《计算机网络技术基础 》（王崇刚）教案 （理论部分） 网络互联技术（一）网络互联概述与网络互连介质.docx

网络互联技术(一)网络互联概述与网络互连介质课题课时教学目标知识技能目标：(1 )理解网络互连的主要原因(2 )掌握网络互连的类型(3)了解实现网络互连的基本要求(4 )掌握双绞线的组成结构与传输特性(5 )掌握双绞线的分类与特点(6)掌握同轴电缆的分类与特点(7 )掌握光纤的传导机理与分类(8 )理解光纤通信技术(9 )掌握无线传输介质的种类思政育人目标：体会网络互联技术的发展为现实生活带来的巨大改变，帮助学生增长知识、 丰富见识，培养学生珍惜学习时光的习惯，鼓励学生努力追求真理的科学精神， 为实现民族复兴的伟大愿望而奋斗。教学重难点教学重点：网络互连的主要原因、网络互连的基本要求、网络互联介质教学难点：网络互联技术的内涵、双绞线的组成结构与传输特性、光纤的传导机理教学方法问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、文旌课堂APP教学设计第1节课：考勤(2 min )一问题导入(5 min )一传授新知(28 min )一课堂互动(1。 min )第2节课：问题导入(5min)一传授新知(35 min )一课堂小结(3min )一作业布置(2 min )教学过程主要教学内容及步驱K设计意图第一节课考勤(2 min) 【教师】使用文旌课堂APP进行签到 【学生】按照老师要求签到培养学生的组 织纪律性，掌握学 生的出勤情况问题导入 (5 min)1【教师】通过信息孤岛提出以下问题：引导学生主动 思考，激发学生的 学习兴趣2 课时(90 min )三、光纤1 .定义光纤，是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的 纤维中的全反射原理传递光脉冲，实现光信号传输的新型材料。2 .特性不受外界的电磁干扰或噪声影响，在有大电流脉冲干扰的环境 下也能保持较高的数据传输率并提供良好的数据安全性，是电气噪 声环境中最好的传输介质。3 .应用常用于以极快的速度传输巨量数据的场合。光纤好像是人体中 的血管，被作为通信网络的主干，用于在各种网络设备之间提供最 快和容错性最好的数据通路。4 .光纤的结构与传导机理由透明材料做成的纤芯和在周围采用比纤芯的折射率稍低的 材料做成的包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。包层护套纤芯结构：(1)纤芯直径约5 pm 75 pm ,材料主体是二氧化硅,里 面掺极微量的其他材料，如二氧化褚、五氧化二磷等。掺杂的作用 是提高材料的光折射率。(2 )纤芯外面有包层，包层有一层、二层或多层。包层的材料 一般用纯二氧化硅，也可以掺极微量的三氧化二硼，最新的方法是 掺微量的氟。掺杂的作用是降低材料的光折射率。(3 )光纤最外面通常还有一层护套，用来防止光的泄露，对光 纤起保护作用。传导机理：光在光纤中传播主要是依据全反射原理。只要进入光纤表面的光线的入射角大于某一个临界角度，光就 可以产生全反射。折射用(折射率小入射用(折射部大)小【教师】提出问题，课堂互动思考：光纤的应用领域。小【学生】聆听、思考、回答问题5 .光纤的结构与传导机理根据不同的分类标准可将其划分为不同的种类：(1)按工作波长，可将光纤分为：短波长光纤与长波长光纤。(2 )按光纤剖面折射率分布，可将光纤分为：阶跃(SI)型、 近阶跃型、渐变(GI)型、其他型(如三角型、W型、凹陷型等) 光纤。(3 )按光在光纤中的传输模式，可将光纤分为：单模光纤和多 模光纤。(4 )按制造原材料，可将光纤分为：石英玻璃光纤、多成分玻 璃光纤、塑料光纤、复合材料(如塑料包层、液体纤芯等)光纤。6 .实际应用中，最常见的是单模光纤和多模光纤(1)单模光纤(SMF )(A()单模光纤：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或lO.m),只能传 一种模式的光纤。特性：这种光纤具有较宽的频带，传输损耗小，因此允许做无 中继的长距离传输。但由于这种光纤难与光源耦合，连接较困难， 价格也贵，故主要用作邮电通信中的长距离主干线。(2 )多模光纤(MMF )多模光纤：当光纤的几何尺寸远远大于光波波长时，光纤中会 存在着几十种乃至几百种传播模式。f【教师】提出问题，课堂互动思考：单模光纤与多模光纤的区别?(1)单模传输距离远(2)多模传输带宽大(3)单模不会发生色散，质量可靠(6)单模价格比较高(5 )价格较高,而多模通常用便宜的LED(4)单模通常使用激光作为光源(7)多模价格便宜，近距离传输可以小【学生】聆听、思考、回答问题7.光纤通信技术光纤通信是利用光波作为载波，以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。用户AI用户A2>-先发送机光纤光纤光接收机一用户Bl<->用户Br(1)光纤传输系统光纤通信是以光纤传输系统方式实现的。光纤传输系统主要由 光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种光器件构成。(2 )原理在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调 制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率) 变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号 后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。(3 )优点传输频带宽、通信容量大；传输损耗低、中继距离长； 线径细、重量轻；有利于资源合理使用；绝缘、抗电磁干 扰性能强：抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、可绕性好、无电火 花、泄露小、保密性强，可在特殊环境或军事上使用。+【教师】提出问题，课堂互动思考：双绞线、同轴电缆与光纤的性能比较(详见教材)小【学生】聆听、思考、回答问题四、无线传输介质无线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、红外线和卫星通信等，这些载体都属于电磁波。划分依据：通过电磁波的频率来加以区分。波段划分：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)与伽玛射线(Y射线)*-yr 车 1.二， .至 (1 )无线电波中低频无线电波的频率在1 MHz以下，沿着地球表面传播。iWj频、甚身频和特图频无线电波的频率在1 MHz到1 GHz之 间。(2 )微波微波指频率在300 MHz 300 GHz的襁电波，是计算机网络中 最的无线信道类型。典型的工作懈 ：2 GHz、4 GHz、8 GHz和12 GHz应用领域：卫星通信、电视转播和军事领域(3)红外线红外线被广泛应用于短距离通信。应用：家用电器的遥控器、移动设备的红外线传输器。优点：方向性好、便宜、易于制造。缺点：不能通穿过固体物质。小【教师】提出问题，课堂互动思考：无线传输介质与有线传输相比的优缺点包括哪些?小【学生】聆听、思考、回答问题【学生】聆听、思考、记忆 【教师】简要总结本节课的要点随着网络技术的迅速发展和网络应用的快速普及，网络规模迅速扩大，小型局域网已不能胜任网络应用的需要。由此，网络互联 技术迅速发展起来。网络互联是为了将两个或者两个以上具有独立课堂小结(3 min)总结知识点，帮 助学生更好的掌 握网络互联自治能力、同构或异构的计算机网络互联起来，实现更大范围的数 据通信和资源共享。互联的核心是协议转换，关键是互联设备。网络互连介质是连接各网络节点，承载网络中传输数据的物理 实体。如果将网络中计算机比作货站，数据信息比作汽车的话，那 么网络互连介质就是不可缺少的公路。根据介质的物理特征，网络 互连介质分无线传输介质和有线传输介质两大类。目前常用的无线传输介质有无线电波、微波和红外线等，常用的有线传输介质有双 绞线、同轴电缆和光纤等。通过课后作业 复习巩固学到的 知识提高实际操 作能力【教师】布置课后作业1 .查找资料试说明为什么说：互联的核心是协议转换，关键是 作业布置互联设备。（2mm）2.思考如何提升局域网的安全性。【学生】完成课后任务在这节课中学生能在互动环节深入沟通，效果不错。教师还要多与学生进行深入的 教学反思沟通和交流，这一方面是与学生探讨学习方法和策略让学生在探讨中发现、认识自身学习中存在的问题并及时纠正，从而掌握科学有效的学习方法，提高学习质量和效率。信息孤岛中，数据孤岛是最普遍的形式，存在于所有需要进 行数据共享和交换的系统之间。随着企业计算机技术运用的不断 深入，不同软件间，尤其是不同部门间的数据信息不能共享，设 计、管理、生产的数据不能进行交流，数据出现脱节，即产生信 息孤岛，势必给企业的运用带来信息需要重复多次的输入、信息 存在很大的冗余、大量的垃圾信息、信息交流的一致性无法保证 等困难。思考：我们有哪些方法可以减轻信息孤岛带来的影响呢？ 【学生】聆听、思考 【教师】通过学生的回答引入要讲的知识 【教师】结合教材讲解网络互联技术概述通过教师的讲 解和演示，帮助学 生掌握网络互连 的定义、网络互连 的主要原因、网络 互连的类型以及 实现网络互连的 基本要求随着计算机技术、通信技术和计算机网络技术的飞速发展，以 及计算机网络的广泛应用，单一的网络的环境已经不能满足社会对 信息的需求，往往还需要将多个相同或不同类型的计算机网络相互 连接在一起，组成规模更大、功能更强的网络，以实现更广泛的资 源共享和信息交流。传授新知(28 min)1 .定义网络互联是把分布在不同地理位置的计算机网络用互联设备连 接起来，形成一个范围更广、规模更大的计算机网络系统，实现更 大范围内的资源共享和数据通信。(1)两种情况实现各网段或子网之间的数据传输、通信、交互与资源共享。增加网络性能或便于管理(2 )互联网由相同或不同类型的子网络互连而成的大型计算机网络称为互 连网络，简称为互联网。小【教师】提出问题，课堂互动思考：网络互联和物联网的联系与区别。*【学生】聆听、思考、回答问题2.网络互连的主要原因【教师】提出问题，课堂互动思考：网络互联的优缺点小【学生】聆听、思考.回答问题3.网络互连的类型【教师】提出问题，课堂互动小【学生】聆听、思考、回答问题网络互连的类型主要有以下四种：3- Sv? 3思考：计算机网络从传输距离上可以分为哪几种类型?基于TCP/IP模型的因特网(Internet )就是由全世界无数的网络 通过网络互连技术连接起来的，是国际上使用最广泛的一种互联网。(1)扩展网络覆盖范围的需要增加局域网内部的通信距离，扩展局域网的覆盖范围。(2)扩大资源共享范围的需要避免信息孤岛、信息资源共享(3)网络分割的需要提高网络的可靠性和安全性，使网络更易于管理和维护。（1 ）局域网（LAN ）一局域网（LAN ）互连。在实际应用中， 局域网与局域网之间的互连是最常见的一种。（2 ）局域网（LAN ）一广域网（WAN ）互连。局域网和广域 网互连也是常见的网络互连类型。（3 ）局域网（LAN ） 一广域网（WAN ） 一局域网（LAN ）互 连。这种类型是指两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网互 连。（4 ）广域网（WAN ） 一广域网（WAN ）互连。小【教师】提出问题，课堂互动思考：以上几种类型的典型应用？（1）局域网（LAN ）一局域网（LAN ）互连它包括两种情况：同类型局域网之间的互连，例如，以太网与以太网之间的 互连：不同类型局域网之间的互连，例如，以太网与令牌网互连、 以太网与ATM网互连。（2 ）局域网（LAN ）一广域网（WAN ）互连例如，企业网、校园网通过电信接入因特网。（3 ）局域网（LAN ）一广域网（WAN ）一局域网（LAN ） 互连。例如，众多全球型大企业的专用网（4 ）广域网（WAN ） 一广域网（WAN ）互连例如，因特网4.实现网络互连的基本要求两个子网要实现互连，并达到相互之间信息交流与资源共享的 目的，必须满足以下几个基本条件：(1 )在互连网络之间至少应当有一条在物理上连接的链路以及 对这条链路的控制规程。(2)不同网络节点的应用程序间提供适当的路径来传递数据。(3 )协调各个网络的不同特性，不对参与互连的某个网络的硬 件、软件、网络结构或协议做大的修改。(4)不能为提高整个网络的传输性能而影响各子网传输性能。(5 )向互连的网络提供不同层次的服务功能，包括协议的转换, 分组的分段、组合和重定序以及差错检测等。【教师】提出问题，课堂互动思考：简要概括实现网络互连的基本要求(1 )互联层次问题(2 )寻址问题(3 )数据传送问题(4 )访问控制问题(5 )连接方式问题【学生】聆听、思考、回答问题【学生】聆听、思考、记忆课堂互动(10 min)【教师】提出问题，要求学生讨论并回答问题实现网络互连除了上述要求外，还有哪些其他需要注意的呢？ 网络互联还应当遵守以下基本准则：(1)屏敝或者容纳各个物理网络的差别；(2 )隐藏各个物理网络的实现细节；(3 )为用户提供通用透明服务【学生】思考、讨论、回答问题通过练习题巩 固所学知识，加深 对知识点的理解第二节课问题导入 (5 min ) 【教师】引入新课通过问题导入 的方法，引导学生主动思考，激发学 生的学习兴趣信息高速公路就是把信息的快速传输比喻为高速公路。所谓信息高速公路”，就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络。其速度之快，比当时网络的传输速度高1万倍；其容量之大,一条信道就能传输大约500个电视频道或50万路电话。此外，信息 来源、内容和形式也是多种多样的。网络用户可以在任何时间、任 何地点以声音、数据、图像或影像等多媒体方式相互传递信息。而在计算机网络中，网络互连介质是连接各网络节点，承载网 络中传输数据的物理实体。在传输过程中有着至关重要的作用。思考：根据以往所学想一想网络互联介质是如何发挥作用的？ 【学生】聆听、观看、思考、讨论 【教师】通过学生的回答引入要讲的知识 【教师】结合教材讲解网络互联介质根据介质的物理特征，网络互连介质分无线传输介质和有线传 输介质两大类。目前常用的无线传输介质有无线电波、微波和红外 线等，常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。一、双绞线双绞线是一种综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具 有绝缘保护层的铜导线组成的。通过教师的讲 解和演示，帮助学 生掌握双绞线、同 轴电缆、光纤和无 线传输介质的结 构和特点1.双绞线的组成结构传授新知(35 min )双绞线(又称双扭线)是当前最普遍的传输介质，其电缆中封 装着一对或多对双绞线。(1)每对双绞线通常由两根具有绝缘保护层的铜导线组成(2 )每根铜导线的绝缘层上分别涂有不同的颜色，以示区别2,双绞线的特点(1 )传输距离远、传输质量高(2)布线方便、线缆利用率高(3 )抗干扰能力强(4 )可靠性高、使用方便(5 )价格便宜，取材方便双绞线的工作原理双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。采用这种方式不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，也可以降低多对绞线 之间的相互干扰。把两根绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号作用 在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的，在接收信号的差分电 路中可以将共模信号消除，从而提取出有用信号。4 .双绞线的传输特性双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但在短距离时同样适 用于数字信号的传输。(1 )局限性双绞线在传输数据时，信号的衰减比较大，容易产生波形畸变。(2 )传输特性采用双绞线的局域网的带宽取决于所用双绞线的质量、长度及 传输技术。当距离很短且采用特殊的电子传输技术时，传输率可达 100 Mbps 1 000 Mbps0+【教师】提出问题，课堂互动思考：双绞线的适用场景。小【学生】聆听、思考、回答问题5 .双绞线的分类(1 )根据有无屏蔽层，双绞线可分为屏蔽双绞线(STP )和非 屏蔽双绞线(UTP )两类：非屏蔽双绞线UTP一无屏蔽双绞线UTP聚氯乙烯：绝缘层 铜线 套层；：；外观：非屏蔽双绞线保护层较厚，包皮上通常标有类别号码， 如CAT5"字样表示为5类非屏蔽双绞线。常用类型：非屏蔽双绞线分为1 6类，最常用的为5类非屏蔽 双绞线，适用于语音和多媒体等100 Mbps的高速和大容量数据的传 输，常用于10Base-T和100Base-T等以太网,超5类双绞线也属于 非屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线UTP的优点将串扰减至最小或加以消除; 具有阻燃性; 具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线屏蔽双绞线STP聚氯之烯;屏蔽层绝I缘层铜线屏蔽双绞线STP套层外观：屏蔽双绞线（STP ）的外面有一层金属材料包裹，以减小 辐射，防止信息被窃听。屏蔽双绞线STP优缺点屏蔽双绞线具有较高的数据传输速率，但屏蔽双绞线电缆的价 格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接 器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。小【教师】提出问题，课堂互动思考：在双绞线电缆内，不同线对具有不同的扭绞长度，这 样做的原因为何？K【学生】聆听、思考、回答问题（2）按照频率和信噪比进行分类：双绞线常见的有五类线和超五类线，以及六类线，前者线径细 而后者线径粗。 五类线（CAT5 ）:主要用于100BASE-T和1000BASE-T 网络，最大网段长为100m ,采用RJ形式的连接器。这是最常用的 以太网电缆。超五类线（CAT5e ）:超5类具有衰减小，串扰少，具有更 高的衰减与串扰的比值（ACR ）和信噪比（SNR ）、更小的时延误 差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网。六类线（CAT6 ）:六类布线的传输性能远远高于超五类标 准,最适用于传输速率高于IGbps的应用。6.双绞线连网时的特点装的RJ-45连接器(俗称水晶头)与网卡和集线器(或交换机)相 连，两个网络端口之间的最大距离为1。mo小【教师】提出问题，课堂互动思考：再组网时如果想要加大网络范围应当如何操作？如果要加大网络的范围，在两段双绞线电缆间可安装中继 器；但最多只能安装4个中继器，因此网络的最大范围为500 mo 这种连接方法也称之为级连。【学生】聆听、思考、回答问题二、同轴电缆同轴电缆由一根空心的圆柱体和其所包围的单根内导线组成 的，是网络中最常用的具有保护套的传输介质。塑料封套网状导体绝缘层 中心铜线1 .组成同轴电缆从里到外依次是中心铜线、绝缘层、网状导体和塑料 封套，这四个部分具有同一个轴心。2 .优点同轴电缆的屏蔽性能好、抗干扰能力强，具有更高的带宽和噪 声抑制特性。3 .常用类型广泛使用的同轴电缆有两种：一种是阻抗为50欧姆的基带同轴 电缆，另一种是阻抗为75欧姆的宽带同轴电缆。(1)基带同轴电缆只用于传输数字信号，可作为计算机局域网的传输介质。基带 同轴电缆的带宽取决于电缆长度。电缆增长，其数据传输率将会下 降；短电缆可获得较高的数据传输率。当传输距离小于1 km时，传 输速率可达到50 Mbps ,误码率为ICT，10-口。(2 )宽带同轴电缆既可用于传输模拟信号，也可传输数字信号。适用于长途电话 网、电缆电视系统及宽带计算机网络。+【教师】提出问题，课堂互动