高等学校计算机公共教学改革与实践.ppt

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1、山东大学Shandong University 网址：http:/,高等学校计算机公共教学改革与实践,郝 兴 伟山东大学计算机科学与技术学院2006-11-18 南京,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,目录,一、教学理念二、课程知识体系设计 通信原理 网络硬件及其架设 操作系统与网络服务 标记语言 浏览器对象客户端脚本 数据库技术 服务端开发,三、教育资源建设四、教学、科研和开发的关系五、小结,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,一、What+How+Why教学理念,传统的教学方法（重操作

2、、轻原理教学）,What+How+Why教学理念,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,What+How+Why教学理念,WHY(I have already known how to do that,why?)讲解基本概念和原理授人以渔,WHAT(what exist in the computer sciences),HOW(how to do that？)培养学生的计算机操作技能,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,Why教学-1,浏览器的使用很简单，http:/什么意思？http:/域

3、名：端口/路径/文件http:/,再如：（1）双绞线的4对8线，全双工通信与平衡电路（2）总线网络，CSMA/CD机制与信号编码、冲突，终结器（匹配电阻）（3）5-4-3-2-1规则,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,Why教学-2,为什么采用双绞线？为什么要采用固定的线序？减少串扰 每英寸双绞的次数不同 在Cat5的数据通信中，为什么要用2对线？全双工通信平衡电路、提高抗干扰（噪声）能力,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,Why教学-3,Repeater delay：2ms/repea

4、terCable delays：0.55ms/100mNIC delay：1ms/NIC10BaseT bit time=1/100Mbps=1/100 000=10-5 s=0.1ms（微秒）=100ns（纳秒）1millisecond（毫秒）=10-3 秒1microsecond（微秒）=10-6 秒1 ns=1.0 10-9 秒最小帧：64字节=512bits,5-4-3-2-1 Rule,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,二、“计算机网络技术及应用”知识体系,原理,技术,应用开发,网络操作系统计算机网络基本通信技术,标记语言邮件服务

5、器的配置和管理FTP服务器的架设和管理Web服务器的架设和管理常用网络服务及其配置,网络安全与防火墙技术ASP技术及其应用JavaScript脚本语言,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,课程内容,第一层 1.基本通信技术 2.计算机网络 第二层 3.网络操作系统 4.常用网络服务及其配置 远程访问服务 终端服务 DNS服务 DHCP服务 5.Web服务器的架设和管理 6.FTP服务器的架设和管理 7.邮件服务器的配置和管理,第三层 8.标记语言HTML XML 9.JavaScript脚本语言 10.ASP技术及其应用 11.网络安全与防火

6、墙技术,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,模块1-基本通信技术,1.信息编码2.数字信号传输数字数据3.数字信号传输模拟数据4.几个基本概念,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,数字信号与模拟信号,数字信号：数字信号是指在一个持续时间内保持一个固定的值，然后再转变为另外一个值的信号。,模拟信号：模拟信号是指在两个峰值之间来回振荡的、连续变化的信号。,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,信号编码-不归零法编码,字符A=65 0100 000

7、1,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,不归零法编码存在的问题,t1,t2,t,Bit nums=?,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,信号编码-曼彻斯特编码,字符A的ASCII码：0100 0001,实现了：数字信号传输数字数据,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,数字信号编码模拟数据,如果用数字信号传输模拟数据，在发送方 在发送方，首先需要进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。（1）采样。每隔固定的时间间隔采样模拟信号的瞬间值。（2

8、）把采样取得的数据按照量化级别转化为相应的数字值（3）将量化值转变为二进制数在接受方在接受方，进行数模转换，将接受到的离散的数据还原成模拟信号,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,数字信号编码模拟数据（演示）,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,脉码调制（PCM）,用数字信号编码模拟数据常见的例子是音频信号的脉码调制（Pulse Code Modulation，PCM），脉码调制为采样信号分配一个预先确定的振幅。例如，假设整个振幅范围等分为2n个振幅级别，则每个振幅对应一个长度为n的比特串。

9、脉码调制为采样信号分配一个预先确定的振幅。例如，假设整个振幅范围等分为2n个振幅级别，则 每个振幅对应一个长度为n的比特串。PCM按照一定的时间间隔对模拟信号进行采样，然 后从2n个振幅中挑选出最接近采样频率的那个值 然后用其对应的比特序列对这个脉冲进行编码NRZ或者差分曼彻斯特编码 发送编码数据。,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,脉码调制（PCM）（exa）,待传输的模拟信号,媒体传输电压信号,编码数据,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网络通信中的几个概念,周期 波长和频率 带宽、

10、比特率、波特率,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,周期,周期事物在运动、变化的发展过程中，某些特征多次重复出现，连续两次出现所经过的时间叫周期(T)。物体做往复运动或者物理量周而复始的运动时，重复一次所经历的时间。例如：,T,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,频率和波长,频率和波长是两个描述电磁波的重要单位，其本质是一样的。频率 频率是单位时间（每秒）内某事件重复发生次数。在物理学中通常以符号 f 表示，国际单位为赫兹（Hz）。对于离散信号（如电压），频率也定义为每秒钟内物理量（如电压）

11、变化的次数，每次变化持续一个确定的t 时间。设 t 时间内某事件重复发生 n 次，则此事件发生的频率为 f=n/t 赫兹。又因为周期定义为事件重复发生经历的最小时间间隔，故频率也可以周期的倒数表示，即 f=1/T，其中 T 表示周期。,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,波长,波长 麦克斯韦电磁波理论-电与光具有同样的传播速度（30万公里/秒，3x108m/s）在气温15摄氏度，声音在空气中传播的速度约是每秒340米；声音传到1000米远的地方大致是3秒钟，而电磁波传到1000米远的地方，只需三十万分之一秒，折合传播速度约为300,000,0

12、00米/秒。波长指的是电磁波每个周期的传播距离，等于电磁波的传输速度乘上周期。,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,带宽、比特率、波特率,带宽带宽（Bandwidth）是指媒体能够传输的最高频率和最低频率的差。例如，电话信号的频率范围为3003 300 Hz，则带宽为3 000 Hz。根据可听见的声音的频率范围，频率太高或者太低的将无法通过电话系统传输。,比特率比特率是指媒体中每秒传输的比特数，单位为bps（bit percent second）,波特率信号的变化频率，每一个信号（如电压）变化都维持一个确定的t 时间。,山东大学计算机科学与技

13、术学院Shandong University 网址：http:/,尼奎斯特定理和无噪声通道,尼奎斯特定理（Nyquist Theorem）：在没有任何噪声和干扰的无噪声通道中，如果媒体传输的最大频率为f，接收方只要以每秒2f次的频率进行采样，就能完整的重现信号。因为接收方的采样频率必须和信号的变化频率（波特率）相等，因此由尼奎斯特定理可知，媒体的传输速度为：比特率=波特率n=2fn n为一个信号单元编码的比特数.例如：媒体上可传输16种电压值，则采集的每个电压可编码4个bit，即：n=4.,解释：采用信号（如：电压）的变化来传输数据，每一次信号变化都维持一个确定的时间，每一个特定的信号都编码n

14、个bit。因此有：比特率=每秒信号变化的次数n=波特率n,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,噪声通道和香农定理,信噪比（Signal to Noise Ratio）来量化信号中噪声的强度。信噪比的定义为：信噪比越大，表示干扰引起的信号畸变越小。由于S/N的值一般较大，一般用下面的单值变换，单位为贝尔，定义为：B=log10(S/N)（贝尔）香农定理（Claude Shannon Theorem）香农定理指出媒体的传输速度与带宽和信噪比有关，具体定义如下：比特率=带宽log2(1+S/N)bps,山东大学计算机科学与技术学院Shandong

15、University 网址：http:/,举例：电话系统 的传输速度,频率范围约3003 300 Hz，信噪比约为35 dB，由上面的计算可知S=3162N，代入香农定理得：比特率=带宽log2(1+S/N)=3 000log2(1+3 162)3 00011.63 34 880（bps）,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,比特时间和网速,10BaseT bit time=1/100Mbps=1/100 000=10-5 s=0.1ms（微秒）=100ns（纳秒）1millisecond（毫秒）=10-3 秒1microsecond（微秒）

16、=10-6 秒1 ns=1.0 10-9 秒,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,模块2计算机网络基础,1.传统内容 定义、功能、分类2.网络模型与数据封装3.网络协议4.网络设备 功能、简单原理5.网络架设,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,1.OSI七层模型与数据封装,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,数据帧,数据包,应用层位于OSI模型的最高层，提供直接支持用户网络应用程序的服务，如：电子邮件(SMTP)、Web访问(HTTP)、

17、文件传输(FTP)、远程登录（TELNET）等。,表示层提供数据编码的格式化和数据转换服务。同时，表示层还具有数据压缩与数据加密功能。,会话层在应用程序之间建立、维持和终止会话。也就是在数据真正进行传送之前进行协商并建立好连接。即定义连接的请求和结束传送和接收状态的设定等动作。,传输层在主机应用程序之间定义端到端的连接。包括四种基本服务：将上层数据分段，建立端到端操作，发送数据段，保证数据的可靠性。,网络层负责在网络之间查找路由，即根据数据包的逻辑地址将数据包从一个网络发送到另一个网络。,数据链路层接收来自于网络层的数据包，并且把信息打包成数据帧，然后下传给物理层进行传输。数据链路层还将在数据

18、包中增加控制信息，如帧类型、寻址及错误控制信息等，确保帧的可靠传输。,物理层用于定义网络设备物理接口的电子的、机械的、过程的和功能的技术规范。物理层的基本功能就是传输数据，不同的传输媒体采用不同的信号编码。,数据流（Data Stream),数据流（Data Stream),数据流（Data Stream),数据流,数据段,数据段,数据段,源IP地址,目的IP地址,数据包,源Mac地址,目的Mac地址,数据包,11101010101110.,数据帧,比特流,数据段,数据封装过程,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,数据封装complete,山

19、东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,封装MAC地址-ARP广播,arp a命令显示计算机内存的MAC表，用ping检验,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,默认网关,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,2.每层设备,主要内容：网卡中继器、集线器、交换机路由器Modem各种设备的功能、简单工作原理,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网络设备和网络分层,山东大学计算机科学与技术学院Shando

20、ng University 网址：http:/,网卡（Network Interface Card，NIC）,网络类型 Ethernet TokenRing FDDI 总线（速度）16ISA，传输速率8/3*2=5.3MBps 32PCI，传输速率33*1*4=132MBps 媒体(接口)RJ-45 AUI BNC,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网卡的物理层功能信号编码,网卡属于数据链路层的设备，但是同时具有物理层的功能，即将数据0101等比特流编程媒体可以传输的电信号。例如：字符A的 Ansii码值为65,对应的二进制为0100 00

21、01网卡将上述的比特串，变成下面的电信号，接受方或的上述的电压信号，即实现了数据的传输,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,中继器(Repeater）,功能：属于网络物理层互联设备，由于信号在网络传输介质中有衰减和噪音，使有用的数据信号变得越来越弱。因此为了保证有用数据的完整性，并在一定范围内传送，要用中继器把所接收到的弱信号分离，并再生放大以保持与原数据相同。在以太网布线中遵循5-4-3-2-1规则,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,集线器(Hub）,功能：和中继器类似，也属于网络物理层

22、互联设备，可以说是多端口的中继器（Multi-Port Reapter）。,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,5-4-3-2-1 Rules,Repeater delay：2ms/repeaterCable delays：0.55ms/100mNIC delay：1ms/NIC10BaseT bit time：0.1ms/bit（100ns）最小帧：64字节=512bits,5-4-3-2-1 Rule,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网桥（Bridge）,功能：网桥（Bridge）是

23、一个网段与另一个网段之间建立连接的桥梁，是一种数据链路层设备，网桥根据数据帧源和目标的物理地址（MAC）决定是否对数据帧进行转发，这在一定程度上提高了网络的有效带宽。,MAC地址表,arp a命令显示计算机内存的MAC表，用ping检验,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,交换机(Switch）,多端口的桥,功能：划分冲突域，有效扩大带宽交换机的地址学习：对称式交换和非对称式交换（缓存技术）,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,路由器(Router）,路由器（Router）属于网络层互联设备

24、，用于连接多个逻辑上分开的网络。路由器有自己的操作系统，运行各种网络层协议（如IP协议、IPX协议、AppleTalk协议等），用于实现网络层的功能。功能：路径选择、包交换,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,路由器(Router）,网关：网络的互连,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,RAM for working storage in the router,计算机内存结构代码区数据区,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,4.网络拓扑结构

25、,物理拓扑结构逻辑拓扑结构,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网络的物理拓扑结构,什么是拓扑结构？拓扑（Topology）是数学的一个分支，研究几何图形在连续改变形状时还能保留不变的一些特性，只考虑物体之间的位置关系而不考虑它们之间的距离和大小。主要的拓扑结构：总线拓扑 星型拓扑、扩展星型 环形拓扑,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网络的物理拓扑结构-总线拓扑,常见的使用总线拓扑结构的网络是10Base2网络，在10Base2网络中，将T型头的公共端接到计算机的网卡上，将带有BNC接头

26、的网线分别连接到T型头的两端，同时在总线的两端还需要连接终端电阻，防止信号在电缆的切面发生发射。,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网络的物理拓扑结构-星形拓扑,使用星形拓扑结构的网络常见的是10BaseT网络（以太网），在10BaseT网络中，所有的计算机通过双绞线连接到集线器（Hub）,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网络的物理拓扑结构扩展星形拓扑,在星形拓扑中，每台中枢设备的端口数量都是有限的，常用的有8口、16口、24口的Hub或交换机。如果要将更多的计算机连接到网络中，就需要

27、讲一个端口下接入一台交换机或Hub，这样的连接成为设备的级连，形成的拓扑称为扩展星形拓扑。,接入的设备越多，网络中每台设备的平均带宽讲快速的减少，同时，广播域和冲突域进一步扩大，从而会降低网络的性能。5-4-3-2-1规则,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,网络逻辑拓扑-总线型,总线型CSMA/CD（Carrier Sense Multi Access/Collision Detect）以太网（Ethernet）载波侦听多路存取/冲突监测消息传送机制-广播,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:

28、/,网络逻辑拓扑-令牌环型,令牌环型 传输权的取得令牌环无冲突、可靠传输,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,模块3网络操作系统和网络服务,一、操作系统分类与网络操作系统 二、常用网络服务及其配置 远程访问服务 终端服务 DNS服务 DHCP服务 三、Web服务器的架设和管理四、FTP服务器的架设和管理五、邮件服务器的配置和管理,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,模块4B/S结构与网络开发,一、B/S三层结构二、标记语言 三、浏览器内置对象四、脚本语言与客户端开发,山东大学计算机科学与技术

29、学院Shandong University 网址：http:/,模块4数据库技术与服务端开发,一、数据库技术二、服务端开发,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,三、教育资源库建设与教材建设,全部教学内容中所涉及的知识点能够用动画图形表现的，尽可能用简洁、生动的动画科学地表现出来。整个资源库包括10个子库，包含的内容和数量如下：1.图片库2.重点难点讲解库3.计算机史话库4.操作演示5.电子教案库6.试题库7.应用案例库8.相关资料库9.实验指导库资源演示举例,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:

30、/,教材建设,入选国家级“十一五”规划教材，明年出版第二版“计算机网络技术实验”明年春天高等教育出版社出版,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,四、教学、科研和开发的关系,1、教学内容和科研方向结合2、科研促进教学3、教学内容适应社会发展需求，提高开发和应用水平4、公司派教学提高知识的实用性，促进知识转化,山东大学计算机科学与技术学院Shandong University 网址：http:/,五、小结,最后总结一下课程建设的思路和指导思想：贯彻“What+How+Why”教学理念从通信原理-网络硬件-网络操作系统-网络服务，层层深入进行讲解了解了Web原理后，介绍标记语言的内在原理，进一步提高学生对网络的理解，提高学生的网络应用水平引领学生进入网络开发领域，通过Javascript介绍了网络的客户端开发，熟悉了浏览器内置对象，理解客户端程序通过ASP技术，全面介绍B/S三层结构，认识服务端开发的含义。把握好教学、科研和开发的关系,山东大学Shandong University 网址：http:/,谢谢大家,山东大学计算机科学与技术学院 济南市山大南路号邮编：Email:教学网址：http:/,thanks,Thanks,