《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)》課件

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件本課件旨在介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)，涵蓋網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等方面。課程介紹課程目標(biāo)幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理，掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和相關(guān)技術(shù)。課程內(nèi)容涵蓋網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等。教學(xué)方式課堂講授、案例分析、實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。參考資料推薦教材和相關(guān)書(shū)籍，供學(xué)生深入學(xué)習(xí)。1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代社會(huì)必不可少的組成部分，連接了世界各地的人們和設(shè)備。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展深刻改變了人們的生活和工作方式，推動(dòng)了信息時(shí)代的到來(lái)。1.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)計(jì)算機(jī)連接在一起，形成一個(gè)整體。共享資源網(wǎng)絡(luò)用戶可以共享網(wǎng)絡(luò)上的資源，如文件、打印機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)等。信息傳遞通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，用戶可以方便地相互發(fā)送信息，如電子郵件、視頻通話等。1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本組成主機(jī)主機(jī)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和傳輸。通信線路通信線路是連接不同主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理通道，用于數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機(jī)、路由器等，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)管理。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和通信規(guī)則，確保不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互順利進(jìn)行。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分類(lèi)按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為廣域網(wǎng)（WAN）、局域網(wǎng)（LAN）和個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（PAN）。廣域網(wǎng)跨越地理范圍廣，連接城市、國(guó)家甚至全球不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)，例如互聯(lián)網(wǎng)。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi)按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為總線型、星型、環(huán)型、樹(shù)型和網(wǎng)狀型。每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有不同的特點(diǎn)，例如總線型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于安裝，星型結(jié)構(gòu)易于管理，環(huán)型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸效率高。2.物理層物理層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最底層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上的傳輸。它定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接方式、信號(hào)編碼和傳輸介質(zhì)等。2.1物理層的作用11.傳輸數(shù)據(jù)物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)比特流轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或光信號(hào)，并在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸。數(shù)據(jù)以比特流的形式在物理層傳輸，物理層為其他層提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗贰?2.定義數(shù)據(jù)傳輸方式物理層定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w方式，例如同步/異步傳輸、串行/并行傳輸、單工/半雙工/全雙工傳輸?shù)?。物理層還定義數(shù)據(jù)編碼方式，例如曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼等。33.定義數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)物理層規(guī)定網(wǎng)絡(luò)中使用的物理介質(zhì)，例如雙絞線、同軸電纜、光纖等。不同類(lèi)型的介質(zhì)具有不同的傳輸速率、傳輸距離和抗干擾能力。44.定義接口特性物理層定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間連接的接口特性，例如電氣特性、機(jī)械特性、過(guò)程特性和功能特性。2.2物理層的常用信號(hào)傳輸方式模擬信號(hào)傳輸模擬信號(hào)直接傳輸，例如電話線上的聲音信號(hào)。數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化后傳輸，例如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，反之亦然。2.3傳輸介質(zhì)及其特性傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。不同的傳輸介質(zhì)具有不同的特性，例如帶寬、傳輸距離、抗干擾能力等。常見(jiàn)的傳輸介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、光纖和無(wú)線電波。雙絞線價(jià)格低廉，但傳輸距離有限；同軸電纜傳輸距離較遠(yuǎn)，但抗干擾能力較差；光纖帶寬高，抗干擾能力強(qiáng)，但價(jià)格昂貴；無(wú)線電波傳輸距離遠(yuǎn)，但易受環(huán)境干擾。雙絞線同軸電纜光纖無(wú)線電波3.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層位于物理層之上，網(wǎng)絡(luò)層之下。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。3.1數(shù)據(jù)鏈路層的作用將比特組裝成幀數(shù)據(jù)鏈路層將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀，并在幀首部添加控制信息，如幀起始符、幀結(jié)束符、地址信息等。通過(guò)幀的封裝和傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上的傳輸。提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)差錯(cuò)控制和流量控制，確保數(shù)據(jù)完整性和可靠性。使用差錯(cuò)檢測(cè)機(jī)制，識(shí)別和糾正數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.2幀格式和差錯(cuò)檢測(cè)幀格式幀是數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的基本單位，包含幀頭、數(shù)據(jù)字段和幀尾等部分，用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)類(lèi)型和順序。差錯(cuò)檢測(cè)為了保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，數(shù)據(jù)鏈路層使用校驗(yàn)碼進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，如CRC校驗(yàn)等，保證數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有損壞。差錯(cuò)控制對(duì)于檢測(cè)到的錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)鏈路層采用重傳機(jī)制進(jìn)行差錯(cuò)控制，確保數(shù)據(jù)正確無(wú)誤地傳遞。3.3常見(jiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議11.以太網(wǎng)協(xié)議目前最常用的局域網(wǎng)協(xié)議，使用CSMA/CD訪問(wèn)控制機(jī)制。22.令牌環(huán)協(xié)議使用令牌傳遞方式，保證網(wǎng)絡(luò)中只有一個(gè)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。33.FDDI協(xié)議光纖分布式數(shù)據(jù)接口，使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，提供更高的帶寬和可靠性。44.PPP協(xié)議點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，廣泛應(yīng)用于撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的核心層之一。它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)傳遞到目標(biāo)主機(jī)，并提供邏輯地址尋址和路由功能。4.1網(wǎng)絡(luò)層的作用路由選擇網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)傳送到目的主機(jī)，選擇最佳路徑進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)報(bào)，根據(jù)目的地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，確保數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中正確傳遞。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)層可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，將私有地址轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)地址，保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全。4.2IP地址及其分類(lèi)IP地址類(lèi)型描述示例IPv432位地址，使用點(diǎn)分十進(jìn)制表示IPv6128位地址，使用十六進(jìn)制表示2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:73344.3路由算法1路由算法作用路由算法是網(wǎng)絡(luò)層的重要組成部分，用于確定數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的最佳路徑。2常見(jiàn)路由算法距離矢量路由算法鏈路狀態(tài)路由算法3路由算法比較距離矢量路由算法計(jì)算速度快，但收斂速度慢；鏈路狀態(tài)路由算法計(jì)算速度慢，但收斂速度快。5.傳輸層傳輸層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的第四層。它負(fù)責(zé)在兩個(gè)主機(jī)之間建立、維護(hù)和釋放連接，并為上層應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。5.1傳輸層的作用數(shù)據(jù)傳輸傳輸層負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)段，并在不同主機(jī)之間的進(jìn)程間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。端到端連接傳輸層建立和維護(hù)主機(jī)之間應(yīng)用程序之間的連接，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，保證數(shù)據(jù)完整性和順序到達(dá)。流量控制傳輸層通過(guò)流量控制機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速度，防止接收方緩沖區(qū)溢出，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。擁塞控制傳輸層通過(guò)擁塞控制機(jī)制來(lái)管理網(wǎng)絡(luò)資源，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高網(wǎng)絡(luò)效率和性能。5.2TCP和UDP協(xié)議TCPTCP是一種面向連接的協(xié)議，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它通過(guò)三次握手建立連接，并使用序號(hào)、確認(rèn)機(jī)制和超時(shí)重傳等技術(shù)來(lái)確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。TCP主要用于需要高可靠性的應(yīng)用，例如文件傳輸、網(wǎng)頁(yè)瀏覽等。UDPUDP是一種無(wú)連接的協(xié)議，提供不保證可靠性的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它不需要建立連接，數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到接收方，不進(jìn)行序號(hào)、確認(rèn)和重傳處理。UDP主要用于不需要高可靠性但需要快速傳輸?shù)膽?yīng)用，例如視頻流、語(yǔ)音通話等。5.3流量控制和擁塞控制流量控制流量控制用于防止發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)快，導(dǎo)致接收方無(wú)法處理。它確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中平穩(wěn)傳輸，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。擁塞控制擁塞控制用于防止網(wǎng)絡(luò)中過(guò)多的數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。它通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速率來(lái)緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。常見(jiàn)方法流量控制和擁塞控制有許多常見(jiàn)方法，例如滑動(dòng)窗口、慢啟動(dòng)、擁塞避免等等，這些方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議進(jìn)行選擇和應(yīng)用。6.應(yīng)用層應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的最高層，它直接為用戶提供服務(wù)。應(yīng)用層協(xié)議定義了應(yīng)用程序之間如何進(jìn)行通信，例如電子郵件、網(wǎng)頁(yè)瀏覽、文件傳輸?shù)取?.1應(yīng)用層協(xié)議概述電子郵件協(xié)議SMTP用于發(fā)送電子郵件，POP3和IMAP用于接收電子郵件。Web協(xié)議HTTP用于從Web服務(wù)器檢索網(wǎng)頁(yè)，HTTPS提供安全連接。文件傳輸協(xié)議FTP用于在網(wǎng)絡(luò)上傳輸文件，TFTP用于簡(jiǎn)單文件傳輸。即時(shí)通訊協(xié)議QQ和微信等即時(shí)通訊工具使用專(zhuān)有協(xié)議進(jìn)行通信。6.2常見(jiàn)的應(yīng)用層協(xié)議1HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議，主要用于網(wǎng)頁(yè)傳輸。該協(xié)議定義了客戶端如何向服務(wù)器請(qǐng)求網(wǎng)頁(yè)，以及服務(wù)器如何響應(yīng)請(qǐng)求。2FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸文件。該協(xié)議定義了客戶端如何向服務(wù)器請(qǐng)求文件，以及服務(wù)器如何響應(yīng)請(qǐng)求。3SMTP協(xié)議簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議，用于發(fā)送電