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文档简介
计算机网络与通信本课程将带您深入了解计算机网络和通信的奥秘,从网络协议到网络安全,为您构建坚实的网络知识基础。网络概述互联的设备网络由多个设备组成,例如计算机、手机、服务器等,通过通信线路相互连接。数据传输网络允许设备之间进行数据交换,通过各种协议实现数据的可靠传输。资源共享网络可以共享硬件资源,例如打印机、存储设备,以及软件资源,例如应用程序。网络的定义相互连接的设备集合,用于数据交换。通过通信线路和协议,设备之间共享信息。支持不同类型的数据传输,如文字、图像、音频等。网络分类和特点按范围分类局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)按拓扑结构分类总线型、星型、环型、树型、网状型按传输介质分类有线网络、无线网络按网络协议分类TCP/IP网络、OSI网络计算机网络体系结构网络体系结构是网络设计的蓝图,它描述了网络的组织方式和各组件之间的交互关系。合理的体系结构可以提升网络性能、可靠性和可扩展性,方便网络的管理和维护。OSI参考模型1物理层负责数据在物理介质上的传输,定义了信号的电气特性、机械特性和过程特性。2数据链路层负责在两个相邻节点之间建立、维护和拆除连接,并确保数据帧的可靠传输。3网络层负责数据包在网络中的路由和转发,并提供寻址和数据包分割功能。4传输层负责端到端的连接建立、数据传输和数据流控制,提供可靠的数据传输服务。5会话层负责在应用程序之间建立、管理和终止会话,并提供对话控制功能。6表示层负责数据的格式转换和编码,以及数据的加密和解密,以保证数据在网络传输过程中的安全性和完整性。7应用层负责向用户提供网络服务,包括电子邮件、文件传输、网页浏览等。TCP/IP协议栈传输控制协议(TCP)面向连接的协议,提供可靠的数据传输互联网协议(IP)无连接的协议,负责数据包的路由物理层数据通信基础传输介质、信号编码、数据传输速率数字传输技术脉冲幅度调制(PAM)、脉冲编码调制(PCM)物理层设备集线器、中继器、网卡数据通信基础数据传输数据通信涉及信息的传输,包括数字信号和模拟信号。数字信号由离散的电平表示,而模拟信号则连续变化。通信介质常见的通信介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线电波。每种介质具有不同的特性,如带宽、抗干扰能力和传输距离。编码和调制编码将数据转换为适合传输的信号,而调制则将数字信号转换为模拟信号,以便通过模拟介质传输。数字传输技术1数字信号数据通过数字信号表示,每个信号代表一个离散值。2编码数字信号通过编码转换成适合在物理介质上传输的形式。3调制编码后的数字信号调制到载波信号上,以方便传输。4解调接收端解调信号,恢复原始的数字数据。物理层设备集线器最简单的网络设备,将多个设备连接到同一个网络。交换机学习并记录设备的MAC地址,实现更高效的数据转发。路由器连接不同网络,并根据路由表选择最佳路径转发数据包。数据链路层数据链路层负责在相邻节点之间可靠地传输数据帧,构建局域网。通过MAC地址进行物理寻址,实现网络设备之间的直接通信。帧格式帧头:包含源地址、目标地址、帧类型等信息。数据字段:包含网络层协议数据,例如IP数据报。帧尾:包含CRC校验码,用于检测传输过程中的错误。错误检测和纠正奇偶校验最简单的错误检测方法,通过添加一个额外的奇偶校验位来判断数据是否发生错误。循环冗余校验更强大的错误检测方法,使用多项式除法生成校验码,并能检测出多种类型的错误。纠错码不仅可以检测错误,还能根据校验码修复部分错误,提高数据传输的可靠性。局域网技术以太网以太网是最常见的局域网技术,使用铜缆或光纤进行数据传输。无线局域网无线局域网使用无线电波进行数据传输,提供灵活性和移动性。光纤网络光纤网络使用光纤进行数据传输,提供更高的带宽和更长的传输距离。网络层网络层是计算机网络体系结构中的第三层,负责将数据包从源主机传输到目标主机。它主要负责以下功能:1数据包路由根据网络地址将数据包发送到正确的目的地。2网络地址转换将逻辑地址(IP地址)转换为物理地址(MAC地址)。3数据包分片和重组将过大的数据包拆分成多个数据片,并在目的地进行重组。IP协议互联网协议IP协议是互联网的核心协议,定义了网络层的数据包格式。寻址系统IP地址是用来标识网络和设备的唯一标识符。路由机制IP协议通过路由器来实现数据包在网络中的传递。路由算法1最短路径算法例如Dijkstra算法,寻找网络中两点之间的最短路径,以优化数据传输路线。2距离矢量算法例如RIP协议,每个路由器都维护一个距离矢量,记录到其他路由器的距离,并通过广播方式进行更新。3链路状态算法例如OSPF协议,每个路由器都维护一个完整的网络拓扑图,通过链路状态信息来计算最佳路径。网络层设备路由器连接不同网络,转发数据包,根据路由表决定数据包的最佳路径。交换机连接同一网络的设备,根据MAC地址转发数据包,提高网络传输效率。防火墙控制网络流量,阻止非法访问,保护网络安全,提高数据传输的安全性。传输层传输层是计算机网络体系结构中的第四层,它负责在端到端之间提供可靠的通信服务。端到端通信传输层直接与应用程序进行交互,为它们提供数据传输服务,并负责数据的分段和重组。流量控制传输层负责控制数据传输速率,防止接收端被过多的数据淹没。错误控制传输层确保数据在传输过程中没有丢失或损坏,并负责重传丢失的数据。端到端通信数据流传输层负责将来自应用程序的数据分成数据包,并将其传送到网络层。可靠传输传输层协议确保数据包按顺序到达目的地,并处理数据包丢失或损坏的情况。端口号传输层使用端口号来标识不同的应用程序,以便数据包可以正确地路由到目标应用程序。TCP协议1可靠传输TCP确保数据可靠传递,解决网络丢包问题。2面向连接建立连接才能传输数据,确保可靠通信。3流量控制避免接收方数据缓冲区溢出,提高传输效率。UDP协议无连接UDP不建立连接,数据包直接发送,速度快,适合实时应用。不可靠UDP不保证数据包到达,可能丢失,适合对数据可靠性要求不高的应用。应用层应用层是计算机网络体系结构中最靠近用户的一层,提供各种网络应用程序的服务。电子邮件SMTP,POP3,IMAP网页浏览HTTP,HTTPS文件传输FTP,TFTPDNS域名解析将域名转换为IP地址,方便计算机识别和访问。网络层次结构利用层次结构管理域名,提高域名管理效率。全球分布分布在全球各地的DNS服务器,确保域名解析的快速和稳定性。HTTP浏览器与服务器HTTP协议用于浏览器与服务器之间通信,是现代网络应用的核心。请求与响应浏览器发送请求,服务器返回响应,实现信息交换。协议层HTTP建立在TCP协议之上,提供可靠的数据传输通道。电子邮件协议SMTP简单邮件传输协议,用于发送电子邮件。POP3邮局协议,用于接收电子邮件。IMAP互联网邮件访问协议,用于管理电子邮件。无线及移动网络无线网络是指使用无线电波进行数据传输的网络。移动网络是指使用无线电波进行数据传输的网络,并且能够在移动设备之间进行通信。无线网络的优点灵活性和便携性成本效益覆盖范围广移动网络的优点随时随地连接移动数据传输多种应用服务蜂窝网络覆盖范围蜂窝网络利用多个基站覆盖广阔区域,提供广泛的无线通信服务。频率复用蜂窝网络使用频率复用技术,将有限的无线频谱资源分配给多个用户,提高频谱利用率。移动性用户可以在移动过程中保持连接,系统会自动切换到信号最强的基站。无线局域网无线路由器无线路由器负责将互联网信号转换为无线信号,并将无线信号广播到附近的设备。无线网络适配器大多数笔记本电脑和手机都内置无线网络适配器,用于接收无线信号并连接到互联网。应用场景无线局域网在家庭、办公室、学校、咖啡馆等各种场所广泛应用,方便人们随时随地访问互联网。移动网络标准12GGSM、CDMA、TDMA等技术,主要用于语音通话和短信服务。23GWCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA等技术,提供更高速率的数据传输,支持互联网接入。34GLTE、WiMAX等技术,实现高速率、低延迟的数据传输,支持高清视频通话和在线游戏。45G提供超高速率、超低延迟和高容量的网络服务,支持物联网、自动驾驶等新应用。网络安全网络安全是保护计算机网络和网络资源免受未经授权的访问、使用、披露、破坏、修改或拒绝服务的实践。1数据泄露未经授权访问或披露敏感信息,例如个人数据或商业机密。2恶意软件攻击病毒、蠕虫、木马等恶意软件,可导致数据丢失、系统崩溃或性能下降。3拒绝服务攻击通过向目标系统发送大量请求,使其无法正常提供服务。安全威胁病毒恶意软件,可能导致数据丢失或系统崩溃。黑客攻击未经授权访问网络或数据,可能窃取敏感信息。间谍活动收集信息,用于竞争或政治目的,可能损害国家安全。安全机制防
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