《数据通信与计算机网络》电子教案
《计算机网络与数据通信》电子教案绪论
《计算机网络与数据通信》电子教案绪论一、教学目标：1.了解计算机网络的基本概念和发展历程；2.了解计算机网络的基本组成部分和工作原理；3.理解数据通信的基本概念和技术；4.掌握计算机网络的分类和网络拓扑结构。
二、教学内容：1.计算机网络的概念和发展历程计算机网络是指将地理位置不同的多台计算机通过通信线路连接起来，进行数据传输和资源共享的系统。
它的发展历程可以分为早期的计算机与终端连接、局域网的出现、广域网的建立以及互联网的普及等阶段。
2.计算机网络的基本组成部分和工作原理计算机网络的基本组成部分包括硬件、软件和协议。
硬件包括计算机、通信设备和通信线路等；软件包括网络操作系统、网络管理软件和应用软件等；协议是计算机网络中通信双方之间进行数据传输时所遵循的规则和约定。
计算机网络的工作原理可以分为两个层次：物理层和网络层。
物理层负责将数据从发送端传输到接收端的物理传输；网络层负责实现不同网络之间数据的传输和通信。
3.数据通信的基本概念和技术数据通信是指在计算机网络中，对数据进行发送、传输和接收的过程。
数据通信的基本概念包括数据的表示、传输和交换等；技术包括调制解调、编码解码和差错控制等。
4.计算机网络的分类和网络拓扑结构计算机网络可以根据其覆盖范围和层次结构进行分类。
按照覆盖范围可以分为局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）和互联网等；按照层次结构可以分为主机到主机网络、客户端-服务器网络和对等网络等。
网络拓扑结构是指计算机网络中节点之间连接的方式。
常见的网络拓扑结构包括总线型、环形、星型、树形和网状等。
三、教学方法：1.理论讲解法：通过讲解PPT和教材内容，向学生介绍计算机网络的概念、发展历程和基本组成部分等知识点。
2.案例分析法：通过分析实际案例，让学生了解计算机网络在实际应用中的作用和意义。
3.讨论互动法：组织学生参与讨论，分享自己的观点和体会，加深对计算机网络知识的理解和掌握。
四、教学步骤：1.引入：通过提问和案例引入，让学生了解计算机网络的概念和重要性。
数据通信与计算机网络(第4版)[电子教案] 第10章 无线网络
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因特网
分发系统
接入点(基站)
基本服务集BSS
基本服务集BSS
移动站
扩展服务集ESS
10
10.1.1 无线局域网概述(续5) 有固定基础设施 的无线局域网
局域网
三种类型的站：⑴无转移的站；⑵BSS间转 移的站；⑶ESS间转移的站。转移站可以从 某一个BSS/ESS漫游到另一个BSS/ESS， 而仍可保持与另一转移站保持通信。
技术 性能 红外线 漫射红外线 直接红外线 跳频 扩频 直接序列 窄带微波
速率(Mb/s)
移动性 范围(m) 探测能力 波长和频率
1～4
固定/移动 15～60 可忽略
1～10
视距内固定 25
1～3
移动 30～100 很小
2～50
30～250
10～20
固定/移动 10～40 有一些 902～928MHz 5.2～5.775GHz 18.825～ 19.205GHz FS/QPSK 25mW 保留 ALOHA，CSMA 需要(除ISM外) 15
24
10.1.3 802.11局域网MAC层(续6) 802.11标准的帧间隔IFS
所有的站在完成发送后，必须再等待一段很短的 时间(继续监听) 才能发送下一帧。这段时间的通 称是帧间间隔 IFS(InterFrame Space)。 帧间间隔长度取决于该站欲发送的帧的类型。高 优先级帧需要等待的时间较短，因此可优先获得 发送权。 若低优先级帧还没来得及发送而其他站的高优先 级帧已发送到媒体，则媒体变为忙态因而低优先 级帧就只能再推迟发送了。这样就减少了发生碰 撞的机会。
基本服务集BSS
基本服务集BSS
移动站
扩展服务集ESS
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数据通信与计算机网络教案
数据通信与计算机网络教案第1章计算机网络概论本章学习目标*理解计算机网络的基本概念*了解计算机网络的基本功能*理解LAN、MAN和WAN的组成和功能*掌握常见的网络拓朴结构及特点*理解OSI参考模型的基本结构*理解TCP/IP模型的基本组成主要学习内容：1.1 计算机网络的发展过程1.2 计算机网络的组成1.3 计算机网络的功能1.4 计算机网络的分类1.5 计算机网络的拓朴结构1.6 计算机网络的标准及相关标准化组织1.1 计算机网络的发展过程计算机网络是计算机技术和通信技术的产物。
网络的雏形：多终端的大型机。
以共享资源为目的的计算机网络：基于个人计算机的局域网：标准化网络：基于OSI/RM七层参考模型的网络Internet简介因特网的演进：1969—1983 研究试验阶段1983—1994 因特网在教育科研领域广泛使用的实用阶段1994—现在商业化发展阶段重要历史事件：计算机网络定义：计算机网络是自主计算机的互联集合。
互联可以通过电缆（电话线、网线或光纤等）来实现，也可以采用无线连接，使用无线电信号、激光或红外技术、或者卫星传输。
总之，两台计算机如果能互相交换信息即称为互联。
自主计算机其实就是指具有独立功能的计算机。
如果一台计算机脱离了网络或其它计算机就不能工作，则不是自主的。
1.2 计算机网络的组成计算机网络的硬件组成：通信子网和资源子网：在整个计算机网络中总会有一部分是用来对信息进行传递的，对于网络中的这部分我们称之为通信子网。
网络的另一个重要作用就是提供各种服务。
在网络中由资源子网来完成这些功能。
1.3 计算机网络的功能核心问题是资源共享。
其目的是让网络上的用户无论资源的物理位置在哪里，都能使用网络中的程序、设备，尤其是数据。
这样可以使用户解脱“地理位置的束缚”，同时带来经济上的好处。
第二个功能是依靠可替代的资源来提高可靠性。
网络的另一个目的是可扩充性，即当工作负荷加大时，只要增加更多的处理器，就能逐步改善系统的性能。
数据通信与计算机网络第五版教学设计
数据通信与计算机网络第五版教学设计本文旨在设计一份数据通信与计算机网络第五版的教学计划。
在本教学计划中，我们将探讨网络通信的基本原理、数据传输和路由、网络协议和安全等方面的知识，以及如何在现实应用中构建网络系统、如何进行网络管理等问题。
教学目标1.掌握网络通信的基础知识，包括数据传输、路由选择、网络协议等方面的内容。
2.了解网络协议的种类和功能，包括TCP/IP、UDP等协议，以及网络的分层结构。
3.理解网络通信的安全机制，掌握网络攻防的基本原理。
4.学会使用网络构建工具和管理网络系统，了解网络管理的基本操作。
5.培养学生的问题解决能力和团队协作能力，提高学生的计算机技术水平和实践能力。
教学内容1. 网络通信的基础知识•网络通信的基本概念和网络拓扑结构•OSI七层协议模型和TCP/IP协议模型•网络通信的基本工具和协议，如ping、traceroute等2. 数据传输和路由•数据传输的基本原理和方法•ICMP和ARP协议的作用•路由选择和路由协议，如RIP、OSPF、BGP等协议3. 网络协议和安全•常见的网络协议，如TCP、UDP、FTP、SMTP等协议•网络层安全和传输层安全，如IPSec、SSL、TLS等安全协议•常见的网络攻击手段，如拒绝服务攻击、中间人攻击等方法4. 网络构建与管理•网络构建工具，如DHCP、DNS、NAT等工具的使用•网络系统的管理和监控，如SNMP、NetFlow等工具的使用•网络性能分析和优化，如带宽管理、网络负载均衡等方法教学方法1.讲授：通过课堂讲授，传授知识点和理论知识。
2.实验：通过实验来巩固学生的实践技能，提高学生的实验能力。
3.讨论：通过小组讨论和互动交流，创造课堂氛围，提升学生的问题解决能力和团队协作能力。
4.导论和任务：以探究性学习为主导，通过给学生一些指导性问题和任务，鼓励学生自主学习和思考。
教学评价1.期末考试：考查学生对课程知识的掌握程度和理解能力。
数据通信与计算机网络(第二版)
6.4.1 WLAN概述
• 除了国际上的标准化组织外，无线工业生产 厂商也联合起来成立了WECA（Wireless Ethernet Compatibility Alliance）。
• “隐藏终端”问题
16
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• IEEE 802.11数据安全
– IEEE 802.11 提供了 MAC 层的访问控制功能和 加 密 机 制 ， 称 为 WEP （ Wired Equivalent Privacy） – 通过服务集标识符（SSID）和访问控制列表限 制访问AP的客户。 – WEP标准的数据加密是提供40位的RC4的加密 算法，客户端必须使用正确的密码才能获得网 络的连接。
9
6.4.4 WLAN标准：IEEE 802.11
• 系统结构
– 定义了两种系统：基础结构和Ad-hoc结构
基本业务集(BSS) Ad-hoc 路由器 AP
服务器
MS 基本业务域 (BSA)
MS
– 定义了两种设备类型：无线终端和 AP （ Access Point）
• AP的基本业务域（BSA） 和基本业务集（BSS）
*是要求同学了解的，这些内容在本电子教案中并未讲解而是要求同学自己阅读教材。
2
6.4.1 WLAN概述
• WLAN（Wireless Local Area Network，无 线局域网）是利用无线网络技术实现LAN应 用的产物，它具备LAN和无线网络两方面的 特征。即 WLAN 是以无线信道（ RF 射频技 术）作为传输媒体实现的计算机局域网。 • WLAN采用与有线LAN相同的工作方式，整 个LAN系统是由计算机、服务器、网络操作 系统、无线网卡、无线接入点（ AP ）等组 成。
《数据通信与计算机网络》电子教案第1章 计算机网络基础
网络和现代通信技术基础——计算机网络的概述
18
1.5
计算机网络的拓扑结构
计算机网络的拓扑结构 ： •是指计算机网络的硬件系统的连接形式即网络的硬件 布局，通常用不同的拓扑来描述对物理设备进行布线 的不同方案。 最常用的网络拓扑有： •总线型 •环型 •星形 •网状 •混合
网络和现代通信技术基础——计算机网络的概述
2.
自主计算机其实就是指具有独立功能的计算机。如果一台计算 机脱离了网络或其它计算机就不能工作，则不是自主的。
网络和现代通信技术基础——计算机网络的概述
11
1.2 计算机网络的分类
分类标准：
分类标准 物理范围 网络名称 局域网、城域网、广域网
管理方法
网络操作系统 网络协议
基于客户机/服务器的网络、对等网
19
1.5
计算机网络的拓扑结构
工作站
工作站
服务器
集线器
打印机 工作站 工作站
总线型
星形
工作站 工作站 服务器
工作站
打印机
环型
工作站信技术基础——计算机网络的概述
1.6
计算机网络体系结构简介
1.6.1 协议和体系结构的概念 协议原为外交辞令，据说是为了在国与国之间进行 顺利交流而规定的约束事项(规则)。 我们平时进行交流时都要遵循一定的规则: •在法庭，双方必须按照一定的次序轮流发言； •开车时，转弯必须打出信号来通知周围的车辆； •驾驶飞机时，飞行员遵照一种制定得非常详细的标 准来和其他飞机通信，以维护空中的交通；
Windows网络、Netware网络、UNIX网络 NETBEUI网络、IPX/SPX网络、 TCP/IP网络等
拓扑
体系结构
数据通信与计算机网络(第4版)[电子教案] 第9章 局域网
![数据通信与计算机网络(第4版)[电子教案] 第9章 局域网](https://img.taocdn.com/s3/m/16b9b886a0116c175f0e486b.png)
课件制作人 杨心强 2012年5月
2
数据通信与计算机网络
第 9 章 局域网
3
第 9 章
教学目的
局域网
学习内容
局域网的组成 传统以太网 扩展以太网的覆盖范围 虚拟局域网 提高局域网的性能 高速以太网
了解以太网的组成 掌握以太网的基本知识及 使用的CSMA/CD协议 掌握扩展局域网覆盖范围 的方法 了解虚拟局域网 掌握如何提高局域网的性 能 了解高速以太网
1 2
CRC 编码器
3
发送移位 寄存器
4 5 6
发送 缓冲区
主 机 随机数 发生器 总 线
传 输 媒 体 媒体访问 控制电路
发送 控制器 冲突 计数器 延迟时间 发生器
曼彻斯特 译码器
CRC 译码器
接收移位 寄存器
接收 缓冲区 MAC地址 寄存器
接收电路
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9.1.3 集线器 集线器(HUB) 是一种不需任何软件支持或只 需很少管理软件管理，且能做到即插即用的 硬件设备。 常用的8口集线器
9.1.2 网卡 网络接口卡NIC(Network Interface Card，简 称网卡)是每一台拟入网的计算机所必备的插 卡式接口电路板。网卡的正式名称是网络适 配器。 网卡的主要功能是实现数据封装和拆装、数 据链路管理、曼彻斯特编码与译码和数据缓 冲管理等。 网卡的主要技术参数有带宽、总线方式、电 气接口方式等。
9.1.2 网卡(续6) 计算机通过网卡与局域网进行通信
IP 地址 计算机 CPU 和 存储器 适配器 (网卡) 至局域网
串行 通信
硬件地址
并行 通信
生成发送的数据 处理收到的数据
把帧发送到局域网 从局域网接收帧
数据通信与计算机网络(第4版)[电子教案] 第2章 数据通信基础知识
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28
2.3 传输损伤和传输质量
2.3.1 传输损伤
数据信号在数据通信系统的端到端连接的每个环节 都可能受到伤害，ITU称之为传输损伤。并推荐用 误码、抖动、漂移、滑动和时延来表示。 误码(Error)。指信号在传输过程中码元发生的差错 ，即接收与发送数字信号的单个数字之间的差异。 抖动(Jitter)。指码元出现的时刻随时间频繁地变化 ，也就是各有效瞬间相对于理想时间位置的短时间 偏移。 漂移(Wander)。指码元各有效瞬间相对于理想时间 位置的长期缓慢偏移。
7
2.1.1 信息(续2)
香农规定，一条消息所荷载的信息量等于它所表 示的事件发生的概率P的倒数的对数。
1 I loga loga p p
(2-1)
对于一条含有m个符号的消息，每个符号出现的 概率不同。当m很大，若第i个符号出现的概率 为Pi，共出现了n次，则它具有的信息量是
I i nP log Pi i
(1)数字数据，数字信号(如0/1→一个/另一个电平) (2)数字数据，模拟信号(如ASK、FSK和PSK) (3)模拟数据，数字信号(如话音信号的PCM调制) (4)模拟数据，模拟信号(如AM、FM和PM)
16
第 2 章：内容提纲
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 信息、数据和信号 传输方式和传输速率 传输损伤和传输质量 通信编码 传输信道及传输媒体
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2.3.1 传输损伤(续1)
滑动(Slip)。指一个信号序列在传输过程中，不可 恢复地丢失或增加若干码元。 时延(Delay)。指信号的各有效瞬间相对于理想时间 位置的滞后或推迟。 传输损伤的成因： ⑴ 源于外界环境干扰(温、湿度，电气和机械突发 干扰)和设备内部的技术缺陷(时钟提取、复接等， 设备反常和调节不佳等)。 ⑵ 来自传输损伤之间的相互影响或转化。
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– 使用固定长度的信元使硬件中的交换实现起来更 加容易，从而支持较高的数据速率
• ATM信元有两种不同的格式：UNI和NNI格 式
– UNI格式用在用户－网络接口处
• UNI格式的信元包含通用流量控制字段
– NNI格式则用于网络网络接口处
• NNI格式的信元没有通用流量控制字段，从而把VPI字段 从8位增加到12位
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《数据通信与计算机网络》电子教案
ATM服务模型
•
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ATM支持四种服务模型：
– CBR（恒定比特速率）：数据按照恒定的速度进行 收发，网络提供预留的带宽和服务保证。
– UBR（未定比特速率）：数据的接收不受约束，如 果带宽充足，则发送，否则丢弃。网络不提供预留 带宽和服务保证。
•GFC •虚电路标
•虚电路标
识
识•虚通道标识
•负载类•CLP
型
•头部差错控制
•48个字节的负荷 •a、UNI接口
•虚电路标识
•虚通道标识
•负载类 •CL •头部差错控型制 P
•48个字节的负荷 •b、NNI接口
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《数据通信与计算机网络》电子教案
虚电路（VC）和虚路径（VP）
• ATM是一种面向连接方式的技术，连接标识进 一步分割为虚路径标识VPI和虚电路标识（VCI） 两个部分：
– ABR（可用比特速率）：与UBR类似，但网络能够 提供拥塞反馈。端节点可以根据网络提供的拥塞反 馈来降低发送的速率，从而减少由于拥塞造成的数 据丢失。
– VBR（可变比特速率）：与CBR类似，当网络不是 处在使用高峰时提供预留带宽，它允许突发的数据 传输。
《数据通信与计算机网络》电子教案
ATM协议参考模型
– 一条虚路径可以包括许多条虚电路，即它们的VPI 字段都相同
– 骨干网上的交换机把这些VC作为一个整体来看待， 并且采用VP交换，即只根据VPI字段进行交换
– VC交换则意味着根据整个字段（VPI和VCI）进行 交换。
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《数据通信与计算机网络》电子教案Leabharlann 连接的建立与释放• •
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《数据通信与计算机网络》电子教案
ATM信元格式
• 4比特的通用流量控制GFC字段 • 8比特或12比特的虚路径标识（VPI） • 16比特的虚电路标识（VCI） • 3比特的负载类型字段，用来表示网
络管理、用户信令、拥塞指示等负 载指示信息。 • 信元丢失优先级（CLP）比特：在 网络拥塞时优先丢弃CLP为1的信元 • 8个比特的头部差错控制：用于保护 信元的头部，提供差错检测和1比特 的纠错功能
– 呼叫进行：由交换机发送给前一跳的交换机，表明它已经接 收到了一个呼叫建立请求消息，并正在试图处理它。
– 连接：由目的端发送，并被传递给源端，表明目的端已经接 受了这个呼叫。
– 连接确认：由源端发送，并被传递给目的端，表明源端已经 知道目的端接受了这个呼叫请求。
– 释放：可由任何一方提出，然后通过网络传送给另一端。 – 释放确认：由收到释放请求的一端提出，并通过网络传送给
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2020/11/6
《数据通信与计算机网络》电子教案
本讲内容
第五章 高速网络技术
5.2 ATM
5.2.1 ATM概述 5.2.2 信元 5.2.3 ATM适配层 5.2.4 ATM的物理层 *5.2.5 局域网仿真
5.3 光纤网络
5.3.1 光链路 5.3.2 波分复用系统 *5.3.3 光网络
连接的建立与释放通过相应的信令协议完成：
– 信令消息的发送和发送数据类似，只是信令协议使用永久虚 电路5（VCI＝5、VPI＝0）。
– 信令信息一般是通过ATM适配层的AAL5进行传输的。
信令协议的基本信令消息包括：
– 建立：用于建立一个呼叫，包括源地址和目的地址，描述了 该连接的传输特征、服务要求的质量和经过的网络。
– AAL2：与AAL1类似，只是支持可变比特速率。其 设计并不完全的，很难进行实现。
– AAL3/4 ：支持通过ATM传输数据
• AAL3是为了面向连接的分组服务（比如X.25） • AAL4用于无连接的数据传输（比如IP）。
– AAL5：对AAL3/4作了很多改进 – 实践中采用的AAL为AAL1和AAL5。
•ATM
•ATM
•AA L
•ATM
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•PH Y •端系统
•PH Y •ATM交换机
•PH Y •ATM交换机
•PH Y •端系统
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ATM适配层（续）
• ATM定义了4种AAL以支持各种不同类型的服 务
– AAL1：支持要求恒定比特速率的应用（比如音频 应用）
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5.2.1 ATM概述
• ATM采用的是信元交换技术，信元是一 个53个字节的固定长度的分组，其中48 个字节为信息字节，5个字节为信头
• ATM是一种面向连接方式的技术，支持 交换虚电路和永久虚电路
• ATM不支持链路级的重传机制
– 如果交换机检测到信元在传输过程中出现差 错，将利用纠错技术来纠正，如果不行，则 丢弃该信元
• 物理层处理物理媒体的电气特性、比特定时等
• ATM层是ATM的核心，定义了ATM信元的结构和各个 字段的含义
• ATM适配层定义了几种不同类型的AAL，分别支持不
同类型的服务。
•高层
•ATM适配层
•ATM层
•物理层
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5.2.2 信元
• ATM使用固定长度的信元。每个信元包括5个 字节的头部和48个字节的负荷。
另外一端。
《数据通信与计算机网络》电子教案
5.2.3 ATM适配层
• AAL允许在ATM上支持不同的高层协议和高层应用 – 处理传输差错 – 分段与重组 – 处理信元丢失与失序情况 – 流量控制
• AAL只在ATM网络的端系统处（主机或路由器）实现，AAL相 当于一个运输层协议。
•AA L •ATM
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AAL的协议结构
• AAL进一步分为集中(汇聚）子层和分段与重 组子层
– 集中子层提供支持相应的AAL服务所必须完成的功 能
– 分段与重组子层负责将从CS层传来的信息分段成信 元，而接收端则再将信元重组