计算机网络基础与应用(第三版)模块一计算机网络基础

计算机网络基础与应用(第三版)模块一计算机网络基础汇报人：AA2024-01-21CATALOGUE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网络层技术传输层技术应用层技术计算机网络概述01定义计算机网络是由多台地理上分散的、具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来，在相应软件支持下实现数据通信和资源共享的系统。发展历程从20世纪60年代的ARPANET到如今的Internet，计算机网络经历了从局域网到广域网、从低速到高速、从单一数据通信到多媒体通信的发展历程。计算机网络的定义与发展计算机网络主要由资源子网和通信子网两部分组成。资源子网包括主机、终端、外设等，负责数据处理和资源共享；通信子网包括通信设备和通信线路，负责数据传输和交换。组成根据网络覆盖范围，计算机网络可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）；根据传输介质，可分为有线网和无线网；根据网络拓扑结构，可分为星型、环型、总线型等。分类计算机网络的组成与分类功能计算机网络具有数据通信、资源共享、分布式处理、负载均衡等功能，可以大大提高计算机的效率和性能。应用计算机网络已经渗透到社会的各个领域，如电子商务、在线教育、远程医疗、智能制造等。同时，随着云计算、大数据、物联网等技术的发展，计算机网络的应用前景将更加广阔。计算机网络的功能与应用网络体系结构02VS网络协议是计算机网络中通信双方必须遵循的规则和约定，它规定了通信双方如何建立连接、传输数据和断开连接。网络协议通常包括语法、语义和时序三个要素。层次结构计算机网络体系结构采用分层的思想，将复杂的网络通信问题分解为若干个相对简单的子问题，每个子问题对应于网络体系结构中的一个层次。各层之间相互独立，通过层间接口进行通信。网络协议网络协议与层次结构

OSI参考模型物理层物理层负责传输比特流，提供机械、电气、功能和规程等方面的特性。数据链路层数据链路层负责将比特流组合成帧，以及帧的发送和接收。此外，数据链路层还提供差错控制和流量控制等功能。网络层网络层负责分组交换和路由选择，确保数据能够从源主机传输到目的主机。传输层会话层表示层应用层OSI参考模型传输层提供端到端的可靠数据传输服务，建立、管理和终止虚电路或数据报会话。表示层负责对数据进行编码和转换，以确保发送方和接收方能够正确理解数据。会话层负责建立、管理和终止会话，提供同步和对话控制机制。应用层提供网络服务与用户应用程序之间的接口，包括文件传输、电子邮件、远程登录等应用协议。TCP/IP参考模型网络接口层网络接口层对应于OSI参考模型的物理层和数据链路层，负责数据的接收和发送。网际层网际层对应于OSI参考模型的网络层，负责处理分组在网络中的活动，如分组的选路。该层协议包括IP、ICMP、IGMP等。传输层传输层对应于OSI参考模型的传输层，提供端到端的通信服务。该层协议包括TCP和UDP。应用层应用层对应于OSI参考模型的应用层、表示层和会话层，为用户提供各种网络服务与应用程序接口。该层协议包括HTTP、FTP、SMTP等。物理层技术03由两根互相绝缘的铜导线绞合而成，可传输模拟或数字信号。双绞线同轴电缆光纤由内导体、绝缘层、外导体和护套组成，具有较高的带宽和抗干扰能力。以光波为载体，利用全反射原理传输信息，具有传输距离远、带宽高、抗干扰能力强等优点。030201传输介质03RJ-45接口一种常见的以太网接口，采用8针模块化插头，支持双绞线连接。01EIA/TIA-232接口标准定义了数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口标准，采用负逻辑电平。02EIA/TIA-449接口标准在EIA/TIA-232基础上进行改进，采用差分信号传输方式，提高了传输距离和抗干扰能力。物理接口与标准一种简单的二进制编码方式，高电平表示1，低电平表示0。非归零编码（NRZ）曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码脉冲编码调制（PCM）将每个比特时间分成两个相等的时间段，前半个时间段电平跳变表示1，后半个时间段电平不跳变表示0。在曼彻斯特编码基础上进行改进，通过检测相邻两个比特时间段的电平变化来判断数据。将模拟信号转换为数字信号的过程，包括采样、量化和编码三个步骤。数据编码与调制技术数据链路层技术04数据链路层是计算机网络体系结构中的一层，负责在相邻节点之间建立可靠的数据传输链路，实现数据的可靠传输和差错控制。数据链路层的定义和功能数据链路层向上层提供无差错的数据传输服务，使得上层协议能够可靠地进行通信。数据链路层的服务数据链路层协议定义了数据帧的格式、传输规则以及差错控制方法等，常见的协议有PPP、HDLC等。数据链路层的协议数据链路层概述奇偶校验01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），从而检测数据中是否有一位错误。循环冗余检验（CRC）02通过发送方和接收方协商一个多项式，对数据进行多项式除法运算并取余数作为校验码，接收方通过同样的多项式除法运算检验数据是否正确。自动重传请求（ARQ）03当接收方发现接收到的数据有错误时，会向发送方发送一个重传请求，发送方收到请求后会重新发送数据。差错控制方法停止-等待协议发送方每发送一帧数据后，就等待接收方的确认。只有当接收方确认收到该帧后，发送方才继续发送下一帧。滑动窗口协议在任意时刻，发送方都维持了一组连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一组连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗口。通过动态调整窗口大小，实现流量控制。漏桶算法和令牌桶算法漏桶算法通过限制数据进入网络的速率实现流量控制；令牌桶算法则允许突发数据传输，限制的是数据在一定时间内以平均速率传输。流量控制机制网络层技术05网络层是OSI参考模型中的第三层，主要负责数据的路由和转发，确保数据能够从源主机传输到目标主机。网络层的功能网络层协议包括IP、ICMP、IGMP等，其中IP协议是网络层的核心，负责数据的路由和传输。网络层协议常见的网络层设备有路由器和三层交换机等，它们能够根据网络层的信息进行数据的转发和过滤。网络层设备网络层概述动态路由算法动态路由算法是一种能够自动学习和更新路由信息的算法，常见的动态路由算法有RIP、OSPF、BGP等。静态路由算法静态路由算法是一种预先配置好的路由算法，它根据管理员手动配置的路由信息进行数据转发。路由选择策略在进行路由选择时，可以根据不同的策略进行选择，如最短路径优先、负载均衡等。路由选择算法123当网络中的数据流量超过了网络的承载能力时，就会出现拥塞现象，表现为数据传输延迟增加、丢包率上升等。拥塞现象为了避免和解决网络拥塞问题，可以采取一系列的拥塞控制机制，如慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复等。拥塞控制机制路由器中的队列管理也是解决拥塞问题的重要手段之一，常见的队列管理算法有FIFO、PQ、CQ等。路由器队列管理拥塞控制策略传输层技术06提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传输和流量控制。传输层的功能主要包括TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。传输层的协议用于标识不同的应用程序，实现多路复用和分用。传输层端口传输层概述面向连接、可靠传输、基于字节流。TCP协议特点三次握手，包括SYN、SYN+ACK和ACK报文段的交换。TCP连接建立过程四次挥手，包括FIN、ACK、FIN+ACK和ACK报文段的交换。TCP连接释放过程主要用于需要可靠传输的应用场景，如网页浏览、电子邮件、文件传输等。TCP协议应用TCP协议原理及应用UDP协议特点无连接、不可靠传输、基于数据报。UDP报文格式包括源端口、目的端口、长度和校验和等字段。UDP协议应用主要用于实时性要求较高的应用场景，如音视频通话、实时游戏等。由于UDP不保证数据的可靠传输，因此需要在应用层实现相应的可靠性机制。UDP协议原理及应用应用层技术07提供用户与网络应用之间的接口，实现网络应用的各种服务。应用层功能HTTP、FTP、SMTP、DNS等，定义了网络应用之间通信的规则和格式。应用层协议报文，由应用层协议定义的数据格式。应用层数据单元应用层概述DNS组成域名空间、域名服务器、解析器。DNS查询过程递归查询、迭代查询，查询过程中可能涉及