《计算机网络体系》课件

计算机网络体系课程大纲计算机网络概述网络的定义、分类、发展历程以及网络的组成部分。网络体系结构OSI参考模型、TCP/IP协议族、协议分层以及各层的功能。物理层传输介质、信号编码、调制解调、接入技术。数据链路层帧格式、MAC地址、流量控制、差错检测。计算机网络概述计算机网络是指将地理位置分散的计算机系统通过通信线路互连起来，并通过网络协议实现数据交换和资源共享的系统。计算机网络是现代信息社会的基础设施，在人们的工作、生活和学习中发挥着越来越重要的作用。计算机网络的应用范围非常广泛，包括：互联网、企业内部网、无线网络、物联网等。物理层传输媒体物理层定义了网络中数据传输的物理介质,包括双绞线、同轴电缆、光纤等。信号编码物理层将数据转换为电信号或光信号进行传输,常见的编码方式包括曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。接口标准物理层还规定了网络设备之间的物理连接接口标准,如RJ-45接口、SC接口等。数据链路层1帧数据链路层将来自网络层的数据封装成帧，并在帧首部和尾部添加控制信息。2MAC地址数据链路层使用MAC地址来标识网络中的每个设备，以便数据能够在网络中正确地传输。3错误检测数据链路层负责检测数据传输过程中的错误，并采取措施来纠正错误，确保数据完整性。4流量控制数据链路层负责控制数据传输的速度，以防止发送方发送过快的数据，导致接收方无法处理。网络层1数据包路由将数据包从源主机路由到目标主机。2网络地址转换将私有地址转换为公共地址。3网络拥塞控制防止网络过载。传输层1进程间通信提供端到端数据传输2流量控制防止接收方过载3拥塞控制缓解网络拥塞应用层1应用进程用户使用程序2应用层协议定义应用进程如何通信3传输层提供端到端服务应用层是网络体系结构中最靠近用户的一层，它为用户提供各种网络服务。应用层协议定义了应用进程如何通信，例如HTTP协议用于Web浏览，SMTP协议用于电子邮件发送，FTP协议用于文件传输。应用层建立在传输层之上，并通过传输层提供的端到端服务来实现通信。应用层协议为用户提供了一种抽象的网络视图，屏蔽了底层网络的复杂性。网络协议定义网络中不同设备之间通信的规则和标准。确保数据在不同网络之间正确传输和理解。允许不同类型的设备进行互操作，例如计算机、手机和服务器。TCP/IP协议族互联网核心协议TCP/IP协议族是互联网的核心协议，负责网络中的数据传输和通信。分层结构TCP/IP协议族采用分层结构，将网络功能划分为不同的层次，各层之间通过协议进行通信。重要协议包括TCP、IP、UDP、HTTP、FTP等，用于实现各种网络应用。OSI参考模型物理层传输比特流。数据链路层将比特流组织成帧并负责帧在节点之间的可靠传输。网络层负责逻辑地址寻址和路由。传输层提供端到端的可靠数据传输。会话层建立、管理和终止两个应用程序之间的会话。表示层处理数据格式、加密和压缩。应用层提供用户应用程序与网络之间的接口。物理媒体双绞线双绞线是使用最广泛的一种传输介质。它由两根互相绝缘的导线并排绞合在一起组成。绞合可以减少电磁干扰，提高抗干扰能力。同轴电缆同轴电缆由一根中心导线和一根同心圆柱形导体外壳组成，两者之间填充绝缘材料。同轴电缆可以传输较高的频率信号，并具有较强的抗干扰能力。光纤光纤由一根纤细的玻璃或塑料纤维组成，利用光波来传输数据。光纤具有传输带宽大、抗干扰能力强、损耗小等优点，是目前最先进的传输介质。无线电波无线电波是利用电磁波来传输数据。无线电波传输不受线路限制，但传输距离有限，容易受到干扰。信号传输1数字信号计算机网络使用数字信号进行数据传输。2模拟信号数字信号需要转换为模拟信号才能在物理介质上传输。3调制解调调制将数字信号转换为模拟信号，解调将模拟信号转换为数字信号。编码与调制编码将数据转换成适合传输的信号形式。调制将数字信号转换成模拟信号以便在物理信道上传输。接入技术有线接入技术常用的有线接入技术包括以太网、光纤、同轴电缆等，它们提供高速、稳定的网络连接。无线接入技术无线网络技术包括Wi-Fi、蓝牙、蜂窝网络等，它们为用户提供了移动性和灵活性的网络连接方式。局域网技术以太网最常见的局域网技术，使用铜缆或光纤进行数据传输。无线局域网通过无线信号进行数据传输，使用Wi-Fi技术，方便移动设备接入。广域网技术覆盖范围广连接不同地理位置的网络，跨越城市、省份甚至国家。连接方式多样包括电话线、光纤、卫星等多种传输介质。传输速率较低受限于长距离传输的物理特性，带宽相对较低。交换技术电路交换在通信之前建立一条专用的物理连接。分组交换将数据分成数据包，在网络中独立传输。报文交换整个报文作为一个整体，在网络中传输。路由协议RIP路由信息协议，使用距离向量算法OSPF开放式最短路径优先协议，使用链路状态算法BGP边界网关协议，用于互联网骨干网路由IPv4地址32位4字节2^32地址IPv6地址UnicastMulticastAnycastIPv6地址采用128位地址长度，提供更大的地址空间，可以满足未来互联网的地址需求。寻址与路由网络地址每个网络设备都有唯一的网络地址，用于标识其在网络中的位置。路由器路由器根据网络地址，将数据包从源节点转发到目标节点。路由表路由器使用路由表来存储网络地址和对应的下一跳信息。流量控制与拥塞避免流量控制发送方根据接收方的处理能力，控制数据发送速度，防止接收方被淹没。拥塞避免网络节点检测拥塞状况，采取措施避免拥塞，例如降低数据传输速率。传输层协议TCP面向连接,可靠传输,顺序传输UDP无连接,不可靠传输,不保证顺序应用层协议HTTP用于网页浏览，负责在客户端和服务器之间传输网页内容。FTP用于文件传输，提供上传和下载文件的功能。SMTP用于电子邮件发送，负责将邮件从发送者传递到接收者的邮件服务器。POP3/IMAP用于电子邮件接收，负责从邮件服务器接收电子邮件到客户端。网络安全网络安全是指保护网络及其相关资源免受未经授权的访问、使用、泄露、破坏、修改或中断。网络安全的重要性日益增长，因为越来越多的个人、组织和政府依赖网络来进行日常生活和业务运营。网络攻击与防御恶意软件攻击病毒、木马、蠕虫等恶意软件可损害系统或窃取数据。拒绝服务攻击通过大量请求使服务器过载，使其无法正常响应合法用户的请求。网络钓鱼通过伪造电子邮件或网站来欺骗用户泄露个人信息。网络安全措施防火墙、入侵检测系统、反病毒软件等可有效防御网络攻击。未来网络发展未来网络发展方向，主要包括：1.**5G及Beyond5G**：超高速率、超低时延、超高连接密度、超低功耗，赋能万物互联。2.**边缘计算**:将计算资源部署在网络边缘，实现低时延、高可靠性，支撑AR/VR等新兴应用。3.**网络虚拟化与软件定义网络**:实现网络资源的动态分配和灵活管理，提高网络效率和安全性。4.**人工智能与网络**:利用AI技术，实现网络自学