《计算机网络技术基础 》（王崇刚）教案 （理论部分） 网络互联技术（一）网络互联概述与网络互连介质

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课题网络互联技术（一）——网络互联概述与网络互连介质课时2课时（90min）教学目标知识技能目标：（1）理解网络互连的主要原因（2）掌握网络互连的类型（3）了解实现网络互连的基本要求（4）掌握双绞线的组成结构与传输特性（5）掌握双绞线的分类与特点（6）掌握同轴电缆的分类与特点（7）掌握光纤的传导机理与分类（8）理解光纤通信技术（9）掌握无线传输介质的种类思政育人目标：体会网络互联技术的发展为现实生活带来的巨大改变，帮助学生增长知识、丰富见识，培养学生珍惜学习时光的习惯，鼓励学生努力追求真理的科学精神，为实现民族复兴的伟大愿望而奋斗。教学重难点教学重点：网络互连的主要原因、网络互连的基本要求、网络互联介质教学难点：网络互联技术的内涵、双绞线的组成结构与传输特性、光纤的传导机理教学方法问答法、讨论法、讲授法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材、文旌课堂APP教学设计第1节课：传授新知（28min）第2节课：传授新知（35min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图第一节课考勤

（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到【学生】按照老师要求签到培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（5min）【教师】通过信息孤岛提出以下问题：信息孤岛中，数据孤岛是最普遍的形式，存在于所有需要进行数据共享和交换的系统之间。随着企业计算机技术运用的不断深入，不同软件间，尤其是不同部门间的数据信息不能共享，设计、管理、生产的数据不能进行交流，数据出现脱节，即产生信息孤岛，势必给企业的运用带来信息需要重复多次的输入、信息存在很大的冗余、大量的垃圾信息、信息交流的一致性无法保证等困难。思考：我们有哪些方法可以减轻信息孤岛带来的影响呢？【学生】聆听、思考【教师】通过学生的回答引入要讲的知识引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（28min）【教师】结合教材讲解网络互联技术概述随着计算机技术、通信技术和计算机网络技术的飞速发展，以及计算机网络的广泛应用，单一的网络的环境已经不能满足社会对信息的需求，往往还需要将多个相同或不同类型的计算机网络相互连接在一起，组成规模更大、功能更强的网络，以实现更广泛的资源共享和信息交流。一、网络互连概述1．定义网络互联是把分布在不同地理位置的计算机网络用互联设备连接起来，形成一个范围更广、规模更大的计算机网络系统，实现更大范围内的资源共享和数据通信。（1）两种情况①实现各网段或子网之间的数据传输、通信、交互与资源共享。②增加网络性能或便于管理（2）互联网由相同或不同类型的子网络互连而成的大型计算机网络称为互连网络，简称为互联网。基于TCP/IP模型的因特网（Internet）就是由全世界无数的网络通过网络互连技术连接起来的，是国际上使用最广泛的一种互联网。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：网络互联和物联网的联系与区别。✈【学生】聆听、思考、回答问题2．网络互连的主要原因（1）扩展网络覆盖范围的需要增加局域网内部的通信距离，扩展局域网的覆盖范围。（2）扩大资源共享范围的需要避免信息孤岛、信息资源共享（3）网络分割的需要提高网络的可靠性和安全性，使网络更易于管理和维护。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：网络互联的优缺点✈【学生】聆听、思考、回答问题3．网络互连的类型✈【教师】提出问题，课堂互动思考：计算机网络从传输距离上可以分为哪几种类型？✈【学生】聆听、思考、回答问题网络互连的类型主要有以下四种：（1）局域网（LAN）—局域网（LAN）互连。在实际应用中，局域网与局域网之间的互连是最常见的一种。（2）局域网（LAN）—广域网（WAN）互连。局域网和广域网互连也是常见的网络互连类型。（3）局域网（LAN）—广域网（WAN）—局域网（LAN）互连。这种类型是指两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网互连。（4）广域网（WAN）—广域网（WAN）互连。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：以上几种类型的典型应用？（1）局域网（LAN）—局域网（LAN）互连它包括两种情况：①同类型局域网之间的互连，例如，以太网与以太网之间的互连；②不同类型局域网之间的互连，例如，以太网与令牌网互连、以太网与ATM网互连。（2）局域网（LAN）—广域网（WAN）互连例如，企业网、校园网通过电信接入因特网。（3）局域网（LAN）—广域网（WAN）—局域网（LAN）互连。例如，众多全球型大企业的专用网（4）广域网（WAN）—广域网（WAN）互连例如，因特网✈【学生】聆听、思考、回答问题4．实现网络互连的基本要求两个子网要实现互连，并达到相互之间信息交流与资源共享的目的，必须满足以下几个基本条件：（1）在互连网络之间至少应当有一条在物理上连接的链路以及对这条链路的控制规程。（2）不同网络节点的应用程序间提供适当的路径来传递数据。（3）协调各个网络的不同特性，不对参与互连的某个网络的硬件、软件、网络结构或协议做大的修改。（4）不能为提高整个网络的传输性能而影响各子网传输性能。（5）向互连的网络提供不同层次的服务功能，包括协议的转换，分组的分段、组合和重定序以及差错检测等。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：简要概括实现网络互连的基本要求（1）互联层次问题（2）寻址问题（3）数据传送问题（4）访问控制问题（5）连接方式问题✈【学生】聆听、思考、回答问题【学生】聆听、思考、记忆通过教师的讲解和演示，帮助学生掌握网络互连的定义、网络互连的主要原因、网络互连的类型以及实现网络互连的基本要求课堂互动（10min）【教师】提出问题，要求学生讨论并回答问题实现网络互连除了上述要求外，还有哪些其他需要注意的呢？网络互联还应当遵守以下基本准则：（1）屏蔽或者容纳各个物理网络的差别；（2）隐藏各个物理网络的实现细节；（3）为用户提供通用透明服务【学生】思考、讨论、回答问题通过练习题巩固所学知识，加深对知识点的理解第二节课问题导入（5min）【教师】引入新课信息高速公路就是把信息的快速传输比喻为“高速公路”。所谓“信息高速公路”，就是一个高速度、大容量、多媒体的信息传输网络。其速度之快，比当时网络的传输速度高1万倍；其容量之大，一条信道就能传输大约500个电视频道或50万路电话。此外，信息来源、内容和形式也是多种多样的。网络用户可以在任何时间、任何地点以声音、数据、图像或影像等多媒体方式相互传递信息。而在计算机网络中，网络互连介质是连接各网络节点，承载网络中传输数据的物理实体。在传输过程中有着至关重要的作用。思考：根据以往所学想一想网络互联介质是如何发挥作用的？【学生】聆听、观看、思考、讨论【教师】通过学生的回答引入要讲的知识通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知

（35min）【教师】结合教材讲解网络互联介质根据介质的物理特征，网络互连介质分无线传输介质和有线传输介质两大类。目前常用的无线传输介质有无线电波、微波和红外线等，常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。一、双绞线双绞线是一种综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。1．双绞线的组成结构双绞线（又称双扭线）是当前最普遍的传输介质，其电缆中封装着一对或多对双绞线。（1）每对双绞线通常由两根具有绝缘保护层的铜导线组成（2）每根铜导线的绝缘层上分别涂有不同的颜色，以示区别2．双绞线的特点（1）传输距离远、传输质量高（2）布线方便、线缆利用率高（3）抗干扰能力强（4）可靠性高、使用方便（5）价格便宜，取材方便3．双绞线的工作原理双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。采用这种方式，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，也可以降低多对绞线之间的相互干扰。把两根绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的，在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除，从而提取出有用信号。4．双绞线的传输特性双绞线主要是用来传输模拟声音信息的，但在短距离时同样适用于数字信号的传输。（1）局限性双绞线在传输数据时，信号的衰减比较大，容易产生波形畸变。（2）传输特性采用双绞线的局域网的带宽取决于所用双绞线的质量、长度及传输技术。当距离很短且采用特殊的电子传输技术时，传输率可达100Mbps～1000Mbps。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：双绞线的适用场景。✈【学生】聆听、思考、回答问题5．双绞线的分类（1）根据有无屏蔽层，双绞线可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP）两类：①非屏蔽双绞线UTP外观：非屏蔽双绞线保护层较厚，包皮上通常标有类别号码，如“CAT5”字样表示为5类非屏蔽双绞线。常用类型：非屏蔽双绞线分为1～6类，最常用的为5类非屏蔽双绞线，适用于语音和多媒体等100Mbps的高速和大容量数据的传输，常用于10Base-T和100Base-T等以太网，超5类双绞线也属于非屏蔽双绞线。②非屏蔽双绞线UTP的优点无屏蔽外套，直径小，节省所占用的空间，成本低；重量轻，易弯曲，易安装；将串扰减至最小或加以消除；具有阻燃性；具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线③屏蔽双绞线STP外观：屏蔽双绞线（STP）的外面有一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听。④屏蔽双绞线STP优缺点屏蔽双绞线具有较高的数据传输速率，但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：在双绞线电缆内,不同线对具有不同的扭绞长度,这样做的原因为何？✈【学生】聆听、思考、回答问题（2）按照频率和信噪比进行分类：双绞线常见的有五类线和超五类线，以及六类线，前者线径细而后者线径粗。①五类线（CAT5）：主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。②超五类线（CAT5e）：超5类具有衰减小，串扰少，具有更高的衰减与串扰的比值（ACR）和信噪比（SNR）、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网。③六类线（CAT6）：六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。6．双绞线连网时的特点双绞线一般用于室内星型网络的布线，每条双绞线通过两端安装的RJ-45连接器（俗称水晶头）与网卡和集线器（或交换机）相连，两个网络端口之间的最大距离为100m。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：再组网时如果想要加大网络范围应当如何操作？如果要加大网络的范围，在两段双绞线电缆间可安装中继器；但最多只能安装4个中继器，因此网络的最大范围为500m。这种连接方法也称之为级连。✈【学生】聆听、思考、回答问题二、同轴电缆同轴电缆由一根空心的圆柱体和其所包围的单根内导线组成的，是网络中最常用的具有保护套的传输介质。1．组成同轴电缆从里到外依次是中心铜线、绝缘层、网状导体和塑料封套，这四个部分具有同一个轴心。2．优点同轴电缆的屏蔽性能好、抗干扰能力强，具有更高的带宽和噪声抑制特性。3．常用类型广泛使用的同轴电缆有两种：一种是阻抗为50欧姆的基带同轴电缆，另一种是阻抗为75欧姆的宽带同轴电缆。（1）基带同轴电缆只用于传输数字信号，可作为计算机局域网的传输介质。基带同轴电缆的带宽取决于电缆长度。电缆增长，其数据传输率将会下降；短电缆可获得较高的数据传输率。当传输距离小于1km时，传输速率可达到50Mbps，误码率为10−7～10−11。（2）宽带同轴电缆既可用于传输模拟信号，也可传输数字信号。适用于长途电话网、电缆电视系统及宽带计算机网络。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：同轴电缆的优缺点？✈【学生】聆听、思考、回答问题三、光纤1．定义光纤，是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理传递光脉冲，实现光信号传输的新型材料。2．特性不受外界的电磁干扰或噪声影响，在有大电流脉冲干扰的环境下也能保持较高的数据传输率并提供良好的数据安全性，是电气噪声环境中最好的传输介质。3．应用常用于以极快的速度传输巨量数据的场合。光纤好像是人体中的血管，被作为通信网络的主干，用于在各种网络设备之间提供最快和容错性最好的数据通路。4．光纤的结构与传导机理由透明材料做成的纤芯和在周围采用比纤芯的折射率稍低的材料做成的包层和涂敷层构成的多层介质结构的对称圆柱体。结构：（1）纤芯直径约5μm～75μm，材料主体是二氧化硅，里面掺极微量的其他材料，如二氧化锗、五氧化二磷等。掺杂的作用是提高材料的光折射率。（2）纤芯外面有包层，包层有一层、二层或多层。包层的材料一般用纯二氧化硅，也可以掺极微量的三氧化二硼，最新的方法是掺微量的氟。掺杂的作用是降低材料的光折射率。（3）光纤最外面通常还有一层护套，用来防止光的泄露，对光纤起保护作用。传导机理：光在光纤中传播主要是依据全反射原理。只要进入光纤表面的光线的入射角大于某一个临界角度，光就可以产生全反射。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：光纤的应用领域。✈【学生】聆听、思考、回答问题5．光纤的结构与传导机理根据不同的分类标准可将其划分为不同的种类：（1）按工作波长，可将光纤分为：短波长光纤与长波长光纤。（2）按光纤剖面折射率分布，可将光纤分为：阶跃（SI）型、近阶跃型、渐变（GI）型、其他型（如三角型、W型、凹陷型等）光纤。（3）按光在光纤中的传输模式，可将光纤分为：单模光纤和多模光纤。（4）按制造原材料，可将光纤分为：石英玻璃光纤、多成分玻璃光纤、塑料光纤、复合材料（如塑料包层、液体纤芯等）光纤。6．实际应用中，最常见的是单模光纤和多模光纤（1）单模光纤（SMF）单模光纤：中心玻璃芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光纤。特性：这种光纤具有较宽的频带，传输损耗小，因此允许做无中继的长距离传输。但由于这种光纤难与光源耦合，连接较困难，价格也贵，故主要用作邮电通信中的长距离主干线。（2）多模光纤（MMF）多模光纤：当光纤的几何尺寸远远大于光波波长时，光纤中会存在着几十种乃至几百种传播模式。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：单模光纤与多模光纤的区别？（1）单模传输距离远（2）多模传输带宽大（3）单模不会发生色散，质量可靠（4）单模通常使用激光作为光源（5）价格较高，而多模通常用便宜的LED（6）单模价格比较高（7）多模价格便宜，近距离传输可以✈【学生】聆听、思考、回答问题7．光纤通信技术光纤通信是利用光波作为载波，以光纤作为传输介质实现信息传输，达到通信目的的一种最新通信技术。（1）光纤传输系统光纤通信是以光纤传输系统方式实现的。光纤传输系统主要由光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种光器件构成。（2）原理在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。（3）优点①传输频带宽、通信容量大；②传输损耗低、中继距离长；③线径细、重量轻；④有利于资源合理使用；⑥绝缘、抗电磁干扰性能强；⑦抗腐蚀能力强、抗辐射能力强、⑧可绕性好、无电火花、泄露小、保密性强，可在特殊环境或军事上使用。✈【教师】提出问题，课堂互动思考：双绞线、同轴电缆与光纤的性能比较（详见教材）✈【学生】聆听、思考、回答问题四、无线传输介质无线介质是指信号通过空气（或真空）传输，其载体主要包括无线电波、微波、红外线和卫星通信等，这些载体都属于电磁波。划分依据：通过电磁波的频率来加以区分。波段划分：频率由低向高次序分别为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线（UV）、伦琴射线（X射线）与伽玛射线（γ射线）（1）无线电波中低频无线电波的频率在1MHz以下，沿着地球表面传播。高频、甚高频和特高频无线电波的频率在1MHz到1GHz之间。（2）微波应用领域：卫星通信、电视转播和军事领域（3）红外线红外线被广泛应用于