计算机网络-第4章

计算机网络-第4章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目录CONTENT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年代的ARPANET开始，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。发展历程计算机网络的定义与发展组成计算机网络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、软件与信息资源等；通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成。分类根据网络覆盖范围，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。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。应用计算机网络已广泛应用于各个领域，如办公自动化、电子商务、远程教育、远程医疗、智能制造等。同时，随着物联网、云计算、大数据等技术的发展，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02123为网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，包括语法、语义和时序三个要素。网络协议将复杂的网络问题分解为多个简单的、易于处理的层次，每层完成特定的功能，层与层之间通过接口进行通信。层次结构降低网络设计的复杂性，提高网络的可维护性和可扩展性。优点网络协议与层次结构负责传输比特流，提供物理连接和电气特性。物理层负责将数据组合成帧，进行差错控制和流量控制。数据链路层负责路由选择和分组转发，实现网络互联。网络层OSI七层模型ABCDOSI七层模型传输层提供可靠的端到端数据传输服务，包括TCP和UDP两种协议。表示层负责数据格式的转换和加密解密等处理，确保数据在传输过程中的完整性和安全性。会话层负责建立、管理和终止会话，提供同步和对话控制功能。应用层提供网络应用服务，如电子邮件、文件传输、远程登录等。网络接口层对应于OSI的网络层，负责路由选择和分组转发。网络层传输层应用层01020403对应于OSI的会话层、表示层和应用层，提供网络应用服务。对应于OSI的物理层和数据链路层，负责数据的接收和发送。对应于OSI的传输层，提供可靠的端到端数据传输服务。TCP/IP四层模型物理层03物理层的主要功能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与描述。物理层与数据链路层的关系物理层为数据链路层提供物理连接，数据链路层则建立在物理连接之上，通过物理层提供的服务来实现数据链路层的功能。物理层的定义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可靠的、透明的比特流传输服务。物理层的基本概念数据通信系统包括信源、信宿、信道和噪声源等基本要素。数据通信系统的基本模型模拟信号与数字信号调制与解调数据传输速率与误码率模拟信号是连续变化的电磁波，数字信号则是离散的二进制序列。调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，解调则是将模拟信号还原为数字信号的过程。数据传输速率是指单位时间内传输的数据量，误码率则是指数据传输过程中发生错误的概率。数据通信基础光纤收发器光纤收发器是一种将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号的设备，用于实现光纤通信系统中的数据传输。中继器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物理连接，并对信号进行放大、整形和转发。集线器集线器是一种多端口的中继器，它可以将多个网络设备连接在一起，形成一个星型拓扑结构的局域网。网卡网卡是计算机与网络之间的接口设备，它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，并通过物理介质发送出去。物理层设备数据链路层04数据链路与数据帧数据链路是数据传输的物理路径，而数据帧则是在数据链路上传输的数据单位。数据帧包含了要传输的数据以及相关的控制信息。数据链路层的定义数据链路层是计算机网络体系结构中的一层，位于物理层和网络层之间，负责建立、维持和释放数据链路连接，以及实现数据的可靠传输。数据链路层的功能数据链路层的主要功能包括帧同步、差错控制、流量控制和访问控制等。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数据帧的起始和终止位置。常见的帧同步方法有字节计数法和特殊字符法。差错控制差错控制是指在数据传输过程中检测和纠正错误的技术。常见的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余检验（CRC）等。流量控制流量控制是指通过限制发送端发送数据的速率，使接收端能够来得及处理接收到的数据。常见的流量控制方法有停止-等待协议和滑动窗口协议等。帧的同步与差错控制HDLC协议01HDLC（High-LevelDataLinkControl）协议是一种面向比特的数据链路层协议，具有灵活性和可扩展性，支持多种不同类型的链路和网络拓扑结构。PPP协议02PPP（Point-to-PointProtocol）协议是一种点对点的数据链路层协议，主要用于拨号上网和宽带接入等场景。PPP协议具有简单、高效和可靠的特点。以太网协议03以太网协议是一种基于广播的局域网数据链路层协议，具有简单、高效和低成本的特点。以太网协议在局域网领域得到了广泛的应用。数据链路层协议网络层05网络层的作用网络层是OSI参考模型中的第三层，负责在网络中传输数据，实现主机到主机的通信。网络层的主要功能网络层的主要功能包括路由选择、拥塞控制和网络互连等。网络层协议网络层协议包括IP协议、ICMP协议、IGMP协议等。网络层的基本概念IP地址是用于标识网络中主机的唯一标识符，由32位二进制数表示。IP地址的概念IP地址分为A、B、C、D、E五类，其中A、B、C类为常用IP地址。IP地址的分类子网划分是通过将IP地址的主机部分划分为子网部分和主机部分，实现网络的分层管理。常用的子网划分方法有等长子网划分和变长子网划分。子网划分的方法IP地址与子网划分输入标题路由选择的算法路由选择的概念路由选择与拥塞控制路由选择是指在网络中选择一条从源主机到目的主机的最佳路径的过程。拥塞控制的方法包括慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复等。这些方法通过调整发送速率和重传策略等方式，避免网络拥塞的发生。拥塞控制是指在网络中防止过多的数据同时传输，以避免网络拥塞和数据丢失的过程。路由选择的算法包括静态路由算法和动态路由算法。静态路由算法由管理员手动配置，而动态路由算法则通过路由协议自动学习和更新路由表。拥塞控制的方法拥塞控制的概念传输层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。传输层的主要功能是复用和分用、连接管理、流量控制和差错控制。传输层的功能传输层主要有两个协议，即传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP是面向连接的、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。在TCP连接中，数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块进行发送。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传输的可靠性。UDP协议UDP是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层协议。在UDP中，应用程序发送的数据被封装成一个数据报，然后直接发送到目的主机。由于UDP没有确认机制、重传机制和流量控制等机制，因此它的传输效率比TCP高，但可靠性较差。TCP协议与UDP协议VS在计算机网络中，端口号用于标识一个主机上的不同进程。每个进程都有一个唯一的端口号，以便在数据传输时能够准确地找到对应的进程。端口号分为知名端口号、注册端口号和动态/私有端口号三类。套接字编程套接字（socket）是计算机网络中进行进程间通信的一种技术。通过套接字编程，可以实现不同主机上进程之间的通信。在套接字编程中，需要了解套接字类型、地址族、协议等相关概念，并掌握套接字的创建、绑定、监听、连接、发送和接收等操作。端口号端口号与套接字编程应用层07010203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应用服务。应用层协议定义了网络应用进程之间通信的规则和约定，包括消息格式、通信流程等。常见的应用层协议有HTTP、FTP、SMTP、DNS等。应用层的基本概念DNS（DomainNameSystem）是域名解析系统的缩写，用于将用户输入的域名解析为对应的IP地址。DNS采用层次化的命名方式，将域名划分为多个级别，每个级别由不同的组织或机构负责管理。DNS服务器分为根服务器、顶级域名服务器和权威域名服务器，它们之间通过递归查询或迭代查询的方式完成域名解析。DNS域名解析系统WWW