31-2计算机基础

1、盐城技师学校教案首页编 号：yjqd-0506-11版 本：a/0流水号：编制：炸晓锐审核：3严於批准：今沢比授课日期班级课 题：第三章计算机网络31计算机网络概述3. 2计算机局域网络教学目的.要求： 1.熟练掌握计算机网络的功能、分类与基本组成；2.掌握常用的计算机网络传输介质及介质访问控制方法；3.掌握局域网的 拓扑结构及常用网络连接设备；教学重点、难点: 局域网的拓扑结构及常用网络连接设备；授课方法：讲授授课执行情况及分析：板书设计或授课提纲：一、复习导入二、讲授新课 第三章计算机网络3. 1计算机网络概述32计算机局域网络三、小结四、作业%1. 新课引入计算机网络是计算机技术和通信技

2、术相结合的产物。如今，计算机网络已经成为信 息存储、传播和共享的有力工具，成为人们之间信息交流的最佳平台。二、讲授新课第三章计算机网络3.1计算机网络概述3.1.1计算机网络的定义计算机网络通常定义为：将地理位置不同口具有独立功能的多个计算机系统通过通 信线路和通信设备和互连接在一起、山网络操作系统和协议软件进行管理、能实现资源 共亭的系统称为计算机网络。1. “具有独立功能的计算机系统”是指入网的每一个计算机系统都有白己的软、硕 件系统，都能完全独立地工作，各个计算机系统z间没有控制被控制的关系，网络中任 一个计算机系统只在需要使用网络服务时才口愿登录上网，真止进入网络工作环境。2. “通信

3、线路和通信设备”是指通信媒体和相应的通信设备。通信媒体可以是光纤、 双绞线、微波等多种形式，一个地域范围较人的网络中可能使用多种媒体。将计算机系 统与媒体连接需要使用-些与媒体类型有关的接口设备以及信号转换设备。3. “网络操作系统和协议软件”是指在每个入网的计算机系统的系统软件之上增加 的、川来实现网络通信、资源管理、实现网络服务的专门软件。4. “资源”是指网络中可共享的所有软、硬件，包括程序、数据库、存储设备、打 印机等。从广义上讲，网络就是以某种方式将若干元件连在一起的系统，主要包含连接对象、 连接介质和连接控制机制(如协议、策略等)。3.1.2计算机网络的发展计算机网络的发展源于计算

4、机技术和通信技术的结合。计算机网络的发展过程可划 分为如下四个阶段：1. 而向终端的计算机通信网络远程联机系统中，远程终端负责收集数据，送往中心计算机处理，中心计算机再将 处理结果送回远程终端输出。2. 以资源共享为主要目的的计算机网络1969年，美国国防部高级研究计划局(darpa)建成了连接4台计算机的实验性网 络arpanet并投入运行。它标志着当今意义上的计算机网络的兴起。arpanet是一个分 组交换网。3. 以网络的标准化和开放为口标的网络国际标准化组织iso在1984年正式颁布了开放系统互连基本参考模型0si国际标 准，使计算机网络体系结构实现了标准化。4. 以tcp/ip协议为

5、核心的国际互联网络3.1.3计算机网络的功能1. 共享软、硬件资源2. 共亭信息资源3. 通信功能4. 提高系统可靠性5. 均衡负载、分布式处理3. 1.4网络的组成1. 网络纽成部分计算机网络主要由计算机系统、通信线路和通信设备、网络协议及网络软件四个部 分组成，也常称为计算机网络的四大要素。（1）计算机系统（2）通信线路和通信设备通信线路是连接网络节点的、由某种（或儿种）传输介质构成的物理通路。通信设备的采用和线路类型有很大关系。如果采用模拟线路，在线路两端需使用 modem （调制解调器）。如果采用有线介质，在计算机和介质z间还需要使用相应的介 质连接部件。（3）网络协议网络协议是指通信

6、双方必须共同遵守的约定和通信规则。网络协议主要用于实现网 络通信，典型的协议有tcp/ip、tpx/spx等。协议的实现山软件和硬件共同完成。（4）网络软件任何一个网络中都需要网络管理和网络应用软件。网络管理软件用于监控和管理网 络工作情况。网络应用软件为川户提供丰富简便的应川服务。2. 资源子网和通信子网通常从逻辑功能上将网络划分为两部分：资源子网和通信子网，即计算机网络是由 两个子网组成的。（1）资源子网资源子网包括加入网络的所有计算机系统、终端、各种软件资源。资源子网负责提供用户访问网络和处理数据的能力。（2）通信子网通信子网包括通信处理机（或通信控制器）、通信线路和通信设备。通信子网负

7、责提供网络的通信功能。3.1.5计算机网络的拓扑结构计算机网络中，通信处理机通过线路相互连接成通信子网。将通信处理机称为节点, 将通信线路称为链路，将节点和链路连接的儿何构型称为网络的拓扑结构。网络拓扑结 构是决定网络性能的主要因素。构造网络时首先要选择采川哪种网络拓扑结构来物理连 接所有的节点及计算机系统。常见的网络拓扑结构有星型、树型、总线型、环型、网状拓扑结构等。1. 总线型拓扑结构采用电缆（通常釆用同轴电缆）作为公共总线，各节点通过硬件接口连在总线上。 如果入网节点数少，公共总线可以是一段电缆，如果节点数多，则用儿段电缆通过中继 器相连来扩展总线长度。总线型拓扑结构具有结构简单、布线容

8、易、增删节点方便、运行可靠的优点。缺点 是故障检测和故障隔离较困难，而冃入网节点越多，总线负担越重。总线型是局域网中常川的拓扑结构。典型的总线型局域网是同轴电缆以太网。2. 环型拓扑结构环型拓扑结构的儿何构型是一封闭环型。每个计算机连到中继器上，每个中继器通 过一段链路(采川电缆或光缆)与下一个屮继器相连，并首尾相接构成一个闭合环。环型拓扑也是局域网中常见的拓扑结构。常用的环网类型有令牌环网(ibm token ring)和光纤环网fdd io3. 星型拓扑结构星型拓扑结构中，每个节点都通过分支链路与网络中心节点相连。如今流行以集线 器或交换机充当中心节点，用双绞线作分支链路而构成星型网络。星

9、型结构具有扩展方 便、可由集线器或交换机完成故障诊断和网络集屮监视与管理、运行可靠等优点。星型网络是h前应用最多的一种局域网类型。h前流行的快速以太网就是典型的星 型网络。4. 树型拓扑结构树型拓扑结构是星型结构的扩展，是一种多级星型结构。在一个人楼内组建网络可 采川这种结构，其屮，每个楼层内连成一个星型结构，各楼层的hub再集屮到一个屮心 hub上或一个中心交换机上。这种拓扑结构特别适用于分级管理和控制的网络。5. 网状拓扑结构物理网状拓扑结构要求任意两个节点间都设置链路，但实际网络中，从节省费用的 角度出发，通常是根据实际需要在两个节点间设置直通链路。前者称为真正的网状拓扑 结构，后者称为

10、混合网状拓扑结构。网状拓扑结构具有容错性能好、易于故障诊断、通信信道容量有效保证的优点。缺 点是安装和配置复杂、线路费用高。网状拓扑常用于广域网中或将儿个lan互连。3.1.6计算机网络的分类1. 按网络的拓朴结构分：总线型、星型、环型、树型、网状五种。2. 按地理范围分:局域网、城域网、广域网三种。(1) 局域网(local area network； lan)这种网络的特点就是：连接范围窄、川户数少、配置容易、连接速率高。口前局域 网最快的速率要算现今的10g以太网了。ieee的802标准委员会定义了多种主要的lan 网：以太网(ethernet)、令牌环网(token ring)、光纤分

11、布式接口网络(fddi)、 异步传输模式网(atm)以及最新的无线局域网(wlan) o这些都将在后而详细介绍。(2) 城域网(metropolitan area network； man)(3) 广域网(wide area network； wan)3. 按传输介质分:铜缆、光纤和无线三种类型。3.1.7计算机网络体系结构一.网络体系结构的概念为了减少协议设计和实现的复杂程度，通常将网络协议按照层次设计方法进行设 计，即将协议按功能分成若t层，每层完成一定功能，并対其上层提供支持；每一层建 立在其下层z上，即一层功能的实现以其下层提供的服务为基础。整个层次结构中各个 层次相互独立，每一层的实

12、现细节对其上层是完全屏蔽的，每i层可以通过层间接口调 用其下层的服务，而不需要了解下层服务是怎样实现的。通过对协议进行分层，降低了网络实现的复杂程度，将复杂的计算机系统之间的通 信问题划分为若干个层次的功能进行实现。每个层次耍解决的问题简单多了，每一层直 接利用其下层的功能，而把精力集中在完成本层功能上。协议分层的另一优点是灵活性, 实现每一层时只需保证为其上层提供规定的服务，至于如何实现木层功能、采用什么样 的硕件或软件，则没有任何限制。允许任意一层或儿层在设计吋作灵活变动。通常将网络功能分层结构以及各层协议统称为网络体系结构。不同的网络体系结构 屮分层的个数、各层的名称、内容和功能不尽相同

13、。比钱著名的网络体系结构有iso提出的开放系统互连体系结构(0si)、美国国防 部提出的tcp/ip协议、ibm公司提出的系统网络体系结构(sna)、dec的数字网络体 系结构(dna)、cc1tt提出的x. 25建议等。二.开放系统互连参考模型为了促进多厂家的国际合作以及使网络体系结构标准化，iso开发了一个“开放系 统互连参考模型(osi/rm： the reference model of open systems interconnection) o0s1参考模型是一个分层结构，包括7层功能及对应的协议.1. 0si模型基本术语(1) 服务服务是在osi/rm内部相邻层z间，由下一层向

14、上一层提供的功能的总称。所谓n 层服务就是由笫n层以及n层以下所有协议层、通过n层与n+1层的接口、向n+1层提 供的功能的总称。ost服务在服务提供层与服务应用层之间，以交换服务原语的方式工作。0s1模型定义的服务分面向连接的服务和无连接服务两种。面向连接的服务完成实 体间数据传送的过程包括建立连接、传送数据、拆除连接三个阶段。利用无连接服务传 送数据时不需要建立连接和连接拆除两个阶段，而是直接进入数据传送。(2) 协议协议是对对等层实体间交换数据的格式、意义和交换规则的描述。0si服务功能必 须通过协议来提供。协议的基本元素称为协议数据单元。协议数据单元是对等层实体间交换的逻辑数据 单位。

15、0si模型各层的逻辑数据单元单位(或名称)。山于服务是山协议捉供的，因此协议也有而向连接的协议和无连接的协议之分。0s1协议文本通常要描述协议所在层的位置，定义协议数据单元的种类、名称、格 式以及内部参数，还要定义协议状态的变迁规律。2. 0si模型各层功能简介(1) 物理层规定了网络互连设备z间的物理连接以及各物理设备的电器特性，实际上是计算 机、终端与数据通信设备之间的连接接口的标准。(2) 数据链路层该层规定数据的正确传输问题。发送方把要送出的数据分割、组装成数据帧后，将 帧按顺序传输，并提供错误检测手段、接收和处理应答帧、車发、传输同步等一系列手 段来实现可靠传输。（3）网络层网络层是

16、控制以“信息包”为单位向链路层传送信息的有关规定。包含对数据的分 组、从源端机到目的机的路径选择、拥塞控制和记帐处理，以及对跨网络传送信息吋对 网络中可能出现的不同的寻址方式、不同的分组长度和不同协议的处理，实现数据交换、 路由选择、流量控制、计费等网络管理功能。网络层管理报文分组交换，在计算机之间建立通信虚电路。（4）传输层传输层实现对用户终端或进程间的信息控制和信息交换，它主耍的任务是提供可靠 的计算机到计算机之间的通信，以及差错控制和流量控制。（5）会话层会话层允许在不同计算机上的两个程序建立、使川和结束会话。它负责向相互合作 的进程之间提供一套会话设施，组织、管理它们的数据交换。（6）

17、表示层表示层包含处理网络应用程序数据格式的协议，以消除应用程序之间对信息表示在 结构上的区别。（7）应用层应用层是osi模型的最高层，是计算机网络少用户z间的界面，由若干个应用进程 （或程序）组成，包扌舌电子邮件、目录服务、文件传输等应用程序。计算机网络通过应 用层向网络用户提供多种网络服务。3. tcp/ip体系结构tcp/ip （transmission control protocol/internet protocol）是传输控制协议/ 网际协议的缩写。在物理网上的一个协议体系。tcp/ip协议在物理网基础上分为4个层次。口下而上依次为网络接口层、网际层、 传输层和应川层。它与0s1参

18、考模型的对应关系及各层协议组成如图1-3-3所示。0s1应用层表示层会话层传输层的。t（网棊耻网络层 闻是在0si 数据链路层長型的物十物理层 j八,厨络tcp/ip为0si模型的对应关系不是很严格 曲对应的内容，可以建立在各种物理3. 2. 1局域网的产生与发展1980年，10mbps以太网规范出台，多点传输系统被称为csma/cd (带冲突检测的载 波侦听多路访问)。ieee (国际电气和电子工程师协会)委员会为局域网制定了一系列标准，统称为 ieee802 标准。3. 2. 2局域网的特点及介质访问方法1. 口前局域网一般为以太网。拓朴结构一-般为星型或总线型结构。局域网体系结 构由物理

19、层、介质访问控制子层mac和逻辑链路子层llc组成。从局域网应川允度看，局域网主要的技术特点有：(1) 覆盖有限的地理范围(2) 具有高数据传输速率、低误码率、高质量的数据传输坏境(3) -般属于一个单位所有，易于建立、维护和扩展。2. csma/cd (carrier sense multiple access/collision derect),即载波监听 多路访问/冲突检测方法是一种争用型的介质访问控制协议。它起源丁美国夏威夷大学 开发的aloha网所采用的争用型协议，并进行了改进，使之具有比aloha协议更高的介 质利用率。csma/cd是一种分布式介质访问控制协议，网中的各个站(节点

20、)都能独立地决定 数据帧的发送与接收。(1) 发前先听(2)边发边听(3)加强冲突(4)退避重试3. 2. 3局域网中网络设备3.2.3.1传输介质传输介质是计算机网络中用来连接各个计算机的物理媒体，而h主要指用来连接各 个通信处理设备的物理介质。常用的传输介质有两类：有线介质和无线介质。有线介质包括双绞线、同轴电缆、 光纤。无线介质包括无线电、微波、红外线、激光等，rh于这几种介质的共同特点是通 过空间传送电磁波来载送信号，因此也称为空间传输介质。1. 双绞线(tp： twisted pairwire)这种绞扭可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输屮辐射的电波会被另一根线上 发出的电波抵消。

21、但utp传输信号时信号衰减较严重，在传输模拟信号时，每隔5-6km需要放大一次, 传输数字信号时，每隔2-3km需要加入一台中继器。此外，utp易受电磁干扰和噪声的 影响。2. 同轴电缆同轴电缆曾是应用极广泛的一种传输介质，廿前主要应用在局域网和有线电视网 中。同轴电缆女装较简便，电缆段两端要女装终结器。它的抗干扰特性和衰减特性都优 于双绞线。计算机网络中常用的同轴电缆类型有以下几种：(1) 50 q rg-8和rg-11主要用于连接粗缆以太网。(2) 50qrg-58主要用于连接细缆以太网。50 q同轴电缆（包括粗缆和细缆）也称为棊带电缆，只用于传输数字信号，应用的 典型数据传输速率是10m

22、bps,每段电缆长度最长为300m （粗缆为500m）,使用时要求在 适当距离上加入屮继器。（3）75qrg-59是电缆电视（catv）釆用的信号传输电缆。它主耍用于传输模拟 信号，釆用频分多路复用技术可以实现多路信号同时传送。3. 光导纤维光纤是利用光全反射原理传输信号的-种介质，由纤芯和包层两层组成，纤芯很细， 是用玻璃或塑料制成的横截面积很小的双层同心圆柱体，是光传播的通道。光纤分单模光纤和多模光纤两种。单模光纤传输发光二极管发出的光波，所需能量 低，单模光纤的带宽更宽，传输速率更高，但成本较高，价格较贵。光缆的类型按模、材料、芯和外层的尺寸来划分。芯的尺寸及纯度决定了光缆传输 光信号的

23、性能。光纤的优点是带宽极宽，光纤重量轻，体积小，衰减极小，光纤没有信号泄漏现象, 也不受电磁波的影响。光纤的缺点是材质较脆，安装以及连接设备的价格较昂贵。3. 2.3.2网络设备1. 网络适配器网络适配器又称网卡或网络接口卡（nic）,它是使计算机联网的设备，平常所说的 网卡就是将pc机和lan连接的网络适配器。它的基本功能为：从并行到串行的数据转换，包的装配和拆装，网络存取控制，数 据缓存和网络信号。每块网卡都有一个全球唯一-的网络节点地址，由网卡生产厂家在生产吋烧入rom中， 我们把它叫做mac （物理地址），且保证绝对不会重复。网卡的不同分类：根据网络技术的不同，atm网卡、令牌环网卡和

24、以太网网卡等。据统计，|前约有 80%的局域网采用以太网技术。按网卡所支持带宽的不同可分为10m网卡、100m网卡、10/100m自适应网卡、1000m 网卡儿种；根据网卡总线类型的不同，主要分为isa网卡、eisa网卡和pc1网卡三大类，其中 isa网卡和pci网卡较常使用。isa总线网卡的带宽一般为10m, pci总线网卡的带宽从 10m至lj 1000m都有。同样是10m网卡,因为isa总线为16位，而pci总线为32位,所 以pci网卡要比isa网卡快。网卡的接口类型：根据传输介质的不同，网卡出现了 au1接口（粗缆接口）、bnc 接口（细缆接口）和rj-45接口（双绞线接口）三种接口

25、类型。网卡牛产商一一由丁网卡技术的成熟性，廿前牛产以太网网卡的厂商除了国外的 3con）、英特尔和ibm等公司z外，台湾的厂商以牛产能力强且多在内地设厂等优势，其 价格相对比较便宜。2. 集线器集线器（hlb）是对网络进行集中管理的最小单元，像树的主样，它是各分枝 的汇集点。hub是一个共享设备，其实质是一个中继器，而屮继器的主要功能是对接收 到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离。正是因为hub只是一个信号放人和中 转的设备，所以它不具备口动寻址能力，即不具备交换作用。所有传到hub的数据均被 广播到之相连的各个端口，容易形成数据堵塞，因此有人称集线器为“傻hub”。hub的分类：依据总

26、线带宽的不同,hub分为10m, 100m和10/100m自适应三种; 若按配置形式的不同可分为独立型hub,模块化hub和堆叠式hub三种；根据管理方式 可分为智能型hub和非智能型hub两种。目前所使用的hub基本是以上三种分类的组合, 例如我们经常所讲的10/100m自适应智能型可堆叠式hub等。hub根据端口数目的不同 主要有8 口，16 口和24 口等。3. 交换机交换switching是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备口动完成的方法, 把耍传输的信息送到符合要求的相应路市上的技术统称。广义的交换机switch就是一 种在通信系统中完成信息交换功能的设备。如图1-3-903.

27、 1交换机的定义局域网交换机拥令许多端口，每个端口有自己的专川带宽，并且可以连接不同的网 段。交换机各个端口之间的通信是同时的、并行的，这就大大提高了信息吞吐量。为了 进一步提高性能，每个端口还可以只连接一个设备。3. 2交换机的特性由于交换机町以将信息迅速而直接地送到目的地能人人提高速度和带宽，能 保护 用户以前在介质方面的投资，并捉供良好的可扩展性，因此交换机不但是网桥的理想替 代物，而且是集线器的理想替代物。从osi七层协议的体系来看，集线器工作于第一层物理层，交换机工作于第二层数 据链路层。集线器只是对数据的传输起到同步、放人和整形的作用，对数据传输中的不 完整帧、碎片等无法进行有效的

28、处理，交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和 整形，而且可以过滤不完整短帧、碎片等非标准数据传输单元。交换机各端口独享带宽, 是与集线器故大的区别。3. 3交换机的工作原理传统的交换机木质上是具有流量控制能力的多端口网桥，即传统的（二层）交换 机。把路由技术引入交换机，可以完成网络层路由选择，故称为三层交换，这是交换机 的新进展。交换机（二层交换）的工作原理交换机和网桥一样，是工作在链路层的联网 设备，它的各个端口祁具有桥接功能，每个端口可以连接一个lan或一台高性能网站或 服务器，能够通过自学习來了解每个端口的设备连接情况。所有端口山专用处理器进行 控制，并经过控制管理总线转发信息。3. 4交换机的转发方式（1）存储转发（2）直通方式（3）碎片丢弃直通方式3. 5交换机的架构交换机的架构一般可分为堆叠式、独立式和机箱模块式三种。3.6虚拟网的划分虚拟局域网（vlan）的概念，所谓vlan是指网络中的站点不拘泥于所处的物理位 置，而可以根据需要灵活地加入不同的逻辑子网屮的一种网络技术。实现vlan的划分主要有三种原则：基于端口的vlan、基于mac地址的vlan