【大学课件】计算机网络与通信

计算机网络与通信本课程将带您深入了解计算机网络和通信的奥秘，从网络协议到网络安全，为您构建坚实的网络知识基础网络概述互联的设备数据传输资源共享网络由多个设备组成，例如计算机、手机网络允许设备之间进行数据交换，通过各网络可以共享硬件资源，例如打印机、存、服务器等，通过通信线路相互连接种协议实现数据的可靠传输储设备，以及软件资源，例如应用程序网络的定义相互连接的设备集合，用于数据交换通过通信线路和协议，设备之间共享信息支持不同类型的数据传输，如文字、图像、音频等网络分类和特点按范围分类按拓扑结构分类局域网LAN、广域网WAN、总线型、星型、环型、树型、网城域网MAN状型按传输介质分类按网络协议分类有线网络、无线网络TCP/IP网络、OSI网络计算机网络体系结构网络体系结构是网络设计的蓝图，它描述了网络的组织方式和各组件之间的交互关系合理的体系结构可以提升网络性能、可靠性和可扩展性，方便网络的管理和维护参考模型OSI物理层数据链路层网络层123负责数据在物理介质上的传输，定义负责在两个相邻节点之间建立、维护负责数据包在网络中的路由和转发，了信号的电气特性、机械特性和过程和拆除连接，并确保数据帧的可靠传并提供寻址和数据包分割功能特性输传输层会话层表示层456负责端到端的连接建立、数据传输和负责在应用程序之间建立、管理和终负责数据的格式转换和编码，以及数数据流控制，提供可靠的数据传输服止会话，并提供对话控制功能据的加密和解密，以保证数据在网络务传输过程中的安全性和完整性应用层7负责向用户提供网络服务，包括电子邮件、文件传输、网页浏览等协议栈TCP/IP传输控制协议TCP互联网协议IP面向连接的协议，提供可靠的数据传输无连接的协议，负责数据包的路由物理层数据通信基础数字传输技术物理层设备传输介质、信号编码脉冲幅度调制（PAM集线器、中继器、网、数据传输速率）、脉冲编码调制（卡PCM）数据通信基础数据传输通信介质编码和调制数据通信涉及信息的传输，包括数字信号常见的通信介质包括双绞线、同轴电缆、编码将数据转换为适合传输的信号，而调和模拟信号数字信号由离散的电平表示光纤和无线电波每种介质具有不同的特制则将数字信号转换为模拟信号，以便通，而模拟信号则连续变化性，如带宽、抗干扰能力和传输距离过模拟介质传输数字传输技术数字信号编码12数据通过数字信号表示，每个数字信号通过编码转换成适合信号代表一个离散值在物理介质上传输的形式调制解调34编码后的数字信号调制到载波接收端解调信号，恢复原始的信号上，以方便传输数字数据物理层设备集线器交换机路由器最简单的网络设备，将多个设备连接到同一学习并记录设备的MAC地址，实现更高效连接不同网络，并根据路由表选择最佳路径个网络的数据转发转发数据包数据链路层数据链路层负责在相邻节点之间可靠地传输数据帧，构建局域网通过MAC地址进行物理寻址，实现网络设备之间的直接通信帧格式帧头包含源地址、目标地址、帧类数据字段包含网络层协议数据，例型等信息如IP数据报帧尾包含CRC校验码，用于检测传输过程中的错误错误检测和纠正奇偶校验循环冗余校验最简单的错误检测方法，通过添更强大的错误检测方法，使用多加一个额外的奇偶校验位来判断项式除法生成校验码，并能检测数据是否发生错误出多种类型的错误纠错码不仅可以检测错误，还能根据校验码修复部分错误，提高数据传输的可靠性局域网技术以太网无线局域网光纤网络以太网是最常见的局域网技术，使用铜缆或无线局域网使用无线电波进行数据传输，提光纤网络使用光纤进行数据传输，提供更高光纤进行数据传输供灵活性和移动性的带宽和更长的传输距离网络层网络层是计算机网络体系结构中的第三层，负责将数据包从源主机传输到目标主机它主要负责以下功能数据包路由网络地址转换12根据网络地址将数据包发送到将逻辑地址（IP地址）转换为正确的目的地物理地址（MAC地址）数据包分片和重组3将过大的数据包拆分成多个数据片，并在目的地进行重组协议IP互联网协议寻址系统IP协议是互联网的核心协议，定IP地址是用来标识网络和设备的义了网络层的数据包格式唯一标识符路由机制IP协议通过路由器来实现数据包在网络中的传递路由算法最短路径算法距离矢量算法12例如Dijkstra算法，寻找网络例如RIP协议，每个路由器都中两点之间的最短路径，以优维护一个距离矢量，记录到其化数据传输路线他路由器的距离，并通过广播方式进行更新链路状态算法3例如OSPF协议，每个路由器都维护一个完整的网络拓扑图，通过链路状态信息来计算最佳路径网络层设备路由器交换机防火墙连接不同网络，转发数据包，根据路由表决连接同一网络的设备，根据MAC地址转发控制网络流量，阻止非法访问，保护网络安定数据包的最佳路径数据包，提高网络传输效率全，提高数据传输的安全性传输层传输层是计算机网络体系结构中的第四层，它负责在端到端之间提供可靠的通信服务端到端通信流量控制错误控制传输层直接与应用程传输层负责控制数据传输层确保数据在传序进行交互，为它们传输速率，防止接收输过程中没有丢失或提供数据传输服务，端被过多的数据淹没损坏，并负责重传丢并负责数据的分段和失的数据重组端到端通信数据流可靠传输端口号传输层负责将来自应用程序的数据分成数传输层协议确保数据包按顺序到达目的地传输层使用端口号来标识不同的应用程序据包，并将其传送到网络层，并处理数据包丢失或损坏的情况，以便数据包可以正确地路由到目标应用程序协议TCP可靠传输面向连接12TCP确保数据可靠传递，解决建立连接才能传输数据，确保网络丢包问题可靠通信流量控制3避免接收方数据缓冲区溢出，提高传输效率协议UDP无连接不可靠UDP不建立连接，数据包直接发送，速度快，适合实时应用UDP不保证数据包到达，可能丢失，适合对数据可靠性要求不高的应用应用层应用层是计算机网络体系结构中最靠近用户的一层，提供各种网络应用程序的服务电子邮件网页浏览SMTP,POP3,IMAP HTTP,HTTPS文件传输FTP,TFTPDNS域名解析网络层次结构将域名转换为IP地址，方便计算机识利用层次结构管理域名，提高域名管别和访问理效率全球分布分布在全球各地的DNS服务器，确保域名解析的快速和稳定性HTTP浏览器与服务器请求与响应协议层HTTP协议用于浏览器与服务器之间通信，浏览器发送请求，服务器返回响应，实现信HTTP建立在TCP协议之上，提供可靠的是现代网络应用的核心息交换数据传输通道电子邮件协议SMTP POP3简单邮件传输协议，用于发送电邮局协议，用于接收电子邮件子邮件IMAP互联网邮件访问协议，用于管理电子邮件无线及移动网络无线网络是指使用无线电波进行数据传输的网络移动网络是指使用无线电波进行数据传输的网络，并且能够在移动设备之间进行通信无线网络的优点移动网络的优点•灵活性和便携性•随时随地连接•成本效益•移动数据传输•覆盖范围广•多种应用服务蜂窝网络覆盖范围频率复用移动性蜂窝网络利用多个基站覆盖广阔区域，提蜂窝网络使用频率复用技术，将有限的无用户可以在移动过程中保持连接，系统会供广泛的无线通信服务线频谱资源分配给多个用户，提高频谱利自动切换到信号最强的基站用率无线局域网无线路由器无线网络适配器应用场景无线路由器负责将互联网信号转换为无线信大多数笔记本电脑和手机都内置无线网络适无线局域网在家庭、办公室、学校、咖啡馆号，并将无线信号广播到附近的设备配器，用于接收无线信号并连接到互联网等各种场所广泛应用，方便人们随时随地访问互联网移动网络标准12G23GGSM、CDMA、TDMA等技术WCDMA、CDMA

2000、，主要用于语音通话和短信服TD-SCDMA等技术，提供更务高速率的数据传输，支持互联网接入34G45GLTE、WiMAX等技术，实现高提供超高速率、超低延迟和高速率、低延迟的数据传输，支容量的网络服务，支持物联网持高清视频通话和在线游戏、自动驾驶等新应用网络安全网络安全是保护计算机网络和网络资源免受未经授权的访问、使用、披露、破坏、修改或拒绝服务的实践数据泄露恶意软件攻击12未经授权访问或披露敏感信息病毒、蠕虫、木马等恶意软件，例如个人数据或商业机密，可导致数据丢失、系统崩溃或性能下降拒绝服务攻击3通过向目标系统发送大量请求，使其无法正常提供服务安全威胁病毒黑客攻击恶意软件，可能导致数据丢失或系统未经授权访问网络或数据，可能窃取崩溃敏感信息间谍活动收集信息，用于竞争或政治目的，可能损害国家安全安全机制防火墙入侵检测系统防火墙是网络安全的第一道防线入侵检测系统（IDS）用于监控，用于过滤进出网络的流量，防网络流量并识别潜在的攻击行为止恶意攻击和入侵，并发出警报访问控制访问控制机制限制用户对网络资源的访问权限，确保只有授权用户才能访问敏感信息加密技术对称加密非对称加密哈希算法使用相同的密钥进行加密和解密使用不同的密钥进行加密和解密将任意长度的输入转换为固定长度的输出。