计算机网络谢希仁第版章

计算机网络谢希仁第版章演讲人：日期：计算机网络概述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计算机网络是由若干结点（包括计算机、路由器、交换机等）和连接这些结点的链路组成，用于实现计算机之间通信和数据共享的系统。计算机网络经历了从ARPANET、分组交换网、TCP/IP互联网到当前以IPv6为基础的下一代互联网的发展过程。计算机网络的定义与发展发展历程定义组成计算机网络由硬件（包括计算机、路由器、交换机等）、软件（包括操作系统、网络协议等）和数据（包括文本、图像、音频等）三部分组成。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、总线型等。计算机网络的组成与分类为了保证不同厂商生产的计算机和网络设备能够相互通信，国际标准化组织（ISO）制定了开放系统互连（OSI）参考模型，将网络通信功能划分为七个层次，各层次之间通过协议进行通信。标准化协议是计算机网络中实体之间通信时所必须遵循的规则和约定，包括语法、语义和时序三个要素。常见的网络协议有TCP/IP协议族、HTTP协议、SMTP协议等。协议计算机网络的标准化与协议物理层02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。物理层的主要功能物理层的主要功能包括物理连接的建立、维持和释放，以及物理层数据传输过程中的差错控制、流量控制和同步控制等。物理层与数据链路层的区别物理层与数据链路层的主要区别在于，物理层只关注比特流的传输，而不关心数据的具体内容和格式；而数据链路层则负责将数据封装成帧，并进行差错控制和流量控制等操作。物理层的基本概念数据通信系统的基本组成数据通信系统主要由数据源、发送设备、传输介质、接收设备和数据宿等部分组成。模拟信号是连续变化的电磁波，而数字信号则是离散的二进制序列。在计算机网络中，数字信号的传输更为普遍。调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，而解调则是将模拟信号还原为数字信号的过程。计算机网络中常用的调制方式包括振幅调制、频率调制和相位调制等。多路复用技术是指在同一传输介质上同时传输多路信号的技术，常见的多路复用技术包括频分多路复用、时分多路复用和波分多路复用等。模拟信号与数字信号调制与解调多路复用技术数据通信基础知识物理层设备及其作用中继器：中继器是一种物理层设备，用于扩展网络的传输距离。它接收来自发送端的信号，将其放大或整形后再发送给接收端。集线器：集线器是一种多端口的中继器，它可以将多个设备连接在一起，形成一个星型拓扑结构的局域网。集线器的主要作用是对接收到的信号进行放大和广播，使得所有连接在集线器上的设备都能够接收到该信号。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，并通过网络传输介质发送给其他设备。同时，网卡也负责接收来自网络的数据，并将其转换为计算机能够处理的格式。光纤收发器：光纤收发器是一种将光信号和电信号进行转换的设备。在光纤通信中，发送端将电信号转换为光信号通过光纤进行传输，而接收端则需要将光信号还原为电信号进行处理。光纤收发器就是实现这一转换过程的关键设备之一。数据链路层03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。数据链路层的设备数据链路层的设备主要包括网卡、网桥和交换机等。数据链路层的定义数据链路层是OSI参考模型中的第二层，负责在相邻节点之间建立数据链路，实现数据的可靠传输。数据链路层的基本概念帧同步是指在数据传输过程中，接收方能够正确地识别出每个帧的起始和终止位置。常见的帧同步方法有字节计数法和字符填充法等。帧同步差错控制是指在数据传输过程中，通过采用一定的编码和解码技术，实现对传输错误的检测和纠正。常见的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余检验（CRC）等。差错控制帧同步与差错控制PPP协议PPP协议是一种点对点的数据链路层协议，广泛应用于拨号上网等场景。PPP协议具有简单、灵活和可配置等特点，支持多种网络层协议。HDLC协议HDLC协议是一种高级数据链路控制协议，适用于广域网和局域网等多种网络环境。HDLC协议具有高效、可靠和安全等特点，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数据链路层协议，广泛应用于局域网内部通信。以太网协议具有简单、快速和低成本等特点，支持多种传输介质和拓扑结构。010203数据链路层协议举例网络层04网络层的功能网络层是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。网络层的协议数据单元网络层的数据传输单位是数据包（Packet），每个数据包都包含源地址、目的地址和数据等部分。网络层的设备路由器是网络层的主要设备，用于连接不同的网络，并根据路由表进行数据包的转发。网络层的基本概念路由选择算法与路由协议常见的路由协议包括RIP、OSPF、BGP等，它们分别适用于不同的网络规模和场景，具有不同的特点和优缺点。常见的路由协议路由选择算法是网络层的核心，用于确定数据包从源地址到目的地址的最佳路径。常见的路由选择算法包括最短路径算法、洪泛算法等。路由选择算法静态路由是手动配置的路由，适用于简单和稳定的网络环境；动态路由则是通过路由协议自动学习和更新路由信息，适用于复杂和动态的网络环境。静态路由与动态路由要点三IPv4协议IPv4是互联网协议（IP）的第四版，也是第一个广泛使用的协议。它使用32位地址，提供了约43亿个唯一地址，但由于互联网的快速发展，IPv4地址已经耗尽。要点一要点二IPv6协议IPv6是互联网协议的第六版，用于替代IPv4。它使用128位地址，提供了几乎无限的唯一地址空间，同时增强了安全性和移动性支持。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的平滑过渡，出现了多种过渡技术，如双栈技术、隧道技术和协议转换技术等。这些技术可以在不中断现有网络服务的情况下逐步实现向IPv6的迁移。要点三IPv4与IPv6协议传输层05VS传输层是计算机网络体系结构中的关键一层，它负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。传输层的主要功能包括寻址与端口、连接管理、数据分段与重组、流量控制与拥塞控制等。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提供面向连接的、可靠的服务，而UDP提供无连接的、不可靠的服务。传输层的功能传输层的基本概念010203TCP连接建立与释放TCP通过三次握手建立连接，四次挥手释放连接。在建立连接时，客户端向服务器发送连接请求报文段，服务器同意连接请求后，双方进入数据传送阶段；在释放连接时，双方都会发送确认报文段。TCP可靠传输TCP通过确认和重传机制、流量控制和拥塞控制等机制实现可靠传输。确认和重传机制可以确保数据能够正确到达目的地，流量控制可以避免发送方发送速率过快而导致接收方来不及处理，拥塞控制可以避免网络拥塞。TCP报文段格式TCP报文段分为首部和数据两部分。首部固定20字节，包括源端口、目的端口、序号、确认号、数据偏移、保留字段、控制位等信息；数据部分是TCP传送的数据。TCP协议详解UDP在传送数据前不需要先建立连接，远地主机的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。因此，UDP是一种无连接的服务。UDP用户数据报分为首部和数据两部分。首部固定8字节，包括源端口、目的端口、长度和检验和等信息；数据部分是UDP传送的数据。由于UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低，这对某些实时应用是很重要的。很多的实时应用（如远程手术、实时视频会议等）要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。因此，UDP适合应用在实时应用中。UDP无连接服务UDP报文格式UDP应用场景UDP协议详解应用层06123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和应用程序接口。应用层概述应用层协议定义了网络应用程序之间通信的规则和格式，如HTTP、FTP、SMTP等。应用层协议端口号是应用层协议用来标识不同应用程序的，每个应用程序都有一个唯一的端口号。端口号应用层的基本概念DNS概述DNS域名采用层次结构，由多个标签组成，每个标签之间用点号分隔。DNS域名结构DNS解析过程DNS解析过程包括递归查询和迭代查询两种方式，最终将域名解析为对应的IP地址。DNS是域名系统的缩写，是一个分布式数据库，用于将用户可读的域名转换为计算机可读的IP地址。DNS域名系统详解HTTP是超文本传输协议的缩写，是一种应用层协议，用于Web