【大學(xué)課件】網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理

網(wǎng)絡(luò)通信的工作原理通信的基本概念1信息傳遞通信是指將信息從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方的過(guò)程。2信息源與信息接收者通信系統(tǒng)包括信息源、信息接收者、信息傳輸通道等。3通信媒介信息通過(guò)通信媒介進(jìn)行傳輸，例如電磁波、光纖等。數(shù)字通信基礎(chǔ)數(shù)字信號(hào)使用二進(jìn)制編碼表示信息，例如0和1。數(shù)字通信傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，如文本、音頻、視頻等。數(shù)字通信系統(tǒng)通常基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如互聯(lián)網(wǎng)。數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)是連續(xù)變化的，其幅度和頻率可以取任何值。例如，聲音信號(hào)和光信號(hào)都是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是離散的，其幅度和頻率只能取有限個(gè)值。數(shù)字信號(hào)通常由二進(jìn)制碼表示，例如，0和1。編碼與解碼信息轉(zhuǎn)換將信息轉(zhuǎn)換為機(jī)器可識(shí)別的形式，如二進(jìn)制代碼。數(shù)據(jù)壓縮減少數(shù)據(jù)量，提高傳輸效率。錯(cuò)誤檢測(cè)在傳輸過(guò)程中檢測(cè)并糾正錯(cuò)誤。信道與噪聲噪聲信道中干擾信號(hào)的總稱。衰減信號(hào)強(qiáng)度隨距離增加而衰減。多徑傳播信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑到達(dá)接收端，造成信號(hào)疊加或抵消。通信系統(tǒng)的基本組成信息源產(chǎn)生要傳輸?shù)男畔?例如語(yǔ)音、數(shù)據(jù)或視頻。發(fā)送器將信息轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘?hào)形式。信道信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，例如電纜、光纖或無(wú)線電波。接收器接收信號(hào)并將其還原成原始信息。信號(hào)的傳輸方式1數(shù)字信號(hào)以數(shù)字形式表示的信號(hào)2模擬信號(hào)以連續(xù)變化的形式表示的信號(hào)有線通信技術(shù)同軸電纜中心導(dǎo)體周圍包裹絕緣層，外層金屬編織屏蔽，抗干擾性強(qiáng)，用于有線電視、網(wǎng)絡(luò)等。雙絞線兩根絕緣導(dǎo)線互相纏繞，減少信號(hào)干擾，成本低廉，應(yīng)用廣泛，如電話線、局域網(wǎng)。光纖利用光波傳輸信號(hào)，帶寬大，傳輸速率高，抗干擾能力強(qiáng)，用于高速網(wǎng)絡(luò)、長(zhǎng)距離通信。無(wú)線通信技術(shù)電磁波傳輸無(wú)線通信利用電磁波在空氣中傳播信息，無(wú)需物理線路連接。靈活性和便利性無(wú)線通信方便移動(dòng)用戶，不受地理位置限制，方便快捷。多種技術(shù)無(wú)線通信包括多種技術(shù)，如藍(lán)牙、Wi-Fi、蜂窩移動(dòng)通信等。物理層的作用和功能1傳輸比特流物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)的物理層傳送到目的節(jié)點(diǎn)的物理層，以比特流的形式傳輸。2定義介質(zhì)和接口物理層定義了傳輸介質(zhì)的類型，例如雙絞線、同軸電纜、光纖等，并定義了介質(zhì)上的接口標(biāo)準(zhǔn)。3提供機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和過(guò)程特性物理層負(fù)責(zé)定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理接口，包括機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和過(guò)程特性，以確保設(shè)備之間的互連和通信。數(shù)據(jù)鏈路層的作用和功能幀封裝數(shù)據(jù)鏈路層將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)封裝成幀，并添加幀頭和幀尾，以進(jìn)行物理層的傳輸。介質(zhì)訪問(wèn)控制數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)管理共享介質(zhì)的訪問(wèn)，確保不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)發(fā)生沖突。錯(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈路層使用校驗(yàn)和、CRC等機(jī)制來(lái)檢測(cè)傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。網(wǎng)絡(luò)層的作用和功能邏輯尋址網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)和路由器之間的通信，并為每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)邏輯地址，即IP地址。路由選擇網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)確定數(shù)據(jù)包從源主機(jī)到目標(biāo)主機(jī)的最佳路徑，并根據(jù)路由表進(jìn)行路由選擇。數(shù)據(jù)報(bào)封裝網(wǎng)絡(luò)層將上層的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)報(bào)，并添加網(wǎng)絡(luò)層報(bào)頭信息，以便在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。傳輸層的作用和功能提供端到端的連接，負(fù)責(zé)在不同主機(jī)之間建立和維護(hù)連接。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)完整性和可靠性，并進(jìn)行數(shù)據(jù)流的控制和管理。提供數(shù)據(jù)安全保障，例如數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)等。應(yīng)用層的作用和功能用戶接口提供用戶可理解的界面，例如網(wǎng)頁(yè)瀏覽器、郵件客戶端等。數(shù)據(jù)格式化將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為特定格式，例如文本、圖像、視頻等。應(yīng)用協(xié)議定義各種應(yīng)用的通信規(guī)則，例如HTTP、SMTP、FTP等。協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)1應(yīng)用層提供用戶服務(wù)2傳輸層端到端通信3網(wǎng)絡(luò)層邏輯尋址4數(shù)據(jù)鏈路層物理尋址5物理層傳輸比特流OSI參考模型和TCP/IP參考模型OSI參考模型和TCP/IP參考模型是兩種常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型。OSI模型是一個(gè)理論上的模型，它將網(wǎng)絡(luò)通信分為七層，每一層負(fù)責(zé)特定的功能。TCP/IP模型是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的模型，它將網(wǎng)絡(luò)通信分為四層。OSI模型更全面，它定義了網(wǎng)絡(luò)通信的各個(gè)方面，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。TCP/IP模型更簡(jiǎn)潔，它只定義了四個(gè)層：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。IP地址和子網(wǎng)劃分IP地址是用來(lái)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)或設(shè)備的唯一地址。IP地址是全球唯一的，它就像人的身份證一樣，在網(wǎng)絡(luò)中起到識(shí)別身份的作用。子網(wǎng)劃分將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)小的子網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都有自己的IP地址范圍和子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)劃分可以提高網(wǎng)絡(luò)效率，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，并提高網(wǎng)絡(luò)安全性。路由技術(shù)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)路由器根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地地址，選擇最佳路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由表維護(hù)路由器維護(hù)一個(gè)路由表，記錄網(wǎng)絡(luò)中的不同路徑和對(duì)應(yīng)的距離信息。動(dòng)態(tài)路由協(xié)議路由器使用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，不斷更新路由表，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓＞W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)（如計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)等）之間的物理連接方式。它描述了網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的物理布局和連接關(guān)系，影響著網(wǎng)絡(luò)的性能、可靠性和擴(kuò)展性。交換技術(shù)1電路交換在通信之前建立一條專用的物理連接，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后釋放連接，適合實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。2報(bào)文交換將數(shù)據(jù)分成報(bào)文，逐個(gè)報(bào)文傳輸，報(bào)文到達(dá)目的地后重新組裝，適合短報(bào)文和非實(shí)時(shí)性應(yīng)用。3分組交換將數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)包，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)路由傳輸，到達(dá)目的地后重組，適合各種類型數(shù)據(jù)的傳輸。多路復(fù)用技術(shù)定義多路復(fù)用技術(shù)是指在一條物理信道上，通過(guò)某種復(fù)用方式，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的傳輸。目的提高信道利用率，降低通信成本。類型常用的多路復(fù)用技術(shù)包括頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用等。調(diào)制與解調(diào)技術(shù)信號(hào)調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便在無(wú)線信道中傳輸。信道傳輸模擬信號(hào)通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)行傳輸，例如電磁波。信號(hào)解調(diào)接收端將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號(hào)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。信道編碼技術(shù)增加數(shù)據(jù)可靠性通過(guò)添加冗余信息，即使在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，也能恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。提高抗干擾能力編碼后的信號(hào)具有更強(qiáng)的抗干擾能力，即使在噪聲較大的信道中也能準(zhǔn)確傳輸。提高傳輸效率通過(guò)選擇合適的編碼方案，可以提高信道容量和數(shù)據(jù)傳輸速率。網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)防火墻阻止來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的未授權(quán)訪問(wèn)。防病毒軟件檢測(cè)和阻止惡意軟件。數(shù)據(jù)加密保護(hù)敏感信息。網(wǎng)絡(luò)性能分析5指標(biāo)3工具1方法2目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)性能分析可以幫助我們識(shí)別網(wǎng)絡(luò)瓶頸，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能，并確保網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。通過(guò)性能分析，可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，提高網(wǎng)絡(luò)效率。網(wǎng)絡(luò)故障診斷1識(shí)別故障使用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控工具和日志分析，識(shí)別網(wǎng)絡(luò)性能下降或連接中斷等問(wèn)題。2定位故障通過(guò)ping測(cè)試、traceroute等工具，確定故障點(diǎn)的位置，并了解網(wǎng)絡(luò)故障的具體原因。3解決故障根據(jù)故障原因，采取相應(yīng)的措施，例如重新配置設(shè)備、修復(fù)線路、更新軟件等，恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)1性能優(yōu)化提升網(wǎng)絡(luò)吞吐量、降低延遲2安全維護(hù)防御攻擊，保障網(wǎng)絡(luò)安全3故障診斷快速定位故障，及時(shí)修復(fù)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展趨勢(shì)1高速率隨著科技的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)通信速度不斷提升，例如5G技術(shù)的普及以及光纖網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。2智能化人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用使得網(wǎng)