计算机网络基础教案大专

计

算

机

网

络

基

础

教

案

”

大专

媒体

级多

:2010

班级

基础

网络

算机

：计

名称

课程

娜

：杨

教师

授课

计算机网络基础

第1章计算机网络概述

本章要点

/计算机网络的定义

/计算机网络的组成

/计算机网络的拓扑结构

/计算机网络的分类

/计算机网络的功能

课时安排：6课时(2+4)

授课时间：第一周

教学材料：教材、教案、多媒体教室、机房

教学内容：

1.1网络的形成与发展

1.1.1计算机网络的形成

,任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：强烈的社会需求与先期技术的成熟。

,美国国防部高级研究计划局(ARPA,AdvancedResearchProjectsAgency)ffyARPANET。

1.1网络的形成与发展

ARPANET是计算机网络技术发展的一个重要里程碑，

它对计算机网络技术的主要贡献表现在以下几个方面：

(1)完成了对计算机网络定义、分类与子课题研究内

容的描述；

(2)提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念；

(3)研究了报文分组交换的数据交换方法；

(4)采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系：

(5)促进了TCP/IP协议的发展；

(6)为Internet的形成与发展奠定了基础。

1.1.2计算机网络发展阶段的划分

/第一代计算机网络：“主机一终端”系统；

,第二代计算机网络：由通信子网和用户资源子网两个部分组成；

,第三代计算机网络：网络中所有的计算机遵守同一种网络协议；

/第四代计算机网络：开放、综合、高速、智能。

1.1.3Internet与高速网络技术

高速以太网为代表的高速局域网技术发展迅速。传输速率从10M到100M、1000M乃至10G,

物理介质从粗同轴电缆到细同轴电缆、双绞线、光纤的扩展，网络功能从共享以太网到全双工以太网、交换

以太网的进步，极大地满足了广大用户对各类应用的需求。随着千兆以太网日益普及，万兆以太网技术将会

得到广泛的应用。基于光纤与IP技术的宽带城域网与宽带接入网技术已成为当前研究、应用与产业发展的热

点。

1.1.4宽带网络与全光网络技术

1.宽带网络的建设

宽带骨干网又被称为核心网络，它基于光纤通信系统，能实现大范围(在城市之间或国家之间)的

数据流传送。

2.全光网络的研究

全光网(AON,AllOpticalNetwork)以光结点取代现有网络的电结点，并用光纤将光结点互联成网

络，利用光波完成信号的传输、交换等功能，克服了现有网络在传输和交换时的瓶颈问题，减少信息传输的

拥塞，提高网络的吞吐量。

1.2网络的概念

1.2.1网络的定义

计算机网络定义为“以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合”。主要表现在：

(1)计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享

(2)互连的计算机是分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”，它们之间可以没有明确的主从关系，

可以连网工作，也可以脱网独立工作。

(3)连网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。

计算机网络结构示意图

1.2.2网络的基本功能

/资源共享

/高可靠性

/负载均衡

/分布式处理

/数据传输

1.2.3网络的分类

/按网络传输技术分类

广播式网络(BroadcastNetworks)

点一点式网络(Point・to-PointNetworks)

/按网络的覆盖范围分类

局域网(LAN,LocalAreaNetwork)

城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)

广域网(WAN,WideAreaNetwork)

1.3网络的组成与拓扑结构

1.3.1计算机网络组成

根据计算机系统组成来划分

/计算机系统

一主机(Host)

一终端(Terminal)

/数据通信系统

一通信控制处理机

一传输介质

-网络连接设备

/网络软件

根据计算机网络的功能来划分

/通信子网

/资源子网

1.3.2计算机网络拓扑

拓扑学把实际生活中的物体抽象为与其大小、形状无关的点，再将这些点之间的连接抽象为线段，

以方便研究它们之间的关系。

在计算机网络中，将处于网络中的计算机和通信设备抽象成结点，将结点之间的通信线路抽象成链

路，这种由结点和线路连接组成的几何图形称为计算机网络拓扑结构。总的说来，计算机网络拓扑结构是指

--种网络形状，或者是指计算机网络在物理上的连通性。常见的网络拓扑结构有星型拓扑、总线型拓扑、环

型拓扑、树型拓扑和网状拓扑。

网络的拓扑结构主要有：星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和网状拓扑。

星型拓扑结构优点：

(1)控制简单

(2)故障诊断和隔离容易

(3)方便服务

星型拓扑结构的缺点有：

(1)电缆长度和安装工作量大

(2)中央结点的负担较重，容易形成瓶颈。

(3)各站点的分布处理能力较低

星型网络及连接

星型网络及连接

2、树型拓扑

树型拓扑的优点

(I)易于扩展

这种结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新结点和新分支都能容易地加入网络。

(2)故障隔离较容易

如果某一分支的结点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。

树型拓扑的缺点是：

各个结点对根的依赖性太大，如果根结点发生故障，则整个网络都不能正常工作。从这一点来看，树

型拓扑结构的可靠性有点类似于星型拓扑结构。

总线型拓扑结构的优点：

(1)总线结构所需要的电缆数量少。

(2)总线结构简单，又是无源工作，有较高的可靠性。

(3)易于扩充，增加或减少用户比较方便。

总线型拓扑的缺点：

(1)总线的传输距离有限，通信范围受到限制。

(2)故障诊断和隔离较困难。

总线型网络及连接

总线型网络及连接

环型拓扑的优点：

(1)电缆长度短

(2)可使用光纤

环型拓扑的缺点：

(1)结点的故障会引起全网故障

(2)故障检测困难

(3)信道利用率低

5、网状拓扑

计算机网络拓扑结构的选择

(1)可靠性：尽可能提高可靠性，以保证所有数据流能准确接收；还要考虑系统的可维护性，使故障检测和

故障隔离较为方便。

(2)费用：在组建网络时，需要考虑适合特定应用的信道费用和安装费用。

(3)灵活性：需要考虑系统在今后扩展或改动时，能容易地重新配置网络拓扑结构，能方便地删除原有结点

和加入新结点。

(4)响应时间和吞吐量：要为用户提供尽可能短的响应时间和最大的吞吐量。

1.4典型计算机网络

1.4.1ARPANET

/1969年11月，实验性的ARPANET开通，当时的ARPANET只有4个结点，它们分布在UCLA,LCSB、

SRI与UTAH大学。

/最初，ARPANET主要是用于军事研究目的，它主要是基于这样的指导思想：网络必须经受得住故障的考验

而维持正常的工作，一旦发生战争，当网络的某一部分因遭受攻击而失去工作能力时，网络的其他部分应能

维持正常的通信工作。

♦1975年，ARPANET已经连入100多台主机，结束了网络实验阶段，正式移交美国国防部国防通信局运行。

1.4典型计算机网络

/ARPANET早期使用网络控制协议(NCP),1983年1月，ARPANET完成向TCP/IP的转换。

,同年，美国国防部国防通信局将ARPANET分成两个独立部分：一部分仍叫ARPANET,用于进一步的研究

工作；另一部分稍大一些，成为著名的MILNET,用于军方的非机密通信。

/ARPANET在技术上的一个重大贡献是TCP/IP协议簇的开发和利用，ARPANET奠定了Internet存在和发展

的基础，较好地解决了异种机网络互联的一系列理论和技术问题。

1.4典型计算机网络

1.4.2NSFNET

美国国家科学基金会(NSF,NationalScienceFoundation)

1984年，NSF组建NSFNET,不能直接连入ARPANET的大学可以通过拨号与NSF的计算机连接，并通过这

台计算机连入ARPANET与其他网络。

NSFNET的通信子网使用的硬件技术与ARPANET基本相同，采用56Kbps的通信线路。但是，NSFNET的软

件技术与ARPANET不同，它从开始就使用TCP/IP协议，成为第一个使用TCP/IP协议的广域网。

NSFNET采取的是一种层次型结构，分为主干网、地区网与校园网，为Internet发展奠定了结构基础。

1.4典型计算机网络

,在美国建设NSFNET的同时，其他国家与地区也在建设与NSFNET兼容的网络，如欧洲建立的EBONE与

EuropeNET。这两个网络采用2Mbps的通信线路与欧洲很多城市连接。

/欧洲每个国家都有一个或多个国家网，它们都与NSFNET的地区网兼容。这些网络为Internet的广泛应用奠

定了基础。

1.4典型计算机网络

1.4.3Internet

Internet的前身是ARPANET。

从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网，接入Internet的主机可以是信息服务提供者的

服务器，也可以是信息服务使用者的客户机。

传统的Internet应用主要有以下几种：E-mail,WWW、Telnet、FTP等。

1.4典型计算机网络

1.4.4Internet2

Internet的商业化造成了网络通信量的剧增，这也就导致了网络性能的急剧下降。Internet2是高级

Internet开发大学合作组(UCAID)的一个项目。UCAID是一个非营利组织，是由NSF、美国能源部、11()多

所大学和一些私人商业组织共同创建的。虽然Internet2可以连接到现在的Internet,但它的宗旨是组建一个为

其成员组织服务的专用网络。

第2章数据通信基础

本章要点

/数据通信的基本概念

/数据编码技术

/数据传输类型

/数据通信的同步技术

/数据交换技术

/差错控制编码

课时安排：12课时(4+8)

授课时间：第二、三周

教学材料：教材、教案、多媒体教室、机房

教学内容：

2.1数据通信基础知识

通信具备3个基本要素：信源、信息传输介质和信宿。

第2章数据通信基础

2.1.1数据通信的基本概念

1.数据通信的常用术语

(1)信息和编码

信息的载体是数字、文字、语音、图形和图像等。计算机及其外围设备产生和交换的信息都是由二进

制代码表示的字母、数字或控制符号的组合。为了传送信息，必须对信息中所包含的每一个字符进行编码。

因此，用二进制代码来表示信息中的每个字符就是编码。

第2章数据通信基础

2.1.1数据通信的基本概念

1.数据通信的常用术语

(2)常用的二进制代码

在数据通信过程中，要进行编码，就要采用一定的编码标准，最常用的二进制代码标准为美国标准信息

交换码(ASCII)»

第2章数据通信基础

2.1.1数据通信的基本概念

1.数据通信的常用术语

(3)数据和信号

/数据：

数据被定义为有意义的实体，数据涉及事物形式，而信息是指数据的内容和解释。数据通常分为模拟

数据和数字数据两种形式。模拟数据是指在某个区间内产生的连续的数值，例如：声音、视频等都是连续且

变换的数值。数字数据是指产生离散的数值，例如二进制0、I等。

2.1.1数据通信的定义和特点

”信号.

是数据的表示形式，或称为数据的电子编码、电磁编码，它使数据能以适当的形式在介质上传输。

信号有模拟信号和数字信号两种基本形式。

2.1.1数据通信的定义和特点

(4)通信信道：指信号沿发送器到接收器的通路。

(5)码元和码字

在数据通信中，时间轴上的一个信号编码单元被称为码元。习惯上，把计算机网络传输的每一位二进制

的代码称为“码元”或"码位例如，在7位ASCH码的数据通信中,要传输的字符“A”的二进制代码是“1000001”,

其信号就是由7个码元组成的序列，这个序列通常被称为“码字”，该码字就代表了字符“A”。

2.1.1数据通信的定义和特点

(6)数据包和数据帧

在数据传输时，通常将较大的数据块分割成较小的数据段，并在每一段上附加一些信息，这些附加信

息通常包括序号、目标地址、源地址和差错校验码等。这些数据段及其附加信息形成一个个逻辑数据单元，

被称为数据包。在实际传输时，还要将数据包进一步分割成更小的逻辑数据单元，这就是数据帧。

(7)数据传输：指信号把数据从发送端传送到接收端的过程。会使信号畸变和带来噪声和干扰，其结果是使数

据在传输后造成差错。

2.数据通信定义：

依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元

之间传递数据信息。

3.数据通信特点：

•数据通信实现的是机与机或人与机之间的通信

•数据传输的准确性和可靠性要求高

•传输速率高，要求连续和传输响应时间快

•通信持续时间差异较大

•具有灵活的接口能力

4.数据通信的主要技术指标

(1)传输速率

数据传输速率有两种度量单位：“波特率”和“比特率”。

①波特率

波特率又称为波形速率或码元速率。是指数据通信系统中，线路上每秒传送的波形个数。单位是“波特”

(band)»

②比特率

比特率又称为数据速率，是数字信号的传输速率，反映一个数据通信系统每秒所传输的二进制位数，单位是

每秒比特(位)，以bit/s或bps表示。

(2)信道带宽

指信道中传输的信号在不失真的情况下所占据的频率范围，它是由信道的物理特性所决定的。

(3)信道容量

表示一个信道传输数字信号的能力，用信道中可以传输的最大数据率作为指标。

(4)出错率

衡量数据通信系统或信道传输可靠性的一个指标。它一般指传输中出现错误码元(或bit)的个数占传输总

码元(或bit)数的比例，即误码率。

•误码率(Pc)

Pe=接收中错误的码元数/传输的总码元数

•误bit率(Pb)

Pb=接收中错误的bit数/传输的总bit数

•误字符率(pw)

Pw=接收中错误的字符数/传输的总字符数

•误组率(PB)

PB=接收中错误的组数/传输的总组数

(5)数据延迟

表示网络中相距最远的两个站点之间的传播时间。

(6)吞吐量

在数值上表示网络或交换设备在单位时间内成功传输或交换的总信息量，吞吐量的单位为bps。

2.1.2数据通信系统的模型

数据通信系统是指以计算机为中心，用通信线路连接分布在异地的数据终端设备而完成数据通信的

系统，主要完成数据的传输、收集和分配的功能。

数据通信系统由三部分组成：

,数据终端设备(DTE)

/数据电路终端设备(DCE)

/传输信道

DTE是对信息进行收集和处理的设备，通常指信源或信宿。

DCE负责将准备传输的数据(即标准的二进制代码信号)转换为适合信道传输的信号，是DTE和通信信道的

连接点。

传输信道也叫传输媒介，它是两地间传输数据信号的通路。

2.1.3数字信号与传输代码

1.数字信号

数字信号的特点是不仅在时间上离散，而且在幅度上也是离散的。

2.数字信号的基本形式

数字信号是指在时间和幅度上均取有限离散数值的电信号，最简单的数字信号是二元码或称二进制码,

这类电信号常用不同的电压或电流的脉冲来代表数字信号的"0"或者"1”。

3.数字信号的码型

(1)数字数据的数字信号编码

①单极不归零码(NRZ码)：这是一种最简单的码型，该码中用高电平代表符号“1”，用零电平代表符号“0”，

电平在整个码元中保持不变，如图2-5(a)所示。NRZ码的特点是方式简单，但代码易受线路特性改变，不

宜长距离传输。

②单极归零码(RZ码)：如图2-5(b)所示，这种码与NRZ码的根本区别在于它有小于1的占空比，也就是

说，每个脉冲在码元周期内总要回归到零电平。

3.数字信号的码型

(1)数字数据的数字信号编码

③双极性归零码：如图2-5(c)所示，“1”码发正的窄脉冲，“0”码发负的窄脉冲，采用归零形式，有利于保持

收发双方的位同步。

④双极性不归零码：如图2-5(d)所示，用高电平表示信息“1”，负电平表示信息“()”，电平在整个码元期间保

持不变。从长时间传输的统计平均值来看，直流分量可近似为零，有利于有线信道传输。

3.数字信号的码型

(1)数字数据的数字信号编码

⑤差分编码：如图2-5(e)所示，用脉冲“极性有变化”表示数据“1”，用脉冲“极性无变化”表示数据“0”。这样

就保证了当线路极性发生反转时不会影响对符号的判决。

⑥双相脉冲编码：又称曼彻斯特编码(Manchester),如图2-5(f)所示，从低电平跳变到高电平，表示数据“I”。

从高电平跳变到低电平，表示数据"0”。该码波形的优点较多，常用于数据通信中，是一种比较重要的码型。

(2)数字数据的调制

对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控法(ASK,Amplitude-shiftkeying),频移键控法(FSK,

Frequency-shiftkeying)、相移键控法(PSK,Phase-shiftkeying)»

第2章数据通信基础

2.1.4数据传输类型

根据被传输的数据信号的特点，数据传输可以分为四种方式：基带信号传输、频带信号传输、宽带传

输和数字数据传输。

2.1.4数据传输类型

2.1.4数据传输类型

2.频带传输方式

频带传输是指将数字信号调制成模拟音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原

来的数字信号的传输方式。因此，在采用频带传输方式时，要求在发送端安装调制器，在接收端安装解调器。

在实现全双工通信时，则要求收发两端都安装调制解调器(Modem)。利用频带传输不仅解决了数字信号可利用

电话系统传输的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。

2.1.4数据传输类型

3.宽带传输方式

・宽带是指比一般音频带宽更宽的频带，使用宽带进行传输的系统，称为宽带传输系统。

・计算机局域网采用的数据传输系统有基带传输和宽带传输两种方式，基带传输和宽带传输的主要区别在于数

据传输速率不同。

•基带数据的传输速率范围为0〜10Mbp/s,而宽带数据的传输速率范围为。〜400Mbp/s。

2.1.4数据传输类型

4.数字数据传输方式

•数字数据传输是指利用数字线路来传输数据信号的一种方式。数字线路比模拟线路效率要高，传输质量也较

模拟线路好。

•如果要传输的数据信号速率不高，可加装一个数据时分复用器，将多路中、低速的数据信号经时分复用合成

后，进入64kb/s的数字话路传输，以提高线路的利用率。

第2章数据通信基础

2.1.5信息的传输方式

1.串行通信和并行通信

2.1.5信息的传输方式

在实际采用串行传输时，发送端需要使用并/串转换装置，将计算机输出的并行数据位流变为串行数据

位流，然后，送到信道上传输。在接收端，则需要通过串/并转换装置将串行数据位流还原成并行数据位流。

2.单工通信、半双工和全双工通信

•单工通信

•半双工通信

•全双工通信

3.同步技术

所谓同步，就是要求收发信息的双方在时间基准上保持一致性。通信系统中的同步问题涉及到位同步和

字符同步两方面。

第2章数据通信基础

2.1.6数据电路

数据电路是指在线路或信道上加接上信号变换设备(调制解调器或数字接口适配器)之后形成的二进

制比特流通路，它由传输信道加数据电路终端设备组成。

1、数据电路的连接方式主要有下列五种：

/点到点专线连接；

/点至多点专线连接；

/点至多点集中连接；

/多点至多点复用连接；

/通过交换网连接。

2.通信媒体(传输介质)

传输介质是用于网络中各节点之间进行连接的物理通路或信道，它是信息传递的载体。计算机网络中所采用

的传输介质有多种，主要有同轴电缆、双绞线和光缆等。

(1)同轴电缆

(2)双绞线

光纤即为光导纤维的简称，具有传输距离远、速度快的显著特点。光纤由光纤芯、包层和涂覆层三部分

组成。最里面的是光纤芯，包层将光纤芯围裹起来，使光纤芯与外界隔离，以防止与其他相邻的光导纤维相

互干扰。包层的外面涂覆一层很薄的涂覆层，涂覆层的外面套塑(或称二次涂覆)。

3.电路类型

(1)二线与四线电路

一般来说，用户(语音或数据的)终端和市内端局之间的用户环路是二线电路，这种电路结构有平衡型的，

也有非平衡型的。

(2)交换电路

交换电路是指在公用电话网、公用电报网或公用数据网上所提供的电路。应用交换电路时，每次呼叫均需通

过拨号使之自动转接到目的端的用户，且每次呼叫均可能选择不同路由，通信结束后线路被释放以备下次呼

叫使用。

(3)专线电路

专线电路是指通信网中专供某个部门、某个单位或某个人使用的永久性电路，既可以是在两端之间构建的直

通线，也可以是租用电信部门的线路。其最大优点是通信时可以节省建立呼叫和拆除链路的时间，故当通信

量很大时是很经济合算的。

第2章数据通信基础

2.1.7资源分配与共享

1.点一点式信道的共享

/固定式分配

/按需分配

,按排队方式分配

第2章数据通信基础

2.1.7资源分配与共享

2.网络链路的共享

/基于信道的共享

,基于排队的共享

3.广播信道的共享

广播信道可以将地理上相隔很远的很多用户互联起来，任何用户都可以向信道发送数据，然后根据所传

的数据的情况决定由全体用户接收或由指定用户接收。

2.2差错控制方法

2.2.1差错产生的原因及其特点

传输中的差错主要是由噪声引起的。噪声有两大类，一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声；另

一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。

/热噪声：传输电路中的电子热运动产生的。

/冲击噪声：外界干扰造成的。

2.2.2差错控制

主要目的是减少通信信道的传输错误，差错控制的具体方法时提出了两种策略：

纠错：让每个传输的分组带上足够的冗余信息，以便在接收端能发现并自动纠正传输差错，即纠错码方案。

检错：让分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传

输差错，即检错码方案。

1.反馈重发纠错方式

它的工作原理是：发送端对发送序列进行差错编码校验，接收端根据校验序列的编码规则判断是否传错，

并把判决的结果通过反馈信道传回给发送端。

2.前向纠错方式

在前向纠错方式中，发送端对数据进行检错和纠错编码，接收端收到这些编码后，根据约定的规则进行

译码。译码时不但可以发现错误，而且还能够自动地进行纠错。

3.混合纠错方式

混合纠错方式是上述反馈重发纠错和前向纠错两种纠错方式的结合。在这种纠错方式中，发送端编码本身

具有一定的纠错能力，接收端收到编码后进行检测。如果发现有错误但是没有超过纠错能力的，则自动进行

纠错；如果超过纠错能力，则发出反馈信息，命令发送端重发。

2.2.3儿种常用的校验码

1.奇偶检验码

2.方阵校验码

3.循环冗余校验码

1.奇偶检验码

•在字符上附加奇偶检验位

•偶检验：整个字符中有偶数个1

•奇检验：整个字符中有奇数个1

•如果有偶数位出错，检测不到

2.方阵检验码

•垂直冗余校验VRC：就是字符奇偶校验；

•水平冗余校验LRC：就是对数据块中每个字符的对应位进行奇偶校验。

3.CRC循环冗余校验码

这是一种较为复杂的校验方法，它不产生奇偶校验码，而是将整个数据块当成一个连续的二进制数据，在

数据后面附加上用于差错校验的冗余码。冗余码的位数常用的有12、16和32位，一般附加的用于校验的冗

余码的位数越多，检错能力就越强，但传输的额外的开销也越大。采用CRC校验，它们能查出所有的单位错

和双位错，以及所有具有奇数位的差错和所有长度小于16位的突发错误，能查出99%以上17位、18位或更

长位的突发性错误。其误码率比方阵校验码还可降低1〜3个数量级，故被广泛采用。

2.3数据交换方式

在实际通信中，通常要经过多个中间结点才能将数据从信源传送到信宿，数据在中间结点间的传输过程

称为数据交换。交换方式有电路交换和存储转发交换两种，通常使用最基本的三种交换技术：电路交换、报

文交换和分组交换。

1.电路交换

电路交换方式，就是通过网络中的结点在两个站之间建立一条专用的通信线路。其通信过程可分为三

个阶段：电路建立阶段、信号传输阶段和电路拆除阶段。

通过电路交换实现通信有三个阶段：

(1)电路建立阶段：在传输任何的数据之前，都必须建立端到端的连接。这个阶段通过源站请求完成

交换网中对应的逐个结点的连接过程，以建立起一条由源站到目的站的传输通道；

(2)信号传输阶段：这个阶段中，源站和目的站沿已建立的传输通道进行数据或信号传输，这种传输

通常为双工传输；

(3)电路拆除阶段：在完成数据或信号的传输后，就要结束连接。通常是由源站或目的站提出终止通

信，各结点相应拆除该电路的对应连接，释放由该电路占用的结点和信道资源。

电路交换具有以下特点：

(1)呼叫建立时间长。在电路建立阶段，需要花费一段时间在两站间建立一条专用通路，这段时间称

为呼叫建立时间。在传统公用电话网中，这段建立时间较长(几秒〜几十秒)，在先进的程控交换机中建立时

间较短(在几十毫秒数量级)。

(2)存在呼损。在电路建立过程中，由于交换网繁忙等原因而有可能使建立失败。对于交换网来说则

要拆除已建立的部分电路，用户则需要挂断重拨，这称为呼损。这种情况在平时的电话通信中经常发生。

(3)站与站双方的收发速度、编码方法、信息格式、传输控制等要一致才能完成通信。也就是说，交

换网对用户信息的编码方法、信息格式以及传输控制程序等都不加限制，但是，对用户终端来说，互相通信

的站必须是同类型的，否则不能直接通信。

(4)信道的利用率低。由于电路建立以后，信道是专用的，只能供通信双方使用。在两个通信站传输

的间歇期间，尽管该电路上没有信息传送，但也只能空闲着，所以利用效率较低。

(5)信号和数据的传输时延短且时延固定不变，适用于实时大批量连续的数据和信号传输。

2.报文交换

在报文交换方式中，不需要在两个端点之间建立一条专用的通信线路，相反地，它将用户需要的数

据分割成一定大小的报文，并在每个报文中附上目的节点的地址，然后在网络中一站站地往下传送。每一个

节点接收到报文后，检查目标节点的地址，然后根据网络中的交通情况在适当的时候再将报文转发到下一个

节点。如此往复，经过多次的存储与转发，直到报文到达目标数据节点。所以报文交换也被称为存储转发。

3.分组交换

分组交换是“存储/转发”交换方式的一种，它不像报文交换那样以整个报文为单位进行交换和传输，

而是将报文先分组，然后才进行交换和传输。

(1)数据报方式

(2)虚电路方式

4.快速分组交换

快速分组交换是对分组交换技术的改进，它是为了解决结点的处理速度而提出来的。其设计思想是大大

减少了分组长度；取消用户信息在分层模型中低层的误码检测及重传；采用虚通道和虚通路方式传输信息以

免去信元在接收端的重新定序；以硬件实现代替软件以简化协议。快速分组交换主要有两种：帧方式和信元

方式。

1.帧方式

帧方式(FM)处在开放系统互联(OSI)参考模型第二层，即数据链路层上使用简化的方式传送和交

换数据单元的--种方式。由于在链路层的数据单元一般称作帧，故称为帧方式。采用帧方式的重要特征之一

是把在X.25分组网中通过分组结点间的重发、流量控制来纠正差错和防止拥塞的处理过程进行简化，将需要

在网内做的处理移到网外的端系统中来实现，从而简化了结点的处理过程，缩短了处理时间，这对有效利用

高速数字传输信道十分关键。在FM的传输过程中，在终端与帧中继网的接口上，需将用户信息转换成帧的格

式，然后再在帧中继网上传送。

2.信元方式

信元方式(CM)是指将信息划分为信元后再进行传送的一种技术。所谓信元，就是一种具有固定长

度的小的分组，由信元头和信元净荷两部分组成，信元头内包含了地址和控制信息，净荷内装的是用户数据。

以信元方式传输时，网络仅对信元头进行检查，若头的信息错了，信元即被丢弃。信元方式是一个笼统的概

念，其具体应用还需依据附加的详尽格式和协议。比较常见的有用在城域网中的多兆比数据交换和在B-ISDN

中采用的关键技术一异步转移方式。

第3章计算机网络体系结构

本章要点

/计算机网络体系结构的基本概念

/OSI参考模型

/TCP/IP参考模型

/IP地址与子网掩码

,常用网络测试命令

课时安排：12课时(4+8)

授课时间：第四、五周

教学材料：教材、教案、多媒体教室、机房

教学内容：

3.1计算机网络体系结构

在网络设计时，将会用到众多的、各种各样的协议，而这些协议和协议群十分庞大、复杂。所以一般

都要使用结构化的技术，从层次结构的角度来组织网络。这样使得每个协议的设计、分析、编码和测试都比

较容易。

3.1.1网络体系结构的基本概念

网络体系结构包括四个要素：实体、系统、层和协议。

1.实体

指软件元素或硬件元素的抽象。能完成特定功能的进程的抽象称为逻辑实体，能完成发送和接收信

息的物理实体称为通信实体。不管是逻辑实体还是通信实体，描述的都是功能特性。

2.系统

包含一个或多个实体，具有信息处理和通信功能的整体。通常一个系统总是硬件、软件两部分的有

机结合。

3层

是处理复杂问题的一种结构化技术。分层的基本思想是，每一层都在它的下层提供的服务基础上提

供更高级的增值服务，而最高层提供能运行网络应用程序的服务。这样，分层的方法就把复杂的问题分解开

来。

4.协议

协议是在系统中两实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约定的集合。这些规则和约定明确规定了

所交换数据的格式和有关的同步等问题。

3.1.2常见的网络层次模型

不同的网络组织机构进行网络研究时，往往划分有不同的层次模型。主要有OSI/RM参考模型、

TCP/IP参考模型、LAN参考模型。

1.OSI参考模型

它是ISO开发的，是一个完全开放的模型，其目的在于实现不同厂家、研究机构的各种网络产品的互联。

符合OSI标准的产品可以与位于任何地方、遵循同一标准的任何其他系统进行通信。

2.TCP/IP参考模型

它是一种建立在既成事实上的标准，是描述Internet体系结构的最好方法。

TCP/IP参考模型将网络分成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。由于它是在TCP/IP协议出现以后

才制定的，所以这个参考模型既详细又实用。读者将来会在实践中大量用到与此有关的知识。

3.LAN参考模型

LAN参考模型是IEEE制定的标准。它将网络分成：逻辑链路控制层、介质访问控制层和物理层。

3.20SI参考模型

OSI参考模型的层次划分原则：

(1)层数应足够多，以避免不同的功能混合在同一层中；

(2)层次的划分应该有助于制定网络协议的国际标准；

(3)各层的功能要尽可能相对独立：

(4)各层的划分要便于层与层之间的衔接；

(5)网络中各结点都有相同的层次，相同的层次具有相同的功能；

(6)扩充某一层功能或协议时，不能影响整体模型的主体结构；

(7)每一层都可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；

(8)不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。

按照以上的分层原则，OSI/RM模型将整个网络分成七层结构，由高层到低层依次是：应用层、表

示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

3.20SI参考模型

3.2.1应用层

应用层是OSI参考模型的最高层，是用户应用程序和网络之间的接口。其主要功能是直接向用户提

供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。应用层负责网络中应用程序与网络操作系统之间的联系，

包括建立与结束使用者之间的联系，监督、管理相互连接起来的应用系统和所使用的应用资源。还为用户提

供各种服务，包括目录服务、文件传送、远程登录、电子邮件、虚拟终端、作业传送和操作以及网络管理等。

然而，这一层并不包含应用程序本身。

3.20SI参考模型

3.2.2表示层

表示层如同应用程序和网络之间的“翻译官”，在表示层，通过一些编码规则定义通信中传送这些信息

所需要的传送语法，它把要交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，转换为适合OSI内部使用的传送语法,

即完成信息格式的转换。这种格式化因所使用网络的类型不同而不同。

表示层提供的主要功能包括：

(1)传送语法的协商；

(2)抽象语法和传送语法之间的转换；

(3)数据的压缩与解压；

(4)数据的加密与解密。

3.20SI参考模型

3.2.3会话层

会话层是OSI模型的第五层，是用户应用程序和网络之间的接口，其主要功能是向两个表示层提供建

立和使用连接的方法。这种表示层之间的连接称为会话。因此，会话层的任务就是组织两个会话进程之间的

通信，并对数据交换进行管理。

3.2OSI参考模型

3.2.4传输层

传输层是OSI模型的第四层，其主要功能是向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的

正确传输。传输层的目的是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文。

传输层是整个网络体系结构中的关键部分。它利用通信子网提供的服务，实现数据可靠、顺序、无

差错地从源端传输到目的端。传输层提供的服务比较简单，但其协议却很复杂，这是因为底层的通信子网之

间通常有较大的差异。

3.20SI参考模型

3.2.5网络层

网络层是OSI模型的第三层，其主要功能是将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据

从发送方路由到接收方。它不同于数据链路层，数据链路层只涉及网络中相邻节点之间数据帧的传输，而网

络层的源端到目的端可能要经过若干个网络节点，这些中间节点暂时接收数据分组，然后根据网络中的通信

情况选择下一个节点把分组转发出去。

网络层提供两种服务：面向连接的服务和无连接的服务。

3.20SI参考模型

3.2.6数据链路层

数据链路层是0SI模型的第二层，它控制网络层与物理层之间的通信，并对网络层提供服务。

数据链路层应具有以下基本功能：

（1）把数据组织成帧，并以帧为单位进行发送、接收、检验和应答：

（2）流量控制功能，协调发送方与接收方的速度；

（3）差错控制功能，对帧进行校验，发现错误时要求重发；

（4）具有数据链路管理功能，即会话的建立、维护和拆除功能。

3.20SI参考模型

3.2.7物理层

物理层是OSI模型的第一层，在数据链路层实体之间提供激活、维持和释放用于传输比特的物理连

接的方法，这些方法有机械的、电气的、功能的和过程的特征。

3.3TCP/IP参考模型

TCP/IP的核心思想是将使用不同低层协议的异构网络，在传输层、网络层建立一个统一的虚拟逻辑网络，以

此来屏蔽、隔离所有物理网络的硬件差异，从而实现网络的互联。

TCP/IP参考模型将网络体系结构分成四个层次分别是：链路层、网络层、传输层和应用层。

3.3TCP/IP参考模型

应用层是TCP/IP参考模型的最高层，它向用户提供一些常用应用程序，如电子邮件等。应用层包括了

所有的高层协议，并且总是不断有新的协议加入。

3.3TCP/IP参考模型

1.TCP协议

TCP协议是一种可靠的面向连接的协议，主要功能是保证信息无差错地传输到目的主机，它将某结

点的数据以字节流形式无差错投递到互联网的任何一台机器上，发送方的TCP将用户交来的字节流划分成独

立的报文并交给网络层进行发送，而接收方的TCP将接收的报文重新装配交给接收用户，TCP同时处理有关

流量控制的问题，以防止快速的发送方淹没慢速的接收方。

3.3TCP/IP参考模型

2.UDP协议

UDP协议是一种不可靠的无连接协议，它与TCP协议不同的是它不进行分组顺序的检查和差错控制，

UDP协议将可靠性问题交给应用层解决，UDP协议主要面向请求/应答式的交互式应用。如果对每一次交互都

要进行两次报文交换，并为此建立连接和撤销连接，开销是相当大的。这种情况下使用UDP就非常有效。另

外，UDP协议也应用于那些对可靠性要求不高，但要求网络的延迟较小的场合，如话音和视频数据的传送。

3.3TCP/IP参考模型

网络层的主要功能是负责相邻结点之间的数据传送。主要包括三个方面：

(1)处理来自传输层的分组发送请求。

将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往目的结点的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。

(2)处理输入数据报。

首先检查数据报的合法性，然后进行路由选择，假如该数据报已到达目的结点(本机)，则去掉报头，将IP

报文的数据部分交给相应的传输层协议；假如该数据报尚未到达目的结点，则转发该数据报。

(3)处理ICMP(InternetControlMessagesProtocol)报文。

3.3TCP/IP参考模型

物理链路层主要功能是接收IP层的IP数据包，并将IP数据报通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理

网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。该层是主机与网络的实际连接层。

网络接口有两种类型：第一种是设备驱动程序，如局域网网卡的驱动程序；第二种是含自身数据链路协议

的复杂子系统。

3.4IP地址与子网划分

IP协议要求所有参加Internet的网络节点要有一个统一规定格式的地址，简称IP地址。在Internet网上，

每个网络和每一台计算机都分配有一个IP地址，这个IP地址在整个Internet网络中是唯一的。IP地址是供全

球识别的通信地址。InternetIP地址由InterNIC(Internet网络信息中心)统一负责全球地址的规划、管理，同

时由InterNIC、APNIC,RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其他地区的IP地址分配。通常每个国家需成

立一个组织，统一向有关国际组织申请IP地址，然后再分配给客户。

3.4IP地址管理与子网划分

3.4.1IP地址

为适应大型、中型、小型的网络IP地址分配的需要，根据网络号和主机号的数量可将IP地址分为五

类：A类地址、B类地址、C类地址、D类地址和E类地址。

1.A类地址

用7位(bit)来标识网络号，24位标识主机号(如表3-1所示)，最前面一位为“0”，

即A类地址的第一段取值介于1〜126之间，因此A类网络地址的范围从1.000至I」126000。全世界总共

只有126个可能的A类网络，每个A类网络最多可以连接16777214台主机。

3.4IP地址管理与子网划分

2.B类地址

用14位来标识网络号，16位标识主机号，前面两位是“10”(如表3-2所示)。B类地址的第一段取值介于

128~191之间，第一段和第二段合在一起表示网络号，因此B类网络地址的范围从到。

全世界大约有1600()个B类网络，每个B类网络最多可以连接65534台主机。

3.4IP地址管理与子网划分

3.C类地址

用21位来标识网络号，8位标识主机号，前面三位是“110”(如表3-3所示)。C类地址的第一段取值介

于192〜223之间，第一段、第二段、第三段合在一起表示网络号。最后一段标识网络上的主机号。因此，C类

网络地址范围从至。每一个C类地址理论上可支持最大256个主机地址(0-255),但

是仅有254个可用，因为0和255不是有效的主机地址。在【P地址中，0和255是保留地址。IP地址中所有

的主机地址为0用于标识网络，而全为1表示在此网段中的广播地址。

3.4IP地址管理与子网划分

4.D类地址

D类地址用于在IP网络中的组播，一个组播地址是一个唯一的网络地址。它指导报文到达预定义的IP地

址组。D类地址用于在一个私有网中传输组播报文至IP地址定义的端系统组中。因此没有必要把地址中的8

位位组或地址位分开表示网络和主机。相反，每个D类IP地址用于识别一个IP地址组。

3.4IP地址管理与子网划分

5.E类地址

E类地址的前4位恒为1,因此有效的地址范围从至55。E类地址虽被定义，

但却被保留作研究之用。

3.4.2子网掩码

1.子网掩码

IP协议标准规定：每一个使用子网的网点都选择一个32位的位模式，若位模式中的某位置1,则对

应IP地址中的某位为网络地址中的一位；某位模式中的某位置0,则对应IP地址中的某位为主机地址中的一

位。子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。

3.4.2子网掩码

为了使用方便，常常使用”点分整数表示法''来表示一个子网掩码。由此可以得到A、B、C三大类IP

地址的标准子网掩码。

A类地址：

B类地址：

C类地址：

3.4.2子网掩码

2.变长子网掩码

既然子网掩码中为1的部分可以定义为网络号，那么，就可以通过加长子网掩码，即将掩码中原本为0

的最高位部分修改为1,来使本来应当属于主机号的部分改变成为网络号，进而达到划分子网的目的。一般情

况下，变长子网掩码在局域网中很少使用，而在Internet中使用较多。

3.4.3IP地址分配方式

在网络中为计算机分配IP地址，可以使用三种方式，即DHCP自动分配、手工配置和自动专用IP寻

址方式。其中，DHCP方式配置的【P地址称为动态IP地址，手工配置的IP地址称为静态IP地址。这三种方

式适合于所有的Windows系统，但各自适合于不同的网络。因此，网络管理员需要根据网络规模和应用的实

际情况，来决定使用哪种方式。

1.自动分配IP地址

为了便于管理IP地址，网络中通常都会提供DHCP服务，可以自动为网络中的计算机提供IP地址、

子网掩码和默认网关等信息，并由计算机自动配置，无需管理员参与。这种方式适合于网络中计算机数量较

多，或者管理员无暇经常管理客户端，或者普通用户不熟悉IP地址的设置等情况。同时，DHCP也是Windows

默认采用的地址分配方式。

2.手工设置IP地址

手工设置IP地址也是经常使用的一种分配方式。使用手工方式进行设置时，通常需要为网络

中的每一台计算机分别设置四项IP地址信息(IP地址、子网掩码、默认网关和DNS服务器)。采用手工设置

的方式不仅工作量大，而且容易输入错误，并可能出现键入重复。所以，一般只在设置网络服务器时，或者

计算机数量较少的小型网络中使用。

手工设置的IP地址为静态IP地址，在没有重新配置之前，计算机将一直拥有该IP地址。因此，

既可以据此访问网络内的某台计算机，也可以据此判断计算机是否已经开机并接入网络。不过，默认网关和

DNS必须是计算机所在的网段中的IP地址，而不能填写其他网段中的IP地址。

3.自动专用IP寻址方式

自动专用IP寻址方式(APIPA)是Windows系统提供的专用功能。当网络中没有配置DHCP服

务器，并且没有为计算机手工设置IP地址时，Windows系统就会自动为当前计算机分配一个随机的IP地址，

范围为〜54,子网掩码为255.255.O.O,并使用此IP地址建立网络连接，与其他计算

机进行通信。

当计算机使用APIPA方式分配了IP地址以后，仍然会有规律地尝试连接DHCP服务器，当成功

连接到DHCP服务器并申请到IP地址以后，使用APIPA方式配置的IP地址就会失效，转而使用申请到的IP

地址与网络通信。

3.4.4IP地址的设置

1.IP地址信息

(1)IP地址

合法的IP地址一般由提供Internet接入的当地服务商(ISP)分配，私有IP地址则可以由网络管理员自

由分配。需要注意的是，在同一个网络中，所有计算机的IP地址都不能相同，否则，会发生IP地址冲突，导

致网络通信失败。

(2)子网掩码

子网掩码是与IP地址结合使用的一种技术。它的主要作用有两个，一是用于确定IP地址中的网络号

和主机号，二是用于将一个大的IP网络划分为若干小的子网络。

(3)默认网关

默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发送给默认指定的网关，由这个网

关来处理数据包。

(4)DNS

DNS服务用于将用户的域名请求转换为IP地址。如果网络没有提供DNS服务，DNS服务器的IP地

址应当设置为当地ISP的DNS服务器。如果网络内已提供DNS服务，DNS服务器的IP地址就是内部DNS

服务器的1P地址。

3.4.4IP地址的设置

2.设置IP地址

如果手工设置IP地址，可打开“网络连接”窗口，右键单击“本地连接”对话框，选择快捷菜单中的“属性”

选项，打开“本地连接属性”对话框设置。

如果需要为一块网卡分配多个IP地址时，可在“Internet协议(TCP/IP)属性”对话框设置。

3.4.5IPv6技术

IPv6最明显的特征是它所使用的地址空间更大，IPv6中地址的大小是128位，而IPv4所使用的地址大

小为32位。在IPv4中，地址空间允许使用的地址个数为232个，而在IPv6中，地址空间允许使用的地址个

数为2128个。

IPv6地址被分为两部分：64位的网络部分和64位的主机部分。

3.5常用网络测试命令

1.ping命令

ping命令主要用来测试TCP/IP网络，包括多台计算机组成的局域网及Internet等，其格式为：

(1)a：解析主机地址。

(2)ncount：发出的测试包的个数，默认值为4。

(3)Isize：发送缓冲区的大小。

(4)t：继续执行ping命令，直到按Ctrl+C组合键终止。

2.ipconfig命令

—ipconfig/?

—ipconfig/all

3.netview命令

一显示域、计算机或指定计算机共享资源的列表

第4章局域网技术

本章要点

/局域网的概念

/局域网的拓扑结构

/IEEE802局域网标准

/以太网技术

/局域网介质访问控制方法

/局域网组网方法

/局域网结构化综合布线

/局域网的日常维护

课时安排：12课时(4+8)

授课时间：第六、七周

教学材料：教材、教案、多媒体教室、机房

教学内容：

4.1局域网的基本概念

4.1.1局域网的定义和特点

1.早期局域网的主要特点

(1)局域网是一种通信网络；

(2)连入局域网的数据通信设备种类多样，包括计算机、终端和各种外部设备；

(3)局域网覆盖地理范围较小，例如一个教室、•栋办公楼等。

4.1局域网的基本概念

2.局域网技术的变化

(1)局域网覆盖有限的地理范围，它适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围内的计算机、终端与各类信

息处理设备联网的需求。

(2)局域网的数据传输速率高，能够达到10Mbps〜lOGbps,而且其误码率较低。

(3)局域网属于数据通信网络中的一种，局域网只能够提供物理层、数据链路层和网络层的通信功能。

(4)可以连入局域网中的数据通信设备非常多，如计算机、终端、电话机及传真机等。

(5)局域网十分易于安装、维护以及管理，并且局域网的可靠性高。

(6)决定局域网特性的主要技术要素是：网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法。

(7)局域网从介质访问控制方法的角度可以分为两类：共享介质局域网与交换式局域网。

4.1.2局域网的拓扑结构

1.总线型拓扑结构

2.环型拓扑构型

3.星型拓扑构型

1.总线型拓扑结构

1.总线型拓扑结构

2.环型拓扑构型

2.环型拓扑构型

3.星型拓扑构型

3.星型拓扑构型

4.1局域网的基本概念

4.1.3局域网的分类

1.按照网络转接方式

•共享介质局域网

•交换局域网

2.按照介质访问控制方法

•以太网：以太网采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）介质访问控制方法，通过“监听”和“重传”

来解决数据发送和接收中的冲突问题。

・令牌环网：令牌环网则是通过“令牌”，以让各个结点获得数据发送权，避免数据传输的冲突。

3.按照网络资源管理方式

•对等式：所有结点地位平等。任何结点之间都可以直接通信和资源共享。

•非对等式：所有结点的地位都不同，如服务器与工作站是两种地位不同的结点。

4.按照网络传输技术

•基带局域网：采用数字信号基带传输技术，基带信号占据了传输线路的整个频率范围，信号具有双向传输的

特征。

・宽带局域网：采用模拟信号频带信号传输技术，通过频分多路复用技术，使得一条信道可同时传输多路模拟

信号。由于宽带传输是单向的，因此在宽带局域网中的信号只能沿某个方向进行传输。

4.2.1IEEE80