【大学课件】网络通信的工作原理

网络通信的工作原理通信的基本概念1信息传递通信是指将信息从一个地方传递到另一个地方的过程。2信息源与信息接收者通信系统包括信息源、信息接收者、信息传输通道等。3通信媒介信息通过通信媒介进行传输，例如电磁波、光纤等。数字通信基础数字信号使用二进制编码表示信息，例如0和1。数字通信传输的是数据，如文本、音频、视频等。数字通信系统通常基于网络结构，例如互联网。数字信号和模拟信号模拟信号模拟信号是连续变化的，其幅度和频率可以取任何值。例如，声音信号和光信号都是模拟信号。数字信号数字信号是离散的，其幅度和频率只能取有限个值。数字信号通常由二进制码表示，例如，0和1。编码与解码信息转换将信息转换为机器可识别的形式，如二进制代码。数据压缩减少数据量，提高传输效率。错误检测在传输过程中检测并纠正错误。信道与噪声噪声信道中干扰信号的总称。衰减信号强度随距离增加而衰减。多径传播信号经过不同路径到达接收端，造成信号叠加或抵消。通信系统的基本组成信息源产生要传输的信息,例如语音、数据或视频。发送器将信息转换成适合传输的信号形式。信道信号传输的介质，例如电缆、光纤或无线电波。接收器接收信号并将其还原成原始信息。信号的传输方式1数字信号以数字形式表示的信号2模拟信号以连续变化的形式表示的信号有线通信技术同轴电缆中心导体周围包裹绝缘层，外层金属编织屏蔽，抗干扰性强，用于有线电视、网络等。双绞线两根绝缘导线互相缠绕，减少信号干扰，成本低廉，应用广泛，如电话线、局域网。光纤利用光波传输信号，带宽大，传输速率高，抗干扰能力强，用于高速网络、长距离通信。无线通信技术电磁波传输无线通信利用电磁波在空气中传播信息，无需物理线路连接。灵活性和便利性无线通信方便移动用户，不受地理位置限制，方便快捷。多种技术无线通信包括多种技术，如蓝牙、Wi-Fi、蜂窝移动通信等。物理层的作用和功能1传输比特流物理层负责将数据从源节点的物理层传送到目的节点的物理层，以比特流的形式传输。2定义介质和接口物理层定义了传输介质的类型，例如双绞线、同轴电缆、光纤等，并定义了介质上的接口标准。3提供机械特性、电气特性、功能特性和过程特性物理层负责定义网络设备的物理接口，包括机械特性、电气特性、功能特性和过程特性，以确保设备之间的互连和通信。数据链路层的作用和功能帧封装数据链路层将来自网络层的数据封装成帧，并添加帧头和帧尾，以进行物理层的传输。介质访问控制数据链路层负责管理共享介质的访问，确保不同设备之间的数据传输不会发生冲突。错误检测数据链路层使用校验和、CRC等机制来检测传输过程中出现的错误。网络层的作用和功能逻辑寻址网络层负责管理网络中的主机和路由器之间的通信，并为每个设备分配一个逻辑地址，即IP地址。路由选择网络层负责确定数据包从源主机到目标主机的最佳路径，并根据路由表进行路由选择。数据报封装网络层将上层的数据封装成数据报，并添加网络层报头信息，以便在网络中传输。传输层的作用和功能提供端到端的连接，负责在不同主机之间建立和维护连接。负责数据传输，确保数据完整性和可靠性，并进行数据流的控制和管理。提供数据安全保障，例如数据加密、数据完整性校验等。应用层的作用和功能用户接口提供用户可理解的界面，例如网页浏览器、邮件客户端等。数据格式化将数据转换为特定格式，例如文本、图像、视频等。应用协议定义各种应用的通信规则，例如HTTP、SMTP、FTP等。协议的分层结构1应用层提供用户服务2传输层端到端通信3网络层逻辑寻址4数据链路层物理寻址5物理层传输比特流OSI参考模型和TCP/IP参考模型OSI参考模型和TCP/IP参考模型是两种常见的网络体系结构模型。OSI模型是一个理论上的模型，它将网络通信分为七层，每一层负责特定的功能。TCP/IP模型是一个实际应用的模型，它将网络通信分为四层。OSI模型更全面，它定义了网络通信的各个方面，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。TCP/IP模型更简洁，它只定义了四个层：网络接口层、网络层、传输层和应用层。IP地址和子网划分IP地址是用来识别网络中的计算机或设备的唯一地址。IP地址是全球唯一的，它就像人的身份证一样，在网络中起到识别身份的作用。子网划分将一个大的网络划分为多个小的子网络，每个子网络都有自己的IP地址范围和子网掩码。子网划分可以提高网络效率，简化网络管理，并提高网络安全性。路由技术数据包转发路由器根据数据包的目的地地址，选择最佳路径转发数据包。路由表维护路由器维护一个路由表，记录网络中的不同路径和对应的距离信息。动态路由协议路由器使用动态路由协议，不断更新路由表，以适应网络拓扑的变化。网络拓扑结构网络拓扑结构是指网络中各节点（如计算机、路由器、交换机等）之间的物理连接方式。它描述了网络中设备的物理布局和连接关系，影响着网络的性能、可靠性和扩展性。交换技术1电路交换在通信之前建立一条专用的物理连接，数据传输结束后释放连接，适合实时性要求高的应用。2报文交换将数据分成报文，逐个报文传输，报文到达目的地后重新组装，适合短报文和非实时性应用。3分组交换将数据分割成数据包，通过网络路由传输，到达目的地后重组，适合各种类型数据的传输。多路复用技术定义多路复用技术是指在一条物理信道上，通过某种复用方式，实现多路信号的传输。目的提高信道利用率，降低通信成本。类型常用的多路复用技术包括频分复用、时分复用、码分复用等。调制与解调技术信号调制将数字信号转换为模拟信号，以便在无线信道中传输。信道传输模拟信号通过无线信道进行传输，例如电磁波。信号解调接收端将模拟信号转换回数字信号，以便进行数据处理。信道编码技术增加数据可靠性通过添加冗余信息，即使在传输过程中出现错误，也能恢复原始数据。提高抗干扰能力编码后的信号具有更强的抗干扰能力，即使在噪声较大的信道中也能准确传输。提高传输效率通过选择合适的编码方案，可以提高信道容量和数据传输速率。网络安全技术防火墙阻止来自网络的未授权访问。防病毒软件检测和阻止恶意软件。数据加密保护敏感信息。网络性能分析5指标3工具1方法2目标网络性能分析可以帮助我们识别网络瓶颈，优化网络性能，并确保网络的可靠性和稳定性。通过性能分析，可以优化网络配置，提高网络效率。网络故障诊断1识别故障使用网络监控工具和日志分析，识别网络性能下降或连接中断等问题。2定位故障通过ping测试、traceroute等工具，确定故障点的位置，并了解网络故障的具体原因。3解决故障根据故障原因，采取相应的措施，例如重新配置设备、修复线路、更新软件等，恢复网络正常运行。网络优化和维护1性能优化提升网络吞吐量、降低延迟2安全维护防御攻击，保障网络安全3故障诊断快速定位故障，及时修复网络通信的发展趋势1高速率随着科技的进步，网络通信速度不断提升，例如5G技术的普及以及光纤网络的应用。2智能化人工智能、物联网等技术的应用使得网