）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Honeywell DDP-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， 19

22、69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Berkeley UNIX中，并开发出socket接口。 TCP/IP便于LAN接入ARPANET 1983年，ARPA将ARPANET交给DCA（Defense Communica-tions Agency），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（Domain Naming System） 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

23、究的需要促使NSF（U.S. National Science Foundation）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（Advanced Networks and Services）管理NSFNET，把骨干网带宽从1.5Mbps升级为45Mbps（ANSNET）。 1991年， 1991年，NREN（National Rese

24、arch and Educational network）启动，研究NSFNET的下一代，目标是达到G比特。 995年，ANSNET卖给America Online。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

25、 - 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（advanced research project agency 美国国防部高级研究计划局）网。1969年196983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。198394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。Inter

26、net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 Internet 2 和 Abilene TransPAC、APAN、STAR TAP CANARIE 和 CA* net3 1）NGI：美国下一

27、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）Internet 2 UCAID（120多个大学会员）的一项研究计划 University Corporation for Advanced Internet Development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，Internet 2 是大学合作计划 - 相互补充，相互依靠 Internet 2和 NGI的合作范围 - NSF支持的 vBNS - Internet 2 将建立用于地区连接的gigaPoP - Internet 2 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