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课题名称第1章计算机网络概述计划课时6课时内容分析本章将对计算机网络进行概要性描述。首先介绍计算机网络的定义、分类及性能；其次介绍计算机网络的形成与发展；然后介绍计算机网络的体系结构，包括ISO/OSI的体系结构、TCP/IP体系结构及五层的体系结构；最后介绍计算机网络在我国的发展。教学目标及基本要求1 .理解计算机网络的定义、分类及性能2 .了解计算机网络的形成与发展3 .理解计算机网络的体系结构4 .了解计算机网络在我国的发展教学重点1 .计算机网络的定义、分类及性能2 .计算机网络的体系结构教学难点1.计算机网络的体系结构教学方式以PPT讲授为主，并结合多媒体进行教学教学过程1.1 计算机网络概述（3课时）对计算机网络进行总体概述。计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。计算机网络是信息收集、分配、存储、处理、消费的重要的载体，是网络经济的核心，其深刻地影响着经济、社会、文化、科技，是工作和生活的重要工具之一。掌握网络的基础知识是进行计算机网络应用的基础。通信技术是负责数据信号在底层的传输。1.1.1 计算机网络的定义对计算机网络，可以从以下角度理解。（1）从广义角度来看，只要是能实现远程信息处理的系统或进一步能达到资源共享的系统都可以称为计算机网络。（2）从资源共享角度来看，计算机网络必须是由具有独立功能的自治的计算机组成的，并能够实现资源共享的系统。（3）从用户透明角度来看，计算机网络就是一台超级计算机，资源丰富、功能强大，其使用方式对用户透明，用户使用网络就像使用单一计算机一样，无须了解网络的存在、资源的位置等信息。1.1.2 计算机网络的组成从不同的角度对计算机网络的组成讲解。物理组成：（1）硬件（2）软件（3）协议工作方式：（1）边缘部分：由所有连接在网络上，供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享，其工作方式主要为C/S方式和P2P方式。（2）核心部分：由大量的网络和连接这些网络的路由器组成，它为边缘部分提供连通性和交换服务。主机之间的工作方式主要分为三种：客户服务器（CIient/Server,C/S）方式、对等连接（PeerToPeer,P2P）方式和C/S-P2P混合方式。P2P亦称“点对点方式”或“点到点方式”。1.1.3计算机网络的分类计算机网络可以按不同的方法进行分类：1 .按网络覆盖的地理范围分类按网络覆盖的地理范围分类是最常用的分类方法，按照地理范围的大小，可以把计算机网络分为局域网、城域网和广域网3种类型。2 .按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构，可以分为：总线型网络、环型网络、星型网络、树型网络、网状型网络和混合型网络。3 .按传输介质分类根据网络使用的传输介质，可以将网络分为两种：有线网络、无线网络。4 .按传播技术分类根据所使用的传播技术，可以将网络分为：广播式网络和点到点网络。1.1.4计算机网络的性能1 .几种常见的性能指标1）速率2）带宽（BandWidth）3）吞吐量4）时延对四种时延进行解释。5）时延带宽积6）往返时间RTT7）利用率8）误码率2 .计算机网络的非性能特征D费用2）质量3）标准化4）可靠性5）可扩展性和升级性6）易于管理和维修1.1.5计算机网络的形成与发展着重介绍计算机网络的发展主要经历的几个阶段。1.2计算机网络的体系结构（3课时）1.2.1网络协议在计算机网络中要进行大量的数据传输和交换，这些行为必须遵守事先约定好的规则，为进行网络中的数据交换而制定的规则、标准或约定称为网络协议，简称协议。从这个角度上来说，学习计算机网络就是要学习网络中的许多协议。1.2.2网络的分层结构详细解释分层结构。说明分层带来的好处。1.1.1 据在各分层间的传递及相关概念1.2.4 OSl参考模型OSI划分的七个层次由高到低依次为：Application（应用层）、Presentation（表示层）、Session（会话层）、Transport（运输层）、Network（网络层）、Datalink（数据链路层）和PhySiCal（物理层）。1.2.5 TCP/1P参考模型TCP/IP是一组用于实现网络互联的通信协议，Internet网络体系结构是以TCP/IP为核心的协议族，被称为TCP/IP参考模型。TCP/IP参考模型分为四个层次，从上到下分别是应用层、运输层、网际层、网络接口层。1.2.6五层的体系结构OSI参考模型是网络技术的基础，尽管概念清楚，理论也较完整，但由于太复杂等种种原因，并没有得到市场的认可。真正占领市场并得到广泛应用的是TCP/IP体系结构，但其最下面的网络接口层并没有具体的内容，虽然这在当时的环境下非常快速地适应了市场的需求，将一些异构的网络都包容了进来，但缺少了对物理层和数据链路层内容的约定。因而本教材按照五层的模型来阐述计算机网络的体系结构，去掉OSl参考模型中的表示层和会话层，将TCP/IP参考模型中的网络接口层改为数据链路层和物理层，这样更加清晰、简洁、完整。三种体系结构的层次划分及对应关系如图1-22所不。OSI体系结构TCP/IP体系结构五层体系结构应用层表示层会话层应用层应用层运输层运输层运输层网络层网际层网络层数据链路层网络接口层数据链路层物理层物理层1.3 计算机网络在我国的发展1.4 本章小结首先介绍了什么是计算机网络、计算机网络的发展历史及计算机网络的分类和各种性能指标。随后介绍了计算机网络的体系结构，包括OSl参考模型和TCP/IP参考模型，通过对两者的对比，引入了五层的体系结构。全书以五层的体系结构对计算机网络的知识体系进行了描述。思考题和习题教学后记课题名称第1章物理层计划课时8课时内容分析本章主要介绍了物理层的功能、作用与特性，讲述了数据通信的基础知识，描述了数据通信的三种方式。详细讲述了数据交换的三种基本方式。描述了物理层之下的传输媒体并且介绍了每种传输介质的分类、特点以及性能参数指标。最后描述了同步光纤网与同步数字系列的概念和特点。教学目标及基本要求1 .理解数据通信基础知识2 .了解常见的传输媒体3 .理解同步光纤网与同步数字系列概念和特点教学重点1 .数据通信基础知识2 .常见传输媒体教学难点数据通信基础知识教学方式以PPT讲授为主，并结合多媒体进行教学教学过程2.1 数据通信的基础知识（4课时）对数据通信相关的基本概念，基本原理和技术进行描述。2.1.1 数据通信系统模型通信系统包括发送系统、传输系统和接收系统。（1）发送系统：包括信源和发送器。信源即产生数据的设备，比如计算机或者其他终端设备。（2）传输系统：是传输数据时使用的通信通道，比如双绞线通信通道、光纤通信通道、微波通信通道和无线电波通信通道等。（3）接收系统：包括接收器和信宿。接收器即进行信号译码的设备，通常为调制解调器，译码使用其中的解调功能。信宿即最终接收数据的终端设备，比如计算机等设备。2.1.2 数据通信基本概念数据通信的基本概念包括信息、数据、信号和信道。（1）信息（information）：数据通信主要目的是信息交换，信息是数据经加工处理后得到的有意义的符号序列。（2）数据（dala）：数据是信息的载体，分为模拟数据和数字数据。计算机内部存储的二进制数据是数字数据，是由离散的电信号所表示的。当采用电波表示数据时，则为模拟数据。信息与数据既有联系，又有区别。数据是信息的表现形式和载体，而信息是数据的内涵，信息是数据加工处理后得到的，对数据做出具有含义的解释。(3)信号：信号是数据的电子或电磁表现形式，分为模拟信号和数字信号。(4)信道：信道是通信双方以传输媒介为基础的传输信息的通道，表示某一个方向上传送信息的媒体。1.1.3 模拟信号数字化模拟信号转换为数字信号，即模拟信号的数字化编码。模拟数据数字化编码的常用方式是脉冲编码调制(PUISeCodeModulation,PCM)它在卫星通信，数字微波通信、光纤通信等领域得到广泛应用。模拟信号数字化流程包括采样、量化以及编码三个环节。(1)采样(SamPIe)：采样作为模拟信号数字化的首要环节。每隔一定的时间，把连续变化的模拟信号所对应的电平幅度值抽取出来，作为样本基数，再根据样本基数将原信号表示出来，这个过程称为采样。(2)量化(QUamiZing)：即采样获得的样本幅度，依据量化级别进行取值的全过程，即取整。该环节完成之后，脉冲序列就转化为数字信号。(3)编码(EnCoding)：量化后，采样的样本用二进制码表示。编码是将一种数字信号转换为另一种数字信号。调制需要载波，载波把基带信号的频率范围提升到较高频段，将数字信号转换成模拟信号。常用的编码方式有归零码、不归零码、曼彻斯特、差分曼彻斯特编码。常用的调制方法有调幅、调频和调相。1.1.4 编码与调制技术编码是将一种数字信号转换为另一种数字信号。调制需要载波，载波把基带信号的频率范围提升到较高频段，将数字信号转换成模拟信号。常用的编码方式有归零码、不归零码、曼彻斯特、差分曼彻斯特编码。(1)归零码(ReturntoZero,RZ)：通过编码在发送“0”或“1”时，单位码元时间内返回初始状态(零)的编码方式，正脉冲表示1,负脉冲表示0。(2)不归零码(Non-ReturntoZero,NRZ)：通过编码在发送“0”或“1”时，单位码元时间内，不返回初始状态(零)的编码方式。用正电平表示1,负电平表示0。(3)曼彻斯特编码(ManCheSterEncoding)：即自同步码，是指用通过编码发送信息时，时钟同步信号一并传输。按照位周期中心的跳变方向表示0还是U如向上跳变表示0,向下的跳变表示1。(4)差分曼彻斯特编码(DifferentManchesterEncoding):是曼彻斯特编码的一种变形。该编码方式在每一位中心保持跳变，位起始边界有跳变表示0,位起始边界没有跳变表示K常用的调制方法有调幅、调频和调相。(1)调幅(AM)：载波信号的振幅伴随着基带信号的变化而变化。有载波输出对应1,反之对应0。(2)调频(FM)：载波信号的频率伴随着基带信号的变化而变化。0或1分别对应不同的频率。(3)调相(PM)：载波信号的初始相位随基带信号的变化而变化。例如。或1分别对应相位。度或180度。1.1.5 信道的极限容量信道容量是衡量信道传输数字信号能力的重要指标，是单位时间内，理论上信道传输数据的最大值，单位是b/s。奈奎斯特(NyqUiSt)(简称奈氏)提出信道无噪声干扰的情况下，码元传输速率的最高值与信道带宽的关系进而给出表示信道传输数据能力的奈奎斯特公式：C=2×VV×log2JV其中，N表示作为数据载体的码元实际能够取得的离散值的个数，C为信道最高数据传输率。要想提高信道的最高传输率C值，可以提高信道带宽，或者提高每个码元能够取得的离散值的个数，即N值。1948年，信息论创始人香农(ShamKm)在奈奎斯特的工作基础上，把奈奎斯特提出的无噪声干扰信道的传输容量，扩展到受噪声干扰情况下，信道的极限信息传输速率，即香农公式C=WIOg2(1+SN)其中，W为信道带宽(以HZ为单位)；S为信道内传输信号的奈氏准则和香农公式的主要区别：奈氏准则规定了码元传输速率是有限的，无法任意提高，不然会由于码元之间的干扰，接收方无法正确识别码元。奈氏准则没有给出信息传输速率(bs)的具体上限值，只是说明了要想提高信息传输速率，就需要设计更好的编码技术，使得每一个传输中的码元可以携带更多的比特信息，即离散值，从而提高传输速率。平均功率；N为信道内部高斯噪声功率；S/N为信噪比，单位为分贝；C为信道的极限信息传输速率。1.1.6 信道复用技术数据通信中，物理信道能提供的通信资源往往远大于通信双方的实际需求，可以采用多路复用技术来提高通信能力。多路复用技术包括：频分复用、时分复用、波分复用和码分复用。(1)频分复用(FrequencyDivisionMultiplexing*FDM)：频分复用是将一条物理信道的总带宽划分成若干频带宽度，每条频带宽度形成一条逻辑信道(2)时分复用(TimeDiViSiOnMUlIiPleXing,TDM)：将共享信道的占用时间，划分成等长时间片，轮流供不同信道使用。(3)波分复用(WaVeIengthDivisionMultiplexing,WDM)：光纤作为新型传输媒体，不同信道在不同波长的子信道中传输数据。(4)码分复用(CodeDivisionMultiplexing,CDM)：每个信道在相同时间，占用相同频带进行通信。不同用户以不同码型通信，用户之间不会干扰。1.1.7 数据通信方式数据通信方式有三种：单向通信、双向交替通信和双向同时通信。（1）单向通信：又称单工通信，即发送方与接收方之间是一条单向通信信道，数据只能沿i个方向传输O（2）双向交替通信：又称半双工通信。指数据信号可在两个方向传输，通信双方都可以发送数据，但在某一分组交换个时刻数据仅能沿一个方向传输。（3）双向同时通信：又称全双工通信，指同时可在两个方向上传输数据。1.1.8 数据交换技术计算机网络中，数据从源站到目的站，要经过中间节点（如交换机、路由器等）的转发才能实现。这种转发过程就是数据交换过程。从通信资源分配的角度看，交换的本质是按照某种方式动态分配传输线路资源。常见的数据交换方式有电路交换和存储交换，存储交换又分为报文交换和分组交换。电路交换是传统电话网络使用的数据交换技术。报文交换是电报系统使用的数据交换技术。分组交换是计算机网络使用的数据交换技术。2 .2传输媒体（2课时）传输媒体也称传输介质或传输媒介，它是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通道。3 .2.1双绞线电缆双绞线电缆（TwistedPairwire,TP）是网络通信中常见的导引型传输媒体，比如平常使用的网线，也称为对称双绞电缆、双扭绞线电缆或者平衡电缆。（1）按双绞线电缆是否包裹有金属屏蔽层分类，双绞线电缆分为非屏蔽双绞线电缆和屏蔽双绞线电缆。（2）按双绞线电缆性能（带宽）指标分类：双绞线电缆分为1类、2类、3类、5类、6类、7类、8类双绞线电缆。（3）按双绞线电缆特征阻抗（是一种双绞线电气性能指标）分类：有100欧姆、120欧姆、150欧姆等几种。（4）按双绞线电缆所包含的双线线对数分类：有电话通信中常用的1对、2对双绞线电缆。计算机网络通信常用的是4对，以及25对、50对、100对等大对数双绞线电缆。双绞线的电气性能指标如下：1）特征阻抗2）直流环路电阻3）衰减4）近端串音5）近端串音功率和6）衰减串音比值7）远端串扰8）等电平远端串音9）等电平远端串音功率和10）回波损耗（ReIUrnLOss,RD11）传播时延12）传播时延偏差13）插入损耗2.2.2同轴电缆传统的有线电视又称为闭路电视，传输媒体使用的是同轴电缆。2.2.3光缆在通信领域，信息传输的速率提高的非常快，从20世纪70年代的56Kbits（使用铜线）提高到现在的数百Gbit/s（使用光纤），并且这个速率还在不断提高。所以光纤通信已经成为现代通信技术中的一个十分重要的领域。光纤即光导纤维的简称，光导纤维是一种质地非常纤细并且非常柔韧的介质，它可以是一根玻璃丝或塑胶纤维。光纤非常细，连包层一起的直径也不到0.2mm,因此需要将光纤做成很结实的光缆。光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。光纤的结构由纤芯、包层和涂覆层组成。按制作光纤的材料可以分为：玻璃光纤、胶套硅光纤以及塑料光纤。按光在光纤中的传输模式可分为：多模光纤和单模光纤。按光纤横截面上的折射率分布，可以分为均匀光纤和非均匀光纤两种。按光纤的工作波长分类，有短波长光纤、长波长光纤和超长波长光纤.影响光纤的传输性能的因素主要有光源与光纤的耦合程度、光纤的数值孔径、光纤损耗、光纤的模式带宽、光纤的色散和截止波长。2.2.4无线传输利用无线电波在自由空间中传播的特性，实现灵活通信即无线传输。常见无线传输方式有无线电波、微波、卫星通信、红外线、激光等。2.3同步光纤网与同步数字系列（1课时）早期数字传输系统有两个主要的缺点：（1）速率无统一标准。比如北美和日本的Tl速率为1.544Mbits和欧洲的El速率为2.048Mbit/S。基于光纤的数据传输在国际范围内难以实现。（2）非同步传输。为了降低传输成本，在过去相当长的一段时间内，各国数字网络主要采用的是准同步传输方式。这种准同步系统中，各支路信号的时钟频率会有偏差，这样给复用和分用带来麻烦。在高速率数据传输时，发送方和接收方的时钟同步问题难以解决。为了解决上述问题，美国在1988年制定出数字传输标准，即同步光纤网（SynchronousOpticalNetwork,SONET）2.4 实验（1课时）实验1:制作双绞线实验2：交换机初始配置及其ConSoIe端口配置2.5 本章小结本章主要介绍了物理层的功能、作用与特性，即机械特性、电气特性、功能特性、过程特性。讲述了数据通信的基础知识，包括数据通信系统基本模型、信息与数据的概念；模拟数据数字化、编码与调制技术。信道的三种复用方式，即频分复用技术、时分复用技术、波分复用技术和码分生用技术。讲述了数据通信的三种方式，包括单工通信、半双工通信和全双工通信。详细说明了数据交换的三种基本方式，包括电路交换，报文交换和分组交换。具体讲述了计算机网络采用的数据交换方式，即分组交换。详细描述了物理层之下的传输媒体，包括有线传输媒体：双绞线、光纤、同轴电缆；无线传输媒体：无线电波、微波、卫星通信等。而后介绍了每种传输介质的分类、特点以及性能参数指标。最后介绍了同步光纤网与同步数字系列的概念和特点。思考题和习题习题一、选择题1 .在下列传输媒体中，采用RJ-45连接头作为连接器件的是（）。A.同轴电缆B.单模光纤C.4对8根UTPD.电话线2 .在下列传输媒体中，哪一个受到电磁干扰最小（）oA.屏蔽双绞线B.通信卫星C.细同轴电缆D.光纤3 .利用载波信号频率的不同来实现信道复用的方法有（）A.频分复用B.时分复用C.波分复用D.码分复用4 .局域网中常使用的传输介质为双绞线，UTP和STP分别表示（）oA.五类双绞线与七类屏蔽双绞线B.屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线C.光纤与同轴电缆D.非屏蔽双绞线与屏蔽双绞线5 .（）技术，适用于电视广播系统通信。A.码分多路复用B.频分多路复用C.波分多路复:用D.时分多路复用6 .以下用以实现电信号与光信号之间相互转换的设备为（）。A.调制解调器B.交换机C.光纤收发器D.ADSL7 .在同一个通信信道中，同一个时刻可以进行双向数据发送的信道是（）oA.全双工B.半双工C.单工D.报文通信8 .家用音响常使用的传输媒体为（A.双绞线B.玻璃光纤C.胶套硅光纤D.塑料光纤9 .下列关于数据交换，不正确的叙述是（）oA.电路交换是面向非连接的不可靠的数据传输方式。8 .分组交换比报文交换具有更好的传输效率。C.报文交换采用存储转发方式。D.分组交换是计算机网络采用的数据转发方式。9 .通过分割信道的占用时间来实现多路复用的技术称为（）。A.频分复用技术B.波分复用技术C.码分复用技术D.时分复用技术10 .采用半双工通信的例子是（）A.电视B.广播C.手机D.对讲机二、判断题1 .单工通信是指在一条通信信道中，同一时刻可以双向传输数据的通信方式。（）2 .数据传输速率的单位是B/so（）3 .波分复用就相当于时分多路复用在光纤介质上的应用。（）4 .差分曼彻斯特编码用位周期中心向上的跳变表示0,位周期中心向下的跳变表示Io（）5 .计算机网络数据交换方式采用的是报文交换。（）6 .国内双绞线的特征阻抗值一般是120欧姆。（）7 .屏蔽双绞线屏蔽层作用是减少双绞线的内部干扰。（）8 .微波沿直线传输，需要中继站，所以称为微波接力通信。（）9 .双绞线制作的568B标准线序为橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。（）10 .光纤在传输数据过程中没有损耗。（）三、问答题1 .物理层的功能是什么？其特征有哪些？2 .如何提高信道的极限传输速率？3 .常见的信号编码技术有哪些？常见的信号调制技术有哪些？4 .信道复用技术有哪些？各有哪些特点？5 .模拟信号数字化的过程是什么？6 .数据通信方式有哪些？各有什么特点？7 .数据交换技术有哪几种？各有什么特点？哪种适合计算机网络中的数据交换？为什么？8 .双绞线电缆的电气性能参数有哪些？举例说明。9 .为什么双绞线的每对铜导线要扭绞在一起？10 .无线传输主要有哪几种方式？各有什么特点。教学后一记第3章数据链路层教案课题名称第3章数据链路层计划课时12学时内容分析本章介绍计算机网络数据链路层基本功能，介质访问控制技术。详细讲解传统以太网和点到点协议这两种常用数据链路层协议的基本原理。然后结合实际应用介绍网桥及以太网交换机的核心技术，重点包括自学习机制、生成树协议、虚拟局域网技术和三层交换技术。教学目标及基本要求5. 理解数据链路层基本功能6. 理解以太网基本原理及特点，理解点到点数据链路层协议的基本功能和特点7. 理解并掌握以太网网桥与交换机核心技术8. 掌握交换机常用网络配置方法教学重点3. 数据链路层基本功能4. 以太网交换技术教学难点2.以太网交换技术教学方式以PPT讲授为主，并结合多媒体进行教学3.1数据链路层的基本功能（1学时）网络层沪数据报I数据 链路层物理层IIOlo.U.oc节点A教 学 过 程在TCP/IP网络体系结构中，数据链路层的基本功能就是把网络层交下来的IP数据报封装成帧，发送到物理链路上，也就是将源计算机网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标计算机的网络层。链路数据链路层的基本功能国际标准化组织（ISo）定义的数据链路层协议基本功能包括以下几方面。1 .帧的封装与定界数据链路层是将数据组合成数据块来实现数据通信的，在数据链路层中将这种数据块称为帧，帧是数据链路层的传送单位。帧的封装与定界的主要任务是定义帧的首部和尾部标识，正确识别帧的起始和结束。有时也称为“帧同步”或“成帧”。2 .透明传输透明传输是指不管链路上传输的是何种形式的比特组合，都能够被正确识别，不会影响数据传输的正常进行。当所传数据中的比特组合恰巧与帧首部和尾部标识等控制信息一样时，可采用字节填充法，插入一个转义字符来解决。3 .链路管理数据链路层的“链路管理”功能包括数据链路的建立、链路的维持和链路的释放三个主要方面。当网络中的两个节点要进行通信时，数据的发送方必须确知接收方是否已处在准备接收的状态。为此通信双方必须先要交换一些必要的信息，以建立一条基本的数据链路。在数据通信时要维持数据链路，而在通信完毕时要释放数据链路。4 .寻址数据链路层的每个帧均携带源和目的站的物理地址。这里所说的“寻址”与下一章将要介绍的“IP地址寻址”是完全不一样的，因为此处所寻找地址是计算机网卡的MAC地址，也称“物理地址”或“硬件地址”，而不是IP地址。在以太网中，采用媒体访问控制（MediaAccessControl,MAC）地址进行寻址，MAC地址被烧入每个以太网网卡中。5 .差错检测在数据通信过程中可能会因物理链路性能和网络通信环境等因素，难免会出现一些传送错误，但为了确保数据通信的准确，又必须使得这些错误发生的概率尽可能低。这一功能也是在数据链路层实现的，就是它的“差错检测”功能。采用冗余编码技术可以实现差错检测。基本原理是在有效数据（信息位）被发送前，先按某种关系附加上一定的冗余位，构成一个符合特定运算规则的帧后再发送。接收端根据收到的帧是否仍符合原运算规则，来判断是否出错。常见的检错编码有奇偶校验码和循环冗余校验码（CyclicRedundancyCheck,CRO。6 .可靠交付和流量控制确认与重传技术用来实现可靠交付，流量控制则采用滑动窗口技术。目前典型的并且最常用的数据链路层协议是本章下面要介绍的对等协议（Point-U）-PointProtocol,PPPu或称点到点协议、点对点协议）和以太网DlXElhemeIV2规约。数据链路层协议应用在PPP协议和以太网时，舍弃了差错纠正、可靠交付和流量控制等功能，因为这些功能在运输层协议中也有定义。简化的协议也减少了很多额外的系统开销，降低了设备成本，不仅没有影响网络性能，反而促进了这些技术的普及应用。例J3-1：数据链路（即逻辑链路）与链路（即物理链路）有何区别？解答：所谓链路就是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点。在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路径往往要经过许多段这样的链路。可见链路只是一条路径的组成部分。数据链路则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传送数据时，除必须有一条物理线路外，还必须有一些通信协议来控制这些数据的传输（这将在后面几节讨论）。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。这样的数据链路就不再是简单的物理链路而是逻辑链路了。例3-2:试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点。解答：在数据链路层实现可靠传输的优点是通过点到点的差错检测和重传能及时纠正相邻节点间传输数据的差错。若在数据链路层不实现可靠传输由高层（如运输层）通过端到端的差错检测和重传来纠正这些差错，就会产生很大的重传时延。但是在数据链路层实现可靠传输并不能保证端到端数据传输的可靠，如由于网络拥塞导致路由器丢弃分组等。因此，即使数据链路层是可靠的，在高层（如运输层）仍然有必要实现端到端可靠传输。如果相邻节点间传输数据的差错率非常低，则在数据链路层重复实现可靠传输就会给各节点增加过多不必要的负担。3.2介质访问控制（1学时）介质访问控制是数据链路层的子层，通过采取一定的措施，使共享信道的节点之间通信不会发生相互干扰。常用的介质访问控制方法有：静态划分信道、随机访问和轮询访问方式。3.2.1静态划分信道静态划分信道就是频分多路复用（FrequencyDivisionMultiplexing,FDM）时分多路复用（TimeDiviskmMultiplexing,TDM）、波分多路复用（WaVeIengthDivisionMultiplexing.WDM）和码分多路复用（CodeDivisionMultiplexing,CDM）O3.2.2随机访问允许所有用户均可随机发送信息，但如果两个或多个用户在同一时刻发送信息，就会在共享信道上发生冲突（或碰撞），从而导致发送信息的操作失败。这就要采用解决冲突的网络协议。3.2.3轮询访问在轮询方式中，用户不能随机发送信息，而要通过一个集中控制的监控站，以循环方式轮询每个节点来决定信道的分配。典型的轮询访问介质控制协议是令牌传递协议，主要用于令牌环局域网。这种方式既不能实现时间共享也不能实现空间共享，目前在局域网数据链路层很少再被采用。3.3传统以太网（2学时）DIXEthernetV2是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。此外还有IEEE的802.3标准也是一种以太网标准，但DIXEthernetV2标准与IEEE的802.3标准只有很小的差别，因此可以将802.3局域网简称为“以太网”。3.3.1CSMA/CD协议以太网采用具有冲突检测的载波监听多路访问（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetect,CSMA/CD）.可以概括为先听后发、边听边发、冲突停止、延时重发。（1）“多路访问”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。（2） “载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。“我波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。（3） “冲突检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。（4）当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。（5）当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。例3-3：以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道的。这与传统的时分多路复用TDM相比优缺点如何？解答：当网络负载较轻，各站以突发方式发送数据时，碰撞的概率很小，CSMA/CD信道利用率和效率比较高，而TDM会浪费大量时隙，效率比较低。当网络负载很重时，采用CSMA/CD会导致大量碰撞，效率会大大下降，而TDM能保证每个站获得固定可用的带宽。1 .3.2采用集线器的传统以太网早期传统的以太网属于共享介质方式，采用CSMAyCD机制、总线式的拓扑结构，利用电缆（粗缆、细缆）作为传输媒介。3 .3.3以太网MAC地址以太网MAC地址是分配给每个网络接口卡的唯一标识，在网卡出厂时已经被写入其只读存储器中,也被称为硬件地址或物理地址，不随所连接网段的变化而变化，编址空间由IEEE管理，采用IEEE的EUI（ExtendedUniqueIdentifier）-48格式，是一个48位二进制的6字节数。3. 3.4以太网MAC帧格式（1）前同步码（Preamble,Pre）,7字节的1和。交替码序列，比特同步，当物理层采用同步信道时（如SDH/SONET）,不再需要前同步码。（2）帧定界（Siart-Of-FrameDelimiier,SFD）0以太网的帧定界符只用于标识帧的开始，不必标识结束。（3）目的地址：即目的MAC地址DA,6字节。（4）源地址：即源MAC地址SA,6字节。（5）长度类型（TyPe）：类型字段，上层协议类型，最常见的如0x0800指IP协议，把帧的数据部分交给IP协议栈处理。（6）数据部分：长度在46字节到1500字节之间可变的任意值序列。（7）帧校验序列：即FCS,4字节，采用CRC编码，用于差错校验。FCS校验的计算不包括同步码、帧定界和FCS字段本身。例3-4:在以太网帧中，为什么有最小帧长的限制？解答：CSMA/CD协议的要点是当发送站正在发送时，若检测到冲突则立即中止发送，然后推后一段时间再发送。如果发送的帧太短，还没有来得及检测到冲突就已经发送完了，那么就无法进行冲突检测了。因此，所发送的帧的最短长度应当要保证在发送完毕之前，必须能够检测到可能最晚到来的冲突信号。3.4 对等协议（PPP）（1学时）对等协议（POinHO-PoimProtocol,PPP）是因特网的正式标准RFC1661。它提供了符IP数据报封装到串行链路的方法。3.4.1PPP协议特点PPP协议的基本功能如下。(1)成帧。(2)错误检验。(3)链路管理。(4)支持多种网络层协议。(5)因特网接入时协商IP地址。(6)身份认证。(7)既支持异步链路，也支持同步链路。PPP协议不需要的功能如下。(1)不用于多点之间通信。(2)不支持确认和重传。(3)不提供流量控制。(4)不纠错。3.4.2 PPP协议帧格式3.4.3 PPP协议工作流程(1)要创建PPP链路，首先就要建立物理连接，过去用户用调制解调器通过拨号与ISP之间建立物理连接，现在则多用ADSL或FTTx+LAN方式。(2)链路管理：LCP(LinkcontrolProtocol),创建、维护和终止链路连接。(3) NCP(NetworkControlProtocol),与网络层协调，如IP地址分配。常用IPCP(IPControlProtocol)。(4)认证采用以下方式：PAP(PasswordAuthenticationProtocol)。CHAP(ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol)。PPP协议的实例应用例3-5：PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传愉？解答：PPP协议的主要特点如下：(1)简单，数据链路层的PPP协议非常简单，具有封装成帧、透明传输和差错检测功能，但向上不提供可靠传输服务。(2)支持多种网络层协议，PPP协议能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议，如IP协议和IPX协议等。(3)支持多种类型链路，PPP协议能够在多种类型的链路上运行。例如串行的或并行的，同步的或异步的，低速的或高速的，电的或光的对等链路。(4)检测连接状态，PPP协议具有一种机制能够及时(不超过几分钟)自动检测出链路是否处于正常工作状态。(5)网络层地址协商，PPP协议提供了一种机制使通信的两个网络层(例如，两个IP层)的实体能够通过协商知道或能够配置彼此的网络层地址。帧的编号是可靠数据传输的基本机制，由于PPP协议没有编号和确认机制因此不能实现可靠数据传输，适用于线路质量较好的情况。【特别提示】PPP协议虽然定义的是一段节点到节点的链路层协议，但实际应用中通常都是在其他已建立的网络物理平台之上再建立新的连接的，是一种网络之上的网络，如PPPOE就是以太网之上的PPP链路。3.5 网桥技术与以太网交换机（4学时）网桥技术彻底解决了传统共享式以太网存在碰撞问题的缺陷。网桥是一种设备，它将两个网络连接起来，对网络数据的流通进行管理，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。3.5.1 以太网交换机工作原理以太网交换机的工作原理可以这样概括：（1）以太网交换机的每个端口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式下。（2）交换机能同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞的数据传输。（3）以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，因此其交换速率会较高。（4）对于传统的IoMb/s共享式以太网，若共有N个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽（IoMbs）的N分之一。使用以太网交换机时，虽然在每个端口到主机的带宽还是IOMbZs,但由于一个用户在通信时是独占的而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有N对端口的交换机的总容量为NXlOMb/s,而在全双工模式下总容量就是NXlOMbs°这正是交换机的最大优点。例3-6:有IO个站连接到以太网上。试计算以下三种情况下每一个站所能得到的带宽。（1） IO个站都连接到一个IO