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第一节 认识计算机网络
作者:景天昊言 文章来源:本站原创 点击数:34968 更新时间:2005/8/31 23:50:50

第一节 认识计算机网络

相关课程内容标准

       了解计算机网络的主要功能、分类。通过实地考察,了解小型局域网的构建方法与使用方法。

 

一、教材分析

1、 本节的作用和地位

本节分别从计算机网络功能的角度、计算机网络的组成结构和应用的角度看待到底什么是计算机网络,它与通信网络的关系是怎样的,引导学生认识计算机网络的概念。作为本书的开首节,一方面是对学生之前对计算机网络的已有经验和知识作一次归纳总结,另一方面也是为了将来的学习需要打下基础。

2、 本节主要内容介绍

随着人们在半导体技术(主要包括大规模集成电路和超大规模集成电路技术)上不断取得更新更高的成就,计算机网络迅速地涉及到计算机和通信两个领域。一方面通信网络为计算机之间数据的传输和交换提供了必要的手段,另一方面数字信号技术的发展已经渗透到通信技术中,提高了通信网络的各项性能。计算机网络对信息社会中的活动、个人的发展等方面产生越来越广泛而深远的影响。然而,对于计算机网络(Computer Network)尚未有哪个权威的机构为它下过确切的定义。不过,曾经有不少的组织和专门人士试图对“计算机网络”做各种各样的定义。对于高中的学生而言,不必把所有的定义都去深切理解,可以通过把握事物本质特征、功能特点等方面来认识“计算机网络”这个概念。本节采用了“讨论交流”→“实地考察”→“归纳概括”→“评价练习”的线索组织内容,具体如下:

“讨论交流”:本节开始通过展示与“网络”这个名词相关的图片、文字、视频等素材,激发学生对网络知识学习的兴趣。引导学生分组交流,讨论在学习生活中有哪些地方使用到计算机网络,计算机网络的功能有哪些。

各组学生的讨论交流结果进行表格化,如表1-1

1-1 计算机网络的应用及功能

作用描述

功能概括

用户通过网络可以共享各地主机上的数据、应用软件及硬件资源。

资源共享

计算机与计算机之间通过网络能够进行通信,相互传递数据,从而可以方便地进行信息交换、收集和处理。

数据通信

分布式控制可以保证系统在部分硬件发生故障时仍能正常可靠工作。分布式处理则通过适当的算法将庞大复杂的任务分配给该系统的多台计算机的CPU协同处理,从而均匀负荷,提高效率。

分布控制与分布处理

“实地考察”:单纯地会使用还不足够认识计算机网络的概念,有必要安排学生通过实地考察或者是观看视频录像,进一步激刺其感知,加深对计算机网络的概念的感性认识。完成讨论后,不要急于安排学生讨论什么是计算机网络,而是让学生实地观察。通过观察活动,会大大激发学生的学习热情和参与的积极性,对后面的学习会更有帮助。

考察的地点建议在计算机网络实验室现场(图1-1-1),这样会便于教学活动的过程管理。考察的过程可以考虑分组进行,便于教师对网络进行较详细的介绍。部分没有参观的同学,建议可以先了解有关计算机网络分类的知识。这样,学生就不会无所事事,可以带着问题进行学习。

  

1-1-1  计算机网络实验室现场

考察过程中教师要从“面”到“点”引导学生观察计算机网络组成的硬件设备,指出传输介质是如何与计算机连接起来的。有条件的学校还可以向学生展示服务器的使用情况,介绍多种不同服务功能的服务器。

1-2 网络实验室考察记录表

考察项目

情况记录

备注

计算机数量

 

 

网络连接设备

 

 

计算机与网络设备的连接情况

 

 

网络软件

 

 

“归纳概括”:考察目的在于帮助学生更好的进行概括,为学生对概念的理解搭起一个支架。教师引导各组学生代表发言,对计算机网络的主要功能,计算机网络的概念发表他们的观点和看法。教师可以结合练习题(1)中的定义,进一步加深学生对概念的理解。也可以把不同专家对计算机网络定义的观点向学生展示,让学生加以讨论。

在计算机网络功能和定义的理解基础上,教师给出关于计算机分类的几个不同的划分标准,让学生应用标准来对计算机网络进行分类。这都是试图利用学生所接触的一些信息资料来激发其学习兴趣 和联想,让他们主动思考,并通过交流完成对知识的学习。最后,教师结合教科书中以网络规模(作用范围)大小作为网络分类依据,强调选择划分标准的重要性。

“评价练习”。“练习”栏目是知识内容学习的一次检查。通过完成练习栏目,引导学生主动地开展自我评测和诊断,逐步培养起对学习过程的自我反思和总结的良好习惯。

 

3、 重点难点分析

教学重点:

1)引导学生归纳和总结他们已有的知识经验,概括出计算机网络的基本功能。通过实地观摩考察或观看光盘录像,给学生一个感性的认识。通过学生之间进行交流,发表自己对计算机网络概念的看法。学会通过把握事物的特征,描述一个事物。

2)强调计算机网络必须具备“资源共享”的功能。至于如何实现这种功能,除了要具备网络操作系统来实现资源管理的功能外,更重要的是要靠计算机通信网的开放互连环境的支持。

       3)计算机网络就是专指实现计算机(而不是别的机器)作为端系统它们相互通信和共享资源的一类网络,它本身不必再有类型可分。通常人们所做的网络分类,其实都是针对计算机网络的支撑系统——通信网的分类。对任何事物进行分类必须首先确定分类的依据是什么。从不同的角度看一个事物可能得出不同的结论。同样,对网络进行分类时,人们若以网络的不同特征进行划分,也会得出大相径庭的网络类别名称的集合。

教学难点:

1)计算机网络的定义的理解。对于计算机网络(Computer Network),目前尚未有一致公认的权威的定义。不过,曾经有不少的组织和专门人士试图对“计算机网络”作各种各样的定义。教学时应强调计算机网络必须具备“资源共享”的功能。

       2)对计算机网络的分类。对网络进行分类的目的,应能体现出不同网络类型之间在更多的特性方面有较大的差别。最普遍且最能为大众接受的分类,就是“按网络规模(作用范围)大小”来区分的分类方法,因为网络的规模大小往往造成网络在许多方面的特性有明显的区别。对每一类网络的特性的叙述,都是从“网络作用(覆盖)范围”这一点上切入,然后在拓扑结构形式、传输介质与容量、通信资源利用方式、应用与服务等几个方面突出它们的特征。

 

二、教学建议

1、 课前准备

教师可以围绕日常工作生活中的“网络”的概念、“网络”分类标准等方面搜集相关文本资料、图片等。课前应规划好学生实地考察的线路,选定要向学生介绍的设备、传输介质等。

2、 教学策略

在教学中,教师可以采用问题驱动、案例分析、合作探究等方式组织教学活动。在理解计算机网络的概念过程中,引导学生从不同层面分析和归纳问题,鼓励学生将自己形成的理解与已有的专家或他人的定义相比较,加深对概念的认识,建构自己的知识。

教学过程中切忌照本宣科的做法,这样容易让学生感到厌烦和枯燥。人为地将理论与现实剥离,只会影响学生参与学习的积极性。

实地考察是一个值得关注的环节。作为参观活动课的形式来学习计算机网络的基础知识,容易激发学生的学习热情和求知欲,也有助于交流讨论的开展。如果没有条件进行实地考察,也可以采用观看录像的形式替代。教学条件较好的学校,在参观过程中建议可以安排机房管理员充当一个介绍者的角色,介绍的内容与流程由教师事先确定,教师本身也作为一个观察者的身份参与其中。在考察过程中注意吸引学生的兴趣与注意力,恰当地充当一个提问者角色,集中学生观察的焦点,提高考察的效果。

教师在运用教材过程中,要广泛发动学生参与,把教材变成学生的“学材”,发挥他们的集体智慧,让他们多在课堂上交流、讨论和表达。教师要做好组织、指导和服务工作,善于捕捉学生学习过程的问题与闪光点,并及时归纳知识要点和适时反馈。

3、 问题考虑

在选择教学资源过程中,要尽量采用学生在生活中已熟悉的、感兴趣的例子,注意挖掘他们的思想性、知识性、丰富性和教育性等特点。在教学过程中,教师首先要对计算机网络的三种定义有一个较为明确的理解,这样才能够更好地以“资源共享”为出发点引导学生展开讨论。教学过程中强调学生要把讨论的结果表格化,这是学生对学习过程自我评价的一种表现。

 

三、教学评价

       教学评价要围绕本节的教学目标进行,重在对知识与技术、过程与方法、情感态度与价值观的综合反映。本节课要求学生对计算机网络的功能和分类有一个了解,能够描述计算机网络的基本特征。同时,对计算机网络的应用情况有一个归纳和总结,对学习本课程中的学习方法和合作学习过程有所了解。

       教师可以结合练习内容引导学生开展自我评价活动。通过练习中的“谈看法”活动,对学生的学习情况和态度进行定性或定量的记录。

 

四、练习说明

       练习题(1)在于引导学生培养起从多角度看待和分析事物的思维方法;练习题(2)是对学生概念上的运用进行评价。在学习评价方面,要引导学生端正学习态度,对自己的学习行为负责,重在对学习过程的自我反思与客观评价,建立诚信的、自我负责和约束的自我教育学习体系。

       参考答案:

       1)从资源共享的角度来定义:“计算机网络是以能够共享资源的方式相互连接起来,各自又具有独立功能的计算机系统的集合体。”当网络位于相对有限的区域中,比如某建筑物或者学校,则这种网络被称作局域网。

       2)计算机网络与因特网在概念上是不等同的。学生往往容易从网络应用的角度来看待网络的概念,通过本节的学习,目标之一就是引导学生掌握计算机网络的基础知识和概念。

       3)对计算机网络的功能的学习,建议结合教科书中第3页内容来讲授。

 

五、教学参考案例

[课的名称]

《认识计算机网络》

[学习任务]

1、  通过交流与讨论了解计算机网络的主要功能。

2、  通过实地考察,了解小型局域网的构建方法与使用方法。

3、  结合案例分析,通过搜集典型的例子和讨论,了解计算机网络的分类。

[学习重点]

       引导学生善于归纳总结,把握计算机网络的主要功能;强调观察学习,关注身边的技术应用与发展;培养学生多角度分析问题的思维方法,把握计算机网络分类的标准。

[学习方法]

1、  交流、讨论的学习方法。

2、  观察调查学习方法,将获取的资料归纳和总结,形成表格。

[学习时间]

1课时

[学习环境]

计算机网络实验室/网络中心

[学习过程]

学习环节

学习活动过程

设计意图

(一)
讨论交流

1、教师导入:计算机网络给我们工作生活带来了不少的方便和乐趣,在认识计算机网络这一名词之前,先体验和分享一下它有哪些功能。(10分钟)

2、分组(5/组,共分6组)交流与分享,讨论两个问题:

1)调查生活中有哪些地方使用了计算机网络

2)尝试归纳计算机网络有哪些功能。

3、教师小结:通过对计算机网络应用经验的交流与分享,同学们彼此能了解更多新的网络应用经验与知识,通过归纳能够概括出计算机网络的主要功能。这就是一个共同学习的经历。

从交流分享入手,让学生融入到共同学习的过程中,激发起学生的学习兴趣与动力。

(二)
实地考察

计算机网络要实现前面所描述的功能,需要有它的物质基础,下面我们通过实地考察来认识一下“计算机网络”的真面目。

1、  安排学生分组(10/组,共分三组)参观网络实验室,未参观的同学自行阅读和到网上搜集有关计算机网络分类的资料,探究如何对计算机网络进行分类。

2、  安排学生参观网络拓扑图,进入主机房后,参观交换机与网络连接的情况,最后简单介绍学校网络服务器的使用情况(每组时间约为5分钟)。

通过实地考察,让学生对计算机网络有一个总体的,感性的认识。培养学生的观察学习能力和观察思考能力。

(三)
合作探究

分组参观的同学将利用大约15分钟的时间,通过因特网收集关于计算机网络的定义和计算机网络分类的资料。小组内进行讨论,确定一种小组内达成共识的分类方案,并把选择这种分类的原因记录到教科书的旁注中。(15分钟)

通过信息的获取和比较,做出一个决策的过程。强调小组合作与讨论,增强学习效果。

(四)
归纳概括

安排每组1分钟的发言时间,请同学们谈谈对计算机网络的认识和分类方法。(10分钟)

教师归纳概括,如何理解计算机网络的定义,计算机网络的分类标准是如何选择的。(4分钟)

安排时间让学生表达他们的意见,有助于学生积极参与学习过程。

教师对知识进行归纳,点拨方法要点。

(五)
评价练习

今天我们通过交流与讨论,认识了计算机网络;接下来我们将要运用所学的知识贯穿于本课程的学习之中。从现在起,我们不仅要学习知识,更要通过利用网络工具掌握网上学习的方法。今天的资料收集、观点讨论的过程,将伴随我们一起完成网络技术应用的学习。

布置练习:完成课后练习,把练习的内容在课堂BBS上展开讨论。

鼓励学生积极利用网络开展学习,拓展学习的时空,加强与他人的沟通与交流。

 

六、参考资料

资料1:计算机通信

没有一个机构或组织对计算机通信(Computer Communications)和计算机通信网下过正式的、权威的定义。在最简单的概念上,只要是介入与计算机相互通信的系统,即是计算机通信系统;多台计算机(包括:主机系统,以及用计算机实现的通信处理机,节点交换机,线路或终端集中器(集线器和其它智能设备))互连构成的通信网络,就可称为计算机通信网。在低层次概念上,这与数据通信网无多大区别。但在更高层次的、更完整的概念上,却有实质的区别:计算机通信网不仅仅要完成对数据载体的传输与交换,更加强调的是计算机与计算机之间在功能和服务上更为完备的进程间通信——“端系统与端系统”之间的交互过程。

从发展看,由远程联机系统开始,就有了计算机通信技术的研究和应用,以后逐渐形成网络形态,当初还只称为“数据通信”系统。“计算机通信网”一词是在分组交换网(确切地说,就是世界上第一个计算机网络――美国的ARPANET)出现之后才开始使用的。从此后,所有对网络的技术和体系结构规范等方面的研究和标准化工作,都是在计算机通信网的概念范畴内进行的。这些研究的结果,最后形成了著名的所谓“开放系统互连参考模型OSI/RM”的网络体系结构标准。

因此,当今所谓的计算机通信网,事实上是一个技术概念,并且已经成为现代通信学科中的一个新领域。它是从“通信”的角度去研究计算机网络的结构、功能和服务,而不去涉及网络应用系统。计算机通信网所形成的信息互通环境,就是计算机网络赖于生存的开放系统互连环境。

资料2:计算机网络

对于计算机网络(Computer Network),同样也是尚未有哪个权威的机构为它下过确切的定义。不过,曾经有不少的组织和专门人士试图对“计算机网络”做各种各样的定义。归纳起来,可有如下三种代表性的说法:

(1) 从资源共享的角度来定义:“计算机网络是以能够共享资源(硬件、软件和数据)的方式相互连接起来,各自又具有独立功能的计算机系统的集合体。”

(2) 从对用户透明的角度来定义:计算机网络“存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统,由它来调度用户在完成其任务时所需要的资源。整个网络如同一台大型计算机系统,其拥有的一切资源对用户是透明的。”

(3) 从广义的角度来定义:计算机网络是“计算机技术与通信技术相结合,使多台计算机系统互相连接起来,实现远程处理或进一步达到资源共享的系统。”

这三种定义有一个共同点,就是强调计算机网络必须具备“资源共享”的能力。至于如何实现这种能力,除了要具备网络操作系统来自动管理资源的能力外,更重要的是要靠计算机通信网的开放互连环境的支持。

还必须指出,计算机网络又与分布式计算机系统有区别。分布式计算机系统可能是网络系统,也可能不是网络而仅仅是多处理机系统,整个系统的所有资源对用户完全透明,甚至连任务的分配和作业的调度都由操作系统自动完成,用户完全不知道他所用的资源是在什么地方。计算机网络则不同,网络操作系统固然能自动管理网络内的资源,但它必须知道要使用的资源在哪里。然后,通过网络操作系统提供的手段,先把你的计算机登录到资源点上,才能享用该资源。如果两者都是网络系统的话,那么分布式计算机系统可以认为是计算机网络的一种特例。

最后归结起来,有没有网络操作系统来实现网络资源的自动管理,以及有没有应用系统,这是区分计算机通信网与计算机网络的重要标志。

资料3:计算机网络的分类

通常人们所做的网络分类,其实都是针对计算机网络的支撑系统——通信网的分类。

例如:如按拓扑结构来分类,有:总线网,环形网,星型网,……,等等;如按交换与传输体制来分类,有:分组交换网,ATM网,帧中继网,……,等等;如按通信媒体类型来分类,有:有线网,无线网,陆地网,卫星网,……,等等;如按网络规模大小来分类,有:局域网,城域网,广域网,互联网, ……,等等。上面所罗列的都是各种各样的通信网,这些分类方法与是不是计算机网络并无关系。

众所周知,对任何事物进行分类必须首先确定分类的依据是什么。从不同的角度看一个事物可能得出不同的结论。同样,对网络进行分类时,人们若以网络的不同特征作为依据,也会得出大相径庭的网络类别名称的集合。实际中,分类依据的确定,与分类的目的有关,并使得为此目的而表现出来的特性方面有较大的区别。对网络进行分类的目的,应能体现出不同类的网络之间在更多的特性方面有较大的差别。所以,最普遍且最能为大众接受的分类,就是“按网络规模(作用范围)大小”来区分的分类方法,因为网络的规模大小往往造成网络在许多方面的特性有明显的区别。本节的内容就以此分类法来概述常见的几类网络的特性。

对每一类网络的特性的叙述,都是从“网络作用(覆盖)范围”这一点上切入,然后在拓扑结构形式、传输介质与容量、通信资源利用方式、应用与服务等几个方面突出它们的特征。

局域网是局部区域网(Local Area Network)的简称,按它的英文缩写又简称为LAN。局域网的覆盖范围很有限,拓扑结构形式简单而多样化,采用高质量大容量的传输介质(由于网络的覆盖面小,介质的使用量并不大,所以在通信费用上也允许选用高质量的介质),多采用共享信道的多址接入方式。

城域网,又称市域网,是大都市区域网(Metropolitan Area Network)的简称,按它的英文缩写又简称为MAN。城域网的覆盖范围取决于城市的大小,由于它的覆盖面超过了LAN的范围,采用双绞线作为传输介质已经不适宜,同轴电缆尚可使用,但最合适的介质应是光纤缆线。对MAN进行标准化的最权威的组织是IEEE802委员会,它所公布的IEEE802.6标准推荐出一个DQDB双总线形网络结构。另外,由Bellcore公司设计的SMDS方案也是双总线结构。由于城市具有非常多样化业务类型的应用信息结构特点,尤其是高速数据服务的日益增长的需求,使得城市区域网络必然应是多功能多用途的信息系统。城域网多采用共享信道的无竞争的信道资源分配。

广域网是广阔区域网络(Wide Area Network)的简称,按它的英文缩写又简称为WAN。广域网的覆盖和作用范围很宽广,一般其跨度要超过100公里,可以跨城市、跨地区、跨国家。但是,多数WAN都限制在一个国家范围内,原因是:这样一种大规模的网络系统一般都是由一个国家部门、一个地区或国家的政府、或一个有很大实力的公司进行投建和营运,往往受到国家有关部门的管制和有关法规的制约。跨国跨部门的广域网络在营运和管理上会存在许多困难。

由于它的覆盖范围宽广,WAN所采用的传输介质和数据速率,与网络的应用和服务性质有密切的关系。有直接租用电话网或电报网线路的低速网,速率在9600比特/秒左右;有依托于DDN线路的分组交换网或卫星数据网作为通信子网的中速网,速率在64千~2.048兆比特/秒之间;也有采用光纤专门构建的宽带ATM网作为骨架的高速网,速率可达到155兆比特/秒甚至622兆比特/秒。显然,中、低速网只能提供中、小规模用户集团之间的纯数据业务的应用服务,而高速网适合于大规模用户集团的、综合业务的或多媒体的应用服务。

WAN具有非常明显的通信子网与用户子网之间的界定,而且通信子网(也可称为“骨架网络”)往往利用或租用由电信部门投建的公用电信网提供的专用线路或交换线路来构成。这样,可以为组建广域的计算机网络节省大量的投资。

互联网是英文词汇internet的中文译名,而它又是由词汇internetworking截短而来。所谓的因特网(Internet),就是目前最流行的一种国际互联网,它是互联网类的一个典型实例。顾名思义,互联网是由一个以上的物理网络互相联结而形成的更大范围的一种网络,其作用范围往往是一个非常广阔的、动态蔓延的区域。

互联网的物理基础是由两个或两个以上的单个网络(通常是通信子网)经由网关设备(如:路由器,网桥等)互相连结(interconnection)而成的互连网络,而且这些网络的组织和体系结构是彼此不相同的(也即是异构的),所以单此互连网络一般不能互通(interworking)。因为这种互连网络虽然在物理上已成为一个整体,但是没有完整的、统一的协议体系,所以连接在不同网络中的计算机之间显然不能互相通信。互联网技术的关键所在,就在于采用一种“网际协议”将互连网中的所有网络在某个层次(一般是在网络层)“串联”起来,以达到端到端的协议连续性,从而创建任意端系统之间的互通环境。由于这种环境是依靠协议体系在逻辑上的联结而建立的,所以它是一种虚拟的互通环境,这种网络也就属于一种虚拟网络。

       移动网包括了固定无线网络(wireless networks)和蜂窝移动网络(mobile networks)在内,不包括微波接力网。虽然有些无线网络的应用并不要求可移动(例如楼宇内办公用的无线计算机网络),但无线网的用户确实是可以在一定范围内移动的,故将它们划归为一类并不为过。读者还应注意到,移动网不是指网络本身是移动的,而是指网络的端系统(用户)是可以移动的。

 

七、参考网址

http://www.bjkp.gov.cn               北京科普之窗电脑世界>网际无限

http://database.cpst.net.cn            中国公众科技网>科学普及平台>网络天地>网民之家

http://www.kepu.com.cn                    中国科普博览>电信博物馆>计算机网络

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