数据通信与网络cha课件

数据通信与网络数据通信和网络是现代信息社会中至关重要的基础设施它们支撑着各种信息服务和应用连接着世界各地的人们和设备本课程将深入探讨数据通,信的原理与技术以及网络体系结构、协议和应用,课程简介课程目标让学生全面掌握数据通信和计算机网络的基本原理和技术培养学生的实践应用能力,课程内容从通信基础、网络体系结构、技术标准等方面系统地介绍数据通信和网络知识教学方式通过理论授课、实验实践、案例分析等多种形式实现知识与技能的有效结合,通信系统的基本概念通信系统构成信号传输过程系统性能指标通信系统由源信息设备、传输设备和目信息源产生的信号通过编码、调制等处信号噪声比•标信息设备三部分组成通过物理信道实理后在信道传输目标设备通过解调、解,,传输速率•现信息的传递码等还原为原始信息传输时延•可靠性•通信系统的基本组成信源信道信源是能产生信号的设备如信道是传输信号的媒体如有,,话筒、键盘、传感器等线电缆、无线电磁波、光纤等信宿信道编码信宿是接收信号的设备如扬信道编码是对信号进行加工,声器、显示器、打印机等处理以提高抗噪能力和传输,效率信号、数据和编码信号数据编码信号是用于传输信息的物理数据是以可理解的形式表示编码是将信号或数据转换成量可以是电流、电压或电的信息它可以是文本、图计算机可识别的格式如二,,磁波等它们可以是模拟信像、视频或音频等各种类型进制编码、编码等ASCII号或数字信号编码可确保数据在传输过程中保持完整性数据传输模拟传输1利用连续信号传输数据数字传输2利用离散信号传输数据同步传输3数据和时钟同步传输异步传输4数据和时钟独立传输数据传输是通信系统的核心功能它可以采用模拟或数字方式同步或异步方式通过各种物理介质完成数据的高效而可靠传输数据传输是实现各种,,通信应用的基础是网络通信的基石,信道类型与特性信道类型频带特性信道可分为有线信道和无线信道信道的频带决定了其能够传输的两大类有线信道包括双绞线、数据速率和频率范围更宽的频同轴电缆、光纤等无线信道包括带可以支持更高的带宽和传输速,无线电波、红外线、激光等每度合理利用频带资源是通信系种信道都有不同的传输特性和使统设计的关键用场景噪声特性传播特性信道会受到各种噪声的干扰如热不同信道有不同的传播特性如无,,噪声、电磁干扰、信号衰减等线电波可以穿透障碍物光纤可以,这些噪声会影响信号的传输质量远距离无衰减传输合理选择信,需要采取相应的技术来抑制噪声道类型是提高通信性能的关键传输介质传输介质是信息或数据在通信过程中传播的载体主要包括有线介质和无线介质两大类有线介质如铜线、光纤等无线介质包括空气、真空等每;种介质都有自己的特性选择适当的传输介质对通信系统的性能和成本都有,重要影响通信设备路由器交换机调制解调器集线器路由器是一种网络设备负责交换机是用于连接多个网络调制解调器用于将数字信号集线器是一种较为简单的网,在不同网络之间转发数据确设备的核心设备能够实现数转换为可在电话线、有线电络设备负责将多个网络节点,,,保数据能够顺利地在网络中据的高效转发视电缆或无线信道上传输的连接到同一个信号总线上传输模拟信号通信协议定义与作用分类与应用通信协议是规范计算机或网络常见协议包括、蓝牙、TCP/IP设备之间数据交换的标准和规等应用于不同网络环境如Wi-Fi,则它确保各设备之间能够互局域网、广域网和移动通信相理解并完成有效传输协议层次开放标准协议栈由多个层次构成如物理多数协议遵循开放标准确保不,,层、数据链路层、网络层等层同厂商设备之间的互操作性和,次分明各司其职兼容性参考模型OSI应用层1为最终用户提供服务表示层2定义数据表示格式会话层3建立、维护和同步通信传输层4定义数据传输模式网络层5定义逻辑寻址和路由参考模型将网络通信划分为七个独立但相互关联的层次这种分层设计使得不同层之间可以独立发展和改进从而提高了网络通信的灵活性和可扩展性每一层都有特OSI,定的功能和协议共同构成了完整的网络通信体系,参考模型TCP/IP网络层1参考模型的网络层负责寻址和路由确保数据包能够在复TCP/IP,杂的网络环境中找到正确的目的地协议就是在这一层实现IP传输层2传输层负责端到端的数据传输提供可靠的数据包传递和,TCP就是在这一层实现提供可靠传输提供无连接UDP TCP,UDP传输应用层3应用层定义了各种网络应用程序所需的协议如、、,HTTP FTP等这一层为最终用户提供服务SMTP物理层信号传输编码与调制12物理层负责通过物理媒体进物理层将上层数字数据转换行原始位信号的传输和接收为可在物理媒体上传输的模拟信号接口规范时钟同步34物理层定义了接口的物理特物理层确保接收端与发送端性和电气特性以实现不同设之间的时间同步以保证正确,,备间的互连解码数据数据链路层数据帧流量控制数据链路层将上层数据打包成数据通过回退帧、停止等待等方式确N,帧添加帧头和帧尾以及差错检测保发送和接收端速率匹配避免拥塞,,,等信息错误控制介质访问控制利用校验码、重传机制等方式检测协调多路终端共享有限的传输介质,,和纠正传输中产生的差错如、令牌环等算法CSMA/CD网络层功能概述协议路由与转发分片与重组IP网络层主要负责实现数据在网络层的核心协议是协议路由器是网络层的核心设备网络层还负责对过大的数据IP,不同网络间的路由和转发它提供无连接的数据报方式负责根据路由表进行数据包进行分片以适应不同网,,,确保数据能够正确地从源端传输数据协议负责数据包的转发路由算法决定了络的限制并在目的端IP MTU,传送到目的端包的逻辑寻址和路由选择数据包的最优传输路径重组分片数据传输层传输层协议数据报格式端口号传输层负责端到端的数据传输主要包括传输层数据报包含源端口号、目标端口端口号是传输层用来标识应用程序的数,和两种协议提供可靠的号、长度、检验和等字段用于实现可靠字和都使用端口号来实现多路TCP UDPTCP,,TCP UDP数据传输而则专注于高效的数据传传输和流量控制复用和多路分解,UDP输会话层会话建立会话管理检查点与恢复会话层负责建立、维护和同步主机之会话层管理主机之间的通信会话状态会话层可以在长时间通信中设置检查间的会话对话它确保数据通过多个跟踪会话开始、中止以及恢复等操点以便在出现故障时恢复会话,,数据包的传输过程保持完整性作表示层数据转换加密与压缩统一格式多媒体处理表示层负责数据的编码和格表示层还负责对数据进行加它确保了不同软硬件平台上表示层还负责处理多媒体数式转换确保不同系统之间密和压缩确保传输的安全的应用程序能够正确地交换据如图像、音频和视频等,,,能够正确识别和解释数据性和效率和处理数据格式的转换应用层提供面向应用的服务实现多样化的网络应用12应用层协议定义了各种应用从浏览网页、发送电子邮件程序之间的通信规则和数据到在线视频通话应用层实现,格式如、、了丰富多彩的网络应用,HTTP SMTP等FTP直接面向用户不同特性的应用协议34应用层最终将网络技术服务根据不同应用的需求应用层,呈现给普通用户提供他们日协议在功能、性能和安全性,常使用的各类应用程序等方面存在差异局域网物理范围传输速率局域网通常建立在一个相对较小的局域网的数据传输速率一般较快可,地理范围内如办公室、校园或家庭达到级别,Gbps安全性成本低廉局域网可以更好地控制和保护网络局域网的网络设备和维护成本通常内的数据传输和访问较低适合小型组织使用,广域网广域覆盖高速传输广域网可以跨越大范围地理广域网利用高速骨干网络可以实现WAN,区域连接不同的地点实现全球范海量数据的快速高效传输满足人们,,,围内的信息共享和资源访问对实时信息传输的需求集中管理经济高效广域网通常由专业网络运营商统一相比于同样范围内的局域网广域网,管理可以提供更加优质可靠的网络的投资和运营成本更加合理能为用,,服务户带来更多经济效益互联网互联网的发展历程互联网的作用与影响12互联网起源于世纪年代互联网的广泛应用极大地促2060的美国国防部研究项目经过进了全球信息共享和跨地域,不断发展已成为全球最大的交流在社会、经济、文化等,开放式互联网络各领域产生深远影响互联网的基础架构互联网的发展趋势34互联网由各种网络设备、通移动互联网、物联网、云计信协议以及域名系统等基础算等新技术正在推动互联网设施组成构成了庞大的网向更加智能化、泛在化的方,络之网向发展地址与子网划分IP地址是互联网上每个设备的唯一标识符通过合理的子网划分可以提高网络利用率和管理效率子网划分的关键是根据网络规模和需求合理分配网络地址空间IP,,域名系统解析域名层级结构域名系统将易记的网页地址转域名系统采用层级结构设计包,换为计算机可识别的地址括根域名服务器、顶级域名服IP,使用户更方便地访问网站务器和本地域名服务器动态更新安全性域名系统可以动态更新以反映域名系统使用安全扩展协,DNS网站地址的变化方便用户访问议提高安全性防止域名劫持和,,其他攻击网络安全网络威胁防火墙保护加密技术网络空间存在各种黑客攻击、病毒传播部署防火墙是最基本的网络安全防护措利用加密技术对网络数据进行保护可以,、隐私泄露等严重威胁需要采取有效的施能够阻挡外部非法访问和内部信息泄有效防止敏感信息被窃取或篡改,,网络防御措施露网络攻击黑客攻击病毒与蠕虫拒绝服务攻击社会工程学攻击黑客利用网络漏洞和程序恶意软件如病毒和蠕虫可自攻击者利用大量请求瘫痪网利用心理手段欺骗用户泄露进行非法入侵窃取数据动复制和传播引起系统中站或系统使其无法正常工机密信息或进行非法操作bug,,,,、篡改系统或破坏网络设备毒、数据损坏或资源耗尽作这种攻击会导致服务中如冒充管理员、诈骗等危,这种攻击可能导致信息泄它们可通过互联网、电子邮断严重影响正常业务运行害用户隐私和财产安全,露、系统瘫痪和经济损失件等传播途径感染计算机网络防护措施物理防护访问控制通过监控和限制物理访问来保通过用户身份认证和权限管理,护网络设备防止非法闯入和破确保只有经授权的用户可以访,坏问网络资源加密防护软件防护使用加密技术来保护数据在网部署防病毒、防火墙等软件来络中的传输和存储防止被窃取检测和阻挡来自网络的恶意攻,或篡改击网络应用实例各种网络应用场景网络应用广泛应用于各行各业如电子商务、在线教育、远程,医疗、远程办公、视频会议、社交媒体等使人们的生活、工,作和学习更加便捷高效未来发展趋势卫星通信技术5G卫星通信将在将来扮演更重要的角网络的高带宽、低延迟和大连接5G色连接地球上偏远地区和海洋区域数将大大提高通信效率和用户体验,物联网云计算连接各种设备的物联网将成为未来云计算将为通信网络提供更强大的通信网络的重要组成部分计算和存储能力推动行业创新,总结与展望总结数据通信与网络核心知识展望通信技术未来发展趋势本课程系统介绍了通信系统的基本概念、组成、信号编码、、物联网、云计算等新兴技术正在重塑通信领域，未来将5G传输介质、协议模型等关键内容实现更快速、更智能的数据传输强调网络安全的重要性希望学生深入理解并应用知识随着网络应用广泛化，网络安全问题日益突出需要采取有效鼓励学生将所学理论与实践相结合在未来的工作和生活中灵,,的防护措施活应用。