计算机网络技术基础教案(全)Word格式文档下载.docx
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三、网络的发展方向:
1、三网合一
三网合一就是电话网(也叫电信网)数字网(也叫计算机网)和电视网可以在一起使用,最常见的案例就是中国电信的ADSL了,可以接电话电脑和数字电视
“三网融合”是为了实现网络资源的共享,避免低水平的重复建设,形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。
即电信网、广播电视网、互联网分别在向下一代电信网、下一代广播电视网、下一代互联网的发展和演进过程中,网络的功能趋于一致、业务范围趋于相同,都可以为用户提供打电话、上网和看电视等多种服务
2、“三金”工程形成
1993年,朱镕基主持国务院会议时提出了建设三金工程,即“金桥”“金卡”
“金关”工程。
金桥:
属于信息的基础建设,是要建设中国的社会信息平台,建设国家的公共经济信息网。
是三金工程中的基础。
“金卡”是指电子贷币工程。
就是银行信用卡支付系统工程。
是以电子信息转帐的方式实现一种贷币的流通形式。
是金融电子化和商业流通现代化的重要组成部分。
“金关”是国家对外经济贸易信息网工程,推动海并报关业务的电子化,从而节省数据传输的成本和时间。
3、互联网络在我国的发展
(1)第一阶段:
1986-1993年,我国与国际互联网是间接连接。
手段是国际长途拔号。
这时没有实现真正的互联网,仅用于internet中的mail(电子邮件)
(2)1993-1994,中科院高能物理研究所与美国斯坦福线性加速器中心开通了一条64Kb的卫星专线。
标志在中国真正实现了互联网的连接
(3)1994年5月,中国国家计算机与网络设施工程发起了大规模建设,将北京大学,清华大学,中科院共同完成,建立了中国第一个用tcp/ip协议与互联网连接的网络NCFC
(4)1997年,在我国形成四大骨干网络,它们是:
l中国科学技术网络(CSTNET)
l中国教育和科研计算机网(CERNET)
l中国公用计算机互联网(CHINANET)
l中国金桥信息网(CHINAGBN)
(5)近年来又有联通、网通、铁通等互联网络。
四、网络的功能:
1、资源共享(软件资源和硬件资源)
2、数据通信
3、网络的分布式处理与均衡负载
4、集中管理和高可靠性五、作业:
1、网络的发展经历了哪些阶段?
2、三网合一是指哪三网?
3、网络的主要功能有哪些?
基本功能是什么?
六、后记
第二讲:
网络的分类1 课时
1、掌握网络的分类
2、主要分类方法及各类特点,各类网络在实际中应用教学重点:
按区域划分和传输介质划分
无
一、分类角度
1.按网络的分布范围分类:
广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN
2.按网络的交换方式分类:
电路交换、报文交换、分组交换
3.按网络的拓扑结构分类:
星形、总线、环形、树形、网形
4.按网络的传输媒体分类:
双绞线、同轴电缆、光纤、无线
5.按网络的信道分类:
基带、宽带
6.按网络的用途分类:
教育、科研、商业、企业
二、主要分类
1、按网络的分布范围分类:
2、按网络的拓扑结构分类:
3、按网络的传输媒体分类:
有线网(双绞线、同轴电缆、光纤)、无线网
4、按网络的信道分类:
三、广域网WAN、局域网LAN、城域网MAN的各自特点:
一)局域网
1、局域网基本概念:
局域网是将小区域内的各种通信设备互连在一起的通信网络。
2、决定局域网特性:
1)、用于传输数据的传输介质;
2)、用以连接各种设备的拓扑结构;
3)、用以共享资源的介质访问方法。
3、局域网的典型特性:
1)高速据率(0.1M~100Mbps),
2)短距离(0.1km~25km),
3)低误码率(10-8~10-11)。
4、局域网分类:
以太网,标记环网,标记总线网,快速以太网,交换局域网,全双工以太网,千兆位以太网,ATM局域网,无线局域网。
其中常见的为:
以太网,快速以太网,全双工以太网,交换局域网。
二)城域网
1、城域网基本概念
城域网(MetropolitanAreaNetwork)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网,简称MAN。
这是80年代末,在LAN的发展基础上提出的,在技术上与LAN有许多相似之处,而与广域网(WAN)区别较大。
2、城域网的特点:
1)、MAN的传输媒介主要采用光缆,传输速率在l00兆比特/秒以上。
所有联网设备均通过专用连接装置与媒介相联连,只是媒质访问控制在实现方法上与LAN不同。
2)MAN的一个重要用途是用作骨干网,通过它将位于同--城市内不同地点的主机、数据库,以及LAN等互相联接起来,这与WAN的作用有相似之处,但两者在实现方法与性能上有很大差别。
MAN不仅用于计算机通信,同时可用于传输话音、图像等信息,成为一种综合利用的通信网,但属于计算机通信网的范畴,不同于综合业务通信网(ISDN)。
三)广域网
1.广域网的定义
广域网(WideAreaNetwork)是在一个广泛地理范围内所建立的计算机通信网,简称WAN,其范围可以超越城市和国家以至全球,因而对通信的要求及复杂性都比较高。
2、广域网组成:
WAN由通信子网与资源子网两个部分组成:
通信子网实际上是一数据网,可以是--个专用网(交换网或非交换网)或一公用网(交换网);
资源子系统是联在网上的各种计算机、终端、数据库等。
这不仅指硬件,也包括软件和数据资源。
在实际应用中,LAN可与WAN互联,或通过WAN与位于其它地点的WAN互联,这时
LAN就成为WAN上的一个端系统。
3、特点:
1)通常广域网的数据传输速率比局域网低
2)而信号的传播延迟却比局域网要大得多。
四、有线网与无线网特点:
一)有线网:
采用同轴电缆和双绞线、光纤来连接的计算机网络。
同轴电缆网是常见的一种连网方式。
它比较经济,安装较为便利,传输率和抗干扰能力一般,传输距离
较短。
双绞线网是目前最常见的连网方式。
它价格便宜,安装方便,但易受干扰,传输率较低,传输距离比同轴电缆要短。
光纤网是目前新型的连网方式。
它价格
高,安装复杂,但不易受干扰,传输率最高,传输距离最长。
二)无线网:
主要采用空气作传输介质,依靠电磁波作为载体来传输数据,虽然联网方式方便灵活,但是由于无线联网费用不高,
五、作业:
1、网络按地理范围可分为哪几种?
英文缩写是什么?
2、局域网的主要特征是什么?
3、分别列举一个有线网络和无线网络。
六、后记
第三讲:
网络的拓扑结构2 课时
1、掌握网络的几种主要拓扑结构
2、总线型、环型、网状型的特点,及实际中应用教学重点:
星型网络在实际中应用
拓扑结构的定义教学方法:
讲授法
教学过程:
一、什么是拓扑结构?
1、网络拓扑是指网络形状,或者是它在物理上的连通性。
是网络形状抽象出来的一种直观性较强的平面图。
2、网络的拓扑结构主要有:
星形拓扑、总线拓扑、环形拓扑、树形拓扑、混合拓扑及网形拓扑。
图2.16各种网络拓扑
3、拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定紧密相关。
在选择网络拓扑结构时,应考虑的因素有下列几点:
1)可靠性。
2)费用。
3)灵活性。
4)响应时间和吞吐量。
二、常见的拓扑结构及特点
1.星形拓扑的特点及优缺点
优点:
1)控制简单;
2)故障诊断和隔离容易;
3)方便服务;
缺点:
1)电缆长度和安装工作量可观;
2)中央节点负担较重,形成瓶颈;
3)各站点的分布处理能力较低。
2.总线拓扑的特点及优缺点
1)总线结构所需电缆数量少;
2)结构简单又是无源工作,有较高的可靠性;
3)易于扩充,增减用户方便。
1)传输距离有限,通信范围受到限制;
2)故障诊断和隔离困难;
3)分布式协议不保证信息及时传送,不具实时功能。
站点必须是智能的,要有媒体访问控制功能,增加站点软件和硬件的开销。
3.环形拓扑的特点及优缺点
1)电缆长度短;
2)增减工作站时只需简单连接;
3)可用光纤。
1)节点故障会引起全网的故障;
2)故障难检测;
3)媒体访问协议都用令牌传递方式,在负载很轻时,信道利用率较低。
4.树形拓扑的定义及优缺点:
树形拓扑:
从总线拓扑演变而来,像一棵倒置的树,顶端是树根,树根以下带分支,每个分支还可带子分支。
树根接收各站点发送的数据,然后再广播发送到全网。
1)易于扩展;
2)故障隔离较容易。
1)节点对根依赖性太大,若根发生故障,则全网不能正常工作。
5.混合形拓扑的定义及优缺点
混合形拓扑:
将两种单一拓扑结构混合起来,取两者的优点构成的拓扑。
1)故障诊断和隔离方便;
2)易于扩展;
3)安装方便;
1)需用带智能的集中器;
2)集中器到各站点的电缆长度会增加。
6.网形拓扑的特点及优缺点
1)应用广泛;
2)不受瓶颈问题和失效问题的影响。
1)结构较复杂,网络协议也复杂,建设成本高。
三、当前常见的结构及应用
局域网:
1.星形拓扑(当前最主要的)
2.总线拓扑(曾经使用过,但部分被星型取代)
3.环形拓扑(曾经使用过,但部分被星型取代)广域网:
4.网形拓扑5、混合形拓扑
四、作业:
1、星型总线环型网各自特点有哪些?
并各举一个例
五、后记
第二章:
数据通信的基础
数据通信技术中相关述语2 课时
1、理解数据、信号、信息、信源、信宿、信道
2、了解模拟信号和数字信号的表示
3、掌握模拟数据和数字数据的表示方法教学重点:
1、模拟数据和数字数据
模拟信号和数字信号的表示教学方法:
讲授法
一、几个术语的解释
1数据:
定义为有意义的实体。
数据可分为模拟数据和数字数据。
模拟数据是在某区间内连续变化的值;
数字数据是离散的值。
2信号:
是数据的电子或电磁编码。
信号可分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波;
数字信号则是一系列离散的电脉冲。
可选择适当的参量来表示要传输的数据。
3信息:
是数据的内容和解释。
4信源:
通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。
5信宿:
通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。
6信道:
信源和信宿之间的通信线路。
分为两种:
模拟信道和数字信道
二、模拟信号和数字信号的表示
1、模拟信号和数字信号可通过参量(幅度)来表示:
图2.1模拟信号、数字信号的表示三、模拟数据和数字数据的表示
模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示,因而无论信源产生的
是模拟数据还是数字数据,在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输。
1、模拟数据可以用模拟信号来表示。
模拟数据是时间的函数,并占有一定的频率范围,即频带。
这种数据可以直接用占有相同频带的电信号,即对应的模拟信号来表示。
模拟电话通信是它的一个应用模型。
2、数字数据可以用模拟信号来表示。
如Modem可以把数字数据调制成模拟信号;
也可以把模拟信号解调成数字数据。
用Modem拨号上网是它的一个应用模型。
3、模拟数据也可以用数字信号来表示。
对于声音数据来说,完成模拟数据和数字信号转换功能的设施是编码解码器CODEC。
它将直接表示声音数据的模拟信号,编码转换成二进制流近似表示的数字信号;
而在线路另一端的CODEC,则将二进制流码恢复成原来的模拟数据。
数字电话通信是它的一个应用模型。
4、数字数据可以用数字信号来表示。
数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示,但为了改善其传播特性,一般先要对二进制数据进行编码。
数字数据专线网DDN网络通信是它的一个应用模型。
四、数据通信的长距离传输及信号衰减的克服
1、模拟信号和数字信号都可以在合适的传输媒体上进行传输(如图2.2);
2、模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据,在传输一定距离后都会衰减。
克服的办法是用放大器来增强信号的能量,但噪音分量也会增强,以至引起信号畸变。
3、数字信号长距离传输也会衰减,克服的办法是使用中继器,把数字信号恢复为"
0、1"
的标准电平后继续传输。
图2.2模拟数据、数字数据的模拟信号、数字信号的传输表示
1、什么是信号,数据?
数据通信中的主要技术指标4 课时
1、理解带宽、输速率、信道容量概念
2、比特率和波特率区别
3、奈奎斯特和香农公式的应用教学重点:
1、特率和波特率关系
2、奈奎斯特和香农公式的应用
3、信噪比在香农公式中的应用
奈奎斯特和香农公式的应用,信噪比在香农公式中的应用教学方法:
讲授法,例题分析
一、带宽:
1、定义:
是指数据信号的传输频率的范围。
2、计算公式:
带宽=最大频率-最小频率
例1:
标准电话线路的频率是在300-3400HZ之间,则带宽是?
带宽=3400-300=3100HZ
二、数据传输速率
1、比特率:
(数据传输速率)
数据传输速率--每秒传输二进制信息的位数,单位为位/秒,记作bps或b/s。
计算公式:
S=1/T*log2N(bps) ⑴
说明:
(1)式中T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒;
(2)N为一个码元所取的离散值个数。
通常N=2K,K为二进制信息的位数,K=log2N。
N=2时,S=1/T,表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。
2、:
波特率(信号的传输速率)
信号传输速率--单位时间内通过信道传输的码元数,单位为波特,记作
Baud。
B=1/T(Baud) ⑵
式中T为信号码元的宽度,单位为秒.
信号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。
3、由⑴、⑵式得:
波特率和比特率的关系是:
S=B*log2N (bps) ⑶
或 B=S/log2N (Baud) ⑷
例2、采用四相调制方式,即N=4,且T=833x10-6秒,则S=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400(bps)B=1/T=1/(833x10-6)=1200(Baud)
三、信道容量
1、信道容量表示一个信道的最大数据传输速率,单位:
位/秒(bps)
信道容量与数据传输速率的区别是,前者表示信道的最大数据传输速率,是信道传输数据能力的极限,而后者是实际的数据传输速率。
像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。
2、离散的信道容量
奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值B与信道带宽H的关系:
B=2*H (Baud) ⑸奈奎斯特公式--无噪信道传输能力公式:
C=2*H*log2N(bps) ⑹
式中H为信道的带宽,即信道传输上、下限频率的差值,单位为Hz;
N为一个码元所取的离散值个数。
[例2]普通电话线路带宽约3kHz,则码元速率极限值
B=2*H=2*3k=6kBaud;
若码元的离散值个数N=16,则最大数据传输速率
C=2*3k*log216=24kbps。
3、连续的信道容量
香农公式--带噪信道容量公式:
C=H*log2(1+S/N)(bps) ⑺
式中S为信号功率,
N为噪声功率,
S/N为信噪比,通常把信噪比表示成10lg(S/N)分贝(dB)。
例3已知信噪比为30dB,带宽为3kHz,求信道的最大数据传输速率。
∵10lg(S/N)=30 ∴S/N=1030/10=1000
∴C=3klog2(1+1000)≈30kbps
在实际解题中,若用两个定理均能求出信道容量的情况下,取较小的一个值作为信道理论最大的信道容量。
四、误码率--二进制数据位传输时出错的概率。
它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。
在计算机网络中,一般要求误码率低于10-6,若误码率达不到这个指标,可通过差错控制方法检错和纠错。
在实际中误码率在10-6——10-9之间。
误码率公式:
Pe=Ne/N ⑻
式中Ne为其中出错的位数;
N 为传输的数据总数。
1、对于带宽是3khz的信道,有8种不同调制状态,信噪比为20db,则最大的限制数据率是多少?
2、采用3khz的信道,信噪比是20db,可以取得最大速率是多少?
3、在50hz的线路上,使用T1载波(信道容量是1.544Mbps),需多大的信噪比?
4、通信中的误码率一般要控制在多少?
六、后记:
数据的通信系统1 课时
1、掌握数据的通信系统的分类
2、两种数据在两种信道上传输方式
3、模似通信和数字通信系统的特点教学重点:
1、两种数据在两种信道上传输方式
2、模似通信和数字通信系统的特点教学难点:
两种数据在两种信道上传输方式
讲授法教学过程:
一、数据的通信系统的分类
模拟通信系统:
传输模拟数据的系统,如普通电话,有线电视
数字通信系统:
传输数字数据的系统,如数字电话,数字电视,计算机网络
二、模拟通信系统
信道
信源
调制器
解调器
信宿
噪声
1、组成:
信源,调制器,信道、解调器,信宿组成。
如下图
2、特点:
(1)传输信号是连续的,叠加噪声后不易消除,故抗干扰性差
(2)不易保密
(3)设备不易大规模集成
(4)不适应飞速发展的计算机通信
三、数字通信系统
信
调
解
源
1、组成:
信源、信源编码器、信道编码器,制,信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿组成,如图
道
制
编
器
译
码器
宿
2、特点
(1)故抗干扰性强
(2)易加密
(3)差错可控
(4)易与现代计算机通信技术相结合
(5)频带利用率不高。
设备复杂
四、不同信号在不同信道传输应用举例:
1、模拟数据在模拟信道上传输:
传统电话
语音 电话机 模拟信道 电话机 语音信号编码 信号译码
2、数字信号在模拟信道上传输 :
ADSL拔号上网
电脑 调制器 模拟信道 解调器 电脑
3、数字信号在数字信道上传输 :
对等网
电脑 网卡 数字信道(双绞线) 网卡 电脑
4、模拟信号在数字信道上传输:
(电话)略
第四讲:
数据的编码技术3 课时
1、了解数据的编码技术的分类
2、掌握曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码、4B/5B编码的原理
3、掌握数字数据模拟信号编码技术调制解调和ask,fsk,psk
4、了解模拟数据的数字信号编码的过程
教学重点:
1、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码、4B/5B编码
2、数字数据模拟信号编码技术调制解调和ask,fsk,psk
1、模拟数据的数字信号编码的过程
2、数字数据的模拟信号编码的方法:
ask,fsk,psk教学方法:
一、数字数据的数字信号编码
数字信号可以直接采用基带传输。
基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲,它是一种最简单的传输方式,近距离通信的局域网都采用基带传输。
基带传输时,需要解决的问题是数字数据的数字信号表示及收发两端之间的信号同步两个方面。
1.不归零编码NRZ
信号电平的一次反转代表0,电平不变化表示1,并且在表示完一个码元后,电压不需回到0
(1) 不归零制编码是效率最高的编码
(2)缺点是存在发送方和接收方的同步问题,在多个相同数据位难把握每个数据位的开始和结束。
如下两图:
a)单极性脉冲
b)
b)双极性脉冲
(3)在实际中不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始,需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步,这就要求要有另外一个外部的同步信号叫外同步。
2.归零编码:
是不要同步信号,给个信号不但是数据信号而且是同步信号主要有:
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码两种,如下图
看中每周期的中间变化,低变高为0,高变低为1
看中每周期的开始是否有无变化,有变为0,无变为1
数字信号的同步编码
两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中,在传输代码信息的同时,也将时钟同步信号一起传输到对方,每位编码中有一跳变,不存在直流分量,因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。
但每一个码元都被调成两个电平,所以数据传输速率只有调制速率的1/2。
3、4B/5B编码:
(1)4B/5B编码是百兆以太网中线路层编码类型之一,就是用5bit的二进制数来表示4bit二进制数,映射方式如下表所示:
(2)为什么要进行4B/5B编码?
在通信网络中,接收端需要从接收数据中恢复时钟信息来保证同步,这就需要线路中所传输的二进制码流有足够多的跳变,即不能有过多连续的高电平或低电平,否则无法提取时钟信息。
Manchester编码可以保证线路中码流有充分的跳变,因为它是用电平从“-1”到
“+1”的跳变来表示“1”,用电平从“+1”到“-1”的跳变来表示“0”,但是这种编码方式的效率太低,只有50%,相当于用线路的有效带宽来换取信号的跳变,十兆以太网就是使用Manchester编码,虽然线路的有效带宽只有10Mbps,但实际带宽却是20Mbps。
(3)4B/5B的应用:
百兆以太网用的4B/5B编码与MLT-3编码组合方式
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