计算机网络技术基础课件,高等教育出版社,第

计算机网络技术基础本课程将介绍计算机网络技术的基础知识，涵盖网络的基本概念、组成、拓扑结构、分类、协议标准化、参考模型、参考模型、各层OSI TCP/IP的功能、常用协议等内容通过学习本课程，你将掌握计算机网络的基础知识，为进一步学习网络技术打下坚实基础计算机网络的基本概念定义特点计算机网络是指将分散的计算机系统通过通资源共享、数据通信、分布式处理、高可靠性、可扩展性geographically信线路和通信设备连接在一起，并按照一定的协议实现数据交换和资源共享的系统计算机网络的组成计算机通信线路网络设备网络软件网络中的节点，负责数据处用于连接网络节点的物理介负责数据转发和网络管理，负责网络管理和数据通信，理和存储质，负责数据传输如路由器、交换机、网卡等如操作系统、网络协议栈等计算机网络的拓扑结构总线型星型环型所有节点连接到一条公共传输介质所有节点都连接到一个中央节点，所有节点连接成一个闭合环，数据上，数据在介质上传播，所有节点数据通过中央节点进行转发便于沿环进行传播可靠性高，但效率都能接收到数据价格低廉，但容管理，但依赖中央节点，若中央节较低，需要特殊的传输协议易发生冲突，效率较低点故障，则整个网络瘫痪树型网状型以层次结构的方式连接节点，层级越高，节点数量越少多个节点之间有多条连接，形成网络网状结构，可靠性高易于管理，但成本较高，需要特殊的路由算法，但成本高，管理复杂计算机网络的分类按地理范围按传输介质按网络拓扑按网络协议局域网（）、城域网（有线网络、无线网络总线型、星型、环型、树网络、网络LAN TCP/IP OSI）、广域网（）型、网状型MAN WAN网络协议与标准化协议的概念标准化的意义常见网络标准化组织123网络协议是一套规则，定义了网网络协议的标准化有利于实现不、、、等IEEE ISOITU-T IETF络设备之间进行数据交换的格式同设备之间的互联互通，促进网、顺序和时序它使不同类型的络技术的快速发展，提高网络效网络设备能够互相通信，并保证率和安全性数据的完整性和可靠性参考模型OSI应用层1为用户提供网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等表示层2负责数据格式的转换和编码，确保不同系统之间的数据兼容性会话层3负责建立、管理和终止网络连接，控制数据传输的顺序和时序传输层4负责数据的可靠传输，提供流量控制和差错控制机制网络层5负责数据的路由和寻址，选择最佳路径将数据发送到目标节点数据链路层6负责数据在相邻节点之间的传输，提供流量控制和差错控制机制物理层7负责数据的物理传输，定义了数据传输的介质和传输方式参考模型TCP/IP应用层为用户提供网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等传输层负责数据的可靠传输，提供流量控制和差错控制机制网络层负责数据的路由和寻址，选择最佳路径将数据发送到目标节点网络接口层负责数据在网络介质上的物理传输，对应OSI模型的物理层和数据链路层物理层物理层的基本概念物理层是最底层，负责数据的物理传输，定义了数据传输的介质、传输方式和信号编码等物理层的主要功能定义数据在网络介质上的物理传输规则，提供数据传输的物理接口，进行信号的编码和解码物理层的传输介质双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等物理层的编码和调制将数据转换成适合物理介质传输的信号物理层的基本概念比特1数据的最小单位，用0或1表示信号2物理层传输的信号，可以是电压、电流、光波等传输介质3数据传输的物理通道，如双绞线、光纤等编码4将比特数据转换成适合传输的信号调制5将数字信号转换成模拟信号，适合在无线介质中传输物理层的主要功能电气特性功能特性定义信号电压、电流、阻抗定义信号的编码方式、传输等参数速率等参数机械特性规程特性定义连接器的形状、尺寸和定义数据传输的时序和同步引脚排列方式2314物理层的传输介质双绞线同轴电缆光纤无线电波由两根绝缘导线相互缠绕而由一根中心导线和一根同轴利用光信号进行数据传输，利用电磁波进行数据传输，成，可以有效减少电磁干扰外导线组成，外导线屏蔽中抗干扰能力强，传输速率快方便灵活，但受环境影响较，价格低廉，应用广泛心导线的电磁干扰，传输距，成本相对较高大，传输距离有限离较远，但成本较高物理层的编码和调制曼彻斯特编码时钟信号嵌入在数据信号中，无需单独的时钟信号，提高同步精度差分曼彻斯特编码在数据信号的边沿添加时钟信号，降低对传输介质的要求，提高抗干扰能力编码用电平的高低代表或，简单NRZ01易实现，但容易受到干扰编码用正负电平交替代表或，减AMI01少直流分量，适合远距离传输数据链路层数据链路层的基本概念数据链路层是模型的第二层，负责数据在相邻节点之间的传输，提供数据帧的封装、流量控制和差错控制机制OSI数据链路层的主要功能将数据帧进行封装，提供数据帧的传输和接收，进行流量控制和差错控制数据链路层的帧格式帧头、数据部分、帧尾数据链路层的流量控制防止数据发送过快，导致接收方来不及处理数据数据链路层的差错控制确保数据在传输过程中不发生错误数据链路层的基本概念数据帧1数据链路层传输的数据单元，包含数据部分和控制信息帧头2包含帧起始标志、数据长度等控制信息帧尾3包含帧结束标志、校验码等控制信息流量控制4控制数据传输速率，避免接收方数据缓冲区溢出差错控制5检测和纠正数据传输过程中的错误数据链路层的主要功能帧封装帧传输12将数据封装成帧，添加帧头和帧尾，以便将数据帧从一个节点传输到另一个节点数据在网络中传输差错控制流量控制检测和纠正数据传输过程中的错误，确保控制数据传输速率，避免数据发送过快，43数据完整性和可靠性导致接收方来不及处理数据数据链路层的帧格式帧起始标志数据长度数据部分校验码标识帧的开始，用于接收方指示数据部分的长度，方便包含要传输的数据内容，由用于检测数据传输过程中是识别帧的起始位置接收方判断数据部分的结束上层协议提供否发生错误位置帧结束标志标识帧的结束，用于接收方识别帧的结束位置数据链路层的流量控制滑动窗口机制停止等待协议-发送方维护一个滑动窗口，表示可以发送的数据帧数量，接发送方发送一个数据帧后，等待接收方的确认信息，才发送收方维护一个滑动窗口，表示可以接收的数据帧数量发送下一个数据帧效率低，但简单易实现方只能发送窗口内的数据帧，接收方只能接收窗口内的数据帧当窗口大小发生变化时，窗口会滑动，以控制数据传输速率数据链路层的差错控制奇偶校验循环冗余校验（CRC12）在数据帧中添加一个校验位，使数据帧中的个数为奇根据数据计算出一个校验码1数或偶数，接收方根据奇偶，将校验码添加到数据帧中性判断数据是否出错只能，接收方根据校验码判断数检测单个错误，不能纠正错据是否出错可以检测多个误错误，但不能纠正错误海明码3根据数据计算出多个校验位，并将校验位添加到数据帧中，接收方根据校验位判断数据是否出错，并能纠正单个错误成本较高，效率较低网络层网络层的基本概念网络层是模型的第三层，负责数据的路由和寻址，选择最佳路OSI径将数据发送到目标节点网络层的主要功能进行逻辑寻址，选择数据传输路径，负责数据包的路由和转发网络层的逻辑寻址使用地址对网络节点进行逻辑标识IP网络层的路由算法选择数据传输的最佳路径网络层的基本概念数据包1网络层传输的数据单元，包含数据部分和控制信息地址IP2网络层使用IP地址对网络节点进行逻辑标识路由器3网络层设备，负责数据包的路由和转发路由表4存储IP地址和路由信息的表格，用于引导数据包的传输路径路由算法5选择数据传输的最佳路径的算法网络层的主要功能逻辑寻址路由使用地址对网络节点进行逻辑标识选择数据传输路径，将数据包从源节IP12点路由到目标节点网络互联数据包转发43连接不同的网络，实现不同网络之间将数据包转发到下一个路由器，直到的数据传输到达目标节点网络层的逻辑寻址地址子网掩码地址IP MAC用于识别网络中的每个节点，由网络号用于区分地址中的网络号和主机号物理地址，用于识别网络接口卡，由数IP和主机号组成，分为和两种版据链路层使用IPv4IPv6本网络层的路由算法距离矢量路由算法链路状态路由算法每个路由器维护一个距离矢量表，记录到其他路由器的距离每个路由器维护一个链路状态数据库，记录到其他路由器的和下一跳路由器路由器将自己的距离矢量表发送给邻居，距离和链路状态路由器将自己的链路状态数据库发送给所并根据邻居的距离矢量表更新自己的距离矢量表有路由器，并根据所有路由器的链路状态数据库计算最短路径传输层传输层的基本概念传输层是模型的第四层，负责数据的可靠传输，提供流量控制和OSI差错控制机制，为应用层提供服务传输层的主要功能进行端口寻址，提供数据传输的服务，提供流量控制和差错控制机制传输层的流量控制控制数据传输速率，避免数据发送过快，导致接收方来不及处理数据传输层的差错控制确保数据在传输过程中不发生错误，保证数据的完整性和可靠性传输层的基本概念端口号1用于识别网络应用程序，每个网络应用程序都有一个唯一的端口号数据段2传输层传输的数据单元，包含数据部分和控制信息TCP3传输控制协议，面向连接、可靠的传输协议UDP4用户数据报协议，无连接、不可靠的传输协议流量控制5控制数据传输速率，避免数据发送过快，导致接收方来不及处理数据差错控制6检测和纠正数据传输过程中的错误传输层的主要功能数据传输端口寻址为应用层提供数据传输服务，将数据12使用端口号识别网络应用程序从一个应用程序传输到另一个应用程序差错控制流量控制43检测和纠正数据传输过程中的错误，控制数据传输速率，避免数据发送过保证数据的完整性和可靠性快，导致接收方来不及处理数据传输层的流量控制滑动窗口机制拥塞控制发送方维护一个滑动窗口，表示可以发送的数据段数量，接当网络拥塞时，传输层会降低数据传输速率，以减轻网络负收方维护一个滑动窗口，表示可以接收的数据段数量发送担方只能发送窗口内的数据段，接收方只能接收窗口内的数据段当窗口大小发生变化时，窗口会滑动，以控制数据传输速率传输层的差错控制校验和重传机制12在数据段中添加一个校验和当接收方检测到数据段出错，接收方根据校验和判断数时，会向发送方发送确认信据是否出错只能检测单个息，要求发送方重传该数据错误，不能纠正错误段确保数据的可靠传输序列号3在数据段中添加一个序列号，用于保证数据段的顺序，避免数据段在传输过程中丢失或乱序应用层应用层的基本概念应用层是模型的第七层，直接为用户提供网络服务，如电子邮OSI件、文件传输、网页浏览等应用层的主要功能提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等，与用户进行交互，并将用户的请求转换成网络协议常见的应用层协议、、、、等HTTP FTPSMTP DNSTelnet应用层的基本概念网络应用程序1运行在应用层，提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等应用层协议2定义网络应用程序之间数据交换的格式、顺序和时序用户接口3提供用户与网络应用程序交互的界面网络服务4应用层提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等应用层的主要功能数据处理网络服务对用户数据进行处理，并将提供各种网络服务，如电子用户的请求转换成网络协议邮件、文件传输、网页浏览等用户交互协议转换提供用户与网络应用程序交将上层协议转换成网络协议互的界面，以便在网络中传输2314常见的应用层协议协议协议协议协议HTTP FTPSMTP DNS超文本传输协议，用于网页浏览，支文件传输协议，用于文件上传和下载简单邮件传输协议，用于电子邮件的域名系统协议，用于将域名解析成IP地持网页的请求和响应，支持文件传输的控制和数据传输发送和接收，支持电子邮件的发送和址，方便用户访问网站接收协议Telnet远程登录协议，用于远程登录服务器，支持远程操作服务器总结与展望总结计算机网络技术是现代信息社会的基础，其发展推动了信息技术和经济社会的快速发展本课程介绍了计算机网络技术的基础知识，为进一步学习网络技术打下了坚实基础展望随着技术的进步，计算机网络技术将更加复杂，但也更加强大，未来的发展趋势包括网络速度更快、网络容量更大、网络更加智能和安全计算机网络技术发展趋势网络5G第五代移动通信技术，提供更高的传输速率、更低的延迟、更大的带宽和更多的连接数量，推动移动互联网和物联网的发展云计算将计算资源和数据存储在云端，提供按需使用、可扩展、弹性的计算服务，改变传统的计算模式大数据处理海量数据，从中发现有价值的信息，用于优化业务流程、提高决策效率、预测未来趋势人工智能利用人工智能技术，提高网络的智能化水平，实现自动化的网络管理和维护，提高网络的安全性和效率。