數據通信與計算機網絡教案

1、上課時間 上課節(jié)次3課型多媒體教學課題第一章計算機網絡基礎知識教學目的通過本章的學習，讓學生認識“計算機網絡的基本概念”，它能為我們提供什么樣的服務,讓學生明白學習計算機網絡的方向，增強學習計算機網絡的興趣，引導學生用正確的方法學習計算機網絡技術教學方法以課堂講授為主,對本章難點進行討論重點與難點本章重點有:1、計算機網絡的定義；2、計算機網絡的組成與功能；3、計算機網絡的分類本章難點有:1、計算機網絡的通信子網和資源子網的主要功能;2、計算機網絡的各種拓撲結構的應用與特點;3、網絡的各傳輸媒體該如何正確使用課外作業(yè)與要求思考題 : 1、什么是計算機網絡，它主要涉及哪些方面? 2、試

2、述計算機網絡的主要功能和應用 3、計算機網絡可從哪幾個方面進行分類? 4、什么是資源子網？什么是通信子網？ 5、常 見的局域網拓撲結構有哪幾種?簡述它們的主要特點. 6、計算機網絡的硬件組成包括哪幾部分？7、網絡協議的主要要素包括什么?8、簡述OSI參考模型中各層的主要功能。第1章計算機網絡概論本章學習目標理解計算機網絡的基本概念了解計算機網絡的基本功能理解LAN、MAN和WAN的組成和功能掌握常見的網絡拓樸結構及特點*理解OSI參考模型的基本結構理解TCP/IP模型的基本組成主要學習內容  ：1。1 計算機網絡的發(fā)展過程1.2 計算機網絡的組成1。3 計算機網絡的功能1.4 計算機

3、網絡的分類1。5 計算機網絡的拓樸結構1。6 計算機網絡的標準及相關標準化組織1。1 計算機網絡的發(fā)展過程計算機網絡是計算機技術和通信技術的產物。網絡的雛形：多終端的大型機。以共享資源為目的的計算機網絡：基于個人計算機的局域網：標準化網絡:基于OSI/RM七層參考模型的網絡Internet簡介因特網的演進：19691983 研究試驗階段 19831994 因特網在教育科研領域廣泛使用的實用階段1994-現在商業(yè)化發(fā)展階段重要歷史事件：計算機網絡定義：計算機網絡是自主計算機的互聯集合。互聯可以通過電纜(電話線、網線或光纖等)來實現，也可以采用無線連接，使用無線電信號、激光或紅外技術、或者衛(wèi)星傳輸

4、?？傊瑑膳_計算機如果能互相交換信息即稱為互聯.自主計算機其實就是指具有獨立功能的計算機。如果一臺計算機脫離了網絡或其它計算機就不能工作，則不是自主的。1。2 計算機網絡的組成計算機網絡的硬件組成：通信子網和資源子網：在整個計算機網絡中總會有一部分是用來對信息進行傳遞的，對于網絡中的這部分我們稱之為通信子網。網絡的另一個重要作用就是提供各種服務.在網絡中由資源子網來完成這些功能。1。3 計算機網絡的功能核心問題是資源共享.其目的是讓網絡上的用戶無論資源的物理位置在哪里，都能使用網絡中的程序、設備，尤其是數據.這樣可以使用戶解脫“地理位置的束縛”，同時帶來經濟上的好處。第二個功能是依靠可替代的資

5、源來提高可靠性.網絡的另一個目的是可擴充性,即當工作負荷加大時，只要增加更多的處理器，就能逐步改善系統的性能。建立網絡的另一個目的與技術沒有太大的關系。計算機網絡可以為分布在各地雇員提供強大的通信手段。1.4 計算機網絡的分類分類標準：LAN MAN WAN的距離標準：1。5 計算機網絡的拓撲結構計算機網絡的拓撲結構:是指計算機網絡的硬件系統的連接形式即網絡的硬件布局，通常用不同的拓撲來描述對物理設備進行布線的不同方案.最常用的網絡拓撲有：總線型、環(huán)型、星形、網狀、混合型。1.6 計算機網絡體系結構簡介1.6。1 協議和體系結構的概念協議原為外交辭令,據說是為了在國與國之間進行順利交流而規(guī)定的

6、約束事項（規(guī)則)。例：我們平時進行交流時都要遵循一定的規(guī)則：*在法庭,雙方必須按照一定的次序輪流發(fā)言；開車時，轉彎必須打出信號來通知周圍的車輛；*駕駛飛機時,飛行員遵照一種制定得非常詳細的標準來和其他飛機通信，以維護空中的交通；計算機網絡中,協議的定義是計算機網絡中實體之間有關通信規(guī)則約定的集合.協議有三個要素,即：（1)語法(Syntax)：數據與控制信息的格式、數據編碼等。（2）語義(Semantics)：控制信息的內容，需要做出的動作及響應。（3)時序(Timing）：事件先后順序和速度匹配。1。6。2 ISO/OSI參考模型分層的好處:使網絡變得更簡單將網絡部件標準化有利于模塊化設計保

7、證不同類型部件的互操作性加快了技術發(fā)展的速度簡化了教育和學習OSI參考模型：ISO/OSI參考模型分層的原則:網絡中各結點都具相同的層次；不同結點的相同層具有相同的功能；同一結點內各相鄰層之間通過接口通信；每一層可以使用下層提供的服務，并向其上層提供服務;不同結點的同等層通過協議來實現對等層之間的通信。PDU協議數據單元：1。6。3 TCP/IP參考模型TCP/IP與OSI/RM對照比較圖1.7 計算機網絡協議相關的標準化組織ISO（International Organization for Standard ）成立于1947年，是世界上最大的國際標準化專門機構，是聯合國甲級咨詢機構.它的成

8、員是89個成員國的國家標準化組織。美國在ISO中的代表是ANSI,大家所熟悉的ASCII和C語言的工業(yè)界標準，就是由ANSI所制定的。ISO在網絡領域的最突出貢獻就是提出OSI參考模型，該模型是網絡發(fā)展史上的一個重要里程碑。IETF（Internet Engineering Task Force）是一個國際性團體。它主要的工作是制定關于因特網的各種標準。其成員包括網絡設計者、制造商、研究人員以及所有對因特網的正常運轉和持續(xù)發(fā)展感興趣的個人或組織。因為因特網覆蓋范圍大，連接的成員很多，所以很多組織都希望通過加入IETF使技術向有利于自己的方向發(fā)展。IEEE（Institute of Electr

9、ical and Electronic Engineers）電氣和電子工程師協會IEEE是世界上最大的專業(yè)技術團體，由計算機和工程學專業(yè)人士組成。它創(chuàng)辦了許多刊物,定期舉行研討會，還有一個專門負責制定標準的下屬機構。IEEE在計算機網絡界的最大貢獻就是制定了802標準系列，802標準將局域網的各種技術進行了標準化。本章小結：在這一章主要講解了以下主要內容:計算機網絡的產生、發(fā)展;計算機網絡定義、基本功能;計算機網絡的組成、網絡的常用分類； 網絡常見拓撲結構的特點; 常用傳輸介質的特點與使用.作業(yè)思考題: 1、什么是計算機網絡，它主要涉及哪些方面？ 2、試述計算機網絡的主要功能和應用 3、計算機

10、網絡可從哪幾個方面進行分類？ 4、什么是資源子網？什么是通信子網? 5、常 見的局域網拓撲結構有哪幾種?簡述它們的主要特點。 6、計算機網絡的硬件組成包括哪幾部分？7、網絡協議的主要要素包括什么？8、簡述OSI參考模型中各層的主要功能。上課時間 上課節(jié)次4課型多媒體教學課題第二章 數據通信基礎教學目的  通過本章的學習,讓學生了解計算機網絡中數據通信原理，明白計算機網絡分層的思想，理解OSI模型各層在數據通信過程中所起的作用。從而為后面學習計算機網絡實用技能打下良好的理論基礎。教學方法以課堂講授為主，對本章難點進行討論重點與難點本章重點有:1、數據的編碼技術；2、數據通信的

11、同步技術3、多路復用技術；4、數據交換技術;5、OSI模型本章難點有:1、各種數據編碼原則;2、多路復用技術的應用；3、各種數據交換技術的特點與應用4、OSI模型中各層主要功能課外作業(yè)與要求思考題 : 1。解釋消息、數據、信號三者之間的區(qū)別。數據類型分為幾種？信號類型有幾種？2.什么是模擬數據？什么是數字數據？它們之間的區(qū)別3.何為頻帶傳輸？數字信號采用頻帶傳輸，有哪幾種傳輸方式？4.數據通信同步方式有幾種?各自的優(yōu)缺點是什么？5.OSI/RM模型分為幾層？各有什么作用？6。調制的方法有幾種？有什么區(qū)別？7。數字數據的數字信號編碼有幾種方式？具體如何實現?8。什么是單工、半雙工、全雙工?9.多

12、路復用有幾種方式?10。什么是數據交換？有幾種交換方法?第2章數據通信基礎本章學習目標掌握信息、數據和信號的概念掌握模擬和數字的概念*掌握數據傳輸的幾種形式了解數據通信系統的構成及其各部件的作用掌握傳輸信號的幾種編碼形式及特點*掌握多路復用技術的分類及各自的特點和用途理解檢測傳輸位出錯的幾種差錯控制碼主要學習內容：2。1 數據通信系統組成2。2 數據通信的基本概念2。3 數據編碼技術2.4 數據通信的基本方式2.5 多路復用技術2。6 數據交換方式2。7 差錯檢驗和控制2.1 數據通信系統組成2。1。1 數據與信息信息:是人對現實世界事物存在方式或運動狀態(tài)的某種認識.數據：是把事件的某些屬性規(guī)

13、范化后的表現形式.信號：是數據的具體的物理表現.例子：信息：人對雪花和馬的認識數據：文字,二進制數，十進制數信號：電壓，光，磁場強度2。1.2 信號與信號傳輸兩種不同類型的量:A。時間、溫度、電波、聲音信號中沒有斷開或不連續(xù)的的地方；B.字符，二進制數，電脈沖信號僅取一些有限數目的值；模擬與數字的特點模擬：波動性;持續(xù)變化；反映事物的本質;在電信業(yè)已經被廣泛；使用超過100年；數字：離散性；躍變性；設備性能先進；較為便宜；（a）模擬信號（b)數字信號數據傳輸:2.1。3 基本概念和術語數據傳輸速率: bps （bit per second），用C表示信號傳輸速率:波特(Baud)，用B表示兩者

14、關系:C=B×log2n n是調制電平數帶寬（Bandwidth ）(HZ）數據速率奈奎斯特公式：最大數據傳輸速率 C=2Hlog2L（bps) 香農公式:最大數據傳輸速率 C=Hlog2(1S/N）（bps）2。2 數據通信系統的構成數據通信系統模型2。3 數據編碼技術2。3。1 數字數據用數字信號表示不歸零編碼NRZ （NonReturn-Zero) 曼徹斯特編碼（Manchester Encoding) 差（微）分曼徹斯特編碼(Differential Manchester Encoding)2。3。2 數字數據用模擬信號表示載波信號：Asin(2nft+)AM：幅移鍵控（Am

15、plitude Shift KeyingASK)FM：頻移鍵控(Frequency Shift KeyingFSK）PM：相移鍵控(Phase Shift Keying-PSK）2。3。3 模擬數據用數字信號表示1、脈沖編碼調制（PCM）2、增量調制（DM）2。4 數據通信的基本方式2。4.1 數據通信的操作方式2。4。2 同步和異步傳輸同步通信格式:異步通信格式：2。5 多路復用技術：用一條高速線路傳送多條低速線路的數據。分類：頻分多路復用(FDM-Frequency Division Multiplexing）時分多路復用（TDMTime Division Multiplexing）波分多

16、路復用（WDMWavelength Division Multiplexing)頻分多路復用(FDMFrequency Division Multiplexing)特點：信號被劃分成若干通道（頻道,波段),每個通道獨立進行數據傳遞應用：無線電廣播,電視時分多路復用TDMTime Division Multiplexing)特點：多條低速線路輪流使用同一條高速線路進行數據傳遞.應用:電話主干線路。波分多路復用(WDMWavelength Division Multiplexing)應用:光纜線路.2。6 數據交換方式2.6。1 電路交換特點：1.有通話的建立過程；2.通話建立以后源與目的間有一條

17、專用的通路存在.2。6.2 報文交換特點：1。無呼叫建立和專用通路；2。存儲轉發(fā)式的發(fā)送技術.2.6。3 分組交換特點:1.無呼叫建立和專用通路2.存儲轉發(fā)式的發(fā)送技術3.將數據分成有大小限制的分組后發(fā)送三種交換技術對比:從線路利用率A存在呼叫建立，專有線路上不傳送數據時浪費資源B沒有呼叫建立，只有發(fā)送數據時才占用線路C除了B的特點外,在接收分組時可以發(fā)送下一個分組從傳輸速率A固定的傳輸速率、會有呼叫阻塞B，C能進行速率轉換、雖會降速但不會阻塞可以使用優(yōu)先級從傳輸延時性A實時性強B,C存在時延和額外開銷2。7 差錯檢驗和控制2。7。1 差錯類型隨機差錯突發(fā)差錯2。7.2 差錯檢測碼奇偶校驗碼循

18、環(huán)冗余校驗碼水平奇偶校驗例子：循環(huán)冗余碼(CRC)前提：發(fā)送方和接受方必須事先商定一個二進制數G(x) (生成多項式）。發(fā)送端：計算校驗和，將校驗和加在數據末尾，使這個帶校驗和的數據能被G（x）除盡.接收端：收到帶校驗和的數據后，用G（x）去除它,如果有余數，則傳輸出錯。實現:用簡單的硬件（移位寄存器電路)即可。循環(huán)冗余碼(CRC)例子：數據=1101011011 G（X)（生成多項式）=10011傳輸碼元=數據(移位后） +余數11010110111110本章小結：在這一章主要講解了以下主要內容：信息、數據和信號的概念；模擬和數字的概念;數據傳輸的幾種形式；數據通信系統的構成及其各部件的作用

19、；傳輸信號的幾種編碼形式及特點；多路復用技術的分類及各自的特點和用途；解檢測傳輸位出錯的幾種差錯控制碼.作業(yè)思考題 ： 1。解釋消息、數據、信號三者之間的區(qū)別.數據類型分為幾種？信號類型有幾種?2.什么是模擬數據？什么是數字數據？它們之間的區(qū)別3.何為頻帶傳輸?數字信號采用頻帶傳輸，有哪幾種傳輸方式？4.數據通信同步方式有幾種?各自的優(yōu)缺點是什么？5.OSI/RM模型分為幾層？各有什么作用?6。調制的方法有幾種？有什么區(qū)別？7。數字數據的數字信號編碼有幾種方式?具體如何實現？8。什么是單工、半雙工、全雙工？9。多路復用有幾種方式?10。什么是數據交換？有幾種交換方法？上課時間 上課節(jié)

20、次4課型多媒體教學課題第三章 物理層教學目的 通過本章學習,讓學生掌握物理層的概念以及物理層的主要功能和各種接口規(guī)范。教學方法以課堂講授為主，對本章難點進行討論重點與難點本章重點有：1、物理層的功能；2、常用的傳輸介質3、無線傳輸4、ISDN及ATM簡介。本章難點有:1、常用的傳輸介質2、無線傳輸課外作業(yè)與要求思考題 : 1、物理層的功能是什么?2、物理層接口有什么特性？3、為什么雙絞線是目前應用最廣泛的傳輸媒體？4、什么是ISDN？5、什么是ATM？6、計算機網絡常用的傳輸介質有哪些? 7、UTP 是什么傳輸介質? STP 是什么? 8、同軸電纜分為幾類？有什么特點？ 9、光纜分幾

21、類,各有何特點？ 10、在選擇傳輸介質時需考慮的主要因素是什么?第3章物理層本章學習目標*掌握物理層的基本概念及四個特征*熟練掌握各種傳輸媒體的特性與應用技術理解無線網絡的工作原理及特點了解ISDN與ATM傳輸基本技術與特點掌握物理層標準的意義與功能主要學習內容:3.1 物理層基本功能3.2 常用的傳輸介質3。3 無線傳輸3.4 ISDN及ATM簡介3。5 物理層協議舉例3。1 物理層基本概念機械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數目和排列方式，定義接插及鎖緊方式等.電氣特性指明在接口電纜的線路上出現的電壓、電流等范圍.功能特性指明某條線上出現的某一電平的電壓信號表示何種意義，通信過程中

22、完成何種功能。規(guī)程特性指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。是功能事件時序的描述。3。2 物理層中的傳輸媒體3.2.1 分類有線：同軸電纜、雙絞線、光纖.無線：衛(wèi)星、無線、紅外通信、激光通信、微波.雙絞線同軸電纜光纜3。3 無線網絡電磁波譜無線局域網 PCPC無線局域網 PCLAN微波通信衛(wèi)星通信低軌道衛(wèi)星通信 3。4 ISDN與ATM ISDN-綜合業(yè)務數字網（Integrated Services Digital Network)ISDN的特性：1、數字連接2、綜合業(yè)務3、標準入網接口ATM-異步傳輸模式(Asynchronous Transfer Mode）主要特點：固定信元、簡化數

23、據鏈路層功能、高效靈活的復用技術、能支持不同速率的各種業(yè)務、面向連接。3.5 物理層協議舉例RS-232接口RS232接口-機械特性RS232接口-功能特性RS-232接口信號功能與連接圖本章小結:在這一章主要講解了以下主要內容:物理層的基本概念及四個特征;各種傳輸媒體的特性與應用技術；無線網絡的工作原理及特點；ISDN與ATM傳輸基本技術與特點；物理層標準的意義與功能.作業(yè)思考題1、物理層的功能是什么？2、物理層接口有什么特性？3、為什么雙絞線是目前應用最廣泛的傳輸媒體？4、什么是ISDN？5、什么是ATM？6、計算機網絡常用的傳輸介質有哪些？ 7、UTP 是什么傳輸介質？ STP 是什么？

24、 8、同軸電纜分為幾類？有什么特點？ 9、光纜分幾類，各有何特點？ 10、在選擇傳輸介質時需考慮的主要因素是什么？上課時間 上課節(jié)次4課型多媒體教學課題第四章 數據鏈路層教學目的 通過本章的學習，讓學生掌握數據鏈路層的各種協議,包括滑動窗口協議等,掌握面向比特的鏈路控制規(guī)程，掌握點對點協議。教學方法以課堂講授為主，對本章難點進行討論重點與難點本章重點有：1. 鏈路、數據鏈路的概念,數據鏈路層的功能2. 停止等待協議的工作原理與過程3. 數據鏈路層是如何進行差錯控制的4. 數據鏈路層流量控制的意義與方法5. 面向比特數據鏈路層協議HDLC的幀結構與幀分類6. PPP鏈路協議的

25、工作過程本章難點有:1. 停止等待協議的工作原理與過程2. 數據鏈路層是如何進行差錯控制的3. 數據鏈路層流量控制的意義與方法4. 面向比特數據鏈路層協議HDLC的幀結構與幀分類課外作業(yè)與要求思考題 ： 1、數據鏈路層的主要功能是什么？2、建樹滑動窗口協議的工作原理3、建樹HDLC幀各字段的意義以及如何實現透明傳輸?4、PPP協議是如何工作的?5、簡述HDLC幀各字段的意義以及如何實現透明傳輸？6、HDLC幀分為哪幾類？各有什么作用？7、簡述HDLC幀發(fā)送序號和接收序號的作用。第4章數據鏈路層本章學習目標鏈路、數據鏈路的概念,數據鏈路層的功能停止等待協議的工作原理與過程數據鏈路層是如何進行差錯

26、控制的*數據鏈路層流量控制的意義與方法面向比特數據鏈路層協議HDLC的幀結構與幀分類PPP鏈路協議的工作過程主要學習內容4.1 數據鏈路層功能4。2 停止等待協議4.3 連續(xù)ARQ協議4.4 流量控制4。5 面向比特的鏈路控制規(guī)程HDLC4。6 Internet的鏈路層協議4。1 數據鏈路層功能1、鏈路管理：當網絡中的兩個結點進行通信時，發(fā)送方必須確知接收方是否已處在準備接收狀態(tài)。2、幀同步：數據鏈路層,數據傳送的單位是幀.3、流量控制：協調發(fā)送方與接收方的工作。4、差錯控制:接收方可通過校驗幀的差錯編碼,判斷接收到的幀是否有差錯。5、透明傳輸:所謂透明傳輸就是不管所傳數據是什么樣的比特組合，

27、都應能夠在鏈路上傳送。6、尋址:在多點連接的情況下，保證每一幀都能送到正確的目的站。4。2 停止等待協議兩個結點數據鏈路層間的通信模型：理想鏈路的通信。實際鏈路的通信:采用停止等待協議保證數據通信雙方的協調工作。停止等待協議的工作原理:4。3 連續(xù)ARQ協議工作原理：連續(xù)ARQ協議，即采用連續(xù)自動請求重傳方案。發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送一系列信息幀，即不用等待前一幀被確認便可發(fā)送下一幀.這就需要在發(fā)送方設置一個較大的緩沖存儲空間，用以存放若干待確認的信息幀。當發(fā)送方收到對某信息幀的確認幀后便可從幀緩存中將該信息幀刪除，并繼續(xù)發(fā)送數據幀。所以，連續(xù)ARQ協議使得信道利用率大大提高。4。4 流量控制4.4

28、。1 XON/XOFF方案XON/XOFF主要應用于面向字符通信中，使用一對控制字符來實現流量控制。其中XON采用ASCII字符集中的控制字符DC1,XOFF采用ASCII字符集中的控制字符DC3.在一次數據傳輸過程中，XOFF、XON的周期可重復多次.但這些操作對用戶來說是透明的.許多異步數據通信軟件包均支持XON/XOFF協議。4.4。2 窗口機制連續(xù)ARQ協議發(fā)送方是不能無限制地發(fā)送數據幀的,主要因為：（1）由于發(fā)送的數據幀都未被確認，需要在發(fā)送方緩存中保留副本，以備重傳。計算機的硬件資源是有限的,緩存容量不能無限制增加。（2）發(fā)送數據幀過多,一旦有一幀出現錯誤，可能有很多幀需要重傳，造

29、成很大的浪費，增加了很多不必要的開銷。（3）為了對連續(xù)發(fā)送的大量數據幀進行編號，每幀的發(fā)送序號也要占用較多的比特,又增加了一定的開銷。因此需要對此協議中連續(xù)發(fā)送的未被確認的幀數做一定的限制，這就是滑動窗口協議。4.5 面向比特的鏈路控制規(guī)程HDLC 4.5。1 HDLC概述數據鏈路層協議標準，可分為兩類，面向字符的與面向比特的鏈路控制協議。典型的面向字符的鏈路控制協議為IBM公司的BSC規(guī)程;面向比特的鏈路控制協議為HDLC協議.HDLC可適用于鏈路的兩種基本配置，即非平衡配置與平衡配置。非平衡配置有兩種數據傳送方式：正常響應方式NRM和異步響應方式ARM。平衡配置則只有異步平衡方式ABM。4

30、。5。2 HDLC的幀結構HDLC定義了三種類型的幀，即信息幀、監(jiān)控幀與無編號幀.4.6 Internet的鏈路層協議用戶接入Internet的一般方法有兩種。一種是用戶通過電話線,撥號接入Internet,另一種是使用專線接入。不管使用哪一種方法，在傳送數據時都需要有數據鏈路層協議.全世界范圍內使用最多的協議為：點對點協議PPP（Point-to-Point Protocol)而早期Internet使用的是非常簡單的面向字符的協議SLIP(Serial Line Internet Protocol),但SLIP缺點很多.PPP的幀格式與HDLC幀格式很相似:其中：標志字段為7E（011111

31、10），地址字段為FF（11111111),控制字段為03（00000110）.這三各字段是固定不變的，所有PPP幀都應以07EFF03開始。協議字段占兩個字節(jié)，當協議字段為0021時,PPP幀的信息就是IP數據報。若為C021,則信息字段是PPP鏈路控制數據。而8021表示這是網絡控制數據。幀校驗序列FCS與HDLC的相同。由于PPP不是面向比特的，因此幀的長度應為整數個字節(jié).PPP的工作過程：PPP的工作過程狀態(tài)圖本章小結:在這一章主要講解了以下主要內容:鏈路、數據鏈路的概念，數據鏈路層的功能；停止等待協議的工作原理與過程;數據鏈路層是如何進行差錯控制的;數據鏈路層流量控制的意義與方法；面

32、向比特數據鏈路層協議HDLC的幀結構與幀分類;PPP鏈路協議的工作過程.作業(yè)思考題 : 1、數據鏈路層的主要功能是什么？2、建樹滑動窗口協議的工作原理3、建樹HDLC幀各字段的意義以及如何實現透明傳輸？4、PPP協議是如何工作的？5、簡述HDLC幀各字段的意義以及如何實現透明傳輸?6、HDLC幀分為哪幾類?各有什么作用？7、簡述HDLC幀發(fā)送序號和接收序號的作用。上課時間 上課節(jié)次5課型多媒體教學課題第五章 網絡層教學目的通過本章學習，讓學生掌握一門實用網絡通信協議-TCP/IP協議知識：包括TCP/IP協議集中各層主要子協議的作用；讓學生能夠熟練的對網絡主機IP地址的分配和子網劃分

33、；以及學會使用TCP/IP常用網絡工具來管理和維護網絡。教學方法以課堂講授為主，對本章難點進行討論重點與難點本章重點有：1、TCP/IP各層之間關系;2、IP協議的功能;3、ARP、RARP、TCP、UDP功能；4、應用層各子協議功能.本章難點有：1、IP地址及子網劃分的相關知識;2、常用TCP/IP網絡工具的使用。課外作業(yè)與要求思考題 ： 1。網絡協議的三個要素是什么？2。什么是TCP/IP？TCP/IP的作用是什么？3。TCP/IP分為幾層？各層的作用是什么？4。簡述IP地址的分類.5。什么是子網掩碼?子網掩碼的作用是什么?6。概述UDP協議的特點.7. TELNET協議的工作原理是什么？

34、8。說明POP、SMTP協議的區(qū)別。9.Ping 的作用什么？10.概述Traceroute、Netstat、ipconfig命令作用。第5章網絡層本章學習目標 了解廣域網提供的兩種類型的服務 了解路由選擇機制，路由選擇算法及擁塞控制原理 掌握IP地址的分類,IP地址與MAC地址的轉換與ARP協議 掌握IP地址的申請、分配管理與子網劃分,子網掩碼的運用 了解IP數據報的格式與工作原理、ICMP的作用 了解IPv6的機理和工作模式主要學習內容5.1 網絡層所涉及的有關問題5.2 路由選擇機制5.3 擁塞控制5.4 INTERNET 網際協議IP5。5 下一代網際協議IPv65.1 網絡層所涉及的

35、有關問題5.1。1 廣域網的概念網絡層是廣域網涉及的概念.一般來說,物理層、數據鏈路層與網絡層大部分可以由硬件來實現，而高層基本上是通過軟件來實現的。假設應用進程A要與應用進程B交換數據。進程A與進程B分別處于計算機A與計算機B的本地系統環(huán)境中，即處于OSI環(huán)境之外。它們進行通信的過程如下圖所示：OSI模型的七層結構5。1。2網絡層提供的服務網絡層向上所提供的服務可以有兩大類：（1)無連接的網絡服務¡ª數據報服務；（2)面向連接的網絡服務¡ª虛電路服務.數據報服務（Datagram)：特點是:主機只要想發(fā)送數據就隨時可發(fā)送，每個分組獨立地選擇路由.虛電路

36、服務（Virtual circuit)：通信前主機要先發(fā)起一個虛呼叫（Virtual Call）,即發(fā)送一個特定格式的呼叫分組到目的主機，要求進行通信，同時尋找一條合適的路由。數據報和虛電路比較5。2 路由選擇機制5。2。1 結點交換機中的路由表廣域網在給接入到網絡的每一臺計算機進行編址時，采用¡°層次結構的編址方案¡±。最簡單的層次編址方案就是把一個地址分成前后兩部分。前一部分表示分組交換機，后一部分表示連接在分組交換機上的計算機。結點交換機的一個重要作用就是提供一個路由表，供轉發(fā)分組時使用。路由表中沒有源站地址。在專門研究廣域網的路由問題時，可用圖論

37、中的¡°圖¡±來表示整個廣域網.用結點表示廣域網上的結點交換機，用結點之間的連線表示廣域網中的鏈路.在路由表中默認路由的目的站記為符號¡°¡±.5.2。2 路由選擇的一般原理1、理想的路由算法:理想的路由算法應具備的條件:算法必須是正確的和完整的。算法在計算上應簡單.算法應能適應通信量和網絡拓撲的變化.算法應具有穩(wěn)定性.算法應是公平的。算法應是最佳的。2、路由算法的分類根據路由算法能否隨網絡的通信量或拓撲自適應的進行調整變化來劃分,分為：*非自適應路由選擇策略自適應路由選擇策略（1）非自適應路由選擇固定路由算法分散

38、通信量法洪泛法隨機走動法（2）自適應路由選擇分布式路由選擇策略集中式路由選擇策略混合式路由選擇策略5.3 擁塞控制5.3。1 擁塞控制的概念當（一部分)通信子網中有太多的分組時，其性能降低。這種情況叫做擁塞。造成擁塞有若干因素。如果突然之間，分組流同時從3個或4個輸入線到達,并且要求輸出到同一線路,就將建立起隊列.如果沒有足夠的空間來保存這些分組,有些分組就會丟失。處理器速度慢也能導致擁塞。擁塞會導致惡性循環(huán)。如果路由器沒有空余緩沖區(qū),它必須丟掉新到來的分組。擁塞控制和流量控制既有聯系又有差異。5.3。2 擁塞控制的基本原理解決方案被分為兩類:一類是開環(huán),一類是閉環(huán)。開環(huán)控制工具的功能包括決定

39、何時接受新的通信，何時丟棄分組,以及丟棄哪些分組,還包括在網絡的不同點作計劃表.所有這些的共同之處在于,它們在做出決定時并不考慮當前網絡的狀況。閉環(huán)的解決方案是建立在反饋環(huán)路的概念之上的。當用于擁塞控制時，這種方法有3個部分：*監(jiān)視系統，檢測何時何地發(fā)生了擁塞；將此信息傳送到可能采取行動的地方;調整系統操作以更正問題。5。3。3 擁塞預防策略5.4 INTERNET 網際協議IP5。4.1 TCP/IP模型及協議棧TCP/IP體系結構與協議棧之間的關系： 5。4。2 IP地址及其轉換1、IP地址及其表示方法： IP地址是一個32bit的二進制數,采用點分十進制記法,例如:130。9.44。19

40、2。IP地址的結構可以兩部分：網絡號（netid）和主機號（host-id)。對于常用的有A、B、C三類地址。網絡號字段:A類、B類和C類地址的網絡號字段分別為1，2和3字節(jié)長。主機號字段:A類、B類和C類地址的主機號字段分別為3,2和1字節(jié)長。2、IP地址的轉換在網絡層使用IP地址，但真正標志主機地址的是機器的物理地址,又稱為MAC地址。MAC地址是集成在網卡上的，所以又叫做硬件地址.MAC地址是一個6字節(jié)（48bit）二進制數，采用16進制表示法。例如：09 E0 AC 00 9B 0D。從IP地址到物理地址的轉換是由地址解析協議ARP來完成。例:新加入網絡的主機A,如何完成IP地址到MA

41、C地址的映射查找。主機A新入網時,它的緩存是空的，此時主機A就自動運行ARP,按以下步驟找出主機B的物理地址。（1）ARP進程在本局域網上廣播發(fā)送一個ARP請求分組,上面有主機B的IP地址;（2)在本局域網上的所有主機上運行的ARP進程都收到此ARP請求分組；(3）主機B在ARP請求分組中見到自己的IP地址,就向主機A發(fā)送一個ARP響應分組,寫入自已的物理地址；(4）主機A收到主機B的ARP響應分組后，就在其ARP高速緩存中寫人主機B的IP地址到物理地址的映射.RARP的工作過程：為了使RARP能工作,在局域網上至少有一個主機要充當RARP服務器，無盤工作站先向局域網發(fā)出RARP請求分組（在格

42、式上與ARP請求分組相似）,并在此分組中給出自己的物理地址。RARP服務器有一個事先做好的從無盤工作站的物理地址到IP地址的映射表，當收到RARP請求分組后。RARP服務器就從這映射表查出該無盤工作站的IP地址。然后寫入RARP響應分組，發(fā)回給無盤工作站。無盤工作站用此方法獲得自己的IP地址。5。4.3 IP地址的分配與管理1、IP地址的申請與管理 IP地址由Internet網絡信息中心NIC(Network Information Center）來管理，NIC管理的是IP地址中的netid字段，而hostid部分則由獲得了地址的機構來管理。2、子網劃分子網的劃分純屬本單位內部的事，在本單位以

43、外是看不見這樣劃分的。子網劃分是靠子網掩碼（subnet mask）來實現的.例如：IP地址：130。10.4。1子網掩碼：255。255.252.0 3. 動態(tài)IP地址在IP地址資源較少，網絡中的設備較多的情況下，無法給每一個設備分配一個固定的IP地址。此時可采用動態(tài)IP地址技術。動態(tài)IP地址技術是指：在網絡上設置有動態(tài)IP地址分配服務器，將若干IP地址配置在服務器上。當某臺主機登錄到網絡上的時候,動態(tài)IP地址分配服務器查看當前是否有剩余的IP地址，如果有便分配給該主機,此時該主機便將所獲得的IP地址作為自己的IP地址去構成數據報進行通信。當該主機退出網絡時，便釋放掉此IP地址,動態(tài)IP地址

44、分配服務器將其收回，以便分配給其他登錄到網絡上的設備。5。4.4 IP數據報的格式與工作原理本章小結:在這一章主要講解了以下主要內容：廣域網提供的兩種類型的服務；路由選擇機制,路由選擇算法及擁塞控制原理;IP地址的分類，IP地址與MAC地址的轉換與ARP協議；IP地址的申請、分配管理與子網劃分，子網掩碼的運用；IP數據報的格式與工作原理、ICMP的作用；IPv6的機理和工作模式.作業(yè)思考題 ： 1.網絡協議的三個要素是什么？2。什么是TCP/IP?TCP/IP的作用是什么？3。TCP/IP分為幾層？各層的作用是什么？4。簡述IP地址的分類。5。什么是子網掩碼？子網掩碼的作用是什么？6.概述UD

45、P協議的特點。7。 TELNET協議的工作原理是什么？8.說明POP、SMTP協議的區(qū)別。9.Ping 的作用什么?10。概述Traceroute、Netstat、ipconfig命令作用。上課時間 上課節(jié)次4課型多媒體教學課題第六章傳輸層教學目的  通過本章學習,掌握有關傳輸層的一些概念和基礎知識，傳輸協議（transport protocol）是整個網絡體系結構中的關鍵之一。位于網絡層與應用層之間,主要功能是負責應用程序之間的通信,主要有連接端口管理、流量控制、錯誤處理、數據重發(fā)等工作。教學方法以課堂講授為主,對本章難點進行討論重點與難點本章重點有:1、掌握有

46、關端口和插口的概念,作用和使用方法2、掌握關于TCP協議的基礎知識3、了解UDP協議的基礎知識 本章難點有：1、端口的概念和原理2、TCP協議和報文段的內容課外作業(yè)與要求思考題 ： 1、請簡單說明連接端口的功能?2、傳輸層的作用是什么？3、簡述三次握手的過程。4、簡述UDP協議的特點。5、簡述TCP協議的特點。第6章傳輸層本章學習目標有關傳輸層的一些概念和基礎知識,了解傳輸協議（transport protocol)是整個網絡體系結構中的關鍵之一。位于網絡層與應用層之間,主要功能是負責應用程序之間的通信，主要有連接端口管理、流量控制、錯誤處理、數據重發(fā)等工作。在本章的學習中要求重點掌握和理解以

47、下內容：*掌握有關端口和插口的概念,作用和使用方法掌握關于TCP協議的基礎知識了解UDP協議的基礎知識主要學習內容6。1 傳輸層提供的服務6.2 傳輸控制協議TCP6.3 用戶數據協議UDP 6。1 傳輸層提供的服務 6。1。1 傳輸層概述傳輸層位于網絡體系結構的第四層，如果將其上的各層均作為應用層,則傳輸層直接與上層應用層進行數據通信，是整個網絡體系結構的核心部分.需要注意的是在通信子網中沒有傳輸層，它只存在于通信子網以外的各主機中,如果將整個網絡體系結構從網絡功能和用戶功能角度來劃分，傳輸層不包括在網絡功能部分，而是屬于用戶功能層的最低層.傳輸層的位置如下圖所示。傳輸層位置圖6。1.2 提

48、供給高層的服務傳輸層的最終目標是利用網絡層提供的服務向其用戶(一般是應用層的進程)，提供有效、可靠且價格合理的服務。其主要任務是:在優(yōu)化網絡服務的基礎上，從源端機到目的端機提供可靠的、價格合理的數據傳輸，使高層服務用戶在相互通信時不必關心通信子網實現的細節(jié)，即與所使用的網絡無關.所以在通信子網內的各個交換節(jié)點以及連接各通信子網的路由器中，都沒有傳輸層.例：設兩臺計算機主機A和主機B要進行數據通信，如圖62所示，在計算機A和計算機B上同時有兩個應用程序在運行，每對應用程序需要通過兩個互連的網絡才能進行數據通信,如主機A上的應用程序AP1要和主機B上的應用程序AP3進行通信,數據傳輸的過程如圖63

49、所示:圖62 多進程通信情況圖63 應用程序進行數據通信的過程兩臺主機間傳送數據的過程：在物理層上可以透明地傳輸數據的比特流；在數據鏈路層上使得各條鏈路能傳送無差錯的數據幀（數據幀按順序、無丟失、不重復）；在網絡層上提供了路由選擇和網絡互連的功能，使得主機A發(fā)送的數據段能夠按照合理的路由到達主機B。但是在這一過程中，到達主機B的數據并不一定是最可靠的，為了提高網絡服務的質量，在傳輸層需要再次優(yōu)化網絡服務，并向高層用戶屏蔽通信子網的細節(jié)，使高層用戶看見的就好像在兩個傳輸層實體之間有一條端到端的、可靠的、全雙工的通信通路一樣.在整個通信的過程中,數據在傳輸層上,才是第一次實現真正意義的端到端的數據

50、通信。要想實現傳輸層的功能,必須在主機中裝有傳輸層協議，此協議一般都可支持多個進程的連接.如上述例子中,它同時支持了兩對應用進程進行通信。在傳輸層中完成傳輸功能的硬件和軟件被稱為傳輸實體TSAP(Transport Service Access Point），通過傳輸實體,傳輸層可以向應用層提供傳輸服務,具體的過程如圖64所示：圖64 傳輸層與其上下層之間的關系6。1.3 TCP/IP協議中的傳輸層在TCP/IP協議中有兩個并列的協議：UDP和TCP。 UDP(User Datagram Protocol)，用戶數據報協議，是面向無連接的，即在進行數據傳輸之前不需要建立連接，而目的主機收到數據

51、報后也不需要發(fā)回確認。這種協議提供了一種高效的傳輸服務.TCP(Transmission Control Protocol)，傳輸控制協議,是面向連接的,即在進行數據傳輸之前需要先建立連接，而且目的主機收到數據報后要發(fā)回確認信息.這種協議提供了一種可靠的傳輸服務。與UDP相比提供了較多的功能，但是相對的報文格式和運行機制也較為復雜。6.1。4 端口TCP/IP傳輸層可以通過協議端口（protocol port，簡稱端口)來標識通信的應用進程.傳輸層就是通過端口與應用層的應用程序進行信息交互的，應用層各種用戶進程通過相應的端口與傳輸層實體進行信息交互。端口實際上是一個16Bit長的地址,范圍可以

52、從0至65535。將0至1023端口號稱為熟知端口（Well-Known Port），其余1024至65535端口號稱為一般端口或(動態(tài)）連接端口(Registered/Dynamic）,在數據傳輸過程中，應用層中的各種不同的服務器進程不斷地檢測分配給它們的端口，以便發(fā)現是否有某個應用進程要與它通信.各端口的意義圖66 通過SMTP進行通信的主機為了使得多主機多進程通信時,不至于發(fā)生上述的混亂情況，必須把端口號和主機的IP地址結合起來使用，稱為插口或套接字（Scoket）.由于主機的IP地址是唯一的，這樣目的主機就可以區(qū)分收到的數據報的源端機了。插口包括IP地址（32位)和端口號（16位），共

53、48位.如上圖66所示:（124.33。13。55,200)和（126。45。21.51，25）就是一對插口，在整個Internet中,在傳輸層上進行通信的一對插口都必須是唯一的。在上述的例子中，使用的是TCP協議,若使用UDP協議，雖然在進行通信的進程間不需要建立連接，但是在每次傳輸數據時，都要給出發(fā)送端口和接收端口，因此同樣也要使用插口。6.2 傳輸控制協議TCP6。2。1 TCP報文的格式 6。2。2 TCP的編號與確認 TCP將所要傳送的整個報文段看成是由一個個字節(jié)組成的，對于每一個字節(jié)進行編號。在傳送數據之前，通信雙方要首先商定好起始序號，每一次傳送數據時，都會將報文段中的第一個字節(jié)的序號放在報文段中的確認序號字段中.在TCP報文段首部含有確認序號字段,通過它可以完成TCP報文的確認，具體的確認是對接收到的數據的最高序號進行確認，返回的確認序號是已經收到的數據的最高序號加1。由于TCP采用全雙工的