计算机网络期末打印版

计算机网络期末打印版计算机网络概述网络体系结构物理层数据链路层网络层传输层应用层计算机网络概述01计算机网络是由多台独立计算机通过通信设备和线路连接起来，在操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。定义从20世纪60年代ARPANET的诞生到如今的互联网时代，计算机网络经历了从局域网到广域网、从低速到高速、从有线到无线的多个发展阶段。发展历程计算机网络的定义与发展计算机网络的功能与应用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便利性。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，改变了人们的生活方式和工作方式。根据网络覆盖范围的不同，计算机网络可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）；根据网络传输技术的不同，可分为广播式网络和点对点网络。分类计算机网络的拓扑结构主要有星型、环型、总线型、树型和网状型等。不同的拓扑结构具有不同的特点和适用场景，例如星型结构易于维护和管理，但中心节点故障会导致整个网络瘫痪；网状型结构具有较高的可靠性和灵活性，但实现和维护成本较高。拓扑结构计算机网络的分类与拓扑结构网络体系结构02负责传输比特流，提供物理连接和电气特性。物理层数据链路层网络层负责将数据组合成数据帧，进行差错控制和流量控制。负责路由选择和逻辑地址寻址，实现不同网络之间的通信。030201OSI参考模型传输层负责建立、管理和终止会话，进行同步和对话控制。会话层表示层应用层01020403提供网络应用服务，如文件传输、电子邮件等。提供端到端的数据传输服务，建立、管理和终止会话。负责数据格式的转换和加密解密等处理。OSI参考模型网络接口层网际层传输层应用层TCP/IP参考模型对应OSI的物理层和数据链路层，负责数据的传输和接收。对应OSI的传输层，提供端到端的数据传输服务。对应OSI的网络层，负责路由选择和逻辑地址寻址。对应OSI的会话层、表示层和应用层，提供网络应用服务。比较OSI模型具有七个层次，划分更加细致；TCP/IP模型只有四个层次，相对简单。OSI模型在理论上更加完善，但实际应用中TCP/IP模型更为广泛。联系两种模型都采用了分层的思想，将复杂的网络通信问题分解为若干个相对简单的子问题进行处理。同时，两种模型在传输层和应用层的功能上基本相同，都提供了相似的网络服务。两种模型的比较与联系物理层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传输原始比特流，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。为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。一次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据，终止物理连接。所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与，都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成一条通路。物理层协议是各种物理层标准的集合，它规定了通信双方在进行通信时所使用的传输介质、连接方式、信号的电平、信号的调制方式等内容。物理层的定义物理层的主要功能物理层的协议物理层的基本概念数据通信的基本概念01数据通信是依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息，它可实现计算机与计算机、计算机与终端以及终端与终端之间的数据信息传递。数据通信系统的组成02数据通信系统主要由中央计算机系统、数据终端设备(DTE)、数据电路终接设备(DCE)、通信线路、数据链路和协议等组成。数据通信的传输方式03数据通信的传输方式主要有基带传输、频带传输和宽带传输三种。数据通信基础中继器是一种解决信号传输过程中由于信号衰减而产生失真和噪声积累的设备，它通过对信号进行放大和整形来扩展网络的传输距离。中继器集线器是一种特殊的中继器，它可以提供多端口服务，将多个网络设备连接在一起，实现设备间的共享和通信。集线器调制解调器是一种将数字信号转换为模拟信号进行传输的设备，它在发送端将数字信号转换为模拟信号进行传输，在接收端再将模拟信号转换回数字信号。调制解调器物理层设备数据链路层04

数据链路层的基本概念数据链路层的定义数据链路层是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，通过建立数据链路连接，进行可靠的数据传输。数据链路层的功能数据链路层的主要功能包括链路管理、帧同步、差错控制、流量控制和数据透明传输等。数据链路层的设备常见的数据链路层设备有网卡、网桥和交换机等。帧的定义帧是数据链路层的数据传输单元，由帧头、数据和帧尾三部分组成。帧的组成帧头包含发送方和接收方的地址信息，用于标识数据的发送和接收端；数据部分包含要传输的数据信息；帧尾包含校验信息，用于检测数据传输过程中的错误。帧的传输方式数据链路层采用面向连接的服务或无连接的服务进行帧的传输，其中面向连接的服务通过建立数据链路连接来保证数据传输的可靠性。帧的概念与组成差错控制方法为了保证数据传输的可靠性，数据链路层采用了多种差错控制方法，如奇偶校验、循环冗余检验（CRC）等。差错产生的原因在数据传输过程中，由于信道噪声、干扰等因素的影响，可能会导致数据的差错。差错控制流程在发送方，数据被添加校验位后发送；在接收方，通过对比校验位来检测数据是否有误，并进行相应的处理。差错控制方法PPP协议PPP协议是点对点协议，主要用于拨号上网等场景，具有简单、灵活和可扩展等特点。HDLC协议HDLC协议是高级数据链路控制协议，主要用于广域网中，具有多种帧类型和可靠的传输机制。以太网协议以太网协议是目前应用最广泛的局域网协议之一，采用CSMA/CD访问控制方式和可变长度的帧格式进行数据传输。数据链路层协议网络层05网络层是OSI参考模型中的第三层，负责在网络中进行数据包的传输和路由选择，实现不同网络之间的通信。网络层的主要协议包括IP协议、ICMP协议、IGMP协议等，其中IP协议是网络层的核心协议，负责数据的传输和路由选择。网络层的基本概念网络层的协议网络层的功能IP地址与子网划分IP地址是用于标识网络中设备地址的一种编址方式，由32位二进制数组成，分为IPv4和IPv6两种版本。子网划分的方法子网划分是将一个大的网络划分为多个小的网络，以提高网络的灵活性和可管理性。常见的子网划分方法包括等长子网划分和变长子网划分。子网掩码的作用子网掩码是用于区分IP地址中网络部分和主机部分的一种掩码，通过与IP地址进行按位与运算，可以得到网络地址和主机地址。IP地址的概念路由选择算法的分类路由选择算法可以根据不同的分类标准进行分类，如静态路由算法和动态路由算法、距离矢量路由算法和链路状态路由算法等。常见的路由协议常见的路由协议包括RIP协议、OSPF协议、EIGRP协议等，它们分别采用不同的路由算法和实现机制，适用于不同的网络环境和需求。路由选择算法与路由协议路由器的功能路由器是网络层的核心设备，负责在不同网络之间进行数据包的传输和路由选择，同时具有安全控制、流量控制等功能。交换机的功能交换机是数据链路层的设备，但在某些情况下也可以实现网络层的功能，如三层交换机。交换机的主要功能包括数据交换、VLAN划分等。防火墙的功能防火墙是网络安全的重要设备之一，可以实现对网络访问行为的控制和管理，防止非法访问和攻击行为的发生。010203网络层设备传输层06123提供端到端的数据传输服务，为上层应用提供可靠的、透明的数据传输。传输层的功能段（Segment），包括TCP段和UDP数据报。传输层的协议数据单元用于标识上层应用进程，实现多路复用和多路分解。传输层端口传输层的基本概念TCP协议的特点面向连接、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP的连接建立与释放采用三次握手建立连接，四次挥手释放连接。TCP的可靠传输机制通过确认与重传、流量控制、拥塞控制等机制实现可靠传输。TCP的滑动窗口协议采用滑动窗口协议进行流量控制和拥塞控制，提高网络传输效率。TCP协议无连接、不可靠的、基于数据报的传输层通信协议。UDP协议的特点包括源端口、目的端口、长度和校验和等字段。UDP的报文格式适用于实时性要求高、可靠性要求不高的应用场景，如音视频传输、实时游戏等。UDP的适用场景UDP协议03传输层设备的应用场景适用于需要实现不同网络之间数据传输的场景，如企业网与广域网之间的连接等。01传输层设备的功能实现传输层协议，提供端到端的数据传输服务。02常见的传输层设备网关（Gateway）、传输层交换机（TransportSwitch）等。传输层设备应用层07应用层的基本概念应用层是计算机网络体系结构中的最高层，负责为用户提供各种网络服务。应用层协议定义了网络应用进程间通信的规则和约定，包括消息格式、通信方式和通信过程中的行为等。常见的应用层协议有HTTP、FTP、SMTP、DNS等。01DNS（DomainNameSystem，域名系统）是互联网的一项服务，用于将域名转换为IP地址。02DNS采用层次化的命名方式，将域名空间划分为多个区域，每个区域由一台或多台DNS服务器负责管理。03当用户访问某个网站时，浏览器会向DNS服务器发送域名解析请求，DNS服务器会返回相应的IP地址，从而建立连接。DNS服务FTP（FileTransferProtocol，文件传输协议）是互联网上用于文件传输的标准协议之一。FTP服务允许用户在远程主机上上传和下载文件，支持断点续传和多线程传输等功能。FTP服务通常使用两个端口：21（控制端口）和20（数据端口），其中控制端口用于传输控制命令，数据端口用于传输文件数据。FTP服务电子邮件服务010203电子邮件服务是互联网上最基本、最常用的服务之一，它允许用户通过电子邮件客户端或Web界面发送和接收电子邮件。电子邮件系统由邮件服务器、邮件客户端和邮件传输