計算機網絡技術基礎本課程將介紹計算機網絡技術的基礎知識，涵蓋網絡的基本概念、組成、拓撲結構、分類、協議標準化、OSI參考模型、TCP/IP參考模型、各層的功能、常用協議等內容。通過學習本課程，你將掌握計算機網絡的基礎知識，為進一步學習網絡技術打下堅實基礎。計算機網絡的基本概念定義計算機網絡是指將geographically分散的計算機系統通過通信線路和通信設備連接在一起，并按照一定的協議實現數據交換和資源共享的系統。特點資源共享、數據通信、分布式處理、高可靠性、可擴展性。計算機網絡的組成計算機網絡中的節點，負責數據處理和存儲。通信線路用于連接網絡節點的物理介質，負責數據傳輸。網絡設備負責數據轉發和網絡管理，如路由器、交換機、網卡等。網絡軟件負責網絡管理和數據通信，如操作系統、網絡協議棧等。計算機網絡的拓撲結構總線型所有節點連接到一條公共傳輸介質上，數據在介質上傳播，所有節點都能接收到數據。價格低廉，但容易發生沖突，效率較低。星型所有節點都連接到一個中央節點，數據通過中央節點進行轉發。便于管理，但依賴中央節點，若中央節點故障，則整個網絡癱瘓。環型所有節點連接成一個閉合環，數據沿環進行傳播?？煽啃愿?，但效率較低，需要特殊的傳輸協議。樹型以層次結構的方式連接節點，層級越高，節點數量越少。易于管理，但成本較高，需要特殊的路由算法。網狀型多個節點之間有多條連接，形成網絡網狀結構，可靠性高，但成本高，管理復雜。計算機網絡的分類按地理范圍局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）。按傳輸介質有線網絡、無線網絡。按網絡拓撲總線型、星型、環型、樹型、網狀型。按網絡協議TCP/IP網絡、OSI網絡。網絡協議與標準化1協議的概念網絡協議是一套規則，定義了網絡設備之間進行數據交換的格式、順序和時序。它使不同類型的網絡設備能夠互相通信，并保證數據的完整性和可靠性。2標準化的意義網絡協議的標準化有利于實現不同設備之間的互聯互通，促進網絡技術的快速發展，提高網絡效率和安全性。3常見網絡標準化組織IEEE、ISO、ITU-T、IETF等。OSI參考模型1應用層為用戶提供網絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等。2表示層負責數據格式的轉換和編碼，確保不同系統之間的數據兼容性。3會話層負責建立、管理和終止網絡連接，控制數據傳輸的順序和時序。4傳輸層負責數據的可靠傳輸，提供流量控制和差錯控制機制。5網絡層負責數據的路由和尋址，選擇最佳路徑將數據發送到目標節點。6數據鏈路層負責數據在相鄰節點之間的傳輸，提供流量控制和差錯控制機制。7物理層負責數據的物理傳輸，定義了數據傳輸的介質和傳輸方式。TCP/IP參考模型應用層為用戶提供網絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等。傳輸層負責數據的可靠傳輸，提供流量控制和差錯控制機制。網絡層負責數據的路由和尋址，選擇最佳路徑將數據發送到目標節點。網絡接口層負責數據在網絡介質上的物理傳輸，對應OSI模型的物理層和數據鏈路層。物理層物理層的基本概念物理層是最底層，負責數據的物理傳輸，定義了數據傳輸的介質、傳輸方式和信號編碼等。物理層的主要功能定義數據在網絡介質上的物理傳輸規則，提供數據傳輸的物理接口，進行信號的編碼和解碼。物理層的傳輸介質雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電波等。物理層的編碼和調制將數據轉換成適合物理介質傳輸的信號。物理層的基本概念1比特數據的最小單位，用0或1表示。2信號物理層傳輸的信號，可以是電壓、電流、光波等。3傳輸介質數據傳輸的物理通道，如雙絞線、光纖等。4編碼將比特數據轉換成適合傳輸的信號。5調制將數字信號轉換成模擬信號，適合在無線介質中傳輸。物理層的主要功能1234機械特性定義連接器的形狀、尺寸和引腳排列。電氣特性定義信號電壓、電流、阻抗等參數。功能特性定義信號的編碼方式、傳輸速率等參數。規程特性定義數據傳輸的時序和同步方式。物理層的傳輸介質雙絞線由兩根絕緣導線相互纏繞而成，可以有效減少電磁干擾，價格低廉，應用廣泛。同軸電纜由一根中心導線和一根同軸外導線組成，外導線屏蔽中心導線的電磁干擾，傳輸距離較遠，但成本較高。光纖利用光信號進行數據傳輸，抗干擾能力強，傳輸速率快，成本相對較高。無線電波利用電磁波進行數據傳輸，方便靈活，但受環境影響較大，傳輸距離有限。物理層的編碼和調制曼徹斯特編碼時鐘信號嵌入在數據信號中，無需單獨的時鐘信號，提高同步精度。差分曼徹斯特編碼在數據信號的邊沿添加時鐘信號，降低對傳輸介質的要求，提高抗干擾能力。NRZ編碼用電平的高低代表0或1，簡單易實現，但容易受到干擾。AMI編碼用正負電平交替代表0或1，減少直流分量，適合遠距離傳輸。數據鏈路層數據鏈路層的基本概念數據鏈路層是OSI模型的第二層，負責數據在相鄰節點之間的傳輸，提供數據幀的封裝、流量控制和差錯控制機制。數據鏈路層的主要功能將數據幀進行封裝，提供數據幀的傳輸和接收，進行流量控制和差錯控制。數據鏈路層的幀格式幀頭、數據部分、幀尾。數據鏈路層的流量控制防止數據發送過快，導致接收方來不及處理數據。數據鏈路層的差錯控制確保數據在傳輸過程中不發生錯誤。數據鏈路層的基本概念1數據幀數據鏈路層傳輸的數據單元，包含數據部分和控制信息。2幀頭包含幀起始標志、數據長度等控制信息。3幀尾包含幀結束標志、校驗碼等控制信息。4流量控制控制數據傳輸速率，避免接收方數據緩沖區溢出。5差錯控制檢測和糾正數據傳輸過程中的錯誤。數據鏈路層的主要功能幀封裝將數據封裝成幀，添加幀頭和幀尾，以便數據在網絡中傳輸。1幀傳輸將數據幀從一個節點傳輸到另一個節點。2流量控制控制數據傳輸速率，避免數據發送過快，導致接收方來不及處理數據。3差錯控制檢測和糾正數據傳輸過程中的錯誤，確保數據完整性和可靠性。4數據鏈路層的幀格式幀起始標志標識幀的開始，用于接收方識別幀的起始位置。數據長度指示數據部分的長度，方便接收方判斷數據部分的結束位置。數據部分包含要傳輸的數據內容，由上層協議提供。校驗碼用于檢測數據傳輸過程中是否發生錯誤。幀結束標志標識幀的結束，用于接收方識別幀的結束位置。數據鏈路層的流量控制滑動窗口機制發送方維護一個滑動窗口，表示可以發送的數據幀數量，接收方維護一個滑動窗口，表示可以接收的數據幀數量。發送方只能發送窗口內的數據幀，接收方只能接收窗口內的數據幀。當窗口大小發生變化時，窗口會滑動，以控制數據傳輸速率。停止-等待協議發送方發送一個數據幀后，等待接收方的確認信息，才發送下一個數據幀。效率低，但簡單易實現。數據鏈路層的差錯控制1奇偶校驗在數據幀中添加一個校驗位，使數據幀中1的個數為奇數或偶數，接收方根據奇偶性判斷數據是否出錯。只能檢測單個錯誤，不能糾正錯誤。2循環冗余校驗（CRC）根據數據計算出一個校驗碼，將校驗碼添加到數據幀中，接收方根據校驗碼判斷數據是否出錯。可以檢測多個錯誤，但不能糾正錯誤。3海明碼根據數據計算出多個校驗位，并將校驗位添加到數據幀中，接收方根據校驗位判斷數據是否出錯，并能糾正單個錯誤。成本較高，效率較低。網絡層網絡層的基本概念網絡層是OSI模型的第三層，負責數據的路由和尋址，選擇最佳路徑將數據發送到目標節點。網絡層的主要功能進行邏輯尋址，選擇數據傳輸路徑，負責數據包的路由和轉發。網絡層的邏輯尋址使用IP地址對網絡節點進行邏輯標識。網絡層的路由算法選擇數據傳輸的最佳路徑。網絡層的基本概念1數據包網絡層傳輸的數據單元，包含數據部分和控制信息。2IP地址網絡層使用IP地址對網絡節點進行邏輯標識。3路由器網絡層設備，負責數據包的路由和轉發。4路由表存儲IP地址和路由信息的表格，用于引導數據包的傳輸路徑。5路由算法選擇數據傳輸的最佳路徑的算法。網絡層的主要功能邏輯尋址使用IP地址對網絡節點進行邏輯標識。1路由選擇數據傳輸路徑，將數據包從源節點路由到目標節點。2數據包轉發將數據包轉發到下一個路由器，直到到達目標節點。3網絡互聯連接不同的網絡，實現不同網絡之間的數據傳輸。4網絡層的邏輯尋址IP地址用于識別網絡中的每個節點，由網絡號和主機號組成，分為IPv4和IPv6兩種版本。子網掩碼用于區分IP地址中的網絡號和主機號。MAC地址物理地址，用于識別網絡接口卡，由數據鏈路層使用。網絡層的路由算法距離矢量路由算法每個路由器維護一個距離矢量表，記錄到其他路由器的距離和下一跳路由器。路由器將自己的距離矢量表發送給鄰居，并根據鄰居的距離矢量表更新自己的距離矢量表。鏈路狀態路由算法每個路由器維護一個鏈路狀態數據庫，記錄到其他路由器的距離和鏈路狀態。路由器將自己的鏈路狀態數據庫發送給所有路由器，并根據所有路由器的鏈路狀態數據庫計算最短路徑。傳輸層傳輸層的基本概念傳輸層是OSI模型的第四層，負責數據的可靠傳輸，提供流量控制和差錯控制機制，為應用層提供服務。傳輸層的主要功能進行端口尋址，提供數據傳輸的服務，提供流量控制和差錯控制機制。傳輸層的流量控制控制數據傳輸速率，避免數據發送過快，導致接收方來不及處理數據。傳輸層的差錯控制確保數據在傳輸過程中不發生錯誤，保證數據的完整性和可靠性。傳輸層的基本概念1端口號用于識別網絡應用程序，每個網絡應用程序都有一個唯一的端口號。2數據段傳輸層傳輸的數據單元，包含數據部分和控制信息。3TCP傳輸控制協議，面向連接、可靠的傳輸協議。4UDP用戶數據報協議，無連接、不可靠的傳輸協議。5流量控制控制數據傳輸速率，避免數據發送過快，導致接收方來不及處理數據。6差錯控制檢測和糾正數據傳輸過程中的錯誤。傳輸層的主要功能端口尋址使用端口號識別網絡應用程序。1數據傳輸為應用層提供數據傳輸服務，將數據從一個應用程序傳輸到另一個應用程序。2流量控制控制數據傳輸速率，避免數據發送過快，導致接收方來不及處理數據。3差錯控制檢測和糾正數據傳輸過程中的錯誤，保證數據的完整性和可靠性。4傳輸層的流量控制滑動窗口機制發送方維護一個滑動窗口，表示可以發送的數據段數量，接收方維護一個滑動窗口，表示可以接收的數據段數量。發送方只能發送窗口內的數據段，接收方只能接收窗口內的數據段。當窗口大小發生變化時，窗口會滑動，以控制數據傳輸速率。擁塞控制當網絡擁塞時，傳輸層會降低數據傳輸速率，以減輕網絡負擔。傳輸層的差錯控制1校驗和在數據段中添加一個校驗和，接收方根據校驗和判斷數據是否出錯。只能檢測單個錯誤，不能糾正錯誤。2重傳機制當接收方檢測到數據段出錯時，會向發送方發送確認信息，要求發送方重傳該數據段。確保數據的可靠傳輸。3序列號在數據段中添加一個序列號，用于保證數據段的順序，避免數據段在傳輸過程中丟失或亂序。應用層應用層的基本概念應用層是OSI模型的第七層，直接為用戶提供網絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等。應用層的主要功能提供各種網絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等，與用戶進行交互，并將用戶的請求轉換成網絡協議。常見的應用層協議HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet等。應用層的基本概念1網絡應用程序運行在應用層，提供各種網絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等。2應用層協議定義網絡應用程序之間數據交換的格式、順序和時序。3用戶接口提供用戶與網絡應用程序交互的界面。4網絡服務應用層提供各種網絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等。應用層的主要功能1234用戶交互提供用戶與網絡應用程序交互的界面。數據處理對用戶數據進行處理，并將用戶的請求轉換成網絡協議。網絡服務提供各種網絡服務，如電子郵件、文件傳輸、網頁瀏覽等。協議轉換將上層協議轉換成網絡協議，以便在網絡中傳輸。常見的應用層協議HTTP協議超文本傳輸協議，用于網頁瀏覽，支持網頁的請求和響應。FTP協議文件傳輸協議，用于文件上傳和下載，支持文件傳輸的控制和數據傳輸。SMTP協議簡單郵件傳輸協議，用于電子郵件的發送和接收，支持電子郵件的發送和接收。DNS協議域名系統協議，用于將域名解析成IP地址，方便用戶訪問網站。Telnet協議遠程登錄協議，用于遠程登錄服務器，支持遠程操作服務器。總結與展望總結計算機網絡技術是現代信息社會的基礎，其發展推動了信息技術和經濟社會的快速發展。本課程介紹了計算機網絡技術的基礎知識，為進一步學習網絡技術打下了堅實基礎。展望