计算机网络技术电子教学教程.doc

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1、|课程名称 计算机网络技术基础 课 时 2 序 号 1授课班级 日 期 教学方式 讲授课 题 计算机网络概述 1 任课教师目的要求：重点难点：主要内容：第 1章 计算机网络概述本章教学提要教学重点：计算机网络的发展过程和基本组成；通信子网和资源子网的概念；计算机网络的分类方法；数据通信的基本术语。教学难点：通信子网和资源子网的概念。本章教学内容计算机网络是计算机技术和现代通信技术相结合的产物。随着计算机技术和通信技术的迅猛发展，计算机的应用已逐渐渗透到社会发展的各个领域。11 计算机网络的产生和发展计算机网络是通过通信设备、传输介质和网络通信协议，将不同地点的计算机设备连接起来，实现资源共享、

2、数据传输的系统。通俗地说，计算机网络是计算机技术与通信技术结合的产物，它可以把多台计算机、终端，利用通信设备和传输介质连接起来，在网络软件的作用下，实现计算机资源共享。第一代计算机网络：20 世纪 5060 年代，特点是一个主机，多个终端；第二代计算机网络：20 世纪 6070 年代，特点是分散管理，多个主机互连成系统；第三代计算机网络：20 世纪 70年代末至 90年代初，特点是标准化、开放化；第四代计算机网络：20 世纪 90年代至今，特点是高速、综合、移动。12 计算机网络的基本组成教 师 课 时 授 课 计 划2小结：布置作业：计算机网络是一个非常复杂的系统，从系统组成的角度来说，计算

3、机网络包括硬件系统及软件系统两大部分，网络硬件提供的是数据处理、数据传输和建立通信通道的物质基础，而网络软件是真正控制数据通信的，软件的各种网络功能需依赖于硬件去完成，二者缺一不可；从系统功能的角度来讲，一个计算机网络又可分为资源子网和通信子网两大部分。计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。计算机网络的硬件系统包括：主机、终端、通信控制处理机、传输介质、连接设备。计算机网络的软件系统包括：网络操作系统、网络通信协议、网络应用软件。通信子网是指计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合，通信线路、通信设备、网络通信协议、通信控制软件等都属于通信子网，它是网络的内层，负责信息的传输

4、，是网络的重要组成部分。资源子网是指计算机网络中实现资源共享的设备和软件的集合。主机和终端都属于资源子网。通信子网为资源子网提供信息传输服务，资源子网上用户之间的通信建立在通信子网的基础上。没有通信子网，网络不能工作，而没有资源子网，通信也就失去了意义，通信子网和资源子网的结合组成了统一的资源共享的完善的网络。13 计算机网络的拓扑结构拓扑是一种研究与大小、形状无关的构成图形（线、面）特性的方法，即抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象为“节点” ，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线” ，形成点和线组成的图形，使人们对网络整体有比较直观的印象。这样从拓扑学的角度看计算机网络就变成

5、了点和线组成的几何图形，这就是网络的拓扑结构，也就说网络拓扑结构是一个网络的通信链路和节点的几何排列或物理图形布局，在计算机网络中忽略了网络的具体物理特性如节点之间的距离、各节点的位置，而着重研究结点之间的连接关系。计算机网络的拓扑结构主要有：总线形拓扑结构、星形拓扑结构、环形拓扑结构、树形拓扑结构、混合形拓扑结构。教 师 课 时 授 课 计 划314 计算机网络的分类按网络覆盖的地理范围分为：局域网、城域网、广域网；按网络的工作模式分为：对等网、基于服务器的网络；按网络的使用范围分为：公用网、专用网、用公用网组建专用网；按网络的传输介质分为：有线网络、无线网络。15 计算机网络的功能和应用不

6、同环境中计算机网络应用的侧重点不同，表现出的主要功能也有差别，但总的来说，网络应具备以下最基本的功能：资源共享、信息通信、分布处理、网络提高了计算机的可靠性、网络具有可扩充功能。计算机网络的应用非常广泛，如：办公室通信、信报处理系统、电子数据交换、在线服务、工业网络、智能大厦和结构化综合布线系统等。课程名称 计算机网络技术基础 课 时 2 序 号 2授课班级 日 期 教学方式 讲授课 题 计算机网络概述 2 任课教师复习提问：目的要求：重点难点：主要内容：教学主要内容、目的、要求、重点与难点、复习、提问、小结、布置作业等16 计算机数据通信常识信息是人们所关注事情的消息或知识，是关于客观事物特

7、征和变化的反映，是客观事物特征和变化经过人的大脑加工后的再现。如身高、体重等。数据是记录下来的可以被识别的符号，具有稳定性和表达性。如文字、数字等。信号是数据的具体表现形式。根据载体的不同，可分为电、磁、声、光、热等各种信号。各种数据都可以适当的电磁波形式在通信介质上传输。教 师 课 时 授 课 计 划4信道指信号的传输通道，包括通信设备（如集线器、路由器等）和传输介质（如同轴电缆、光纤等） 。模拟信号是随时间连续变化的电磁波，利用电磁波的描述参数（如幅度、频率或相位等）来表示要传输的数据，它的取值可以是无限多个。数字信号是一种离散信号，通过电压脉冲表示要传输的数据，它的取值是有限的。传统的电

8、话通信信道是传输语音的模拟信道，无法直接传输计算机的数字信号。为了利用现有的模拟线路传输数字信号，必须将数字信号转化为模拟信号，我们将这一过程称作调制（Modulation） 。在另一端，接收到的模拟信号要还原成数字信号，这个过程称作解调（DEModulation） 。通常由于数据的传输是双向的，因此，每端都需要调制和解调，这种设备称作调制解调器（MODEM） 。在数据通信中，按每次传送的数据位数，通信方式可分为：并行通信和串行通信。并行通信是一次同时传送 8位二进制数据，从发送端到接收端需要 8根传输线。并行方式主要用于近距离通信，如在计算机内部的数据通信通常以并行方式进行。这种方式的优点是

9、传输速度快，处理简单。串行通信一次只传送一位二进制的数据，从发送端到接收端只需要一根传输线。串行方式虽然传输率低，但适合于远距离传输，在网络中（如公用电话系统）普遍采用串行通信方式。按照数据在线路上的传输方向，通信方式可分为：单工通信、半双工通信与全双工通信。单工通信只支持数据在一个方向上传输，又称为单向通信。如无线电广播和电视广播都是单工通信。半双工通信允许数据在两个方向上传输，但在同一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种可切换方向的单工通信。这种方式一般用于计算机网络的非主干线路中。全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据。

10、如现代电话通信提供了教 师 课 时 授 课 计 划5小结：全双工传送。这种通信方式主要用于计算机与计算机之间的通信。数据传输以信号传输为基础，数据传输分为基带传输、频带传输和宽带传输。允许传输信号波形连续变化的模拟信号的信道称为模拟信道，数字信道只允许传输离散的数字信号。调制解调器是进行数字、模拟信号转换的专用设备进行数/模转换的目的，就是要利用模拟信道传递数字信号。使用数字信道号传输数据，终端设备将数字信号转变成脉冲电信号时，这种调制前原始信号所固有的基本频率叫做基本频带，简称为基带。在信道中直接传输基带信号的方法，叫做基带传输。基带传输是一种最基本的数据传输方式。基带信号是用来直接传输数字

11、信号的，不经过调制，因为数字波形有无限的频宽，每次只能传输一路，占用所有带宽。利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输。在这样的信道上传输数字信号，必须先将数字信号转换为模拟信号；在接收方还必须再将模拟信号转换为数字信号，相应的设备才能识别。频带传输过程中，先将二进制形式的数字信号进行调制，转换成能在模拟信道（如电话线路或其他传输线路）传输的模拟信号传输出去，再在接收端经过解调将模拟信号还原成数字信号。频带传输是将数字信号调制成在某个频率段传输的模拟信号，可以通过频分多路复用传输。宽带是指比音频带宽更宽的频带，包括大部分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输系统属于模拟信号系统

12、，它能够在同一信道上进行数字信息或模拟信息服务，宽带传输系统可以容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。在局域网中，传输方式分为基带传输和宽带传输。基带传输的信号主要是数字信号，宽带传输的是模拟信号，基带传输的数据传输速率为 010Mb/s，宽带传输的数据传输速率为 0400Mb/s。宽带传输能把声音、图像和数据等信息综合到一个物理信道上进行传输，宽带传输采用的是频带传输技术，但频带传输不一定是宽带传输。教 师 课 时 授 课 计 划6布置作业：课程名称 计算机网络技术基础 课 时 2 序 号 3授课班级 日 期 教学方式 讲授课 题 计算机网络体系结构 任课教师复习提问：目的要求：重点难点：

13、主要内容：教学主要内容、目的、要求、重点与难点、复习、提问、小结、布置作业等第 2 章 计算机网络的体系结构和协议本章教学提要教学重点：网络协议的基本概念及其作用；网络协议的分层原则；网络体系结构的概念和作用；ISO/OSI参考模型及其各层的功能及特性；TCP/IP参考模型；子网的概念及划分；IP地址与子网掩码。教学难点：子网的划分与 IP地址与子网掩码。本章教学内容计算机网络体系结构不是指具体的网络，而是计算机网络的抽象模型。计算机网络是将多台位于不同地点的计算机设备通过各种通信信道和设备互连起来，使其能协同工作，以便计算机用户应用进程交换信息和共享资源，因此，计算机网络系统的设计是个复杂的

14、工程设计。网络的体系结构用分层的的概念简化了计算机网络系统的设计与实现。21 网络的体系结构网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些功能的精确定义。至于功能如何实现，则不属于网络体系结构部分。在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成，这些实体抽象地表示了通信时的软件元素和硬件元素。换句话说实体是通信时能教 师 课 时 授 课 计 划7小结：布置作业：发送和接收信息的任何软、硬件设施。不同机器上同一层的实体叫对等实体。实体完成一定的任务，称为该层的功能，上层利用下层提供的功能或者说下层为上层提供服务。服务是各层向其上层提供的一组操作。服务定义了两层之间的接口，上层是服务用户，

15、下层是服务提供者。上下层之间交换信息叫接口。一般使上下层之间传输的信息量尽可能地少，这样使得两层之间保持其功能的相对独立性。在网络中包含多种计算机系统，它们的硬件和软件各不相同，要实现它们之间的相互通信，就必须有一套通信管理机制，使通信双方能正确地发送和接收信息并理解对方所传输信息的含义。这套通信管理机制也可以说是计算机通信双方事先约定的一种规则，它就是协议。协议是指实现计算机网络中数据通信和资源共享的规则的集合。它包括协议规范的对象及应该实现的功能。一般来说，协议由语义、语法和交换规则三部分组成，即协议的三要素。层和协议的集合被称为网络体系结构。换句话说，体系结构就是用分层研究方法定义的计算

16、机网络各层的功能、各层协议和接口的集合。课程名称 计算机网络技术基础 课 时 2 序 号 4授课班级 TCP/IP参考模型 日 期 教学方式 讲授课 题 计算机网络体系结构 任课教师复习提问：目的要求：教学主要内容、目的、要求、重点与难点、复习、提问、小结、布置作业等教学重点：网络协议的基本概念及其作用；网络协议的分层原则；网络体系结构的概念和作用；ISO/OSI参考模型及其各层的功能及特性；教 师 课 时 授 课 计 划8重点难点：主要内容：TCP/IP参考模型；子网的概念及划分；IP地址与子网掩码。教学难点：子网的划分与 IP地址与子网掩码。22 OSI/ISO 参考模型OSI模型是一种具

17、有指导作用的抽象模型，并不是计算机网络协议的具体实现实例。在 OSI模型的基础上，计算机网络协议的具体实现还有很多灵活性和可扩展空间。OSI参考模型只给出了一些原则性的说明，并不是一个真正具体的网络，它将网络划分为七个层次：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。各层功能概括如下：物理层：第 1层，在物理信道上传输比特流，解决数据终端设备（DTE）与通信设备（DCE）之间的接口问题。接口标准：由机械、电气、功能、规程等四个特性构成。数据链路层：第 2层，变换数据帧和比特流，在相邻两节点间无差错传输数据帧，为网络层所提供的服务有：建立和拆除数据链路（逻辑通道） 、帧传输、差错

18、与流量控制、数据链路管理。网络层：第 3层，将报文分组从物理连接的一端传到另一端，实现点到点通信。主要功能是将逻辑地址翻译成物理地址，使传输层可使用逻辑地址；根据网络状态、优先级等确定路由；分组交换、拥塞控制和流量控制。传输层：第 4层，向上层提供一个标准通用的界面，使上层和通信子网的细节相隔离，保证无错误地、顺序地、无丟失地、无重复地在源主机和目标主机间传送报文。主要功能是将消息重新打包，发送端：长消息 数据包，接受端：小数据包 大数据包；接受确认；流量控制；错误处理等。会话层：第 5层，在联网计算机之间建立、建立和使用一种称之为会话的链接，并使用这个链接进行通信，使双方操作相互协调。表示层

19、：第 6层，网络翻译者，定义了联网计算机之间交换信息的格式和语法。教 师 课 时 授 课 计 划9应用层：第 7层，是开放系统的互连环境的最高层。不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问网络服务的手段和窗口，代表直接支持用户应用的服务，如文件传送、数据库访问、电子邮件等。总之，OSI 参考模型中，将的网络通信问题分解成若干个容易处理的子问题，尔后各层“分而治之”逐个加以解决。23 TCP/IP 参考模型TCP/IP参考模型又称 Internet协议参考模型。TCP 是传输控制协议，IP 是网际协议。在 TCPIP 协议中，TCP 协议和 IP协议各有分工。TCP 协议是 IP协议的高层协议，T

20、CP 在 IP之上提供了一个可靠的，连接方式的协议。TCP协议能保证数据包的传输以及正确的传输顺序，并且它可以确认包头和包内数据的准确性。IP 协议为 TCPIP 协议集中的其它所有协议提供“包传输”功能，IP 协议为计算机上的数据提供一个最有效的无连接传输系统，也就是说 IP包不能保证到达目的地，接收方也不能保证按顺序收到 IP包，它仅能确认 IP包头的完整性。最终确认包是否到达目的地，还要依靠 TCP协议，因为 TCP协议是有连接服务。TCP/IP参考模型由四个层次组成，参见图 2.2 TCP/IP参考模型。其中：应用层：应用层是 TCP/IP参考模型的最高层，它向用户提供一些常用应用程序

21、，如电子邮件等。应用层包括了所有的高层协议，并且总是不断有新的协议加入。应用层协议主要有：网络终端协议TELNET，用于实现互联网中的远程登录功能；文件传输协议 FTP，用于实现互联网中交互式文件传输功能；简单电子邮件协议 SMTP，实现互联网中电子邮件发送功能；域名服务 DNS，用于实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务；网络文件系统 NFS，用于网络中不同主机间的文件系统共享。传输层（TCP 层）：提供可靠的端到端数据传输，确保源主机传送分组到达并正确到达目标主机。有运输控制协议 TCP，用户数据报协议UDP。TCP 协议是一种可靠的面向连接的协议，主要功能是保证信息无差错地传输到目的主

22、机。UDP 协议是一种不可靠的无连接协议，它与TCP协议不同的是它不进行分组顺序检查和差错控制，而是把这些工作教 师 课 时 授 课 计 划10小结：布置作业：交给上一级应用层完成。网际层（IP 层）：负责相邻计算之间（即点到点）通信，包括处理来自传输层的发送分组请求，检查并转发数据报，并处理与此相关的路径选择，流量控制及拥塞控制等问题。网络接口层：严格来说它不是一个层次，而仅仅是一个接口，用以提供在下面的数据链路层和物理层的接口。负责通过网络发送 IP数据报；或者接收来自网络物理层的帧，转为 IP数据报，交给 IP层。课程名称 计算机网络技术基础 课 时 2 序 号 5授课班级 日 期 教学

23、方式 讲授课 题 网络协议 任课教师复习提问：目的要求：重点难点：主要内容：教学主要内容、目的、要求、重点与难点、复习、提问、小结、布置作业等24 网络协议网络协议(Protocol)是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能的最基本机制。网络协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。网络协议并不是一套单独的软件，它融合于其他所有的软件系统中，因此可以说，协议在网络中无所不在。网络协议遍及OSI通信模型的各个层次。对于普通用户而言，不需要关心太多的底层通信协议，只需要了解其通信原理即可。在实际管理中，底层通信协议一般会自动工作，不需要人工干预。但是对于第三层以上的协议，就经常需要人工干预了，比如 TCP/IP协议就需要人工配置它才能正常工作。所谓网络协议就是为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层的协议,准确地说,它是对同等