计算机网络技术--教案

1、电子商务网络技术基础教案2016年春季学期任课教师：刘苏明 第一章 计算机网络基础教学目标计算机网络的形成与发展计算机网络的定义与分类 计算机网络的组成和逻辑划分计算机网络的拓朴结构重点和难点（专业词汇）计算机网络通信子网与资源子网LAN/WAN/MAN网络拓朴结构 总线型 环型 星型 树型 网状型1.1计算机网络的定义 定义：将地理上位置不同且功能独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。功能独立的计算机系统（软、硬件）通信线路（通信媒体、通信设备）网络操作系统（单机OS功能+网络通信协议+网络资源管理+网络服务）资源共享（硬件、软件，

2、如程序、数据库、存储设备、打印机）1.2计算机网络的形成与发展一、计算机网络发展经历发四个阶段：1. 初级阶段 2. 计算机网络阶段 3. 标准或开放的计算机网络4. 高速、互连、智能化的计算机网络1.2.1 计算机网络通信将应用与通信功能从逻辑上分离，应产生了通信子网与资源子网的概念通信子网资源子网Host网络逻辑划分：资源子网与通信子网资源子网提供用户访问网络和处理数据的能力。包括加入网络的所有的计算机、终端外设及各种软件和数据资源 通信子网提供网络的通信功能（数据的传输与转发）1、 网络接口功能：实现资源子网和通信子网的接口功能2、 存储/转发功能：对进入网络传输的数据信息提供转发功能3

3、、 网络控制功能：为数据提供路径选择、流量控制等功能包括通信处理机通信设备与通信线路 1.3计算机网络的分类一、计算机网络有多种分类标准，如按传输技术（广播、点对点）、通信介质（有线、无线）、按数据交换方式（报文、分组、虚拟分组）、通信速率（宽带、窄带）和使用范围（私有、公有）等。最普遍的是按地理范围划分：局域网（Local area networks ，LANs) 广域网（Wide area networks ，WANs)城域网（Metropolitan area networks ， MANs)1.4计算机网络的功能和应用一、计算机网络的功能 1、资源共享：程序、打印机2、快速传输信息：E

4、-MAIL3、数据信息的集中和综合处理：网络数据库应用系统4、资源的可用性与可靠性：平衡负载、后备5、任务的分布处理二、计算机网络的应用 1、信息检索2、现代化的通信方式3、办公自动化4、管理信息系统5、电子商务6、远程教育与E-Learning7、远程医疗8、生活娱乐1.5 计算机网络的组成与结构见前面重点反复强调1.6 计算机网络拓朴结构 一、数学中的图论 二、网络的拓朴结构： 将通信子网中的具体设备视为“点或线”采用拓朴学的方法抽象出的关于节点与链路的几何构型三、常见的网络拓朴结构 总线型 星型 树型 环型 网状型 为什么要研究网络的拓朴结构 网络拓朴结构是决定网络性能的主要因素 。构造

5、网络时，首先要选择采用何种网络拓朴结构来物理连接所有的节点与计算机。 1、线性总线(Ethernet)所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接。每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息优点：简单、易于实现缺点：可靠性和灵活性差 、传输延时不确定 2、环型结构(Token-Ring)节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。优点：简单、易于实现，传输延时确定 。缺点：维护与管理复杂双环(FDDI)两个非相连的独立同心环主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用）优点：在单环之上增加了高度的可靠性。缺点：维护与管

6、理复杂，投资大3、星型 (Ethernet)网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。 节点之间的数据通信要通过中央节点优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。缺点：中心节点成为全网可靠性的关键4、扩展星型(campus-based)星型结构的重复( 中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点).减少了链路与设备的投资优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量5、层次结构（LAN/WAN）又称树型结构数据流具有明显的层次性 6、网状结构（广域网）又称无规则型。结点间的连接是任意的，不存在规律。是目前数据的传输有赖于所采用的网络设备优点：多

7、条链路提供了冗余连接缺点：结构复杂7、完全网状结构每一个节点均与其他每一个节点直接相连。数据的传输有赖于所采用的网络设备优点：多条链路提供了冗余连接缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。Homework复习本章内容 p17 1，2，3，4.3，4.4预习下一章（计算机网络的体系结构）为什么要分层？体系结构中的相关术语和概念OSI的各层及功能TCP/IP及其与OSI的比较1、物理层的功能负责实际或原始的数据“位（BIT）” 传送，通过传输介质将比特流由一个节点传向另一个节点。节点通常分为DTE与DCE两大类。DTE为用户端接设备，DCE为数据控制设备。该层协议的功能是定义网络物理设备DTE/D

8、CE的接口。物理层协议具有四个特性： 机械特性：设备接插件的规格、尺寸、引脚数量和排列等电气特性：信号电平的高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等功能特性：物理接口上各信号线的功能规程特性：利用各信号线传输二进制位流的一组操作规程，即各信号线工作的规则和先后顺序。如何建立与拆除物理连接、全双工或半双工、同步还是异步传输。2、数据链路层的功能l 实现两个相邻的机器间的无差错的传输。通过对物理层提供的原始比特流传输服务的加强，向网络层提供服务l 成帧：规定数据链路层最小的数据传送逻辑单位帧的类型和格式。将从网络层接收的信息分组组成帧后传送给物理层，由物理层传送到对方的数据链路层。l 物理寻址和对网络

9、拓朴的存取l 差错控制：在信息帧中带有校验字段，当接收方收到帧时，按照选定的差错控制方法进行校验，在发现差错时进行差错处理。l 流量控制：协调发送方与接收方的数据流量，使发送速率不要超过接收方速率。l 共享介质环境中的介质访问控制l 链路管理：建立、维持与释放数据链路。 3、网络层的功能l 涉及将源端发出的数据（分组）经各种途径送到目的端，从源端到目的端可能要经过许多的中间节点-互连和路径选择(源网络-目标网络）l 通信子网的最高层，但是处理端到端（主机主机）数据传输的最低层。l 信息分组的类型和格式l 逻辑寻址l 路由和转发l 拥塞控制4、传输层的功能l 为高层数据传输建立、维护与拆除传输连

10、接，实现透明的端到端的传输（主机-主机）l 真正意义上的从源到目标的“端到端”层，源端的某程序与源端的“类似”程序进行对等通信l 屏蔽了上三层 (面向应用) 和下三层（面向数据传输）之间的界限，弥补网络所提供的服务质量的不足，提供可靠的网络服务l 信息的分段（源端）和合并（目标端）l 流量控制和差错恢复l 多路复用5、会话层的功能l 建立、管理和终结不同机器上的应用程序或进程间的会话l 为表示层提供服务l 会话(Dialogue)的管理：令牌（Token)l 会话的同步 检查点（Checkpoint)6、表示层的功能l 表示层以下各层只关心可靠的数据传输，而表示层关心的是所传送数据的语法和语义

11、。完成语法格式的转换l 不同的计算机可能有不同的内部数据表示（抽象语法），表示层收到应用层传过来的某种语法形式的数据后，将其转换成适合在网络实体间传送的公共语法（传送语法）表示的数据。包括数据表示格式和转换、数据压缩、加密与解密、协议转换等l 与接收方协商所采用的公共语法类型l 表示层对等实体间连接的建立、数据传送与连接释放。7、应用层的功能l OSI的最高层，也是离用户最近的层，是计算机网络与用户之间的界面l 由若干的应用进程或程序组成。网络通过应用层为用户提供多种网络服务。l 常见应用层服务： 目录服务 电子邮件 文件传输 虚拟终端 前面我们说的通信子网指的就是1、2、3层。第二章 数据通

12、信基础教学目标数据通信的基础知识传输介质 物理层的网络互连设备物理接口重点和难点信息/数据/信号模拟通信和数字通信 信道，介质，）基带传输/数字数据编码（NRZ，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码）频带传输/模拟数据编码（调制，解调，幅移键控，频移键控，相移键控）信道带宽/数据传输速率单工通信、半双工通信、全双工通信串行通信/并行通信2.1数据通信基础一、基本概念1、信息、数据和信号l 信息：不同形式表达的知识，通信的目的是交换信息l 数据：信息的载体，可以是数字、文字、声音、图形与图象等形式。在计算机中，以二进制代码表示。同学们所熟悉的数据编码系统有EBCDIC和ASCII码 l 信号：数据在传

13、输过程中的电磁波表示形式l 三者关系：数据是信息的载体，信息涉及数据的内容和解释，信号则是数据在传输过程中的电磁波表示形式在计算机网络系统中，计算机系统关心的是信息所采用的编码体制（如用ASCII还是EBDIC来表达字母和数字，采用GIF或BMP表达图像等）或数据形式；而数据通信系统则关注如何将表示数据的二进制比特序列转换成适合于通信系统传送的信号，包括数据如何用电信号表示以及如何传输信号。例子： 信息：NETWORK 数据：（用ASCII码表示） 1001110 1000101 1010100 1010111 1001111 1010010 1001011 信号： 用脉冲信号表示的方波图2、

14、模拟信号和数字信号l 模拟信号：连续变化-是关于时间的连续函数l 数字信号：离散的脉冲信号，关于时间的非连续函数3、通信系统计算机通信信道计算机发送信号接收信号信道带宽l 介质与信道1. 传输介质：泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒体，特指用来连接各个通信处理设备的物理介质。包括无线与有线两大类。2. 通信信道：传送信号的一条通道，其建立在传输介质之上，但包括了传输介质和通信设备。同一传输介质上可提供多条信道，一条信道允许一路信号通过。l 信道的类型1. 模拟信道与数字信道 按相应的数据在传输过程中采用的信号方式划分。2 信道与无线信道 按信道所基于实现的传输介质划分。l 数字通信系统

15、计算机数字信道计算机发送数字信号接收数字信号信道带宽编/解码器编/解码器l 模拟通信系统计算机模拟信道计算机发送模拟信号接收模拟信号信道带宽D/A转换A/D转换问题一：l 数据如何用电信号表示？l 基带传输与数字数据编码l 频带传输与模拟数据编码Vocabulary and Terml 模拟通信和数字通信（信道、介质）l 基带传输/数字数据编码（NRZ，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码）l 频带传输/模拟数据编码（调制，解调，幅移键控，频移键控，相移键控）三、传输介质l 传输介质：泛指计算机网络中用于连接各个计算机的物理媒体，主要指用来连接各个通信处理设备的物理介质。 l 类型：有线介质和无线介

16、质l 性能指标：物理特性、传输特性、地理范围、抗干扰性、价格（包括安装与维护费用）1、 无屏蔽双绞线(UTP Unshielded Twisted Pair)l 由四对直径为22或的铜缆组成。每两条线互绞成一对。 l 阻抗 : 100 ohms. l 外径 : .43 cm l 信号的最大传输距离：100M l 传输速率: 10M-1000Mbpsl 易于安装，价格低廉l 基于铜介质提供了最快的数据传输速率。l 信号衰减大，抗干扰和噪声差。 问题：双绞线为什么要绞在一起2、屏蔽双绞线 (STP)l 与无屏蔽双绞线有较多的相同点。l 阻抗： 150 Ohml 集成了屏蔽与抵消技术，抗干扰性强。l

17、 价格较无屏蔽双绞线高，安装也较无屏蔽双绞线复杂。3、同轴电缆l 按传输特性分为两大类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆l 阻抗：基带同轴电缆50 Ohm / 宽带同轴电缆75 Ohml 基带同轴电缆又分为粗缆和细缆：粗缆传输距离：500m / 细缆传输距离：185ml 具有较高的噪声抑制特性，抗干扰能力强。l 价格居中，安装难度居中。l 目前已不再推荐使用4、光纤l 基于光的全反射原理制造的光传输介质。在折射率较高的光传输层之外加上折射率较低的包裹层。l 直径：m 数量级l 不受外界电磁波和噪声的干扰，传输质量高;l 安全性与保密性好l 数据传输速率高达Gbps数量级l 类型：单模（注入式激光二极

18、管ILED/3km ）与多模光纤（发光二极管/2km ）5、无线传输l 无线传输的信号可以是电磁波的任意形式：无线电波，微波，红外线等l 不存在有形的物理介质l 常见形式：无线通信 微波通信 红外通信l 用途:移动通信无线局域网 (WLANs) the IEEE 802.11standards.6、传输介质的选择l 传输介质的选择要考虑多种技术和非技术的因素：l 网络技术（拓朴结构/连接方式）l 网络的通信流量（传输容量）l 可靠性和安全性l 地理和环境因素（介质形式和传输距离）l 价格（建设与维护成本）四、信号在介质中传输存在的问题l 信号在介质中传输会不可避免地存在噪声。l 噪声与信号的叠

19、加会引起数据传输的错误l 信道中噪声的大小由信噪比S/N来度量，提高介质性能的一个主要目标是提高其信噪比。l 噪声的类型1. 热噪声：介质中的电子热运动引起，时刻存在，幅度较小，强度与频率无关，但频谱较宽。具有随机性。2. 冲击噪声：外界电磁干扰引起，幅度较大，呈突发性。3. 近端串扰：可通过绞线或良好的端接来解决4. 接地噪声：非良好接地引发的交流噪声。5. 信号反射：信号在传输过程中遇到断点会出现信号反射（在在线或无线介质中均存在）第三章 局域网技术本节教学目标局域网的特点、功能 主要的局域网组网设备常见的局域网拓朴结构 重点和难点（专业词汇）解决冲突的常用思想Macd/cd token

20、ring5.1 局域网概述1、局域网的特点l 通信速率高：达Mbit/sl 通信质量高：误码率在10-710-12l 支持多种传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤、无线介质l 成本低、安装、扩充及维护方便 l 通常属于某个部门、企业或单位所有 l 采用宽带局域网技术后，可实现高带宽的应用：语音、数据和视频2、局域网的功能l 资源共享：硬件、软件资源l 相互通信：数据传送与电子邮件l 提高计算机系统的可靠性l 分布式计算 l 高性能计算环境 3、局域网的主要组网设备 l 计算机：服务器、客户机、工作站l 中继器(Reapter) 和集线器（Hub)l 网桥(Bridge) l 交换机(Switch)

21、 l 网络适配器：网卡/NIC4、局域网组网的两种方式l 对等方式： l 主从方式（C/S模式）1. 服务器：主从式局域网中的核心控制部件。一般由高档的PC机或专用服务器组成。主从模式的局域网中至少有一台服务器，也可有多台服务器。2. 主要功能：网络服务（文件服务、打印服务、邮件服务等） 网络管理（共享资源管理、用户管理等）3. 客户机/工作站客户机：C/S模式下提出服务请求并接受服务的计算机，通常为PC机或专用工作站。工作站：对等网络环境下的所有计算机，它们地位平等，只能相互提供简单的共享。主机与OSI模型：网络中的计算机统称为主机；主机不属于OSI的某一特定层，而是被视为是一种涵盖了OSI

22、所有七层的设备.4网卡：局域网中提供主机与通信介质相连的接口。其性能和质量直接影响网络的性能和网上所运行软件的效果 A、网卡的主要功能：l 数据的发送与接收：数据缓冲区越大越好，一般为2-64KBl 编码与解码：曼彻斯特或差分曼彻斯特编码 l 帧的封装与拆卸：以太网帧、FDDI帧 。l 介质访问控制：下次课讲解B、网卡与OSI模型网卡的功能包括了物理层与数据链路层 ，我们通常将其归入数据链路层设备C、网卡的组成：帧的装配与拆卸数据缓冲MAC子层协议控制电路编码与解码电路收发电路内部总线BNC/RJ-45AUID、网卡地址l 每一块网卡在出厂时均获得一个唯一的地址，称为网卡地址l 网卡地址有许多别名：物理地址 / 硬件地址 / MAC地址l MAC地址的长度为48位的二进制数，或12位的十六进制数l 前24比特代表厂商标识，后24