1、长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 1 -计算机网络技术教案2016-2017 第一学期长春理工大学光电信息学院翟红艺2016.9.5课程编号：0340025总学时：56 实验学时：8 学分：3.3长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 2 -课程类别：专业课 开课学期：第 5 学期适用专业：电子信息工程、电子信息科学与技术、自动化、电气自动化开课单位：电子工程分院一、课程性质、目的和任务1. 本课程为电子信息、自动化等专业大学本科生的必修专业课。2. 目的是使学生掌握计算机网络的基本理论，掌握 OSI/RM 参考模型、TCP/IP 模型及网络协议、局域网技术、Internet 接入技
2、术。掌握网络组建，能够组建简单的以太网，并用 HUB、网桥及交换机对以太网进行扩展。教学中要注意理论与实践相结合，突出讲清 LAN 结构、原理、CSMA/CD 协议及网络互连技术，培养学生网络应用与开发能力，为在以后的工作中应用网络和开发网络打好基础。二、课程教学基本要求1. 课程的先修课程：微型计算机原理与接口技术2. 课程的重点和难点:计算机网络体系结构、网络协议、网络互联、流量控制、路由选择、差错控制、同步与复用、IP 地址和子网划分。3. 课程教学方法：启发式教学、讲授式教学、实验法教学4. 课程的学习方法：理论学习和实验相结合三、课程授课内容及课时分配第 1 章：概论 授课学时： 5
3、1. 计算机网络的产生与演变。2. 计算机网络的定义与应用。3. 计算机网络的组成与分类。4. 计算机网络的体系结构与协议。重点：计算机网络的定义、计算机网络的组成、计算机网络的分类、计算机网络的体系结构与协议难点：计算机网络的体系结构第 2 章：物理层 授课学时： 61. 物理层下的传输介质。2. 模拟传输与数字传输。3. 同步与复用。4. 交换技术。5. 信道的极限容量。6. 物理层的功能、模型与特性。7. 物理层标准举例。重点：模拟传输系统、数字传输系统、同步技术、多路复用、交换技术、信道容量、物理层特性、物理层标准举例 难点：数字传输系统、异步传输、信道容量第 3 章：数据链路层 授课
4、学时： 61. 数据链路层的功能、模型与服务长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 3 -2. 流量控制3. 差错控制4. 面向位的控制规程 HDLC5. Internet 中的 PPP 协议重点：流量控制、差错控制、PPP 协议难点：滑动窗口协议、循环冗余码第 4 章：网络层 授课学时： 81. 网络层的功能与服务2. 路由选择3. 拥塞控制4. X.25 的网络层重点：网络层的功能与服务、路由选择、拥塞控制难点：路由选择算法第 5 章：局域网 授课学时： 81. 局域网概述2. 参考模型及 IEEE802 标准3. IEEE802.3CSMA/CD4. 环介质访问方法5. 令牌总线介质访
5、问方法6. LAN 的性能评价重点：局域网参考模型、CSMA/CD 介质访问方法、环介质访问方法难点：环介质访问方法第 6 章：传输层 授课学时： 51. 传输层服务和服务质量2. OSI 传输层协议3. 传输控制协议4. 用户数据报协议重点：传输层服务和服务质量、传输控制协议、用户数据报协议难点：TCP 协议第 7 章：应用层 授课学时：21. 概述2. 域名系统3. 电子邮件4. 万维网重点：C/S 模式、套接字 API、域名系统第 8 章：网络互联 授课学时：81. 广域网的基本概念2. 广域网接入技术长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 4 -3. Internet 的网际协议IP
6、v4 与 IPv64. 网络互联5. 网络互联设备重点：接入网技术、IP 协议、网络互联、网络互联设备难点：IP 协议、网络互联四、实验 1. 实验项目一览表序号 实验项目名称 学时 实验类别 实验要求 实验类型 每组人数1 网线制作 2 基础实验 掌握 技能型 22 局域网组建 2 基础实验 掌握 应用型 23WEB 服务器的配置与管理 2综合实验 掌握 应用型 24网络系统测试工具的功能与应用 2综合实验 掌握 应用型 22. 实验项目目的和要求：序号 1. 网线制作：掌握网线的制作标准，掌握网线的制作方法和网线的测试方法。序号 2. 局域网组建：熟悉网络组建环境，掌握对等网络的组建与设置
7、。序号 3. WEB 服务器的配置与管理：配置 WEB 服务器，测试 WEB 服务器的性能。序号 4. 网络系统测试工具的功能与应用：掌握四种网络系统测试工具的功能。3. 考核方式 随堂考察五、课程总学时分配课程总学时为 56，其中理论学时 48，实验学时 8。章 内 容 讲课 实验课 习题课 实践课 总学时1 概论 5 5长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 5 -2 物理层 6 2 83 数据链路层 6 64 网络层 8 85 局域网 8 2 106 传输层 5 2 77 应用层 2 2 48 网络互连 8 8合计 48 8 56六、推荐教材及参考书教 材：计算机网络（第二版）刘衍珩
8、康辉 魏达编 科学出版社主要参考书：计算机网络（第五版）谢希仁 编著 计算机网络教程（第 2 版）谢希仁编著 人民邮电出版社实验指导书：计算机网络实验指导书 翟红艺 司夏岩 姜威编 院内教材七、课程考核方式课程成绩考试成绩占 70%，平时成绩占 30%（实验占 20%，平时占 10%）。八.教学授课班级电子信息工程专业 14311 14312 电子信息科学与技术专业 14351长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 1 -教 案次数 第 1 次课 课 题 第 1 章 概论授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求1. 熟悉本课程主要内容、学习方法及成绩评定
9、方法；2. 计算机网络的产生与演变3. 计算机网络的定义与应用教学内容提要 时间设计本学期所授课程的主要内容及要求1.1. 内容（共八章）1.2. 要求：平时作业按时全交。1.3. 考勤：课堂点名；作业登记。1.4. 实验：人人动手完成每一个实验项目，独立完成实验报告成绩评定方法：总分=期末（70%）+ 平时（10%）+实验 （20%）其中平时成绩=作业 70%+考勤 30%1.5. 手机：13843092392 Email：计算机网络的出现过程可分三个阶段：面向终端的计算机网络、计算机通信网络和计算机网络定义：用通信线路将分散在不同地点的具有独立自主的计算机系统相互联接，并按网络协议进行数据
10、通信和实现资源共享的计算机集合，称为计算机网络。5min15min25min30min15min长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 2 -教学重点难点计算机网络的定义、计算机网络的组成、讨论 思考作业讨论：计算机网络的定义、计算机网络的组成、教学后记长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 3 -教 案次数 第 2 次课 课 题 第 1 章 概论授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求2. 计算机网络的组成与分类3. 计算机网络的体系结构与协议 教学内容提要 时间设计组成：资源子网：负责信息处理，实现资源共享。 主机 外部设备 软件、数据 通信子网：
11、负责信息传递，提供用户入网接口。 网络节点 传输线路按拓扑结构分：按网络覆盖范围分： 虚拟通信：数据不能从一个机器上的第 n 层直接传输到另一个机器上的第 n 层，而是沿纵向通过发生在相邻层之间的接口进行的。45min5min20min20min长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 4 - 虚拟通信的三点归纳： 除了在物理介质上进行的是实通信外，其余对等层实体间进行的都是虚通信； 对等层的虚通信必须遵循该层的协议； n 层的虚通信是通 过 （nl）n 层间接口处（ nl）层提供的服务以及（n 1） 层的通信（通常也是虚通信）来实现的教学重点难点计算机网络的定义、计算机网络的组成、讨论 思考
12、作业作业：1.1、1.2、1.4教学后记教 案次数 第 3 次课 课 题 物理层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求物理层下的传输介质模拟传输与数字传输教学内容提要 时间设计长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 5 -有线传输介质无线传输介质模拟传输系统1.模拟数据以模拟信号传输传统的电话系统，采用分级交换；长途干线采用频分复用的传输方式，即所谓的载波电话。2.数字数据以模拟信号传输在模拟信道中进行数字传输，必须先将数字信号转换为模拟信号！数字数据以数字信号传输模拟数据以数字信号传输工作站A 编码解码器工作站B数字信号模拟信号公用数据网模拟信号编码
13、解码器20min25min 30min15min教学重点难点模拟传输系统、数字传输系统、讨论 思考作业讨论：模拟传输系统、数字传输系统、教学后记长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 6 -教 案次数 第 4 次课 课 题 物理层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求同步与复用。交换技术。教学内容提要 时间设计数据通信方式同步：通信双方的收发数据序列必须在时间上一致，以使接收方能准确地区分和接收发送方发来数据。 同步方式：同步传输、异步传输。自同步法：从数据信息波形的本身提取同步信号（如曼彻斯特码、差分曼 彻斯特码）。 外同步法：不是在每个字符进行同步
14、，而是在一组数据信息前后进行同步。 又可分为面向字符的同步方式和面向位的同步方式。面向字符的同步方式：数据传输以字符串为单位，发送端在发送数据信息前，先向接收端发出一个或多个同步字符 SYN(编码为 00101000) 面向位的同步方式：数据传输以数据块为单位，发送端在要发送的数据块的前后加上同步位模式 F 标志(编码为 01111110）。多路复用技术电路交换存储转发交换5min20min20min 15min30min长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 7 -报文交换分组交换教学重点难点同步技术、多路复用讨论 思考作业思考：2.12、2.13教学后记通过学习掌握同步技术、多路复用教
15、案次数 第 5 次课 课 题 物理层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求信道的极限容量教学内容提要 时间设计长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 8 -信道带宽：在信道上所能传输的电信号的频率范围，单位为赫兹。 信道容量：以数据传输速率作为指标来表征一个信道传输数字信号的能力，即信道所能支持的最大数据传输速率。1.奈奎斯特定理 定义：对具有矩形频谱的无噪声信道，若信道带宽为 BHz，所能 传送的信号最高码元速率为 2B 波特， 则离散的、无噪声的数字信道的信道容量 C 为：C2Blog2M。C 与码元状态数 M 有关， M 越高 C 就越高， 对于
16、无噪信道，M 可以取任意值，因而无噪信道的信道容量在理论上是无限的。 例如：若信道带宽为 3000Hz，则极限数据传输速率 为 6000bps；当信号电平数 M 为 8 时，即 log28=3，则极限数据传输速率为18000bps。香农定理推导出了带宽受限制且有随机热噪声干扰的信道的极限数据传输速率，信号的极限数据传输速率除了与信道带宽 B 有关外，还与信号功率对噪声功率的比值 S/N（信噪比）有关，其最大的数据传输速率(信道容量) 为：C=Blog2(1+SN)(bps) 例如：若信道带宽为 3000Hz，信噪比 为 30dB，则极限数据传输速率为：S/N =10(30/10) =1000C
17、=3000 log2(1+1000) 30009.9729910bps30000bps10min35min15min 30min教学重点重点：信道容量、长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 9 -难点讨论 思考作业作业： 3.1、3.2、3.3教学后记通过学习掌握信道容量概念和计算教 案次数 第 6 次课 课 题 物理层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求物理层的功能、模型与特性。物理层标准举例。教学内容提要 时间设计物理层接口有四个技术特性:1.机械特性：规定了物理连接时接口所需连接插件的形状、规格尺寸、引脚数量、排列情况以及固定和锁定装置等。2
18、.电气特性：规定了 DTE 和 DCE 间导线的电气连接及有关电路方面的特性。DTE 和 DCE 之间各根导线的电气连接方式有：非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式、平衡方式。3.功能特性：定义了 DTE 和 DCE 间各信号线的功能，即某条信号线上出现的某一电平的电压表示何种确切含义。 按功能可以分为：数据信号线、控制信号 线、定时信号线、接地信号线。 30min15min25min长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 10 -4.规程特性：定义了利用信号线进行二进制比特流传输的一组操作过程，即在建立、维持、拆除物理连接及信息交换过程中，各信号线的工作规则和先后顺序。 V 系列标准:指
19、数据终端 设备与调制解调器或网络 控制器之间的接口，用于模拟信道接口,较复杂,如计算机异步通信接口 EIA RS-232-E ；X 系列标准:适用于公共数据网的宅内 电路终接设备 和数据终端设备之间的接口，用于数字信道接口,较简单，如 较新的 EIA RS-449 及 X.21 建议。10min10min教学重点难点物理层特性、物理层标准举例 讨论 思考作业讨论：物理层接口特性、物理层标准 教学后记通过学习掌握物理层特性、物理层标准 教 案次数 第 7 次课 课 题 数据链路层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求数据链路层的功能、模型与服务流量控制教学
20、内容提要 时间设计长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 11 -数据链路作用：是要将物理层提供的可能出错的物理链路改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的数据通路。网络层数链层物理层网络层数链层物理层数据 数据帧流量控制策略：停等协议和滑动窗口协议20min35min35min教学重点难点重点： 数据链路层功能流量控制策略：停等协议和滑动窗口协议讨论 思考作业讨论：停等协议和滑动窗口协议教学后记通过学习掌握数据链路层的功能、模型与服务流量控制教 案次数 第 8 次课 课 题 数据链路层授课 理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时长春理工大学光电信息
21、学院 通信原理教案- 12 -类型教学目的要求差错控制教学内容提要 时间设计 自动请求重发方式 ARQ：采用检错码；需有双向信道来传送收方的反馈信息；在发方要有数据缓冲区来存放已发出的数据；实现简单、传输效率高，是数据通信中常用的差错控制方式。 前向纠错方式 FEC：采用纠错码；不需要反向信道和数据缓冲区；由于纠错码使用更多的冗余位，故纠错设备比检错设备复杂。循环冗余码(CRC) 原理及运算 规则 基本原理：给定一个 k 比特的帧或信息，发送装置产生一个 n 比特校验位，称为帧校验序列 FCS，使得 产生的这个由 k+n 比特组成的码字可被某个预定的整数相除，然后接受装置将收到的码字除以同样的
22、数，当没有余数时，则认为没有错误。 基本运算规则：模 2 运算，即异或运算，加法不 进 位，减法不借位。M 为 110，G(x)=x4+x3+x2+1, 求 T(x)。由题意得：G = 11101M24 = 1100000用 1100000 除以 11101，商 Q 为 101，余数 R 为 1001，则 R(x)= x3+1；而又有 M(x)x4 = x6+x5，则 T(x) = M(x)x4+ R(x) = x6+x5+x3+1，相应的码为 1101001。 25min20min25min10min10min长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 13 -教学重点难点重（难）点： 循环冗
23、余码讨论 思考作业3.8教学后记通过学习掌握循环冗余码、差错控制教 案次数 第 9 次课 课 题 数据链路层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求面向位的控制规程 HDLCInternet 中的 PPP 协议教学内容提要 时间设计长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 14 -HDLC 适用的两种链路配置和三种工作方式1、两种链路配置 非平衡配置：由一个主站和一个或多个次站组成，可以为点到点或点到多点工作方式。 主站:负责链路的控制，发出的帧叫命令。 次站:完成主站指示的工作，发出的帧叫响应。 在通信中发出呼叫的站是主站，被呼叫的站是次站。 平衡配置：
24、每端都是一个复合站，只能 为点到点的工作方式。2、三种操作方式 正常响应方式 NRM： 异步响应方式 ARM：适用于非平衡结构，准许次站不经探询发送响应帧。 异步平衡方式 ABM ：适用于平衡结构，每个复合站都可以发起数据传输。点对点的 PPP 协议(Point-to-Point Protocol)25min20min30min15min教学重点难点重点：面向位的控制规程 HDLCInternet 中的 PPP 协议讨论 思考作业讨论：面向位的控制规程 HDLCInternet 中的 PPP 协议作业：3.10教学后记通过学习掌握面向位的控制规程 HDLC、Internet 中的 PPP 协议
25、长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 15 -教 案次数 第 10 次课 课 题 网络层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求网络层的功能与服务教学内容提要 时间设计网络层功能及模型 网络层的作用：在数据链路层提供的在相邻两个节点之间透明、可靠的传送数据帧的功能的基础上，进一步管理网络中的通信，将从传输层交出的数据以分组为单位，从源节点通过通信子网沿适当的路径传送到目的节点。 网络层的功能：向传输层提供服务、路由选择、拥塞控制、网络互联。4.1.2 网络层提供的服务 面向连接的网络服务 虚电路服务 无连接的网路服务 数据报服务5min10min30m
26、in25min20min长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 16 -教学重点难点重点、难点：面向连接的网络服务 虚电路服务无连接的网路服务 数据报服务讨论 思考作业讨论：虚电路的实现作业：3.2教学后记通过学习掌握网络层的功能与服务长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 17 -教 案次数 第 11 次课 课 题 网络层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求路由选择教学内容提要 时间设计理想的路由算法的一些特点：(1)正确性。必须是信息快速、正确的传输。(2)简单性。计算简单可以减少时延。另外，路由选择的计算不应使网络的通信量增加太多的额外开销。
27、(3)坚固性。算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，要有自适应性。有时称这种自适应性为“健壮性”(robustness)。(4)稳定性。当通信量和网络拓扑发生变化时，路由算法应收敛于一个可以接受的解，而不应产生过多的振荡。 (5)公平性。算法应对所有用户（除对少数优先级高的用户）都是平等的。(6)最佳性。是指以最低的费用来实现路由算法。实际上，所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。 最短通路路由选择 15min20min10min15min30min教学重点难点重点、难点：最短通路路由选择 长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 18 -讨论 思考作业讨论： 路由选
28、择算法思考：3.11教学后记通过学习掌握最短通路路由选择算法 长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 19 -教 案次数 第 12 次课 课 题 网络层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求拥塞控制教学内容提要 时间设计拥塞产生的原因 出现资源拥塞的条件：对资源的需求可用资源 解决网络拥塞的办法是采用流量控制。拥塞控制的主要功能：(1)防止网络因 过载而引起吞吐量下降和时延增加；(2)避免死锁；(3)在互相竞争的各用 户之间公平地分配资源。拥塞控制方法 流量控制和拥塞控制的区别15min20min10min20min25min教学重点难点重点、难点：
29、拥塞控制方法讨论 思考 讨论：拥塞产生的原因思考：3.17长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 20 -作业教学后记通过学习掌握拥塞控制长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 21 -教 案次数 第 13 次课 课 题 网络层授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求X.25 的网络层教学内容提要 时间设计X.25 的层次结构 由 CCITT 制定，是关于用专用电路连接到公用数据网上的分组型数据终端设备（DTE ）与数据电路端接 设备（DCE）之间的接口标准。 版本：1976、1980 支持虚电路、数据 报两种服务； 1984 取消了数据报服务；198
30、8、1992 只支持虚电路服务。X.25 协议目前以虚电路服 务为基础。 分组级主要功能：向主机提供多逻辑信道的虚电路服务X.25 的三层层次结构 物理层：数据传送单位是“比特”，接口标准采用 X.21 建议书。 数据链路层：数据传送单位是 “帧” ，接口 标 准采用平衡型链路接入规程 LAPB，是 HDLC 的一个子集。 分组层：数据传送单位是“分组”，在 DTE 与的 DCE 之间可以建立多条逻辑信道(0-4095 号) 。20min25min10min35min教学重点难点重点：网络层的功能与服务、路由选择、拥塞控制长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 22 -讨论 思考作业讨论：网
31、络层的功能与服务、路由选择、拥塞控制思考：4.10教学后记通过学习掌握网络层的功能与服务、路由选择、拥塞控制长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 23 -教 案次数 第 14 次课 课 题 局域网授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ） 教学时数 2 学时教学目的要求局域网概述参考模型及 IEEE802 标准教学内容提要 时间设计局域网的定义及特征 局域网拓扑结构局域网的参考模型 IEEE802.1：体系结构、网络互联和网络管理，水平部分涉及网络互联，垂直部分为综述文件，涉及各层；IEEE802.2：逻辑链路控制 LLC；IEEE802.3：CSMACD 访问控制方法和物理层技术规范
32、；IEEE802.4：令牌总线访问控制方法和物理层技术规范；IEEE802.5：令牌环介质访问控制方法和物理层技术规范；IEEE802.6：城域网访问控制方法和物理层技术规范；IEEE802.7：宽带技术；IEEE802.8：光纤技术；IEEE802.11：无线局域网的协议标准 20min15min10min25min20min教学重点难点重（难）点：局域网参考模型长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 24 -讨论 思考作业作业：4.2、4.3教学后记长春理工大学光电信息学院 通信原理教案- 25 -教 案次数 第 15 次课 课 题 局域网授课类型理论课（ ）、实践课（ ）、实习（ ）
33、教学时数 2 学时教学目的要求IEEE802.3CSMA/CD教学内容提要 时间设计ALOHA 介质访问方法 CSMA 和 CSMACD 介质访问方法 1载波监听多路访问 CSMA（Carries Sense Multiple Access）是对 ALOHA 协议的一种改进协议 工作原理：“先听后说”，每个站点在 发送前监听信道上是否有其他站点正在发送数据，如果信道忙就暂不发送，否 则立即发送，减少了 发生冲突的概率。监听、 发送策略： 三种不同的协议：都不能避免冲突发生，只是冲突的概率不同，一旦有冲突发生则要延迟随机个时间片 ，再重复监听过程。1坚 持型： 连续监听，立即发送。（冲突概率高，但信道利用率也较高） 非坚 持型：断 续监听，立即发送。（冲突概率相 对减少，但信道利用率低）P非坚持型：连续监听，以概率 P 发送，以概率 (1-P)延迟一个时间片发送。20min25min25min20min
