計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層目錄CONTENT計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多臺(tái)自主工作的計(jì)算機(jī)通過通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)互聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)資源共享、信息交換和協(xié)同工作的系統(tǒng)。從20世紀(jì)60年代的ARPANET開始，經(jīng)歷了分組交換網(wǎng)、TCP/IP協(xié)議、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等發(fā)展階段，形成了今天的全球互聯(lián)網(wǎng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與發(fā)展發(fā)展歷程定義包括計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備（如路由器、交換機(jī)等）、傳輸介質(zhì)（如光纖、電纜等）等。網(wǎng)絡(luò)硬件網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)管理軟件等，用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享和管理。在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)母鞣N信息，如文本、圖像、音頻、視頻等。030201計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成ABCD計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類：星型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)等。按地理范圍分類：局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）。按使用范圍分類：公用網(wǎng)、專用網(wǎng)。按傳輸技術(shù)分類：廣播式網(wǎng)絡(luò)（如以太網(wǎng)）、點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（如PPP）。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)0203網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)，以及處理相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)擁塞問題。01物理層負(fù)責(zé)傳輸比特流，提供為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需要的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。02數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀，以及幀的發(fā)送和接收。OSI七層模型提供面向連接或無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，如TCP和UDP。傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層負(fù)責(zé)建立、管理和終止會(huì)話，以及同步會(huì)話雙方的數(shù)據(jù)。負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和解碼，以確保發(fā)送方和接收方之間的數(shù)據(jù)格式一致。提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的接口，如HTTP、FTP等。OSI七層模型網(wǎng)絡(luò)接口層對應(yīng)于OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)層對應(yīng)于OSI的網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸層對應(yīng)于OSI的傳輸層，提供面向連接或無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。應(yīng)用層對應(yīng)于OSI的會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層，提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的接口。TCP/IP四層模型應(yīng)用層綜合了OSI的會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層的功能，提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的接口。傳輸層與OSI的傳輸層和TCP/IP的傳輸層相同，提供面向連接或無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層與OSI的網(wǎng)絡(luò)層和TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)層相同，負(fù)責(zé)IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)。物理層與OSI的物理層相同，負(fù)責(zé)傳輸比特流。數(shù)據(jù)鏈路層與OSI的數(shù)據(jù)鏈路層相同，負(fù)責(zé)將IP數(shù)據(jù)報(bào)組裝成幀以及幀的發(fā)送和接收。五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)物理層03物理層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最低層，它負(fù)責(zé)在傳輸介質(zhì)上提供透明的、可靠的比特流傳輸服務(wù)。物理層的定義物理層的主要功能包括機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性的規(guī)定。物理層的功能物理層協(xié)議定義了物理層接口的四個(gè)特性，包括機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。物理層的協(xié)議物理層的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信宿和信道三部分組成，其中信道是傳輸信號(hào)的通路，信源和信宿分別是信息的發(fā)送者和接收者。數(shù)據(jù)的傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式包括并行傳輸和串行傳輸兩種。并行傳輸是將多個(gè)比特同時(shí)在多個(gè)并行信道上傳輸，而串行傳輸則是將比特按位依次在單個(gè)信道上傳輸。數(shù)據(jù)的同步方式數(shù)據(jù)同步方式包括異步傳輸和同步傳輸兩種。異步傳輸是以字符為單位進(jìn)行傳輸，每個(gè)字符前后各加一個(gè)起始位和一個(gè)停止位，用于實(shí)現(xiàn)字符同步。同步傳輸則是以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸，通過特定的同步字符或同步信號(hào)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)塊同步。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)中繼器（Repeater）：中繼器是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，用于在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間建立、管理和終止物理連接，對衰減的信號(hào)進(jìn)行放大整形，以擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離。集線器（Hub）：集線器是一種多端口的中繼器，它以廣播方式從一個(gè)端口接收信號(hào)并放大整形后傳送到所有其他端口，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的互聯(lián)。網(wǎng)卡（NetworkInterfaceCard，NIC）：網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)與局域網(wǎng)相互連接的接口，它負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，并接收來自網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)并轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)。物理層設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層04數(shù)據(jù)鏈路層是OSI七層模型中的第二層，負(fù)責(zé)在物理層提供的比特流的基礎(chǔ)上，建立相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層定義數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括幀同步、差錯(cuò)控制、流量控制和鏈路管理等。數(shù)據(jù)鏈路層功能數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議定義了數(shù)據(jù)如何在鏈路上進(jìn)行傳輸，包括數(shù)據(jù)的封裝格式、傳輸規(guī)則以及差錯(cuò)控制方法等。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念幀同步幀同步是指在接收端能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出每個(gè)幀的開始和結(jié)束位置，以便正確地接收和解析數(shù)據(jù)。常見的幀同步方法有字節(jié)計(jì)數(shù)法和特殊字符定界法。差錯(cuò)控制是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通過采用一定的編碼和解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對傳輸錯(cuò)誤的檢測和糾正。常見的差錯(cuò)控制方法有奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）等。流量控制是指通過一定的機(jī)制，控制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以避免接收端因處理能力不足而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或溢出。常見的流量控制方法有停止-等待協(xié)議和滑動(dòng)窗口協(xié)議等。差錯(cuò)控制流量控制幀同步與差錯(cuò)控制HDLC協(xié)議HDLC（High-LevelDataLinkControl）協(xié)議是一種面向比特的同步數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，具有靈活性和可擴(kuò)展性，適用于各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備。PPP協(xié)議PPP（Point-to-PointProtocol）協(xié)議是一種點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，主要用于撥號(hào)上網(wǎng)等場景。PPP協(xié)議具有簡單、高效和可靠的特點(diǎn)，支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。以太網(wǎng)協(xié)議以太網(wǎng)協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，具有高速、低成本和易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。以太網(wǎng)協(xié)議采用CSMA/CD（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測）機(jī)制來解決共享信道中的沖突問題。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層05主要功能網(wǎng)絡(luò)層的主要功能包括建立、管理和終止網(wǎng)絡(luò)連接，以及在網(wǎng)絡(luò)中路由數(shù)據(jù)。關(guān)鍵組件網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵組件包括路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及IP協(xié)議、ICMP協(xié)議等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層定義網(wǎng)絡(luò)層是OSI七層模型中的第三層，負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，提供路由和邏輯地址功能。網(wǎng)絡(luò)層的基本概念I(lǐng)P協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)上路由和傳輸數(shù)據(jù)。IP協(xié)議定義IP協(xié)議的主要功能包括尋址和路由、分段和重組、以及差錯(cuò)控制。主要功能IP地址是IP協(xié)議中用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的邏輯地址，分為IPv4和IPv6兩種版本。IP地址IP協(xié)議路由選擇算法路由選擇算法是網(wǎng)絡(luò)層中實(shí)現(xiàn)路由選擇的關(guān)鍵技術(shù)，常見的路由選擇算法包括最短路徑算法、洪泛算法等。路由協(xié)議路由協(xié)議是用于在網(wǎng)絡(luò)中交換路由信息的協(xié)議，常見的路由協(xié)議包括RIP、OSPF、BGP等。路由表路由表是路由器中用于存儲(chǔ)路由信息的表，路由器根據(jù)路由表進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。路由選擇算法與路由協(xié)議傳輸層06傳輸層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的一個(gè)重要層次，它負(fù)責(zé)向兩個(gè)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供服務(wù)。傳輸層的主要功能包括尋址與端口復(fù)用、連接控制、流量控制、差錯(cuò)控制等。傳輸層的功能傳輸層協(xié)議主要包括傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議；而UDP則是一種無連接的、不可靠的、基于數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸層協(xié)議。傳輸層協(xié)議傳輸層的基本概念TCP協(xié)議是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。它提供了一種可靠的、有序的和錯(cuò)誤校驗(yàn)的數(shù)據(jù)傳輸方式。TCP通過確認(rèn)機(jī)制、重傳機(jī)制、流量控制和擁塞控制等機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在TCP連接建立過程中，需要進(jìn)行三次握手來確保雙方都已準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)傳輸。首先，客戶端向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)SYN報(bào)文段，請求建立連接；服務(wù)器收到SYN報(bào)文段后，向客戶端回復(fù)一個(gè)SYN+ACK報(bào)文段，表示同意建立連接；最后，客戶端再向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文段，確認(rèn)連接建立成功。在TCP連接釋放過程中，需要進(jìn)行四次揮手來確保雙方都已釋放資源。首先，一方（可以是客戶端或服務(wù)器）發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文段，請求關(guān)閉連接；另一方收到FIN報(bào)文段后，回復(fù)一個(gè)ACK報(bào)文段，表示同意關(guān)閉連接；然后，另一方也發(fā)送一個(gè)FIN報(bào)文段，請求關(guān)閉連接；最后，一方再發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文段，確認(rèn)連接已關(guān)閉。TCP協(xié)議的特點(diǎn)TCP的三次握手TCP的四次揮手TCP協(xié)議UDP協(xié)議的特點(diǎn)UDP協(xié)議是一種無連接的、不可靠的、基于數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸層協(xié)議。它不提供確認(rèn)機(jī)制、重傳機(jī)制和流量控制等機(jī)制，因此具有較快的傳輸速度和較低的開銷。UDP適用于一些實(shí)時(shí)性要求較高或可靠性要求較低的應(yīng)用場景。UDP數(shù)據(jù)報(bào)格式UDP數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部固定為8個(gè)字節(jié)，包括源端口號(hào)、目的端口號(hào)、長度和校驗(yàn)和四個(gè)字段；數(shù)據(jù)部分則是可變長的，用于攜帶應(yīng)用層數(shù)據(jù)。由于UDP不提供確認(rèn)機(jī)制和重傳機(jī)制，因此其數(shù)據(jù)報(bào)格式相對簡單。UDP協(xié)議應(yīng)用層07應(yīng)用層定義應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最高層，負(fù)責(zé)直接為用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用層功能應(yīng)用層的主要功能包括網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)、資源共享、網(wǎng)絡(luò)管理等，通過各種應(yīng)用層協(xié)議實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的行為規(guī)范，如HTTP、FTP、SMTP等。應(yīng)用層的基本概念DNS定義DNS組成DNS工作原理DNS系統(tǒng)DNS（DomainNameSystem，域名系統(tǒng)）是用于將域名解析為IP地址的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。DNS由域名空間、域名服務(wù)器和解析器三部分組成。用戶在瀏覽器中輸入網(wǎng)址時(shí)，解析器會(huì)向DNS服務(wù)器發(fā)送域名解析請求，DNS服務(wù)器根據(jù)域名查找對應(yīng)的IP地址并返回給解析器，解析器再將IP地址發(fā)送給用戶的計(jì)算機(jī)。FTP工作原理FTP使用客戶端-服務(wù)器模式，客戶端向服務(wù)器發(fā)送連接請求并傳輸文件，服務(wù)器負(fù)責(zé)接收并存儲(chǔ)文件。FTP傳輸模式FTP支持ASCII和二進(jìn)制兩種傳輸模式，其中ASCII模式用于傳輸文本文件，二進(jìn)制模式用于傳輸二進(jìn)制文件。FTP定義FTP（FileTransferProtocol，文件傳輸協(xié)議）是用于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行文件傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議。FTP協(xié)議HTTP狀態(tài)碼HTTP響應(yīng)中包含狀態(tài)碼，用于表示請求的處理結(jié)果，如200表示成功，404表示未找到資源等。HTTP定