计算机网络基础教程

计算机网络基础教程目录contents计算机网络概述网络体系结构物理层与数据链路层网络层与传输层应用层网络安全与管理01计算机网络概述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，在软件的控制下实现数据通信和资源共享的系统。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。计算机网络的定义与发展发展历程定义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。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、在线教育、远程医疗等。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02网络体系结构123负责传输比特流，提供物理连接和电气特性。物理层负责将比特流组合成帧，以及帧的发送和接收。数据链路层负责将分组从源端传到目的端，提供路由选择和逻辑地址功能。网络层OSI参考模型传输层提供端到端的可靠传输服务，确保数据在传输过程中的完整性和可靠性。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。表示层负责数据的表示、转换和加密，确保数据在不同系统间的兼容性。应用层提供网络应用服务，如电子邮件、文件传输和远程登录等。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，提供端到端的可靠传输服务，确保数据在传输过程中的完整性和可靠性。对应OSI的网络层，负责将分组从源端传到目的端，提供路由选择和逻辑地址功能。对应OSI的会话层、表示层和应用层，提供网络应用服务，如电子邮件、文件传输和远程登录等。共同点两种模型都采用分层思想，将复杂的网络通信问题分解为多个简单的子问题进行处理。同时，两种模型都提供了相似的服务和功能，如路由选择、可靠传输和远程登录等。不同点OSI参考模型是一个理论模型，具有七个层次，强调通信协议的功能和特性。而TCP/IP参考模型是一个实际应用的模型，具有四个层次，强调网络通信的实现方式和过程。此外，两种模型在层次划分、协议数量和具体实现等方面也存在差异。联系两种模型在设计和实现过程中相互借鉴和影响。TCP/IP参考模型在OSI参考模型的基础上进行了简化和改进，使得网络通信更加高效和实用。同时，OSI参考模型也为TCP/IP参考模型提供了理论支持和指导。在实际应用中，两种模型往往结合使用，以满足不同场景下的网络通信需求。两种模型的比较与联系03物理层与数据链路层传输介质计算机网络中用于传输比特流的物理媒介，包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线传输介质等。物理层的基本概念物理层是计算机网络体系结构中的最底层，负责建立、管理和释放物理连接，提供透明的比特流传输服务。物理层接口与标准物理层接口规定了物理层设备与传输介质之间的电气、机械和功能特性，常见的物理层接口标准有EIA/TIA-232、EIA/TIA-449、EIA/TIA-561等。物理层的基本概念与传输介质03数据链路层的设备数据链路层的设备主要有网卡、网桥和交换机等。01数据链路层的基本概念数据链路层是计算机网络体系结构中的第二层，负责在相邻节点之间建立数据链路，实现数据的可靠传输。02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、流量控制和链路管理等。数据链路层的基本概念与功能常见的数据链路层协议PPP协议PPP（Point-to-PointProtocol）协议是一种点到点的数据链路层协议，主要用于拨号上网等场景。HDLC协议HDLC（High-LevelDataLinkControl）协议是一种高级数据链路控制协议，适用于各种网络环境。ATM协议ATM（AsynchronousTransferMode）协议是一种异步传输模式协议，主要用于宽带综合业务数字网（B-ISDN）中。以太网协议以太网协议是一种基于CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection）的局域网协议，广泛应用于局域网中。04网络层与传输层网络层的基本概念与功能网络层的基本概念网络层是OSI七层模型中的第三层，负责在网络中传输数据包，提供路由和转发功能，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的主要功能包括路由选择、数据包转发、拥塞控制等，确保数据能够在网络中高效、可靠地传输。IP协议是网络层的核心协议，负责在网络中传输IP数据包。每个IP数据包都包含源IP地址和目标IP地址，用于标识数据的发送方和接收方。IP协议的基本概念路由选择是指网络层根据路由表信息，将数据从源主机传输到目标主机的过程。路由器根据目标IP地址和路由表信息，选择最佳路径进行数据转发。路由选择的基本原理常见的路由算法包括距离矢量路由算法、链路状态路由算法等。这些算法用于计算最佳路径，确保数据能够高效、可靠地传输到目标主机。常见的路由算法IP协议与路由选择传输层是OSI七层模型中的第四层，负责提供端到端的通信服务，确保数据能够在应用程序之间可靠地传输。传输层的基本概念传输层的主要功能包括建立、管理和终止会话，对数据进行分段和重组，以及提供可靠的数据传输服务等。传输层的功能传输层的基本概念与功能TCP协议的基本概念TCP协议是一种面向连接的、可靠的传输层协议，提供基于字节流的通信服务。TCP协议通过三次握手建立连接，确保数据的可靠传输。UDP协议是一种无连接的、不可靠的传输层协议，提供基于数据报的通信服务。UDP协议不保证数据的可靠传输，但具有较高的传输效率。TCP协议和UDP协议在连接方式、可靠性、传输效率等方面存在差异。TCP协议适用于需要可靠传输的应用场景，如文件传输、电子邮件等；而UDP协议适用于实时性要求较高、可以容忍数据丢失的应用场景，如音视频通话、实时游戏等。UDP协议的基本概念TCP协议与UDP协议的比较TCP协议与UDP协议05应用层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应用服务。它通过应用层协议与下层传输层进行通信，实现数据的传输和交换。应用层的主要功能包括以下几个方面应用层通过图形界面、命令行界面等方式，为用户提供与网络应用服务交互的界面。应用层负责处理数据的格式和编码方式，确保数据在传输过程中的正确性和可靠性。应用层通过实现各种应用层协议，如HTTP、FTP、SMTP等，为不同应用场景提供数据传输和交换的支持。应用层的功能处理数据格式实现应用协议提供用户界面应用层的基本概念与功能HTTP（超文本传输协议）用于Web浏览器和Web服务器之间的通信，实现网页的浏览和下载。FTP（文件传输协议）用于在网络上进行文件的上传和下载。常见的应用层协议与服务常见的应用层协议与服务用于电子邮件的发送和接收。SMTP（简单邮件传输协议）用于将域名解析为IP地址，实现网络设备的寻址和定位。DNS（域名系统）VS通过HTTP协议提供网页浏览、文件下载等服务。电子邮件服务通过SMTP、POP3、IMAP等协议提供电子邮件的发送、接收和管理服务。Web服务常见的应用层协议与服务文件传输服务通过FTP、SFTP等协议提供文件的上传、下载和管理服务。要点一要点二远程登录服务通过Telnet、SSH等协议提供远程登录和管理服务。常见的应用层协议与服务安全性增强随着网络安全问题的日益严重，网络应用的安全性也成为了发展的重要趋势之一。应用层需要采取更加严格的安全措施来保护用户数据和隐私安全。移动化随着移动互联网的普及，越来越多的网络应用开始向移动端转移，为用户提供更加便捷的服务体验。云计算化云计算技术的发展使得网络应用可以更加灵活地部署和运行在云端，提高了应用的可用性和可扩展性。智能化人工智能和机器学习技术的应用使得网络应用可以更加智能地响应用户需求，提供更加个性化的服务体验。网络应用的发展趋势06网络安全与管理网络安全是指通过技术、管理和法律手段，保护计算机网络系统及其中的数据、应用和服务免受未经授权的访问、攻击、破坏或篡改的能力。随着互联网的普及和技术的不断发展，网络安全面临着越来越多的挑战，如黑客攻击、恶意软件、网络钓鱼、数据泄露等。网络安全的基本概念网络安全面临的挑战网络安全的基本概念与挑战防火墙是网络安全的第一道防线，它通过设置规则来控制网络数据的流入和流出，防止未经授权的访问和攻击。防火墙技术加密技术通过对数据进行加密来保护数据的机密性和完整性，常见的加密技术包括对称加密、非对称加密和混合加密等。加密技术入侵检测技术能够实时监测网络中的异常行为和攻击，及时发现并应对网络攻击，保障网络的安全。入侵检测技术常见的网络安全技术与方法网络管理的基本概念网络管理是指对计算机网络系统进行规划、设计、实施、监控和维护的过程，以确保网络的正常运行和高效使用。网络管理的功能网络管理的主要功能包括配置管理、故障管理、性能管理、安全管理和计费管理等。网络管理的基本概念与功能网络管理系统