(2024年)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(王協(xié)瑞版)全套

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(王協(xié)瑞版)全套12024/3/26目錄contents計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)物理層技術(shù)數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)傳輸層技術(shù)應(yīng)用層技術(shù)22024/3/2601計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述32024/3/26定義計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同，具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換方式及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了從20世紀(jì)60年代的ARPANET到如今的Internet的演變過程，期間出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議，推動了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和完善。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與發(fā)展42024/3/26計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件及協(xié)議三大部分組成。其中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)的基本單元，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)軟件及協(xié)議則是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的關(guān)鍵。組成根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍進(jìn)行分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）。此外，根據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行分類，可分為廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與分類52024/3/26功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能包括數(shù)據(jù)通信、資源共享、分布式處理、信息檢索等。這些功能使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)滲透到社會的各個(gè)領(lǐng)域，如企業(yè)信息化、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居等。這些應(yīng)用不僅改變了人們的生活方式，也推動了社會的進(jìn)步和發(fā)展。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能與應(yīng)用62024/3/2602網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)72024/3/26負(fù)責(zé)傳輸比特流，提供物理連接和電氣特性。物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)組合成數(shù)據(jù)幀，進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)路由選擇和邏輯地址尋址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。網(wǎng)絡(luò)層OSI參考模型82024/3/26傳輸層會話層表示層應(yīng)用層OSI參考模型提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的表示、轉(zhuǎn)換和加密，確保數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)之間的兼容性。負(fù)責(zé)建立、管理和終止會話，提供同步和對話控制。提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，如電子郵件、文件傳輸和遠(yuǎn)程登錄等。92024/3/26網(wǎng)絡(luò)接口層實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議，負(fù)責(zé)路由選擇和邏輯地址尋址。網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層01020403提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，如HTTP、SMTP、FTP等。對應(yīng)于OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和接收。實(shí)現(xiàn)TCP和UDP協(xié)議，提供可靠的或不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。TCP/IP參考模型102024/3/26兩種模型都采用了分層的思想，將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信問題分解為若干個(gè)相對簡單的子問題進(jìn)行處理。同時(shí)，兩種模型都提供了相似的服務(wù)和功能，如路由選擇、數(shù)據(jù)傳輸、差錯(cuò)控制等。OSI參考模型是一個(gè)理論模型，具有完整的七層結(jié)構(gòu)，每層都有明確的功能和服務(wù)定義。而TCP/IP參考模型是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的模型，只有四層結(jié)構(gòu)，將OSI的應(yīng)用層、表示層和會話層合并為一個(gè)應(yīng)用層。此外，TCP/IP模型在網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有嚴(yán)格定義服務(wù)和功能，而是依賴于具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和協(xié)議。兩種模型在網(wǎng)絡(luò)通信中都起著非常重要的作用，它們提供了網(wǎng)絡(luò)通信的基本框架和服務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體的需求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境選擇合適的模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)和開發(fā)。同時(shí)，兩種模型之間也存在一定的映射關(guān)系，可以通過對應(yīng)的協(xié)議和功能實(shí)現(xiàn)不同模型之間的轉(zhuǎn)換和互通。共同點(diǎn)不同點(diǎn)聯(lián)系兩種模型的比較與聯(lián)系112024/3/2603物理層技術(shù)122024/3/26

物理層的基本概念物理層的定義物理層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最低層，負(fù)責(zé)在傳輸介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)無結(jié)構(gòu)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。物理層的功能物理層的主要功能包括物理連接的建立、維持與釋放，以及物理層數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。物理層與傳輸介質(zhì)的關(guān)系物理層定義了與傳輸介質(zhì)接口的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性，確保比特流能在傳輸介質(zhì)上正確傳輸。132024/3/2603數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式包括并行通信與串行通信、同步通信與異步通信、單工、半雙工與全雙工通信等。01數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信宿、信道和噪聲源等基本要素組成。02模擬信號與數(shù)字信號模擬信號是連續(xù)變化的電磁波，數(shù)字信號則是離散的二進(jìn)制序列。數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)142024/3/26物理層接口與標(biāo)準(zhǔn)物理層接口的特性物理層接口定義了物理連接的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。EIA/TIA-232標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232標(biāo)準(zhǔn)定義了DTE與DCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，采用負(fù)邏輯電平表示數(shù)據(jù)信號。EIA/TIA-499標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-499標(biāo)準(zhǔn)定義了RS-422、RS-423和RS-485等差分接口標(biāo)準(zhǔn)，適用于遠(yuǎn)距離、高速率數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)包括10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T等，分別對應(yīng)不同的傳輸速率和傳輸介質(zhì)。152024/3/2604數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)162024/3/26數(shù)據(jù)鏈路層是OSI七層模型中的第二層，負(fù)責(zé)在物理層提供的比特流的基礎(chǔ)上，建立相鄰節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的定義數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括幀同步、差錯(cuò)控制、流量控制和鏈路管理等。數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備主要包括網(wǎng)卡、網(wǎng)橋和交換機(jī)等。數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念172024/3/26幀同步是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，接收方能夠正確地識別出每個(gè)幀的起始和終止位置。常見的幀同步方法有字節(jié)計(jì)數(shù)法和字符填充法等。幀同步差錯(cuò)控制是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通過采用一定的編碼和解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對傳輸錯(cuò)誤的檢測和糾正。常見的差錯(cuò)控制方法有奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）等。差錯(cuò)控制幀同步與差錯(cuò)控制182024/3/26PPP協(xié)議01PPP協(xié)議是一種點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，廣泛應(yīng)用于撥號上網(wǎng)等場景。PPP協(xié)議具有簡單、靈活和可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。HDLC協(xié)議02HDLC協(xié)議是一種高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，適用于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。HDLC協(xié)議具有高效、可靠和安全等特點(diǎn)，支持多種數(shù)據(jù)傳輸模式。以太網(wǎng)協(xié)議03以太網(wǎng)協(xié)議是一種局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中。以太網(wǎng)協(xié)議具有簡單、低成本和高速率等優(yōu)點(diǎn)，支持多種傳輸介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議192024/3/2605網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)202024/3/26123網(wǎng)絡(luò)層是OSI參考模型中的第三層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。網(wǎng)絡(luò)層的功能常見的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備有路由器和三層交換機(jī)等，它們可以根據(jù)路由表或路由協(xié)議將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包括IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、IGMP協(xié)議等，其中IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的尋址和路由。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的基本概念212024/3/26動態(tài)路由算法動態(tài)路由算法是通過路由協(xié)議（如OSPF、EIGRP等）自動學(xué)習(xí)和更新路由信息，適用于復(fù)雜且動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。路由度量值路由度量值是用來衡量路徑優(yōu)劣的一個(gè)指標(biāo)，常見的度量值包括跳數(shù)、帶寬、延遲等。靜態(tài)路由算法靜態(tài)路由算法是由管理員手動配置的路由信息，適用于簡單且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。路由選擇算法222024/3/26IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的尋址和路由。它提供了不可靠的、無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，不保證數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。IP協(xié)議ICMP協(xié)議是IP協(xié)議的附屬協(xié)議，用于在IP主機(jī)和路由器之間傳遞控制消息，如“目的不可達(dá)”、“超時(shí)”等。ICMP協(xié)議IGMP協(xié)議是用于IPv4網(wǎng)絡(luò)中的組播成員資格管理協(xié)議，它允許主機(jī)加入或離開組播組，并向路由器報(bào)告其組成員資格狀態(tài)。IGMP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議232024/3/2606傳輸層技術(shù)242024/3/26提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和流量控制。傳輸層的功能主要包括TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）。傳輸層的協(xié)議用于標(biāo)識應(yīng)用程序的進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用和分用。端口的概念傳輸層的基本概念252024/3/26面向連接、可靠傳輸、基于字節(jié)流。TCP的特點(diǎn)三次握手，包括SYN、SYN+ACK和ACK報(bào)文段的交換。TCP的連接建立過程四次揮手，包括FIN、ACK、FIN+ACK和ACK報(bào)文段的交換。TCP的連接釋放過程通過滑動窗口、慢開始、擁塞避免等算法實(shí)現(xiàn)。TCP的流量控制和擁塞控制機(jī)制TCP協(xié)議262024/3/26UDP的特點(diǎn)無連接、不可靠傳輸、基于數(shù)據(jù)報(bào)。UDP的報(bào)文格式包括源端口、目的端口、長度和校驗(yàn)和等字段。UDP的適用場景適用于實(shí)時(shí)性要求高、可靠性要求不高的應(yīng)用，如語音、視頻等。UDP的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)包括簡單、高效；缺點(diǎn)包括不可靠、無序和容易丟失數(shù)據(jù)。UDP協(xié)議272024/3/2607應(yīng)用層技術(shù)282024/3/26應(yīng)用層的功能提供用戶與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間的接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的各種服務(wù)。應(yīng)用層協(xié)議HTTP、FTP、SMTP、DNS等，定義了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間通信的規(guī)則和格式?？蛻舳?服務(wù)器模型應(yīng)用層通常采用客戶端/服務(wù)器模型，客戶端發(fā)送請求，服務(wù)器響應(yīng)請求并提供服務(wù)。應(yīng)用層的基本概念292024/3/26要點(diǎn)三DNS的作用將用戶輸入的域名解析為對應(yīng)的IP地址，實(shí)現(xiàn)域名與IP地址的映射。要點(diǎn)一要點(diǎn)二DNS的組成由域名空間、域名服務(wù)器和解析器組成。DNS的查詢過程用戶向本地DNS服務(wù)器發(fā)送查詢請求，本地DNS服務(wù)器向根域名服務(wù)器發(fā)送查詢請求，根域名服務(wù)器返回頂級域名服務(wù)器的IP地址，本地DNS服務(wù)器向頂級域名服務(wù)器發(fā)送查詢請求，頂級域名服務(wù)器返回權(quán)威域名服務(wù)器的IP地址，本地DNS服務(wù)器向權(quán)威域名服務(wù)器發(fā)送查詢請求，權(quán)威域名服務(wù)器返回域名對應(yīng)的IP地址。要點(diǎn)三DNS服務(wù)302024/3/26提供文件傳輸服務(wù)，支持不同操作系統(tǒng)之間的文件傳輸。FTP的作用ASCII模式和二進(jìn)制模式。ASCII模式用于傳輸文本文件，二進(jìn)制模式用于傳輸二進(jìn)制文件。FTP的傳輸模式由FTP服務(wù)器和FTP客戶端組成。FTP的組成主動模式和被動模式。主動模式下，客戶端打開端口等待連接；被動模式下，