计算机网络技术基础课件,高等教育出版社,第

计算机网络技术基础本课程将介绍计算机网络技术的基础知识，涵盖网络的基本概念、组成、拓扑结构、分类、协议标准化、OSI参考模型、TCP/IP参考模型、各层的功能、常用协议等内容。通过学习本课程，你将掌握计算机网络的基础知识，为进一步学习网络技术打下坚实基础。计算机网络的基本概念定义计算机网络是指将geographically分散的计算机系统通过通信线路和通信设备连接在一起，并按照一定的协议实现数据交换和资源共享的系统。特点资源共享、数据通信、分布式处理、高可靠性、可扩展性。计算机网络的组成计算机网络中的节点，负责数据处理和存储。通信线路用于连接网络节点的物理介质，负责数据传输。网络设备负责数据转发和网络管理，如路由器、交换机、网卡等。网络软件负责网络管理和数据通信，如操作系统、网络协议栈等。计算机网络的拓扑结构总线型所有节点连接到一条公共传输介质上，数据在介质上传播，所有节点都能接收到数据。价格低廉，但容易发生冲突，效率较低。星型所有节点都连接到一个中央节点，数据通过中央节点进行转发。便于管理，但依赖中央节点，若中央节点故障，则整个网络瘫痪。环型所有节点连接成一个闭合环，数据沿环进行传播。可靠性高，但效率较低，需要特殊的传输协议。树型以层次结构的方式连接节点，层级越高，节点数量越少。易于管理，但成本较高，需要特殊的路由算法。网状型多个节点之间有多条连接，形成网络网状结构，可靠性高，但成本高，管理复杂。计算机网络的分类按地理范围局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）。按传输介质有线网络、无线网络。按网络拓扑总线型、星型、环型、树型、网状型。按网络协议TCP/IP网络、OSI网络。网络协议与标准化1协议的概念网络协议是一套规则，定义了网络设备之间进行数据交换的格式、顺序和时序。它使不同类型的网络设备能够互相通信，并保证数据的完整性和可靠性。2标准化的意义网络协议的标准化有利于实现不同设备之间的互联互通，促进网络技术的快速发展，提高网络效率和安全性。3常见网络标准化组织IEEE、ISO、ITU-T、IETF等。OSI参考模型1应用层为用户提供网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。2表示层负责数据格式的转换和编码，确保不同系统之间的数据兼容性。3会话层负责建立、管理和终止网络连接，控制数据传输的顺序和时序。4传输层负责数据的可靠传输，提供流量控制和差错控制机制。5网络层负责数据的路由和寻址，选择最佳路径将数据发送到目标节点。6数据链路层负责数据在相邻节点之间的传输，提供流量控制和差错控制机制。7物理层负责数据的物理传输，定义了数据传输的介质和传输方式。TCP/IP参考模型应用层为用户提供网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。传输层负责数据的可靠传输，提供流量控制和差错控制机制。网络层负责数据的路由和寻址，选择最佳路径将数据发送到目标节点。网络接口层负责数据在网络介质上的物理传输，对应OSI模型的物理层和数据链路层。物理层物理层的基本概念物理层是最底层，负责数据的物理传输，定义了数据传输的介质、传输方式和信号编码等。物理层的主要功能定义数据在网络介质上的物理传输规则，提供数据传输的物理接口，进行信号的编码和解码。物理层的传输介质双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。物理层的编码和调制将数据转换成适合物理介质传输的信号。物理层的基本概念1比特数据的最小单位，用0或1表示。2信号物理层传输的信号，可以是电压、电流、光波等。3传输介质数据传输的物理通道，如双绞线、光纤等。4编码将比特数据转换成适合传输的信号。5调制将数字信号转换成模拟信号，适合在无线介质中传输。物理层的主要功能1234机械特性定义连接器的形状、尺寸和引脚排列。电气特性定义信号电压、电流、阻抗等参数。功能特性定义信号的编码方式、传输速率等参数。规程特性定义数据传输的时序和同步方式。物理层的传输介质双绞线由两根绝缘导线相互缠绕而成，可以有效减少电磁干扰，价格低廉，应用广泛。同轴电缆由一根中心导线和一根同轴外导线组成，外导线屏蔽中心导线的电磁干扰，传输距离较远，但成本较高。光纤利用光信号进行数据传输，抗干扰能力强，传输速率快，成本相对较高。无线电波利用电磁波进行数据传输，方便灵活，但受环境影响较大，传输距离有限。物理层的编码和调制曼彻斯特编码时钟信号嵌入在数据信号中，无需单独的时钟信号，提高同步精度。差分曼彻斯特编码在数据信号的边沿添加时钟信号，降低对传输介质的要求，提高抗干扰能力。NRZ编码用电平的高低代表0或1，简单易实现，但容易受到干扰。AMI编码用正负电平交替代表0或1，减少直流分量，适合远距离传输。数据链路层数据链路层的基本概念数据链路层是OSI模型的第二层，负责数据在相邻节点之间的传输，提供数据帧的封装、流量控制和差错控制机制。数据链路层的主要功能将数据帧进行封装，提供数据帧的传输和接收，进行流量控制和差错控制。数据链路层的帧格式帧头、数据部分、帧尾。数据链路层的流量控制防止数据发送过快，导致接收方来不及处理数据。数据链路层的差错控制确保数据在传输过程中不发生错误。数据链路层的基本概念1数据帧数据链路层传输的数据单元，包含数据部分和控制信息。2帧头包含帧起始标志、数据长度等控制信息。3帧尾包含帧结束标志、校验码等控制信息。4流量控制控制数据传输速率，避免接收方数据缓冲区溢出。5差错控制检测和纠正数据传输过程中的错误。数据链路层的主要功能帧封装将数据封装成帧，添加帧头和帧尾，以便数据在网络中传输。1帧传输将数据帧从一个节点传输到另一个节点。2流量控制控制数据传输速率，避免数据发送过快，导致接收方来不及处理数据。3差错控制检测和纠正数据传输过程中的错误，确保数据完整性和可靠性。4数据链路层的帧格式帧起始标志标识帧的开始，用于接收方识别帧的起始位置。数据长度指示数据部分的长度，方便接收方判断数据部分的结束位置。数据部分包含要传输的数据内容，由上层协议提供。校验码用于检测数据传输过程中是否发生错误。帧结束标志标识帧的结束，用于接收方识别帧的结束位置。数据链路层的流量控制滑动窗口机制发送方维护一个滑动窗口，表示可以发送的数据帧数量，接收方维护一个滑动窗口，表示可以接收的数据帧数量。发送方只能发送窗口内的数据帧，接收方只能接收窗口内的数据帧。当窗口大小发生变化时，窗口会滑动，以控制数据传输速率。停止-等待协议发送方发送一个数据帧后，等待接收方的确认信息，才发送下一个数据帧。效率低，但简单易实现。数据链路层的差错控制1奇偶校验在数据帧中添加一个校验位，使数据帧中1的个数为奇数或偶数，接收方根据奇偶性判断数据是否出错。只能检测单个错误，不能纠正错误。2循环冗余校验（CRC）根据数据计算出一个校验码，将校验码添加到数据帧中，接收方根据校验码判断数据是否出错。可以检测多个错误，但不能纠正错误。3海明码根据数据计算出多个校验位，并将校验位添加到数据帧中，接收方根据校验位判断数据是否出错，并能纠正单个错误。成本较高，效率较低。网络层网络层的基本概念网络层是OSI模型的第三层，负责数据的路由和寻址，选择最佳路径将数据发送到目标节点。网络层的主要功能进行逻辑寻址，选择数据传输路径，负责数据包的路由和转发。网络层的逻辑寻址使用IP地址对网络节点进行逻辑标识。网络层的路由算法选择数据传输的最佳路径。网络层的基本概念1数据包网络层传输的数据单元，包含数据部分和控制信息。2IP地址网络层使用IP地址对网络节点进行逻辑标识。3路由器网络层设备，负责数据包的路由和转发。4路由表存储IP地址和路由信息的表格，用于引导数据包的传输路径。5路由算法选择数据传输的最佳路径的算法。网络层的主要功能逻辑寻址使用IP地址对网络节点进行逻辑标识。1路由选择数据传输路径，将数据包从源节点路由到目标节点。2数据包转发将数据包转发到下一个路由器，直到到达目标节点。3网络互联连接不同的网络，实现不同网络之间的数据传输。4网络层的逻辑寻址IP地址用于识别网络中的每个节点，由网络号和主机号组成，分为IPv4和IPv6两种版本。子网掩码用于区分IP地址中的网络号和主机号。MAC地址物理地址，用于识别网络接口卡，由数据链路层使用。网络层的路由算法距离矢量路由算法每个路由器维护一个距离矢量表，记录到其他路由器的距离和下一跳路由器。路由器将自己的距离矢量表发送给邻居，并根据邻居的距离矢量表更新自己的距离矢量表。链路状态路由算法每个路由器维护一个链路状态数据库，记录到其他路由器的距离和链路状态。路由器将自己的链路状态数据库发送给所有路由器，并根据所有路由器的链路状态数据库计算最短路径。传输层传输层的基本概念传输层是OSI模型的第四层，负责数据的可靠传输，提供流量控制和差错控制机制，为应用层提供服务。传输层的主要功能进行端口寻址，提供数据传输的服务，提供流量控制和差错控制机制。传输层的流量控制控制数据传输速率，避免数据发送过快，导致接收方来不及处理数据。传输层的差错控制确保数据在传输过程中不发生错误，保证数据的完整性和可靠性。传输层的基本概念1端口号用于识别网络应用程序，每个网络应用程序都有一个唯一的端口号。2数据段传输层传输的数据单元，包含数据部分和控制信息。3TCP传输控制协议，面向连接、可靠的传输协议。4UDP用户数据报协议，无连接、不可靠的传输协议。5流量控制控制数据传输速率，避免数据发送过快，导致接收方来不及处理数据。6差错控制检测和纠正数据传输过程中的错误。传输层的主要功能端口寻址使用端口号识别网络应用程序。1数据传输为应用层提供数据传输服务，将数据从一个应用程序传输到另一个应用程序。2流量控制控制数据传输速率，避免数据发送过快，导致接收方来不及处理数据。3差错控制检测和纠正数据传输过程中的错误，保证数据的完整性和可靠性。4传输层的流量控制滑动窗口机制发送方维护一个滑动窗口，表示可以发送的数据段数量，接收方维护一个滑动窗口，表示可以接收的数据段数量。发送方只能发送窗口内的数据段，接收方只能接收窗口内的数据段。当窗口大小发生变化时，窗口会滑动，以控制数据传输速率。拥塞控制当网络拥塞时，传输层会降低数据传输速率，以减轻网络负担。传输层的差错控制1校验和在数据段中添加一个校验和，接收方根据校验和判断数据是否出错。只能检测单个错误，不能纠正错误。2重传机制当接收方检测到数据段出错时，会向发送方发送确认信息，要求发送方重传该数据段。确保数据的可靠传输。3序列号在数据段中添加一个序列号，用于保证数据段的顺序，避免数据段在传输过程中丢失或乱序。应用层应用层的基本概念应用层是OSI模型的第七层，直接为用户提供网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。应用层的主要功能提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等，与用户进行交互，并将用户的请求转换成网络协议。常见的应用层协议HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet等。应用层的基本概念1网络应用程序运行在应用层，提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。2应用层协议定义网络应用程序之间数据交换的格式、顺序和时序。3用户接口提供用户与网络应用程序交互的界面。4网络服务应用层提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。应用层的主要功能1234用户交互提供用户与网络应用程序交互的界面。数据处理对用户数据进行处理，并将用户的请求转换成网络协议。网络服务提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、网页浏览等。协议转换将上层协议转换成网络协议，以便在网络中传输。常见的应用层协议HTTP协议超文本传输协议，用于网页浏览，支持网页的请求和响应。FTP协议文件传输协议，用于文件上传和下载，支持文件传输的控制和数据传输。SMTP协议简单邮件传输协议，用于电子邮件的发送和接收，支持电子邮件的发送和接收。DNS协议域名系统协议，用于将域名解析成IP地址，方便用户访问网站。Telnet协议远程登录协议，用于远程登录服务器，支持远程操作服务器。总结与展望总结计算机网络技术是现代信息社会的基础，其发展推动了信息技术和经济社会的快速发展。本课程介绍了计算机网络技术的基础知识，为进一步学习网络技术打下了坚实基础。展望