计算机网络教学课件

计算机网络计算机网络概述计算机网络体系结构物理层数据链路层网络层传输层应用层目录CONTENT计算机网络概述01计算机网络是由多台自主工作的计算机通过通信设备和传输介质互联，以实现资源共享、信息交换和协同工作的系统。从20世纪60年代的ARPANET开始，经历了分组交换网、TCP/IP协议、局域网、广域网和互联网等发展阶段，形成了今天的全球互联网。计算机网络的定义与发展发展历程定义包括计算机、通信设备（如路由器、交换机等）、传输介质（如光纤、电缆等）等。网络硬件网络软件网络数据包括网络操作系统、网络协议、网络管理软件等，用于实现网络资源的共享和管理。在网络中传输的各种信息，如文本、图像、音频、视频等。030201计算机网络的基本组成ABCD计算机网络的分类按拓扑结构分类：星型网络、环型网络、总线型网络、树型网络、网状网络等。按地理范围分类：局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。按使用范围分类：公用网、专用网。按传输技术分类：广播式网络（如以太网）、点对点网络（如PPP）。计算机网络体系结构0203网络层负责IP数据报的路由选择和转发，以及处理相关的网络拥塞问题。01物理层负责传输比特流，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。02数据链路层负责将IP数据报组装成帧，以及帧的发送和接收。OSI七层模型提供面向连接或无连接的数据传输服务，如TCP和UDP。传输层会话层表示层应用层负责建立、管理和终止会话，以及同步会话双方的数据。负责对数据进行编码和解码，以确保发送方和接收方之间的数据格式一致。提供网络应用程序的接口，如HTTP、FTP等。OSI七层模型网络接口层对应于OSI的物理层和数据链路层，负责数据的接收和发送。网络层对应于OSI的网络层，负责IP数据报的路由选择和转发。传输层对应于OSI的传输层，提供面向连接或无连接的数据传输服务。应用层对应于OSI的会话层、表示层和应用层，提供网络应用程序的接口。TCP/IP四层模型应用层综合了OSI的会话层、表示层和应用层的功能，提供网络应用程序的接口。传输层与OSI的传输层和TCP/IP的传输层相同，提供面向连接或无连接的数据传输服务。网络层与OSI的网络层和TCP/IP的网络层相同，负责IP数据报的路由选择和转发。物理层与OSI的物理层相同，负责传输比特流。数据链路层与OSI的数据链路层相同，负责将IP数据报组装成帧以及帧的发送和接收。五层协议体系结构物理层03物理层是计算机网络体系结构中的最低层，它负责在传输介质上提供透明的、可靠的比特流传输服务。物理层的定义物理层的主要功能包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性的规定。物理层的功能物理层协议定义了物理层接口的四个特性，包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。物理层的协议物理层的基本概念数据通信系统的基本模型数据通信系统由信源、信宿和信道三部分组成，其中信道是传输信号的通路，信源和信宿分别是信息的发送者和接收者。数据的传输方式数据传输方式包括并行传输和串行传输两种。并行传输是将多个比特同时在多个并行信道上传输，而串行传输则是将比特按位依次在单个信道上传输。数据的同步方式数据同步方式包括异步传输和同步传输两种。异步传输是以字符为单位进行传输，每个字符前后各加一个起始位和一个停止位，用于实现字符同步。同步传输则是以数据块为单位进行传输，通过特定的同步字符或同步信号来实现数据块同步。数据通信基础知识中继器（Repeater）：中继器是一种简单的网络互联设备，用于在两个网络实体之间建立、管理和终止物理连接，对衰减的信号进行放大整形，以扩展网络的传输距离。集线器（Hub）：集线器是一种多端口的中继器，它以广播方式从一个端口接收信号并放大整形后传送到所有其他端口，实现多设备间的互联。网卡（NetworkInterfaceCard，NIC）：网卡是计算机与局域网相互连接的接口，它负责将计算机内部的数字信号转换为适合在传输介质上传输的模拟信号或数字信号，并接收来自网络的信号并转换为计算机能够处理的数字信号。物理层设备数据链路层04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。数据链路层定义数据链路层的主要功能包括帧同步、差错控制、流量控制和链路管理等。数据链路层功能数据链路层协议定义了数据如何在链路上进行传输，包括数据的封装格式、传输规则以及差错控制方法等。数据链路层协议数据链路层的基本概念帧同步帧同步是指在接收端能够准确地识别出每个帧的开始和结束位置，以便正确地接收和解析数据。常见的帧同步方法有字节计数法和特殊字符定界法。差错控制是指在数据传输过程中，通过采用一定的编码和解码技术，实现对传输错误的检测和纠正。常见的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余校验（CRC）等。流量控制是指通过一定的机制，控制发送端发送数据的速率，以避免接收端因处理能力不足而导致数据丢失或溢出。常见的流量控制方法有停止-等待协议和滑动窗口协议等。差错控制流量控制帧同步与差错控制HDLC协议HDLC（High-LevelDataLinkControl）协议是一种面向比特的同步数据链路层协议，具有灵活性和可扩展性，适用于各种不同类型的网络和设备。PPP协议PPP（Point-to-PointProtocol）协议是一种点对点的数据链路层协议，主要用于拨号上网等场景。PPP协议具有简单、高效和可靠的特点，支持多种网络层协议。以太网协议以太网协议是一种广泛应用于局域网的数据链路层协议，具有高速、低成本和易于扩展等优点。以太网协议采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）机制来解决共享信道中的冲突问题。数据链路层协议网络层05主要功能网络层的主要功能包括建立、管理和终止网络连接，以及在网络中路由数据。关键组件网络层的关键组件包括路由器、交换机等网络设备，以及IP协议、ICMP协议等网络协议。网络层定义网络层是OSI七层模型中的第三层，负责在网络中传输数据，提供路由和逻辑地址功能。网络层的基本概念IP协议是网络层的核心协议，负责在网络上路由和传输数据。IP协议定义IP协议的主要功能包括寻址和路由、分段和重组、以及差错控制。主要功能IP地址是IP协议中用于标识网络设备的逻辑地址，分为IPv4和IPv6两种版本。IP地址IP协议路由选择算法路由选择算法是网络层中实现路由选择的关键技术，常见的路由选择算法包括最短路径算法、洪泛算法等。路由协议路由协议是用于在网络中交换路由信息的协议，常见的路由协议包括RIP、OSPF、BGP等。路由表路由表是路由器中用于存储路由信息的表，路由器根据路由表进行数据包转发。路由选择算法与路由协议传输层06传输层是计算机网络体系结构中的一个重要层次，它负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。传输层的主要功能包括寻址与端口复用、连接控制、流量控制、差错控制等。传输层的功能传输层协议主要包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议；而UDP则是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层协议。传输层协议传输层的基本概念TCP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。它提供了一种可靠的、有序的和错误校验的数据传输方式。TCP通过确认机制、重传机制、流量控制和拥塞控制等机制来保证数据的可靠传输。在TCP连接建立过程中，需要进行三次握手来确保双方都已准备好数据传输。首先，客户端向服务器发送一个SYN报文段，请求建立连接；服务器收到SYN报文段后，向客户端回复一个SYN+ACK报文段，表示同意建立连接；最后，客户端再向服务器发送一个ACK报文段，确认连接建立成功。在TCP连接释放过程中，需要进行四次挥手来确保双方都已释放资源。首先，一方（可以是客户端或服务器）发送一个FIN报文段，请求关闭连接；另一方收到FIN报文段后，回复一个ACK报文段，表示同意关闭连接；然后，另一方也发送一个FIN报文段，请求关闭连接；最后，一方再发送一个ACK报文段，确认连接已关闭。TCP协议的特点TCP的三次握手TCP的四次挥手TCP协议UDP协议的特点UDP协议是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层协议。它不提供确认机制、重传机制和流量控制等机制，因此具有较快的传输速度和较低的开销。UDP适用于一些实时性要求较高或可靠性要求较低的应用场景。UDP数据报格式UDP数据报由首部和数据两部分组成。首部固定为8个字节，包括源端口号、目的端口号、长度和校验和四个字段；数据部分则是可变长的，用于携带应用层数据。由于UDP不提供确认机制和重传机制，因此其数据报格式相对简单。UDP协议应用层07应用层定义应用层是计算机网络体系结构中的最高层，负责直接为用户提供各种网络服务。应用层功能应用层的主要功能包括网络应用服务、资源共享、网络管理等，通过各种应用层协议实现。应用层协议应用层协议定义了网络应用服务的行为规范，如HTTP、FTP、SMTP等。应用层的基本概念DNS定义DNS组成DNS工作原理DNS系统DNS（DomainNameSystem，域名系统）是用于将域名解析为IP地址的分布式数据库系统。DNS由域名空间、域名服务器和解析器三部分组成。用户在浏览器中输入网址时，解析器会向DNS服务器发送域名解析请求，DNS服务器根据域名查找对应的IP地址并返回给解析器，解析器再将IP地址发送给用户的计算机。FTP工作原理FTP使用客户端-服务器模式，客户端向服务器发送连接请求并传输文件，服务器负责接收并存储文件。FTP传输模式FTP支持ASCII和二进制两种传输模式，其中ASCII模式用于传输文本文件，二进制模式用于传输二进制文件。FTP定义FTP（FileTransferProtocol，文件传输协议）是用于在网络上进行文件传输的标准协议。FTP协议HTTP状态码HTTP响应中包含状态码，用于表示请求的处理结果，如200表示成功，404表示未找到资源等。HTTP定