数据通信与网络技术

数据通信与网络技术2024-01-20汇报人：AA数据通信基础网络技术基础数据链路层协议与技术网络层协议与技术传输层协议与技术应用层协议与技术网络安全与管理策略contents目录CHAPTER数据通信基础01数据通信概念及发展历程数据通信是指通过传输媒介，将数据从一处传送到另一处的过程。它涉及到数据的编码、传输和解码等环节。数据通信的发展历程经历了模拟通信、数字通信和宽带通信等阶段，随着技术的不断进步，数据通信的速率、可靠性和安全性都得到了显著提高。数据在多个并行信道上同时传输，速率快，但成本高、占用资源多。并行传输数据在单个信道上按位依次传输，成本低、占用资源少，但速率相对较慢。串行传输以固定的时钟频率进行数据传输，适用于高速、大容量的数据传输。同步传输以字符为单位进行数据传输，每个字符前都加上起始位，字符后加上停止位，适用于低速、小容量的数据传输。异步传输数据传输方式及特点数据通信性能指标单位时间内传输的数据量，通常以比特率（bps）表示。传输过程中发生错误的比特数与总比特数之比，用于衡量数据传输的可靠性。信道能够传输的最大数据量，受信道带宽和信噪比等因素影响。数据从发送端到接收端所需的时间，包括传输时延、处理时延和传播时延等。传输速率误码率信道容量时延CHAPTER网络技术基础02计算机网络是由一组自主的计算机互联形成的系统，这些计算机可以通过网络共享资源。计算机网络的定义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）。计算机网络的分类计算机网络概述及分类局域网是一种在小范围内实现计算机通信和资源共享的网络系统。局域网定义包括以太网、令牌环网、光纤分布式数据接口（FDDI）等。局域网技术主要包括网卡、集线器、交换机、路由器等。局域网设备局域网技术广域网是一种覆盖大范围地理区域的计算机网络，通常使用公共通信设施进行连接。广域网定义包括X.25分组交换网、帧中继（FrameRelay）、异步传输模式（ATM）等。广域网技术主要包括路由器、调制解调器（Modem）等。广域网设备广域网技术

互联网技术互联网定义互联网是由全球范围内的计算机网络互相连接形成的巨大网络，实现了全球范围内的资源共享和信息交流。互联网技术包括TCP/IP协议族、HTTP协议、SMTP协议、FTP协议等。互联网设备主要包括路由器、服务器、客户端设备等。CHAPTER数据链路层协议与技术03在接收方实现位流中帧的识别，即能从位流中区分出帧的起始与终止。帧同步用于使接收方确定接收到的帧在传输过程中是否遭受到破坏（差错）。差错控制限制发送方的数据流量，使其发送速率不致超过接收方所能承受的能力。流量控制数据链路层连接的建立、维持和释放过程。链路管理数据链路层功能与服务点对点协议（PPP）一个将IP数据报封装到串行链路的方法，一个用来建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP，一套网络控制协议NCPs。PPP帧格式标志字段F、地址字段A、控制字段C、协议字段、信息字段、填充字段、帧检验序列FCS。PPP工作过程建立连接阶段（LCP进行协商）、鉴别阶段（可选）、网络层协议阶段（NCP进行协商）、数据传输阶段。PPP组成以太网帧格式MAC地址、MAC帧的发送和接收过程。以太网MAC层以太网交换机交换机的工作原理、交换机的三种交换方式（直通式交换、存储转发式交换、碎片隔离式交换）。前导码、帧起始定界符SFD、目的地址DA、源地址SA、类型/长度字段、数据字段、填充字段PAD、帧检验序列FCS。以太网协议（Ethernet）CHAPTER网络层协议与技术04网络层负责将上层协议的数据封装成数据包，并通过路由选择将其传输到目标主机。数据包传输根据网络拓扑结构和路由算法，选择最佳路径将数据包从源主机传输到目标主机。路由选择通过一系列机制避免网络拥塞，确保数据包的可靠传输。拥塞控制网络层功能与服务123互联网协议（IP）是网络层的核心协议，负责数据包的传输和路由选择。IP协议IPv4地址由32位二进制数表示，通常采用点分十进制表示法。IPv4地址空间有限，已经面临枯竭。IPv4地址结构IPv6地址由128位二进制数表示，采用冒号十六进制表示法。IPv6具有更大的地址空间和更高的安全性。IPv6地址结构IP协议及IPv4/IPv6地址结构常见的路由选择算法包括最短路径算法、洪泛算法、距离矢量算法等，用于确定数据包从源主机到目标主机的最佳路径。路由选择算法静态路由协议需要手动配置路由信息，适用于小型网络或特定场景。静态路由协议动态路由协议能够自动学习和更新路由信息，常见的动态路由协议包括RIP、OSPF、BGP等。这些协议通过交换路由信息，实现网络的自动化配置和优化。动态路由协议路由选择算法与路由协议CHAPTER传输层协议与技术05确保数据在发送端和接收端之间可靠、有序地传输。提供端到端的数据传输服务多路复用与分用流量控制与拥塞控制错误检测与纠正在同一主机上支持多个应用程序同时通信，实现多路复用与分用。防止发送方过快地发送数据，避免网络拥塞，确保数据传输的可靠性。通过校验和等机制检测数据传输过程中的错误，并进行纠正。传输层功能与服务TCP协议原理及应用TCP协议概述TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP连接建立与释放通过三次握手建立连接，四次挥手释放连接，确保数据传输的可靠性。TCP数据传输采用滑动窗口机制进行数据传输，实现流量控制与拥塞控制。TCP应用广泛应用于需要可靠数据传输的场景，如Web浏览、电子邮件、文件传输等。UDP应用适用于对实时性要求较高、可以容忍少量数据丢失的场景，如实时音视频传输、在线游戏等。UDP协议概述UDP（UserDatagramProtocol，用户数据报协议）是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层通信协议。UDP数据传输发送方将数据打包成数据报，直接发送给接收方，无需建立连接。接收方收到数据报后，根据端口号将数据交付给对应的应用程序。UDP特点传输速度快、开销小、实时性强，但不保证数据的可靠传输。UDP协议原理及应用CHAPTER应用层协议与技术06应用层是用户与网络交互的接口，提供图形化界面或命令行界面，方便用户进行网络操作和管理。提供用户界面应用层负责将数据转换为网络可传输的格式，如文本、图像、音频、视频等，并进行必要的编码和压缩。数据表示与编码应用层管理着用户之间的会话，包括建立、维护和终止会话，确保数据的可靠传输和同步。会话管理应用层提供加密、认证和授权等安全服务，保护用户数据和隐私不受未经授权的访问和攻击。安全服务应用层功能与服务HTTP协议原理HTTP（HypertextTransferProtocol）是一种无状态的请求/响应协议，用于Web浏览器和服务器之间的通信。它使用TCP作为传输层协议，通过请求方法和URL来指定操作类型和资源位置，实现Web页面的浏览和数据传输。HTTPS协议原理HTTPS（HTTPoverSSL/TLS）是在HTTP协议基础上增加了SSL/TLS加密层，通过对传输数据进行加密和认证，确保数据的机密性、完整性和身份认证，提供更安全的Web通信服务。HTTP/HTTPS应用HTTP和HTTPS协议广泛应用于Web浏览、电子商务、在线支付、社交网络等领域，是互联网基础设施的重要组成部分。HTTP/HTTPS协议原理及应用DNS（DomainNameSystem）：DNS是一种分布式数据库系统，用于将用户可读的域名转换为计算机可读的IP地址，实现网络资源的定位和访问。DNS协议定义了域名的层次结构、命名规则、查询和更新等操作。DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol）：DHCP是一种动态主机配置协议，用于自动给网络上的计算机分配IP地址和其他网络参数（如子网掩码、默认网关等）。DHCP协议简化了网络管理，提高了IP地址的利用率。FTP（FileTransferProtocol）：FTP是一种文件传输协议，用于在网络上进行文件的上传和下载。FTP协议支持多种文件类型和传输模式，提供用户名和密码认证机制，确保文件传输的安全性和可靠性。DNS/DHCP/FTP等常见应用层协议介绍CHAPTER网络安全与管理策略07恶意软件、钓鱼攻击、DDoS攻击、SQL注入等。定期更新软件和操作系统、使用强密码和多因素身份验证、限制不必要的网络访问、安装防病毒软件等。网络安全威胁与防范措施防范措施常见的网络安全威胁通过设置规则来控制网络数据的传输，阻止未经授权的访问和数据泄露。