下载文档原格式
哈理工计算机选修课之计算机网络基础计算机网络基础是哈理工计算机学院的一门选修课程，它为学生提供了关于计算机网络的基本知识和技能。
计算机网络是现代社会中不可或缺的一部分，它连接了全球各地的计算机，实现了信息的传递和共享。
在这门课程中，学生将学习到网络的基本概念、协议和网络安全等内容。
一、计算机网络的基本概念计算机网络是由若干计算机与通信设备通过通信线路相互连接而成的网络系统。
在计算机网络中，有几个基本概念是我们需要了解和掌握的：1.1 网络拓扑结构网络拓扑结构是指计算机网络中各计算机节点之间的物理、逻辑连接关系。
常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型以及树型等。
不同的拓扑结构对网络性能产生不同的影响，学生需要了解各种拓扑结构的特点及其适用场景。
1.2 网络协议网络协议是指计算机网络中设备之间进行通信时约定的规则和标准。
常见的网络协议有TCP/IP协议、HTTP协议等。
学生需要了解各种协议的作用和特点，并学习如何使用这些协议进行网络通信。
1.3 IP地址和子网掩码IP地址是计算机在网络中的唯一标识，用于确定数据包的发送和接收地址。
子网掩码则用于确定子网的范围。
学生需要学会如何分配和使用IP地址及子网掩码，以确保网络地址的正确配置和通信的顺利进行。
二、网络通信原理在计算机网络中，数据的传输是通过各种通信设备和协议来实现的。
了解网络通信原理对于学生理解和应用计算机网络具有重要意义。
2.1 OSI模型OSI模型是计算机网络中最基础的通信模型，它将网络通信划分为七个层次，每个层次负责不同的功能。
学生需要了解OSI模型的结构和各个层次的功能，以便对网络通信进行分析和故障排除。
2.2 数据链路层与网络层数据链路层和网络层是OSI模型中的两个重要层次。
数据链路层负责将数据分割成帧并进行错误检测和纠正，网络层则负责将数据包从源主机发送到目标主机。
学生需要学会使用数据链路层和网络层的协议进行数据通信。
2.3 路由器和交换机路由器和交换机是计算机网络中最基本的通信设备。
计算机网络基础说课一、课程定位计算机网络基础是计算机相关专业的一门重要基础课程。
在当今数字化、信息化的时代，计算机网络已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。
无论是企业的信息化管理、电子商务的发展，还是个人的社交娱乐、在线学习，都离不开计算机网络的支持。
本课程旨在为学生提供计算机网络的基本概念、原理、技术和应用方面的知识，培养学生的网络思维能力和实际操作能力，为后续学习网络工程、网络安全等专业课程打下坚实的基础。
二、教学目标1、知识目标学生能够理解计算机网络的体系结构，包括 OSI 参考模型和TCP/IP 模型。
掌握常见的网络协议，如 IP 协议、TCP 协议、UDP 协议等。
了解网络拓扑结构、网络设备的工作原理和功能。
2、能力目标具备组建简单局域网的能力，包括网线制作、设备连接与配置。
能够进行网络故障的排查与处理。
学会使用常用的网络工具进行网络性能的监测和分析。
3、素质目标培养学生的团队合作精神和沟通能力，通过小组项目的完成，共同解决问题。
增强学生的自主学习能力和创新意识，鼓励学生在网络技术领域不断探索和实践。
三、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1、计算机网络概述介绍计算机网络的定义、发展历程和分类。
讲解计算机网络的组成部分，包括硬件、软件和通信协议。
2、网络体系结构详细阐述 OSI 参考模型的七层结构，每层的功能和作用。
重点讲解 TCP/IP 模型的四层结构，以及与 OSI 模型的对应关系。
3、网络协议深入分析 IP 协议的工作原理，包括 IP 地址的分类、子网掩码的计算。
讲解 TCP 协议和 UDP 协议的特点和应用场景，如 TCP 协议的三次握手和四次挥手过程。
4、网络拓扑结构介绍常见的网络拓扑结构，如总线型、星型、环型、树型和网状型。
分析各种拓扑结构的优缺点和适用范围。
5、网络设备讲解集线器、交换机、路由器等网络设备的工作原理和功能。
介绍网络设备的配置方法和常用命令。
6、局域网技术阐述以太网的工作原理和技术标准。
X.25简介•公用数据网（Public Data Network，PDN）是向用户提供数据通信服务的国家公用通信基础设施•PDN由交换结点机、网控中心、用户入网设备、通信线路等设施组成•PDN是一个提供公共数据通信服务的通信子网•PDN内部的通信方式有数据报和虚电路两种•X.25只是一个对公用分组交换网的接口规范，它不涉及网络内部的细节，这由各个公用分组交换网的具体实现而定•目前，X.25仅提供虚电路服务•X.25主要描述DTE-DCE的接口规范2004年11月19X.25接口2004年11月19X.25简介(续)•X.25提供两种服务：虚呼叫服务和永久虚电路服务•虚呼叫服务要经过虚电路的建立、通信和拆除三个阶段•永久虚电路服务（PVC）是在源和终点设备之间的一条固定的逻辑通路，是在用户预约时由网络建立的•非X.25终端接入分组交换网时需要借助于一个PAD（Packet Assembly/Disassembly）设备•PAD插在非X.25终端和分组交换网之间，起到规程转换的作用网络PADX.25规程非X.25规程非X.25终端2004年11月19DDN简介•数字数据网（DDN）是利用数字通道提供永久性或半永久性的连接电路，以传输数据信号为主的数据传输网络。
•DDN提供给用户的数字专线仅是物理层，既提供透明、无传输协议的通道•DDN主要提供租用专线服务，速率为：NX64Kb/s(n=1-32)DDN主要优点：•传输质量高•传输速率高•专线电路便于复用与加密，可以提供综合业务•有网络管理中心，便于故障监控•DDN节点之间有电路备份，健壮性好•可提供点到点或点到多点不同类型业务2004年11月19DDN简介（续）DDN提供的主要业务：•点到点的数字专线业务•点到多点的数字数据专线业务•语音、G3传真和图像综合业务•帧中继业务•虚拟专用网业务•为公用分组交换网用户提供数字接入线路DDN接入方式：•通过调制解调器接入•通过与DDN配套的数据终端设备接入•通过DDN小型节点机或复用器接入•通过路由器接入2004年11月19帧中继帧中继：•帧中继就是一种减少结点处理时间的技术•帧中继方式下，节点一旦知道帧的目的地址，便开始转发该帧的某些部分•帧中继方式也称为X.25的流水线方式•帧中继网络的吞吐量要比X.25网络的吞吐量提高一个数量级以上•当某个节点检测到错误便立即终止这次传输，并将终止传输指示逐级下传，这个过程不断重复进行，直到该帧从网络中消除•当一个结点还在接收一个帧时就转发此帧，这类方法统称为快速分组交换•快速分组交换的特点是简化通信协议和发展高速交换机•目前广泛采用两种快速分组交换技术：帧中继和异步转移模式（ATM）•帧中继不需要第3层•帧中继提供交换虚电路和永久续电路服务2004年11月192004年11月19帧中继(续）源站中间结点中间结点目的站源站中间结点中间结点目的站帧中继(续)帧中继网络的应用：•块交互数据：主要用于传输高分辨率的图形数据，这种应用的特点是短时延和大流量•文件传送：一般用于传送长文件。
对于长文件，要获得比较满意的传输时延，必须有较大的流量•支持多个低速率复用：利用帧中继服务的复用能力，可为较多的低速率应用提供经济的服务•字符交互：如文字编辑，其特点是短帧、短时延和低流量•互连局域网：通过网桥和路由器互连局域网时采用帧中继是比较有效的，帧中继的流水线特性特别适合于用来传输局域网产生的突发性、高速率和大流量的数据2004年11月19快速以太网100BASE-T（快速以太网）标准：•100BASE-T是经地实践检验的以太网标准的100Mbps版，正式名字为IEEE 802.3u•100BASE-T现有三个不同的物理层规范，其中两个规范支持长度为100米的非屏蔽双绞线，第三个规范支持单模或多模光缆，第四个UTP规范正在考虑之中•拓扑结构：100BASE-T采用具有中央集线器的星形布线结构•10BASE-T与100BASE-T的区别在物理层标准和网络设计方面•100BASE-T MAC与10Mbps“经典”以太网MAC几乎完全一样•100BASE-TX使用2对5非屏蔽双绞线电缆，最大网段长度为100m•100BASE-FX针对那些使用光缆和/或FDDI技术的应用•100BASE-T4使用4对音频级或数据级无屏蔽3、4或5类电缆，最大网段长度为100米2004年11月19•100BASE-T使用中继器数量不能超过两个交换以太网交换以太网采用网络开关（交换器或交换式集线器）避免（或降低）以太网的冲突，从而达到提高以太网性能。
2004年11月19光纤分布式数据接口FDDIFDDI：•FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是一种高性能的光纤令牌环局域网•FDDI融合了IBM令牌环网的许多技术特征•FDDI的运行速率为100Mbps•FDDI支持具有容错能力的双环结构•采用多模光纤时，两站间距离可长达2公里，全网光纤总长度可达200公里，最多可连接1000个站点•采用单模光纤时，两站距离可超过20公里，全网光纤总长可达数千公里•FDDI的光源使用LED而不是激光•很多FDDI设备仍是以铜质UTP为介质2004年11月19光纤分布式数据接口FDDI(续)FDDI应用环境：•数据中心环境（又称后端网络）：特点是站点数相对较少（一般不超过50个），其中大部分是主机或高速外设。
该环境要求可靠、高速和容错，因此大部分站是双连接站，相邻站点间的光纤长度不超过400米，环的总长不超过20公里•办公室或建筑物环境（又称前端网络）：特点是有大量的非容错单连接站点和使用星型连线方案。
此环境中的站点一般是通过集中器与FDDI网络相连的小型计算机、通信集中器、PC或外设，集中器与下属站点的连接可采用星型拓扑•校园环境（或主干网）：特点是站点分布在多个建筑物中，其中可能遇到点对点链路长达2km的情形。
FDDI可作为办公室或建筑物环境和数据中心环境的网络以及其他一些低速网络之间的主干网•多校园环境：特点是有多群站点分布在不同的地点，各地点间的距离或能远至60公里或更大。
多校园环境也许要跨越不同的公司或机构2004年11月19光纤分布式数据接口FDDI(续)FDDI标准：•PMD标准：物理介质相关部分,对用于光纤的发射器和接收器的特性作了规定，同时还对站到环境的连接、环所用的光缆和连接器等硬件相关的特性作了规定•PHY协议：物理介质无关部分,规定了数据传输的编/解码方法、时钟恢复及传输符号集等•MAC标准：介质访问控制子层，定义了帧结构和令牌控制等•站管理：在站一级提供监视和控制FDDI节点的功能。
站管理包括三个主要部件：连接管理、环管理及SMT帧服务2004年11月19B-ISDNN-ISDN的局限性：•带宽有限：只能向用户提供最高为2Mbps的基群速率接口•中继网种类繁多：在网络和用户系统中并用电路交换和分组交换模式，因此要求系统具有双重交换模式的网络功能•网络资源利用率不高：N-ISDN只具有基本速率和基群速率，适于支持速率高于64kbps的业务类型，对于低速业务，网络资源浪费严重•不易导入新业务2004年11月19B-ISDN(续)B-ISDN的必须满足：•对信息的损伤要小：指信息传送的时延和时延抖动要小，并且信息丢失和差错要小•能灵活支持各种业务：多种业务是指带宽和传送质量均不相同的业务。
考虑到新业务的出现，新的转移模式除了要能支持现有的多种业务外，还必须能方便地导入未知的新业务•具有高速传送信息的能力：宽带业务的出现，要求宽带网络中的复用和交换设备具有每秒上千兆的吞吐能力，这样才能保证骨干网的传输不会成为瓶颈•简单易行：新的转移模式必须从根本上简化信息的处理过程，简化对网络设备、网络结构以及网络管理的要求，从而适应高速处理信息的需要•ATM技术称为B-ISDN的核心技术2004年11月19ATMATM基本概念：•ATM本质上是一种高速分组传送模式•ATM将数字信息分解成长度一定的数据块，并在各数据块前装配地址、丢失优先级等控制信息构成信元•空信元以一定的速率发送，只要获得空信元即可插入信息发送。
•因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步转移模式；•因为需要排队等待空信元到来才能发送信息，所以ATM是以信元为单位的存储转发方式，称为信元交换•由于信元长度是固定的，且以一定的速率发送，因此信元就像同步转移模式的时隙一样定时出现，可采用硬件高速地对信头2004年11月19ATM(续)信元交换特点：•有极高的灵活性：由于所有信息在传输前都被封装在定长的信元之中，传输网中只有一种信息格式需要处理，这不仅简化了通信协议，而且当新的业务出现时，只需要增加相应的端接设备，而传输网络及通信协议都可以保持不变•有高速传输及交换能力：使用定长的信元便于进行各种信息处理（如确定信元的边界），也可以采用简单的存储区管理方案•支持广播传送：信元有固定的信头，信头中有记录连接信息的标识，ATM依靠连接标识来识别通路，因而可实现广播传送，这在电路交换是不可能的2004年11月19ATM(续)ATM网络结构：•ATM网络的拓扑结构是多级的交换网络结构•ATM网络基本上由ATM终端及ATM交换机构成，终端与交换机的接口称为用户网络接口（User to Network Interface，UNI）•交换机与交换机之间的接口称为网络网络接口（Network to Network Interface，NNI）•ATM网分为三大部分：公用ATM网、专用ATM网和ATM接入网2004年11月19小结主要内容：•TCP/IP参考模型•TCP/IP参考模型中每层的主要协议及其作用•IP地址及其分类，正确识别不同类别的IP地址•TCP协议的特点、连接的建立与释放等•套接口的概念与作用•主要应用层协议•DNS服务器的作用2004年11月19。
