计算机网络基础教学教案

8.5.1-01-j-07教师授课教案（首页）共9页科目计算机网络基础第1章课题：计算机网络概述授课周第2周课时4班级21高级计算机网络应用3班21高级计算机网络应用4班授课方式讲授法讨论法练习法作业题数1拟用时间1学时教学目标掌握计算机网络体系结构、分层原理等掌握OSI/RM、TCP/IP和IEEE802三种模型实训设备及材料计算机机房2．多媒体教室重、难点内容：重点内容：计算机网络拓扑结构；传输介质。.解决方法：用实际案例说明不同拓扑结构的特点；向学生展示实物。难点内容：计算机网络体系结构。解决方法：用比较法比较两种体系结构的特点。教学过程一、组织教学：（10分钟）二、教学引入：（10分钟）三、教学过程：（210分钟）四、总结：（30分钟）五、作业布置：（10分钟）六、教学反思备注：适用于所有课程审阅签名：一、组织教学（10分钟）1.清点学生人数，保证出勤。2.控制教学课堂秩序，如玩手机、睡觉、聊天等现象。3.对本课程内容进行主要的介绍，强调本课程的重要性，引起学生对本课程的足够重视,今后学习其他计算机网络专业课程打下基础。二、教学引入：（10分钟）（通过适当的提问，引入这节课程的新内容）1、什么计算机网络？2、网络拓扑结构有哪些？3、OSI/RM和TCP/IP网络体系结构的区别？4、常见的网络传输介质有哪些？三、教学过程：讲解任务，练习指导（210分钟）（1）内容讲解：运用讲授法，教师给学生演示讲解本节课程内容。（170分钟）1.1.1计算机网络的定义和演变1.计算机网络的定义把分布在不同地理位置计算机、终端，通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件网络通信协议，信息交换方式及网络操作系统等），实现互相通信及网络资源共享的系统。2.计算机网络的发展◆面向终端的计算机网络◆具有通信功能的多机系统◆计算机网络1.1.2计算机网络的分类、组成和网络性能1.计算机网络的分类◆

按覆盖范围分为：WAN、LAN、MAN◆按通信速率分为：低速网、中速网、高速网◆按带宽分为：基带网络、宽带网络2.计算机网络的组成◆

通信子网◆资源子网1.2计算机网络的拓扑结构1.2.1网络拓扑的概念计算机网络的拓扑结构，是研究网络中各节点之间的连线（链路）的物理布局（只考虑节点的位置关系而不考虑节点间的距离和大小）。1.2.2通信子网的信道类型◆点到点式网络（Point-to-PointNetworks）：每条物理线路只连接一对设备（计算机或节点交换机），发送的数据在信道另一端只有惟一的一个设备接收。◆广播式网络（BroadNetworks：也称多点共享，任何一个节点发送报文信息时，所有其它节点都会接收到该信息。1．分层结构的优点（1）分解为相对简单的若干层后，易于实现和维护。（2）各层功能明确，相对独立，下层为上层提供服务，上层通过接口调用下层功能。不关心下层具体实现细节，各层都可以选择最合适的实现技术。（3）当某一层的功能需要更新或被替代时，只要它和上、下层的接口服务关系不变，则相邻层都不受影响。（4）分层结构易于交流、理解和标准化。1.2.3计算机网络的拓扑结构1.点对点式网络（Point-to-PointNetworks）点对点式网络由许多互相连接的结点构成，在每对通信设备之间都有一条专用的通信信道，因此在点对点的网络中，不存在信道共享与复用的情况。◆环型结构（广播式）优点：简化路径选择控制，传输延迟固定。实时性强，可靠性较高。缺点：节点过多时，影响传输效率。环某处断开会导致系统失效，节点的增删过程复杂。星型结构（点到点式）优点：单点故障不影响全网，结构简单。增删节点及维护管理容易；故障隔离和检测容易，延迟时间较短。缺点：线路增加成本较高，线路利用率低；网络性能过于依赖中心节点。◆树型结构（点到点式）优点：结构比较简单，成本低。扩充节点方便灵活。缺点：对根的依赖性大。◆分布式结构分布式结构无严格的布点规定和构形，节点之间有多条线路可供选择，当某一线路或节点故障时不会影响整个网络的工作，具有较高的可靠性，而且资源共享方便。一般情况下，在局域网中很少采用这种分布式结构。◆

无线拓扑结构无线拓扑结构通过空气作为介质传输数据，主要有微波红外线、卫星通信等形式。2.广播式网络（BroadNetworks）所谓广播式网络是用一个共同的传输介质，把各个计算机模块连接起来。这样，任何一个计算机向网络系统发送信息时，连接在总线上的所有计算机均可以接收到◆总线型结构（广播式）优点：结构简单，价格低廉、安装使用方便。缺点：故障诊断和隔离比较困难。◆任意型由于卫星和微波通信是采用无线电波传输的，因此就无所谓网络的构形，也可以看做是一种任意形或无约束的网状结构。1.3.1网络协议网络协议就是指网络中计算机、设备之间相互通信和进行数据处理及数据交换而建立的规则（标准或约定）。协议三要素分别为：语法、语义、时序。1.4.1网络体系结构计算机网络系统的设计采用结构化方法，将一个较为复杂的系统分解为若干个容易处理的子系统，现代计算机网络都采用了层次化体系结构。1．分层结构的优点（1）分解为相对简单的若干层后，易于实现和维护。（2）各层功能明确，相对独立，下层为上层提供服务，上层通过接口调用下层功能。（3）当某一层的功能需要更新或被替代时，只要它和上、下层的接口服务关系不变，则相邻层都不受影响。（4）分层结构易于交流、理解和标准化。2．分层原则网络体系结构分层原则：层数要适中，过多则结构过于复杂，而过少则层间功能划分不明确；层间接口要清晰，跨越接口的信息量尽可能要少。3.常见的网络体系结构（1）OSI/RM：国际标准、参考模型（2）TCP/IP：事实上的工业标准（3）IEEE802：局域网标准1.4.2OSI七层参考模型1.OSI七层参考模型2.OSI/RM各层功能简介◆物理层(PhysicalLayer，PH)◆数据链路层(DataLinkLayer，DL)◆网络层(NetworkLayer，NL)◆传输层(TransportLayer，TL)◆会话层(SessionLayer，SL)◆表示层(PresentationLayer，PL)◆应用层(ApplicationLayer，AL)3.OSI/RM各层数据封装1.4.3TCP/IP参考模型1.TCP/IP概述TCP/IP主要考虑异种网络互联问题，是网络史上最为成功的通信协议。TCP/IP是由一组通信协议所组成的协议簇，而TCP和IP是其中的两个主要协议。TCP/IP使用范围广，既可用于广域网，又可用于局域网、内部网和外部网等各种网络中。TCP/IP协议已成为事实上的国际标准和工业标准。2.TCP/IP体系结构◆网络接口层（是各种网络，实际上TCP/IP没定义它）Ethernet、ATM、FDDI、X.25、PPP、Token-Ring◆网际层IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP◆传输层TCP、UDP◆应用层HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、Telnet、RPC、DNS、Ping…3.TCP/IP的数据封装TCP/IP协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也在各层进行。4.TCP/IP和OSI/RM的比较OSI/RM理论性强，学术价值高TCP/IP已成了事实上的工业标准1.4.4IEEE802标准1.IEEE802局域网标准IEEE802只定义了物理层和数据链路层两层。2.IEEE802局域网体系结构◆物理层主要完成编码、解码、时钟同步、发送和接收数据、载波检测及提供与数据链路层的接口。◆数据链路层：分为LLC子层和MAC子层1.5．1有线传输介质二进制比特流通过物理层处理（编码/调制、串行同步、多路复用等）后，需要在传输介质上传输，传输介质是数据传输的物理通道。1.双绞线(TP)分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP两种1.双绞线(TP)STP外面环绕一圈保护层，可提高抗干扰能力，UTP易受各种电信号的干扰，但成本较低。最常用的UTP是3类、5类和超5类线。5类线与3类线的主要区别就是一方面增加了每单位长度的绞合次数；另一方面在线对间的绞合度和线对内两根导线的绞合度都经过了精心的设计并在生产中加以严格的控制，使干扰在一定程度上得以抵消，从而提高了线路的传输特性。制作双绞线的工具：2.同轴电缆同轴电缆能够传输比双绞线更宽频率范围的信号，具有较高的抗干扰能力。3.光纤光纤通信是利用光纤传递光脉冲信号实现的。(1）光纤的传播模式光纤分为单模光纤SMF（Single-ModeFiber）和多模光纤MMF（Multi-ModeFiber）两种，传播模式也分为多模传播和单模传播两种。（2）光源光的信号源可以是一个发光二极管（LED）或是固体激光器。1.5.2无线传输介质1.无线电波段分配2.微波通信3.卫星通信4.红外通信和激光通信（2）小组练习：（运用练习法、讨论法，教师提出问题，让学生小组讨论，然后教师评价）。（40分钟）1.提出问题让学生回答（1）OSI/RM共分几层？从下到上分别是什么？（2）计算机网络拓扑结构分几种，每种的特点和优缺点是什么？（3）计算机网络传输介质有哪几种？每一种适合用在什么网络？2.等学生回答过后，再说出问题的关键和本节课的重要性。四、课堂小结（10分钟）重点掌握概念：1、LAN、MAN、WAN2、ARPAnet是Internet3、中国四大网络4、网络主要性能参数：带宽、延迟5、计算机网络由通信子网和资源子网组成；通信子网的信道类型：点到点和广播式6、网络拓扑结构分为总线型、环型、星型、树型、网状和无线等几种类型。总线、环型是广播式；星型、树型、网状是点到点式。7、对网络发展起重要作用标准化组织8、网络体系结构（分层）9、OSI/RM七层名称、通信子网和资源子网分别包括哪几层10、OSI/RM和TCP/IP模型的比较11、TCP/IP由哪几级组成12、IEEE802标准包含哪几层，针对是LAN还是WAN五、作业布置（10分钟）1.复习本章课程的内容。2.完成本章课后习题。3.预习下一章的内容。8.5.1-01-j-07教师授课教案（首页）共8页科目计算机网络基础第2章1-6节课题：物理层授课周课时6班级21高级计算机网络应用3班21高级计算机网络应用4班授课方式讲授法讨论法练习法作业题数1拟用时间1学时教学目标了解数据通信的基本概念、传输介质、数据并行和串行传输方式掌握数字和模拟数据的编码和调制方法、同步和异步传输技术、FDM、TDM和WDM三种多路复用技术实训设备及材料计算机机房2．多媒体教室重、难点内容：重点内容：数字和模拟数据的编码和调制方法、同步和异步传输技术。解决方法：画图对比，举一反三。难点内容：模拟数据的编码和调制方法。解决方法：实例讲解。教学过程一、组织教学：（10分钟）二、教学引入：（20分钟）三、教学过程：（220分钟）四、总结：（10分钟）五、作业布置：（10分钟）六、教学反思（必要时填写）：备注：适用于所有课程审阅签名：一、组织教学（10分钟）1.清点学生人数，保证出勤。2.控制教学课堂秩序，如玩手机、睡觉、聊天等现象。3.对本课程内容进行主要的介绍，强调本课程的重要性，引起学生对本课程的足够重视,今后学习其他计算机网络专业课程打下基础。二、教学引入：（20分钟）（通过适当的提问，引入这节课程的新内容）计算机网络由通信子网和资源子网组成，OSI/RM中，通信子网包括物理层、数据链路层和网络层三层。计算机网络中的数据通信是为了实现计算机之间的数据交换，因此计算机网络本质上是数据通信的问题。三、教学过程：讲解任务，练习指导（220分钟）（一）内容讲解：运用讲授法，教师给学生演示讲解本节课程内容。（180分钟）2.1数据通信的基本概念物理层考虑如何将数据转换成适合信道传输的电（光）信号、模/数转换、采用何种技术传输等问题2.1.1数据通信基本概念1.数据分为模拟数据和数字数据两种。2.信息以某种格式组织起来的数据。3.信号是数据的具体物理表现。分为模拟信号和数字信号两种4.信道传输信息时信号沿发送端到接收端的通路。信道有模拟信道和数字信道。5.通信和数据通通信是信息的传输与交换。数据通信是以传送数据为业务的通信。6.数据通信网是数据通信系统的网络形式。7.码元和码字码元是一个信号编码单元。2.1.2数据通信系统1.数据通信系统基本模型2.模拟通信系统和数字通信系统数字通信系统是比模拟通信系统费用低，抗干扰能力强，不易失真，但数字信号比模拟信号易衰减；模拟信号比数字信号传输距离要远。3.信号衰减的克服数字信号衰减的克服办法是使用中继器。2.2基带传输2.2.1基带传输的基本概念矩形脉冲信号的固有频带被称作基本频带（简称基带）。基带传输在发送端把信源数据经过编码器变换，变为直接传输的基带信号，在接收端由解码器恢复成与发送端相同的数据。2.2.2数字基带传输编码1.单极性不归零编码(NRZ)单极性不归零编码只使用一个电压值，用高电平表示1，没电压表示0。2.双极性不归零码(BNRZ)用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和0，正和负的幅值相等。3．双极性归零编码（BRZ）使用了正、负和零三个电平，信号本身携带同步信息，解决了同步问题。4.双相位编码(biphaseencoding)信号在每个比特内部的中间发生改变，但不归零而是将电压变为相反。◆曼彻斯特编码（Manchesterencoding）◆差分曼彻斯特编码（differentialManchesterencoding）2.3频带传输2.3.1频带传输基本概念应用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输。优点：价格便宜，易于实现。缺点：速率低、误码率高。2.3.2频带传输调制方式频带传输调制方式有：幅移键控法、频移键控法和相移键控法。1.幅移键控法（ASK）2.频移键控法（FSK）3.相移健控法（PSK）4.正交调幅（QAM）2.4数据传输方式2.4.1并行传输并行传输是指数据以成组方式在多个并行的信道上同时传输，相应地需要若干根传输线。优缺点：并行传输优点是速度快，缺点是费用高。2.4.2串行传输串行传输是指数据在信道上一位一位的逐个传输，从发送端到接收端只需一根传输线，成本少，易于实现，计算机网络普遍采用。串行传输可以用两种方式同步传输和异步传输进行。1.单工通信（双线制）：单工通信只允许信息始终向一个方向流动。2.半双工通信（双线制＋开关）：半双工通信允许信息流向两个方向的都可传输，但同一时刻只能朝一个方向传输。3.全双工通信（四线制）：全双工通信指在同一时刻能同时进行双向通信。2.4.3同步传输和异步传输1.同步传输同步传输方式是将一大串数据一起发送。传输时，需要在数据块前放上两个或以上的同步信号字符SYN，在数据块结束加上后同步信号。1.异步传输异步传输也叫做起止式传输，它以字符为单位，在每个字符前增加一个起始位，字符代码后增加１、1.5、２位停止位。它允许码字之间存在不确定的空闲时间。异步传输设备简单，费用不高，但速率较低2.5多路复用技术2.5.1频分多路复用技术（FDM）FDM把信道的频谱分割成若干个互不重叠的子信道，每个子信道传送一路信号。频分多路工作过程：2.5.2时分多路复用（TDM）TDM将物理信道按时间分成许多等长的时间片，轮流、交替地分配给多路信源。分为同步和异步TDM两种。2.5.3波分多路复用(WDM)WDM的原理同FDM相似，用于光纤通信。光信号用波长而不是频率来表示所使用的光载波。利用不同波长的光，通过共享光纤远距离传输多路信号。2.5.4三种复用技术的比较FDM适合于传输模拟信号，TDM适合于传输数字信号，而WDM传输光波信号。TDM和FDM相比，抗干扰能力强，可以逐级再生整形，避免干扰的积累等优点。计算机通信中广泛使用TDM和WDM。TDM和FDM的性能比较如下：（1）TDM设备比FDM设备易于实现；（2）TDM比FDM传输速率高；（3）FDM中每路信号均需要一个MODEM；（4）FDM通常需要模/数转换设备；（5）TDM比FDM会产生较多的时间延迟。2.6物理层接口规程2.6.1物理层概述物理层是通信子网的最底层，其传输单位是比特（bit），向下直接和信道（传输介质）相连接。物理层的作用是在网络节点之间的物理媒体上提供线路的建立、维持和释放，实现二进制位流的透明传输，并进行差错检查等。DTE是信源或信宿，如计算机、终端、路由器等；DCE是网络设备接入点的统称，如交换机、调制解调器等。2.6.2

物理层接口特征1．机械特性2．电气特性3．功能特性4．规程特性（二）课堂练习、小组讨论：（运用讨论法，教师提出问题，让学生小组讨论，然后教师评价）。（40分钟）1．画同以下编码的单极性不归零编码、双极性归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码的波形图。2．用自己的语言描述FDM、TDM、WDM。四、课堂小结（10分钟）1、模/数信号特征：模拟信号是连续的曲线波，由振幅（音量）、频率（高低音）和相位（周期）三要素；数字信号是离散（有限个数）的方波。2、模拟信号和数字信号特性：数字通信系统是比模拟通信系统费用低，数字信号抗干扰能力强，不易失真，但数字信号比模拟信号易衰减；模拟信号比数字信号传输距离要远。3、描述数字信道的容量用数据传输速率表示，如100Mbps；模拟信道用带宽描述，如1MHz。4、数字信号序列不能使用周期和频率来描述，而是采用比特间隔（对应于周期）和比特率（对应于频率）来描述。5、基带传输频带传输基带传输是用表示信息的原有信号形式进行传输。如数字数据直接在数字信道中传输。频带传输是将基带信号调制成频带信号（模拟信号），在模拟信道中传输。6、转换为数字信号的称为编码；转换为模拟信号的称为调制。7、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。8、模拟数据的数字信号编码经过PAM、PCM等过程，采样频率是原始的有效信号中最高频率分量或其带宽的２倍。9、数据传输方式有并行传输和串行传输两种，计算机网络中主要采用串行传输。串行传输有同步传输和异步传输进行形式，按传输方向有单工、半双工和全双工方式。10、多路复用技术有FDM、TDM和WDM等方式，计算机网络中主要使用TDM和WDM。11、传输介质分为有线和无线两大类，有线介质有同轴电缆、双绞线和光缆，目前计算机网络主要使用后两者。12、光纤的传播模式分为单模和多模。五、作业布置（20分钟）1.复习本节课程的内容。2.预习下节课的内容。8.5.1-01-j-07教师授课教案（首页）共6页科目计算机网络基础第3章1-3节课题：数据链路层授课周第4-5周课时10班级21高级计算机网络应用3班21高级计算机网络应用4班授课方式讲授法讨论法练习法作业题数1拟用时间1学时教学目标了解数据链路层的功能和成帧的目的掌握停止等待和滑动窗口等流量控制机制、数据链路层差错控制方法、循环冗余校验码（CRC）、海明码、数据链路层协议实训设备及材料计算机机房2．多媒体教室重、难点内容：重点内容：数据链路层差错控制方法、循环冗余校验码（CRC）及计算方法。解决方法：实例讲解+课堂练习+课后作业。难点内容：海明码。解决方法：实例讲解+课堂练习+课后作业。教学过程一、组织教学：（10分钟）二、教学引入：（30分钟）三、教学过程：（350分钟）四、总结：（40分钟）五、作业布置：（20分钟）六、教学反思备注：适用于所有课程审阅签名：一、组织教学（10分钟）1.清点学生人数，保证出勤。2.控制教学课堂秩序，如玩手机、睡觉、聊天等现象。3.对本课程内容进行主要的介绍，强调本课程的重要性，引起学生对本课程的足够重视,今后学习其他计算机网络专业课程打下基础。二、教学引入：（30分钟）（通过适当的提问，引入这节课程的新内容）提问：1、请说出两种差错控制方法。2、请说出两种流量控制的方法。数据链路和链路是有区别的，链路是一条物理线路，而数据链路是一个逻辑概念，它包括物理线路和必要的控制规程（协议）。三、教学过程：讲解任务，练习指导（350分钟）（1）内容讲解：运用讲授法，教师给学生演示讲解本节课程内容。（250分钟）3.1数据链路层服务3.1.1数据链路层功能数据链路层DLL（DataLinkLayer）的作用是利用物理层提供的位串传输功能，将物理层传输原始比特流时可能出错的物理连接，改造成为逻辑上无差错的数据链路，在相邻节点间实现透明的高可靠性传输，同时为网络层提供有效的服务。数据链路层主要功能是：成帧、差错控制、流量控制和链路管理等。成帧是将数据组合成数据块（数据链路层中将这种数据块称为帧，帧是数据链路层的传送单位）；差错控制是控制帧在物理信道上的传输，包括如何处理传输差错；流量控制是调节发送速率使之与接收方相匹配；链路管理是在两个网路实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放管理。注意：物理层的传输单位是二进制位（bit），而数据链路层是以帧（Frame）为传输单位。3.1.2成帧和帧同步1．成帧数据链路层将物理层传送过来的比特流按照一定格式分割成若干个帧。2．帧同步帧同步是指为了能让接收方收到的比特流中明确区分出一帧，发送方必须要建立和区分出帧的边界（起始和终止），方法是在帧的开始和结束位置增加一些特殊的位组合来实现。常用的帧同步方法有下面几种：（1）字节计数法字节计数法用一个特殊字符表示一帧的起始，并用一个专门字段来标明帧内的字节数，如下图3-1所示。图3-1正常帧（2）使用字符填充的首尾定界符法（2）使用字符填充的首尾定界符法在帧的头之前和尾之后加一个特殊的字符，只要读到这个字符，帧就开始了，再次读到这个字符，就认为这个帧结束了，如下图3-2所示：图3-2字符填充的首尾定界符法这种方法能够避免上面字符字节计数法的帧头出错问题（3）使用比特填充的首尾定界符法该法以一组特定的比特模式（如01111110）来标志一帧的起止，高级数据链路控制规程HDLC采用的就是这种方法。为了区分信息位中出现的与该特定模式相同的比特串，可以采用比特填充的方法。（4）违法编码法违法编码法在物理层采用特定的比特编码方法。例如使用曼彻斯特编码方法时，将“1”编码成“高-低”电平对，将“0”编码成“低-高”电平对，而“高-高”电平对和“低-低”电平对在数据比特中是违法的。可以借用这些违法编码序列来界定帧的起始与终止。3.2差错控制3.3.1差错类型和控制1.差错类型差错可分为单比特差错和突发差错两类，单比特差错是指在传输的数据单元中只有一个比特发生了改变（0变1或1变0），而突发差错是指在传输的数据单元中有两个或两个以上的比特发生了改变。2.差错控制有两种方法：一是改进硬件，但增加成本；另一个是进行差错控制，在数据链路层采用编码进行查错或纠错处理。3.检错码和纠错码（1）检错码：只具有检错能力的编码称为检错码。（2）纠错码：既能检错又具有自动纠错能力的编码。（3）差错控制方式有自动请求重发ARQ(AutomaticrepeatRequest)和前向纠错FEC(ForwardErrorCorrection)两种。ARQ采用检错码方法实现，它使用冗余技术。发送方增加一些附加位，便于接收端进行检错。FEC采用纠错码方法实现。纠错码比检错码复杂，需足够多的冗余位，实现起来复杂，编码和解码速度慢，效率低，造价高且费时。3.2.2典型的差错控制编码1.奇偶校验码奇偶校验（Parity）码是一种简单、但能力有限的检错码，它在信息位的后面附加一个检验位（冗余位），使得码字中“1”的个数保持为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）的编码方法。1.奇偶校验码ASCII代码表示一个字符需要七位，而计算机内表示一个ASCII字符时，占用8个二进制位（一个字节），其中7位是ASCII编码，另外一位作为奇偶校验位（冗余位）。每个字节的最后一位为冗余位，它保证每个字节的1的个数为偶数个。注意：奇偶校验码只能检查出奇数个比特的错误，对于偶数个比特的错误无能为力。2.循环冗余校验码循环冗余校验码（CRC）是一种最常用的检错码。它通过在信息位的后面附加一串冗余比特实现。方法是将要发送的二进制比特序列当作一个多项式F(x)的系数，发送端用双方预先约定的G(x)生成多项式对应的比特序列去除，（F(x)对应的比特序列后要加上n个0，n是一个比G(x)生成多项式对应的比特序列的位数减1的数），求得一个余数多项式，它就是循环冗余校验码，然后将它附加在放在信息位的后面组成CRC码进行传输。在接收端，用同样的G(x)去除接收到的比特序列，若能被其整除，表示传输正确，否则表示有错。例如：①设信息位为1011001，则对应的多项式F(x)为x6+x4+x3+1。②双方预先约定G(x)为x4+x3+1，则对应的生成多项式比特序列为11001，有5位进制比特序列组成。③这时n值为5−1=4，所以F(x)对应的多项式比特序列后需要加上4个0。除法运算如下：运算时需要注意以下两点：①这里所涉及的运算都是模2运算，即“异或”运算（0−0=0；1−1=0；0−1=1；1−0=1）。②因为F(x)对应的多项式比特序列后加上了4个0，所以冗余位也要是4位。假如余数位数为“10”，那么冗余位是“0010”。3．海明码海明码是R.Hamming于1950年首次提出的，它是一种可以纠正单比特差错的编码，它也通过增加冗余位进行纠错的。3.3流量控制和链路管理流量控制是一组过程，实际上是用来限制发送方在等待确认前可以发送的数据流量，使其发送速率不至于超过接收方所能处理的能力。常用的流量控制方法是停止等待（stop-and-wait）和滑动窗口（SlidingWindow）等机制。3.3.1停止等待停止等待流量控制机制中，发送方每发出一帧就等待接收方返回的一个确认（ACK）帧，只有当接收到确认帧后，才发送下一帧，否则继续等待。停等式ARQ的传送机制(假定A发，B收)如下图所示。停等式ARQ的传送机制：• A发送-帧后，B如果接收正确，B向A返回一个肯定应答(ACK)。• B如果接收错误，则B向A返回一个否定应签(NAK)。• A必须在收到B的ACK后，方可发送下一帧。• 如果A发送一帧后(并给定时器设置一个初值)在一个规定的时间内(定时器溢出)，没有收到对方的ACK,则重发该帧；如果收到了NAK,也要重发该帧。3.3.2滑动窗口滑动窗口流量控制机制，发送方在收到确认帧前可以发送若干帧。帧可以直接依次发送，即链路上可能同时承载多个数据帧，从而充分有效地使用了链路的能力。接收方只对其中一些帧进行确认，使用一个ACK帧对多个数据帧的接收进行确认。滑动窗口是发送方和接收方创建的一个额外缓冲区（发送方的发送窗口和接收方的接收窗口），窗口可以存储若干数据帧，窗口在数据传输过程中根据控制向前滑动，从而控制数据传输过程，并且发送方在收到接收方的确认之前能够传输的帧数目也进行了限制。接收方可以不等窗口被填满就在任何一点对数据帧进行确认，并且只要接收方窗口未满，发送方就可继续传输。接收方发出一个确认帧时，这个确认帧中还包含了将要接收的下一帧编号。3.3.3链路管理链路的建立、维持和释放称为数据链路层的链路管理。链路管理功能主要用于面向连接的服务，它可以为网络层提供几种不同质量的链路服务。（2）小组讨论并完成课堂练习：（运用讨论法，教师提出问题，让学生小组讨论，然后教师评价）。（100分钟）1．有几种帧同步的方法？2．典型的差错检测控制方法有哪几种。3.阐述CRC和海明码的特点及区别。4．完成CRC的课堂练习。5.完成海明码课堂练习。四、课堂小结（40分钟）1．小结帧同步方法。2．检错码和纠错码的特点和区别。3.CRC和海明码的计算方法。五、作业布置（20分钟）1.复习本节课程的内容。2.预习下节课的内容。8.5.1-01-j-07教师授课教案（首页）共11页科目计算机网络基础第4章1-8节课题：局域网技术授课周第5-6周课时8班级21高级计算机网络应用3班21高级计算机网络应用4班授课方式讲授法讨论法练习法作业题数1拟用时间1学时教学目标了解以太网标准、特点、分类和体系结构，令牌环工作原理和令牌环网技术掌握局域网介质访问控制方法CSMA/CD和Token、交换概念、交换式以太网及全双工以太网

实训设备及材料计算机机房2．多媒体教室重、难点内容：重点内容：CSMA/CD和令牌环工作原理。解决方法：举例说明，学生讨论。难点内容：局域网介质访问控制方法CSMA/CD。解决方法：让学生用自己的语文阐述。教学过程一、组织教学：（20分钟）二、教学引入：（20分钟）三、教学过程：（280分钟）四、总结：（30分钟）五、作业布置：（10分钟）六、教学反思备注：适用于所有课程审阅签名：一、组织教学（20分钟）1.清点学生人数，保证出勤。2.控制教学课堂秩序，如玩手机、睡觉、聊天等现象。3.对本课程内容进行主要的介绍，强调本课程的重要性，引起学生对本课程的足够重视,今后学习其他计算机网络专业课程打下基础。二、教学引入：（20分钟）（通过适当的提问，引入这节课程的新内容）局域网主要采用哪几种拓扑结构？以太网NIC的MAC地址占多少位？由哪几部分组成？局域网常采用的介质访问控制方法有哪几种？网络适配器的基本功能是什么？以太网有哪些种类？三、教学过程：讲解任务，练习指导（280分钟）（1）内容讲解：运用讲授法，教师给学生演示讲解本节课程内容。（230分钟）局域网只涉及通信子网（物理层和数据链路层）的功能，它是同一个网络中节点与节点之间的数据通信问题，它不涉及网络层。4.1局域网介质访问控制域网种类较多，常用的有：以太网（Ethernet）、令牌环网（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）、光纤分布数据接口FDDI（FiberDistributedDataInterface）……1.局域网(LAN)具有以下特点：地理分布范围较小数据传输速率高误码率低局域网的归属较为单一一般采用分布式控制和广播式通信协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管理和扩充2.构建局域网需要考虑的问题拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法、通信协议和布线技术。3.局域网的拓扑结构局域网常采用总线型、环型、星型、树型拓扑和无线等结构。目前使用最多的是树型拓扑结构的以太网。4.1.1CSMA/CD和Token介质访问控制是指网络节点使用传输介质的控制规则，也就是协议（Protocol）。介质访问控制由数据链路层中的MAC子层协议完成。1.具有冲突检测的载波侦听多路访问CSMA/CD载波侦听多路访问（CSMA/CD）的含义（1）载波侦听：站点发送信号前，首先监听传输介质是否空闲。如果空闲，站点可发送信息；若忙则继续监听，一旦发现线路空闲，便立即发送。（2）多路访问：就是支持三个或者三个以上的设备接入，它允许多个设备共享同一信道。（3）冲突：是指两个以上节点同时发送数据，造成不同信号的叠加互相破坏而变成无意义的噪声。（4）冲突域：是在网路内部数据分组所产生与发生冲突的一个区域称为冲突域，所有的共享介质环境都是一个冲突域，它是连接在同一传输介质上所有工作站的集合。（5）冲突检测：冲突发生时，正在传输的设备会调用一个算法来回退一段时间，然后重传一次数据。

载波侦听时是检测线路上的电压值。如果没有电压，认为线路是空闲，可以开始数据传输。如果有电压值就等待传输介质空闲，再启动一次传输。CSMA/CD采用边发送边侦听（冲突检测）的技术。任一时刻只允许一个站点发送数据，可简单概括为“先听后发、边听边发、冲突停止和随机延迟后重发”四句话。2.令牌（Token）技术－“轮询型”Token采用轮流访问（排队）的公平方式，令牌（Token）是一个特殊短帧。网络中只有取得Token的节点才可以发送数据。当网络中没有站点发送数据时，令牌就沿环高速单向绕行。令牌访问介质方式的优点是：不存在竞争，因此不会出现冲突，常用于高负荷通信量较大的网络。令牌绕环一周的时间固定，实时性好，适用于控制型或实时性要求较高场合令牌单向流动，因此可使用带宽高的光纤作为传输介质。可以设置优先级，适用于集中管理。负荷较高时，有较好的响应方式。4.1.2网络适配器网络适配器（NetworkAdapters），又称网络接口卡NIC（NetworkInterfaceCard），简称网卡。1.网络适配器功能网卡工作在OSI/RM的第一、二层，完成物理层和数据链路层的功能。网卡的基本功能是：并行数据和串行信号之间的转换、数据帧的装配与拆装、介质访问控制和数据缓冲等。2.网卡的种类按传输速率分为10Mbps、100Mbps、10/100Mbp和1000Mbps网卡等。按位数可分为8位、16位和32位网卡等。按接口分为AUI、BNC、RJ-45、ST、SC插头网卡和无线网卡等。按总线可分为ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA等。3.Ethernet网卡Ethernet网卡中已将CSMA/CD功能集成到网卡中。4.NIC地址网卡(NIC)地址指物理地址，它也称为MAC地址或硬件地址。网卡地址由48位二进制数字组成（用12位十六进制数表示），例如：00-AA-00-3F-89-4A。高24位是由IEEE分配的厂商地址，低24位由生产厂商自己管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址在全球都是惟一的。4.2以太网4.2.1以太网体系结构IEEE802.3定义的以太网标准分为10兆以太网、快速（百兆）以太网、(FastEthernet)、千兆位以太网(GigabitEthernet)等。如10Broad36、10Base5等。标准中第1个数字表示以Mbps为单位的传输速率，最后一个数字或字母为电缆最大长度或电缆的类别。其中，Base为基带，Broad为宽带。1．以太网标准和分类2.以太网体系结构以太网涉及OSI/RM的物理层和数据链路层。物理层定义了介质相关接口（MDI）和连接单元接口（AUI）。数据链路层分为成介质访问控制MAC和逻辑链路控制LLC。MAC子层主要解决共享传输介质而引起的争用介质问题，如执行CSMA/CD、Token。3.协议数据单元PDU4.MAC帧格式5.以太网特点以太网结构简单，易于实现，技术相对成熟，网络连接设备的成本越来越低。4.2.210兆以太网1.10兆以太网的分类：10Base5（IEEE802.3）、10Base2、10Base-T（IEEE802.3i、10Base-F、10Broad36。6.10兆以太网的中继规则5-4-3-2-1，也称黄金规则。从任一个发送端到接收端之间只能有5个网段；从任一个发送端到接收端之间只能经过4个中继器；其中的3个网段可增加站点；另2个网段只能作为中继链路，不能连接站点、整个网络组成了1个冲突域。因此：标准以太网10Base5的最大网络长度为2500m（超过2500m时，1个帧传送完毕后，在第2个帧传输前不能检测到是否有冲突）。4.3交换式和全双工以太网1.交换的提出使用集线器连接的为共享式以太网，平分网络带宽，所有站点属于同一个冲突域。交换技术受传统的电路交换的启示，让正在通信的双方拥有一条不受干扰的独立信道。交换式以太网可以实现多对用户之间的点到点通信。2.交换式以太网使用交换机（Switch）连接的以太网是交换式以太网，交换机是一种特殊的网桥，它的一个端口是一个冲突域。交换机能够识别出帧的目的地址，并把帧只发送到目标站点连接的相应端口。交换机工作原理如图所示。2.交换式以太网交换式以太网不受5-4-3-2-1中继规则的限制，也不受205m冲突域直径的限制。全交换式以太网冲突域直径只受传输介质本身影响。3.共享式以太网和交换式以太网的区别信道类型不同带宽的区别通信方式的区别拓扑结构不同冲突域直径区别4.全双工以太网共享式以太网都以半双工方式工作。全双工以太网一定是交换式以太网，而交换式以太网不一定是全双工以太网。全双工以太网中网卡、交换机和链路必须也是全双工的。4.4千兆位以太网(GigabitEthernet)4.4.1千兆位以太网的分类1000Base-SX 使用短波激光作为信号源1000Base-LX（IEEE802.3z）使用长波激光作为信号源1000Base-CX使用一种特殊规格的高质量平衡屏蔽铜质双绞线对电缆1000Base-T（IEEE802.3ab）使用4对（全部8根线）超5类UTP4.4.2千兆位以太网的特点1．千兆位以太网的优点（1）简易性（2）扩展性（3）可靠性（4）经济性（5）广泛应用性4.510吉比特以太网（10GE）1．10吉比特以太网的特点：①向下兼容②全双工模式③传输介质为光纤④可选择多种编码方式⑤支持局域网、城域网和广域网接口。2．10吉比特以太网物理层协议（1）局域网物理层标准10吉比特以太网的帧格式与以前的以太网帧格式一致，工作速率为10Gbps。因此，10吉比特以太网可以用最小的代价升级并兼容现有的10/100/1000Mbps局域网，并使现有局域网的网络范围最大达到40km。4.6其他常见局域网令牌环网（TokenRing）、令牌总线（TokenBus）、光纤分布数据接口（FDDI）。4.7常用局域网协议1.IEEE802局域网标准，由指IEEE802委员会负责制定的局域网标准。2.NetBEUI协议和IPX/SPX协议。（2）小组讨论：（运用讨论法，教师提出问题，让学生小组讨论，然后教师评价）。（50分钟）1.CSMA/CD的工作原理？2.交换式以太网的特点。3.以太网的类别。四、课堂小结（30分钟）局域网种类较多，占主导地位的有Ethernet、TokenRing、TokenBus和FDDI等体系结构。局域网介质访问控制主要有CSMA/CD和Token两种，现在组建局域网都以Ethernet为主，Ethernet采用“争用型”的CSMA/CD介质访问方法。Hub连接的为共享式以太网；使用交换机连接的以太网为交换式以太网，交换式以太网不受5-4-3-2-1中继规则的限制，100M以太网冲突域直径也不受205m的限制。五、作业布置（20分钟）1.复习本节课程的内容。2.完成本章课后习题2.预习下节课的内容。8.5.1-01-j-07教师授课教案（首页）共10页科目计算机网络基础第5章1-4节课题：网络层、传输层和高层协议授课周第7-8周课时8班级21高级计算机网络应用3班21高级计算机网络应用4班授课方式讲授法讨论法练习法作业题数1拟用时间1学时教学目标了解会话层、表示层和应用层各层功能,面向连接和无连接的概念掌握传输层、网络层的功能和路由选择概念掌握数据报和虚节能电路等数据交换技术实训设备及材料计算机机房2．多媒体教室重、难点内容：重点内容：传输层、网络层的功能和路由选择概念。解决方法：举例讲解。难点内容：数据报和虚节能电路等数据交换技术。解决方法：学生讨论然后阐述。教学过程一、组织教学：（20分钟）二、教学引入：（30分钟）三、教学过程：（260分钟）四、总结：（30分钟）五、作业布置：（20分钟）六、教学反思备注：适用于所有课程审阅签名：一、组织教学（20分钟）1.清点学生人数，保证出勤。2.控制教学课堂秩序，如玩手机、睡觉、聊天等现象。3.对本课程内容进行主要的介绍，强调本课程的重要性，引起学生对本课程的足够重视,今后学习其他计算机网络专业课程打下基础。二、教学引入：（30分钟）（通过适当的提问，引入这节课程的新内容）网络层有什么功能？路由的概念？路由器如何进行路由选择？三、教学过程：讲解任务，练习指导（260分钟）（1）内容讲解：运用讲授法，教师给学生演示讲解本节课程内容。（200分钟）物理层的数据传输单位是位，如同一个学校的一个学生；数据链路层的传输单位是帧；如同班级中的一个小组；而网络层的数据传输单位是包，如同一个学校的一个班级。物理层和数据链路层考虑节点间直接相连的情形（AN内），而从网络层开始，则考虑源和目的节点存在许多中间节点的情形（WAN内）。5.1网络层网络层是通信子网的最高层，主要任务是提供路由，完成数据交换、拥塞控制、阻塞与死锁处理和网际互联等问题。网络层数据单元称为分组或者叫包（Packet）。5.1网络层1、网络层的主要作用建立网络连接，提供网络地址，提供寻址实现网络数据单元（包）的传送（数据交换）路由选择拥塞控制差错控制消除通信子网的质量差异确定网络层服务质量参数，如网络吞吐量、网络延迟等5.1.1数据交换方式数据从源节点到目标节点之间的数据传输过程称为数据交换（Switch），其对应的技术称为数据交换技术。常用的数据交换技术有电路交换、存储-转发交换、包（分组）交换、ATM信元交换和帧中继等。1.电路交换电路交换（CircuitSwitching）源于电话交换技术。数据传输前，先由一端发起呼叫开始建立连接，直到两端建立起一条通路，然后才开始进行数据传输。在整个传输期间，该通路一直为通信双方独占，直到通信结束后才释放线路。电路交换过程需要线路连接、数据传输和线路拆除三个阶段。电路交换的优缺点：电路交换的优点是数据以固定速度传输，传送快，延迟小，适用于实时传输、远程成批处理、发送大量数据和持续通信要求高的场合。缺点是整个连接过程的信道容量完全被通信双方占用，线路利用率不高。2.存储转发交换存储转发交换也称报文交换，源于电报传输方式。存储转发交换时，传输前先将需要发送的数据分割成一定大小的块（报文），一个报文被存储在节点上并不立即发送，而是等到信道或路由中的下一节点的缓冲器空闲时再发送出去。存储转发交换有如下特点：(1)多个源可同时共享信道，线路利用率高，(2)传输可靠性高，具有检验方法和重发措施，可选不同路由发送信息。(3)使用灵活，两个传输速率不同或代码不同的节点也可以连接起来。(4)网络传输延迟长，不适合实时或交互通信。3.包交换包交换（Packetswitching）也称分组交换。在包交换网络中，数据单元（包或分组）是大小可变的数据块，包的长度由网络确定。包交换有虚电路和数据报两种方式。（1）数据报方式数据报（面向无连接，无需呼叫等连接过程）方式中，每个包在传输时都是一个独立的传输单元（包含源和目标地址），传输时自己选择传输路径，即使若干个包可能属于同一个报文时也是如此（2）虚电路方式虚电路（面向连接，传输前需建立路径）传输过程时，属于同一个报文的所有包之间的先后顺序被保留了下来，源节点和目的节点之间路径在会话开始的时候先被选中，即先建立一条逻辑通路。（3）两者区别数据报方式提供面向无连接、不可靠的传输服务，它充分利用传输线路，传输效率高；虚电路方式提供的是面向连接、可靠的传输服务，相比而言，速度较慢。5.1.2网络层的功能1.面向连接的服务面向连接的服务主要是虚电路服务（电话型服务）。这种方式在数据传输时，需要经过连接的建立、维持（数据传输）和连接的拆除三个阶段。2.面向无连接的服务面向无连接的服务主要是数据报服务（电报型服务）。数据传输不需建立连接和拆除过程，各个数据包都有自己的控制信息，它将差错控制、流量控制和包的排序等均交给传输层处理。5.1.3路由选择广域网中源节点和目的节点之间一般有多条传输路径供选择，网络中每个中间节点在收到一个数据包后，都要确定向下一个节点传送的路径，这就是路由选择。完成路由选择的设备是路由器。在数据报方式中，网络中的每个中间节点要为每个包的路由做出选择；而在虚电路方式中，在连接建立时就已确定好路由。路由选择的工作由路由器完成；路由器根据路由表进行操作；路由表通过路由算法生成；路由算法由路由协议确定。1.静态路由选择策略：扩散法、固定路由选择、随机路由选择。2.动态路由选择策略：独立路由选择、集中路由选择、分布路由选择。5.1.4拥塞控制拥塞也称阻塞，是指源和目的节点之间中某一个中间节点缓存中的包数量过多。5.2传输层传输层处于通信子网和资源子网之间，起着承上启下的作用传输层的传输单位为段高三层的传输单位为报文5.2.1传输层的功能传输层是OSI/RM的核心，它提供的服务类似于数据链路层。区别是数据链路层控制局域网中单条链路上“点到点”传输的情形，而“端到端”是指从源端到目的端，中间可以有一个或多个交换节点.5.2.1传输层的功能传输层功能有下面几个：端到端的传递、寻址、可靠传递、流量控制、复用、分段和重组。5.2.2面向连接和面向无连接（1）面向连接的协议是指在源端和目的端之间建立一条虚电路或路径，然后，属于同一个的报文的所有数据包都在这一路径上传递。（2）面向无连接的传输服务只为上层提供一种类型的服务，它为所有传输提供单个独立的数据单元。典型的传输层协议是TCP/IP协议中的TCP和UDP。其中，传输控制协议TCP协议是面向连接的协议，用户数据报协议UDP是面向无连接的协议。TCP和UDP都建立在网际层IP协议基础之上。5.3.1会话层会话层的作用是建立、维护和同步正在进行通信的高层之间的会话。会话层提供的主要服务有：数据交换、隔离服务、与会话管理有关的服务、会话层与传输层的交互、同步点。5.3.2表示层表示层解决通信中所涉及的信息表示问题，如数据的编码翻译、数据的加密/解密、认证及数据的压缩与解压缩等。5.3.3应用层应用层负责网络中各种应用程序和网络操作系统之间的联系，并完成用户提出的各种网络服务及各种应用所需的监督、管理和服务等各种协议，此外，该层还负责协调各个应用程序之间的工作。（2）小组讨论：（运用讨论法，教师提出问题，让学生小组讨论，然后教师评价）。（60分钟）1、传输层的作用有哪些？2、应用层的作用有哪些？3、电路交换和报文交换的特点分别是什么？四、课堂小结（30分钟）1.物理层的传输单位是数据流，数据链路层的传输单位是数据帧，网络层的传输单位是数据包，传输层的传输单位是数据段，高三层的传输单位是报文。2.常用的数据交换技术有电路交换、存储-转发交换、包（分组）交换、ATM信元交换和帧中继等。3.包交换分为和虚电路两种方式。4.路由选择的工作由路由器完成；路由器根据路由表进行操作；路由表通过路由算法生成；路由算法由路由协议确定。5.第三层以下各层的通信为系统间通信，而会话层以上为进程间的通信。6.高三层属于资源子网，低三层属于通信子网，传输层位于资源子网和通信子网之间。五、作业布置（20分钟）1.复习本节课程的内容。2.完成本章课后习题3.预习下节课的内容。8.5.1-01-j-07教师授课教案（首页）共15页科目计算机网络基础第6章1-6节课题：中继器、网桥、路由器、网关、三层交换和高层交换授课周第8-9周课时10班级授课方式讲授法讨论法练习法作业题数1拟用时间1学时教学目标1.掌握中继器和集线器的性能、作用和分类2.掌握网桥和交换机的特点、工作原理和性能参数3.掌握路由器的分类和工作原理4.掌握网关的分类和作用5.掌握三层交换和多层交换的概念实训设备及材料1.计算机机房2.多媒体教室重、难点内容：重点内容：中继器和集线器的性能、作用和分类难点内容：交换机、路由器的分类和工作原理教学过程一、组织教学：（20分钟）二、教学引入：（30分钟）三、教学过程：（350分钟）四、总结：（30分钟）五、作业布置：（20分钟）六、教学反思备注：适用于所有课程审阅签名：一、组织教学（20分钟）1.清点学生人数，保证出勤。2.控制教学课堂秩序，如玩手机、睡觉、聊天等现象。二、教学引入：（30分钟）（通过适当的提问，引入这节课程的新内容）1.网络互联设备有哪些？2.路由的概念？3.路由器如何进行路由选择？三、教学过程：讲解任务，练习指导（350分钟）（1）内容讲解：运用讲授法，教师给学生演示讲解本节课程内容。（260分钟）6.1网络互联概述1．网络互联类型计算机网络有局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN），网络互联主要是这几种网络之间的互联。2．网络互联层次OSI/RM共有7个层次，不同功能层次的网络互联时，所选择网络互联设备也不同。网络互联按功能层次划分，主要有物理层互联、数据链路层互联、网络层互联和高层互联。相应的网络互联设备有中继器、网桥、交换机、路由器和网关等，它们和OSI/RM的对应关系如图6-1所示。中继器和网桥用于局域网内部连接；路由器和网关用于广域网的连接。6.2物理层互联设备——中继器6.2.1中继器（Repeater）中继器（Repeater）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。例如，10Base5网络的传输距离为500m，使用了中继器后，网络直径可延长到2500m。由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。这就是在4.2节中介绍的5-4-3-2-1中继规则。6.2.2集线器（Hub）集线器（Hub）属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网（LAN）环境，像网卡一样，应用于OSI参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联，当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。1．集线器的分类集线器分为独立型、堆叠式和模块化三种。2．集线器的特点中继器和集线器工作在物理层，它们所连接的网络在物理层以上使用相同或兼容的协议。同时，它们具有相同的特点，优缺点也类似。使用中继器或集线器有如下优点：①安装简单方便，基本上不需要配置。②既可以连接使用相同传输介质的局域网（如10Base-T），扩大网络的规模，延长传输距离，增加网络的节点数，也可连接不同传输介质和接口的局域网。3．广播风暴广播风暴也叫网络广播风暴，广播风暴（broadcaststorm）故障，即一个数据包或帧被传送到本地网段（由广播域定义）上的每个节点就是广播；网络上的广播帧由于被转发，数量急剧增加而出现正常网络通信的反常现象。广播风暴会占用相当可观的网络带宽，导致正常数据包无法正常运行。当广播数据充斥网络无法处理并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，这就发生了广播风暴，造成局域网局部或整个网络瘫痪。导致广播风暴的原因有很多，当网卡或集线器的一个端口出现故障或网络病毒泛滥时，都有可能引发广播风暴。网卡检测网络载波或者发送数据包，都会随时向网络中传输广播数据，因此，即使没有用户发送数据帧，网络上也会出现一定数量的广播帧。当网络中节点数过多，网络负荷过大，就会导致网络延时加大，数据无法传输，网络处于瘫痪状态，出现广播风暴。广播风暴可以通过仔细配置网络的方法，阻止非法广播消息进行传播。6.3数据链路层互联设备——网桥6.3.1网桥（Bridge）网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储/转发设备，它能将一个大的LAN分割为多个网段，或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN，使LAN上的所有用户都可访问服务器。网桥像一个聪明的中继器，有存储转发的功能。中继器从一个网络电缆里接收信号，放大它们，将其送入下一个电缆。相比较而言，网桥接收一个完整的数据帧后，根据物理地址（网卡地址或MAC地址）以数据进行过滤和转发，通过对数据帧筛选实现网络分段，缩小冲突域。网桥对从关卡上传下来的信息更敏锐一些。网桥是一种对帧进行转发的技术，根据MAC分区块，可隔离碰撞正确吗?答：已修订。。网桥将网络的同一网段在数据链路层连接起来，只能连接同构网络（同一网段），不能连接异构网络（不同网段）。正确吗?答：已修订。6.3.2交换机（Switch）交换机是网桥的一种，使用它所连接的以太网为交换式以太网，在工业上是指工作在第二层的网络互联设备，现在交换技术可以工作在网络层及应用层。因此有所谓的第三层、第四层及高层交换的概念。这里只讨论工作在第二层的交换机。交换机和集线器从外观上看十分相似，它是一种低价位高性能的多端口网络设备，除了具有集线器的全部特性外，还具有自动寻址、数据交换等功能。交换机的工作原理当交换机收到数据时，它会检查它的目的MAC地址，然后把数据从目的主机所在的接口转发出去。交换机之所以能实现这一功能，是因为交换机内部有一个MAC地址表，MAC地址表记录了网络中所有MAC地址与该交换机各端口的对应信息。某一数据帧需要转发时，交换机根据该数据帧的目的MAC地址来查找MAC地址表，从而得到该地址对应的端口，即知道具有该MAC地址的设备是连接在交换机的哪个端口上，然后交换机把数据帧从该端口转发出去。①交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。②交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。③如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。这一过程称为泛洪（flood）。④广播帧和组播帧向所有的端口转发。交换机的分类（1）广义上交换机的分类广义上交换机分为广域网交换机和局域网交换机两类，局域网交换机还分为半双工、全双工、三层交换机等两处都是局域网交换机的分类,正确吗?答：已修订。。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信基础平台，而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备等。两处都是局域网交换机的分类,正确吗?答：已修订。（2）局域网交换机的分类局域网交换机又可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种两处都是局域网交换机的分类,正确吗?答：已修订。，它们分别适用于以太网、快速以太网、FDDI、ATM和令牌环网等环境。局域网交换技术有帧交换和ATM交换等。其中帧交换是应用最广泛的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域、获得高的带宽。ATM交换则采用53个字节的固定长度信元交换，由于长度固定，因而便于用硬件实现。ATM采用统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数吉比特传送能力。两处都是局域网交换机的分类,正确吗?答：已修订。（3）从应用规模上交换机的分类在应用规模上，交换机又分为企业级交换机、部门级交换机和工作组交换机等，各厂商划分的标准并不完全一致。企业级交换机都是机架式，部门级交换机可以是机架式，也可以是固定配置式，而工作组级交换机一般为固定配置式，功能较为简单。一般作为骨干交换机时，支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机，支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机，而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。6.4网络层互联设备——路由器（Router）网络层互联设备主要是路由器，它可以访问物理地址，同时还包含软件。当它接收到数据包时，负责寻址，选择转发到下一个节点的最佳路径。它广泛应用于局域网和局域网、局域网和广域网、广域网和广域网之间的互联，而且是Internet、Intranet和Extranet中必不可少的设备之一。6.4.1路由器的基本概念1．路由器路由器工作于网络层，从事不同网络之间的数据包（Packet）的存储和分组转发，是用于连接多个逻辑上分开的网络（所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网）的网络设备。路由器所互联的网络都是独立的子网，它们可以有不同的拓扑结构、传输介质和介质访问控制方法。它所连接网络的网络ID可以不同，或者使用的协议也有可能不同。因此，路由器在多个网络之间提供网间服务，并具有相应的协议转换功能。例如，通过TCP/IP将若干个以太网连接到X.25包网络上；利用路由器连接Ethernet、FDDI、ATM和DDN网络等，如图6-3所示。当两个局域网要保持各自不同的管理控制范围时，就需要使用路由器，而不用网桥。6.4.2路由器的工作原理路由器工作在网络层，它改进了网桥的功能。路由器将数据链路层的数据帧“封装”到含有路由和控制信息的数据包中，并在公共数据网中传输。当路由器收到一个数据包后，就读出其中的源和目标网络地址（如IP地址），然后根据路由表中的信息，利用复杂的路由算法，为数据包选择合适的路由，并转发该数据包。数据包到达目标节点前的路由器后，再将其分解为数据链路层所认识的数据帧，并把它传输到目标节点。互联的网络是远程连接时，一般在源和目标网络之间存在多个不同的路径。所谓路由器的路径选择就是根据路由表中的信息自动选择其中的一条最佳路径，而路由表是根据路由算法生成的。6.4.3路由器的分类和作用1．路由器的分类路由器按照不同的划分标准有多种类型，如表6-2所示。2．路由器的作用路由器是互联网的主要设备，它具有以下3个基本功能。①连接功能。路由器不但可以连接不同的LAN，还可以连接不同的网络类型（如LAN或WAN），不同速率的链路或子网接口。②网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能。路由器为每一种网络层协议建立路由表，并对其加以维护。③设备管理。由于路由器工作在网络层，因此可以了解更多的高层信息，可以通过软件协议本身的流量控制功能控制数据转发的流量，以解决拥塞问题。路由器还可以提供对网络配置管理、容错管理和性能管理的支持。6.5高层互联设备——网关（Gateway）1．网关的功能网关也叫网间协议变换器，它是比网桥与路由器更复杂的网络互连设备。网关可以实现不同协议的网络间的互连，包括不同网络操作系统的网络间的互连，也可以实现局域网与远程网间的互连。当两个完全不同的网络（不仅硬件不同，整体结构、数据类型和通信协议也可以完全不同）连接时，通常使用网关，如图6-4所示。网关工作在高三层（会话层、表示层和应用层），作用于OSI/RM的所有七层中。网关可以设在服务器、微机或大型机上。由于网关具有强大的功能并且大多数时候都和应用有关，它们比路由器的价格要贵一些。另外，由于网关的传输更复杂，它们传输数据的速度要比网桥或路由器低一些。正是由于网关较慢，它们有造成网络堵塞的可能。网关通常是安装在路由器内部的软件。所以，在Internet中，常将路由器和网关两个概念混用。一般的PC也可以作为网关的硬件平台。例如，安装了防火墙软件的计算机就是一种网关。较为复杂的网络可以是硬件和软件集成在一起的复杂设备。2．网关的分类按照不同的分类标准，网关也有很多种。目前，网关主要有3种：协议网关、应用网关、安全网关。协议网关：通常在使用不同协议的网络区域间完成协议转换。应用网关：是在使用不同数据格式间翻译数据的系统。安全网关：是各种技术的融合，具有重要且独特的保护作用，其范围从协议级过滤到十分复杂的应用级过滤。6.6三层交换和高层交换6.6.1三层交换的概念1．二层交换的优点及三层的瓶颈问题共享式集线器组成的局域网中所有站点都处于同一个冲突域，而交换机可以通过检查帧头的目标地址，通过高速背板总线将数据帧只转发到连接目标站点的端口。因此，交换机成为局域网的主要组成部分，和集线器相比，它提供的带宽高，从集线器升级到交换机对用户是透明的，即将网络中的集线器换成交换机，网络中的其他都不用改变，而每个端口就可独占带宽了。第二层采用了交换技术提高了吞吐率，但是在网络的高层出现了瓶颈。这主要是为了消除过多的广播和提供一定的安全机制，同时也是为了使交换式网络有更好的伸缩性，常将一个大型网络划分为许多独立的子网。但大型扁平式的交换网络会有广播风暴、扩展树环路、网络间的安全以及低效率的寻址等问题，因此在20世纪80年代将路由器引入到桥接式网络中。路由器在交换式网络中的作用是不能替代的，但是高性能的LAN交换机可以以每秒数百万个数据包向园区主干网发送数据包，而主干上的路由器却最多只能接受100万个数据包的一半，这样网络中就有可能出现瓶颈。随着内部网中网络用户以及交换机数量的不断增加，第三层的瓶颈现象也变得更加严重。路由器对每个到来的包根据目标地址选择一条合适的路径，每次路由都要花费时间，就像公路上的收费站，容易拥塞。二层交换能力强，速度快，三层路由慢，这就是瓶颈。2．三层交换机交换机和路由器相比，交换机的转发能力更强，用户端也无需任何特定的配置。要构建高性能的局域网，传统的路由器的数据转发能力不堪重负，但路由器又拥有交换机所没有的功能——路由功能。因此，各个网络设备厂商推出了一个综合路由器和交换机功能的产品，即三层交换机，也称交换路由器或路由交换机。三层交换机可以将第二层的交换（高性能和强大的网络流量转发能力）和第三层的路由功能（具有网络可伸缩性）结合起来，再集成一些特殊的服务而形成的。例如，在构造一个千兆位以太网的网络时，采用三层交换机可以以线速度交换整个园区网的流量，同时又能满足IP和IPX等在第三层路由上的要求，有效地消除了第三层的瓶颈。现在较为流行的大型局域网（如Intranet）多采用三层交换机，结构如图6-5所示。3．三层交换的优点（1）多伸缩性三层交换可以将ATM交换集成到基于数据包的网络核心中，同时又不存在第二层采用交换网络、而为了网络伸缩性在第三层采用路由器而引起的瓶颈问题。（2）流量管理因为第三层是基于路由同时又集成了第二层的交换功能，因此简化了网络的流量管理。通过控制穿过第二层结构的网络流量来支持平衡负载的能力，在第三层也支持这种功能，可以增加网络管理员对基于路由器互联网络中的数据包流量的控制。（3）高性能三层交换可以通过简化包转发和采用交换技术，实现高性能的网络平台，使交换机平台可以支持数千兆的高速接口。6.6.2三层交换技术三层交换技术就是二层交换技术加上三层转发技术。它解决了局域网划分子网后，必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。三层交换是现代局域网交换和路由技术的一个实用性的发展。交换技术由于其本身所固有的比路由器更加廉价的特性，而消除了限制网络增长和吞吐效率方面的约束，同时为千兆网的应用构建了基础。1996年3月，Ipsilon公司提出了一种可以在