《计算机网络教学》课件

《计算机网络》课件本课件旨在介绍计算机网络的基础知识，涵盖网络体系结构、网络协议、网络设备等方面。课程介绍课程目标帮助学生理解计算机网络的基本原理，掌握网络协议和相关技术。课程内容涵盖网络体系结构、物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层等。教学方式课堂讲授、案例分析、实验操作相结合，培养学生实践能力。参考资料推荐教材和相关书籍，供学生深入学习。1.计算机网络概述计算机网络是现代社会必不可少的组成部分，连接了世界各地的人们和设备。计算机网络技术的发展深刻改变了人们的生活和工作方式，推动了信息时代的到来。1.1什么是计算机网络连接设备计算机网络将多个计算机连接在一起，形成一个整体。共享资源网络用户可以共享网络上的资源，如文件、打印机、数据库等。信息传递通过网络，用户可以方便地相互发送信息，如电子邮件、视频通话等。1.2计算机网络的基本组成主机主机是计算机网络的核心部分，负责数据处理、存储和传输。通信线路通信线路是连接不同主机或网络设备的物理通道，用于数据传输。网络设备网络设备包括交换机、路由器等，负责网络连接、数据转发和网络管理。网络协议网络协议定义了网络数据传输和通信规则，确保不同网络设备之间的数据交互顺利进行。1.3计算机网络的分类按网络规模分类按网络规模，可将计算机网络分为广域网（WAN）、局域网（LAN）和个人区域网（PAN）。广域网跨越地理范围广，连接城市、国家甚至全球不同地点的计算机，例如互联网。按拓扑结构分类按拓扑结构，可将计算机网络分为总线型、星型、环型、树型和网状型。每种拓扑结构都有不同的特点，例如总线型结构简单易于安装，星型结构易于管理，环型结构数据传输效率高。2.物理层物理层是计算机网络中最底层，负责数据在网络介质上的传输。它定义了网络设备之间的物理连接方式、信号编码和传输介质等。2.1物理层的作用11.传输数据物理层负责将数据比特流转换为电信号或光信号，并在网络介质上传输。数据以比特流的形式在物理层传输，物理层为其他层提供数据传输的物理通路。22.定义数据传输方式物理层定义数据传输的具体方式，例如同步/异步传输、串行/并行传输、单工/半双工/全双工传输等。物理层还定义数据编码方式，例如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。33.定义数据传输介质物理层规定网络中使用的物理介质，例如双绞线、同轴电缆、光纤等。不同类型的介质具有不同的传输速率、传输距离和抗干扰能力。44.定义接口特性物理层定义了网络设备之间连接的接口特性，例如电气特性、机械特性、过程特性和功能特性。2.2物理层的常用信号传输方式模拟信号传输模拟信号直接传输，例如电话线上的声音信号。数字信号传输数字信号经过数字化后传输，例如网络数据。调制解调器将数字信号转换为模拟信号，反之亦然。2.3传输介质及其特性传输介质是数据在网络中传输的物理通道。不同的传输介质具有不同的特性，例如带宽、传输距离、抗干扰能力等。常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线电波。双绞线价格低廉，但传输距离有限；同轴电缆传输距离较远，但抗干扰能力较差；光纤带宽高，抗干扰能力强，但价格昂贵；无线电波传输距离远，但易受环境干扰。双绞线同轴电缆光纤无线电波3.数据链路层数据链路层位于物理层之上，网络层之下。数据链路层负责在相邻节点之间可靠地传输数据。3.1数据链路层的作用将比特组装成帧数据链路层将来自网络层的IP数据报封装成帧，并在帧首部添加控制信息，如帧起始符、帧结束符、地址信息等。通过帧的封装和传输，实现数据在物理介质上的传输。提供可靠的数据传输数据链路层负责在相邻节点之间进行可靠的数据传输，通过差错控制和流量控制，确保数据完整性和可靠性。使用差错检测机制，识别和纠正数据传输过程中的错误，提高数据传输的可靠性。3.2帧格式和差错检测帧格式帧是数据链路层传输数据的基本单位，包含帧头、数据字段和帧尾等部分，用于标识数据类型和顺序。差错检测为了保证数据的完整性和可靠性，数据链路层使用校验码进行差错检测，如CRC校验等，保证数据在传输过程中没有损坏。差错控制对于检测到的错误，数据链路层采用重传机制进行差错控制，确保数据正确无误地传递。3.3常见的数据链路层协议11.以太网协议目前最常用的局域网协议，使用CSMA/CD访问控制机制。22.令牌环协议使用令牌传递方式，保证网络中只有一个设备发送数据。33.FDDI协议光纤分布式数据接口，使用双环结构，提供更高的带宽和可靠性。44.PPP协议点对点协议，广泛应用于拨号网络和无线网络。网络层网络层是计算机网络体系结构中的核心层之一。它负责将数据包从源主机传递到目标主机，并提供逻辑地址寻址和路由功能。4.1网络层的作用路由选择网络层负责将数据包从源主机传送到目的主机，选择最佳路径进行传输。数据包转发网络层将数据包封装成数据报，根据目的地址进行转发，确保数据包在网络中正确传递。网络地址转换网络层可以进行网络地址转换，将私有地址转换为公网地址，保护内部网络的安全。4.2IP地址及其分类IP地址类型描述示例IPv432位地址，使用点分十进制表示IPv6128位地址，使用十六进制表示2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:73344.3路由算法1路由算法作用路由算法是网络层的重要组成部分，用于确定数据包从源节点到目标节点的最佳路径。2常见路由算法距离矢量路由算法链路状态路由算法3路由算法比较距离矢量路由算法计算速度快，但收敛速度慢；链路状态路由算法计算速度慢，但收敛速度快。5.传输层传输层是计算机网络体系结构中的第四层。它负责在两个主机之间建立、维护和释放连接，并为上层应用提供可靠的数据传输服务。5.1传输层的作用数据传输传输层负责将应用程序数据分成数据段，并在不同主机之间的进程间进行数据传输。端到端连接传输层建立和维护主机之间应用程序之间的连接，提供可靠的数据传输服务，保证数据完整性和顺序到达。流量控制传输层通过流量控制机制来调节数据传输速度，防止接收方缓冲区溢出，确保数据传输的效率。拥塞控制传输层通过拥塞控制机制来管理网络资源，防止网络拥塞，提高网络效率和性能。5.2TCP和UDP协议TCPTCP是一种面向连接的协议，提供可靠的数据传输服务。它通过三次握手建立连接，并使用序号、确认机制和超时重传等技术来确保数据传输的可靠性。TCP主要用于需要高可靠性的应用，例如文件传输、网页浏览等。UDPUDP是一种无连接的协议，提供不保证可靠性的数据传输服务。它不需要建立连接，数据包直接发送到接收方，不进行序号、确认和重传处理。UDP主要用于不需要高可靠性但需要快速传输的应用，例如视频流、语音通话等。5.3流量控制和拥塞控制流量控制流量控制用于防止发送方发送数据过快，导致接收方无法处理。它确保数据在网络中平稳传输，防止网络拥塞。拥塞控制拥塞控制用于防止网络中过多的数据包，导致网络性能下降。它通过调节数据发送速率来缓解网络拥塞，确保网络的稳定运行。常见方法流量控制和拥塞控制有许多常见方法，例如滑动窗口、慢启动、拥塞避免等等，这些方法根据网络环境和协议进行选择和应用。6.应用层应用层是计算机网络体系结构的最高层，它直接为用户提供服务。应用层协议定义了应用程序之间如何进行通信，例如电子邮件、网页浏览、文件传输等。6.1应用层协议概述电子邮件协议SMTP用于发送电子邮件，POP3和IMAP用于接收电子邮件。Web协议HTTP用于从Web服务器检索网页，HTTPS提供安全连接。文件传输协议FTP用于在网络上传输文件，TFTP用于简单文件传输。即时通讯协议QQ和微信等即时通讯工具使用专有协议进行通信。6.2常见的应用层协议1HTTP协议超文本传输协议，主要用于网页传输。该协议定义了客户端如何向服务器请求网页，以及服务器如何响应请求。2FTP协议文件传输协议，用于在网络中传输文件。该协议定义了客户端如何向服务器请求文件，以及服务器如何响应请求。3SMTP协议简单邮件传输协议，用于发送电