大学计算机网络技术第一章课件

汇报人：AA大学计算机网络技术第一章课件2024-01-21目录计算机网络概述网络体系结构物理层技术数据链路层技术局域网技术广域网技术01计算机网络概述Chapter计算机网络是指将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。计算机网络经历了从20世纪60年代的分组交换网ARPANET到如今的互联网的发展过程，期间出现了各种不同类型的网络技术和协议，推动了计算机网络的不断发展和完善。定义发展历程计算机网络的定义与发展基本组成计算机网络由网络硬件和网络软件两大部分组成。网络硬件包括计算机、通信设备、传输介质等；网络软件包括网络协议、网络操作系统、网络应用软件等。功能计算机网络的主要功能包括数据通信、资源共享、分布式处理、负载均衡等。这些功能使得计算机网络在各个领域得到了广泛的应用。计算机网络的基本组成与功能根据网络覆盖的地理范围，计算机网络可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。根据传输技术，可分为广播式网络和点对点网络。根据网络拓扑结构，可分为星型、环型、总线型、树型和网状型等。分类计算机网络已经渗透到社会的各个领域，如办公自动化、电子商务、远程教育、远程医疗、智能制造等。这些应用领域的不断发展，对计算机网络提出了更高的要求，也推动了计算机网络的不断进步。应用领域计算机网络的分类与应用领域02网络体系结构Chapter为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。网络协议层次结构模型优点将网络协议分成多个层次，每个层次完成一部分功能，各层之间相互独立又协同工作。简化问题复杂度、提高系统可靠性、增强系统可维护性和促进标准化工作。030201网络协议与层次结构模型物理层（PhysicalLayer）传输比特流，提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。数据链路层（DataLinkLayer）将比特流组合成数据帧，进行差错控制和流量控制，实现相邻节点间无差错的数据传输。网络层（NetworkLayer）进行路由选择和分组转发，实现不同网络之间的数据传输。OSI参考模型及各层功能OSI参考模型及各层功能传输层（TransportLayer）提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传输。会话层（SessionLayer）建立、管理和终止会话，提供同步和对话控制。表示层（PresentationLay…对数据进行编码和转换，确保发送方和接收方对数据的理解一致。应用层（ApplicationLaye…提供网络应用服务，如文件传输、电子邮件、远程登录等。包括TCP（传输控制协议）、IP（网际协议）以及众多其他协议，构成了一套完整的网络协议体系。TCP/IP协议族TCP/IP协议族中的各层协议与OSI模型中的各层有对应关系，但并不完全一一对应。例如，TCP/IP协议族中的应用层对应OSI模型中的会话层、表示层和应用层三层。同时，TCP/IP协议族中的网络接口层对应OSI模型中的物理层和数据链路层两层。与OSI模型对应关系TCP/IP协议族及其与OSI模型对应关系03物理层技术Chapter物理层基本概念物理层是计算机网络体系结构中的最底层，负责实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。物理层的主要任务是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，如机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。传输介质类型传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。常用的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线传输介质等。物理层基本概念及传输介质类型VS数字信号编码是将模拟信号转换为数字信号的过程，主要包括采样、量化和编码三个步骤。常见的数字信号编码技术有脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编码调制（DPCM）和增量调制（DM）等。调制技术调制是将基带信号的频谱搬移到高频处，以便在信道中进行传输。常见的调制技术有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。在计算机网络中，常采用数字调制技术，如正交幅度调制（QAM）和相移键控（PSK）等。数字信号编码技术数字信号编码与调制技术物理层接口标准物理层接口标准是规定物理层设备之间连接方式和传输特性的标准。常见的物理层接口标准有EIA/TIA-232、EIA/TIA-422、EIA/TIA-485和以太网接口标准等。要点一要点二物理层设备物理层设备是实现物理层功能的硬件设备，主要包括中继器、集线器、网卡和调制解调器等。其中，中继器和集线器主要用于扩展网络规模和实现网络的物理连接；网卡是计算机与网络连接的接口卡，负责将计算机内部的数据转换为适合在网络上传输的格式；调制解调器则用于实现数字信号与模拟信号之间的转换，以便在模拟信道上传输数字信号。物理层接口标准与设备04数据链路层技术Chapter

数据链路层基本概念及功能数据链路层定义数据链路层是OSI七层模型中的第二层，负责在物理层提供的比特流的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，实现数据的可靠传输。数据链路层功能数据链路层的主要功能包括数据链路的建立、维持和释放，以及数据帧的传输和差错控制。数据链路层协议数据链路层协议定义了数据帧的格式、传输规则和差错控制方法等，常见的协议有PPP、HDLC和Ethernet等。通过在数据中添加一个校验位，使得数据中1的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），从而实现对数据的简单校验。奇偶校验CRC是一种广泛应用的差错控制方法，通过在数据帧的尾部添加校验码，实现对数据的完整性校验。循环冗余检验（CRC）ARQ是一种基于反馈的差错控制方法，当接收端发现数据错误时，会向发送端发送重传请求，发送端在收到请求后会重新发送数据。自动重传请求（ARQ）差错控制方法停止-等待协议01发送端每发送一个数据帧后就停止发送，等待接收端的确认。只有当接收端确认正确接收后再继续发送下一个数据帧。滑动窗口协议02滑动窗口协议允许发送端连续发送多个数据帧，而不需要等待每个数据帧的确认。接收端会维护一个滑动窗口，用于控制可以接收的数据帧的序号范围。漏桶算法和令牌桶算法03漏桶算法和令牌桶算法是两种常见的流量整形算法，用于平滑网络流量的突发性和控制数据的传输速率。流量控制策略05局域网技术Chapter局域网定义局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是一种在小范围内实现计算机之间通信的网络，通常覆盖一个建筑物、校园或企业园区。通常限制在几公里以内。可达10Mbps、100Mbps、1Gbps甚至更高。由于传输距离短，信号衰减小，误码率较低。双绞线、同轴电缆、光纤等。地理范围有限低误码率主要传输媒介高数据传输速率局域网基本概念及特点以太网工作原理以太网采用带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）协议，当站点有数据要发送时，首先监听信道是否空闲，若空闲则发送数据；若信道忙，则等待一段时间后再尝试发送。在发送数据过程中，站点还需继续监听信道，若检测到冲突，则立即停止发送，并发送一个阻塞信号通知其他站点。然后等待一个随机时间后重新尝试发送。以太网帧结构以太网帧由前导码、帧起始定界符、目的地址、源地址、类型/长度字段、数据字段、填充字段和帧校验序列（FCS）组成。其中，前导码用于同步；帧起始定界符表示帧的开始；目的地址和源地址分别表示接收方和发送方的MAC地址；类型/长度字段表示上层协议类型或数据长度；数据字段承载上层协议数据；填充字段用于保证帧的最小长度；FCS用于校验帧的完整性。以太网工作原理及帧结构无线局域网（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）的标准主要有IEEE802.11系列，包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac等。这些标准规定了无线局域网的物理层和数据链路层协议。无线局域网采用的主要技术包括扩频技术（如直接序列扩频DSSS和跳频扩频FHSS）、正交频分复用（OFDM）、多输入多输出（MIMO）等。这些技术可以提高无线局域网的传输速率、抗干扰能力和覆盖范围。此外，为了保障无线局域网的安全性，还采用了加密技术（如WPA2）和认证机制（如802.1X）。无线局域网标准无线局域网技术无线局域网标准与技术06广域网技术Chapter广域网（WideAreaNetwork，WAN）定义：覆盖地理范围较大的数据通信网络，通常跨越不同的城市、地区或国家。广域网与局域网（LocalAreaNetwork，LAN）的区别：主要在于规模和覆盖范围，广域网连接不同地区的局域网，实现远程通信。覆盖范围广：可跨越多个地区或国家。传输速率低：相对于局域网，广域网的传输速率较低。依赖于公共传输网络：广域网通常建立在公共传输网络（如电话网、光纤网等）之上。广域网基本概念及特点PPP（Point-to-PointProtocol）协议定义：一种用于点对点连接的数据链路层协议，广泛应用于广域网中。PPP协议原理及配置方法PPP协议原理及配置方法建立连接通过LCP（LinkControlProtocol）协商并建立数据链路层连接。身份验证可选的PAP（PasswordAuthenticationProtocol）或CHAP（ChallengeHandshakeAuthenticationProtocol）进行身份验证。网络层协议协商：通过NCP（NetworkControlProtocol）协商网络层协议，如IP、IPX等。PPP协议配置方法（以Cisco路由器为例）1.进入接口配置模式。PPP协议原理及配置方法2.配置PPP封装。3.配置身份验证方式及密码。4.（可选）配置压缩、回显等参数。PPP协议原理及配置方法路由器接口接收来自网络的数据包。接收数据包根据数据包的目的IP地址查找路由表，确定下一跳地址或出口接口。查找路由表路