計算機網絡教學課件目錄計算機網絡概述網絡體系結構物理層技術數據鏈路層技術網絡層技術傳輸層技術應用層技術01計算機網絡概述計算機網絡是由多臺自主工作的計算機通過通信設備和傳輸介質互聯，以實現資源共享、信息交換和協同工作的系統。定義從20世紀60年代的ARPANET到如今的Internet，計算機網絡經歷了從局域網到廣域網、從低速到高速、從專用到公用的發展過程。發展歷程計算機網絡的定義與發展計算機網絡由資源子網和通信子網兩部分組成。資源子網負責信息處理，通信子網負責信息傳遞。根據網絡覆蓋范圍，計算機網絡可分為局域網（LAN）、城域網（MAN）和廣域網（WAN）；根據傳輸技術，可分為廣播式網絡和點對點網絡。計算機網絡的組成與分類分類組成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。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、遠程醫療等，推動了社會的信息化進程。應用計算機網絡的功能與應用02網絡體系結構負責傳輸比特流，提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規程的特性。物理層負責在兩個相鄰結點間的線路上，無差錯的傳送以幀為單位的數據，并進行數據流量控制。數據鏈路層負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務，并通過選擇合適的路由將數據從源主機傳送到目的主機。網絡層OSI參考模型OSI參考模型負責向用戶提供可靠的端到端服務，透明地傳送報文，并進行流量控制。負責組織和協調兩個會話進程之間的通信，并對數據交換進行管理。負責對來自應用層的數據進行語法轉換，以滿足應用層所要求的數據格式。負責確定進程之間通信的性質，以滿足用戶的需要。傳輸層會話層表示層應用層網絡接口層網際層傳輸層應用層TCP/IP參考模型負責接收IP數據報并進行傳輸，或從網絡上接收物理幀，抽取IP數據報轉交給網際層。提供應用進程間的通信服務，負責在源主機和目的主機的兩個進程之間建立、管理和終止會話。負責處理來自傳輸層的分組發送請求，處理輸入數據報，處理路徑、流控、擁塞等問題。負責為用戶提供一組常用的應用程序，如電子郵件、文件傳輸訪問、遠程登錄等。相同點兩個協議都分層，都基于獨立的協議棧的概念，可以實現異構網絡互聯，同層之間都有相應的協議進行數據傳輸。不同點OSI模型有7層，TCP/IP模型只有4層；TCP/IP模型更強調“面向連接”，而OSI模型既面向連接又無連接；TCP/IP模型的網絡接口層并不是常規意義上的一層，只是一個抽象概念。聯系TCP/IP模型實際上是在OSI模型的基礎上進行了簡化與合并，將OSI模型中的物理層和數據鏈路層合并為網絡接口層，將OSI模型中的會話層、表示層和應用層合并為應用層。兩種模型的比較與聯系03物理層技術03光纖利用光的全反射原理進行信號傳輸，具有傳輸距離遠、帶寬高、抗干擾能力強等優點。01雙絞線由兩根互相絕緣的銅導線絞合而成，通常用于低速或短距離通信。02同軸電纜由內導體、絕緣層、外導體和護套組成，具有較高的帶寬和較好的抗干擾能力。傳輸介質

數據編碼與調制技術基帶傳輸直接傳送數字信號，通常用于低速或短距離通信。頻帶傳輸利用模擬信道傳送數字信號，需將數字信號調制到模擬信號的載波上。調制技術包括振幅調制（AM）、頻率調制（FM）和相位調制（PM）等，用于將數字信號轉換為模擬信號進行傳輸。物理層接口與標準EIA/TIA-232接口也稱為RS-232接口，是一種常用的串行通信接口標準，用于連接計算機與外設或計算機之間的通信。EIA/TIA-422與EIA/TIA-…是兩種差分信號傳輸的接口標準，具有較高的抗干擾能力和較遠的傳輸距離。以太網接口包括10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T等標準，用于局域網中計算機之間的通信。光纖接口包括ST、SC、FC等類型，用于光纖通信中的連接與傳輸。04數據鏈路層技術數據鏈路層是OSI七層模型中的第二層，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功能數據鏈路層的協議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。數據鏈路層的協議包括PPP、HDLC、FrameRelay等。030201數據鏈路層的基本概念差錯控制方法當接收端發現接收到的數據有錯誤時，會向發送端發送一個重傳請求，發送端在收到請求后會重新發送數據。自動重傳請求（ARQ）通過在數據中添加一個校驗位，使得數據中1的個數為偶數（偶校驗）或奇數（奇校驗），從而實現對數據的簡單校驗。奇偶校驗通過在數據后添加冗余碼，使得整個數據序列滿足特定的多項式，接收端通過計算接收到的數據序列是否滿足該多項式來判斷數據是否出錯。循環冗余檢驗（CRC）令牌桶算法模擬一個固定容量的令牌桶，令牌以固定速率進入令牌桶，數據只有在獲得令牌后才能被發送，從而實現對數據的突發傳輸和速率限制。停止-等待協議發送端每發送一幀數據后，都要等待接收端的確認才能發送下一幀，如果接收端沒有收到數據或發現數據錯誤，則發送端需要重發數據。滑動窗口協議發送端和接收端分別維護一個滑動窗口，窗口內的幀可以被連續發送或接收，通過調整窗口大小可以實現不同程度的流量控制。漏桶算法模擬一個固定容量的漏桶，數據以固定速率進入漏桶，如果漏桶滿了則多余的數據會被丟棄，從而實現對數據的整形和速率限制。流量控制方法05網絡層技術網絡層的定義網絡層是OSI七層參考模型中的第三層，它負責在網絡節點之間路由和傳輸數據。網絡層的主要功能網絡層的主要功能包括路由選擇、數據包的分段和重組、擁塞控制等。網絡層協議常見的網絡層協議有IP、ICMP、IGMP等。網絡層的基本概念030201123靜態路由算法是手動配置的路由算法，它根據管理員預先定義好的路由表進行路由選擇。靜態路由算法動態路由算法是自動學習的路由算法，它根據網絡拓撲結構和路由器的狀態信息動態地計算最佳路徑。動態路由算法常見的動態路由算法有RIP、OSPF、BGP等。常見的動態路由算法路由選擇算法當網絡中傳輸的數據量超過了網絡的處理能力時，就會發生擁塞現象，導致數據包的延遲和丟失。擁塞現象為了避免和解決網絡擁塞問題，網絡層采用了一系列的擁塞控制機制，如慢開始、擁塞避免、快重傳和快恢復等。擁塞控制機制TCP協議中采用了基于窗口的擁塞控制算法，如滑動窗口協議、慢開始算法、擁塞避免算法等。常見的擁塞控制算法擁塞控制方法06傳輸層技術提供端到端的數據傳輸服務，確保數據的可靠傳輸和流量控制。傳輸層的功能主要包括TCP（傳輸控制協議）和UDP（用戶數據報協議）。傳輸層的協議用于標識應用程序的進程，實現多路復用和分用。端口的概念傳輸層的基本概念通過三次握手建立連接，確保雙方都已準備好數據傳輸。TCP的連接建立通過四次揮手釋放連接，確保數據完全傳輸完畢。TCP的連接釋放采用確認和重傳機制，確保數據能夠可靠地到達目的地。TCP的可靠傳輸通過滑動窗口機制實現流量控制，防止發送方過快地發送數據。TCP的流量控制TCP協議詳解無連接、不可靠、面向報文、支持一對一、一對多、多對一和多對多的交互通信。UDP的特點UDP的報文格式UDP的適用場景UDP的優缺點包括源端口、目的端口、長度和校驗和等字段。適用于實時性要求高、數據量小、可靠性要求不高的場景，如語音通話、視頻直播等。優點包括簡單、高效、實時性好；缺點包括不可靠、易丟失數據、無擁塞控制等。UDP協議詳解07應用層技術DNS服務原理DNS（域名系統）是一種分布式數據庫，用于將用戶可讀的域名轉換為計算機可讀的IP地址。DNS采用層次化結構，通過遞歸查詢或迭代查詢方式解析域名。DNS配置方法配置DNS服務器需要安裝DNS服務軟件，如BIND（BerkeleyInternetNameDomain），并編輯配置文件以定義域名和IP地址的映射關系。同時，需要配置區域文件和反向解析文件以實現正向和反向域名解析。DNS服務原理及配置方法DHCP（動態主機配置協議）是一種網絡協議，用于動態分配IP地址和其他網絡配置參數給網絡中的計算機。DHCP采用客戶端/服務器模式，客戶端向服務器發送請求，服務器響應并分配IP地址等參數。DHCP服務原理配置DHCP服務器需要安裝DHCP服務軟件，如ISCDHCPServer或MicrosoftDHCPServer，并編輯配置文件以定義地址池、默認網關、DNS服務器等參數。同時，需要在路由器或交換機上啟用DHCP中繼功能，以便客戶端能夠跨子網獲取IP地址。DHCP配置方法DHCP服務原理及配置方法FTP服務原理FTP（文件傳輸協議）是一種網絡協議，用于在網絡中傳輸文件。FTP采用客戶端/服務器模式，客