第六章-计算机网络基础及Internet应用电子教案

第六章计算机网络基础及Internet应用电子教案（计划8学时）第一次课（2学时）课题：§6.1计算机网络概述—§6.26.2计算机网络体系结构课型：理论课、实践课、任务驱动多媒体教学教学目的与要求了解：1、Internet基础知识2、了解网络传输介质；掌握：1.计算机网络基础知识、网路系统的组成和功能2计算机网络体系结构、重点与难点重点：1。计算机网络的分类、网络传输介质2．网路系统的组成和功能3．TCP/IP网络协议难点：计算机网络的分类、网络通信协议、计算机网络体系结构。教学进程组织教学复习提问引入新课以学生上网为例引入什么计算机是计算机网络讲授新课：6.1计算机网络概述6.1.1计算机网络的定义计算机网络就是利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统。6.1.2计算机网络的产生与发展计算机网络的产生与发展经历了四个阶段：第一阶段：面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统第二阶段：计算机—计算机网络计算机—计算机网络是多台主计算机通过通信线路互联起来为用户提供服务。第三阶段：开放式标准化网络为了使计算机网络都能互联和互通，国际标准化组织ISO（InternationalStandardsOrganization）于1984年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互联成网的国际标准ISO7498，简称OSI/RM（OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel）开放系统互联参考模型。OSI/RM由七层组成，所以也称OSI七层模型。开放式标准化网络指的就是遵循“开放系统互联基本参考模型”标准的网络系统。它具有统一的网络体系结构、遵循国标标准化协议。第四阶段：以高速和多媒体应用为核心的第四代计算机网络第四代计算机网络是在进入20世纪90年代之后，随着数字通信的出现而产生的，其特点是综合化和高速化。6.1.3计算机网络系统的组成与功能1.计算机网络系统的组成一般而论，计算机网络有三个主要组成部分：若干个主机，它们为用户提供服务；一个通信子网，它主要由结点交换机和连接这些结点的通信链路所组成；一系列的协议，这些协议是为在主机和主机之间或主机和子网中各结点之间的通信而采用的，它是通信双方事先约定好的和必须遵守的规则（1）通信子网通信子网由通信控制处理机（CCP）、通信线路与其他通信设备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。（2）资源子网资源子网由各计算机系统、终端控制器和终端设备、软件和可供共享的数据库等组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供数据处理能力、数据存储能力、数据管理能力、数据输入输出能力以及其他数据资源。2.计算机网络系统的功能计算机网络的主要目标是实现资源共享。分析其功能，主要有以下几点：（1）资源共享。在计算机网络中，资源包括计算机软件和硬件以及要传输和处理的数据，资源共享是计算机网络的最基本功能之一。（2）数据通信。利用计算机网络可以实现计算机用户相互间的通信。（3）分布式处理。可以将某些大型处理任务转化成小型任务而由网中的各计算机分担处理。（4）负载均衡。当网络中某一台机器的处理负担过重时，可以将其作业转移到其他空闲的机器上去执行。（5）提高了系统的可靠性和可用性。6.1.4计算机网络的分类1.按地理范围分类计算机网络常见的分类依据是网络覆盖的地理范围，按照这种分类方法，可将计算机网络分为局域网、广域网和城域网三类。局域网(LocalAreaNetwork)简称LAN，它是连接近距离计算机的网络，覆盖范围从几米到数公里。例如办公室或实验室的网、同一建筑物内的网及校园网等。广域网(WideAreaNetwork)简称WAN，其覆盖的地理范围从几十公里到几千公里，覆盖一个国家、地区或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。例如我国的公用数字数据网(ChinaDDN)、电话交换网(PSDN)等。城域网(MetropolitanAreaNetwork)简称MAN，它是介于广域网和局域网之间的一种高速网络，覆盖范围为几十公里，大约是一个城市的规模。在网络技术不断更新的今天，一种用网络互联设备将各种类型的广域网、城域网和局域网互联起来，形成了称为互联网的网中网。互联网的出现，使计算机网络从局部到全国进而将全世界连成一片，这就是Internet网。Internet中文名为因特网、国际互联网，它是世界上发展速度最快、应用最广泛和最大的公共计算机信息网络系统，它提供了数万种服务，被世界各国计算机信息界称为未来信息高速公路的雏形。2.按拓扑结构分类拓扑结构就是网络的物理连接形式。如果不考虑实际网络的地理位置，把网络中的计算机看作一个节点，把通信线路看作一根连线，这就抽象出计算机网络的拓扑结构。局域网的拓扑结构主要有星型、总线型和环型三种，如图6-2、6-3、6-4所示。图6-2星型结构图6-3总线型结构图6-4环型结构(1)星型拓扑结构这种结构以一台设备作为中央节点，其他外围节点都单独连接在中央节点上。各外围节点之间不能直接通信，必须通过中央节点进行通信，如图6-2所示。中央节点可以是文件服务器或专门的接线设备，负责接收某个外围节点的信息，再转发给另外一个外围节点。星型拓扑结构广泛应用于网络中智能集中于中央节点的场合。在目前传统的数据通信中，该拓扑结构仍占支配地位。(2)总线型拓扑结构这种结构所有节点都直接连到一条主干电缆上，这条主干电缆就称为总线。该类结构没有关键性节点，任何一个节点都可以通过主干电缆与连接到总线上的所有节点通信，如图6-3所示。(3)环型拓扑结构这种结构各节点形成闭合的环，信息在环中作单向流动，可实现环上任意两节点间的通信，如图6-4所示。(4)混合结构混合结构是将多种拓扑结构的局域网连在一起而形成的，如图6-5所示。混合拓扑结构的网络兼并了不同拓扑结构的优点。图6-5混合型结构3.按传输介质分类传输介质就是指用于网络连接的通信线路。目前常用的传输介质有同轴电缆、双绞线、光纤、卫星、微波等有线或无线传输介质，相应地可将网络分为同轴电缆网、双绞线网、光纤网、卫星网和无线网。4.按带宽速率分类带宽速率指的是“网络带宽”和“传输速率”两个概念。传输速率是指每秒钟传送的二进制位数，通常使用的计量单位为b／s、kb／s、Mb／s。按网络带宽可以分为基带网(窄带网)和宽带网；按传输速率可以分为低速网、中速网和高速网。一般来讲，高速网是宽带网，低速网是窄带网。5.按通信协议分类6.2计算机网络体系结构6.2.1计算机网络体系结构的基本概念我们将计算机网络的各层以及其协议的结合，称为网络的体系结构。世界上第一个网络体系结构是美国IBM公司于1974年提出的，它取名为系统网络体系结构SNA(SystemNetworkArchitecture，系统网络体系统结构)。凡是遵循SNA的设备就称为SNA设备。这些SNA设备可以很方便地进行互联。6.2.2ISO/OSI开放系统互联参考模型国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）是一个全球性的政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。1．OSI开放系统互联参考模型ISO制定了网络通信的标准，即OSI（OpenSystemInterconnection，开发系统互联参考模型）它将网络通信分为七个层，开放的意思是通信双方必须都要遵守OSI模型。开放系统互联参考模型（OSI）采用分层的结构化技术，共分7层，从低到高为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。应用层（ApplicationLayer）表示层（PresentationLayer）会话层（SessionLayer）传输层（TransportLayer）网络层（NetworkLayer）数据链路层（DataLinkLayer）物理层（PhysicalLayer）（1）物理层(PhysicalLayer)物理层是OSI参考模型的最低层，也是OSI体系结构中最重要的、最基础的一层。物理层并不是指物理设备或物理媒体，而是有关物理设备通过物理媒体进行互联的描述和规定。物理层协议定义了接口的机械特性、电气特性、功能特性、规程特性等4个基本特性。（2）数据链路层(DataLinkLayer)数据链路层是OSI模型的第二层，负责通过物理层从一台计算机到另一台计算机无差错地传输数据帧，允许网络层通过网络连接进行虚拟无差错地传输。（3）网络层(NetworkLayer)网络层是OSI模型的第3层，负责信息寻址和将逻辑地址与名字转换为物理地址。在网络层，数据传送的单位是包。网络层的任务就是要选择合适的路径和转发数据包，使发送方的数据包能够正确无误的按地址寻找到接收方的路径，并将数据包交给接收方。（4）传输层(TransportLayer)传输层的功能是保证在不同子网的两台设备间数据包可靠、顺序、无错地传输。在传输层，数据传送的单位是段。传输层负责处理端对端通信，所谓端对端是指从一个终端（主机）到另一个终端（主机），中间可以有一个或多个交换结点。（5）会话层(SessionLayer)会话层是利用传输层提供的端到端的服务，向表示层或会话用户提供会话服务。会话层的主要功能是在两个结点间建立、维护和释放面向用户的连接，并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传送。（6）．表示层(PresentationLayer)OSI模型中，表示层以下的各层主要负责数据在网络中传输时不出错。但数据的传输没有出错，并不代表数据所表示的信息不会出错。表示层专门负责有关网络中计算机信息表示方式的问题。表示层负责在不同的数据格式之间进行转换操作，以实现不同计算机系统间的信息交换。（7）．应用层(ApplicationLayer)应用层是OSI参考模型中最靠近用户的一层，它直接与用户和应用程序打交道，负责对软件提供接口以使程序能使用网络。与OSI参考模型的其他层不同的是，它不为任何其他OSI层提供服务，而只是为OSI模型以外的应用程序提供服务，如电子表格程序和文字处理程序。包括为相互通信的应用程序或进程之间建立连接、进行同步，建立关于错误纠正和控制数据完整性过程的协商等。应用层还包含大量的应用协议，如虚拟终端协议（Telnet）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）、域名服务系统（DNS）和超文本传输协议（HTTP）等。2．OSI的层次间关系在同一台计算机的层间交互过程与在同一层上不同计算机之间的相互通信过程是相互关联的。（１）每一层向其协议规范中的上层提供服务。（２）每层都与其他计算机中相同层的软件和硬件交换一些信息。３．OSI模型每一层数据的名称为了使数据分组从源主机传送到目的主机，源主机OSI模型的每一层要与目标主机的每一层进行通信，如图6-6所示4.数据封装在了解了OSI层次参考模型的每一层的功能之后，进一步来学习层次间是如何实现数据传递的。如图6-7所示简单示意了两个实现OSI七层功能的网络设备之间是如何进行通信的。封装（Encapsulation）是指网络结点将要传送的数据用特定的协议头打包来传送数据，有时候也可能在数据尾部加上报文。6.2.3TCP/IP网络协议TCP/IP是“transmissionControlProtocol/InternetProtocol”的简写，中文译名为传输控制协议/互联网络协议）协议，TCP/IP（传输控制协议/网间协议）是一种网络通信协议，它规范了网络上的所有通信设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。TCP(TransportControlProtocol)传输控制协议IP(InternetworkingProtocol)网间网协议UDP(UserDatagramProtocol)用户数据报协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)互联网控制信息协议SMTP(Si