計算機網絡(第5版)匯報人：AA2024-01-20目錄CONTENTS計算機網絡概述物理層數據鏈路層網絡層傳輸層應用層01計算機網絡概述計算機網絡是由一組自主的計算機互聯而成的系統，這些計算機可以通過網絡共享資源、傳遞信息。定義從20世紀60年代的ARPANET開始，經歷了分組交換網、TCP/IP協議、局域網、廣域網等階段，至今已發展成為全球性的互聯網。發展歷程計算機網絡的定義與發展組成計算機網絡由硬件、軟件、協議和數據等部分組成。其中硬件包括計算機、網絡設備、傳輸介質等；軟件包括操作系統、網絡管理軟件、應用軟件等；協議是計算機之間通信的規則和標準。分類根據網絡覆蓋的范圍和規模，計算機網絡可分為局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）和互聯網（Internet）等類型。計算機網絡的組成與分類計算機網絡具有數據通信、資源共享、分布式處理、負載均衡等功能，可以提高計算機的效率和性能，促進信息化發展。功能計算機網絡已廣泛應用于各個領域，如辦公自動化、電子商務、在線教育、遠程醫療、智能制造等。同時，隨著移動互聯網和物聯網的快速發展，計算機網絡的應用范圍還在不斷擴大。應用計算機網絡的功能與應用02物理層

物理層的基本概念物理層的定義物理層是計算機網絡體系結構中的最低層，它負責在傳輸介質上實現無結構比特流的透明傳輸，為數據鏈路層提供數據傳輸服務。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，物理層服務的提供，以及物理層管理等。物理層與傳輸介質的關系物理層是計算機網絡與傳輸介質的接口，它定義了與傳輸介質連接的機械、電氣、功能和規程等特性。模擬通信與數字通信模擬通信是指利用模擬信號來傳遞信息的通信方式，而數字通信則是利用數字信號來傳遞信息的通信方式。數據通信的主要指標數據通信的主要指標包括數據傳輸速率、誤碼率、信道容量和帶寬等。數據通信系統的基本模型數據通信系統主要由信源、信宿、信道和噪聲源等部分組成。數據通信基礎物理層設備中繼器中繼器是一種簡單的網絡互聯設備，用于在物理層上擴展網絡的傳輸距離。集線器集線器是一種多端口的中繼器，它可以將多個網絡設備連接在一起，形成一個星型拓撲結構的局域網。網卡網卡是計算機與網絡相連的接口電路，它負責將計算機內部的數據轉換為適合在網絡上傳輸的格式，并通過網絡傳輸介質發送出去。調制解調器調制解調器是一種將數字信號轉換為模擬信號進行傳輸，或者將模擬信號轉換為數字信號進行處理的設備。03數據鏈路層數據鏈路層是OSI參考模型中的第二層，負責在相鄰節點之間建立數據鏈路，實現數據的可靠傳輸。數據鏈路層的定義數據鏈路層的主要功能包括鏈路管理、幀同步、差錯控制、流量控制等。數據鏈路層的功能數據鏈路層向上層提供無確認無連接服務、有確認無連接服務、有確認面向連接服務三種類型的服務。數據鏈路層的服務數據鏈路層的基本概念幀的格式不同的數據鏈路層協議定義了不同的幀格式，但通常都包含起始標志、地址字段、控制字段、數據字段和結束標志等。幀的概念幀是數據鏈路層傳輸的基本單位，由幀頭、數據和幀尾三部分組成。幀的傳輸方式數據鏈路層可以采用單工、半雙工和全雙工三種方式進行幀的傳輸。幀的概念與格式差錯控制數據鏈路層通過采用循環冗余檢驗（CRC）等方法進行差錯檢測，當發現錯誤時，通過重傳機制進行糾正。流量控制為了防止接收方來不及處理發送方發送的數據而造成數據丟失，數據鏈路層采用流量控制機制，如滑動窗口協議等，來協調發送方和接收方的數據傳輸速率。差錯控制與流量控制網卡是計算機與局域網相互連接的接口，它實現了物理層和數據鏈路層的功能。網卡（網絡接口卡）中繼器用于擴展局域網的覆蓋范圍，它工作在物理層，對信號進行放大和整形。中繼器（Repeater）網橋工作在數據鏈路層，用于連接兩個或多個局域網段，實現不同網段之間的數據轉發。網橋（Bridge）交換機是一種多端口的網橋，它在數據鏈路層上實現數據的快速轉發，具有更高的性能和更豐富的功能。交換機（Switch）數據鏈路層設備04網絡層網絡層的功能網絡層是OSI參考模型中的第三層，負責在網絡中進行數據包的傳輸和路由選擇，實現不同網絡之間的通信。網絡層的協議網絡層的主要協議包括IP協議（InternetProtocol）、ICMP協議（InternetControlMessageProtocol）、IGMP協議（InternetGroupManagementProtocol）等。網絡層的服務網絡層提供的服務包括虛電路服務和數據報服務。虛電路服務在通信前建立一條虛電路，數據在這條虛電路上傳輸；數據報服務則無需建立虛電路，每個數據包獨立進行路由選擇和傳輸。網絡層的基本概念子網掩碼的作用子網掩碼用于區分IP地址中的網絡位和主機位，與IP地址按位與運算后得到網絡地址。IP地址的概念IP地址是用于標識網絡中設備地址的一種編址方式，由32位二進制數組成，分為IPv4和IPv6兩種版本。IP地址的分類IPv4地址分為A、B、C、D、E五類，其中A、B、C類為常用地址類別，D類用于多播地址，E類保留未用。子網劃分的方法子網劃分是通過借用主機位作為子網位，將一個大網絡劃分為若干個小網絡的過程。常用的子網劃分方法有等長子網劃分和變長子網劃分。IP地址與子網劃分路由選擇算法可分為靜態路由算法和動態路由算法。靜態路由算法由管理員手動配置，而動態路由算法則通過路由協議自動學習和更新路由信息。路由選擇算法的分類常見的路由協議包括RIP（RoutingInformationProtocol）、OSPF（OpenShortestPathFirst）、BGP（BorderGatewayProtocol）等。常見的路由協議路由協議通過定期發送和接收路由信息報文，更新和維護路由表，實現網絡中數據包的最優傳輸路徑選擇。路由協議的工作原理路由選擇算法與路由協議123路由器是網絡層的核心設備，負責在不同網絡之間轉發數據包，并根據路由表進行最優路徑選擇。路由器的功能交換機工作在數據鏈路層，根據MAC地址表轉發數據幀，實現局域網內設備之間的通信。交換機的功能防火墻部署在網絡邊界，通過訪問控制策略和安全規則，防止未經授權的訪問和數據泄露，保障網絡安全。防火墻的作用網絡層設備05傳輸層傳輸層的功能01傳輸層是計算機網絡體系結構中的關鍵層次之一，主要負責向應用層提供可靠的端到端服務，確保數據的可靠傳輸。傳輸層的協議02傳輸層主要有兩個協議，即傳輸控制協議（TCP）和用戶數據報協議（UDP）。端口號的概念03端口號是傳輸層協議用來識別應用層進程的一種方式，不同的進程通過不同的端口號進行通信。傳輸層的基本概念TCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。TCP協議的特點在TCP連接建立過程中，需要客戶端和服務器總共進行三次握手來確認連接建立成功。TCP的三次握手在TCP連接釋放過程中，需要客戶端和服務器總共進行四次揮手來確保雙方數據完全發送完成。TCP的四次揮手TCP通過滑動窗口機制實現流量控制，防止發送方發送速率過快導致接收方來不及處理；同時，TCP還通過慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復等算法實現擁塞控制，避免網絡擁塞。TCP的流量控制和擁塞控制TCP協議03UDP的適用場景由于UDP不需要建立連接，因此適用于實時性要求較高、可以容忍少量丟包的應用場景，如音視頻通話、實時游戲等。01UDP協議的特點UDP是一種無連接的、不可靠的、基于數據報的傳輸層通信協議。02UDP的報文格式UDP報文由首部和數據兩部分組成，首部固定為8個字節，包含源端口號、目的端口號、報文長度和校驗和等信息。UDP協議輸入標題中繼器網關傳輸層設備網關又稱網間連接器、協議轉換器，是一種充當轉換重任的計算機系統或設備，用于在網絡層以上實現網絡互連。路由器是網絡中進行網間連接的關鍵設備，工作在網絡層，在不同網絡之間轉發數據包，并根據網絡層的信息將數據從一個網絡轉發到另一個網絡。網橋像一個聰明的中繼器，它在兩個局域網之間按MAC地址轉發幀，網橋工作在OSI的數據鏈路層。中繼器是局域網環境下用來延長網絡距離的最簡單最廉價的網絡互聯設備，操作在OSI的物理層。路由器網橋06應用層應用層是計算機網絡體系結構中的最高層，負責為用戶提供各種網絡服務。應用層協議定義了網絡應用進程間通信的規則和約定，包括消息格式、通信流程等。應用層服務包括域名解析、文件傳輸、電子郵件、萬維網等。應用層的基本概念DNS采用層次化的命名機制，通過域名服務器之間的遞歸或迭代查詢實現域名解析。DNS還提供了一些其他功能，如反向解析（將IP地址解析為域名）、郵件服務器地址查詢等。DNS（DomainNameSystem，域名系統）服務用于將用戶輸入的域名解析為對應的IP地址。DNS服務FTP（FileTransferProtocol，文件傳輸協議）服務用于在網絡上進行文件傳輸。FTP采用客戶/服務器模式，客戶端和服務器之間建立兩個連接：控制連接和數據連接。FTP支持多種文件傳輸模式（ASCII、二進制等）和權限控制（上傳、下載、刪除等）。FTP服務電子郵件服務允許用戶在網絡上發送和接收電子郵件。電子郵件系統由郵件客戶端、郵件服務器和郵件傳輸協議組成。常見的郵件傳輸協議包括SMTP（SimpleMailTransferProtocol，簡單郵件傳輸協議）、POP3（PostOfficeProtocolversion3，郵局協議第三版）和IMAP（InternetMailAccessProtocol，Internet郵件訪問協議）。電子郵件服務