1、. . .word.XX華商職業學院教案2021 /2021學年第二學期課程名稱計算機網絡根底教程與實訓教程課程類別 專業必修課 任課班級11計算機網絡1任課教師 陳立軍教師所屬系部 信息工程系 二一二年二月二十日學科計算機網絡根底與實訓教程課題第一章：計算機網絡概述：周數1學時數4授課班級11計算機網絡13教學目標及要求掌握計算機網絡的一般概念；2、了解計算機網絡的開展概念教學重點1. 掌握計算機網絡的一般概念；教學難點1. 了解計算機網絡的開展概念實驗儀器及教具多媒體教學系統 教 學 過 程備 注一、教學導入 5分鐘計算機網絡是計算機科學技術與通信技術逐步開展、嚴密結合的產物，是信息社會的

2、根底設施，是信息交換、資源共享和分布式應用的重要手段。二、講授新課30分鐘一、計算機網絡的定義及涉及到的四個要點1、定義：所謂計算機網絡，就是利用通信設備和通信線路，將地理位置不同、功能獨立的多個計算機系統互聯起來，以功能完美的網絡軟件即網絡通信協議、信息交換方式和網絡操作系統等實現網絡資源共享和信息傳遞的系統。2、四個要點：1計算機網絡包含兩臺以上的地理位置不同具有自主功能的計算機。2網絡中各結點的連接需要一條通道，即由傳輸介質實現物理互聯。3網絡中各結點之間互相通信或交換信息，需要有某些約定和規那么，這些約定和規那么的集合就是協議，其功能是實現各結點的邏輯互聯。4計算機網絡是以實現數據通信

3、和網絡資源包括硬件資源和軟件資源共享為目的。3、計算機網絡的目的人們使用網絡主要是為了共享資源和進展在線通信。資源包括數據、應用程序和外圍設備。電子是在線通信的經典形式。二、計算機網絡的形成早在1925年當計算機還處于第一代的電子管時期，美國就建立了一套SAGESemi-Automatic Ground Environment系統，即半自動地面防空系統。該系統將遠距離的雷達和其他設備的信息，通過通信線路聚集到一臺旋風型計算機，第一次實現了利用計算機遠距離地集中控制和人機對話。SAGE系統的誕生被譽為計算機通信開展史上的里程碑。1.計算機終端網絡。計算機終端網絡又稱為分時多用戶聯機系統特點：主機

4、負荷較重；花費的費用高。終端計算機目前我國金融系統等領域廣泛使用的多用戶終端系統就屬于計算機終端網絡。2.計算機通信網絡計算機計算機在終端設備和主計算機HOST之間增加一臺功能簡單的計算機。專門處理終端設備的通信信息及控制通信線路。并能對用戶的作業進展某些預處理操作，因此稱之為前端處理機FEPFront End Processor或通信控制處理機CCPmunication Control Processor。集中器用于終端設備較密集的地方。缺點：主機系統之間的數據傳輸都是通過各自的前端處理機實現的。全網缺乏統一的軟件控制信息交換和資源共享。3.計算機網絡20世紀60年代末期，美國國防部高級研究

5、方案局成功地開發了ARPA網絡Advanced Research Project Agency Network，它是世界上第一個心資源共享為主要目的的計算機網絡。計算機網絡與計算機通信網絡的硬件組成一樣，都是由主計算機系統、終端設備、通信設備和通信線路4大局部組成的。計算機網絡與計算機通信網絡的根本區別是：計算機由網絡操作系統軟件來實現網絡資源共享和管理的，而計算機通信網絡中，用戶只能把網絡看做是假設干個功能不同的計算機系統的集合。小結：計算機網絡的形成分三個階段。使用網絡的目的是實現資源共享和在線通信。教學題目：1.3計算機網絡的分類教學重點：計算機網絡的組成教學目標：掌握計算機網絡的分類掌

6、握局域網的特點。教學內容：從功能角度出發計算機網絡分為通信子網和資源子網。通信子網面向通信控制和通信處理，主要包括：通信控制處理機CCP、網絡控制中心NCC)、分組組裝/拆卸設備PAD、網關Gateway等。資源子網負責全網的面向應用T的數據處理，實現網絡資源的共享。它由各種擁有資源的用戶主機和軟件所組成，主要包括：主機Host、終端設備Terminal、網絡操作系統Network Operating System、網絡數據庫Network Database。按通信距離劃分：可分為廣域網、城域網、城域網按信息交換方式：可分為電路交換網、分組交換網、綜合交換網按網絡拓撲構造：可分為星型網、樹型網

7、、環型網、總線網。按通信介質：可分為雙絞線網、同軸電纜網、光纖網、衛星網按傳輸帶寬：基帶網、寬帶網1、廣域網Wide Area Network ，WAN又稱遠程網。特點：分布X圍廣，從數千米到數千千米。常借用傳統的公共傳輸網如網來實現。數據傳輸率低64Kpbs，錯誤率高。2、城域網MAN，介于廣域網和局域網之間，一幢辦公樓、一個倉庫或一所學校；低誤碼率、專用的、由單一組織機構所使用。3、局域網LAN，電氣電子工程師協會IEEE，一座辦公樓、一個倉庫或一所學校；低誤碼率；專用的，由單一組織機構所使用。小結：分類、目的、形成教學題目：1.4計算機網絡功能與效勞教學目標：掌握計算機網絡的功能與效勞計

8、算機網絡于1969年APRA網絡第一個以資源共享為主要目的的計算機網絡。不僅使計算機的作用X圍超越了地理位置的限制，方便了用戶，而且也增強了計算機本身的功能，拓寬了效勞，使得它在經濟、軍事、生產管理及教育、科學等部門發揮了重大作用，日益成為計算機應用的主要形式。一、網絡根本功能：1、資源共享功能：充分利用計算機系統軟、硬件資源是組建計算機網絡的主要目標之一。大的計算中心，大容量硬盤、數據庫、應用軟件及某些特殊外設等。網絡中的用戶就可以共享分散在不同地的各種軟、硬件資源及數據庫，為用戶提供了極大的方便。2、均衡負荷及分布處理功能：當某個主機系統的負荷過重時，可以將某些作業通過網絡送至其他主機系統

9、處理，以便均衡負荷，減輕局部負擔，提高設備的利用率。3、信息的快速傳輸和集中處理功能終端與計算機之間、或計算機與計算機之間能快速可靠地相互傳送信息，并根據需要對這些信息進展分散、分級或集中處理與管理，是計算機網絡的最根本功能。4、綜合信息效勞的功能綜合效勞數據網ISDN將、 機、電視機和復印機等辦公設備納入計算機網絡，可提供數字、語音、圖形、圖像、視頻等多種信息的傳輸。5、提高系統的性能價格比，維護方便，擴展靈活。大型計算機的處理能力強，運算速度快，但價格昂貴。小型機雖然有較好的性能價格比，但普及率遠遠低于個人計算機。二、網絡根本效勞1、文件效勞：包括對數據文件和有效存儲、提取以及傳輸這些內容

10、。1文件傳輸：可以在幾秒鐘內把文件傳到網絡的另一端，而不用考慮文件的大小、傳輸距離，甚至也不用考慮本地的操作系統。文件存儲器及數據移動控制不同存儲系統上的數據存儲活動，是網絡文件效勞的重要方面。文件同步更新：通過比擬保存的文件的周期和時間來判定最新的文件。文件歸檔：把重要數據復制到磁帶機或一些脫機存儲設備介質上，以防止數據的損壞，稱為文件歸檔或文件備份。、打印效勞打印效勞用來控制和管理對打印機和 設備的訪問。打印效勞承受打印作業請求、解釋打印作業格式和打印機設置、管理打印隊列，為網絡用戶充當中間人，與網絡上的打印機和 設備打交道。 網絡打印效勞可以減少網絡打印效勞可以減少一個部門所需要的打印機

11、數量，將打印機放在最便于使用的地方，通過打印隊列作業管理減少計算機傳送打印作業的時間，有效地共享特定的打印機，利用計算機收發 等。3、消息效勞消息效勞內容包括對正文、二進制數據、圖像數據，以及數字化聲像數據的存儲、訪問和發送。消息效勞能夠主動地處理計算機用戶之間、應用程序之間或者文件之間的交互式通信。消息效勞不是簡單地將數據文件存儲起來，而是將數據一個點一個點地往前傳送，并且通知等待這些數據的用戶或程序。消息效勞的典型應用是網絡電子。最初的只傳遞正文消息，現在的已包括各種數字化的正文、圖形及聲像數據。如今，隨著國際互聯網的廣泛應用，稱為布告牌的各種公用和私人效勞，已成為與世界上其他計算機用戶進

12、展通信的普遍方式。4應用效勞應用效勞是一種替網絡客戶運行軟件的網絡效勞。它不同于文件效勞是因為它不僅允許計算機之間共享數據，同時還允許計算機之間共享處理能力。網絡應用效勞可以協調硬件及軟件在最為適宜的平臺上運行實用程序或軟件應用；在網絡上不用對每一臺計算機進展升級便可增強關鍵硬件的處理能力。5數據庫效勞網絡數據庫效勞提供了基于數據庫效勞器進展數據存儲和提取的操作，它允許網絡上的客戶控制數據的處理及數據的表示。這樣，便產生了專用術語來描述數據庫應用程序，它允許客戶向這些指定效勞器發出數據操作請求，這就是客戶/效勞器數據庫系統。客戶/效勞器數據庫系統把請求以及提供數據操作的任務進展優化和分割。為了

13、提高事務處理效率，減少網絡傳輸，每個客戶分配一局部說明請求及處理響應結果和任務。同時，數據庫效勞器對請求進展處理并返回結果。利用網絡數據庫效勞，可以優化計算機進展數據庫記錄的存儲、查詢及提取；有效控制數據的存儲位置；在部門間對數據進展邏輯組織；保證數據的平安性；減少數據庫客戶的訪問時間。6目錄效勞目錄效勞是存儲網絡資源并且使其能被用戶和應用程序訪問的網絡效勞。它提供一致的方式來命名、描述、定位、管理和保障關于網絡資源的信息。以上只是對網絡效勞做了簡要說明，并未涉及其技術實現方面的問題。需要補充的是，對于有網絡需求的部門來說，除了決定選擇什么樣的網絡效勞外，還必須決定這些網絡效勞應當采用集中式還

14、是公布式、或者是兩者的混合。在實際應用中，網絡效勞可以集中放在一臺計算機或一組計算機上，也可以公布在網絡上的所有計算機中，這主要由資源的控制、效勞器專用性和網絡操作系統等因素來決定，在此就不詳述了。小結：計算機網絡的根本效勞無論是廣域網和局域網都采用。文件效勞，打印效勞，消息效勞，應用效勞，數據庫效勞，目錄效勞13網絡的構造教學目標：掌握計算機網絡根本模塊的功能。計算機網絡是由計算機系統、數據通信系統和網絡操作系統組成的有機整體。計算機系統是網絡的根本模塊，它提供各種網絡資源；數據通信系統是連接網絡根本模塊的橋梁，它提供各種連接技術和信息交換技術；而網絡操作系統那么是網絡的組織管理者，它提供了

15、各種網絡效勞。從計算機網絡設計者的角度來看，網絡模塊的組成及其相互間的連接方式，決定了網絡的整體構造和性能。131網絡的根本模塊網絡根本模塊是組成計算機網絡的根本要素，它是以計算機為核心、相對獨立的資源點，如圖1-4所示是網絡根本模塊的示意圖。它主要是由主機系統、通信控制處理機、終端系統、集中器、本地線路和高速線路組成的多機系統。1主機HOST主機指主計算機系統在計算機網絡中負責數據處理和網絡控制。它和其他模塊中的主機連成網后構成網絡的主要資源。作為網絡的主機，它具有下述功能： 通信處理能力。 分時處理能力。 多重處理能力。 程序兼容能力。 虛擬存儲能力。 數據庫管理能力。主機與通信控制處理機

16、之間利用通道或I/O接口相連，它們之間如同各自的外設。這樣，兩臺計算機同時工作，就像同一臺計算機一樣，可以獲得最高效率的信息傳輸。2終端TERMINAL終端是用戶進展網絡操作時使用的設備。它種類繁多，常用的有交互式終端、批處理終端、漢字終端、智能終端及虛擬終端等。終端設備一般與通信控制處理機或集中器相連，與通信控制處理機相連的一般為近程終端，通過集中器再與通信控制處理機相連的一般為遠程終端。為了提高處理能力，主機本身應盡量少接終端。3通信控制控制處理機CCP通信控制處理機的主要作用是控制本模塊和終端設備之間的信息傳送，以及對終端設備之間的通信線路進展控制管理。此外，它還是網絡中各個模塊之間的接

17、口機，負責模塊間的信息傳輸控制。通信控制處理機的主要功能是： 線路傳輸控制。 作業裝配和拆卸。 過失檢測和恢復。 路徑選擇和流量控制。 代碼轉換。通信控制處理機一般宜采用小型機或高檔微型機，并和主計算機之間通過高速的并行方式交換信息。需要指出的是，在局域網中通常不專設通信控制處理機，而是把這局部任務交給主機來承當。1 集中器CONCENTRATOR集中器的作用是把假設干終端經本地線路一般為低速線路集中起來，連接到12條高速線路上，以提高通信效率和降低通信費用。它的主要功能有過失控制、代碼轉換、信息緩存、電路轉接及輪詢等。集中器實質上是在終端一端的通信控制處理機，通常采用小型機或微機來擔任。2

18、本地線路本地線路是靠近終端設備的通信線路，由它把終端設備和通信控制處理機或者主機連接起來，構成模塊內的面向終端的網絡。由于它不超越模塊的連接X圍，所以稱為本地線路。本地線路大多數是低速通信線路，可以用專線連接，也可以用交換線路連接。3 高速線路高速線路用于集中器到通信控制處理機，或網絡中模塊的通信控制處理機之間的連接。從網絡的傳輸效率出發，這種通信線路一般采用高速線路，如同軸電纜或光纜等。如上所述，網絡模塊大致由6局部組成。模塊內部具有較復雜的構造關系，而由假設干個模塊組成的計算機網絡，構造就更加復雜了。為了便于研究和設計網絡的通信傳輸系統，通常采用圖論和拓撲學的方法，將網絡模塊抽象成節點，通

19、信線路抽象成鏈路，對網絡的構造特性進展分析，以采用不同的技術來實現網絡的通信和傳輸。教學小結：計算機網絡由主機、終端、通信控制處理機、集中器、本地線路、高速線路組成。三、講解例題 10分鐘教學過程詳見課件課后作業P13/1學科計算機網絡根底與實訓教程課題數據通信根底知識周數3-6學時數8授課班級11計算機網絡13教學目標及要求數據通信的構成原理、交換方式及適用X圍 教學重點1數據通信的構成原理教學難點1交換方式及適用X圍實驗儀器及教具多媒體教學系統 教 學 過 程備 注1.數據通信的構成原理 Dte是數據終端。 數據終端有分組型終端(PT)和非分組型終端(NPT)兩大類。分組型終端有計算機、數

20、字 機、智能用戶電報終端(TeLetex)、用戶分組裝拆設備(PAD)、用戶分組交換機、專用交換機(PABX)、可視圖文接入設備(VAP)、局域網(LAN)等各種專用終端設備;非分組型終端有個人計算機終端、可視圖文終端、用戶電報終端等各種專用終端。 數據電路由傳輸信道和數據電路終端設備(DCE)組成，如果傳輸信道為模擬信道，DCE通常就是調制解調器(MODEM)，它的作用是進展模擬信號和數字信號的轉換;如果傳輸信道為數字信道，DCE的作用是實現信型與電平的轉換，以及線路接續控制等。傳輸信道除有模擬和數字的區分外，還有有線信道與無線信道、專用線路與交換網線路之分。交換網線路要通過呼叫過程建立連接

21、，通信完畢后再撤除;專線連接由于是固定連接就無需上述的呼叫建立與拆線過程。計算機系統中的通信控制器用于管理與數據終端相連接的所有通信線路。中央處理器用來處理由數據終端設備輸入的數據。 2.數據通信的交換方式 通常數據通信有三種交換方式: (1)電路交換 電路交換是指兩臺計算機或終端在相互通信時，使用同一條實際的物理鏈路，通信中自始至終使用該鏈路進展信息傳輸，且不允許其它計算機或終端同時共亨該電路。 (2)報文交換 報文交換是將用戶的報文存儲在交換機的存儲器中(內存或外存)，當所需輸出電路空閑時，再將該報文發往需接收的交換機或終端。這種存儲_轉發的方式可以提高中繼線和電路的利用率。 (3)分組交

22、換 分組交換是將用戶發來的整份報文分割成假設于個定長的數據塊(稱為分組或打包)，將這些分組以存儲_轉發的方式在網內傳輸。第一個分組信息都連有接收地址和發送地址的標識。在分組交換網中，不同用戶的分組數據均采用動態復用的技術傳送，即網絡具有路由選擇，同一條路由可以有不同用戶的分組在傳送，所以線路利用率較高。 3.各種交換方式的適用X圍 (1)電路交換方式通常應用于公用網、公用電報網及電路交換的公用數據網(CSPDN)等通信網絡中。前兩種電路交換方式系傳統方式;后一種方式與公用網根本相似，但它是用四線或二線方式連接用戶，適用于較高速率的數據交換。正由于它是專用的公用數據網，其接通率、工作速率、用戶線

23、距離、線路均衡條件等均優于公用網。其優點是實時性強、延遲很小、交換本錢較低;其缺點是線路利用率低。電路交換適用于一次接續后，長報文的通信。 (2)報文交換方式適用于實現不同速率、不同協議、不同代碼終端的終端間或一點對多點的同文為單位進展存儲轉發的數據通信。由于這種方式，網絡傳輸時延大，并且占用了大量的內存與外存空間，因而不適用于要求系統平安性高、網絡時延較小的數據通信。 (3)分組交換是在存儲_轉發方式的根底上開展起來的，但它兼有電路交換及報文交換的優點。它適用于對話式的計算機通信，如數據庫檢索、圖文信息存取、電子傳遞和計算機間通信等各方面，傳輸質量高、本錢較低，并可在不同速率終端間通信。其缺

24、點是不適宜于實時性要求高、信息量很大的業務使用。 二、數據通信的分類 1.有線數據通信 (1)數字數據網(DDN) 數字數據網由用戶環路、DDN節點、數字信道和網絡控制管理中心組成，其網絡組成構造如框圖2所示。DDN是利用光纖或數字微波、衛星等數字信道和數字穿插復用設備組成的數字數據傳輸網。也可以說DDN是把數據通信技術、數字通信技術、光遷通信技術以及數字穿插連接技術結合在一起的數字通信網絡。數字信道應包括用戶到網絡的連接線路，即用戶環路的傳輸也應該是數字的，但實際上也有普通電纜和雙絞線，但傳輸質量不如前。DDN的主要特點是: 傳輸質量高、誤碼率低:傳輸信道的誤碼率要求小。 信道利用率高。 要

25、求全網的時鐘系統保持同步，才能保證DDN電路的傳輸質量。 DDN的租用專線業務的速率可分為2.4-19.2kbit/s，N64kbit/s(N=1-32);用戶入網速率最高不超過2Mbit/s。 DDN時延較小。 (2)分組交換網 分組交換網(PSPDN)是以CCITTX.25建議為根底的，所以又稱為X.25網。它是采用存儲轉發方式，將用戶送來的報文分成具用一定長度的數據段，并在每個數據段上加上控制信息，構成一個帶有地址的分組組合群體，在網上傳輸。分組交換網最突出的優點是在一條電路上同時可開放多條虛通路，為多個用戶同時使用，網絡具有動態路由選擇功能和先進的誤碼檢錯功能，但網絡性能較差。 (3)

26、幀中繼網 幀中繼網絡通常由幀中繼存取設備、幀中繼交換設備和公共幀中繼效勞網3局部組成，如框圖3所示。幀中繼網是從分組交換技術開展起來的。幀中繼技術是把不同長度的用戶數據組均包封在較大的幀中繼幀內，加上尋址和控制信息后在網上傳輸。其功能特點為: 使用統計復用技術，按需分配帶寬，向用戶提供共亨的的網絡資源，每一條線路和網絡端口都可由多個終點按信息流共亨，大大提高了網絡資源的利用率。 采用虛電路技術，只有當用戶準備好數據時，才把所需的帶寬分配給指定的虛電路，而且帶寬在網絡里是按照分組動態分配，因而適合于突發性業務的使用。 幀中繼只使用了物理層和鏈路層的一局部來執行其交換功能，利用用戶信息和控制信息別

27、離的D信道連接來實施以幀為單位的信息傳送，簡化了中間節點的處理。幀中繼采用了可靠的ISDND信道的鏈路層(LAPD)協議，將流量控制、糾錯等功能留給智能終端去完成，從而大大簡化了處理過程，提高了效率。當然，幀中繼傳輸線路質量要求很高，其誤碼率應小于10的負8次方。 幀中繼通常的幀長度比分組交換長，到達1024-4096字節/幀，因而其吞吐量非常高，其所提供的速率為2048Mbit/s。用戶速率一般為9.6、4.4、19.2、N64kbist/s(N=1-31)，以及2Mbit/s。 )幀中繼沒有采用存儲_轉發功能，因而具有與快速分組交換一樣的一些優點。其時延小于15ms。 2.無線數據通信 無

28、線數據通信也稱移動數據通信，它是在有線數據通信的根底上開展起來的。有線數據通信依賴于有線傳輸，因此只適合于固定終端與計算機或計算機之間的通信。而移動數據通信是通過無線電波的傳播來傳送數據的，因而有可能實現移動狀態下的移動通信。狹義地說，移動數據通信就是計算機間或計算機與人之間的無線通信。它通過與有線數據網互聯，把有線數據網路的應用擴展到移動和便攜用戶。 二、講解例題 10分鐘無線數據通信 30分鐘教學過程詳見課件課后作業P31/1。學科計算機網絡根底與實訓教程課題計算機網絡體系構造與協議周數7-8學時數8授課班級11計算機網絡13教學目標及要求通過通信信道和設備互連起來的多個不同地理位置的計算

29、機系統，要使其能協同工作實現信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語言。交流什么、怎樣交流及何時交流，都必須遵循某種互相都能承受的規那么。教學重點1. 通過通信信道和設備互連起來的多個不同地理位置的計算機系統，要使其能協同工作實現信息交換和資源共享，它們之間必須具有共同的語言。教學難點1.交流什么、怎樣交流及何時交流，都必須遵循某種互相都能承受的規那么。實驗儀器及教具多媒體教學系統 教 學 過 程備 注一、教學導入 5分鐘復習前面兩章，引入新課。 二、講授新課1.網絡協議(Protocol)為進展計算機網絡中的數據交換而建立的規那么、標準或約定的集合。協議總是指某一層協議，準確地說，它是對

30、同等實體之間的通信制定的有關通信規那么約定的集合。網絡協議的三個要素：1)語義(Semantics)。涉及用于協調與過失處理的控制信息。2)語法(Syntax)。涉及數據及控制信息的格式、編碼及信號電平等。3)定時(Timing)。涉及速度匹配和排序等。2.網絡的體系構造及其劃分所遵循的原那么計算機網絡系統是一個十分復雜的系統。將一個復雜系統分解為假設干個容易處理的子系統，然后“分而治之，這種構造化設計方法是工程設計中常見的手段。分層就是系統分解的最好方法之一。在(圖3.1)所示的一般分層構造中，n 層是n-1層的用戶，又是n+1層的效勞提供者。n+1層雖然只直接使用了n層提供的效勞，實際上它

31、通過n層還間接地使用了n-1層以及以下所有各層的效勞。圖3.1 層次模型層次構造的好處在于使每一層實現一種相對獨立的功能。分層構造還有利于交流、理解和標準化。所謂網絡的體系構造(Architecture)就是計算機網絡各層次及其協議的集合。層次構造一般以垂直分層模型來表示(圖3.2)。圖3.2 計算機網絡的層次模型層次構造的要點：1)除了在物理媒體上進展的是實通信之外，其余各對等實體間進展的都是虛通信。2)對等層的虛通信必須遵循該層的協議。3)n層的虛通信是通過n/n-1層間接口處n-1層提供的效勞以及n-1層的通信(通常也是虛通信)來實現的。層次構造劃分的原那么：1)每層的功能應是明確的，并

32、且是相互獨立的。當某一層的具體實現方法更新時，只要保持上、下層的接口不變，便不會對鄰居產生影響。2)層間接口必須清晰，跨越接口的信息量應盡可能少。3)層數應適中。假設層數太少，那么造成每一層的協議太復雜;假設層數太多，那么體系構造過于復雜，使描述和實現各層功能變得困難。網絡的體系構造的特點是：1)以功能作為劃分層次的根底。2)第n層的實體在實現自身定義的功能時，只能使用第n-1層提供的效勞。3)第n層在向第n+1層提供的效勞時，此效勞不僅包含第n層本身的功能，還包含由下層效勞提供的功能。4)僅在相鄰層間有接口，且所提供效勞的具體實現細節對上一層完全屏蔽。3.1.2 OSI根本參考模型1.開放系

33、統互連(Open System Interconnection)根本參考模型是由國際標準化組織(ISO)制定的標準化開放式計算機網絡層次構造模型，又稱ISOs OSI參考模型。“開放這個詞表示能使任何兩個遵守參考模型和有關標準的系統進展互連。OSI包括了體系構造、效勞定義和協議規X三級抽象。OSI的體系構造定義了一個七層模型，用以進展進程間的通信，并作為一個框架來協調各層標準的制定;OSI的效勞定義描述了各層所提供的效勞，以及層與層之間的抽象接口和交互用的效勞原語;OSI各層的協議規X，準確地定義了應當發送何種控制信息及何種過程來解釋該控制信息。需要強調的是，OSI參考模型并非具體實現的描述，

34、它只是一個為制定標準機而提供的概念性框架。在OSI中，只有各種協議是可以實現的，網絡中的設備只有與OSI和有關協議相一致時才能互連。如圖形3.3所示,OSI七層模型從下到上分別為物理層(Physical Layer,PH)、數據鏈路層(Data Link Layer,DL)、網絡層(Network Layer,N)、運輸層(Transport Layer,T)、會話層(Session Layer,S)、表示層(Presentation Layer,P)和應用層(Application Layer,A)。圖3.3 ISOs OSI參考模型從圖中可見，整個開放系統環境由作為信源和信宿的端開放系統及

35、假設干中繼開放系統通過物理媒體連接構成。這里的端開放系統和中繼開放系統，都是國際標準OSI7498中使用的術語。通俗地說，它們變相當于資源子網中的主機和通信子網中的節點機(IMP)。只有在主機中才可能需要包含所有七層的功能，而在通信子網中的IMP一般只需要最低三層甚至只要最低兩層的功能就可以了。2.層次構造模型中數據的實際傳送過程如圖3.4所示。圖中發送進程送給接收進程和數據，實際上是經過發送方各層從上到下傳遞到物理媒體;通過物理媒體傳輸到接收方后，再經過從下到上各層的傳遞，最后到達接收進程。在發送方從上到下逐層傳遞的過程中，每層都要加上適當的控制信息，即圖中和H7、H6、.、H1，統稱為報頭

36、。到最底層成為由“0或“1組成和數據比特流，然后再轉換為電信號在物理媒體上傳輸至接收方。接收方在向上傳遞時過程正好相反，要逐層剝去發送方相應層加上的控制信息。因接收方的某一層不會收到底下各層的控制信息，而高層的控制信息對于它來說又只是透明的數據，所以它只閱讀和去除本層的控制信息，并進展相應的協議操作。發送方和接收方的對等實體看到的信息是一樣的，就好似這些信息通過虛通信直接給了對方一樣。圖3.4 數據的實際傳遞過程各層功能簡要介紹：(1)物理層-定義了為建立、維護和撤除物理鏈路所需的機械的、電氣的、功能的和規程的特性，其作用是使原始的數據比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規格、“0、“1

37、信號的電平表示、收發雙方的協調等內容。(2)數據鏈路層-比特流被組織成數據鏈路協議數據單元(通常稱為幀)，并以其為單位進展傳輸，幀中包含地址、控制、數據及校驗碼等信息。數據鏈路層的主要作用是通過校驗、確認和反應重發等手段，將不可靠的物理鏈路改造成對網絡層來說無過失的數據鏈路。數據鏈路層還要協調收發雙方的數據傳輸速率，即進展流量控制，以防止接收方因來不及處理發送方來的高速數據而導致緩沖器溢出及線路阻塞。(3)網絡層-數據以網絡協議數據單元(分組)為單位進展傳輸。網絡層關心的是通信子網的運行控制，主要解決如何使數據分組跨越通信子網從源傳送到目的地的問題，這就需要在通信子網中進展路由選擇。另外，為防

38、止通信子網中出現過多的分組而造成網絡阻塞，需要對流入的分組數量進展控制。當分組要跨越多個通信子網才能到達目的地時，還要解決網際互連的問題。(4)運輸層-是第一個端-端，也即主機-主機的層次。運輸層提供的端到端的透明數據運輸效勞，使高層用戶不必關心通信子網的存在，由此用統一的運輸原語書寫的高層軟件便可運行于任何通信子網上。運輸層還要處理端到端的過失控制和流量控制問題。(5)會話層-是進程-進程的層次，其主要功能是組織和同步不同的主機上各種進程間的通信(也稱為對話)。會話層負責在兩個會話層實體之間進展對話連接的建立和撤除。在半雙工情況下，會話層提供一種數據權標來控制某一方何時有權發送數據。會話層還

39、提供在數據流中插入同步點的機制，使得數據傳輸因網絡故障而中斷后，可以不必從頭開場而僅重傳最近一個同步點以后的數據。(6)表示層-為上層用戶提供共同的數據或信息的語法表示變換。為了讓采用不同編碼方法的計算機在通信中能相互理解數據的內容，可以采用抽象的標準方法來定義數據構造，并采用標準的編碼表示形式。表示層管理這些抽象的數據構造，并將計算機內部的表示形式轉換成網絡通信中采用的標準表示形式。數據壓縮和加密也是表示層可提供的表示變換功能。(7)應用層是開放系統互連環境的最高層。不同的應用層為特定類型的網絡應用提供訪問OSI環境的手段。網絡環境下不同主機間的文件傳送訪問和管理(FTAM)、傳送標準電子的

40、文電處理系統(MHS)、使不同類型的終端和主機通過網絡交互訪問的虛擬終端(VT)協議等都屬于應用層的X疇。三、堂上提問及例題講解 10分鐘OSI根本參考模型教學過程詳見課件課后作業P67/2學科計算機網絡根底與實訓教程課題網絡設備周數4學時數4授課班級11計算機網絡13教學目標及要求4.1 網絡傳輸媒介4.2 網絡接口卡4.3 中繼器4.4 集線器4.5 網橋4.6 交換機4.7 路由器4.8 網關4.9 實訓教學重點4.4 集線器4.5 網橋4.6 交換機4.7 路由器教學難點4.6 交換機4.7 路由器實驗儀器及教具多媒體教學系統 教 學 過 程備 注常用的網絡傳輸媒介可分為兩類：一類是有

41、線的；一類是無線的。有線傳輸媒介主要有同軸電纜、雙絞線及光纖；無線媒介有微波、無線電、激光和紅外線等。1. 雙絞線雙絞線是由兩條導線按一定扭距相互絞合在一起的類似于線的傳輸媒體，每根線加絕緣層并有顏色來標記，如以下圖所示。成對線的扭絞旨在使電磁輻射和外部電磁干擾減到最小。雙絞線按其電氣特性分級或分類。圖1.3EIA/TIA電氣工業協會/電信工業協會第一類雙絞線通常不在LAN技術中使用，主要用于模擬話音。EIA/TIA第二類雙絞線可用于綜合業務數字網數據，如數字話音、IBM3270等。這兩類雙絞線在LAN中很少使用。EIA/TIA第三類雙絞線是一種24WG的四對非屏蔽雙絞線，符合EIA/TIA5

42、68標準中確定的100歐姆水平布線電纜的要求，可用來進展10Mbps和IEEE802.3 10Base-T的話音和數據傳輸。EIA/TIA第四類雙絞線在性能上比第三類有一定改良，適用于包括16Mbps令牌環局域網在內的數據傳輸速率。其傳輸特性滿足EIA/TIA Technical Services Bulletin 定義的第四類電纜的規X，也滿足NEMA和UL Twisted-pair Qualification Program定義的規X。這類雙絞線可以是UTP，也可以是STP。EIA/TIA第五類雙絞線是24AWG的四對電纜，比100歐姆低損耗電纜具有更好的傳輸特性，并適用于16Mbps以上

43、的速率，最高可達100Mbps。150歐姆STP是另外一種高性能屏蔽式22AWG或24AWG的電纜，它支持的數據傳輸速率可達100Mbps或更高，并支持600MHz頻帶上的全息圖像。使用雙絞線組網，網卡必須帶有RJ-45接口，另外還需要一個非常重要的設備集線器Hub。如以下圖所示是RJ-45接頭示意圖。圖1.4根據AT&T接線標準，雙絞線與RJ-45接頭的連接方法在10Base-T和100Base-T是一樣的。它需要四根導線通信，兩根用于發送數據，兩根用于接收數據。雙絞線10Base-T以太網技術規X可歸結為5-4-3-2-1規那么：1允許5個網段，每網段最長100米。2在同一信道上允許連接4

44、個中繼器或集線器。3在其中的3個網段上可以增加節點。4在另外2個網段上，除作中繼器鏈路外，不能接任何節點。5上述將組建1個大型的沖突域，最大站點數1024，網絡直徑達2500米。雙絞線組網的根本要求是網絡部件間延時滿足如下公式：中繼器延時+電纜延時+網卡延時22 51.2ms2. 同軸電纜同軸電纜可分為兩類：粗纜和細纜，不管粗纜還是細纜，其中央都是一根銅線，外面包有絕緣層，如以下圖所示。由于同軸電纜絕緣效果佳、頻帶也寬、數據傳輸穩定、價格適中、性價比高，所以它是局域網中普遍采用的一種傳輸媒介。經常提到的10Base-2以太網就是使用細同軸電纜組網的。使用同軸電纜組網，需要在兩端連接50歐的反射

45、電阻，這就是通常所說的終端匹配器。1細纜連接設備及其技術參數。采用細纜組網，除需要電纜外，還需要BNC頭、T型頭及終端匹配器等，如以下圖所示。同軸電纜組網的網卡必須帶有細纜連接接口通常在網卡上標有“BNC字樣。下面是細纜組網的技術參數：最大的干線段長度：185米。最大網絡干線電纜長度：925米。每條干線段支持的最大節點數：30。BNC、T型連接器之間的最小距離：0.5米。1細纜連接設備及其技術參數。采用細纜組網，除需要電纜外，還需要BNC頭、T型頭及終端匹配器等，如以下圖所示。同軸電纜組網的網卡必須帶有細纜連接接口通常在網卡上標有“BNC字樣。下面是細纜組網的技術參數：最大的干線段長度：185

46、米。最大網絡干線電纜長度：925米。每條干線段支持的最大節點數：30。BNC、T型連接器之間的最小距離：0.5米。2粗纜連接設備及其技術參數。包括轉換器、DIX連接器及電纜、N-系列插頭、N-系列匹配器，如以下圖所示。使用粗纜組網，網卡必須有DIX接口一般都標有DIX字樣。下面是采用粗纜組網的技術參數：最大的干線長度：500米。最大網絡干線電纜長度：2500米。每條干線段支持的最大節點數：100個。收發器之間的最小距離：2.5米。收發器電纜的最大長度：50米。教學過程詳見課件課后作業P89/1。學科計算機網絡根底與實訓教程課題局域網與廣域網技術周數9學時數4授課班級11計算機網絡13教學目標及

47、要求5.1 局域網的根本概念5.2 網絡效勞器與工作站5.3 介質訪問控制方法5.4 局域網組網技術5.5 IEEE 802.11與無線局域網5.6 廣域網的根本概念5.7 廣域網的組成5.8 實訓教學重點5.1 局域網的根本概念5.2 網絡效勞器與工作站5.3 介質訪問控制方法5.4 局域網組網技術教學難點5.6 廣域網的根本概念5.7 廣域網的組成實驗儀器及教具多媒體教學系統 教 學 過 程備 注一、教學導入 5分鐘復習前一章，引入新課。 二、講授新課局域網LANLocal Area Network是計算機通信網的重要組成局部，是一種在一個局部地區X圍內例如一個學校、一個工廠、一家醫院、一

48、個機關等，把各種計算機、外圍設備、數據庫等相互連接起來組成的計算機通信網。5.1.1 局域網的產生和開展為了共享軟件、硬件資源和相互之間傳送數據和文件，于是產生了近距離高速通信的要求，這就是局域網產生的背景。1972年Bell貝爾公司提出了兩種環型局域網技術。1983年，IEEE 802.3委員會以Ethernet V2.0為根底，正式制定并公布了IEEE 802.3以太網標準，這個標準被稱為標準以太網10Base-5。從此局域網開場進入標準化進程。1983年，美國國家標準化委員會ANSI X3T9.5委員會提出了光纖分布式數據接口FDDI標準，使局域網的傳輸速率提高到了100Mbps。這一階

49、段的網絡技術是共享傳輸通道、共享帶寬的共享式局域網技術。5.1.2 局域網的特點區別于一般的廣域網，局域網通常具有如下特征：1地理分布X圍小。一般為數百米至數千米，可以覆蓋一幢大樓、一所學校或者一個企業。局域網一般為一個機構所擁有。2數據傳輸速率高。一般為10Mbps10Gbps，可以交換各類數字和非數字如語音、圖像、視頻等信息。3誤碼率低。這是因為局域網通常采用段距離基帶傳輸，可以使用高質量的傳輸媒體，從而提高了數據傳輸質量。4以PC為主體。包括各種終端及外設，網絡中一般不設中央主機系統。5一般僅包含OSI參考模型中的最低二層功能，即僅涉及通信子網的內容。所以連到局域網的數據通信設備必須加上

50、高層協議和網絡軟件才能組成計算機網絡。6協議簡單，構造靈活，建網本錢低，周期短，便于管理和擴大。覆蓋局域網和廣域網之間的區域是城市區域網MAN，簡稱城域網。 5.1.3 局域網的拓撲構造1. 拓撲構造概念是用一些簡單的幾何圖形來表示復雜的形式構造。在計算機網絡中引用拓撲構造的目的是利用它來表示網絡傳輸介質的連接形式，即線路構成的幾何形狀。2. 按拓撲構造分類計算機網絡的拓撲構造是指網絡節點的地理分布和互連關系上的幾何構形。這種分類方法是最常用的分類方法。局域網經常采用總線型、環型、星型這幾種最常見的拓撲構造，因此可以把局域網分為總線型局域網、環型局域網、星型局域網和混合型局域網等類型。3. 局

51、域網拓撲構造的選擇選擇局域網拓撲構造需要考慮如下諸多因素：1局域網既要易于安裝，又要易于擴展。2局域網的可靠性是考慮選擇局域網的重要因素。要易于故障診斷和隔離，以使得局域網的主體在局部發生故障時仍然能夠正常運行。3局域網拓撲構造的選擇還會影響傳輸媒體的選擇和媒體訪問控制方法確實定，這些因素又會影響各個節點運行速度和局域網軟、硬件接口的復雜性。5.2.1 網絡效勞器效勞器Server是整個網絡系統的核心，它就是為網絡用戶提供效勞并管理整個網絡的設備。根據客戶機/效勞器交互模式中效勞器提供的效勞的類型的不同，可以將其分為文件效勞器、數據庫效勞器、事務處理效勞器、應用效勞器和對象效勞器等幾種類型。其

52、中，前兩種類型是最根本的，而后面的幾種類型都是在此根底上開展起來的。1. 文件效勞器文件效勞器是最早出現的一種效勞器類型，如圖5-1所示。它的工作過程是：如果用戶想要查詢或處理文件效勞器中的數據庫文件，由客戶機向文件效勞器發出文件查詢請求。文件效勞器在接收到客戶機的請求后，在效勞器硬盤中搜索用戶所需的數據庫文件，然后將該數據庫文件發送到客戶機。客戶機運行客戶應用程序，對數據庫文件進展處理，然后將修改正的數據庫文件發送回文件效勞器。以這種效勞器的工作過程可以看出其缺點是網絡負荷較大，致使網絡的工作效率較低。2. 數據庫效勞器在該效勞器的工作模式中如以下圖所示，客戶機通過一條SQL命令將效勞請求發

53、送到數據庫效勞器，數據庫效勞器將每一條SQL命令的執行結果回送給客戶機。 效勞器從外型來看，和普通的PC并沒有什么兩樣，但其內部構造和性能卻與普通的個人PC機有著本質的不同。表達在以下方面：1硬件構造2性能5.2.2 工作站工作站workstation是一種高性能計算機，它與普通計算機相比具備更強大的數據運算與圖形和圖像處理能力。根據所使用的領域不同，工作站在性能上也有所差異。現在常見的工作站主要有：圖形工作站、文件工作站、程序開發等，它們所涉及的領域主要有工程設計、圖形處理、軟件開發和金融管理等。介質訪問控制Media Access Control，MAC就是用于解決局域網中共用信道產生競爭

54、時如何分配信道的使用權的問題。局域網目前常用的訪問控制方法有：1爭用型介質訪問控制協議，即隨機型的介質訪問控制協議，如以太網的CSMA/CD方式。2確定型訪問控制協議，即有序的訪問控制協議，如令牌方式。5.3.1 以太網介質訪問控制方法1. 帶沖突監測的載波偵聽多址訪問帶沖突檢測的載波偵聽多址訪問Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection， CSMA/CD，網絡中各個站點都具備一種對總線上所傳輸的信號或載波進展監測的功能稱為載波監聽CS；多址MA是指當總線上一個站點占用總線發送信號時，所有連接到同一總線上的其他站點都可以通過各自的接收器收

55、聽，只不過目標結點會對所接收到的信號進展進一步處理，而非目標結點那么忽略所接收到的信號；沖突檢測CD是指一種檢測或識別沖突的機制，這是實現沖突退避的前提。在總線環境中，沖突的發生可能有兩種原因：一種是總線上兩個或兩個以上的接點同時發送信息；另一種是一個較遠的接點已經發送信息，但是由于線路較長，使之到達目的地時，另一個剛好發送了信息。CSMA/CD通常用于總線型拓撲構造和星型拓撲構造的局域網中。2. 載波偵聽多路訪問根本的載波偵聽多路訪問CSMA方法的算法如下：1一個站要發送信息時，首先需要監聽總線，以確定是否有其他站發送的信號。2如果介質是空閑的沒有其他站點正在發送，那么可以發送。3如果總線傳

56、輸介質是忙的，那么等待一定時間后重試。根據信道忙時，對如何監聽采取的處理方法不同，可以將CSMA分為不堅持CSMA、1-堅持CSMA和P-堅持CSMA三種不同的協議，如圖5-3所示。 1不堅持CSMA。發送之前監聽信道，如果信道空閑就發送數據；如果監聽到信道忙，就不堅持監聽，而是根據協議算法延遲一個隨機時間后再重新監聽。不堅持CSMA的缺點是不能找到信道剛好變成空閑的時刻，這樣就會影響信道利用率的提高。21-堅持CSMA。監聽到信道忙，那么繼續監聽，知道信道空閑就立刻把數據發送出去，但假設有兩個或兩個以上的站點正在同時監聽信道，那么一旦信道空閑就會發送沖突，反而不利于吞吐量的提高。3P-堅持C

57、SMA。監聽到信道空閑時，就以概率P0P1發送數據，而以概率1-P延遲一段時間，重新監聽信道。P堅持CSMA可以減少沖突，提高信道的利用率，但P值確實認十分復雜。 3. 帶沖突檢測的載波監聽多路訪問CSMA/CD的工作過程可以為先聽后發、邊聽邊發、沖突停頓、隨機延時重發，具體說明如下：1當一個站點想要發送數據時，需檢測網絡是否有其他正在傳輸，即監聽信道是否空閑。2如果信道忙，那么等待，直到信道空閑。3在發送數據的同時，站點繼續偵聽網絡確信沒有其他站點在發送數據。因為有可能有兩個或更多的站點同時在檢測網絡空閑后，幾乎同一時刻開場傳輸數據。如果兩個或多個站點同時發送數據，那么會發生沖突。4當一個傳

58、輸結點識別出一個沖突時，就發送一個擁塞信號，這個信號使得沖突的時間足夠長，讓其他的結點都能夠發現。 5.3.2 令牌總線訪問控制方法令牌總線訪問控制和CSMA/CD方式一樣，應用于總線網絡拓撲構造中，但不同的是網絡上各工作站按一定順序形成一個邏輯環。每個工作站在環中均有一個指定邏輯位置，即首尾相連，每個站都了解其先行站和后繼站的地址，總線上各站的物理位置與邏輯位置無關。令牌總線網如以下圖所示。令牌總線的MAC協議十分復雜，要求大量的維護工作。其中，以下功能是必不可少的，它們必須由總線上一個或多個站點來完成。1. 環的初始化當網絡開場啟動時，或邏輯環斷開后，必須重新進展初始化，每個工作站按地址從

59、高到低插入邏輯環中，令牌也從地址高的工作站傳到地址低的工作站。2. 參加環路環中每站都周期性地提供時機讓新節點參加環中。當某站點持有令牌時，即發出一個“請求后繼站的幀，邀請其他地址介于本站點及其后繼站之間的新站進入環中，然后等待一個響應窗口或時間片等于介質的端到端延時。接著發生下面四種情況之一：1無響應。2收到了一個正確的響應。3收到了碰撞響應。4無效響應。3. 退出環路一個工作站須能將其自身從環路中退出，向其先行站發送一“置后繼站幀，令它和后繼站相接，并將其先行站和后繼站連接起來，即將本站的后繼站變為先行站的后繼站。4. 恢復對網絡中可能出現的過失，特別是喪失令牌也能恢復，在多重令牌情況下能

60、識別處理。令牌總線訪問控制已列為IEEE 802.4協議標準5.3.3 令牌環訪問控制方法在用于環型和總線網絡中的令牌傳遞方案中，令牌沿網絡通道傳送，有規律地經過每個節點，令牌通常是一個8位的包。以下是令牌傳遞過程的簡述：1當一個節點有數據幀要發送時，它首先等待令牌的經過，當令牌傳到本節點時，檢測令牌是否有空，如果有空，它奪取令牌將空閑標志改為忙，緊接著忙令牌后面傳輸一個數據幀，此時環上沒有空閑令牌，其他要傳送數據的節點必須等待。2當攜帶數據幀的令牌繼續環行時，后面的每個節點都校驗數據幀。檢查假設不是發送給自己的幀，那么傳到下一節點。3目的節點識別出此數據幀，接收它，并將一個收據信號附在令牌上