计算机网络技术--教案

武汉工程职业技术学院计算机网络技术教案任课教师：钟敏编写时间：2006年适用班级：计算机自动化总学时数：70使用教材：计算机网络技术施晓秋第一章计算机网络基本概念教学目标计算机网络的形成与发展计算机网络的定义与分类计算机网络的组成和逻辑划分计算机网络的拓朴结构重点和难点（专业词汇）计算机网络通信子网与资源子网LAN/WAN/MAN网络拓朴结构总线型环型星型树型网状型1.1计算机网络的定义定义：将地理上位置不同且功能独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。功能独立的计算机系统（软、硬件）通信线路（通信媒体、通信设备）网络操作系统（单机OS功能+网络通信协议+网络资源管理+网络服务）资源共享（硬件、软件，如程序、数据库、存储设备、打印机）1.2计算机网络的形成与发展一、计算机网络发展经历发四个阶段：1.初级阶段2.计算机网络阶段3.标准或开放的计算机网络4.高速、互连、智能化的计算机网络1.2.1初级阶段远程联机系统（20CEN，50-60年代）远程联机系统的发展典型：美国半自动地面防空系统SAGE1.2.1计算机网络阶段分布在不同地点的计算机通过通信线路互联成计算机-计算机的网络：ARPANET资源子网与通信子网结构ComputerTerminalTerminalTerminalComputerTTTPSTN1.2.2计算机网络通信将应用与通信功能从逻辑上分离，应产生了通信子网与资源子网的概念网络逻辑划分：资源子网与通信子网资源子网提供用户访问网络和处理数据的能力。通信子网资源子网Host包括加入网络的所有的计算机、终端外设及各种软件和数据资源通信子网提供网络的通信功能（数据的传输与转发）1、网络接口功能：实现资源子网和通信子网的接口功能2、存储/转发功能：对进入网络传输的数据信息提供转发功能3、网络控制功能：为数据提供路径选择、流量控制等功能包括通信处理机通信设备与通信线路1.2.3开放的计算机网络一、网络体系结构的标准化IBM的SNA（系统网络结构）-1974DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975ISO的OSIRM（开放系统互连参考模型）-1977/1983IEEE的IEEE802标准-1980年，二、网络的高速发展：ETHERNET（以太网）Internet三、发展方向高速：带宽的增加达到Gbps互连：IntranetExtranetInternet/InternetⅡ智能：服务（QoS）管理1.3计算机网络的分类一、计算机网络有多种分类标准，如按传输技术（广播、点对点）、通信介质（有线、无线）、按数据交换方式（报文、分组、虚拟分组）、通信速率（宽带、窄带）和使用范围（私有、公有）等。最普遍的是按地理范围划分：局域网（Localareanetworks，LANs)广域网（Wideareanetworks，WANs)城域网（Metropolitanareanetworks，MANs)1、典型的局域网技术举例:•Ethernet•Token-Ring•FDDI2、典型的广域网技术有：ModemsISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)DSL(DigitalSubscriberLoop)•FramerelayATM(AsynchronousTransferMode)T-CarrierSeries(T1,T3,etc.)SONET(SynchronousOpticalNetwork)1.4计算机网络的功能和应用一、计算机网络的功能1、资源共享：程序、打印机2、快速传输信息：E-MAIL3、数据信息的集中和综合处理：网络数据库应用系统4、资源的可用性与可靠性：平衡负载、后备5、任务的分布处理二、计算机网络的应用1、信息检索2、现代化的通信方式3、办公自动化4、管理信息系统5、电子商务6、远程教育与E-Learning7、远程医疗8、生活娱乐1.5计算机网络的组成与结构见前面重点反复强调1.6计算机网络拓朴结构一、数学中的图论二、网络的拓朴结构：将通信子网中的具体设备视为“点或线”采用拓朴学的方法抽象出的关于节点与链路的几何构型三、常见的网络拓朴结构•总线型•星型•树型•环型•网状型为什么要研究网络的拓朴结构网络拓朴结构是决定网络性能的主要因素。构造网络时，首先要选择采用何种网络拓朴结构来物理连接所有的节点与计算机。1、线性总线(Ethernet)所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外节点间不存在任何其他连接。每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信息优点：简单、易于实现缺点：可靠性和灵活性差、传输延时不确定2、环型结构(Token-Ring)节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。优点：简单、易于实现，传输延时确定。缺点：维护与管理复杂双环(FDDI)两个非相连的独立同心环主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用）优点：在单环之上增加了高度的可靠性。缺点：维护与管理复杂，投资大3、星型(Ethernet)网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接。节点之间的数据通信要通过中央节点优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。缺点：中心节点成为全网可靠性的关键4、扩展星型(campus-based)星型结构的重复(中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点).减少了链路与设备的投资优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量5、层次结构（LAN/WAN）又称树型结构数据流具有明显的层次性6、网状结构（广域网）又称无规则型。结点间的连接是任意的，不存在规律。是目前数据的传输有赖于所采用的网络设备优点：多条链路提供了冗余连接缺点：结构复杂7、完全网状结构每一个节点均与其他每一个节点直接相连。数据的传输有赖于所采用的网络设备优点：多条链路提供了冗余连接缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。Homework复习本章内容p171，2，3，4.3，4.4预习下一章（计算机网络的体系结构）为什么要分层？体系结构中的相关术语和概念OSI的各层及功能TCP/IP及其与OSI的比较第二章计算机网络体系结构教学目标计算机网络体系结构的概念ISO/OSIModelTCP/IPISO/OSIModel和TCP/IP的比较重点与难点计算机网络体系结构（层，服务，接口，协议）ISO/OSI模型（物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层）数据封装（APDU，PPDU，SPDU，分段，分组或包，帧，比特）2.1计算机网络体系结构概述一、网络通信的一般模型计算机网络所采用的一般模型为层次模型.二、为什么要分层?以文件传输为例说明网络传输的复杂性线路质量问题寻址问题选路问题传输中错误问题拥塞问题速度匹配问题文件系统不同问题多用户问题entityentityLayerN+1LayerN-1LayerNLayerNLayerN+1LayerN-1LayerNprotocolLayerN+1protocolLayerN-1protocol分层的目的是为了降低复杂性，提高灵活性----“分而治之，各个击破”以邮件传递为例说明分层的好处：三、分层的原则分层是根据功能的抽象分层每个层次所要实现的功能或服务均有明确的规定不同的系统分成相同的层次，对等层次具有相同功能。每层功能的选择应有利于标准化高层使用下层提供的服务时，下层服务的实现是不可见的层次的数目要适当（太少功能不明确，太多体系结构过于庞大）与层次模型相关的若干术语1、源和目标源：通信过程中，数据的发送方目标：通信过程中，数据的接收方2、实体与对等实体Entity(实体）：每一层上的活动元素，包括实现该层功能的所有硬件与软件Peer-peerentity(对等实体)：相互通信的两个不同机器上的同一层次4、服务与接口Service(服务）：每一层为上一层所提供的功能称为服务。N层使用N-1层所提供的服务，向N+1层提供更高的服务。Interface(接口)：定义下层向其相邻的上层提供的服务及原语操作，但服务的实现细节对上层是透明的（不可见的）。5、协议与协议数据单元协议（Protocols）和N层协议协议可以使通信更有效地进行。从源到目标还会出现数据传送的混乱YouWuhanAirportPostofficeAYourfriendPostofficeBBeijingAirportPostruleUserruleAirportrule定义:为网络通信所制定的一组规则、约定和标准。网络通信是一种层到层的对等通信，第N层上的通信规则或约定称为N层协议6、协议的三大要素语法：定义数据和控制信息的格式语义：规定协议语法成分的含义时序：协议语法成分的顺序和速度匹配关系关于协议要素的比喻例1：信封的格式由语法来定义，而格式的含义由语义来规定。例2：老师讲课：语法：中文语法规则语意：有意义的中文，含有一定的信息量，言之有物时序：老师先讲，同学提问7、数据单元（PDU）按每层协议所采用的数据格式，被对等实体用于执行其相同的协议网络中所传送的数据的逻辑组成单元从高层到下层，存在数据的封装过程从下层到高层，存在数据的拆封过程四、计算机网络的体系结构1、定义：网络功能分层结构与各层协议的统称。不同的网络体系结构中分层的数量、各层的名称、内容与功能会有所不同。网络体系结构的例子：IBM的SNA（系统网络结构）-1974DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-19752、网络体系结构的标准化Early1980’s---Mid1980’s计算机网络规模与数量的急剧增长许多不同规格与实现的网络产品之间难以进行互操作专用系统的严重阻碍了计算机网络的发展3、专用技术与开放技术的对比专用（Proprietary）：个别厂商开发、拥有并控制一个公司或一个公司集团掌握了整个技术开放(Open):技术的免费使用是对公众开放的，不同厂商的网络产品可以互相兼容，进行互操作.五、ISO的计算机网络体系结构模型1、通过对当时已有的计算机网络体系结构进行研究，借鉴其精华之处，于1984年公布了一个标准（文件ISO7048）。2、OSIRM（OpenSystemInterconnectingReferenceMode）l一个概念模型，并未确切描述用于各层的协议和服务，所以并不是严格意义上的体系结构目前在计算机网络通信中的主流模型3、OSI模型的意义Interoperable能共同操作的(0)能共同使用的Facilitate促进4、OSI中的数据传输数据流从源的上层逐层流向下层，在目的端则由下层逐层流向上层源–数据封装:APDU-PPDU-SPDU-Segments-Packet-Frame-Bits目的–数据的拆封:Bits-frame-Packet-Segment-SPDU-PPDU-APDU数据封装的例子ApplicationprotocolRepresentationprotocolSessionprotocolTransportprotocol通信子网APDUPPDUFrameBitsPacketSPDUSegment5、OSI模型各层的名称和功能Layer7:应用层Layer6:表示层Layer5:会话层Layer4:传输层Layer3:网络层Layer2:数据链路层Layer1:物理层1、物理层的功能负责实际或原始的数据“位（BIT）”传送，通过传输介质将比特流由一个节点传向另一个节点。节点通常分为DTE与DCE两大类。DTE为用户端接设备，DCE为数据控制设备。该层协议的功能是定义网络物理设备DTE/DCE的接口。物理层协议具有四个特性：机械特性：设备接插件的规格、尺寸、引脚数量和排列等电气特性：信号电平的高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等功能特性：物理接口上各信号线的功能规程特性：利用各信号线传输二进制位流的一组操作规程，即各信号线工作的