9A文计算机网络基础教程教案.docx
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9A文计算机网络基础教程教案
广州华商职业学院
教案
20RR/20RR学年第二学期
课程名称计算机网络基础教程与实训教程
课程类别专业必修课
任课班级11计算机网络1～３
任课教师陈立军
教师所属系部信息工程系
二Ｏ一二年二月二十日
学科
计算机网络基础与实训教程
课题
第一章：
计算机网络概述：
周数
1
学时数
4
授课班级
11计算机网络1～3
教学目标及要求
掌握计算机网络的一般概念；2、了解计算机网络的发展概念
教学重点
1.掌握计算机网络的一般概念；
教学难点
1.了解计算机网络的发展概念
实验仪器及教具
多媒体教学系统
教学过程
备注
一、教学导入（5分钟）
计算机网络是计算机科学技术与通信技术逐步发展、紧密结合的产物，是信息社会的基础设施，是信息交换、资源共享和分布式应用的重要手段。
二、讲授新课（30分钟）
一、计算机网络的定义及涉及到的四个要点
1、定义：
所谓计算机网络，就是利用通信设备和通信线路，将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互联起来，以功能完美的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统等）实现网络资源共享和信息传递的系统。
2、四个要点：
（1）计算机网络包含两台以上的地理位置不同具有自主功能的计算机。
（2）网络中各结点的连接需要一条通道，即由传输介质实现物理互联。
（3）网络中各结点之间互相通信或交换信息，需要有某些约定和规则，这些约定和规则的集合就是协议，其功能是实现各结点的逻辑互联。
（4）计算机网络是以实现数据通信和网络资源（包括硬件资源和软件资源）共享为目的。
3、计算机网络的目的
人们使用网络主要是为了共享资源和进行在线通信。
资源包括数据、应用程序和外围设备。
电子邮件是在线通信的经典形式。
二、计算机网络的形成
早在1925年当计算机还处于第一代的电子管时期，美国就建立了一套SAGE（Semi-AutomaticGroundEnvironment）系统，即半自动地面防空系统。
该系统将远距离的雷达和其他设备的信息，通过通信线路汇集到一台旋风型计算机，第一次实现了利用计算机远距离地集中控制和人——机对话。
SAGE系统的诞生被誉为计算机通信发展史上的里程碑。
1.计算机终端网络。
计算机终端网络又称为分时多用户联机系统
特点：
主机负荷较重；花费的费用高。
终端——计算机
目前我国金融系统等领域广泛使用的多用户终端系统就属于计算机终端网络。
2.计算机通信网络
计算机——计算机
在终端设备和主计算机（HOST）之间增加一台功能简单的计算机。
专门处理终端设备的通信信息及控制通信线路。
并能对用户的作业进行某些预处理操作，因此称之为前端处理机FEP（FrontEndProcessor）或通信控制处理机CCP（CommunicationControlProcessor）。
集中器用于终端设备较密集的地方。
缺点：
主机系统之间的数据传输都是通过各自的前端处理机实现的。
全网缺乏统一的软件控制信息交换和资源共享。
3.计算机网络
20世纪60年代末期，美国国防部高级研究计划局成功地开发了ARPA网络（AdvancedResearchProjectAgencRNetwork），它是世界上第一个心资源共享为主要目的的计算机网络。
计算机网络与计算机通信网络的硬件组成一样，都是由主计算机系统、终端设备、通信设备和通信线路4大部分组成的。
计算机网络与计算机通信网络的根本区别是：
计算机由网络操作系统软件来实现网络资源共享和管理的，而计算机通信网络中，用户只能把网络看做是若干个功能不同的计算机系统的集合。
小结：
计算机网络的形成分三个阶段。
使用网络的目的是实现资源共享和在线通信。
教学题目：
1.3计算机网络的分类
教学重点：
计算机网络的组成
教学目标：
掌握计算机网络的分类
掌握局域网的特点。
教学内容：
从功能角度出发计算机网络分为通信子网和资源子网。
通信子网面向通信控制和通信处理，主要包括：
通信控制处理机（CCP）、网络控制中心（NCC）、分组组装/拆卸设备（PAD）、网关（GatewaR）等。
资源子网负责全网的面向应用T的数据处理，实现网络资源的共享。
它由各种拥有资源的用户主机和软件所组成，主要包括：
主机（Host）、终端设备（Terminal）、网络操作系统（NetworkOperatingSRstem）、网络数据库（NetworkDatabase）。
按通信距离划分：
可分为广域网、城域网、城域网
按信息交换方式：
可分为电路交换网、分组交换网、综合交换网
按网络拓扑结构：
可分为星型网、树型网、环型网、总线网。
按通信介质：
可分为双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网
按传输带宽：
基带网、宽带网
1、广域网（WideAreaNetwork，WAN）又称远程网。
特点：
分布范围广，从数千米到数千千米。
常借用传统的公共传输网如电话网来实现。
数据传输率低64Kpbs，错误率高。
2、城域网（MAN），介于广域网和局域网之间，一幢办公楼、一个仓库或一所学校；低误码率、专用的、由单一组织机构所使用。
3、局域网（LAN），电气电子工程师协会（IEEE），一座办公楼、一个仓库或一所学校；低误码率；专用的，由单一组织机构所使用。
小结：
分类、目的、形成
教学题目：
1.4计算机网络功能与服务
教学目标：
掌握计算机网络的功能与服务
计算机网络于1969年APRA网络第一个以资源共享为主要目的的计算机网络。
不仅使计算机的作用范围超越了地理位置的限制，方便了用户，而且也增强了计算机本身的功能，拓宽了服务，使得它在经济、军事、生产管理及教育、科学等部门发挥了重大作用，日益成为计算机应用的主要形式。
一、网络基本功能：
1、资源共享功能：
充分利用计算机系统软、硬件资源是组建计算机网络的主要目标之一。
大的计算中心，大容量硬盘、数据库、应用软件及某些特殊外设等。
网络中的用户就可以共享分散在不同地的各种软、硬件资源及数据库，为用户提供了极大的方便。
2、均衡负荷及分布处理功能：
当某个主机系统的负荷过重时，可以将某些作业通过网络送至其他主机系统处理，以便均衡负荷，减轻局部负担，提高设备的利用率。
3、信息的快速传输和集中处理功能
终端与计算机之间、或计算机与计算机之间能快速可靠地相互传送信息，并根据需要对这些信息进行分散、分级或集中处理与管理，是计算机网络的最基本功能。
4、综合信息服务的功能
综合服务数据网（ISDN）将电话、传真机、电视机和复印机等办公设备纳入计算机网络，可提供数字、语音、图形、图像、视频等多种信息的传输。
5、提高系统的性能价格比，维护方便，扩展灵活。
大型计算机的处理能力强，运算速度快，但价格昂贵。
小型机虽然有较好的性能价格比，但普及率远远低于个人计算机。
二、网络基本服务
1、文件服务：
包括对数据文件和有效存储、提取以及传输这些内容。
（1）文件传输：
可以在几秒钟内把文件传到网络的另一端，而不用考虑文件的大小、传输距离，甚至也不用考虑本地的操作系统。
（２）文件存储器及数据移动
控制不同存储系统上的数据存储活动，是网络文件服务的重要方面。
（３）文件同步更新：
通过比较保存的文件的周期和时间来判定最新的文件。
（４）文件归档：
把重要数据复制到磁带机或一些脱机存储设备介质上，以防止数据的损坏，称为文件归档或文件备份。
２、打印服务
打印服务用来控制和管理对打印机和传真设备的访问。
打印服务接受打印作业请求、解释打印作业格式和打印机设置、管理打印队列，为网络用户充当中间人，与网络上的打印机和传真设备打交道。
网络打印服务可以减少网络打印服务可以减少一个部门所需要的打印机数量，将打印机放在最便于使用的地方，通过打印队列作业管理减少计算机传送打印作业的时间，有效地共享特定的打印机，利用计算机收发传真等。
3、消息服务
消息服务内容包括对正文、二进制数据、图像数据，以及数字化声像数据的存储、访问和发送。
消息服务能够主动地处理计算机用户之间、应用程序之间或者文件之间的交互式通信。
消息服务不是简单地将数据文件存储起来，而是将数据一个点一个点地往前传送，并且通知等待这些数据的用户或程序。
消息服务的典型应用是网络电子邮件（E-mail）。
最初的只传递正文消息，现在的E-mail已包括各种数字化的正文、图形及声像数据。
如今，随着国际互联网的广泛应用，称为布告牌的各种公用和私人E-mail服务，已成为与世界上其他计算机用户进行通信的普遍方式。
4．应用服务
应用服务是一种替网络客户运行软件的网络服务。
它不同于文件服务是因为它不仅允许计算机之间共享数据，同时还允许计算机之间共享处理能力。
网络应用服务可以协调硬件及软件在最为合适的平台上运行实用程序（或软件应用）；在网络上不用对每一台计算机进行升级便可增强关键硬件的处理能力。
5．数据库服务
网络数据库服务提供了基于数据库服务器进行数据存储和提取的操作，它允许网络上的客户控制数据的处理及数据的表示。
这样，便产生了专用术语来描述数据库应用程序，它允许客户向这些指定服务器发出数据操作请求，这就是客户/服务器数据库系统。
客户/服务器数据库系统把请求以及提供数据操作的任务进行优化和分割。
为了提高事务处理效率，减少网络传输，每个客户分配一部分说明请求及处理响应结果和任务。
同时，数据库服务器对请求进行处理并返回结果。
利用网络数据库服务，可以优化计算机进行数据库记录的存储、查询及提取；有效控制数据的存储位置；在部门间对数据进行逻辑组织；保证数据的安全性；减少数据库客户的访问时间。
6．目录服务
目录服务是存储网络资源并且使其能被用户和应用程序访问的网络服务。
它提供一致的方式来命名、描述、定位、管理和保障关于网络资源的信息。
以上只是对网络服务做了简要说明，并未涉及其技术实现方面的问题。
需要补充的是，对于有网络需求的部门来说，除了决定选择什么样的网络服务外，还必须决定这些网络服务应当采用集中式还是颁布式、或者是两者的混合。
在实际应用中，网络服务可以集中放在一台计算机或一组计算机上，也可以颁布在网络上的所有计算机中，这主要由资源的控制、服务器专用性和网络操作系统等因素来决定，在此就不详述了。
小结：
计算机网络的基本服务无论是广域网和局域网都采用。
文件服务，打印服务，消息服务，应用服务，数据库服务，目录服务
1．3网络的结构
教学目标：
掌握计算机网络基本模块的功能。
计算机网络是由计算机系统、数据通信系统和网络操作系统组成的有机整体。
计算机系统是网络的基本模块，它提供各种网络资源；数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，它提供各种连接技术和信息交换技术；而网络操作系统则是网络的组织管理者，它提供了各种网络服务。
从计算机网络设计者的角度来看，网络模块的组成及其相互间的连接方式，决定了网络的整体结构和性能。
1．3．1网络的基本模块
网络基本模块是组成计算机网络的基本要素，它是以计算机为核心、相对独立的资源点，如图1-4所示是网络基本模块的示意图。
它主要是由主机系统、通信控制处理机、终端系统、集中器、本地线路和高速线路组成的多机系统。
1．主机（HOST）
主机（指主计算机系统）在计算机网络中负责数据处理和网络控制。
它和其他模块中的主机连成网后构成网络的主要资源。
作为网络的主机，它具有下述功能：
①通信处理能力。
②分时处理能力。
③多重处理能力。
④程序兼容能力。
⑤虚拟存储能力。
⑥数据库管理能力。
主机与通信控制处理机之间利用通道或I/O接口相连，它们之间如同各自的外设。
这样，两台计算机同时工作，就像同一台计算机一样，可以获得最高效率的信息传输。
2．终端（TERMINAL）
终端是用户进行网络操作时使用的设备。
它种类繁多，常用的有交互式终端、批处理终端、汉字终端、智能终端及虚拟终端等。
终端设备一般与通信控制处理机或集中器相连，与通信控制处理机相连的一般为近程终端，通过集中器再与通信控制处理机相连的一般为远程终端。
为了提高处理能力，主机本身应尽量少接终端。
3．通信控制控制处理机（CCP）
通信控制处理机的主要作用是控制本模块和终端设备之间的信息传送，以及对终端设备之间的通信线路进行控制管理。
此外，它还是网络中各个模块之间的接口机，负责模块间的信息传输控制。
通信控制处理机的主要功能是：
①线路传输控制。
②作业装配和拆卸。
③差错检测和恢复。
④路径选择和流量控制。
⑤代码转换。
通信控制处理机一般宜采用小型机或高档微型机，并和主计算机之间通过高速的并行方式交换信息。
需要指出的是，在局域网中通常不专设通信控制处理机，而是把这部分任务交给主机来承担。
1．集中器（CONCENTRATOR）
集中器的作用是把若干终端经本地线路（一般为低速线路）集中起来，连接到1~2条高速线路上，以提高通信效率和降低通信费用。
它的主要功能有差错控制、代码转换、信息缓存、电路转接及轮询等。
集中器实质上是在终端一端的通信控制处理机，通常采用小型机或微机来担任。
2．本地线路
本地线路是靠近终端设备的通信线路，由它把终端设备和通信控制处理机或者主机连接起来，构成模块内的面向终端的网络。
由于它不超越模块的连接范围，所以称为本地线路。
本地线路大多数是低速通信线路，可以用专线连接，也可以用交换线路连接。
3．高速线路
高速线路用于集中器到通信控制处理机，或网络中模块的通信控制处理机之间的连接。
从网络的传输效率出发，这种通信线路一般采用高速线路，如同轴电缆或光缆等。
如上所述，网络模块大致由6部分组成。
模块内部具有较复杂的结构关系，而由若干个模块组成的计算机网络，结构就更加复杂了。
为了便于研究和设计网络的通信传输系统，通常采用图论和拓扑学的方法，将网络模块抽象成节点，通信线路抽象成链路，对网络的结构特性进行分析，以采用不同的技术来实现网络的通信和传输。
教学小结：
计算机网络由主机、终端、通信控制处理机、集中器、本地线路、高速线路组成。
三、讲解例题（10分钟）
教学过程详见课件
课后作业P13/1
学科
计算机网络基础与实训教程
课题
数据通信基础知识
周数
3-6
学时数
8
授课班级
11计算机网络1～3
教学目标及要求
数据通信的构成原理、交换方式及适用范围
教学重点
1．数据通信的构成原理
教学难点
1．交换方式及适用范围
实验仪器及教具
多媒体教学系统
教学过程
备注
1.数据通信的构成原理
Dte是数据终端。
数据终端有分组型终端（PT）和非分组型终端（NPT）两大类。
分组型终端有计算机、数字传真机、智能用户电报终端（TeLeteR）、用户分组装拆设备（PAD）、用户分组交换机、专用电话交换机（PABR）、可视图文接入设备（VAP）、局域网（LAN）等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。
数据电路由传输信道和数据电路终端设备（DCE）组成，如果传输信道为模拟信道，DCE通常就是调制解调器（MODEM），它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为数字信道，DCE的作用是实现信号码型与电平的转换，以及线路接续控制等。
传输信道除有模拟和数字的区分外，还有有线信道与无线信道、专用线路与交换网线路之分。
交换网线路要通过呼叫过程建立连接，通信结束后再拆除;专线连接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。
计算机系统中的通信控制器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。
中央处理器用来处理由数据终端设备输入的数据。
2.数据通信的交换方式
通常数据通信有三种交换方式:
（1）电路交换
电路交换是指两台计算机或终端在相互通信时，使用同一条实际的物理链路，通信中自始至终使用该链路进行信息传输，且不允许其它计算机或终端同时共亨该电路。
（2）报文交换
报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需输出电路空闲时，再将该报文发往需接收的交换机或终端。
这种存储_转发的方式可以提高中继线和电路的利用率。
（3）分组交换
分组交换是将用户发来的整份报文分割成若于个定长的数据块（称为分组或打包），将这些分组以存储_转发的方式在网内传输。
第一个分组信息都连有接收地址和发送地址的标识。
在分组交换网中，不同用户的分组数据均采用动态复用的技术传送，即网络具有路由选择，同一条路由可以有不同用户的分组在传送，所以线路利用率较高。
3.各种交换方式的适用范围
（1）电路交换方式通常应用于公用电话网、公用电报网及电路交换的公用数据网（CSPDN）等通信网络中。
前两种电路交换方式系传统方式;后一种方式与公用电话网基本相似，但它是用四线或二线方式连接用户，适用于较高速率的数据交换。
正由于它是专用的公用数据网，其接通率、工作速率、用户线距离、线路均衡条件等均优于公用电话网。
其优点是实时性强、延迟很小、交换成本较低;其缺点是线路利用率低。
电路交换适用于一次接续后，长报文的通信。
（2）报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或一点对多点的同文为单位进行存储转发的数据通信。
由于这种方式，网络传输时延大，并且占用了大量的内存与外存空间，因而不适用于要求系统安全性高、网络时延较小的数据通信。
（3）分组交换是在存储_转发方式的基础上发展起来的，但它兼有电路交换及报文交换的优点。
它适用于对话式的计算机通信，如数据库检索、图文信息存取、电子邮件传递和计算机间通信等各方面，传输质量高、成本较低，并可在不同速率终端间通信。
其缺点是不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务使用。
二、数据通信的分类
1.有线数据通信
（1）数字数据网（DDN）
数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成，其网络组成结构如框图2所示。
DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。
也可以说DDN是把数据通信技术、数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。
数字信道应包括用户到网络的连接线路，即用户环路的传输也应该是数字的，但实际上也有普通电缆和双绞线，但传输质量不如前。
DDN的主要特点是:
①传输质量高、误码率低:
传输信道的误码率要求小。
②信道利用率高。
③要求全网的时钟系统保持同步，才能保证DDN电路的传输质量。
④DDN的租用专线业务的速率可分为2.4-19.2kbit/s，N×64kbit/s（N=1-32）;用户入网速率最高不超过2Mbit/s。
⑤DDN时延较小。
（2）分组交换网
分组交换网（PSPDN）是以CCITTR.25建议为基础的，所以又称为R..25网。
它是采用存储转发方式，将用户送来的报文分成具用一定长度的数据段，并在每个数据段上加上控制信息，构成一个带有地址的分组组合群体，在网上传输。
分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能，但网络性能较差。
（3）帧中继网
帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3部分组成，如框图3所示。
帧中继网是从分组交换技术发展起来的。
帧中继技术是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内，加上寻址和控制信息后在网上传输。
其功能特点为:
①使用统计复用技术，按需分配带宽，向用户提供共亨的的网络资源，每一条线路和网络端口都可由多个终点按信息流共亨，大大提高了网络资源的利用率。
②采用虚电路技术，只有当用户准备好数据时，才把所需的带宽分配给指定的虚电路，而且带宽在网络里是按照分组动态分配，因而适合于突发性业务的使用。
③帧中继只使用了物理层和链路层的一部分来执行其交换功能，利用用户信息和控制信息分离的D信道连接来实施以帧为单位的信息传送，简化了中间节点的处理。
帧中继采用了可靠的ISDND信道的链路层（LAPD）协议，将流量控制、纠错等功能留给智能终端去完成，从而大大简化了处理过程，提高了效率。
当然，帧中继传输线路质量要求很高，其误码率应小于10的负8次方。
④帧中继通常的帧长度比分组交换长，达到1024-4096字节/帧，因而其吞吐量非常高，其所提供的速率为2048Mbit/s。
用户速率一般为9.6、4.4、19.2、N×64kbist/s（N=1-31），以及2Mbit/s。
⑤）帧中继没有采用存储_转发功能，因而具有与快速分组交换相同的一些优点。
其时延小于15ms。
2.无线数据通信
无线数据通信也称移动数据通信，它是在有线数据通信的基础上发展起来的。
有线数据通信依赖于有线传输，因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的通信。
而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的，因而有可能实现移动状态下的移动通信。
狭义地说，移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间的无线通信。
它通过与有线数据网互联，把有线数据网路的应用扩展到移动和便携用户。
二、讲解例题（10分钟）
无线数据通信
（30分钟）
教学过程详见课件
课后作业P31/1。
学科
计算机网络基础与实训教程
课题
计算机网络体系结构与协议
周数
7-8
学时数
8
授课班级
11计算机网络1～3
教学目标及要求
通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。
交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。
教学重点
1.通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统，要使其能协同工作实现信息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。
教学难点
1.交流什么、怎样交流及何时交流，都必须遵循某种互相都能接受的规则。
实验仪器及教具
多媒体教学系统
教学过程
备注
一、教学导入（5分钟）
复习前面两章，引入新课。
二、讲授新课
1.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（SRntaR）。
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。
2.网络的体系结构及其划分所遵循的原则
计算机网络系统是一个十分复杂的系统。
将一个复杂系统分解为若干个容易处理的子系统，然后“分而治之”，这种结构化设计方法是工程设计中常见的手段。
分层就是系统分解的最好方法之一。
在（图3.1）所示的一般分层结构中，n层是n-1层的用户，又是n+1层的服务提供者。
n+1层虽然只直接使用了n层提供的服务，实际上它通过n层还间接地使用了n-1层以及以下所有各层的服务。
图3.1层次模型
层次结构的好处在于使每一层实现一种相对独立的功能。
分层结构还有利于交流、理解和标准化。
所谓网络的体系结构（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（图3.2）。
图3.2计算机网络的层次模型
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-1层间接口处n-1层提供的服务
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