計算機網絡基礎ppt課件目錄CONTENTS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計算機網絡概述定義計算機網絡是由多臺具有獨立功能的計算機，通過通信設備和線路連接起來，在軟件的支持下實現數據通信和資源共享的系統。發展歷程從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、從單一數據通信到多媒體通信的發展歷程。計算機網絡的定義與發展實現計算機之間的數據傳輸和交換。數據通信包括硬件資源、軟件資源和數據資源的共享。資源共享計算機網絡的功能與應用分布式處理：將一個大型任務分解成多個小任務，由網絡中的多臺計算機分別處理。計算機網絡的功能與應用辦公自動化實現文件傳輸、電子郵件、視頻會議等功能。電子商務進行在線購物、支付、交易等活動。計算機網絡的功能與應用通過網絡進行在線學習、授課、考試等教學活動。遠程教育如在線游戲、音樂、電影等。娛樂休閑計算機網絡的功能與應用按覆蓋范圍分局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）。按傳輸介質分有線網和無線網。計算機網絡的分類與拓撲結構公用網和專用網。所有計算機都連接在一條公共傳輸線路上，數據在總線上單向或雙向傳輸。計算機網絡的分類與拓撲結構總線型結構按使用性質分計算機連接成一個閉合的環，數據在環中單向或雙向傳輸。環型結構星型結構網狀結構以中央節點為中心，其他節點與中央節點直接相連，數據通過中央節點進行傳輸。節點之間的連接是任意的，沒有固定的規律，數據可以通過多條路徑進行傳輸。030201計算機網絡的分類與拓撲結構02網絡體系結構提供為建立、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。物理層在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀在信道上無差錯的傳輸，并進行各電路上的動作系列。數據鏈路層OSI七層模型在網絡層提供端到端的直接通信。網絡層向用戶提供可靠的端到端的差錯和流量控制，保證報文的正確傳輸。傳輸層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。會話層OSI七層模型OSI七層模型表示層處理在兩個通信系統中交換信息的表示方式。應用層應用層是OSI參考模型中的最高層，它是計算機用戶，以及各種應用程序和網絡之間的接口。TCP/IP四層模型網絡接口層：負責接收IP數據報并通過網絡發送之，或者從網絡上接收物理幀，抽出IP數據報，交給IP層。互聯網層：負責相鄰計算機之間的通信。其功能包括三方面。一、處理來自傳輸層的分組發送請求，收到請求后，將分組裝入IP數據報，填充報頭，選擇去往信宿機的路徑，然后將數據報發往適當的網絡接口。二、處理輸入數據報：首先檢查其合法性，然后進行尋徑--假如該數據報已到達信宿機，則去掉報頭，將剩下部分交給適當的傳輸協議；假如該數據報尚未到達信宿，則轉發該數據報。三、處理路徑、流控、擁塞等問題。傳輸層：提供應用程序間的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠傳輸。為實現后者，傳輸層協議規定接收端必須發回確認，并且假如分組丟失，必須重新發送。應用層：向用戶提供一組常用的應用程序，比如電子郵件、文件傳輸訪問、遠程登錄等。遠程登錄TELNET使用TELNET協議提供在網絡其它主機上注冊的接口。TELNET會話提供了基于字符的虛擬終端。文件傳輸訪問FTP使用FTP協議來提供網絡內機器間的文件拷貝功能。五層協議體系結構應用層：應用層是體系結構中的最高層。應用層確定進程之間通信的性質以滿足用戶的需要。這里的進程就是指正在運行的程序。應用層不僅要提供應用進程所需要的信息交換和遠程操作，而且還要作為應用進程的用戶代理，來完成一些為進行信息交換所必需的功能。應用層直接為用戶的應用進程提供服務。網絡層：網絡層負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務。在發送數據時，網絡層把運輸層產生的報文段或用戶數據報封裝成分組或包進行傳送。在TCP/IP體系中，由于網絡層使用IP協議，因此分組也叫IP數據報，或簡稱為數據報。網絡層的另一個任務就是要選擇合適的路由，使源主機運輸層所傳下來的分組能夠交付到目的主機。數據鏈路層：當發送數據時，數據鏈路層的任務是將在網絡層交下來的IP數據報組裝成幀（frame），在兩個相鄰結點間的鏈路上實現幀的無差錯傳輸以進行信息交換。每一幀包括數據和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差錯控制以及流量控制信息等）。控制信息使接收端能夠知道一個幀從哪個比特開始和到哪個比特結束，以便接收端能夠正確地接收和檢錯。控制信息還使接收端能夠知道接收到的信息是由哪個發送端發送過來的。物理層：物理層的任務就是透明地傳送比特流。在物理層上傳送的數據單位是比特。傳遞信息所利用的一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜等，并不在物理層之內而是在物理層的下面。因此也有人把物理媒體當作第0層。03物理層技術物理層是計算機網絡體系結構中的最低層，負責建立、管理和釋放物理連接，提供透明的比特流傳輸服務。物理層的定義物理層的主要功能包括傳輸介質管理、數據編碼與解碼、比特同步與差錯控制等。物理層的功能物理層的標準包括EIA/TIA-232、EIA/TIA-499、V.35、RJ-45等，分別規定了不同傳輸介質和接口的物理特性。物理層的標準物理層基本概念數據通信模型包括信源、信宿、信道和協議等要素，描述了數據從發送端到接收端的傳輸過程。數據通信模型信號與信道數據編碼技術傳輸方式信號是數據的電或光的表現形式，信道是信號傳輸的通路，可以分為有線信道和無線信道。數據編碼技術包括模擬信號編碼和數字信號編碼，用于將原始數據轉換為適合信道傳輸的信號。數據傳輸方式包括單工、半雙工和全雙工三種，分別對應不同的數據傳輸需求和場景。數據通信基礎知識物理層設備物理層設備主要包括中繼器、集線器、網卡等，用于實現物理層的功能和提供網絡連接。物理層工作方式物理層工作方式包括點到點方式和廣播方式兩種，分別對應不同的網絡拓撲結構和傳輸需求。物理層接口與標準物理層接口是物理層設備與傳輸介質之間的連接接口，其標準和規范對于確保網絡通信的穩定性和可靠性至關重要。常見的物理層接口標準包括Ethernet接口、TokenRing接口、FDDI接口等。物理層設備與工作方式04數據鏈路層技術數據鏈路層的功能：幀同步、差錯控制、流量控制、鏈路管理等。數據鏈路層的設備：網橋、交換機等。數據鏈路層的定義：位于物理層和網絡層之間，負責建立、管理和釋放數據鏈路，實現相鄰節點間的可靠數據傳輸。數據鏈路層基本概念信號衰減、噪聲干擾、設備故障等。差錯產生的原因前向糾錯（FEC）和自動重傳請求（ARQ）。差錯控制方法分類發送端在數據幀中加入冗余信息，接收端根據冗余信息進行差錯檢測和糾正。前向糾錯（FEC）接收端檢測出差錯后，向發送端發送請求重傳的信號，發送端重新發送數據幀。自動重傳請求（ARQ）差錯控制方法數據鏈路層協議：PPP協議、HDLC協議等。HDLC協議（High-LevelDataLinkControl）：面向比特的同步數據鏈路控制協議，具有幀同步、差錯控制、流量控制等功能。數據鏈路層協議及工作方式PPP協議（Point-to-PointProtocol）：用于點對點鏈路的數據鏈路層協議，提供多協議封裝、鏈路配置、身份認證等功能。工作方式：單工、半雙工和全雙工。單工只允許數據單向傳輸；半雙工允許數據雙向交替傳輸；全雙工允許數據雙向同時傳輸。05網絡層技術

網絡層基本概念網絡層定義網絡層是OSI七層模型中的第三層，負責在網絡中傳輸數據包，提供主機到主機之間的通信服務。網絡層功能網絡層的主要功能包括路由選擇、數據包轉發、擁塞控制等，確保數據能夠在網絡中可靠、高效地傳輸。網絡層協議網絡層協議包括IP、ICMP、IGMP等，其中IP協議是網絡層的核心協議，負責數據包的傳輸和路由選擇。123路由選擇算法是網絡層實現數據包轉發的關鍵，常見的路由選擇算法包括最短路徑算法、洪泛算法、距離矢量算法等。路由選擇算法路由協議是實現路由器之間自動學習和更新路由信息的協議，常見的路由協議包括RIP、OSPF、BGP等。路由協議路由器根據路由協議學習到的路由信息生成路由表，用于指導數據包的轉發。路由表路由選擇算法與路由協議IP地址IP地址是網絡中設備的唯一標識，由32位二進制數表示，分為IPv4和IPv6兩種版本。IPv4地址由4個0-255之間的數字組成，以點分十進制形式表示；IPv6地址由128位二進制數表示，以冒號十六進制形式表示。子網劃分子網劃分是將一個大的IP網絡劃分為多個小的子網，每個子網具有相同的網絡地址和不同的主機地址。子網劃分可以提高IP地址的利用率和管理效率。子網掩碼子網掩碼用于區分IP地址中的網絡地址和主機地址部分，子網掩碼的長度決定了子網的規模和可用的主機數量。IP地址與子網劃分方法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。傳輸層功能主要包括TCP和UDP兩種協議，分別提供面向連接和無連接的服務。傳輸層協議用于標識應用程序的進程，實現多路復用和分用。端口號傳輸層基本概念03應用場景適用于對數據傳輸可靠性要求高的場景，如文件傳輸、電子郵件等。01工作原理TCP通過三次握手建立連接，確保數據傳輸的可靠性和順序性；采用滑動窗口機制進行流量控制和擁塞控制。02特點面向連接、可靠傳輸、基于字節流、全雙工通信、支持流量控制和擁塞控制。TCP協議工作原理及特點工作原理UDP無需建立連接，直接發送數據報；不保證數據的可靠傳輸和順序性；采用簡單的首部格式進行數據傳輸。特點無連接、不可靠傳輸、基于數據報、簡單高效、支持一對一、一對多和多對多的交互通信。應用場景適用于對實時性要求高的場景，如音視頻通話、實時游戲等。UDP協議工作原理及特點07應用層技術應用層協議HTTP、FTP、SMTP、DNS等，定義了應用程序之間通信和交互的規則。應用層功能支持用戶通過應用軟件進行網絡通信，實現文件傳輸、電子郵件、遠程登錄等網絡服務。應用層定義位于OSI模型的最上層，負責處理特定的應用程序細節，提供網絡服務與網絡應用程序的接口。應用層基本概念DNS域名解析原理及過程03本地DNS服務器查詢緩存，若緩存中有記錄則直接返回IP地址；否則向根域名服務器發送查詢請求。01DNS解析過程02用戶在瀏覽器輸入網址，操作系統將域名發送給本地DNS服務器。DNS域名解析原理及過程123根域名服務器返回頂級域名服務器的地址，本地DNS服務器再向頂級域名服務器發送查詢請求。頂級域名服務器返回權威域名服務器的地址，本地DNS服務器再向權威域名服務器發送查詢請求。權威域名服務器返回域名的IP地址，本地DNS服務器將IP地址返回給用戶計算機，同時將解析結果緩存起來以便后續使用。DNS域名解析原理及過程建立連接客戶端與FTP服務器建立TCP連接，包括控制連接和數據連接。文件傳輸客戶端通過控制連接向FTP服務器發送文