計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)謝希仁第版章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)謝希仁第版章演講人：日期：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由若干結(jié)點(diǎn)（包括計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)等）和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路組成，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間通信和數(shù)據(jù)共享的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從ARPANET、分組交換網(wǎng)、TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)到當(dāng)前以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與發(fā)展發(fā)展歷程定義組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由硬件（包括計(jì)算機(jī)、路由器、交換機(jī)等）、軟件（包括操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等）和數(shù)據(jù)（包括文本、圖像、音頻等）三部分組成。分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，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）；根據(jù)傳輸技術(shù)，可分為廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可分為星型、環(huán)型、總線型等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與分類為了保證不同廠商生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠相互通信，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型，將網(wǎng)絡(luò)通信功能劃分為七個(gè)層次，各層次之間通過(guò)協(xié)議進(jìn)行通信。標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)體之間通信時(shí)所必須遵循的規(guī)則和約定，包括語(yǔ)法、語(yǔ)義和時(shí)序三個(gè)要素。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有TCP/IP協(xié)議族、HTTP協(xié)議、SMTP協(xié)議等。協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化與協(xié)議物理層02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，它負(fù)責(zé)在傳輸介質(zhì)上提供可靠的、透明的比特流傳輸服務(wù)。物理層的主要功能物理層的主要功能包括物理連接的建立、維持和釋放，以及物理層數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的差錯(cuò)控制、流量控制和同步控制等。物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的區(qū)別物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的主要區(qū)別在于，物理層只關(guān)注比特流的傳輸，而不關(guān)心數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容和格式；而數(shù)據(jù)鏈路層則負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)封裝成幀，并進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制等操作。物理層的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)源、發(fā)送設(shè)備、傳輸介質(zhì)、接收設(shè)備和數(shù)據(jù)宿等部分組成。模擬信號(hào)是連續(xù)變化的電磁波，而數(shù)字信號(hào)則是離散的二進(jìn)制序列。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字信號(hào)的傳輸更為普遍。調(diào)制是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過(guò)程，而解調(diào)則是將模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的調(diào)制方式包括振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制等。多路復(fù)用技術(shù)是指在同一傳輸介質(zhì)上同時(shí)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)，常見(jiàn)的多路復(fù)用技術(shù)包括頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用和波分多路復(fù)用等。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)調(diào)制與解調(diào)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)物理層設(shè)備及其作用中繼器：中繼器是一種物理層設(shè)備，用于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離。它接收來(lái)自發(fā)送端的信號(hào)，將其放大或整形后再發(fā)送給接收端。集線器：集線器是一種多端口的中繼器，它可以將多個(gè)設(shè)備連接在一起，形成一個(gè)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)。集線器的主要作用是對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大和廣播，使得所有連接在集線器上的設(shè)備都能夠接收到該信號(hào)。網(wǎng)卡：網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的接口設(shè)備，它負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)母袷剑⑼ㄟ^(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)發(fā)送給其他設(shè)備。同時(shí)，網(wǎng)卡也負(fù)責(zé)接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的格式。光纖收發(fā)器：光纖收發(fā)器是一種將光信號(hào)和電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的設(shè)備。在光纖通信中，發(fā)送端將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，而接收端則需要將光信號(hào)還原為電信號(hào)進(jìn)行處理。光纖收發(fā)器就是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備之一。數(shù)據(jù)鏈路層03數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(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)鏈路層的設(shè)備數(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)鏈路層的定義數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型中的第二層，負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念幀同步是指在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，接收方能夠正確地識(shí)別出每個(gè)幀的起始和終止位置。常見(jiàn)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(guò)程中，通過(guò)采用一定的編碼和解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸錯(cuò)誤的檢測(cè)和糾正。常見(jiàn)的差錯(cuò)控制方法有奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）等。差錯(cuò)控制幀同步與差錯(cuò)控制PPP協(xié)議PPP協(xié)議是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，廣泛應(yīng)用于撥號(hào)上網(wǎng)等場(chǎng)景。PPP協(xié)議具有簡(jiǎn)單、靈活和可配置等特點(diǎn)，支持多種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。HDLC協(xié)議HDLC協(xié)議是一種高級(jí)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)議以太網(wǎng)協(xié)議是一種局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)內(nèi)部通信。以太網(wǎng)協(xié)議具有簡(jiǎn)單、快速和低成本等特點(diǎn)，支持多種傳輸介質(zhì)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。010203數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議舉例網(wǎng)絡(luò)層04網(wǎng)絡(luò)層的功能網(wǎng)絡(luò)層是OSI參考模型中的第三層，負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸和路由選擇，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)傳輸單位是數(shù)據(jù)包（Packet），每個(gè)數(shù)據(jù)包都包含源地址、目的地址和數(shù)據(jù)等部分。網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備路由器是網(wǎng)絡(luò)層的主要設(shè)備，用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)路由表進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)絡(luò)層的基本概念路由選擇算法與路由協(xié)議常見(jiàn)的路由協(xié)議包括RIP、OSPF、BGP等，它們分別適用于不同的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和場(chǎng)景，具有不同的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)。常見(jiàn)的路由協(xié)議路由選擇算法是網(wǎng)絡(luò)層的核心，用于確定數(shù)據(jù)包從源地址到目的地址的最佳路徑。常見(jiàn)的路由選擇算法包括最短路徑算法、洪泛算法等。路由選擇算法靜態(tài)路由是手動(dòng)配置的路由，適用于簡(jiǎn)單和穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；動(dòng)態(tài)路由則是通過(guò)路由協(xié)議自動(dòng)學(xué)習(xí)和更新路由信息，適用于復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)路由要點(diǎn)三IPv4協(xié)議IPv4是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）的第四版，也是第一個(gè)廣泛使用的協(xié)議。它使用32位地址，提供了約43億個(gè)唯一地址，但由于互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，IPv4地址已經(jīng)耗盡。要點(diǎn)一要點(diǎn)二IPv6協(xié)議IPv6是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的第六版，用于替代IPv4。它使用128位地址，提供了幾乎無(wú)限的唯一地址空間，同時(shí)增強(qiáng)了安全性和移動(dòng)性支持。IPv4與IPv6的過(guò)渡技術(shù)為了解決IPv4地址耗盡的問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)向IPv6的平滑過(guò)渡，出現(xiàn)了多種過(guò)渡技術(shù)，如雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)和協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)等。這些技術(shù)可以在不中斷現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的情況下逐步實(shí)現(xiàn)向IPv6的遷移。要點(diǎn)三IPv4與IPv6協(xié)議傳輸層05VS傳輸層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵一層，它負(fù)責(zé)向兩個(gè)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供服務(wù)。傳輸層的主要功能包括尋址與端口、連接管理、數(shù)據(jù)分段與重組、流量控制與擁塞控制等。傳輸層協(xié)議傳輸層主要有兩個(gè)協(xié)議，分別是傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。TCP提供面向連接的、可靠的服務(wù)，而UDP提供無(wú)連接的、不可靠的服務(wù)。傳輸層的功能傳輸層的基本概念010203TCP連接建立與釋放TCP通過(guò)三次握手建立連接，四次揮手釋放連接。在建立連接時(shí)，客戶端向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文段，服務(wù)器同意連接請(qǐng)求后，雙方進(jìn)入數(shù)據(jù)傳送階段；在釋放連接時(shí)，雙方都會(huì)發(fā)送確認(rèn)報(bào)文段。TCP可靠傳輸TCP通過(guò)確認(rèn)和重傳機(jī)制、流量控制和擁塞控制等機(jī)制實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。確認(rèn)和重傳機(jī)制可以確保數(shù)據(jù)能夠正確到達(dá)目的地，流量控制可以避免發(fā)送方發(fā)送速率過(guò)快而導(dǎo)致接收方來(lái)不及處理，擁塞控制可以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。TCP報(bào)文段格式TCP報(bào)文段分為首部和數(shù)據(jù)兩部分。首部固定20字節(jié)，包括源端口、目的端口、序號(hào)、確認(rèn)號(hào)、數(shù)據(jù)偏移、保留字段、控制位等信息；數(shù)據(jù)部分是TCP傳送的數(shù)據(jù)。TCP協(xié)議詳解UDP在傳送數(shù)據(jù)前不需要先建立連接，遠(yuǎn)地主機(jī)的運(yùn)輸層在收到UDP報(bào)文后，不需要給出任何確認(rèn)。因此，UDP是一種無(wú)連接的服務(wù)。UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)分為首部和數(shù)據(jù)兩部分。首部固定8字節(jié)，包括源端口、目的端口、長(zhǎng)度和檢驗(yàn)和等信息；數(shù)據(jù)部分是UDP傳送的數(shù)據(jù)。由于UDP沒(méi)有擁塞控制，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會(huì)使源主機(jī)的發(fā)送速率降低，這對(duì)某些實(shí)時(shí)應(yīng)用是很重要的。很多的實(shí)時(shí)應(yīng)用（如遠(yuǎn)程手術(shù)、實(shí)時(shí)視頻會(huì)議等）要求源主機(jī)以恒定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，并且允許在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時(shí)丟失一些數(shù)據(jù)，但卻不允許數(shù)據(jù)有太大的時(shí)延。因此，UDP適合應(yīng)用在實(shí)時(shí)應(yīng)用中。UDP無(wú)連接服務(wù)UDP報(bào)文格式UDP應(yīng)用場(chǎng)景UDP協(xié)議詳解應(yīng)用層06123應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最高層，負(fù)責(zé)為用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用程序接口。應(yīng)用層概述應(yīng)用層協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序之間通信的規(guī)則和格式，如HTTP、FTP、SMTP等。應(yīng)用層協(xié)議端口號(hào)是應(yīng)用層協(xié)議用來(lái)標(biāo)識(shí)不同應(yīng)用程序的，每個(gè)應(yīng)用程序都有一個(gè)唯一的端口號(hào)。端口號(hào)應(yīng)用層的基本概念DNS概述DNS域名采用層次結(jié)構(gòu)，由多個(gè)標(biāo)簽組成，每個(gè)標(biāo)簽之間用點(diǎn)號(hào)分隔。DNS域名結(jié)構(gòu)DNS解析過(guò)程DNS解析過(guò)程包括遞歸查詢和迭代查詢兩種方式，最終將域名解析為對(duì)應(yīng)的IP地址。DNS是域名系統(tǒng)的縮寫，是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，用于將用戶可讀的域名轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的IP地址。DNS域名系統(tǒng)詳解HTTP是超文本傳輸協(xié)議的縮寫，是一種應(yīng)用層協(xié)議，用于Web