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第一章 计算机网络概述1.1 计算机网络的定义和发展历史1.1.1 计算机网络的定义计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物，是在地理上分散的通过通信线路连接起来的计算机集合，这些计算机遵守共同的协议，依据协议的规定进行相互通信，实现网络各种资源的共享。网络资源：所谓的网络资源包括硬件资源（如大容量磁盘、打印机等）、软件资源（如工具软件、应用软件等）和数据资源（如数据库文件和数据库等）。计算机网络也可以简单地定义为一个互连的、自主的计算机集合。所谓互连是指相互连接在一起，所谓自主是指网络中的每台计算机都是相对独立的，可以独立工作。1.1.2计算机网络的发展历史课后小结：1计算机网络的定义2网络资源的分类课后作业：预习P2P8 第二讲教学类型：理论课教学课题：1213教学目标：1了解计算机网络的功能和应用；2. 了解计算机网络的系统组成教学重点、难点：计算机网络的功能和应用；网络的系统组成教学方法：教师讲解、演示、提问； 教学工具：多媒体幻灯片演示1.2 计算机网络的功能和应用1. 计算机网络的功能 （1）实现计算机系统的资源共享（2）实现数据信息的快速传递（3）提高可靠性（4）提供负载均衡与分布式处理能力（5）集中管理（6）综合信息服务2.计算机网络的应用计算机网络由于其强大的功能，已成为现代信息业的重要支柱，被广泛地应用于现代生活的各个领域，主要有：（1）办公自动化（2）管理信息系统（3）过程控制（4）互联网应用（如电子邮件、信息发布、电子商务、远程音频与视频应用）1.3计算机网络的系统组成1.3.1 网络节点和通信链路从拓扑结构看，计算机网络就是由若干网络节点和连接这些网络节点的通信链路构成的。计算机网络中的节点又称网络单元，一般可分为三类：访问节点、转接节点和混合节点。通信链路是指两个网络节点之间承载信息和数据的线路。链路可用各种传输介质实现，如双绞线、同轴电缆、光缆、卫星、微波等。通信链路又分为物理链路和逻辑链路。1.3.2 资源子网和通信子网从逻辑功能上可把计算机网络分为两个子网：用户资源子网和通信子网。资源子网包括各种计算机和相关的硬件、软件； 通信子网是连接这些计算机资源并提供通信服务的连接线路。正是在通信子网的支持下，用户才能利用网络上的各种资源，进行相互间的通信，实现计算机网络的功能。通信子网有两种类型： （1）公用型（如公用计算机互联网CHINANET） （2）专用型（如各类银行网、证券网等）1.3.3 网络硬件系统和网络软件系统 计算机网络系统是由计算机网络硬件系统和网络软件系统组成的。 网络硬件系统是指构成计算机网络的硬设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。常见的网络硬件有：（1）主机系统； （2）终端； （3）传输介质； （4）网卡；（5）集线器； （6）交换机； （7）路由器网络软件主要包括网络通信协议、网络操作系统和各类网络应用系统。（1）服务器操作系统常见的有：Novell公司的NetWare、微软公司的 Windows NT Server及 Unix系列。（2）工作站操作系统 常见的有： Windows 95、Windows 98及Windows 2000等。（3）网络通信协议（4）设备驱动程序（5）网络管理系统软件（6）网络安全软件（7）网络应用软件课后小结：1计算机网络的功能和应用2网络的系统组成课后作业：预习P8P10 第三讲教学类型：理论课教学课题：14计算机网络的分类教学目标：1掌握计算机网络的分类；2. 了解计算机网络的定义和发展；3 了解计算机网络的功能和应用；4. 了解计算机网络的系统组成教学重点、难点：掌握计算机网络的分类教学方法：教师讲解、演示、提问； 教学工具：多媒体幻灯片演示1.4 计算机网络的分类1.4.1 按计算机网络覆盖范围分类由于网络覆盖范围和计算机之间互连距离不同，所采用的网络结构和传输技术也不同，因而形成不同的计算机网络。一般可以分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）三类。1.4.2按计算机网络拓扑结构分类网络拓扑是指连接的形状，或者是网络在物理上的连通性。如果不考虑网络的的地理位置，而把连接在网络上的设备看作是一个节点，把连接计算机之间的通信线路看作一条链路，这样就可以抽象出网络的拓扑结构。按计算机网络的拓扑结构可将网络分为：星型网、环型网、总线型网、树型网、网型网。1.4.3 按网络的所有权划分1.公用网由电信部门组建，由政府和电信部门管理和控制的网络。2.专用网也称私用网，一般为某一单位或某一系统组建，该网一般不允许系统外的用户使用。1.4.4 按照网络中计算机所处的地位划分（1）对等局域网（2）基于服务器的网络（也称为客户机/服务器网络）。课后小结：1. 计算机网络的定义；2. 计算机网络的功能和应用；3. 计算机网络的分类课后作业：(P10)1 、4、5、6 第四讲教学类型：理论课教学课题：11计算机网络的定义和发展教学目标：1. 了解数据通信的基本概念；2. 了解数据传输方式教学重点、难点：数据传输方式教学方法：教师讲解、演示、提问； 教学工具：多媒体幻灯片演示教学内容与过程导入：由现在的网络通讯中的一些普通关键词引入新课讲授新课：（多媒体幻灯片演示或板书）第二章 数据通信基础21 数据通信的基本概念2.1.1 信息和数据1信息信息是对客观事物的反映,可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物质与外部的联系。信息有各种存在形式。2数据信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。数据可以分成两类：模拟数据和数字数据。2.1.2 信道和信道容量1信道信道是传送信号的一条通道，可以分为物理信道和逻辑信道。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输及其附属设备组成。逻辑信道也是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对应的物理传输介质，而是在物理信道基础上，由节点设备内部的连接来实现。2信道的分类信道按使用权限可分为专业信道和共用信道。信道按传输介质可分为有线信道、无线信道和卫星信道。信道按传输信号的种类可分为模拟信道和数字信道。3信道容量信道容量是指信道传输信息的最大能力，通常用数据传输率来表示。即单位时间内传送的比特数越大，则信息的传输能力也就越大，表示信道容量大。2.1.3 码元和码字在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字10000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。2.1.4 数据通信系统主要技术指标1比特率：比特率是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数，单位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。2波特率：波特率是一种调制速率，也称波形速率。在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率，其单位为波特（baud）。3误码率：误码率指信息传输的错误率，也称误码率，是数据通信系统在正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。4吞吐量：吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。在单信道总线型网络中，吞吐量=信道容量传输效率。5通道的传播延迟：信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间叫做传播延迟（或时延）。2.1.5 带宽与数据传输率1.信道带宽信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率减去最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。2.数据传输率数据传输率是指单位时间信道内传输的信息量，即比特率，单位为比特/秒。一般来说，数据传输率的高低由传输每一位数据所占时间决定，如果每一位所占时间越小，则速率越高。2.2 数据传输方式2.2.1 数据通信系统模型2.2.2 数据线路的通信方式根据数据信息在传输线上的传送方向，数据通信方式有：单工通信半双工通信双工通信2.2.3 数据传输方式数据传输方式依其数据在传输线原样不变地传输还是调制变样后再传输，可分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。1.基带传输2.频带传输3.宽带传输课后小结： 1. 什么是信息、数据？ 2. 什么是信道？常用的信道分类有几种？ 3. 什么是比特率？什么是波特率？ 4. 什么是带宽、数据传输率与信道容量？课后作业：（P20）二1、2、3、4、5、6 第五讲教学类型：理论课教学课题：2224教学目标：1理解数据交换技术；2. 理解差错检验与校正技术教学重点、难点：数据交换技术、差错检验与校正技术教学方法：教师讲解、演示、提问； 教学工具：多媒体幻灯片演示教学内容与过程：导入：由现在的网络通讯中的一些普通关键词引入新课讲授新课：（多媒体幻灯片演示或板书）2.3 数据交换技术通常使用四种交换技术：电路交换报文交换分组交换信元交换。2.3.1 电路交换电路交换（也称线路交换）在电路交换方式中，通过网络节点（交换设备）在工作站之间建立专用的通信通道，即在两个工作站之间建立实际的物理连接。一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时工作。 电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。 电路交换的三个阶段：电路建立阶段数据传输阶段拆除电路阶段2.3.2 报文交换报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。报文交换的主要缺点是网络的延时较长且变化比较大，因而不宜用于实时通信或交互式的应用场合。在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在，报文交换已经很少有人使用了。 2.3.3 分组交换分组交换也称包交换，它是报文交换的一种改进，也属于存储-转发交换方式，但它不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组（Packet）为单位进行传输交换的。分组也叫做信息包，分组交换有时也称为包交换。分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：数据报和虚电路。分组交换的优点高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。迅速 必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性 2.3.4 信元交换技术（ATM，Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）ATM是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元（一个53Byte的信元），话音、视频和数据都可由信元的信息域传输。它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。ATM是一种广域网主干线的较好选择。2.4 差错检验与校正数据传输中出现差错有多种原因，一般分成内部因素和外部因素。内部因素有噪音脉冲、脉动噪音、衰减、延迟失真等。外部因素有电磁干扰、太阳噪音、工业噪音等。为了确保无差错地传输，必须具有检错和纠错的功能。常用的校验方式有奇偶校验和循环冗余码校验。2.4.1 奇偶校验采用奇偶校验时，若其中两位同时发生错误，则会发生没有检测出错误的情况。2.4.2 循环冗余码校验。这种编码对随机差错和突发差错均能以较低的冗余充进行严格的检查。课后小结：1. 数据通信的的一些基本知识2. 三种交换方式的基本工作原理3. 两种差错校验方法：奇偶校验和循环冗余校验课后作业：（P20）二7、8、9 第六讲教学类型：复习课教学课题：第一章与第二章教学目标：通过复习掌握第一、二章的重点教学重点、难点：第一、二章的重点教学方法：教师讲解、演示、提问； 教学工具：多媒体幻灯片演示教学内容：第一、二章的内容 第七讲教学类型：测验一 第八讲教学类型：理论课教学课题：第三章 计算机网络技术基础教学目标：1. 掌握几种常见网络拓扑结构的原理及其特点；2. 掌握ISO/OSI网络参考模型及各层的主要功能教学重点、难点：1. 掌握几种常见网络拓扑结构的原理及其特点；2. 掌握ISO/OSI网络参考模型及各层的主要功能教学方法：教师讲解、演示、学生认真学习并思考、记忆；教师讲授与学生理解协调并重的教学法教学工具：多媒体幻灯片演示教学内容与过程导入：提问学生对OSI的七层模型和TCP/IP四层模型的理解。引导学生总结重要原理并认真加以研究。教师总结归纳本章重要原理的应用，进入教学课题。讲授新课：（多媒体幻灯片演示或板书）第三章 计算机网络技术基础3.1 计算机网络的拓扑结构3.1.1 什么是计算机网络的拓扑结构网络拓扑是指网络连接的形状，或者是网络在物理上的连通性。网络拓扑结构能够反映各类结构的基本特征，即不考虑网络节点的具体组成，也不管它们之间通信线路的具体类型，把网络节点画作“点”，把它们之间的通信线路画作“线”，这样画出的图形就是网络的拓扑结构图。不同的拓扑结构其信道访问技术、网络性能、设备开销等各不相同，分别适应于不同场合。它影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等方面，是研究计算机网络的主要环节之一。计算机网络的拓扑结构主要是指通信子网的拓扑结构，常见的一般分为以下几种：1.总线型；2.星型；3.环型；4.树型；5.网状型3.1.2 总线型拓扑结构 总线结构中，各节点通过一个或多个通信线路与公共总线连接。总线型结构简单、扩展容易。网络中任何节点的故障都不会造成全网的故障，可靠性较高。总线型结构是从多机系统的总线互联结构演变而来的，又可分为单总线结构和多总线结构，常用CSMA/CD和令牌总线访问控制方式。总线型结构的缺点：（1）故障诊断困难；（2）故障隔离困难；（3）中继器等配置；（4）实时性不强3.1.3 星型拓扑结构 星型的中心节点是主节点，它接收各分散节点的信息再转发给相应节点，具有中继交换和数据处理功能。星型网的结构简单，建网容易，但可靠性差，中心节点是网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪。星型拓扑结构的访问采用集中式控制策略，采用星型拓扑的交换方式有电路交换和报文交换。星型拓扑结构的优点：（1）方便服务；（2）每个连接只接一个设备；（3）集中控制和便于故障诊断；（4）简单的访问协议星型拓扑结构的缺点：（1）电缆长度和安装；（2）扩展困难；（3）依赖于中央节点3.1.4 环型拓扑结构 网络中节点计算机连成环型就成为环型网络。环路上，信息单向从一个节点传送到另一个节点，传送路径固定，没有路径选择问题。环型网络实现简单，适应传输信息量不大的场合。任何节点的故障均导致环路不能正常工作，可靠性较差。环型网络常使用令牌环来决定哪个节点可以访问通信系统。环型拓扑结构的优点：（1）电缆长度短；（2）适用于光纤；（3）网络的实时性好环型拓扑结构的缺点：（1）网络扩展配置困难；（2）节点故障引起全网故障；（3）故障诊断困难；（4）拓扑结构影响访问协议3.1.5 其他类型拓扑结构1.树型拓扑结构 树型网络是分层结构，适用于分级管理和控制系统。网络中，除叶节点及其联机外，任一节点或联机的故障均只影响其所在支路网络的正常工作。2.星型环型拓扑结构3.1.6 拓扑结构的选择原则 拓扑结构的选择往往和传输介质的选择和介质访问控制方法的确定紧密相关。选择拓扑结构时，应该考虑的主要因素有以下几点： （1）服务可靠性； （2）网络可扩充性； （3）组网费用高低（或性能价格比）。3.2 ISO/OSI网络参考模型建立分层结构的原因和意义：建立计算机网络的根本目的是实现数据通信和资源共享，而通信则是实现所有网络功能的基础和关键。对于网络的广泛实施，国际标准化组织ISO（International Standard Organization），经过多年研究，在1983年提出了开放系统互联参考模型OSI/RM（Reference Model of Open System Interconnection），这是一个定义连接异种计算机的标准主体结构，给网络设计者提供了一个参考规范。OSI参考模型的层次OSI参考模型共有七层，由低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。1OSI参考模型的特性（1）是一种将异构系统互联的分层结构；（2）提供了控制互联系统交互规则的标准骨架；（3）定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述；（4）不同系统上的相同层的实体称为同等层实体；（5）同等层实体之间的通信由该层的协议管理；（6）相邻层间的接口定义了原语操作和低层向上层提供的服务；（7）所提供的公共服务是面向连接的或无连接的数据服务；（8）直接的数据传送仅在最低层实现；（9）每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其它层。2有关OSI参考模型的技术术语在OSI参考模型中，每一层的真正功能是为其上一层提供服务。在对这些功能或服务过程以及协议的描述中，经常使用如下一些技术术语：（1）数据单元服务数据单元SDU（Service Data Unit）协议数据单元PDU（Protocol Data Unit）接口数据单元IDU（Interface Data Unit）服务访问点SAP（Service Access Point）服务原语（Primitive）（2）面向连接和无连接的服务下层能够向上层提供的服务有两种基本形式：面向连接和无连接的服务。面向连接的服务是在数据传输之前先建立连接，主要过程是：建立连接、进行数据传送，拆除链路。面向连接的服务，又称为虚电路服务。无连接服务没有建立和拆除链路的过程，一般也不采用可靠方式传送。不可靠（无确认）的无连接服务又称为数据报服务。3.2.1 物理层物理层是OSI模型的最低层，其任务是实现物理上互连系统间的信息传输。1.物理层必须具备以下功能 （1）物理连接的建立、维持与释放；2）物理层服务数据单元传输；（3）物理层管理。2.媒体和互联设备物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等；通信用的互联设备如各种插头、插座等；局域网中的各种粗、细同轴电缆，T型接/插头，接收器，发送器，中继器等都属物理层的媒体和连接器。3.2.2 数据链路层数据链路可以粗略地理解为数据信道。数据链路层的任务是以物理层为基础，为网络层提供透明的、正确的和有效的传输线路，通过数据链路协议，实施对二进制数据正确、可靠的传输。数据链路的建立、拆除、对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。1.链路层的主要功能（1）链路管理；（2）帧的装配与分解；（3）帧的同步；（4）流量控制与顺序控制；（5）差错控制；（6）使接收端能区分数据和控制信息；（7）透明传输；（8）寻址2.数据链路层的主要协议（1）ISO1745-1975；（2）ISO3309-1984；（3）ISO77763.链路层产品独立的链路产品中最常见的是网卡，网桥也是链路产品。数据链路层将本质上不可靠的传输媒介变成可靠的传输通路提供给网络层。在IEEE8023情况下，数据链路层分成两个子层：一个是逻辑链路控制，另一个是媒体访问控制。3.2.3 网络层网络层是通信子网与资源子网之间的接口，也是高、低层协议之间的接口层。网络层的主要功能是路由选择、流量控制、传输确认、中断、差错及故障的恢复等。当本地端与目的端不处于同一网络中，网络层将处理这些差异。1.网络层的主要功能（1）建立和拆除网络连接；（2）分段和组块；（3）有序传输和流量控制；（4）网络连接多路复用；（5）路由选择和中继；（6）差错的检测和恢复；（7）服务选择2.网络层提供的服务OSI/RM中规定，网络层中提供无连接和面向连接两种类型的服务，也称为数据报服务和虚电路服务。3.路由选择3.2.4 传输层传输层是资源子网与通信子网的接口和桥梁。传输层下面三层（属于通信子网）面向数据通信，上面三层（属于资源子网）面向数据处理。因此，传输层位于高层和低层中间，起承上启下的作用。它屏蔽了通信子网中的细节，实现通信子网中端到端的透明传输，完成资源子网中两节点间的逻辑通信。它是负责数据传输的最高一层，也是整个七层协议中最重要和最复杂的一层。1.传输层的特性（1）连接与传输；（2）传输层服务2.传输层的主要功能3.传输层协议3.2.5 会话层会话层、表示层和应用层一起构成OSI/RM的高层，会话层位于OSI模型面向信息处理的高三层中的最下层，它利用传输层提供的端到端数据传输服务，具体实施服务请求者与服务提供者之间的通信，属于进程间通信的范畴。会话层还对会话活动提供组织和同步所必须的手段，对数据传输提供控制和管理。1.会话层的主要功能；（1）提供远程会话地址；（2）会话建立后的管理；（3）提供把报文分组重新组成报文的功能2.会话层提供的服务（1）会话连接的建立和拆除；（2）与会话管理有关的服务；（3）隔离；（4）出错和恢复控制3.2.6 表示层表示层为应用层服务，该服务层处理的是通信双方之间的数据表示问题。为使通信的双方能互相理解所传送信息的含义，表示层就需要把发送方具有的内部格式编码为适于传输的比特流，接收方再将其译码为所需要的表示形式。数据传送包括语