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1、计算机网络基础教案教学章节第一章 计算机网络概述教学目的了解计算机网络的产生和发展；掌握计算机网络的基本概念和计算机网络的多种形式；掌握计算机网络的主要功能和作用；掌握计算机网络的系统组成；掌握计算机网络的主要分类方法。教学重点计算机网络拓扑结构。教学难点计算机网络分类讲授内容1计算机网络的产生和发展；2计算机网络的概念；3计算机网络的功能；4计算机网络系统的组成；5ISO开放系统互连参考模型的概念；OSI分层体系结构6计算机网络分类。讲课人靳展幻灯片 1幻灯片 2理解网络基本工作原理；认识处理网络问题的基本方法与思维方式；掌握网络应用的技术基础；了解网络最新发展动向（自习）幻灯片 3幻灯片
2、4幻灯片 5幻灯片 6幻灯片 7幻灯片 8幻灯片 9幻灯片 10幻灯片 11幻灯片 12计算机网络的功能1软硬件资源共享2高可靠性3通讯手段（用户间信息交换）4节约经费幻灯片 13幻灯片 14网络发展三进程：面向终端的网络；计算机计算机网络；开放式标准化网络。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，构成面向终端的计算机网络。用一台中央主机连接大量的地理上处于分散位置的终端。如50年代初美国的SAGE系统。幻灯片 152.计算机计算机网络：60年代中期，出现了多台计算机互连的系统，开创了“计算机计算机”通信时代，并存多处理中心，实现资源共享。美国的ARPA网，IBM的SNA网
3、，DEC的DNA网都是成功的典例。这个时期的网络产品是相对独立的，未有统一标准。幻灯片 163.开放式标准化网络：由于相对独立的网络产品难以实现互连，国际标准化组织ISO(Internation Standards Organization)于1984年颁布了一个称为“开放系统互连基本参考模型”的国际标准ISO 7498，简称OSI/RM。即著名的OSI七层模型。从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发展。幻灯片 17计算机网络：资源子网通信子网资源子网：主机Host终端erminal通信子网：通信链路组成网络节点：分组交换设备PSE、分组装卸设备PAD、集中器C
4、、网络控制中心NCC、网间连接器G。统称为接口住处处理机IMP幻灯片 18幻灯片 19幻灯片 20幻灯片 21计算机网络的标准制定机构1.国际标准化组织(ISO)2.国际电报电话咨询委员会(CCITT)3.美国国家标准局(NBS)4.美国国家标准学会(ANSI)5.欧洲计算机制造商协会(ECMA)幻灯片 22网络拓扑是指网络形状，或者是它在物理上的连通性。网络拓扑结构主要有：星形拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树形拓扑、混合拓扑及网形拓扑星形拓扑：优点：1)控制简单；2)故障诊断和隔离容易；3)方便服务；缺点：1)电缆长度和安装工作量可观；2)中央节点负担较重，形成瓶颈；3)各站点的分布处理能力较低
5、。环形拓扑：优点：1)电缆长度短；2)增减工作站时只需幻灯片 23简单连接；3)可用光纤。缺点：1)节点故障会引起全网的故障；2)故障难检测；3)媒体访问协议都用令牌传递方式，在负载很轻时，信道利用率较低。树形拓扑：从总线拓扑演变而来，树根接收各站点发送的数据，然后再广播发送到全网。优点：1)易于扩展；2)故障隔离较容易。缺点：1)节点对根依赖性太大，若根发生故障，则全网不能正常工作。总线拓扑结构：优点：1)总线结构所需电缆数量少；幻灯片 242)结构简单又是无源工作，有较高的可靠性；3)易于扩充，增减用户方便。缺点：1)传输距离有限，通信范围受到限制；2)故障诊断和隔离困难；3)分布式协议不
6、保证信息及时传送，不具实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能，增加站点软件和硬件的开销。网形拓扑结构：优点：1)应用广泛；2)不受瓶颈问题和失效问题的影响。缺点：1)结构较复杂，网络协议也复杂，建设成本高。幻灯片 25网络协议(Protocol)：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。协议总是指某一层协议，准确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。网络的体系结构(Architecture)就是计算机网络各层次及其协议的集合。层次结构一般以垂直分层模型来表示幻灯片 26网络的体系结构的特点是：1)以功能作为划分层次的基础。2)第n层的实体在实
7、现自身定义的功能时，只能使用第n-1层提供的服务。3)第n层在向第n+1层提供的服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。4)仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。幻灯片 27网络协议的三个要素：1)语义（Semantics)。涉及用于协调与差错处理的控制信息。2)语法（Syntax)。涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。3)定时（Timing)。涉及速度匹配和排序等。幻灯片 28层次结构的要点：1)除了在物理媒体上进行的是实通信之外，其余各对等实体间进行的都是虚通信。2)对等层的虚通信必须遵循该层的协议。3)n层的虚通信是通过n/n
8、-1层间接口处n-1层提供的服务以及n-1层的通信（通常也是虚通信）来实现的。幻灯片 29层次结构划分的原则：1)每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。当某一层的具体实现方法更新时，只要保持上、下层的接口不变，便不会对邻居产生影响。2)层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。3)层数应适中。若层数太少，则造成每一层的协议太复杂；若层数太多，则体系结构过于复杂，使描述和实现各层功能变得困难。幻灯片 30OSI包括了体系结构、服务定义和协议规范三级抽象。物理层-定义了为建立、维护和拆除物理链路所需的机械的、电气的、功能的和规程的特性，其作用是使原始的数据比特流能在物理媒体上传输。具体涉及接
9、插件的规格、“0”、“1”信号的电平表示、收发双方的协调等内容。幻灯片 31数据链路层-比特流被组织成数据链路协议数据单元(通常称为帧)，并以其为单位进行传输，帧中包含地址、控制、数据及校验码等信息。数据链路层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路改造成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。幻灯片 32网络层-数据以网络协议数据单元(分组)为单位进行传输。网络层关心的是通信子网的运行控制，主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源传送到目的地的问题，这就需
10、要在通信子网中进行路由选择。另外，为避免通信子网中出现过多的分组而造成网络阻塞，需要对流入的分组数量进行控制。当分组要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。幻灯片 33运输层-是第一个端-端，也即主机-主机的层次。运输层提供的端到端的透明数据运输服务，使高层用户不必关心通信子网的存在，由此用统一的运输原语书写的高层软件便可运行于任何通信子网上。运输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题幻灯片 34会话层-是进程-进程的层次，其主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信(也称为对话)。会话层负责在两个会话层实体之间进行对话连接的建立和拆除。在半双工情况下，会话层提供一
11、种数据权标来控制某一方何时有权发送数据。会话层还提供在数据流中插入同步点的机制，使得数据传输因网络故障而中断后，可以不必从头开始而仅重传最近一个同步点以后的数据。幻灯片 35表示层-为上层用户提供共同的数据或信息的语法表示变换。为了让采用不同编码方法的计算机在通信中能相互理解数据的内容，可以采用抽象的标准方法来定义数据结构，并采用标准的编码表示形式。表示层管理这些抽象的数据结构，并将计算机内部的表示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的表示变换功能。幻灯片 36应用层是开放系统互连环境的最高层。不同的应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。网络环境
12、下不同主机间的文件传送访问和管理(FTAM)、传送标准电子邮件的文电处理系统(MHS)、使不同类型的终端和主机通过网络交互访问的虚拟终端(VT)协议等都属于应用层的范畴。“开放”这个词表示能使任何两个遵守参考模型和有关标准的系统进行互连。幻灯片 37OSI参考模型并非具体实现的描述，它只是一个为制定标准机而提供的概念性框架数据的实际传送过程：发送进程送给接收进程和数据，经过发送方各层从上到下传递到物理媒体；通过物理媒体传输到接收方后，再经过从下到上各层的传递，最后到达接收进程。幻灯片 38在发送方从上到下逐层传递的过程中，每层都要加上适当的控制信息，统称为报头。接收方在向上传递时过程相反，要逐
13、层剥去发送方相应层加上的控制信息。因接收方的某一层不会收到底下各层的控制信息，而高层的控制信息对于它来说又只是透明的数据，所以它只阅读和去除本层的控制信息，并进行相应的协议操作。发送方和接收方的对等实体看到的信息是相同的，就好像这些信息通过虚通信直接给了对方一样。幻灯片 39在TCP/IP层次模型中，第二层为TCP/IP的实现基础，其中可包含MILNET，IEEE802.3的CSMA/CD、IEEE802.5的TokenRing。在第三层网络中，IP为网际协议(Internet Protocol)、ICMP为网际控制报文协议(Internet Control Message Protocol)
14、、ARP为地址转换协议(Address Resolution Protocol)、RARP为反向地址转换协议(Reverse ARP)。幻灯片 40第四层为运输层，TCP为传输控制协议、UDP为用户数据报协议(User Datagram Protocol)。第五七层中，SMTP为简单邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol)、DNS为域名服务(Domain Name Service)、FTP为文件传输协议(File Transfer Protocol)、TELNET为远程终端访问协议。幻灯片 411按网络的分布范围分类:广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN2
15、按拓扑结构分类:星形、总线、环形、树形、网形3按交换方式分类:电路交换、报文交换、分组交换4.按传输媒体分类:双绞线、同轴电缆、光纤、无线5.按网络的信道分类:窄带、宽带6.按网络的用途分类:教育、科研、商业、企业幻灯片 421局域网：距离10公里以下，广播方式，总线/环形/星型，共享计算机、打印机和其他软硬件资源2城域网：距离1到几十公里，拥有中型通信比较复杂的网络设备/光纤，环形/双总线，连接着多个L A N，属于不同的组织3广域网：距离5 0 公里以上，由两个以上的L A N构成复杂网络系统，点对点，网络型，如Internet区分：通信介质、协议、拓扑以及私有网和公共网幻灯片 43参见PPT22、PPT23和PPT24幻灯片 44电路交换1)电路建立：在传
