8.5.1-01-j-07教師授課教案（首頁）共9頁科目計算機網絡基礎第1章課題：計算機網絡概述授課周第2周課時4班級21高級計算機網絡應用3班21高級計算機網絡應用4班授課方式講授法討論法練習法作業題數1擬用時間1學時教學目標掌握計算機網絡體系結構、分層原理等掌握OSI/RM、TCP/IP和IEEE802三種模型實訓設備及材料計算機機房2．多媒體教室重、難點內容：重點內容：計算機網絡拓撲結構；傳輸介質。.解決方法：用實際案例說明不同拓撲結構的特點；向學生展示實物。難點內容：計算機網絡體系結構。解決方法：用比較法比較兩種體系結構的特點。教學過程一、組織教學：（10分鐘）二、教學引入：（10分鐘）三、教學過程：（210分鐘）四、總結：（30分鐘）五、作業布置：（10分鐘）六、教學反思備注：適用于所有課程審閱簽名：一、組織教學（10分鐘）1.清點學生人數，保證出勤。2.控制教學課堂秩序，如玩手機、睡覺、聊天等現象。3.對本課程內容進行主要的介紹，強調本課程的重要性，引起學生對本課程的足夠重視,今后學習其他計算機網絡專業課程打下基礎。二、教學引入：（10分鐘）（通過適當的提問，引入這節課程的新內容）1、什么計算機網絡？2、網絡拓撲結構有哪些？3、OSI/RM和TCP/IP網絡體系結構的區別？4、常見的網絡傳輸介質有哪些？三、教學過程：講解任務，練習指導（210分鐘）（1）內容講解：運用講授法，教師給學生演示講解本節課程內容。（170分鐘）1.1.1計算機網絡的定義和演變1.計算機網絡的定義把分布在不同地理位置計算機、終端，通過通信設備和線路連接起來，以功能完善的網絡軟件網絡通信協議，信息交換方式及網絡操作系統等），實現互相通信及網絡資源共享的系統。2.計算機網絡的發展◆面向終端的計算機網絡◆具有通信功能的多機系統◆計算機網絡1.1.2計算機網絡的分類、組成和網絡性能1.計算機網絡的分類◆

按覆蓋范圍分為：WAN、LAN、MAN◆按通信速率分為：低速網、中速網、高速網◆按帶寬分為：基帶網絡、寬帶網絡2.計算機網絡的組成◆

通信子網◆資源子網1.2計算機網絡的拓撲結構1.2.1網絡拓撲的概念計算機網絡的拓撲結構，是研究網絡中各節點之間的連線（鏈路）的物理布局（只考慮節點的位置關系而不考慮節點間的距離和大小）。1.2.2通信子網的信道類型◆點到點式網絡（Point-to-PointNetworks）：每條物理線路只連接一對設備（計算機或節點交換機），發送的數據在信道另一端只有惟一的一個設備接收。◆廣播式網絡（BroadNetworks：也稱多點共享，任何一個節點發送報文信息時，所有其它節點都會接收到該信息。1．分層結構的優點（1）分解為相對簡單的若干層后，易于實現和維護。（2）各層功能明確，相對獨立，下層為上層提供服務，上層通過接口調用下層功能。不關心下層具體實現細節，各層都可以選擇最合適的實現技術。（3）當某一層的功能需要更新或被替代時，只要它和上、下層的接口服務關系不變，則相鄰層都不受影響。（4）分層結構易于交流、理解和標準化。1.2.3計算機網絡的拓撲結構1.點對點式網絡（Point-to-PointNetworks）點對點式網絡由許多互相連接的結點構成，在每對通信設備之間都有一條專用的通信信道，因此在點對點的網絡中，不存在信道共享與復用的情況。◆環型結構（廣播式）優點：簡化路徑選擇控制，傳輸延遲固定。實時性強，可靠性較高。缺點：節點過多時，影響傳輸效率。環某處斷開會導致系統失效，節點的增刪過程復雜。星型結構（點到點式）優點：單點故障不影響全網，結構簡單。增刪節點及維護管理容易；故障隔離和檢測容易，延遲時間較短。缺點：線路增加成本較高，線路利用率低；網絡性能過于依賴中心節點。◆樹型結構（點到點式）優點：結構比較簡單，成本低。擴充節點方便靈活。缺點：對根的依賴性大。◆分布式結構分布式結構無嚴格的布點規定和構形，節點之間有多條線路可供選擇，當某一線路或節點故障時不會影響整個網絡的工作，具有較高的可靠性，而且資源共享方便。一般情況下，在局域網中很少采用這種分布式結構。◆

無線拓撲結構無線拓撲結構通過空氣作為介質傳輸數據，主要有微波紅外線、衛星通信等形式。2.廣播式網絡（BroadNetworks）所謂廣播式網絡是用一個共同的傳輸介質，把各個計算機模塊連接起來。這樣，任何一個計算機向網絡系統發送信息時，連接在總線上的所有計算機均可以接收到◆總線型結構（廣播式）優點：結構簡單，價格低廉、安裝使用方便。缺點：故障診斷和隔離比較困難。◆任意型由于衛星和微波通信是采用無線電波傳輸的，因此就無所謂網絡的構形，也可以看做是一種任意形或無約束的網狀結構。1.3.1網絡協議網絡協議就是指網絡中計算機、設備之間相互通信和進行數據處理及數據交換而建立的規則（標準或約定）。協議三要素分別為：語法、語義、時序。1.4.1網絡體系結構計算機網絡系統的設計采用結構化方法，將一個較為復雜的系統分解為若干個容易處理的子系統，現代計算機網絡都采用了層次化體系結構。1．分層結構的優點（1）分解為相對簡單的若干層后，易于實現和維護。（2）各層功能明確，相對獨立，下層為上層提供服務，上層通過接口調用下層功能。（3）當某一層的功能需要更新或被替代時，只要它和上、下層的接口服務關系不變，則相鄰層都不受影響。（4）分層結構易于交流、理解和標準化。2．分層原則網絡體系結構分層原則：層數要適中，過多則結構過于復雜，而過少則層間功能劃分不明確；層間接口要清晰，跨越接口的信息量盡可能要少。3.常見的網絡體系結構（1）OSI/RM：國際標準、參考模型（2）TCP/IP：事實上的工業標準（3）IEEE802：局域網標準1.4.2OSI七層參考模型1.OSI七層參考模型2.OSI/RM各層功能簡介◆物理層(PhysicalLayer，PH)◆數據鏈路層(DataLinkLayer，DL)◆網絡層(NetworkLayer，NL)◆傳輸層(TransportLayer，TL)◆會話層(SessionLayer，SL)◆表示層(PresentationLayer，PL)◆應用層(ApplicationLayer，AL)3.OSI/RM各層數據封裝1.4.3TCP/IP參考模型1.TCP/IP概述TCP/IP主要考慮異種網絡互聯問題，是網絡史上最為成功的通信協議。TCP/IP是由一組通信協議所組成的協議簇，而TCP和IP是其中的兩個主要協議。TCP/IP使用范圍廣，既可用于廣域網，又可用于局域網、內部網和外部網等各種網絡中。TCP/IP協議已成為事實上的國際標準和工業標準。2.TCP/IP體系結構◆網絡接口層（是各種網絡，實際上TCP/IP沒定義它）Ethernet、ATM、FDDI、X.25、PPP、Token-Ring◆網際層IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP◆傳輸層TCP、UDP◆應用層HTTP、FTP、TFTP、SMTP、SNMP、Telnet、RPC、DNS、Ping…3.TCP/IP的數據封裝TCP/IP協議也采用對等層通信的模式，封裝和解除封裝也在各層進行。4.TCP/IP和OSI/RM的比較OSI/RM理論性強，學術價值高TCP/IP已成了事實上的工業標準1.4.4IEEE802標準1.IEEE802局域網標準IEEE802只定義了物理層和數據鏈路層兩層。2.IEEE802局域網體系結構◆物理層主要完成編碼、解碼、時鐘同步、發送和接收數據、載波檢測及提供與數據鏈路層的接口。◆數據鏈路層：分為LLC子層和MAC子層1.5．1有線傳輸介質二進制比特流通過物理層處理（編碼/調制、串行同步、多路復用等）后，需要在傳輸介質上傳輸，傳輸介質是數據傳輸的物理通道。1.雙絞線(TP)分為非屏蔽雙絞線UTP和屏蔽雙絞線STP兩種1.雙絞線(TP)STP外面環繞一圈保護層，可提高抗干擾能力，UTP易受各種電信號的干擾，但成本較低。最常用的UTP是3類、5類和超5類線。5類線與3類線的主要區別就是一方面增加了每單位長度的絞合次數；另一方面在線對間的絞合度和線對內兩根導線的絞合度都經過了精心的設計并在生產中加以嚴格的控制，使干擾在一定程度上得以抵消，從而提高了線路的傳輸特性。制作雙絞線的工具：2.同軸電纜同軸電纜能夠傳輸比雙絞線更寬頻率范圍的信號，具有較高的抗干擾能力。3.光纖光纖通信是利用光纖傳遞光脈沖信號實現的。(1）光纖的傳播模式光纖分為單模光纖SMF（Single-ModeFiber）和多模光纖MMF（Multi-ModeFiber）兩種，傳播模式也分為多模傳播和單模傳播兩種。（2）光源光的信號源可以是一個發光二極管（LED）或是固體激光器。1.5.2無線傳輸介質1.無線電波段分配2.微波通信3.衛星通信4.紅外通信和激光通信（2）小組練習：（運用練習法、討論法，教師提出問題，讓學生小組討論，然后教師評價）。（40分鐘）1.提出問題讓學生回答（1）OSI/RM共分幾層？從下到上分別是什么？（2）計算機網絡拓撲結構分幾種，每種的特點和優缺點是什么？（3）計算機網絡傳輸介質有哪幾種？每一種適合用在什么網絡？2.等學生回答過后，再說出問題的關鍵和本節課的重要性。四、課堂小結（10分鐘）重點掌握概念：1、LAN、MAN、WAN2、ARPAnet是Internet3、中國四大網絡4、網絡主要性能參數：帶寬、延遲5、計算機網絡由通信子網和資源子網組成；通信子網的信道類型：點到點和廣播式6、網絡拓撲結構分為總線型、環型、星型、樹型、網狀和無線等幾種類型。總線、環型是廣播式；星型、樹型、網狀是點到點式。7、對網絡發展起重要作用標準化組織8、網絡體系結構（分層）9、OSI/RM七層名稱、通信子網和資源子網分別包括哪幾層10、OSI/RM和TCP/IP模型的比較11、TCP/IP由哪幾級組成12、IEEE802標準包含哪幾層，針對是LAN還是WAN五、作業布置（10分鐘）1.復習本章課程的內容。2.完成本章課后習題。3.預習下一章的內容。8.5.1-01-j-07教師授課教案（首頁）共8頁科目計算機網絡基礎第2章1-6節課題：物理層授課周課時6班級21高級計算機網絡應用3班21高級計算機網絡應用4班授課方式講授法討論法練習法作業題數1擬用時間1學時教學目標了解數據通信的基本概念、傳輸介質、數據并行和串行傳輸方式掌握數字和模擬數據的編碼和調制方法、同步和異步傳輸技術、FDM、TDM和WDM三種多路復用技術實訓設備及材料計算機機房2．多媒體教室重、難點內容：重點內容：數字和模擬數據的編碼和調制方法、同步和異步傳輸技術。解決方法：畫圖對比，舉一反三。難點內容：模擬數據的編碼和調制方法。解決方法：實例講解。教學過程一、組織教學：（10分鐘）二、教學引入：（20分鐘）三、教學過程：（220分鐘）四、總結：（10分鐘）五、作業布置：（10分鐘）六、教學反思（必要時填寫）：備注：適用于所有課程審閱簽名：一、組織教學（10分鐘）1.清點學生人數，保證出勤。2.控制教學課堂秩序，如玩手機、睡覺、聊天等現象。3.對本課程內容進行主要的介紹，強調本課程的重要性，引起學生對本課程的足夠重視,今后學習其他計算機網絡專業課程打下基礎。二、教學引入：（20分鐘）（通過適當的提問，引入這節課程的新內容）計算機網絡由通信子網和資源子網組成，OSI/RM中，通信子網包括物理層、數據鏈路層和網絡層三層。計算機網絡中的數據通信是為了實現計算機之間的數據交換，因此計算機網絡本質上是數據通信的問題。三、教學過程：講解任務，練習指導（220分鐘）（一）內容講解：運用講授法，教師給學生演示講解本節課程內容。（180分鐘）2.1數據通信的基本概念物理層考慮如何將數據轉換成適合信道傳輸的電（光）信號、模/數轉換、采用何種技術傳輸等問題2.1.1數據通信基本概念1.數據分為模擬數據和數字數據兩種。2.信息以某種格式組織起來的數據。3.信號是數據的具體物理表現。分為模擬信號和數字信號兩種4.信道傳輸信息時信號沿發送端到接收端的通路。信道有模擬信道和數字信道。5.通信和數據通通信是信息的傳輸與交換。數據通信是以傳送數據為業務的通信。6.數據通信網是數據通信系統的網絡形式。7.碼元和碼字碼元是一個信號編碼單元。2.1.2數據通信系統1.數據通信系統基本模型2.模擬通信系統和數字通信系統數字通信系統是比模擬通信系統費用低，抗干擾能力強，不易失真，但數字信號比模擬信號易衰減；模擬信號比數字信號傳輸距離要遠。3.信號衰減的克服數字信號衰減的克服辦法是使用中繼器。2.2基帶傳輸2.2.1基帶傳輸的基本概念矩形脈沖信號的固有頻帶被稱作基本頻帶（簡稱基帶）。基帶傳輸在發送端把信源數據經過編碼器變換，變為直接傳輸的基帶信號，在接收端由解碼器恢復成與發送端相同的數據。2.2.2數字基帶傳輸編碼1.單極性不歸零編碼(NRZ)單極性不歸零編碼只使用一個電壓值，用高電平表示1，沒電壓表示0。2.雙極性不歸零碼(BNRZ)用正電平和負電平分別表示二進制數據的1和0，正和負的幅值相等。3．雙極性歸零編碼（BRZ）使用了正、負和零三個電平，信號本身攜帶同步信息，解決了同步問題。4.雙相位編碼(biphaseencoding)信號在每個比特內部的中間發生改變，但不歸零而是將電壓變為相反。◆曼徹斯特編碼（Manchesterencoding）◆差分曼徹斯特編碼（differentialManchesterencoding）2.3頻帶傳輸2.3.1頻帶傳輸基本概念應用模擬信道傳輸數據信號的方法稱為頻帶傳輸。優點：價格便宜，易于實現。缺點：速率低、誤碼率高。2.3.2頻帶傳輸調制方式頻帶傳輸調制方式有：幅移鍵控法、頻移鍵控法和相移鍵控法。1.幅移鍵控法（ASK）2.頻移鍵控法（FSK）3.相移健控法（PSK）4.正交調幅（QAM）2.4數據傳輸方式2.4.1并行傳輸并行傳輸是指數據以成組方式在多個并行的信道上同時傳輸，相應地需要若干根傳輸線。優缺點：并行傳輸優點是速度快，缺點是費用高。2.4.2串行傳輸串行傳輸是指數據在信道上一位一位的逐個傳輸，從發送端到接收端只需一根傳輸線，成本少，易于實現，計算機網絡普遍采用。串行傳輸可以用兩種方式同步傳輸和異步傳輸進行。1.單工通信（雙線制）：單工通信只允許信息始終向一個方向流動。2.半雙工通信（雙線制＋開關）：半雙工通信允許信息流向兩個方向的都可傳輸，但同一時刻只能朝一個方向傳輸。3.全雙工通信（四線制）：全雙工通信指在同一時刻能同時進行雙向通信。2.4.3同步傳輸和異步傳輸1.同步傳輸同步傳輸方式是將一大串數據一起發送。傳輸時，需要在數據塊前放上兩個或以上的同步信號字符SYN，在數據塊結束加上后同步信號。1.異步傳輸異步傳輸也叫做起止式傳輸，它以字符為單位，在每個字符前增加一個起始位，字符代碼后增加１、1.5、２位停止位。它允許碼字之間存在不確定的空閑時間。異步傳輸設備簡單，費用不高，但速率較低2.5多路復用技術2.5.1頻分多路復用技術（FDM）FDM把信道的頻譜分割成若干個互不重疊的子信道，每個子信道傳送一路信號。頻分多路工作過程：2.5.2時分多路復用（TDM）TDM將物理信道按時間分成許多等長的時間片，輪流、交替地分配給多路信源。分為同步和異步TDM兩種。2.5.3波分多路復用(WDM)WDM的原理同FDM相似，用于光纖通信。光信號用波長而不是頻率來表示所使用的光載波。利用不同波長的光，通過共享光纖遠距離傳輸多路信號。2.5.4三種復用技術的比較FDM適合于傳輸模擬信號，TDM適合于傳輸數字信號，而WDM傳輸光波信號。TDM和FDM相比，抗干擾能力強，可以逐級再生整形，避免干擾的積累等優點。計算機通信中廣泛使用TDM和WDM。TDM和FDM的性能比較如下：（1）TDM設備比FDM設備易于實現；（2）TDM比FDM傳輸速率高；（3）FDM中每路信號均需要一個MODEM；（4）FDM通常需要模/數轉換設備；（5）TDM比FDM會產生較多的時間延遲。2.6物理層接口規程2.6.1物理層概述物理層是通信子網的最底層，其傳輸單位是比特（bit），向下直接和信道（傳輸介質）相連接。物理層的作用是在網絡節點之間的物理媒體上提供線路的建立、維持和釋放，實現二進制位流的透明傳輸，并進行差錯檢查等。DTE是信源或信宿，如計算機、終端、路由器等；DCE是網絡設備接入點的統稱，如交換機、調制解調器等。2.6.2

物理層接口特征1．機械特性2．電氣特性3．功能特性4．規程特性（二）課堂練習、小組討論：（運用討論法，教師提出問題，讓學生小組討論，然后教師評價）。（40分鐘）1．畫同以下編碼的單極性不歸零編碼、雙極性歸零編碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼的波形圖。2．用自己的語言描述FDM、TDM、WDM。四、課堂小結（10分鐘）1、模/數信號特征：模擬信號是連續的曲線波，由振幅（音量）、頻率（高低音）和相位（周期）三要素；數字信號是離散（有限個數）的方波。2、模擬信號和數字信號特性：數字通信系統是比模擬通信系統費用低，數字信號抗干擾能力強，不易失真，但數字信號比模擬信號易衰減；模擬信號比數字信號傳輸距離要遠。3、描述數字信道的容量用數據傳輸速率表示，如100Mbps；模擬信道用帶寬描述，如1MHz。4、數字信號序列不能使用周期和頻率來描述，而是采用比特間隔（對應于周期）和比特率（對應于頻率）來描述。5、基帶傳輸頻帶傳輸基帶傳輸是用表示信息的原有信號形式進行傳輸。如數字數據直接在數字信道中傳輸。頻帶傳輸是將基帶信號調制成頻帶信號（模擬信號），在模擬信道中傳輸。6、轉換為數字信號的稱為編碼；轉換為模擬信號的稱為調制。7、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。8、模擬數據的數字信號編碼經過PAM、PCM等過程，采樣頻率是原始的有效信號中最高頻率分量或其帶寬的２倍。9、數據傳輸方式有并行傳輸和串行傳輸兩種，計算機網絡中主要采用串行傳輸。串行傳輸有同步傳輸和異步傳輸進行形式，按傳輸方向有單工、半雙工和全雙工方式。10、多路復用技術有FDM、TDM和WDM等方式，計算機網絡中主要使用TDM和WDM。11、傳輸介質分為有線和無線兩大類，有線介質有同軸電纜、雙絞線和光纜，目前計算機網絡主要使用后兩者。12、光纖的傳播模式分為單模和多模。五、作業布置（20分鐘）1.復習本節課程的內容。2.預習下節課的內容。8.5.1-01-j-07教師授課教案（首頁）共6頁科目計算機網絡基礎第3章1-3節課題：數據鏈路層授課周第4-5周課時10班級21高級計算機網絡應用3班21高級計算機網絡應用4班授課方式講授法討論法練習法作業題數1擬用時間1學時教學目標了解數據鏈路層的功能和成幀的目的掌握停止等待和滑動窗口等流量控制機制、數據鏈路層差錯控制方法、循環冗余校驗碼（CRC）、海明碼、數據鏈路層協議實訓設備及材料計算機機房2．多媒體教室重、難點內容：重點內容：數據鏈路層差錯控制方法、循環冗余校驗碼（CRC）及計算方法。解決方法：實例講解+課堂練習+課后作業。難點內容：海明碼。解決方法：實例講解+課堂練習+課后作業。教學過程一、組織教學：（10分鐘）二、教學引入：（30分鐘）三、教學過程：（350分鐘）四、總結：（40分鐘）五、作業布置：（20分鐘）六、教學反思備注：適用于所有課程審閱簽名：一、組織教學（10分鐘）1.清點學生人數，保證出勤。2.控制教學課堂秩序，如玩手機、睡覺、聊天等現象。3.對本課程內容進行主要的介紹，強調本課程的重要性，引起學生對本課程的足夠重視,今后學習其他計算機網絡專業課程打下基礎。二、教學引入：（30分鐘）（通過適當的提問，引入這節課程的新內容）提問：1、請說出兩種差錯控制方法。2、請說出兩種流量控制的方法。數據鏈路和鏈路是有區別的，鏈路是一條物理線路，而數據鏈路是一個邏輯概念，它包括物理線路和必要的控制規程（協議）。三、教學過程：講解任務，練習指導（350分鐘）（1）內容講解：運用講授法，教師給學生演示講解本節課程內容。（250分鐘）3.1數據鏈路層服務3.1.1數據鏈路層功能數據鏈路層DLL（DataLinkLayer）的作用是利用物理層提供的位串傳輸功能，將物理層傳輸原始比特流時可能出錯的物理連接，改造成為邏輯上無差錯的數據鏈路，在相鄰節點間實現透明的高可靠性傳輸，同時為網絡層提供有效的服務。數據鏈路層主要功能是：成幀、差錯控制、流量控制和鏈路管理等。成幀是將數據組合成數據塊（數據鏈路層中將這種數據塊稱為幀，幀是數據鏈路層的傳送單位）；差錯控制是控制幀在物理信道上的傳輸，包括如何處理傳輸差錯；流量控制是調節發送速率使之與接收方相匹配；鏈路管理是在兩個網路實體之間提供數據鏈路通路的建立、維持和釋放管理。注意：物理層的傳輸單位是二進制位（bit），而數據鏈路層是以幀（Frame）為傳輸單位。3.1.2成幀和幀同步1．成幀數據鏈路層將物理層傳送過來的比特流按照一定格式分割成若干個幀。2．幀同步幀同步是指為了能讓接收方收到的比特流中明確區分出一幀，發送方必須要建立和區分出幀的邊界（起始和終止），方法是在幀的開始和結束位置增加一些特殊的位組合來實現。常用的幀同步方法有下面幾種：（1）字節計數法字節計數法用一個特殊字符表示一幀的起始，并用一個專門字段來標明幀內的字節數，如下圖3-1所示。圖3-1正常幀（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幀的頭之前和尾之后加一個特殊的字符，只要讀到這個字符，幀就開始了，再次讀到這個字符，就認為這個幀結束了，如下圖3-2所示：圖3-2字符填充的首尾定界符法這種方法能夠避免上面字符字節計數法的幀頭出錯問題（3）使用比特填充的首尾定界符法該法以一組特定的比特模式（如01111110）來標志一幀的起止，高級數據鏈路控制規程HDLC采用的就是這種方法。為了區分信息位中出現的與該特定模式相同的比特串，可以采用比特填充的方法。（4）違法編碼法違法編碼法在物理層采用特定的比特編碼方法。例如使用曼徹斯特編碼方法時，將“1”編碼成“高-低”電平對，將“0”編碼成“低-高”電平對，而“高-高”電平對和“低-低”電平對在數據比特中是違法的。可以借用這些違法編碼序列來界定幀的起始與終止。3.2差錯控制3.3.1差錯類型和控制1.差錯類型差錯可分為單比特差錯和突發差錯兩類，單比特差錯是指在傳輸的數據單元中只有一個比特發生了改變（0變1或1變0），而突發差錯是指在傳輸的數據單元中有兩個或兩個以上的比特發生了改變。2.差錯控制有兩種方法：一是改進硬件，但增加成本；另一個是進行差錯控制，在數據鏈路層采用編碼進行查錯或糾錯處理。3.檢錯碼和糾錯碼（1）檢錯碼：只具有檢錯能力的編碼稱為檢錯碼。（2）糾錯碼：既能檢錯又具有自動糾錯能力的編碼。（3）差錯控制方式有自動請求重發ARQ(AutomaticrepeatRequest)和前向糾錯FEC(ForwardErrorCorrection)兩種。ARQ采用檢錯碼方法實現，它使用冗余技術。發送方增加一些附加位，便于接收端進行檢錯。FEC采用糾錯碼方法實現。糾錯碼比檢錯碼復雜，需足夠多的冗余位，實現起來復雜，編碼和解碼速度慢，效率低，造價高且費時。3.2.2典型的差錯控制編碼1.奇偶校驗碼奇偶校驗（Parity）碼是一種簡單、但能力有限的檢錯碼，它在信息位的后面附加一個檢驗位（冗余位），使得碼字中“1”的個數保持為奇數（奇校驗）或偶數（偶校驗）的編碼方法。1.奇偶校驗碼ASCII代碼表示一個字符需要七位，而計算機內表示一個ASCII字符時，占用8個二進制位（一個字節），其中7位是ASCII編碼，另外一位作為奇偶校驗位（冗余位）。每個字節的最后一位為冗余位，它保證每個字節的1的個數為偶數個。注意：奇偶校驗碼只能檢查出奇數個比特的錯誤，對于偶數個比特的錯誤無能為力。2.循環冗余校驗碼循環冗余校驗碼（CRC）是一種最常用的檢錯碼。它通過在信息位的后面附加一串冗余比特實現。方法是將要發送的二進制比特序列當作一個多項式F(x)的系數，發送端用雙方預先約定的G(x)生成多項式對應的比特序列去除，（F(x)對應的比特序列后要加上n個0，n是一個比G(x)生成多項式對應的比特序列的位數減1的數），求得一個余數多項式，它就是循環冗余校驗碼，然后將它附加在放在信息位的后面組成CRC碼進行傳輸。在接收端，用同樣的G(x)去除接收到的比特序列，若能被其整除，表示傳輸正確，否則表示有錯。例如：①設信息位為1011001，則對應的多項式F(x)為x6+x4+x3+1。②雙方預先約定G(x)為x4+x3+1，則對應的生成多項式比特序列為11001，有5位進制比特序列組成。③這時n值為5?1=4，所以F(x)對應的多項式比特序列后需要加上4個0。除法運算如下：運算時需要注意以下兩點：①這里所涉及的運算都是模2運算，即“異或”運算（0?0=0；1?1=0；0?1=1；1?0=1）。②因為F(x)對應的多項式比特序列后加上了4個0，所以冗余位也要是4位。假如余數位數為“10”，那么冗余位是“0010”。3．海明碼海明碼是R.Hamming于1950年首次提出的，它是一種可以糾正單比特差錯的編碼，它也通過增加冗余位進行糾錯的。3.3流量控制和鏈路管理流量控制是一組過程，實際上是用來限制發送方在等待確認前可以發送的數據流量，使其發送速率不至于超過接收方所能處理的能力。常用的流量控制方法是停止等待（stop-and-wait）和滑動窗口（SlidingWindow）等機制。3.3.1停止等待停止等待流量控制機制中，發送方每發出一幀就等待接收方返回的一個確認（ACK）幀，只有當接收到確認幀后，才發送下一幀，否則繼續等待。停等式ARQ的傳送機制(假定A發，B收)如下圖所示。停等式ARQ的傳送機制：? A發送-幀后，B如果接收正確，B向A返回一個肯定應答(ACK)。? B如果接收錯誤，則B向A返回一個否定應簽(NAK)。? A必須在收到B的ACK后，方可發送下一幀。? 如果A發送一幀后(并給定時器設置一個初值)在一個規定的時間內(定時器溢出)，沒有收到對方的ACK,則重發該幀；如果收到了NAK,也要重發該幀。3.3.2滑動窗口滑動窗口流量控制機制，發送方在收到確認幀前可以發送若干幀。幀可以直接依次發送，即鏈路上可能同時承載多個數據幀，從而充分有效地使用了鏈路的能力。接收方只對其中一些幀進行確認，使用一個ACK幀對多個數據幀的接收進行確認。滑動窗口是發送方和接收方創建的一個額外緩沖區（發送方的發送窗口和接收方的接收窗口），窗口可以存儲若干數據幀，窗口在數據傳輸過程中根據控制向前滑動，從而控制數據傳輸過程，并且發送方在收到接收方的確認之前能夠傳輸的幀數目也進行了限制。接收方可以不等窗口被填滿就在任何一點對數據幀進行確認，并且只要接收方窗口未滿，發送方就可繼續傳輸。接收方發出一個確認幀時，這個確認幀中還包含了將要接收的下一幀編號。3.3.3鏈路管理鏈路的建立、維持和釋放稱為數據鏈路層的鏈路管理。鏈路管理功能主要用于面向連接的服務，它可以為網絡層提供幾種不同質量的鏈路服務。（2）小組討論并完成課堂練習：（運用討論法，教師提出問題，讓學生小組討論，然后教師評價）。（100分鐘）1．有幾種幀同步的方法？2．典型的差錯檢測控制方法有哪幾種。3.闡述CRC和海明碼的特點及區別。4．完成CRC的課堂練習。5.完成海明碼課堂練習。四、課堂小結（40分鐘）1．小結幀同步方法。2．檢錯碼和糾錯碼的特點和區別。3.CRC和海明碼的計算方法。五、作業布置（20分鐘）1.復習本節課程的內容。2.預習下節課的內容。8.5.1-01-j-07教師授課教案（首頁）共11頁科目計算機網絡基礎第4章1-8節課題：局域網技術授課周第5-6周課時8班級21高級計算機網絡應用3班21高級計算機網絡應用4班授課方式講授法討論法練習法作業題數1擬用時間1學時教學目標了解以太網標準、特點、分類和體系結構，令牌環工作原理和令牌環網技術掌握局域網介質訪問控制方法CSMA/CD和Token、交換概念、交換式以太網及全雙工以太網

實訓設備及材料計算機機房2．多媒體教室重、難點內容：重點內容：CSMA/CD和令牌環工作原理。解決方法：舉例說明，學生討論。難點內容：局域網介質訪問控制方法CSMA/CD。解決方法：讓學生用自己的語文闡述。教學過程一、組織教學：（20分鐘）二、教學引入：（20分鐘）三、教學過程：（280分鐘）四、總結：（30分鐘）五、作業布置：（10分鐘）六、教學反思備注：適用于所有課程審閱簽名：一、組織教學（20分鐘）1.清點學生人數，保證出勤。2.控制教學課堂秩序，如玩手機、睡覺、聊天等現象。3.對本課程內容進行主要的介紹，強調本課程的重要性，引起學生對本課程的足夠重視,今后學習其他計算機網絡專業課程打下基礎。二、教學引入：（20分鐘）（通過適當的提問，引入這節課程的新內容）局域網主要采用哪幾種拓撲結構？以太網NIC的MAC地址占多少位？由哪幾部分組成？局域網常采用的介質訪問控制方法有哪幾種？網絡適配器的基本功能是什么？以太網有哪些種類？三、教學過程：講解任務，練習指導（280分鐘）（1）內容講解：運用講授法，教師給學生演示講解本節課程內容。（230分鐘）局域網只涉及通信子網（物理層和數據鏈路層）的功能，它是同一個網絡中節點與節點之間的數據通信問題，它不涉及網絡層。4.1局域網介質訪問控制域網種類較多，常用的有：以太網（Ethernet）、令牌環網（TokenRing）、令牌總線（TokenBus）、光纖分布數據接口FDDI（FiberDistributedDataInterface）……1.局域網(LAN)具有以下特點：地理分布范圍較小數據傳輸速率高誤碼率低局域網的歸屬較為單一一般采用分布式控制和廣播式通信協議簡單、結構靈活、建網成本低、周期短、便于管理和擴充2.構建局域網需要考慮的問題拓撲結構、傳輸介質、介質訪問控制方法、通信協議和布線技術。3.局域網的拓撲結構局域網常采用總線型、環型、星型、樹型拓撲和無線等結構。目前使用最多的是樹型拓撲結構的以太網。4.1.1CSMA/CD和Token介質訪問控制是指網絡節點使用傳輸介質的控制規則，也就是協議（Protocol）。介質訪問控制由數據鏈路層中的MAC子層協議完成。1.具有沖突檢測的載波偵聽多路訪問CSMA/CD載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）的含義（1）載波偵聽：站點發送信號前，首先監聽傳輸介質是否空閑。如果空閑，站點可發送信息；若忙則繼續監聽，一旦發現線路空閑，便立即發送。（2）多路訪問：就是支持三個或者三個以上的設備接入，它允許多個設備共享同一信道。（3）沖突：是指兩個以上節點同時發送數據，造成不同信號的疊加互相破壞而變成無意義的噪聲。（4）沖突域：是在網路內部數據分組所產生與發生沖突的一個區域稱為沖突域，所有的共享介質環境都是一個沖突域，它是連接在同一傳輸介質上所有工作站的集合。（5）沖突檢測：沖突發生時，正在傳輸的設備會調用一個算法來回退一段時間，然后重傳一次數據。

載波偵聽時是檢測線路上的電壓值。如果沒有電壓，認為線路是空閑，可以開始數據傳輸。如果有電壓值就等待傳輸介質空閑，再啟動一次傳輸。CSMA/CD采用邊發送邊偵聽（沖突檢測）的技術。任一時刻只允許一個站點發送數據，可簡單概括為“先聽后發、邊聽邊發、沖突停止和隨機延遲后重發”四句話。2.令牌（Token）技術－“輪詢型”Token采用輪流訪問（排隊）的公平方式，令牌（Token）是一個特殊短幀。網絡中只有取得Token的節點才可以發送數據。當網絡中沒有站點發送數據時，令牌就沿環高速單向繞行。令牌訪問介質方式的優點是：不存在競爭，因此不會出現沖突，常用于高負荷通信量較大的網絡。令牌繞環一周的時間固定，實時性好，適用于控制型或實時性要求較高場合令牌單向流動，因此可使用帶寬高的光纖作為傳輸介質。可以設置優先級，適用于集中管理。負荷較高時，有較好的響應方式。4.1.2網絡適配器網絡適配器（NetworkAdapters），又稱網絡接口卡NIC（NetworkInterfaceCard），簡稱網卡。1.網絡適配器功能網卡工作在OSI/RM的第一、二層，完成物理層和數據鏈路層的功能。網卡的基本功能是：并行數據和串行信號之間的轉換、數據幀的裝配與拆裝、介質訪問控制和數據緩沖等。2.網卡的種類按傳輸速率分為10Mbps、100Mbps、10/100Mbp和1000Mbps網卡等。按位數可分為8位、16位和32位網卡等。按接口分為AUI、BNC、RJ-45、ST、SC插頭網卡和無線網卡等。按總線可分為ISA、EISA、VESA、PCI和PCMCIA等。3.Ethernet網卡Ethernet網卡中已將CSMA/CD功能集成到網卡中。4.NIC地址網卡(NIC)地址指物理地址，它也稱為MAC地址或硬件地址。網卡地址由48位二進制數字組成（用12位十六進制數表示），例如：00-AA-00-3F-89-4A。高24位是由IEEE分配的廠商地址，低24位由生產廠商自己管理的地址（序列號），每一個網卡的物理地址在全球都是惟一的。4.2以太網4.2.1以太網體系結構IEEE802.3定義的以太網標準分為10兆以太網、快速（百兆）以太網、(FastEthernet)、千兆位以太網(GigabitEthernet)等。如10Broad36、10Base5等。標準中第1個數字表示以Mbps為單位的傳輸速率，最后一個數字或字母為電纜最大長度或電纜的類別。其中，Base為基帶，Broad為寬帶。1．以太網標準和分類2.以太網體系結構以太網涉及OSI/RM的物理層和數據鏈路層。物理層定義了介質相關接口（MDI）和連接單元接口（AUI）。數據鏈路層分為成介質訪問控制MAC和邏輯鏈路控制LLC。MAC子層主要解決共享傳輸介質而引起的爭用介質問題，如執行CSMA/CD、Token。3.協議數據單元PDU4.MAC幀格式5.以太網特點以太網結構簡單，易于實現，技術相對成熟，網絡連接設備的成本越來越低。4.2.210兆以太網1.10兆以太網的分類：10Base5（IEEE802.3）、10Base2、10Base-T（IEEE802.3i、10Base-F、10Broad36。6.10兆以太網的中繼規則5-4-3-2-1，也稱黃金規則。從任一個發送端到接收端之間只能有5個網段；從任一個發送端到接收端之間只能經過4個中繼器；其中的3個網段可增加站點；另2個網段只能作為中繼鏈路，不能連接站點、整個網絡組成了1個沖突域。因此：標準以太網10Base5的最大網絡長度為2500m（超過2500m時，1個幀傳送完畢后，在第2個幀傳輸前不能檢測到是否有沖突）。4.3交換式和全雙工以太網1.交換的提出使用集線器連接的為共享式以太網，平分網絡帶寬，所有站點屬于同一個沖突域。交換技術受傳統的電路交換的啟示，讓正在通信的雙方擁有一條不受干擾的獨立信道。交換式以太網可以實現多對用戶之間的點到點通信。2.交換式以太網使用交換機（Switch）連接的以太網是交換式以太網，交換機是一種特殊的網橋，它的一個端口是一個沖突域。交換機能夠識別出幀的目的地址，并把幀只發送到目標站點連接的相應端口。交換機工作原理如圖所示。2.交換式以太網交換式以太網不受5-4-3-2-1中繼規則的限制，也不受205m沖突域直徑的限制。全交換式以太網沖突域直徑只受傳輸介質本身影響。3.共享式以太網和交換式以太網的區別信道類型不同帶寬的區別通信方式的區別拓撲結構不同沖突域直徑區別4.全雙工以太網共享式以太網都以半雙工方式工作。全雙工以太網一定是交換式以太網，而交換式以太網不一定是全雙工以太網。全雙工以太網中網卡、交換機和鏈路必須也是全雙工的。4.4千兆位以太網(GigabitEthernet)4.4.1千兆位以太網的分類1000Base-SX 使用短波激光作為信號源1000Base-LX（IEEE802.3z）使用長波激光作為信號源1000Base-CX使用一種特殊規格的高質量平衡屏蔽銅質雙絞線對電纜1000Base-T（IEEE802.3ab）使用4對（全部8根線）超5類UTP4.4.2千兆位以太網的特點1．千兆位以太網的優點（1）簡易性（2）擴展性（3）可靠性（4）經濟性（5）廣泛應用性4.510吉比特以太網（10GE）1．10吉比特以太網的特點：①向下兼容②全雙工模式③傳輸介質為光纖④可選擇多種編碼方式⑤支持局域網、城域網和廣域網接口。2．10吉比特以太網物理層協議（1）局域網物理層標準10吉比特以太網的幀格式與以前的以太網幀格式一致，工作速率為10Gbps。因此，10吉比特以太網可以用最小的代價升級并兼容現有的10/100/1000Mbps局域網，并使現有局域網的網絡范圍最大達到40km。4.6其他常見局域網令牌環網（TokenRing）、令牌總線（TokenBus）、光纖分布數據接口（FDDI）。4.7常用局域網協議1.IEEE802局域網標準，由指IEEE802委員會負責制定的局域網標準。2.NetBEUI協議和IPX/SPX協議。（2）小組討論：（運用討論法，教師提出問題，讓學生小組討論，然后教師評價）。（50分鐘）1.CSMA/CD的工作原理？2.交換式以太網的特點。3.以太網的類別。四、課堂小結（30分鐘）局域網種類較多，占主導地位的有Ethernet、TokenRing、TokenBus和FDDI等體系結構。局域網介質訪問控制主要有CSMA/CD和Token兩種，現在組建局域網都以Ethernet為主，Ethernet采用“爭用型”的CSMA/CD介質訪問方法。Hub連接的為共享式以太網；使用交換機連接的以太網為交換式以太網，交換式以太網不受5-4-3-2-1中繼規則的限制，100M以太網沖突域直徑也不受205m的限制。五、作業布置（20分鐘）1.復習本節課程的內容。2.完成本章課后習題2.預習下節課的內容。8.5.1-01-j-07教師授課教案（首頁）共10頁科目計算機網絡基礎第5章1-4節課題：網絡層、傳輸層和高層協議授課周第7-8周課時8班級21高級計算機網絡應用3班21高級計算機網絡應用4班授課方式講授法討論法練習法作業題數1擬用時間1學時教學目標了解會話層、表示層和應用層各層功能,面向連接和無連接的概念掌握傳輸層、網絡層的功能和路由選擇概念掌握數據報和虛節能電路等數據交換技術實訓設備及材料計算機機房2．多媒體教室重、難點內容：重點內容：傳輸層、網絡層的功能和路由選擇概念。解決方法：舉例講解。難點內容：數據報和虛節能電路等數據交換技術。解決方法：學生討論然后闡述。教學過程一、組織教學：（20分鐘）二、教學引入：（30分鐘）三、教學過程：（260分鐘）四、總結：（30分鐘）五、作業布置：（20分鐘）六、教學反思備注：適用于所有課程審閱簽名：一、組織教學（20分鐘）1.清點學生人數，保證出勤。2.控制教學課堂秩序，如玩手機、睡覺、聊天等現象。3.對本課程內容進行主要的介紹，強調本課程的重要性，引起學生對本課程的足夠重視,今后學習其他計算機網絡專業課程打下基礎。二、教學引入：（30分鐘）（通過適當的提問，引入這節課程的新內容）網絡層有什么功能？路由的概念？路由器如何進行路由選擇？三、教學過程：講解任務，練習指導（260分鐘）（1）內容講解：運用講授法，教師給學生演示講解本節課程內容。（200分鐘）物理層的數據傳輸單位是位，如同一個學校的一個學生；數據鏈路層的傳輸單位是幀；如同班級中的一個小組；而網絡層的數據傳輸單位是包，如同一個學校的一個班級。物理層和數據鏈路層考慮節點間直接相連的情形（AN內），而從網絡層開始，則考慮源和目的節點存在許多中間節點的情形（WAN內）。5.1網絡層網絡層是通信子網的最高層，主要任務是提供路由，完成數據交換、擁塞控制、阻塞與死鎖處理和網際互聯等問題。網絡層數據單元稱為分組或者叫包（Packet）。5.1網絡層1、網絡層的主要作用建立網絡連接，提供網絡地址，提供尋址實現網絡數據單元（包）的傳送（數據交換）路由選擇擁塞控制差錯控制消除通信子網的質量差異確定網絡層服務質量參數，如網絡吞吐量、網絡延遲等5.1.1數據交換方式數據從源節點到目標節點之間的數據傳輸過程稱為數據交換（Switch），其對應的技術稱為數據交換技術。常用的數據交換技術有電路交換、存儲-轉發交換、包（分組）交換、ATM信元交換和幀中繼等。1.電路交換電路交換（CircuitSwitching）源于電話交換技術。數據傳輸前，先由一端發起呼叫開始建立連接，直到兩端建立起一條通路，然后才開始進行數據傳輸。在整個傳輸期間，該通路一直為通信雙方獨占，直到通信結束后才釋放線路。電路交換過程需要線路連接、數據傳輸和線路拆除三個階段。電路交換的優缺點：電路交換的優點是數據以固定速度傳輸，傳送快，延遲小，適用于實時傳輸、遠程成批處理、發送大量數據和持續通信要求高的場合。缺點是整個連接過程的信道容量完全被通信雙方占用，線路利用率不高。2.存儲轉發交換存儲轉發交換也稱報文交換，源于電報傳輸方式。存儲轉發交換時，傳輸前先將需要發送的數據分割成一定大小的塊（報文），一個報文被存儲在節點上并不立即發送，而是等到信道或路由中的下一節點的緩沖器空閑時再發送出去。存儲轉發交換有如下特點：(1)多個源可同時共享信道，線路利用率高，(2)傳輸可靠性高，具有檢驗方法和重發措施，可選不同路由發送信息。(3)使用靈活，兩個傳輸速率不同或代碼不同的節點也可以連接起來。(4)網絡傳輸延遲長，不適合實時或交互通信。3.包交換包交換（Packetswitching）也稱分組交換。在包交換網絡中，數據單元（包或分組）是大小可變的數據塊，包的長度由網絡確定。包交換有虛電路和數據報兩種方式。（1）數據報方式數據報（面向無連接，無需呼叫等連接過程）方式中，每個包在傳輸時都是一個獨立的傳輸單元（包含源和目標地址），傳輸時自己選擇傳輸路徑，即使若干個包可能屬于同一個報文時也是如此（2）虛電路方式虛電路（面向連接，傳輸前需建立路徑）傳輸過程時，屬于同一個報文的所有包之間的先后順序被保留了下來，源節點和目的節點之間路徑在會話開始的時候先被選中，即先建立一條邏輯通路。（3）兩者區別數據報方式提供面向無連接、不可靠的傳輸服務，它充分利用傳輸線路，傳輸效率高；虛電路方式提供的是面向連接、可靠的傳輸服務，相比而言，速度較慢。5.1.2網絡層的功能1.面向連接的服務面向連接的服務主要是虛電路服務（電話型服務）。這種方式在數據傳輸時，需要經過連接的建立、維持（數據傳輸）和連接的拆除三個階段。2.面向無連接的服務面向無連接的服務主要是數據報服務（電報型服務）。數據傳輸不需建立連接和拆除過程，各個數據包都有自己的控制信息，它將差錯控制、流量控制和包的排序等均交給傳輸層處理。5.1.3路由選擇廣域網中源節點和目的節點之間一般有多條傳輸路徑供選擇，網絡中每個中間節點在收到一個數據包后，都要確定向下一個節點傳送的路徑，這就是路由選擇。完成路由選擇的設備是路由器。在數據報方式中，網絡中的每個中間節點要為每個包的路由做出選擇；而在虛電路方式中，在連接建立時就已確定好路由。路由選擇的工作由路由器完成；路由器根據路由表進行操作；路由表通過路由算法生成；路由算法由路由協議確定。1.靜態路由選擇策略：擴散法、固定路由選擇、隨機路由選擇。2.動態路由選擇策略：獨立路由選擇、集中路由選擇、分布路由選擇。5.1.4擁塞控制擁塞也稱阻塞，是指源和目的節點之間中某一個中間節點緩存中的包數量過多。5.2傳輸層傳輸層處于通信子網和資源子網之間，起著承上啟下的作用傳輸層的傳輸單位為段高三層的傳輸單位為報文5.2.1傳輸層的功能傳輸層是OSI/RM的核心，它提供的服務類似于數據鏈路層。區別是數據鏈路層控制局域網中單條鏈路上“點到點”傳輸的情形，而“端到端”是指從源端到目的端，中間可以有一個或多個交換節點.5.2.1傳輸層的功能傳輸層功能有下面幾個：端到端的傳遞、尋址、可靠傳遞、流量控制、復用、分段和重組。5.2.2面向連接和面向無連接（1）面向連接的協議是指在源端和目的端之間建立一條虛電路或路徑，然后，屬于同一個的報文的所有數據包都在這一路徑上傳遞。（2）面向無連接的傳輸服務只為上層提供一種類型的服務，它為所有傳輸提供單個獨立的數據單元。典型的傳輸層協議是TCP/IP協議中的TCP和UDP。其中，傳輸控制協議TCP協議是面向連接的協議，用戶數據報協議UDP是面向無連接的協議。TCP和UDP都建立在網際層IP協議基礎之上。5.3.1會話層會話層的作用是建立、維護和同步正在進行通信的高層之間的會話。會話層提供的主要服務有：數據交換、隔離服務、與會話管理有關的服務、會話層與傳輸層的交互、同步點。5.3.2表示層表示層解決通信中所涉及的信息表示問題，如數據的編碼翻譯、數據的加密/解密、認證及數據的壓縮與解壓縮等。5.3.3應用層應用層負責網絡中各種應用程序和網絡操作系統之間的聯系，并完成用戶提出的各種網絡服務及各種應用所需的監督、管理和服務等各種協議，此外，該層還負責協調各個應用程序之間的工作。（2）小組討論：（運用討論法，教師提出問題，讓學生小組討論，然后教師評價）。（60分鐘）1、傳輸層的作用有哪些？2、應用層的作用有哪些？3、電路交換和報文交換的特點分別是什么？四、課堂小結（30分鐘）1.物理層的傳輸單位是數據流，數據鏈路層的傳輸單位是數據幀，網絡層的傳輸單位是數據包，傳輸層的傳輸單位是數據段，高三層的傳輸單位是報文。2.常用的數據交換技術有電路交換、存儲-轉發交換、包（分組）交換、ATM信元交換和幀中繼等。3.包交換分為和虛電路兩種方式。4.路由選擇的工作由路由器完成；路由器根據路由表進行操作；路由表通過路由算法生成；路由算法由路由協議確定。5.第三層以下各層的通信為系統間通信，而會話層以上為進程間的通信。6.高三層屬于資源子網，低三層屬于通信子網，傳輸層位于資源子網和通信子網之間。五、作業布置（20分鐘）1.復習本節課程的內容。2.完成本章課后習題3.預習下節課的內容。8.5.1-01-j-07教師授課教案（首頁）共15頁科目計算機網絡基礎第6章1-6節課題：中繼器、網橋、路由器、網關、三層交換和高層交換授課周第8-9周課時10班級授課方式講授法討論法練習法作業題數1擬用時間1學時教學目標1.掌握中繼器和集線器的性能、作用和分類2.掌握網橋和交換機的特點、工作原理和性能參數3.掌握路由器的分類和工作原理4.掌握網關的分類和作用5.掌握三層交換和多層交換的概念實訓設備及材料1.計算機機房2.多媒體教室重、難點內容：重點內容：中繼器和集線器的性能、作用和分類難點內容：交換機、路由器的分類和工作原理教學過程一、組織教學：（20分鐘）二、教學引入：（30分鐘）三、教學過程：（350分鐘）四、總結：（30分鐘）五、作業布置：（20分鐘）六、教學反思備注：適用于所有課程審閱簽名：一、組織教學（20分鐘）1.清點學生人數，保證出勤。2.控制教學課堂秩序，如玩手機、睡覺、聊天等現象。二、教學引入：（30分鐘）（通過適當的提問，引入這節課程的新內容）1.網絡互聯設備有哪些？2.路由的概念？3.路由器如何進行路由選擇？三、教學過程：講解任務，練習指導（350分鐘）（1）內容講解：運用講授法，教師給學生演示講解本節課程內容。（260分鐘）6.1網絡互聯概述1．網絡互聯類型計算機網絡有局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN），網絡互聯主要是這幾種網絡之間的互聯。2．網絡互聯層次OSI/RM共有7個層次，不同功能層次的網絡互聯時，所選擇網絡互聯設備也不同。網絡互聯按功能層次劃分，主要有物理層互聯、數據鏈路層互聯、網絡層互聯和高層互聯。相應的網絡互聯設備有中繼器、網橋、交換機、路由器和網關等，它們和OSI/RM的對應關系如圖6-1所示。中繼器和網橋用于局域網內部連接；路由器和網關用于廣域網的連接。6.2物理層互聯設備——中繼器6.2.1中繼器（Repeater）中繼器（Repeater）是連接網絡線路的一種裝置，常用于兩個網絡節點之間物理信號的雙向轉發工作。中繼器是最簡單的網絡互聯設備，主要完成物理層的功能，負責在兩個節點的物理層上按位傳遞信息，完成信號的復制、調整和放大功能，以此來延長網絡的長度。例如，10Base5網絡的傳輸距離為500m，使用了中繼器后，網絡直徑可延長到2500m。由于存在損耗，在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設計的。它完成物理線路的連接，對衰減的信號進行放大，保持與原數據相同。一般情況下，中繼器的兩端連接的是相同的媒體，但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉接工作。從理論上講中繼器的使用是無限的，網絡也因此可以無限延長。事實上這是不可能的，因為網絡標準中都對信號的延遲范圍作了具體的規定，中繼器只能在此規定范圍內進行有效的工作，否則會引起網絡故障。這就是在4.2節中介紹的5-4-3-2-1中繼規則。6.2.2集線器（Hub）集線器（Hub）屬于數據通信系統中的基礎設備，它和雙絞線等傳輸介質一樣，是一種不需任何軟件支持或只需很少管理軟件管理的硬件設備。它被廣泛應用到各種場合。集線器工作在局域網（LAN）環境，像網卡一樣，應用于OSI參考模型第一層，因此又被稱為物理層設備。集線器內部采用了電器互聯，當維護LAN的環境是邏輯總線或環型結構時，完全可以用集線器建立一個物理上的星型或樹型網絡結構。在這方面，集線器所起的作用相當于多端口的中繼器。其實，集線器實際上就是中繼器的一種，其區別僅在于集線器能夠提供更多的端口服務，所以集線器又叫多口中繼器。1．集線器的分類集線器分為獨立型、堆疊式和模塊化三種。2．集線器的特點中繼器和集線器工作在物理層，它們所連接的網絡在物理層以上使用相同或兼容的協議。同時，它們具有相同的特點，優缺點也類似。使用中繼器或集線器有如下優點：①安裝簡單方便，基本上不需要配置。②既可以連接使用相同傳輸介質的局域網（如10Base-T），擴大網絡的規模，延長傳輸距離，增加網絡的節點數，也可連接不同傳輸介質和接口的局域網。3．廣播風暴廣播風暴也叫網絡廣播風暴，廣播風暴（broadcaststorm）故障，即一個數據包或幀被傳送到本地網段（由廣播域定義）上的每個節點就是廣播；網絡上的廣播幀由于被轉發，數量急劇增加而出現正常網絡通信的反常現象。廣播風暴會占用相當可觀的網絡帶寬，導致正常數據包無法正常運行。當廣播數據充斥網絡無法處理并占用大量網絡帶寬，導致正常業務不能運行，這就發生了廣播風暴，造成局域網局部或整個網絡癱瘓。導致廣播風暴的原因有很多，當網卡或集線器的一個端口出現故障或網絡病毒泛濫時，都有可能引發廣播風暴。網卡檢測網絡載波或者發送數據包，都會隨時向網絡中傳輸廣播數據，因此，即使沒有用戶發送數據幀，網絡上也會出現一定數量的廣播幀。當網絡中節點數過多，網絡負荷過大，就會導致網絡延時加大，數據無法傳輸，網絡處于癱瘓狀態，出現廣播風暴。廣播風暴可以通過仔細配置網絡的方法，阻止非法廣播消息進行傳播。6.3數據鏈路層互聯設備——網橋6.3.1網橋（Bridge）網橋也叫橋接器，是連接兩個局域網的一種存儲/轉發設備，它能將一個大的LAN分割為多個網段，或將兩個以上的LAN互聯為一個邏輯LAN，使LAN上的所有用戶都可訪問服務器。網橋像一個聰明的中繼器，有存儲轉發的功能。中繼器從一個網絡電纜里接收信號，放大它們，將其送入下一個電纜。相比較而言，網橋接收一個完整的數據幀后，根據物理地址（網卡地址或MAC地址）以數據進行過濾和轉發，通過對數據幀篩選實現網絡分段，縮小沖突域。網橋對從關卡上傳下來的信息更敏銳一些。網橋是一種對幀進行轉發的技術，根據MAC分區塊，可隔離碰撞正確嗎?答：已修訂。。網橋將網絡的同一網段在數據鏈路層連接起來，只能連接同構網絡（同一網段），不能連接異構網絡（不同網段）。正確嗎?答：已修訂。6.3.2交換機（Switch）交換機是網橋的一種，使用它所連接的以太網為交換式以太網，在工業上是指工作在第二層的網絡互聯設備，現在交換技術可以工作在網絡層及應用層。因此有所謂的第三層、第四層及高層交換的概念。這里只討論工作在第二層的交換機。交換機和集線器從外觀上看十分相似，它是一種低價位高性能的多端口網絡設備，除了具有集線器的全部特性外，還具有自動尋址、數據交換等功能。交換機的工作原理當交換機收到數據時，它會檢查它的目的MAC地址，然后把數據從目的主機所在的接口轉發出去。交換機之所以能實現這一功能，是因為交換機內部有一個MAC地址表，MAC地址表記錄了網絡中所有MAC地址與該交換機各端口的對應信息。某一數據幀需要轉發時，交換機根據該數據幀的目的MAC地址來查找MAC地址表，從而得到該地址對應的端口，即知道具有該MAC地址的設備是連接在交換機的哪個端口上，然后交換機把數據幀從該端口轉發出去。①交換機根據收到數據幀中的源MAC地址建立該地址同交換機端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。②交換機將數據幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進行比較，以決定由哪個端口進行轉發。③如數據幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉發。這一過程稱為泛洪（flood）。④廣播幀和組播幀向所有的端口轉發。交換機的分類（1）廣義上交換機的分類廣義上交換機分為廣域網交換機和局域網交換機兩類，局域網交換機還分為半雙工、全雙工、三層交換機等兩處都是局域網交換機的分類,正確嗎?答：已修訂。。廣域網交換機主要應用于電信領域，提供通信基礎平臺，而局域網交換機則應用于局域網絡，用于連接終端設備等。兩處都是局域網交換機的分類,正確嗎?答：已修訂。（2）局域網交換機的分類局域網交換機又可以分為以太網交換機、快速以太網交換機、千兆以太網交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環交換機等多種兩處都是局域網交換機的分類,正確嗎?答：已修訂。，它們分別適用于以太網、快速以太網、FDDI、ATM和令牌環網等環境。局域網交換技術有幀交換和ATM交換等。其中幀交換是應用最廣泛的局域網交換技術，它通過對傳統傳輸媒介進行微分段，提供并行傳送的機制，以減小沖突域、獲得高的帶寬。ATM交換則采用53個字節的固定長度信元交換，由于長度固定，因而便于用硬件實現。ATM采用統計時分電路進行復用，因而能大大提高通道利用率。ATM的帶寬可以達到25M、155M、622M甚至數吉比特傳送能力。兩處都是局域網交換機的分類,正確嗎?答：已修訂。（3）從應用規模上交換機的分類在應用規模上，交換機又分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等，各廠商劃分的標準并不完全一致。企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式，也可以是固定配置式，而工作組級交換機一般為固定配置式，功能較為簡單。一般作為骨干交換機時，支持500個信息點以上大型企業應用的交換機為企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。6.4網絡層互聯設備——路由器（Router）網絡層互聯設備主要是路由器，它可以訪問物理地址，同時還包含軟件。當它接收到數據包時，負責尋址，選擇轉發到下一個節點的最佳路徑。它廣泛應用于局域網和局域網、局域網和廣域網、廣域網和廣域網之間的互聯，而且是Internet、Intranet和Extranet中必不可少的設備之一。6.4.1路由器的基本概念1．路由器路由器工作于網絡層，從事不同網絡之間的數據包（Packet）的存儲和分組轉發，是用于連接多個邏輯上分開的網絡（所謂邏輯網絡是代表一個單獨的網絡或者一個子網）的網絡設備。路由器所互聯的網絡都是獨立的子網，它們可以有不同的拓撲結構、傳輸介質和介質訪問控制方法。它所連接網絡的網絡ID可以不同，或者使用的協議也有可能不同。因此，路由器在多個網絡之間提供網間服務，并具有相應的協議轉換功能。例如，通過TCP/IP將若干個以太網連接到X.25包網絡上；利用路由器連接Ethernet、FDDI、ATM和DDN網絡等，如圖6-3所示。當兩個局域網要保持各自不同的管理控制范圍時，就需要使用路由器，而不用網橋。6.4.2路由器的工作原理路由器工作在網絡層，它改進了網橋的功能。路由器將數據鏈路層的數據幀“封裝”到含有路由和控制信息的數據包中，并在公共數據網中傳輸。當路由器收到一個數據包后，就讀出其中的源和目標網絡地址（如IP地址），然后根據路由表中的信息，利用復雜的路由算法，為數據包選擇合適的路由，并轉發該數據包。數據包到達目標節點前的路由器后，再將其分解為數據鏈路層所認識的數據幀，并把它傳輸到目標節點。互聯的網絡是遠程連接時，一般在源和目標網絡之間存在多個不同的路徑。所謂路由器的路徑選擇就是根據路由表中的信息自動選擇其中的一條最佳路徑，而路由表是根據路由算法生成的。6.4.3路由器的分類和作用1．路由器的分類路由器按照不同的劃分標準有多種類型，如表6-2所示。2．路由器的作用路由器是互聯網的主要設備，它具有以下3個基本功能。①連接功能。路由器不但可以連接不同的LAN，還可以連接不同的網絡類型（如LAN或WAN），不同速率的鏈路或子網接口。②網絡地址判斷、最佳路由選擇和數據處理功能。路由器為每一種網絡層協議建立路由表，并對其加以維護。③設備管理。由于路由器工作在網絡層，因此可以了解更多的高層信息，可以通過軟件協議本身的流量控制功能控制數據轉發的流量，以解決擁塞問題。路由器還可以提供對網絡配置管理、容錯管理和性能管理的支持。6.5高層互聯設備——網關（Gateway）1．網關的功能網關也叫網間協議變換器，它是比網橋與路由器更復雜的網絡互連設備。網關可以實現不同協議的網絡間的互連，包括不同網絡操作系統的網絡間的互連，也可以實現局域網與遠程網間的互連。當兩個完全不同的網絡（不僅硬件不同，整體結構、數據類型和通信協議也可以完全不同）連接時，通常使用網關，如圖6-4所示。網關工作在高三層（會話層、表示層和應用層），作用于OSI/RM的所有七層中。網關可以設在服務器、微機或大型機上。由于網關具有強大的功能并且大多數時候都和應用有關，它們比路由器的價格要貴一些。另外，由于網關的傳輸更復雜，它們傳輸數據的速度要比網橋或路由器低一些。正是由于網關較慢，它們有造成網絡堵塞的可能。網關通常是安裝在路由器內部的軟件。所以，在Internet中，常將路由器和網關兩個概念混用。一般的PC也可以作為網關的硬件平臺。例如，安裝了防火墻軟件的計算機就是一種網關。較為復雜的網絡可以是硬件和軟件集成在一起的復雜設備。2．網關的分類按照不同的分類標準，網關也有很多種。目前，網關主要有3種：協議網關、應用網關、安全網關。協議網關：通常在使用不同協議的網絡區域間完成協議轉換。應用網關：是在使用不同數據格式間翻譯數據的系統。安全網關：是各種技術的融合，具有重要且獨特的保護作用，其范圍從協議級過濾到十分復雜的應用級過濾。6.6三層交換和高層交換6.6.1三層交換的概念1．二層交換的優點及三層的瓶頸問題共享式集線器組成的局域網中所有站點都處于同一個沖突域，而交換機可以通過檢查幀頭的目標地址，通過高速背板總線將數據幀只轉發到連接目標站點的端口。因此，交換機成為局域網的主要組成部分，和集線器相比，它提供的帶寬高，從集線器升級到交換機對用戶是透明的，即將網絡中的集線器換成交換機，網絡中的其他都不用改變，而每個端口就可獨占帶寬了。第二層采用了交換技術提高了吞吐率，但是在網絡的高層出現了瓶頸。這主要是為了消除過多的廣播和提供一定的安全機制，同時也是為了使交換式網絡有更好的伸縮性，常將一個大型網絡劃分為許多獨立的子網。但大型扁平式的交換網絡會有廣播風暴、擴展樹環路、網絡間的安全以及低效率的尋址等問題，因此在20世紀80年代將路由器引入到橋接式網絡中。路由器在交換式網絡中的作用是不能替代的，但是高性能的LAN交換機可以以每秒數百萬個數據包向園區主干網發送數據包，而主干上的路由器卻最多只能接受100萬個數據包的一半，這樣網絡中就有可能出現瓶頸。隨著內部網中網絡用戶以及交換機數量的不斷增加，第三層的瓶頸現象也變得更加嚴重。路由器對每個到來的包根據目標地址選擇一條合適的路徑，每次路由都要花費時間，就像公路上的收費站，容易擁塞。二層交換能力強，速度快，三層路由慢，這就是瓶頸。2．三層交換機交換機和路由器相比，交換機的轉發能力更強，用戶端也無需任何特定的配置。要構建高性能的局域網，傳統的路由器的數據轉發能力不堪重負，但路由器又擁有交換機所沒有的功能——路由功能。因此，各個網絡設備廠商推出了一個綜合路由器和交換機功能的產品，即三層交換機，也稱交換路由器或路由交換機。三層交換機可以將第二層的交換（高性能和強大的網絡流量轉發能力）和第三層的路由功能（具有網絡可伸縮性）結合起來，再集成一些特殊的服務而形成的。例如，在構造一個千兆位以太網的網絡時，采用三層交換機可以以線速度交換整個園區網的流量，同時又能滿足IP和IPX等在第三層路由上的要求，有效地消除了第三層的瓶頸。現在較為流行的大型局域網（如Intranet）多采用三層交換機，結構如圖6-5所示。3．三層交換的優點（1）多伸縮性三層交換可以將ATM交換集成到基于數據包的網絡核心中，同時又不存在第二層采用交換網絡、而為了網絡伸縮性在第三層采用路由器而引起的瓶頸問題。（2）流量管理因為第三層是基于路由同時又集成了第二層的交換功能，因此簡化了網絡的流量管理。通過控制穿過第二層結構的網絡流量來支持平衡負載的能力，在第三層也支持這種功能，可以增加網絡管理員對基于路由器互聯網絡中的數據包流量的控制。（3）高性能三層交換可以通過簡化包轉發和采用交換技術，實現高性能的網絡平臺，使交換機平臺可以支持數千兆的高速接口。6.6.2三層交換技術三層交換技術就是二層交換技術加上三層轉發技術。它解決了局域網劃分子網后，必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統路由器低速、復雜所造成的網絡瓶頸問題。三層交換是現代局域網交換和路由技術的一個實用性的發展。交換技術由于其本身所固有的比路由器更加廉價的特性，而消除了限制網絡增長和吞吐效率方面的約束，同時為千兆網的應用構建了基礎。1996年3月，Ipsilon公司提出了一種可以在