计算机网络的原理

计算机网络的原理演讲人：日期：CATALOGUE目录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计算机网络概述01定义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，在软件支持下实现资源共享和数据通信的系统。发展历程从20世纪60年代的ARPANET到如今的Internet，计算机网络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

计算机网络的基本组成网络硬件包括计算机、通信设备、传输介质等。网络软件包括网络操作系统、网络协议、网络管理软件等。网络资源包括数据、软件、硬件等共享资源。123局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。按地理范围分类有线网络、无线网络。按传输介质分类星型网络、总线型网络、环型网络、网状网络等。按网络拓扑结构分类计算机网络的分类计算机网络体系结构02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。物理层负责将比特组合成字节，再将字节组合成帧，使用链路层地址（以太网使用MAC地址）来访问介质，并进行差错检测。数据链路层负责将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。网络层OSI七层模型ABCDOSI七层模型传输层提供端到端的通信服务，确保数据在发送方和接收方之间的可靠传输。表示层负责对来自应用层的数据进行编码和转换，以确保发送方和接收方之间的数据格式一致。会话层负责建立、管理和终止会话。应用层为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。TCP/IP四层模型网络接口层应用层网络层传输层对应于OSI的物理层和数据链路层，负责数据的传输和接收。对应于OSI的网络层，负责将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。对应于OSI的传输层，提供端到端的通信服务，确保数据在发送方和接收方之间的可靠传输。对应于OSI的会话层、表示层和应用层，为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。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。负责将比特组合成字节，再将字节组合成帧，使用链路层地址（以太网使用MAC地址）来访问介质，并进行差错检测。负责将网络地址翻译成对应的物理地址，并决定如何将数据从发送方路由到接收方。该层协议包括IP、ICMP、IGMP等。提供端到端的通信服务，确保数据在发送方和接收方之间的可靠传输。该层协议包括TCP、UDP等。为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口。该层协议包括HTTP、FTP、SMTP、DNS等。数据链路层传输层应用层网络层五层协议体系结构物理层03物理层的主要功能为数据端设备提供传送数据的通路；传输数据，物理层要形成适合数据传输需要的实体，为数据传送服务。物理层的定义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，实现比特流的透明传输。物理层的服务物理层向数据链路层提供服务，其主要服务包括物理连接、物理服务数据单元传输、物理层管理等。物理层的基本概念数据通信系统的模型01包括信源、信宿、信道、发送设备、接收设备等部分，描述了数据通信的基本过程。模拟信号与数字信号02模拟信号是连续变化的电磁波，数字信号则是离散的电信号。计算机内部处理的是数字信号，而传输时通常需要将数字信号转换为模拟信号进行传输。调制与解调03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。常见的调制方式有振幅调制、频率调制和相位调制等。数据通信基础知识物理层设备主要包括中继器、集线器等，用于扩展网络距离和连接多个设备。传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等，用于在设备之间传输数据。工作方式物理层设备通过接口与数据链路层设备进行连接，实现数据的传输和接收。在传输过程中，物理层设备会对信号进行放大、整形等处理，以确保信号的稳定传输。同时，物理层设备还会对传输介质进行管理，如检测介质故障、维护介质连接等。物理层设备与工作方式数据链路层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，通过建立数据链路连接，进行可靠的数据传输。数据链路层的定义数据链路层的主要功能包括数据链路连接的建立、维持和释放，以及数据帧的传输和流量控制、差错控制等。数据链路层的功能数据链路层的设备主要包括网卡、网桥和交换机等。数据链路层的设备数据链路层的基本概念流量控制是数据链路层的一项重要功能，用于防止发送方发送数据的速率超过接收方的处理能力，从而避免数据丢失或溢出。常见的流量控制方法包括停止-等待协议、滑动窗口协议等。流量控制差错控制是数据链路层的另一项重要功能，用于在数据传输过程中检测和纠正错误。常见的差错控制方法包括奇偶校验、循环冗余校验（CRC）等。差错控制流量控制与差错控制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、灵活、可配置等优点，支持多种网络层协议。HDLC协议HDLC（High-LevelDataLinkControl）协议是一种高级数据链路控制协议，主要用于广域网中的数据传输。HDLC协议具有高效、可靠、安全等特点，支持多种数据传输模式。以太网协议以太网协议是一种局域网中的数据链路层协议，广泛应用于企业、学校等场景。以太网协议具有简单、高效、可扩展等优点，支持多种传输介质和传输速率。数据链路层协议举例网络层0503IP协议的作用IP协议是网络层的主要协议，负责为网络上的主机分配IP地址，实现主机之间的通信。01网络层的功能网络层是OSI七层模型中的第三层，主要负责数据包的路由和转发，实现不同网络之间的通信。02路由器的工作原理路由器是网络层的核心设备，根据路由表信息进行数据包的转发和路由选择。网络层的基本概念静态路由与动态路由静态路由是手动配置的路由信息，而动态路由是通过路由协议自动学习和更新路由信息。常见的路由协议常见的路由协议包括RIP、OSPF、BGP等，分别适用于不同规模和类型的网络。路由选择算法常见的路由选择算法包括最短路径算法、洪泛算法、距离矢量算法等，用于确定数据包从源主机到目的主机的最佳路径。路由选择算法与路由协议IPv4与IPv6地址结构IPv4地址由32位二进制数表示，分为4个字节，每个字节之间用点分隔。IPv4地址分为五类，分别是A、B、C、D、E类。IPv6地址结构IPv6地址由128位二进制数表示，采用16进制表示法，分为8组，每组之间用冒号分隔。IPv6地址具有更大的地址空间和更高的安全性。IPv4与IPv6的过渡技术为了解决IPv4地址耗尽的问题和实现向IPv6的过渡，出现了多种过渡技术，如双栈技术、隧道技术、NAT技术等。IPv4地址结构传输层06010203传输层的功能传输层是计算机网络体系结构中的关键层次之一，主要负责向两个主机中运行的应用进程提供通信服务。它使用网络层提供的服务，将应用层的数据报文封装成传输层的数据报文，并通过网络层进行传输。端口的概念端口是传输层协议用来识别应用进程的标识，不同的应用进程通过不同的端口号进行区分。端口号是一个16位的数字，其取值范围是0~65535。传输层协议传输层主要有两个协议，分别是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。TCP协议提供面向连接的、可靠的数据传输服务，而UDP协议则提供无连接的、不可靠的数据传输服务。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。它在通信过程中管理数据段的排序和流量控制，以确保数据能够可靠地传输到目标主机。TCP协议的特点TCP的连接建立过程包括三次握手，即SYN、SYN+ACK和ACK三个步骤。在连接建立之后，TCP协议就可以开始进行数据传输了。TCP的连接建立过程TCP协议将数据分成一个个数据段进行传输，每个数据段都包含一个序号和确认号，以确保数据的顺序和完整性。在数据传输过程中，TCP协议还使用滑动窗口机制进行流量控制和拥塞控制。TCP的数据传输过程TCP的连接释放过程包括四次挥手，即FIN、ACK、FIN和ACK四个步骤。在连接释放之后，TCP协议将释放相关的资源。TCP的连接释放过程TCP协议详解要点三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通信协议。它不保证数据的可靠传输，也不进行数据的排序和流量控制。要点一要点二UDP的数据传输过程UDP协议将数据打包成一个个数据报进行传输，每个数据报都包含发送端和接收端的端口号以及数据报的长度。在数据传输过程中，UDP协议不进行数据的确认和重传，因此可能会出现数据丢失或乱序的情况。UDP的应用场景由于UDP协议具有简单、高效的特点，因此它通常被用于一些实时性要求较高或者对数据传输可靠性要求不高的应用场景，如音视频通话、实时游戏等。要点三UDP协议详解应用层07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等。常见的应用层协议有HTTP、FTP、SMTP、DNS等，分别用于Web浏览、文件传输、电子邮件和域名解析等。应用层的基本概念DNS域名系统是一种分布式数据库，用于将用户可读的域名转换为计算机可读的IP地址。DNS解析过程包括递归查询和迭代查询两种方式，通常由本地DNS服务器发起查询请求。DNS服务器之间通过高速缓存和相互协作，实现域名解析的高效和可靠性。DNS域名系统解析过程HTTP协议详解及Web应用HTTP协议是一种无状态的、基于请求/响