计算机网络教案

计算机网络教案第一章计算机网络基础本章主要内容1.1计算机网络的定义1.2计算机网络组成与功能1.3计算机网络的发展1.4计算机网络的分类1.5计算机网络拓扑结构1.6计算机网络传输介质1.1计算机网络的定义1.定义：把分布在不同地点且具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的软件和协议的管理下实现网络中资源共享系统2.由定义可知：(1)计算机网络是“通信技术”与“计算机技术”的结合产物(2)数据交换是基础，资源交换为目的1.2计算机网络的组成组成:通信子网，资源子网1、通信子网(1)功能：完成网络的通信数据的存储转发具体的有：差错控制；流量控制；路由选择；网络安全；流量计费。(2)构成：网络结点+通信线路2.资源子网(1)功能：提供网络资源共享，处理数据能力(2)构成：主机系统(硬件+软件)1.3计算机网络的发展第一阶段（50年代）：计算机通信网络，特征是计算机与终端互连，实现远程访问。1．具有远程通信功能的单机系统解决了多个用户共享主机资源的问题存在问题：主机负担重，通信费用高2、具有远程通信功能的多机系统解决了主机负担重、通信费用昂贵的问题。主要问题：多个用户只能共享一台主机资源第二阶段（60年代）：计算机通信系统，特征是计算机与计算机互连采用分组交换技术实现计算机—计算机之间的通信，使计算机网络的结构、概念都发生了变化，形成了通信子网和资源子网的网络结构主要问题：网络对用户不是透明的第三阶段（70年代中期—80年代末期）：现代计算机网络阶段，特征是网络体系结构的形成和网络协议的标准化在计算机通信系统的基础之上，重视网络体系结构和协议标准化的研究，建立全网统一的通信规则，用通信协议软件来实现网络内部及网络与网络之间的通信，通过网络操作系统，对网络资源进行管理，极大的简化了用户的使用，使计算机网络对用户提供透明服务。局域网技术出现突破性进展。网络计算的新时代帧中继；异步传输模式ATM；波分多路复用WDM。1.4计算机网络的分类1.按网络地理覆盖范围划分(1)局域网(LAN):是由一系列用户终端和具有信息处理与交换功能的节点及节点见的传输线路组成，限制在有限的距离之内，实现各计算机间的数据通信，具有较高的网络传输速率，局域网范围一般不超过10KM，往往局限于企事业单位内，组建局域网具有组建灵活，成本低廉，运行可靠，速度快等优点。(2)城域网(MAN):也称都市网，它的覆盖范围一般是一个城市，它是在局域网不断普及，网络产品增加，应用领域拓展等情况下兴起的。它是将一个城市范围的局域网互连起来，以得到更高的数据传输速率3)广域网(MAN):覆盖范围广阔，又称远程网。广域网覆盖的地理范围可以是一个城市，一个地区，一个省，一个国家。最大的是Internet。广域网的传输速率低2.按信息传输技术划分(1)广播式网络在网络中只有一个通信信道，由网络中的所有主机共享特点：当从网络中任何一台主机发出一个短报文时，网上所有的主机都可以接受到。但通过报文中“地址标识”，确定目标主机，它适用于距离范围小，网络内工作站点少。(2)点到点网络：当在一个网络中成对的主机间存在着若干对的相互联结关系时，便组成了点到点的网络特点：当源主机想目的主机发送“分组”信息时，分组信息可能经由一个或多个中间节点才能到达1.5网络拓扑结构1概念：网络拓扑结构指连接于网络中的端系统或工作站之间互连的方式；简单地说：指网络形状，网络的连通性常见的网络拓扑结构：总线型、星型、环型、树型、混合型、网状型2.常见网络结构介绍：(1)总线型：采用一个公用通道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到公用信道上，这一公用信道称为总线特点：(1)所有站点发送的信息都通过该公用信道传播(2)某一时刻只允许一个站点向信道上发送数据（且数据分组中携带有目的地址）(3)信道上的数据能被其他所有站点接收，且各站点识别分组携带的目的地址，以确定是复制，分组，还是丢弃(2)星型：每一个站点直接与一个公共的中心节点连接中心节点的操作一般有两种方法：a.中心节点以广播式方式来运作，典型的设备是集线器(HUB)b.中心节点以交换方式来运作典型设备是专用交换机(PBX)(3)环型：由站点和链路组成闭合环特点：数据沿环路单向传输，切绕环行驶一周，回到源站点。(4)树型型：是星型的扩展，树型网络是分层结构，具有根节点和分支节点特点：适用于分级管理和控制系统(5)混合型：是将传统的总线型网络结构与星型网络结构进行有机结合。注：混合型(分布式，集散型)网络结构特别使用与一个学校、企业、工厂等各个办公楼分散的情况(5)其他型：a.双环型b.拓展星型c.不规则型d.完全网状型e.蜂窝型1.6传输媒体无线传输媒体：无线电、微波、激光、红外线、卫星等有线传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤(1)双绞线(1)双绞线是普遍使用的一种传输介质；在许多情况下，几公里范围内的传输速率可以达到几兆bps，其性能较好又价格便宜。(2)由两根绝缘铜线绞合在一起，充当一条通信链路通常将若干对双绞线捆成一条电缆，用保护套包裹着(3)双绞线可以分为两种：非屏蔽和屏蔽。非屏蔽双绞线电缆由多对双绞线和一个塑料外皮构成。非屏蔽双绞线(UTP)易受外部干扰，包括来自环境噪音与附近的双绞线；但由于其价格低廉且易于安装和使用，所以应用非常广泛。在建筑物内部，作为局域网传输介质而被普遍使用的UTP电缆的最大长度一般限制在100米之内。屏蔽双绞线(STP),以铝箔屏蔽以减少干扰和串音（4）1991年，美国电子工业协会(EIA)颁布了EIA-568标准，即商业大楼的通信布线标准。EIA-568-A有三种UTP电缆。3类：UTP电缆及其端接设备的传输特性定义为16MHZ。4类：UTP电缆及其端接设备的传输特性定义为20MHZ。5类：UTP电缆及其端接设备的传输特性定义为100MHZ。3类UTP电缆对应于在大多数办公楼里大量使用的话音级电缆；在有限的距离内，经过适当的设计，数据速率可以达到16Mbps。5类是数字级电缆，现正成为新建大楼的预装设施；在一定的范围内，经过适当的设计，5类电缆可以达到100Mbps速率。3类和5类UTP的关键差别在于单位距离上的螺旋的数目。5类旋得较紧，一般为每英寸3-4转，而3类则一般是每英尺3-4转；旋得越紧，价格越贵，但性能也好得多。（5）超5类双绞线：与５类双绞线结构基本相同，与普通５类UTP相比，其衰减更小，串扰更少，同时具有更高的信噪比、更小的延时误差，性能得到了提高。(6)双绞线的质量鉴别：有无标识、绞合紧密程度、韧性好、颜色清晰、阻然性良好、用测试仪进行测量双绞线质量参数(2)同轴电缆a.结构：由内向外分别是中心实体；绝缘层；金属网屏蔽层；黑色保护套。其频率特性比双绞线好，能进行高速率传输。b分类：l基带同轴电缆一条电缆只用于一个信道，50W，用于数字传输2宽带同轴电缆一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，75W，用于模拟传输，300—450MHz，100km，需要放大器.细缆细缆一般以总线型结构在网络中出现。连网时，应注意以下几点：网卡要带有BNC接口；每个用户通过BNC-T型连接器接入网络；在干线的两端必须安装50欧姆的终端电阻；如要拓宽网络范围，需使用中继器。细缆网络的每段干线长度最大为185米，每段干线最多接入30个用户，且相邻两用户之间的连线距离不能小于0.5米。可采用4个中继器连接5个网段，使网络最大距离达到925米。细缆安装较容易，而且造价较低，但因受网络布线结构的限制，其日常维护不甚方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。BNC桶型接头：用于连接两段细同轴电缆。粗缆粗缆适用于比较大的局域网的布线，它的布线距离较长，可靠性较好，安装时采用特殊的装置，不需切断电缆，两端头装有终端器。用粗缆组网时在硬件的设置上必须注意以下几点：若要直接与网卡相连，网卡必须带有AUI接口（一种15针D型接口）；用户采用外部收发器与网络干线连接；用AUI电缆连接工作站和外部收发器。粗缆局域网中每段长度可达500米，采用4个中继器连接5个网段后最大可达2500米。用粗缆组建局域网虽然各项性能较高，具有较大的传输距离，但是网络安装、维护等方面比较困难，而且造价太高，同时细缆近年来的发展较快，所以计算机局域网中一般如无特殊要求都使用细缆组网。选则粗缆细缆的原则：为了降低系统的造价，在保证一条混合干线段所能达到的最大长度的情况下，应尽可能使用细缆。可以用公式计算在一条混合干线段中能够使用的细缆最大长度：t=(500*m-l)/3.28l为干线段长度，t为可使用的细缆最大长度(3)光纤（又名：光导纤维、光缆）a.结构：由内向外纤芯、包层、保护b.光纤通信原理c.根据光在光纤中传输方式的不同分为：单模光纤和多模光纤d.光纤通信的优点：轻便；低衰减；电磁隔离本章小结了解：计算机网络的产生、发展掌握：计算机网络定义、基本功能、计算机网络的组成、网络的常用分类；网络常见拓扑结构的特点；常用传输介质的特点与使用。思考题：1、什么是计算机网络，它主要涉及哪些方面？2、试述计算机网络的主要功能和应用3、计算机网络可从哪几个方面进行分类？4、什么是资源子网？什么是通信子网？5、常见的局域网拓扑结构有哪几种？简述它们的主要特点。6、计算机网络常用的传输介质有哪些？7、UTP是什么传输介质？STP是什么？8、同轴电缆分为几类？有什么特点？9、光缆分几类，各有何特点？10、在选择传输介质时需考虑的主要因素是什么？第二章数据通信基础本章主要内容2.1数据、信号、信息2.2模拟(数字)信道、模拟(数字)通信2.3数据编码技术2.4数据通信的主要技术指标2.5数据的通信方式2.6同步方式2.7多路复用技术2.8数据交换技术2.9OSI模型2.1数据、信号、信息1.数据：是信息的实体模拟数据：反映的是连续的值（如声音、视频、温度、压力等）数字数据：反映的是离散的值（如整数、ASCII文本等）2.信号：是数据的电磁编码模拟信号：连续变化的电信号数字信号：离散变化的电信号3.信息：是数据的具体含义2.2模拟(数字)信道、模拟(数字)通信1.模拟信道：传输模拟信号的信道；数字信道：传输数字信号的信道2.模拟通信：用模拟信号传输数据的通信数字通信：用数字信号传输数据的通信3.两种通信的四种情况：a.模拟数据的模拟通信b.模拟数据的数字通信c.数字数据的模拟通信d.数字信号的数字通信2.3数据编码技术1.数字数据的模拟传输(即数字数据的模拟信号编码)(1)调制：由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为“调制”(2)解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为“解调”(3)调制的方法：a.载波的表示：y=A(t)sin(wt+Ф)b.由上式可知调制方法：振幅、频率、相位三种调制方法1)振幅调制(ASK):a.调制原则：确定w,Ф,改变A表示数字信号的不同状态b.”0”：用幅度值为0的载波表示“1”：用具有一定幅度值的载波表示2)频率调制(FSK):a.调制原则：确定A,Ф,改变w表示数字信号的不同状态b.”0”：用频率为w的载波表示“1”：用频率为2w的载波表示3)相位调制(PSK):a.调制原则：确定A,w,改变Ф表示数字信号的不同状态b.”0”：用相位180°的载波表示“1”：用相位0°的载波表示2.数字数据的数字传输(即数字数据的数字信号编码)(1)不归零编码a.编码原则：用高电平表示“1”，用低电平表示“0”b.特点：编码简单，不含同步时钟，抗干扰能力弱(2)曼彻斯特编码编码原则：每比特的1/2周期处要发生跳变，由高电平跳到低电平表示“1”，由低电平跳到高电平表示“0”，(3)差分曼彻斯特编码a.编码原则：每比特的1/2周期处要发生跳变，在每比特的起始位置发生跳变表示“0”，不发生跳变表示“1”b.曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码的特点：编码复杂，内部自含同步时钟，抗干扰能力强3.模拟数据的数字传输(即模拟数据的数字信号编码)(1)方法：脉码调制(PCM)设备：编码解码器(CODEC)(2)