计算机网络基础课程标准教学教案

计算机网络基础课程标准课程名称：计算机网络基础作者：课程学分：参考学时：书号：出版社：开设专业：

一、课程基本信息课程名称计算机网络基础书号978-7-5606-7243-4课程性质专业基础课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时3/48授课语言中文课程简介《计算机网络基础》是计算机类专业重要的专业基本理论课程，是计算机类专业的各门专业课程的先导课程。本课程在把握教学对象对理论知识“必要、适度、够用”的原则下系统介绍计算机网络技术与工程所涉及到各个方面的理论基础与技术基础知识;全面阐明计算机网络技术所涉及的各项基木概念和基木工作原理，为后续课程的知识学习和技能培养奠定理论基础。课程性质与定位《计算机网络基础》课程坚持以企业需求为导向，以培养职业技能为目标，坚持理论与实践相结合的原则，贯彻“以培养职业能力为核心，以工作实践为主线，以项目为载体，以任务为驱动，以工作过程为框架，面向岗位建设课程”的理念，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为以工作任务为中心组织课程内容。课程内容突出对学生职业能力的训练，理论知识的选取紧紧围绕工作任务的完成来进行。具体思路如下:(1)课程设计多元化:课程的设计以企业需求为导向，由网络技术专家、网络管理人员、学校课程主持人及主讲教师共同讨论制订课程标准。(2)学习情景渐进化:学生的学习是一个循序渐进的过程，学习情景的设计必须符合认知和学习规律，即从简单到复杂、从理论到实践。(3)教学项目过程化:教学中的项目必须是来自企业的实际案例，并将“需求分析方案设计、项目实施、项目测试”几个工作环节贯穿每一个工程中。(4)课程设计任务化:在每一个项目教学中，对于教师提出任务，学生必须踏踏实实的完成，并子以考核。(5)组织形式企业化:学生接受工作任务后，可以自由分组，按照企业运作方式，扮演不同角色，共同完成一个项目。(6)教学手段、方法多样化:根据课程内容的特点，灵活选取案例教学法、分组讨论、角色扮演法、项目教学法等教学方法，注重发挥学生的学习主动性，在教师的组织引导下，通过学生自己的实践或行动来培养和提高职业能力和职业素质的养成。(7)课程考核开放化;考核内容可以包括:基础知识基本技能、方案设计能力评价、任务完成情况评价、团队合作能力评价、工作态度评价，评价方式包括:小组成员互评、教师评价。三、教学内容与学时分配本书共48个学时，根据每一章节难易程度划分学时时长。序号教学内容学时主要内容教学方式1计算机网络概述2计算机网络的产生与发展计算机网络的定义和分类计算机网络的体系结构讲授2物理层42.1物理层接口与标准2.2传输介质及网络设备2.3数据通信技术2.4数据编码讲授3数据链路层43.1数据链路层的基本概念3.2差错控制3.3基本数据链路协议3.4数据链路控制协议讲授4局域网技术44.1局域网模型4.2局域网技术标准4.3有线局域网4.4无线局域网讲授5网络层65.1网络层的基本概念5.2网络层协议5.3IPv4地址5.4IPv4子网划分5.5IPv6地址5.6网络指令讲授6传输层36.1传输层的基本概念6.2传输控制协议6.3用户数据报传输协议讲授7应用层57.1应用层的基本概念7.2域名系统服务7.3DHCP服务7.4WWW服务7.5文件传输服务7.6电子邮件服务讲授8计算机网络安全48.1网络安全基础概述8.2网络安全法律法规8.3数据加密技术8.4网络安全技术讲授9实验1双绞线的制作1双绞线的制作实训10实验2光纤熔接1光纤熔接实训11实验3交换机的基本配置3任务1初识交换机模式任务2交换机端口配置任务3交换机端口隔离配置实训12实验4网络指令的使用2网络指令的使用实训13实验5路由器配置4任务1路由器端口的基本配置任务2查看路由器的系统和配置信息实训14实验6DNS服务器配置2DNS服务器配置实训15实验7家庭无线局域网搭建2家庭无线局域网搭建实训16实验8网络安全配置2网络安全配置实训总学时：48四、课程考核考核评价总体说明通过平时课堂理论的讲授，以实践案例分析的方式，让学生掌握《计算机网络基础》这门课程的重要知识点，通过这门课的学习，学生能熟练掌握课程，所以考核方式主要采用总成绩=平时成绩60%+期末考核40%，其中平时成绩=学生出勤率10%+课堂表现10%+作业任务完成40%。课程目标编号考核方式及分值占比（%）方式1分值1方式2分值2方式3分值3目标1出勤10目标2课堂回答问题10目标3作业任务40目标4期末考察40总分100分五、实施建议=1\*Arabic1.教材选用建议参考教材：《计算机网络基础》朱春燕，徐云娟，黄燕虹主编，西安电子科技大学出版社，2024.3。2.教学建议本课程的教学应注重理论与实践相结合，强化学生的实际应用能力与问题解决能力，培养他们的法律意识与合规意识。教学中注意做到以下几点：（一）混合式教学策略​计算机网络基础是兼具理论深度与技术实操性的学科，教师可采用线上线下混合式教学模式。线上通过虚拟仿真平台模拟网络拓扑搭建，线下开展分组实验，同时运用微课讲解抽象理论，结合工具演示数据传输过程，增强知识理解与动手能力。​（二）项目化实践案例​结合企业真实网络场景，引入园区网规划、小型局域网搭建、网络安全攻防等实践项目。例如以中小企业网络升级改造为案例，让学生参与需求分析、方案设计、设备调试全过程，在解决IP地址分配冲突、VLAN划分等实际问题中提升工程实践能力。​（三）沉浸式互动教学​通过网络故障诊断擂台赛、网络协议辩论赛等形式，激发学生主动思考。设置“网络安全应急响应”角色扮演环节，让学生分别扮演网络管理员、黑客、数据恢复专家，在模拟对抗中强化网络安全意识与团队协作能力。​（四）动态资源库建设​构建包含网络设备配置手册、开源网络工具包、经典网络故障案例库、前沿技术论文集的动态学习资源库。定期更新5G、SDN（软件定义网络）等新技术资料，帮助学生掌握行业最新发展趋势。​（五）分层反馈机制​建立“课堂实操即时点评+项目阶段性评估+期末综合考核”的多维评价体系。针对学生在网络拓扑设计、配置命令使用等方面的问题，提供个性化改进建议，并通过结对帮扶、课后专项辅导等方式促进共同进步。​（六）前沿技术融合课程​紧密结合云计算、物联网、边缘计算等新兴领域的网络需求，开发“云网络架构实践”“物联网通信协议应用”等拓展课程模块。将网络安全等级保护2.0、IPv6升级改造等政策要求融入教学，培养符合行业需求的复合型人才。六、教学条件=1\*Arabic1.教师基本要求（1）有理想信念、有道德情操、有扎实学识、有仁爱之心；悉心教育、立德树人、热爱学生、严谨治学、因材施教、以身作则、务实进取、团结协作，师德高尚。（2）具有良好的综合素质与知识结构，具有计算机类相关专业相关知识。（3）具有很好的判断能力和较强的信息接收能力。（4）具有一定的工作经历和社会实践经验。=2\*Arabic2.教学场地条件多媒体教室，具备分组互动及相关案例分析的条件。3.教学方法课证融合教学法、案例分析教学法、充分利用信息化平台辅助教学法等。七、参考文献

《计算机网络基础》课程教案课程名称：计算机网络基础课程号：课程学分：3参考学时：48课程性质：专业必修课适用专业：计算机应用技术等专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称计算机网络基础课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时3/48授课语言汉语课程简介《计算机网络基础》是计算机类专业重要的专业基本理论课程，是计算机类专业的各门专业课程的先导课程。本课程在把握教学对象对理论知识“必要、适度、够用”的原则下系统介绍计算机网络技术与工程所涉及到各个方面的理论基础与技术基础知识;全面阐明计算机网络技术所涉及的各项基木概念和基木工作原理，为后续课程的知识学习和技能培养奠定理论基础。授课班级

二、课程授课教案第1章讲课主题计算机网络概述学时2学时教学目标·了解计算机网络的发展历史·理解计算机网络的定义·熟悉计算机网络的分类·熟悉常见的网络拓扑结构·了解一些重要的标准化组织教学重点、难点·掌握OSI/RM开放系统互连参考模型·掌握TCP/IP参考模型本章导读本章首先在介绍计算机网络发展历史的基础上对计算机网络的定义、组成、分类、拓扑结构以及网络标准化等进行详细介绍，然后介绍计算机网络体系结构与开放系统互连参考模型等。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间1.1计算机网络的产生与发展1.1.1计算机网络的产生1.1.2计算机网络的发展1.面向终端的计算机网络以单个计算机为中心的远程联机系统构成了面向终端的计算机网络。2.计算机-计算机网络计算机-计算机网络的核心思想是资源共享，通过网络操作系统、应用系统和通信系统的协同工作，实现资源的自动管理和数据的透明传输。计算机之间可以直接进行通信和数据交换，无须通过专门的中心计算机进行中转。计算机-计算机网络的出现，解决了面向终端的计算机网络中存在的通信质量和速度问题，实现了更快速、更可靠的数据传输和资源共享。在这一阶段，各大计算机公司都推出了自己的网络体系结构和相应的软、硬件产品，以适应不断增长的网络需求。其中，IBM公司的SNA(SystemNetworkArchitecture)和DEC公司的DNA(DigitalNetworkArchitecture)是两个著名的例子。3.开放式标准化网络国际标准化组织(InternationalStandardsOrganization，ISO)于1984年正式颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”(OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel，OSI/RM)的国际标准ISO7498，简称OSI参考模型或OSI/RM模型。OSI/RM模型由七层组成，所以也称为OSI七层模型。OSI/RM模型的提出，为计算机网络技术的发展提供了一个统一的参考模型和标准，使得不同厂商生产的计算机之间能够互联互通。厂商需要遵循OSI/RM模型的标准来生产计算机和网络设备，既推动了厂商之间的竞争和创新，也促进了计算机网络技术的发展和应用。4.高速计算机网络20世纪90年代，网络技术领域最具挑战性的议题之一是Internet与高速通信网技术、接入网技术、网络与信息安全技术的发展。作为全球性的信息网络，Internet在当今经济、文化、科学研究、教育与人类社会生活中正日益扮演着越来越重要的角色。1.1.3现代网络的发展1.物联网物联网(InternetofThings，IoT)作为新一代信息技术的典型代表，其应用目前在全球范围内呈现出爆发式增长趋势，不同的物联网应用于不同的行业或领域，可以实现理想中的“万物互联”状态。(1)感知层。感知层利用RFID、传感器、摄像头、全球定位系统等传感技术和设备，随时随地获取物体的属性信息并传输给网络层。物体属性包括静态和动态两种，其中静态属性可以存储在电子标签中，使用阅读器读取；动态属性(如温度、湿度、速度、位置等)则需要使用传感器、摄像头或全球卫星定位系统等进行实时探测。(2)网络层。网络层通过各种网络将物体的信息实时、准确地传递给应用层。(3)应用层。应用层有一个信息处理中心，用来处理从感知层得到的信息，以实现物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等。物联网的3层结构体现了物联网的基本特征，即全面感知、可靠传递和智能处理。目前物联网的主要应用领域有智能家居、智能医疗、智能物流、智能交通、智能工业、智能农业等，物联网技术将以更迅捷的速度在各个领域得到应用和拓展。2.移动网随着人类社会的不断发展，人与人之间的交流和信息传递方式也在不断变化。最初人们通过书信来沟通，后来发明了电话，使人们可以通过声音来进行语言交流。随着数字化时代的到来，人们对更快速、更高效的交流方式提出了迫切需求。移动网的出现深刻地改变了人们的生活方式和工作模式，已成为当今信息社会中不可或缺的组成部分。1)移动网的基本概念及特点移动网是指使用移动设备(如手机、平板电脑等)通过无线通信技术连接到互联网，以实现各种应用和服务的技术和网络。与传统的固定网相比，移动网的最大特点就是“移动”。用户可以在任何时间、任何地点接入网络，随时随地进行信息交流。(1)便携性：移动设备如智能手机、平板电脑等可以随身携带，可以随时随地接入网络，获取信息和服务。(2)即时性：移动网的信息传输和服务更加及时，用户不再错过任何重要信息或时效性信息。(3)高速传输：移动网的传输速度比较快，可支持高速数据传输。(4)多样化服务：移动网不仅提供语音服务，还支持图像、视频等多媒体应用。(5)覆盖范围广：移动网的覆盖范围非常广，可以覆盖城市、农村以及各种不同的使用场景。2)移动网的技术架构移动网系统主要由移动台(MobileStation，MS)、基站子系统(BaseStationSubsystem，BSS)、移动网子系统(NetworkSubSystem，NSS)和操作支持子系统(OperationSupportSubsystem，OSS)四部分组成。3.5G技术5G(5thGenerationMobileCommunicationTechnology)，全称为第五代移动通信技术。它是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的新一代蜂窝移动通信技术。1.2计算机网络的定义和分类1.2.1计算机网络的定义关于计算机网络这一概念，从不同的角度出发，可以给出不同的定义。简单地说，计算机网络就是通过通信线路互相连接的许多独立工作的计算机构成的集合体。这里强调构成网络的计算机是独立工作的，是为了和多终端分时系统相区别。1.2.2计算机网络的分类计算机网络根据不同的标准可以分为不同的类别，常见的分类有四种，即按覆盖范围分类、按拓扑结构分类、按传输技术分类和按交换方式分类，其中按覆盖范围和拓扑结构进行分类是最常用的。1.按覆盖范围分类按覆盖范围分类，计算机网络可分为局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)。2.按拓扑结构分类“拓扑”这个名词来源于数学，是指研究几何图形或空间时只考虑物体间的位置关系而不考虑其形状和大小的一门学科。网络拓扑是指忽略网络设备的型号，只关注网络空间形状，或者其物理和逻辑上的排列方式。网络的拓扑结构主要有星形拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树状拓扑、混合型拓扑及网状拓扑。下面分别介绍几种典型网络拓扑结构的特点。3.按传输技术分类按网络传输技术分类，计算机网络可以分为广播式网络(BroadcastNetwork)和点到点网络(Point-to-PointNetwork)。4.按交换方式分类按网络的交换方式进行分类，计算机网络可以分为电路交换网、报文交换网、分组交换网和信元交换网。1.3计算机网络的体系结构计算机网络体系结构是一种用于描述计算机网络结构的模型，它是各层协议以及层次之间端口的集合。1.3.1网络体系结构1.网络协议的组成2.计算机网络层次结构1.3.2OSI/RM参考模型图1-9OSI七层参考模型1.3.3TCP/IP模型图1-11OSI参考模型与TCP/IP模型层次体系对应关系本章小结本章主要介绍网络基础知识。开始学习的时候把本章作为网络知识的摘要，当学完本书后再次阅读本章，则可将其作为网络知识的总结。本章首先介绍了计算机网络的理论知识，包括计算机发展史、计算机网络的分类、计算机网络体系结构、网络协议及组成、分层结构的原则和方法等；其次介绍了两种主要的网络体系结构的模型，即OSI参考模型和TCP/IP模型。本章的重点是计算机网络体系结构以及两个网络模型，难点是分层结构的原则和方法。75min重难点知识的重述和巩固15min

《计算机网络基础》课程教案课程名称：计算机网络基础课程号：课程学分：3参考学时：48课程性质：专业必修课适用专业：计算机应用技术等专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称计算机网络基础课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时3/48授课语言汉语课程简介《计算机网络基础》是计算机类专业重要的专业基本理论课程，是计算机类专业的各门专业课程的先导课程。本课程在把握教学对象对理论知识“必要、适度、够用”的原则下系统介绍计算机网络技术与工程所涉及到各个方面的理论基础与技术基础知识;全面阐明计算机网络技术所涉及的各项基木概念和基木工作原理，为后续课程的知识学习和技能培养奠定理论基础。授课班级

二、课程授课教案第2章讲课主题物理层学时4学时教学目标·理解并掌握物理层的基本概念、主要功能和基本特性·熟悉各种网络互联设备·理解比特率、波特率和信道容量的定义·了解各类传输介质的基本特性教学重点、难点·熟练应用计算机信道容量的两个公式·掌握数字数据的数字信号编码本章导读物理层位于OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理介质(即通信信道)，主要功能是实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。物理层的传输单位为比特，即二进制位的“0”或“1”。本章将介绍物理层接口与标准、传输介质、数据通信技术、数据编码以及常用的网络设备。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间2.1物理层接口与标准物理层是OSI参考模型的最底层，它向下直接与传输介质相连，向上与数据链路层相邻并为其提供服务，如图2-1所示。图2-1物理层与数据链路层的关系2.1.1物理层接口物理层接口是物理层中设备之间的连接接口，是计算机通信中最低层次的一种接口。它的主要任务是实现比特流的传输，即按照协议要求将数据比特流在传输介质上进行传输。2.1.2物理层接口标准1.EIA制定的物理接口标准美国电子工业协会EIA制定的物理层接口标准主要包括RS系列标准。其中，RS-232C是EIA制定的一种串行物理接口标准，被广泛应用于计算机串行接口和通信设备之间的数据传输。RS-232C标准采用DB-9或DB-25连接器，传输速率范围从150Baud～19200Baud，最大传输距离为15m。此外，EIA还制定了其他RS系列标准，如RS-449、RS-485等。2.ITU-T制定的物理层接口标准国际电信联盟电信标准化部门ITU-T制定的物理层接口标准主要有V系列标准、X系列标准等。30min2.2传输介质及网络设备2.2.1有线传输介质1.双绞线双绞线一般由两根绝缘铜导线相互缠绕而成，每根铜导线的绝缘层上分别涂有不同的颜色，以示区别。两根具有绝缘保护层的铜导线按一定密度互相绞合，能够有效地降低外界电磁场对信号的干扰。双绞线可分为屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair，STP)和非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair，UTP)两大类。2.同轴电缆同轴电缆分为基带同轴电缆(阻抗50Ω)和宽带同轴电缆(阻抗75Ω)。基带同轴电缆又可分为粗缆和细缆两种，都用于直接传输数字信号；宽带同轴电缆用于频分多路复用的模拟信号传输，也可用于不使用频分多路复用的高数字信号和模拟信号传输。闭路电视所使用的CATV电缆就是宽带同轴电缆。3.光纤光纤是光导纤维的简称，它由能传导光波的超细石英玻璃纤维外加保护层构成。多条光纤组成一束，就构成一条光缆。相对于金属导线来说，光纤具有重量轻、线径细的特点。根据使用的光源和传输模式，光纤可分为多模光纤(MultimodeFiber)和单模光纤(SinglemodeFiber)两种。2.2.2无线传输介质无线传输介质是指信号通过空气(或真空)传输，其载体主要包括无线电波、微波、红外线等，这些载体都属于电磁波的一种。无线传输介质通过电磁波的频率来加以区分。频率由低向高次序分别为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线(UV)、伦琴射线(X射线)与伽马射线(γ射线)。1.无线电波无线电波主要用于无线电广播、电视和移动通信等。中低频无线电波的频率在1MHz以下，沿着地球表面传播。高频、甚高频和特高频无线电波的频率为1MHz～1GHz。2.微波微波是指频率在300MHz～300GHz的电磁波。微波的频率较高，波长较短，因此具有更高的方向性。其典型工作频率为2GHz、4GHz、8GHz和12GHz。微波主要应用于卫星通信、电视转播、军事等领域。3.红外线红外线方向性好、便宜、易于制造但不能通穿过固体物质，被广泛应用于短距离通信。2.2.3常见的网络设备网络设备主要有网卡、交换机(Switch)、路由器(Router)、防火墙(FireWall)、网关(GateWay)。1.网卡网络接口卡(NetworkInterfaceCard，NIC)又称网卡或网络适配器，是主机和网络的接口，用于协调主机与网络间数据、指令或信息的发送与接收，如图2-8所示。2.交换机交换机是一种专门用于信号转发的网络设备，其核心功能在于维护着一张MAC地址表，通过这个表，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的通路。3.路由器路由器是一种连接多个相同或不同类型网络的网络互联设备。它具有按某种准则自动选择一条到达目的子网的最佳传输路线的能力，用来连接两个及以上复杂网络，主要用于广域网之间或广域网与局域网的互联。4.网关网关又称网间连接器、协议转换器。在互联的、不同结构的网络中的主机之间相互通信时，由网关完成这两种网络的数据报格式的相互转换，以实现不同网络协议的翻译和转换工作。网关能够连接多个高层协议完全不同的局域网。因此，网关是连接局域网和广域网的首选设备。网关如图2-11所示。5.防火墙防火墙是一种位于计算机及其连接的网络之间的软件或硬件解决方案(硬件防火墙将隔离程序直接固化到芯片上)。防火墙实际上是一种隔离技术，是在两个网络通信时执行的一种访问权限控制，它能将非法用户或数据拒之门外，最大限度地阻止网络上黑客的攻击，从而保护网络内部免受入侵。45min2.3数据通信技术2.3.1信息、数据与信号1.信息在计算机网络中，通信的目的是交换信息(Information)。不同领域中对信息有不同的定义，一般认为信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识，也是人们通过通信系统传递的内容。2.信号信号(Signal)是数据在传输过程中的电信号表示形式。信号可以分为模拟信号和数字信号两种类型。2.3.2数据通信系统的基本结构按照在传输介质上传输的信号类型，可以将数据通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统两种。传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，而传输数字信号的系统称为数字通信系统。模拟通信系统模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。2.数字通信系统数字通信系统一般由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿和噪声源组成。2.3.3通信信道数据通信的任务是传输数据信息，希望达到传输速度快、出错率低、信息量大、可靠性高，并且既经济又便于使用、维护等目标。1.数据传输速率2.信道容量3.误码率4.通信方式(1)并行通信方式。(2)串行通信方式。2.3.4多路复用技术1.FDM在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是FDM。为了防止不同信道的信号相互干扰，FDM使用保护带来隔离频谱区。FDM的工作原理是：几路数字信号被同时送入载波频率不同的调制器中，经过调制后，每一路数字信号被调制到不同频率的子频带上，这样就可以将多路信号合起来放在一条信道上传输。接收方则先利用带通滤波器将收到的多路信号分开，再利用解调器将分路后的信号恢复成调制前的信号。2.TDMTDM是以信号传输的时间作为分割对象，将传输时间分为若干个时间片(time-slot，又称时隙)，给每个用户分配一个或几个时间片，使不同信号在不同时间段内传送，在用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽来传输数据。3.WDMWDM主要用于全光纤网组成的通信系统。由于光波的频率很高，习惯上用波长而不用频率来表示光波，因此称其为波分复用。2.3.5异步传输和同步传输在数据通信系统中，当发送方和接收方采用串行通信方式时，必须要解决数据传输的同步问题。同步是指接收方必须按照发送方发送比特的起止时刻和速率来接收数据，否则会造成数据接收错误。实现收/发双方之间同步的技术有两种：异步传输和同步传输。1.异步传输2.同步传输45min2.4数据编码网络中的通信信道可以分为模拟信道和数字信道，分别用于传输模拟信号和数字信号，相应地，传输的数据也分为模拟数据与数字数据两类。2.4.1数字数据的数字信号编码数字信号可以直接采用基带传输。所谓基带，就是指二进制比特序列的矩形脉冲信号所占的固有频带，称为基本频带。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲。1.不归零码不归零码(NonReturntoZero，NRZ)，是指在一个码元时间内，电压均无须回到零位。这种编码方式属于全宽码，即一个码元占用一个单元脉冲的宽度。不归零码分为单极性不归零码和双极性不归零码。(1)单极性不归零码。(2)双极性不归零码。2.归零码不归零码的码元之间没有明确的间隙，不易区分识别，而归零码的脉冲较窄，每一位二进制信息传输后均返回零电平，可以有效改善传输过程中码元之间的间隙问题，使得接收端能够更容易地区分，识别每一位码元。归零码包括单极性归零码和双极性归零码两种形式。(1)单极性归零码。(2)双极性归零码。2.4.2模拟数据的数字信号编码脉冲编码调制一般通过采样、量化和编码3个步骤将连续的模拟数据转换为数字信号，如图2-33所示。(1)采样。(2)量化。(3)编码。模拟数据(例如语音)经过PCM编码转换成数字信号后，就可以和计算机中的数字数据统一采用数字传输方式进行传输。数字传输具有下列优点：(1)抗干扰性强。(2)保密性好。(3)易于集成化：(4)便于远距离传输：2.4.3数字数据的模拟信号编码数字编码就是将数字信号转换成为适合于信道传输的波形的过程。在数字数据的模拟编码中，常见的调制方法有三种：调幅、调频、调相。(1)调幅(2)调频(3)调相本章小结物理层所涉及的数据通信技术是建立计算机网络的重要基础。它利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接，负责处理数据传输率以便透明地传送比特流。本章主要介绍了物理层接口与标准、传输介质与设备、数据通信技术、数据编码。45min重难点知识的重述和巩固15min

《计算机网络基础》课程教案课程名称：计算机网络基础课程号：课程学分：3参考学时：48课程性质：专业必修课适用专业：计算机应用技术等专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称计算机网络基础课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时3/48授课语言汉语课程简介《计算机网络基础》是计算机类专业重要的专业基本理论课程，是计算机类专业的各门专业课程的先导课程。本课程在把握教学对象对理论知识“必要、适度、够用”的原则下系统介绍计算机网络技术与工程所涉及到各个方面的理论基础与技术基础知识;全面阐明计算机网络技术所涉及的各项基木概念和基木工作原理，为后续课程的知识学习和技能培养奠定理论基础。授课班级

二、课程授课教案第3章讲课主题数据链路层学时4学时教学目标·掌握差错控制的原理及方式·了解几种常用的检错码、纠错码·理解BSC协议报文格式·理解HDLC协议和PPP协议教学重点、难点·掌握基本数据链路协议·掌握滑动窗口尺寸的计算本章导读数据链路层是OSI参考模型中的第二层，位于物理层和网络层之间，它在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，即将源机网络层的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。数据链路层通过一系列复杂而高效的功能，确保了数据的可靠传输，为建立和维护稳定、高效的通信网络提供了基础支持。本章将介绍数据链路层的差错控制、基本数据链路协议以及数据链路层控制协议。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间3.1数据链路层的基本概念3.1.1帧和数据链路的概念1.帧的概念帧是数据链路层的协议数据单元，它封装了网络层传递下来的数据，并添加了必要的控制信息，以便在传输过程中进行错误检测和纠正。2.数据链路的概念链路是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他交换节点，一条链路只是一条通路的一个组成部分，通常也称作物理链路。3.1.2数据链路层的功能数据链路层的主要功能是加强物理层传输原始比特流，将物理层提供的可能出错的物理连接转变为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。1.链路管理1.链路管理链路管理是指数据链路的建立、维持和释放。当两个节点开始通信时，发送方必须确认接收方处于准备接收数据的状态。为实现这一点，双方需要交换必要的信息以建立数据链路连接。在数据传输过程中，需要维持数据链路的稳定。当通信完成后，需要释放数据链路。2.帧同步在数据传输过程中，比特流是连续传输的，没有任何分隔符来指示每一帧的边界，帧同步就是使接收方能从接收到的比特流中准确地区分帧的起始与终止。3.差错控制在数据通信过程中，可能会因物理链路性能和网络通信环境等因素而出现一些传输错误，但为了确保数据通信的准确性，必须尽量降低这些错误的发生率。差错控制通过添加校验码、重传机制等，实现当接收端检测出有差错的帧时，能够及时纠正。4.透明传输透明传输是指数据传输过程中，采取适当的措施使接收方不会将数据误认为是某种控制信息。为了实现透明传输，通常采用特定的编码方案和技术，以确保数据和控制信息的正确区分。5.寻址寻址是指数据链路层中，收/发双方需要知道对方的地址或标识，以便正确地发送和接收数据。30min3.2差错控制3.2.1差错控制概述差错控制是指在数据通信过程中能发现并纠正差错，把差错控制在尽可能小的范围内。3.2.2差错控制方法利用差错控制编码来进行差错控制的方法基本上有两类：一类是自动请求重发ARQ(AutomaticRepeatRequest)，另一类是前向纠错FEC(ForwardErrorCorrection)。1.奇偶校验奇偶校验码是一种通过增加冗余位使码字中“1”的个数为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。1)垂直奇偶校验2)水平奇偶校验3)水平垂直奇偶校验2.循环冗余校验奇偶校验码作为一种检错码虽然简单，但是漏检率太高。在计算机网络和数据通信中用得最广泛的检错码是漏检率低且便于实现的循环冗余码(CyclicRedundancyCode，CRC)。CRC码又称多项式码。循环冗余校验码运算规则如下：(1)首先约定好用来生成余数的r次多项式G(x)；(2)把要发送的信息位K(x)向左移动r位，得到xr·K(x)；(3)通过异或运算，求得余数R(x)=xr·K(x)/G(x)；(4)将所得余数作为冗余码添加到信息位K(x)后，在信道上实际发送的数据T(x)=xr·K(x)+R(x)。45min3.3基本数据链路协议差错控制方法中有多种协议和技术用于控制数据传输中的错误，常见的差错控制协议有停-等协议、顺序管道接收协议和选择重传协议。3.3.1停-等协议3.3.2顺序管道接收协议3.3.3选择重传协议45min3.4数据链路控制协议数据链路控制协议也称链路通信规程，即OSI参考模型中的数据链路层协议。链路控制协议可分为异步协议和同步协议两大类。3.4.1二进制同步通信协议面向字符的同步协议是最早提出的同步协议，其典型代表是IBM公司的二进制同步通信(BinarySynchronousCommunication，BSC)协议。随后，ANSI和ISO都提出了类似的标准。3.4.2高级数据链路控制协议ISO的高级数据链路控制规程(High-levelDataLinkControl，HDLC)协议作为面向比特的数据链路控制协议的典型代表，具有以下特点：(1)它是一种面向比特的协议，不依赖于任何一种字符编码集。45min重难点知识的重述和巩固15min

《计算机网络基础》课程教案课程名称：计算机网络基础课程号：课程学分：3参考学时：48课程性质：专业必修课适用专业：计算机应用技术等专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称计算机网络基础课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时3/48授课语言汉语课程简介《计算机网络基础》是计算机类专业重要的专业基本理论课程，是计算机类专业的各门专业课程的先导课程。本课程在把握教学对象对理论知识“必要、适度、够用”的原则下系统介绍计算机网络技术与工程所涉及到各个方面的理论基础与技术基础知识;全面阐明计算机网络技术所涉及的各项基木概念和基木工作原理，为后续课程的知识学习和技能培养奠定理论基础。授课班级

二、课程授课教案第4章讲课主题局域网技术学时4学时教学目标·掌握局域网的基本概念·理解局域网的体系结构和IEEE802标准·理解以太网的媒体访问控制方法(CSMA/CD协议)·掌握以太网的MAC帧格式和物理层标准·了解令牌环网和令牌总线网等传统局域网技术·了解快速以太网、千兆以及万兆以太网的特点·理解交换式以太网的实现原理·理解虚拟局域网的概念和划分方法教学重点、难点以太网的MAC帧格式和物理层标准虚拟局域网的概念和划分方法本章导读局域网(LocalAreaNetwork，LAN)是一种在一个小范围内将各种通信设备连接在一起，实现资源共享和信息交换的计算机网络。它们具有较高的数据传输率、较低的传输时延和较小的误码率，因而获得了广泛应用。但随着网络规模与网络效率之间的矛盾日益扩大，可以从以下几个方面对其进行改进：推动局域网标准化；提高网络的传输效率；利用网络设备将网段细分，减少子网中节点数，以改善网络性能；将“共享介质方式”改为“交换方式”；将一些广域网技术应用到局域网中。本章主要介绍局域网的介质访问控制子层、IEEE802系列标准、有线局域网技术以及无线局域网技术。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间4.1局域网模型4.1.1IEEE802模型IEEE802模型是由IEEE802委员会制定的一系列标准，统称为IEEE802标准，其对应于OSI参考模型的最低两层，即物理层和数据链路层，详细描述了局域网体系结构。IEEE802模型的特点2.MAC子层的主要功能MAC子层主要处理与传输介质有关的问题，同时还负责在物理层传输比特的基础上实现无差错通信，其主要功能如下：(1)将上层交下来的数据封装成帧进行发送(接收时相反，将帧拆卸并递交到上层)；(2)按MAC地址(即帧地址)寻址；(3)进行差错检测；(4)MAC层的维护和管理。3.LLC子层的主要功能LLC子层主要处理与接入介质无关而又属于数据链路层需处理的问题，其主要功能如下：(1)提供与高层的接口；(2)实现数据链路层的差错控制；(3)给帧加上序号，以便在接收端能够按照正确的顺序重新组装数据；(4)为高层提供数据链路层逻辑连接的建立和释放服务。4.1.2IEEE802系列标准IEEE802系列标准致力于研究局域网和城域网的物理层与MAC层中定义的服务和协议。常用的标准有以下几个：·IEEE802.1，定义了局域网体系结构、寻址方式、网络互联机制；·IEEE802.1A，概述了IEEE802体系结构的基本架构；·IEEE802.1B，专注于网络管理和网络互联方面的规范；·IEEE802.2，定义了逻辑链路控制LLC协议；·IEEE802.3，概述了CSMA/CD(以太网)访问方法及物理层规范；·IEEE802.3u，定义了快速以太网标准；·IEEE802.3z，定义了千兆以太网标准；·IEEE802.3ae，定义了万兆以太网标准；·IEEE802.4，描述了TokenBus(令牌总线)访问方法及物理层规范；·IEEE802.5，描述了TokenRing(令牌环)访问方法及物理层规范；·IEEE802.6，分布队列双总线DQDB(城域网MAN标准)；·IEEE802.7，定义了宽带局域网标准；·IEEE802.8，定义了FDDI(光纤分布数据接口)光纤局域网标准；·IEEE802.9，关于综合数据/语音网络标准；·IEEE802.10，关于网络安全与保密标准；·IEEE802.11，无线局域网(WLAN)标准，定义了无线网络的通信协议；·IEEE802.12，规定了100BASE-VG标准；……·IEEE802.14，有线电视网(CATABroadband)标准，用于宽带通信；·IEEE802.15，定义了无线个人网络(WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN)标准；·IEEE802.16，无线宽带局域网(WirelessBroadbandLocalAreaNetwork,BBWA)标准。4.1.3局域网中信道分配策略IEEE802模型在数据链路层中划分出一个传输介质访问控制子层来进行传输介质访问控制，并用LLC子层处理逻辑上的链路问题。当局域网中众多用户想要在共享信道中合理而方便地共享通信媒体资源时，可采用以下技术方法。理而方便地共享通信媒体资源时，可采用以下技术方法。(1)静态划分信道。通过频分复用、时分复用和波分复用等方法，用户可以分配固定的信道，并且不会和其他用户发生冲突。但这种划分信道的代价较高，不适用于局域网。(2)动态媒体接入控制，即多点接入，其特点是信道并非在通信过程中固定分配给用户，而是根据用户需求和网络状态进行动态分配。动态媒体接入控制又分为两类：随机接入、控制访问。①随机接入。随机接入的特点是所有用户可随机发送信息。但如果恰巧有两个或更多用户在同一时刻发送信息，那么在共享媒体上就会产生碰撞(即发生了冲突)，使得这些用户的发送都失败。因此，需要解决数据冲突和碰撞问题。②控制访问。控制访问的特点是用户不能随机发送信息而必须遵循一定的控制规则，典型控制规则有轮转和预约。轮转是使每个网络节点轮流获得信道的使用权，没有数据要发送的节点将使用权传给下一个节点。预约是指各个网络节点首先声明自己有数据要发送，然后根据声明的顺序依次获得信道的使用权来发送数据。无论是轮转还是预约，都是使发送节点首先获得使用权，然后再发送数据，因而不会出现冲突和碰撞。30min4.2局域网技术标准4.2.1IEEE802.3标准IEEE802.3标准是在最初的以太网技术基础上于1980年开发成功的，它与以太网标准有很多相似之处，但不完全相同，在不涉及网络协议的细节时，人们通常将以太网简称为IEEE802.3局域网。1.IEEE802.3物理层规范IEEE802.3委员会在定义可选的物理配置方面表现了极大的多样性和灵活性。为了区分各种可选用的实现方案，该委员会给出了一种简明的表示方法：<数据传输速率(Mb/s)><信号方式><最大段长度(百米)>(1)10BASE5/10BASE2。(2)10BASE-T。(3)10BROAD36。(4)10BASE-F。2.CSMA协议CSMA(CarrierSenseMultipleAccess)是一种介质访问控制协议，用于解决网络冲突问题，它是IEEE802.3标准的基础技术。根据监听的方式以及监听到信道忙后的反应方式的不同，有4种常用的CSMA协议。(1)非坚持CSMA(NonpersistentCSMA)。(2)l-坚持CSMA(1-persistentCSMA)。(3)P-坚持CSMA(P-persistentCSMA)。(4)带有冲突检测的CSMA(CSMAwithCollisionDetection)。3.IEEE802.3MAC帧格式MAC帧是在MAC子层实体间交换的协议数据单元，IEEE802.3MAC帧的格式如图4-2所示。图4-2IEEE802.3MAC帧格式4.2.2IEEE802.5令牌环令牌环网由一条物理环路组成，每个节点都连接在这个环上，数据在网络中按照固定的方向流动形成一个环形的数据传输路径。1.令牌环工作原理2.令牌环特点3.令牌环的维护4.令牌环帧格式4.2.3IEEE802.4令牌总线标准令牌总线访问控制方式是在综合了CSMA/CD访问控制方式和令牌环访问控制方式的优点基础上形成的一种介质访问控制方式。1.令牌总线工作原理2.令牌总线优缺点3.故障处理45min4.3有线局域网由于网络流量的激增，尤其是在多个以太网互联时，所有用户都参与竞争有限的网络带宽，造成网络负载加重，因此用户对有线局域网的要求也与日俱增。下面介绍6种典型的有线局域网技术。4.3.1FDDI环网光纤分布数据接口(FiberDistributedDataInterface，FDDI)环网是一种以光纤作为传输介质的高性能网络，它采用双环拓扑结构，确保在网络发生故障时数据的持续流动。FDDI环网使用IEEE802.5标准令牌传递协议来控制网络访问，主要用于高速、可靠通信的场合。1.FDDI环网的性能FDDI环网的数据传输速率达100Mb/s，采用4B/5B编码，要求信道介质的信号传输速率达到125MBaud。FDDI环网的最大环路长度为200km，最多可容纳1000个物理连接。采用双环结构时，站点间距离控制在2km以内，且每个站点与两个环路都有连接，最多可连接500个站点，其中每个单环长度限制在100km内。2.数据编码在IEEE802.5标准中使用的曼彻斯特编码的效率只有50%，因为每传输1bit都要求线路上有两次状态变化(即2Baud)。如果采用差分曼彻斯特编码，那么要实现100Mb/s的传输速率就要求200MBaud的调制速率，即200MHz的带宽。换言之，曼彻斯特编码需要发送数据是FDDI使用的2倍。3.FDDIMAC帧格式FDDI标准使用MAC符号来表示帧结构，在FDDI物理层中，每个MAC符号对应4bit，数据以4bit为单位来传输。通过这种方式，FDDI可以实现高速数据传输和较低的误码率。4.3.2快速以太网1.快速以太网的介质访问控制方法2.物理层4.3.3千兆以太网1.千兆以太网的物理层协议千兆以太网的物理层协议包括1000BASE-SX、1000BASE-LX、1000BASE-CX和1000BASE-T标准。2.千兆以太网的帧千兆以太网的帧结构与标准以太网的帧结构相同。3.千兆以太网的特点(1)简易性(2)技术过渡的平滑性(3)网络可靠性(4)可管理性与可维护性(5)经济性(6)支持新应用与新数据类型4.3.4万兆以太网万兆以太网技术与千兆以太网类似，仍保留了以太网帧结构，它通过不同的编码方式和波分复用技术实现了10Gb/s传输速度，因此就其本质而言，万兆以太网仍是以太网技术的延伸。1.万兆以太网的物理层协议2.万兆以太网的特点3.万兆以太网物理层接口举例4.3.5交换式以太网4.3.6虚拟局域网1.VLAN概述2.VLAN产生的原因VLAN产生的原因主要有以下几个方面：(1)基于网络性能的考虑。(2)基于安全因素的考虑。(3)基于组织结构的考虑。3.VLAN标准4.VLAN的优点5.VLAN的种类45min4.4无线局域网4.4.1无线局域网概述1.无线AP的种类2.胖AP与瘦AP组网比较3.IEEE802.11系列标准4.4.2无线局域网技术标准1.WLAN的MAC层2.IEEE802.11MAC帧格式。3.CSMA/CA协议4.4.3无线局域网的应用WLAN的应用非常广泛，下面是一些常见的应用场景。(1)家庭网络：使用WLAN可以方便地连接多个设备，例如电脑、平板电脑、智能手机等，实现互联网上网、文件共享等功能。(2)商业网络：商业场所如咖啡厅、电子设备店、书店等WLAN已成为其提供的基本服务的一部分，顾客可以随时随地使用自己的设备上网，同时配合认证系统，保障网络安全。(3)工业领域：在工业控制和自动化领域中，WLAN应用在智能生产、仓储、企业内部物流、巡检管理等方面，可以提高工作效率并降低成本；代替传统的连接方式，实现设备的无线监控和控制。(4)物联网：随着物联网的快速发展，WLAN已成为物联网的重要组成部分，广泛应用于家庭自动化、智能家居、智能城市、智能交通等方面。总之，WLAN的应用范围广泛，通过WLAN可以实现无线通信、数据传输和信息共享，为人们的日常工作和生活带来更多便利，更智能化的体验。本章小结在局域网的体系结构中，将数据链路层分为逻辑链路控制子层和介质控制访问子层。决定局域网性能的主要因素有拓扑结构、所选择的传输介质及介质访问控制技术。从介质访问控制技术的角度，局域网分为共享介质式局域网和交换式局域网。交换式局域网的关键设备是局域网交换机。本章首先介绍了局域网的基本知识，然后介绍了以太网、高速局域网、虚拟局域网以及无线局域网等常见的局域网类型及其特点。45min重难点知识的重述和巩固15min

《计算机网络基础》课程教案课程名称：计算机网络基础课程号：课程学分：3参考学时：48课程性质：专业必修课适用专业：计算机应用技术等专业上课时间：授课教师：负责人：审核单位：年月日一、课程基本信息课程名称计算机网络基础课程号课程性质专业必修课开课部门课程负责人课程团队授课学期学分/学时3/48授课语言汉语课程简介《计算机网络基础》是计算机类专业重要的专业基本理论课程，是计算机类专业的各门专业课程的先导课程。本课程在把握教学对象对理论知识“必要、适度、够用”的原则下系统介绍计算机网络技术与工程所涉及到各个方面的理论基础与技术基础知识;全面阐明计算机网络技术所涉及的各项基木概念和基木工作原理，为后续课程的知识学习和技能培养奠定理论基础。授课班级

二、课程授课教案第5章讲课主题网络层学时6学时教学目标·理解网络层的主要功能·掌握IP数据报格式·熟悉MAC地址与IP地址转换协议·掌握IP地址的分类及子网的划分方法·掌握IPv6地址格式·熟悉网络测试中常用的网络指令教学重点、难点以太网的MAC帧格式和物理层标准虚拟局域网的概念和划分方法本章导读局域网(LocalAreaNetwork，LAN)网络层位于OSI参考模型的第三层，其主要功能是寻址和路由，即确定从源主机到目标主机的最佳路径，并最终将源主机发送的数据分组准确地传输到目标主机。因此，网络层是整个网络数据传输的核心，而IP地址是数据传输过程的灵魂。本章首先介绍网络层传输过程中的协议；然后介绍网络层IPv4地址的表示方法、分类，子网划分方法及IPv6地址的表示方法；最后介绍常用的网络指令。教学设计授课提纲及重难点分析教学方法及课程思政设计教学时间5.1网络层的基本概念网络层是OSI参考模型的关键层次，主要解决网络互联的问题。在TCP/IP体系结构中，互联层同样扮演着网络层的角色。网络互联的实现可以采用面向连接和面向非连接两种解决方案。5.1.1面向连接的解决方案5.1.2面向非连接的解决方案5.1.3网络层的特点30min5.2网络层协议在网络层(互联层)中有5个重要的协议：互联网协议(InternetProtocol，IP)、互联网控制报文协议(InternetControlMessageProtocol，ICMP)、因特网组管理协议(InternetGroupManagementProtocol，IGMP)、地址解析协议(AddressResolutionProtocol，ARP)和反向地址解析协议(ReverseAddressResolutionProtocol，RARP)。5.2.1IP协议IP是互联层最重要的协议，它将多个网络连成一个互联网，可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互联网分发出去。互联层的功能主要由IP来提供，用于负责IP寻址、路由选择、IP数据包的分发和重组等。1.IP数据报头一个IP数据报由头部和数据构成。其中，头部包括20B的固定长度部分和可选任意长度部分。(1)版本：4位，记录了数据报对应的协议版本号。当前的IP协议有两个版本：IPv4和IPv6。(2)报头长度：4位，IHL代表头部的总长度，以32位字节为一个单位。(3)服务类型：8位，使主机可以告诉子网它想要什么样的服务。(4)总长度：16位，指头部和数据的总长。最大长度是65535B。(5)标识：16位，通过它使目的主机可判断新来的分段属于哪个分组，属于同一分组的分段包含相同的标识值。(6)标志：3位，但目前只有其中两位有实际意义：DF：表示禁止分段。它命令路由器不要将数据报分段，因为目的端不能重组分段。MF：伪标志位的最低位，代表还有进一步的分段，用它来标志是否所有的分组都已到达。除了最后一个分段外的所有分段都设置了这一位。(7)片偏移：13位，标明分段在当前数据报的什么位置。(8)生命周期：8位，用来限制数据分组在网络中的生命周期的计数器。每当数据分组经过一个网络时，该计数器都会递减，而且在一个路由器中排队等待处理时可能会成倍递减。(9)协议：8位，说明将分组发送给哪个传输进程，如TCP、UDP等。(10)头部校验和：16位，仅用来校验头部的完整性。(11)源IP地址：32位，生成IP数据报的源主机IP地址。(12)目的IP地址：32位，IP数据报的目的主机的IP地址。(13)选项：是变长的。每个可选项用1B标明内容。有些可选项后面还跟有1B的可选项长度字段，其后是一个或多个数据字节。现在已经定义了安全性、严格的源路由选择、宽松的源路由选择、记录路由和时间标记5个可选项，但不是所有的路由器都支持这5个可选项。2.IP数据报的分发与重组IP数据报是通过封装为物理帧来传输的。由于因特网是通过各种不同物理网络技术互连起来的，因此，在因特网的不同部分，物理帧的大小(即最大传输单元MTU)可能各不相同。为了最大程度地利用物理网络的能力，IP模块以所在的物理网络的MTU作为依据，来确定IP数据报的大小。当IP数据报在两个不同MTU的网络之间传输时，就可能出现IP数据报的分片与重组操作。控制分片和重组的IP头部有三个关键字段：标识域、标志域和分片偏移域。3.IP对输入数据报的处理当IP数据报到达主机时，如果IP数据报的目的地址与主机地址匹配，则IP接收该数据报并将它传给高级协议软件处理，否则抛弃该IP数据报。网关则不同，当IP数据报到达网关IP层后，网关首先判断本机数据报是否到达目的主机。如果是，则网关将接收到的IP数据报上传给高级协议软件处理；如果不是，则网关将对接收到的IP数据报进行寻址、路由，并随后将其转发出去。4.IP对输出数据报的处理对于网关来说，IP接收到IP数据报后，经过寻址，找到该IP数据报的传输路径。该路径实际上是指向全路径中下一个网关的IP地址。然后，该网关将该IP数据报和寻址到的下一个网关的地址交给网络接口软件。网络接口软件收到IP数据报和下一个网关地址后，首先调用ARP完成下一个网关IP地址到物理地址的映射，然后网络接口软件将IP数据报封装成帧，最后由子网完成数据报的物理传输。通常我们所说的IP地址可以理解为符合IP协议规范的地址。目前，常用的IP协议是IP协议的第四版本，即IPv4。5.2.2ARP与RARP协议在互联网中，IP地址能够屏蔽各个物理网络地址的差异，为上层用户提供“统一”的地址形式。但是这种“统一”是通过在物理网络上覆盖一层IP软件实现的，互联网并不直接修改物理地址。高层软件通过IP地址来指定源地址和目的地址，而低层的物理网络通过物理地址发送和接收信息。将IP地址映射到物理地址的实现方法有多种(例如静态表格、直接映射等)，每种网络都可以根据自身的特点选择适合于自己的映射方法。ARP是以太网经常使用的映射方法，它充分利用了以太网的广播能力，实现了IP地址与物理地址的动态绑定(DynamicBinding)。1.完整的ARP工作过程地址与MAC地址的映射关系。如果找到此映射关系，则完成了ARP地址解析；如果没有找到此映射关系，则转至下一步。(2)计算机A广播含有自身IP地址与MAC地址映射关系的请求信息包，请求解析计算机B的IP地址与MAC地址映射关系。(3)包括计算机B在内的所有计算机接收到计算机A的请求信息，然后将计算机A的IP地址与MAC地址的映射关系存入各自的ARP表中。(4)计算机B发送ARP响应信息，通知自己的IP地址与MAC地址的对应关系。(5)计算机A接收到计算机B的响应信息，并将计算机B的IP地址与MAC地址的映射关系存入自己的ARP表中，从而完成计算机B的ARP地址解析。2.RARPRARP用于一种特殊情况，如果站点初始化以后，只有自己的物理网络地址，而没有IP地址，则它可以通过RARP协议发出广播请求，征求自己的IP地址，而RARP服务器则负责回答。这样，无IP地址的站点可以通过RARP协议取得自己的IP地址，这个地址在系统下一次重新开始以前都有效，不用连续广播请求。RARP广泛用于获取无盘工作站的IP地址。5.2.3ICMP与IGMP协议1.ICMP协议从IP互联网协议的功能可以知道IP提供的是一种不可靠的无连接报文分组传送服务。若路由器或主机出现故障、网络阻塞等情况时，就需要通知发送主机采取相应措施。为了使互联网能报告差错，或提供有关意外情况的信息，在IP层加入了一类特殊用途的报文机制，即互联网控制报文协议ICMP。接收方利用ICMP来通知发送方哪些方面需要修改。例如，目的主机或中继路由器在发现问题时会产生相关的ICMP报文。如果一个分组无法传送，ICMP便可以用来警告分组源，说明有网络、主机或端口不可达等问题。此外，ICMP也可以用来报告网络阻塞。ICMP是IP正式协议的一部分，ICMP数据报通过IP送出，因此它在功能上属于网络层。2.IGMP协议通常的IP通信是在一个发送方和一个接收方之间进行的，称为单播(Unicast)。局域网中可以实现对所有网络节点的广播(Broadcast)。但对于有些应用，需要同时向大量接收者发送信息，比如应答的更新复制、分布式数据库的操作、为所有经纪人传送股票交易信息，以及多会场的视频会议等。这些应用的共同特点就是一个发送方对应多个接收方，接45min5.3IPv4地址当把整个Internet看成一个单一、抽象的网络时，IP地址就是给连接到Internet上的每一台主机分配一个全世界范围内唯一的32位的标识符，IP地址现在由Internet名字与号码指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)进行分配。5.3.1IP地址的表示IP地址由32位二进制数值组成(4个字节)，但为了方便用户的理解和记忆，它采用了点分十进制标记法，即将4个字节的二进制数值转换成4个十进制数值，每个数值取值在0～255之间，数值中间用“.”间隔，表示成w.x.y.z的形式，如图5-8所示。图5-8IP地址的点分十进制标记法例如，二进制IP地址如图5-9所示。用点分十进制表示法表示成4。图5-9IP地址举例5.3.2IP地址的分类IP协议规定，IP地址的长度为32位，包括网络号部分(netID)和主机号部分(hostID)，如图5-10所示。图5-10IP地址的组成网络号netID：标识互联网中一个特定网络。主机号hostID：标识网络中主机的一个特定连接。那么，在这32位中，哪些比特代表网络号，哪些比特代表主机号？因为地址长度确定后，网络号长度将决定整个互联网中能包含多少个网络，主机号长度则决定每个网络能容纳多少台主机。为了适应各种不同的网络规模，IP协议将IP地址分成A、B、C、D和E5类：(1)A类IP地址的第一个字节以“0”开始，用7bit表示网络号，24bit表示主机号，适用于大型规模的网络。(2)B类IP地址的第一个字节以“10”开始，用14bit表示网络号，16bit表示主机号，适用于中型规模的网络。(3)C类IP地址的第一个字节以“110”开始，用21bit表示网络号，8bit表示主机号，适用于较小规模的网络。(4)D类IP地址用于多目的地址发送。(5)E类IP地址保留为今后使用。IP地址的分类如图5-11所示。利用IP地址的第一个字节就可以分辨出它的地址类型。图5-11IP地址的分类IP地址的分类是经过精心设计的，它能适应不同的网络规模，具有一定的灵活性。表5-1简要地总结了A、B、C三类IP地址可以容纳的网络数和主机数。表5-1A、B、C三类IP地址可以容纳的网络数和主机数A类地址的第一个字节为1～126。需要注意的是，数字0和127不作为A类地址，数字127保留给内部回送函数，而数字0则表示该地址是本地宿主机，不能传送。5.3.3特殊的IP地址IP地址除了可以表示主机的一个物理连接外，还有几种特殊的表现形式。1.网络地址在互联网中，经常需要使用网络地址，那么怎么来表示一个网络呢？IP地址方案规定，网络地址包含了一个有效的网络号和一个全“0”的主机号。例如，IP地址为4的主机，4为一个C类IP地址，前三个字节为网络号，后一个字节为主机号，所以该主机所在的网络地址为，它的主机号为44。2.广播地址当一个设备向网络上所有的设备发送数据时，就产生了广播。为了使网络上所有设备能够注意到这样一个广播，必须使用一个可识别和侦听的IP地址。IP广播地址有两种形式：一种叫直接广播(DirectedBroadcasting)地址；另一种叫有限广播(LimitedBroadcasting)地址。(1)直接广播。(2)有限广播地址。3.回送地址A类网络地址是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机器进程间通信。这个IP地址叫做回送地址(LoopbackAddress)。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，则协议软件不进行任何网络传输，立即将之返回。因此，网络号为127的数据报不可能出现在任何网络上。4.专用网网络中IP地址分为两类：全局IP地址(也称公共IP地址)和专用IP地址(也称私有IP地址)。(1)全局IP地址：用于连接因特网上的公共主机。(2)专用IP地址：仅用于专用网内部的本地主机。5.默认子网掩码默认子网掩码也是一个32位地址，其与标准的IP地址相对应，用来指明一个IP地址中哪些位标识的是网络号，哪些位标识的是主机号。默认子网掩码不能单独存在，必须结合IP地址一起使用。默认子网掩码的作用就是划分出某个IP地址中的网络号和主机号。“与”运算规则。从“与”运算规则可以得到，任何数与“0”按位“与”，结果都是“0”；任何数与“1”按位“与”，结果还是原数，不改变原来的数值。(2)子网掩码设定规则。默认子网掩码由连续的1和0组成。例如A类默认子网掩码为，其中，左边255连续的“1”代表网络号，1的数目等于网络号的长度；右边连续的“0”代表主机号，0的数目等于主机号的长度。默认子网掩码与IP地址按位“与”运算时，网络号所在的位与“1”按位“与”运算时不改变原网络号的值，主机号所在的位与“0”按位“与”则屏蔽原主机号的值，使主机号所在的位全变为“0”，从而得出该IP地址所对应的网络地址。按照标准的A、B、C类IP地址的定义，得到对应的默认子网掩码如表5-3所示。表5-3默认子网掩码45min5.4IPv4子网划分5.4.1子网编址为了避免IP地址的浪费，子网编址将IP地址的主机号部分进一步划分成子网号和主机号，如图5-12所示。网络管理员从标准IP地址的主机号部分“借”位，并把它们指定为子网号部分。子网号的借位必须遵循一定的规则，至少给主机号留2bit。子网号可以借用主机号的任意位数，但至少借用2位，如B类网络的主机号部分有两个字节(16bit)，故而最多可以借用14位去创建子网。而在C类网络中，由于主机号部分只有一个字节(8bit)，故最多只能借用6位去创建子网。5.4.2子网划分例如：是一个B类IP地址，借用了其中一个字节分配子网，如图5-13所示。图5-13借用标准IP的主机号创建子网16中的网络号为130.66，子网号为2，主机号为216。当然，如果从IP地址的主机号借位来创建子网，相应子网中的主机数目也会减少。例如，一个C类网络，用一个字节表示主机号，可以容纳的主机数为254台。当利用这个C类网络创建子网时，如果借用2位作为子网号，剩下的6位来表示子网中的主机号，那么每个子网可以容纳的主机数为62台；如果借用3位作为子网号，剩下的5位来表示子网中的主机号，那么每个子网可以容纳的主机数也就减少到30台。与标准的IP地址相同，子网编址也为子网网络和子网广播保留了地址编号。在子网划分之前，需要先了解子网中的几个概念