(2024年)計算機網(wǎng)絡技術(shù)(王協(xié)瑞版)全套

計算機網(wǎng)絡技術(shù)(王協(xié)瑞版)全套12024/3/26目錄contents計算機網(wǎng)絡概述網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)物理層技術(shù)數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)網(wǎng)絡層技術(shù)傳輸層技術(shù)應用層技術(shù)22024/3/2601計算機網(wǎng)絡概述32024/3/26定義計算機網(wǎng)絡是指將地理位置不同，具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡軟件（網(wǎng)絡協(xié)議、信息交換方式及網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等）實現(xiàn)網(wǎng)絡中資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。發(fā)展歷程計算機網(wǎng)絡的發(fā)展經(jīng)歷了從20世紀60年代的ARPANET到如今的Internet的演變過程，期間出現(xiàn)了多種網(wǎng)絡技術(shù)和協(xié)議，推動了計算機網(wǎng)絡的不斷發(fā)展和完善。計算機網(wǎng)絡的定義與發(fā)展42024/3/26計算機網(wǎng)絡主要由計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡軟件及協(xié)議三大部分組成。其中，計算機系統(tǒng)是網(wǎng)絡的基本單元，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是計算機網(wǎng)絡的基礎，網(wǎng)絡軟件及協(xié)議則是實現(xiàn)網(wǎng)絡功能的關(guān)鍵。組成根據(jù)網(wǎng)絡覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網(wǎng)絡可分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）。此外，根據(jù)傳輸技術(shù)進行分類，可分為廣播式網(wǎng)絡和點對點網(wǎng)絡。分類計算機網(wǎng)絡的組成與分類52024/3/26功能計算機網(wǎng)絡的主要功能包括數(shù)據(jù)通信、資源共享、分布式處理、信息檢索等。這些功能使得計算機網(wǎng)絡在各個領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。應用計算機網(wǎng)絡的應用已經(jīng)滲透到社會的各個領(lǐng)域，如企業(yè)信息化、電子商務、遠程教育、遠程醫(yī)療、智能家居等。這些應用不僅改變了人們的生活方式，也推動了社會的進步和發(fā)展。計算機網(wǎng)絡的功能與應用62024/3/2602網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)72024/3/26負責傳輸比特流，提供物理連接和電氣特性。物理層負責將數(shù)據(jù)組合成數(shù)據(jù)幀，進行差錯控制和流量控制。數(shù)據(jù)鏈路層負責路由選擇和邏輯地址尋址，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的通信。網(wǎng)絡層OSI參考模型82024/3/26傳輸層會話層表示層應用層OSI參考模型提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。負責數(shù)據(jù)的表示、轉(zhuǎn)換和加密，確保數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)之間的兼容性。負責建立、管理和終止會話，提供同步和對話控制。提供網(wǎng)絡應用服務，如電子郵件、文件傳輸和遠程登錄等。92024/3/26網(wǎng)絡接口層實現(xiàn)IP協(xié)議，負責路由選擇和邏輯地址尋址。網(wǎng)絡層傳輸層應用層01020403提供網(wǎng)絡應用服務，如HTTP、SMTP、FTP等。對應于OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，負責數(shù)據(jù)的傳輸和接收。實現(xiàn)TCP和UDP協(xié)議，提供可靠的或不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務。TCP/IP參考模型102024/3/26兩種模型都采用了分層的思想，將復雜的網(wǎng)絡通信問題分解為若干個相對簡單的子問題進行處理。同時，兩種模型都提供了相似的服務和功能，如路由選擇、數(shù)據(jù)傳輸、差錯控制等。OSI參考模型是一個理論模型，具有完整的七層結(jié)構(gòu)，每層都有明確的功能和服務定義。而TCP/IP參考模型是一個實際應用的模型，只有四層結(jié)構(gòu)，將OSI的應用層、表示層和會話層合并為一個應用層。此外，TCP/IP模型在網(wǎng)絡接口層并沒有嚴格定義服務和功能，而是依賴于具體的網(wǎng)絡技術(shù)和協(xié)議。兩種模型在網(wǎng)絡通信中都起著非常重要的作用，它們提供了網(wǎng)絡通信的基本框架和服務。在實際應用中，可以根據(jù)具體的需求和網(wǎng)絡環(huán)境選擇合適的模型進行網(wǎng)絡通信的設計和開發(fā)。同時，兩種模型之間也存在一定的映射關(guān)系，可以通過對應的協(xié)議和功能實現(xiàn)不同模型之間的轉(zhuǎn)換和互通。共同點不同點聯(lián)系兩種模型的比較與聯(lián)系112024/3/2603物理層技術(shù)122024/3/26

物理層的基本概念物理層的定義物理層是計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中的最低層，負責在傳輸介質(zhì)上實現(xiàn)無結(jié)構(gòu)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務。物理層的功能物理層的主要功能包括物理連接的建立、維持與釋放，以及物理層數(shù)據(jù)傳輸服務。物理層與傳輸介質(zhì)的關(guān)系物理層定義了與傳輸介質(zhì)接口的機械、電氣、功能和規(guī)程特性，確保比特流能在傳輸介質(zhì)上正確傳輸。132024/3/2603數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式包括并行通信與串行通信、同步通信與異步通信、單工、半雙工與全雙工通信等。01數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信宿、信道和噪聲源等基本要素組成。02模擬信號與數(shù)字信號模擬信號是連續(xù)變化的電磁波，數(shù)字信號則是離散的二進制序列。數(shù)據(jù)通信基礎142024/3/26物理層接口與標準物理層接口的特性物理層接口定義了物理連接的機械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。EIA/TIA-232標準EIA/TIA-232標準定義了DTE與DCE之間的接口標準，采用負邏輯電平表示數(shù)據(jù)信號。EIA/TIA-499標準EIA/TIA-499標準定義了RS-422、RS-423和RS-485等差分接口標準，適用于遠距離、高速率數(shù)據(jù)傳輸。以太網(wǎng)物理層標準以太網(wǎng)物理層標準包括10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T等，分別對應不同的傳輸速率和傳輸介質(zhì)。152024/3/2604數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)162024/3/26數(shù)據(jù)鏈路層是OSI七層模型中的第二層，負責在物理層提供的比特流的基礎上，建立相鄰節(jié)點之間的數(shù)據(jù)鏈路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的定義數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括幀同步、差錯控制、流量控制和鏈路管理等。數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的設備主要包括網(wǎng)卡、網(wǎng)橋和交換機等。數(shù)據(jù)鏈路層的設備數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念172024/3/26幀同步是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，接收方能夠正確地識別出每個幀的起始和終止位置。常見的幀同步方法有字節(jié)計數(shù)法和字符填充法等。幀同步差錯控制是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通過采用一定的編碼和解碼技術(shù)，實現(xiàn)對傳輸錯誤的檢測和糾正。常見的差錯控制方法有奇偶校驗、循環(huán)冗余校驗（CRC）等。差錯控制幀同步與差錯控制182024/3/26PPP協(xié)議01PPP協(xié)議是一種點對點的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，廣泛應用于撥號上網(wǎng)等場景。PPP協(xié)議具有簡單、靈活和可擴展等優(yōu)點，支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議。HDLC協(xié)議02HDLC協(xié)議是一種高級數(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)絡環(huán)境。HDLC協(xié)議具有高效、可靠和安全等特點，支持多種數(shù)據(jù)傳輸模式。以太網(wǎng)協(xié)議03以太網(wǎng)協(xié)議是一種局域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層標準，廣泛應用于局域網(wǎng)中。以太網(wǎng)協(xié)議具有簡單、低成本和高速率等優(yōu)點，支持多種傳輸介質(zhì)和拓撲結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議192024/3/2605網(wǎng)絡層技術(shù)202024/3/26123網(wǎng)絡層是OSI參考模型中的第三層，主要負責數(shù)據(jù)包的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的通信。網(wǎng)絡層的功能常見的網(wǎng)絡層設備有路由器和三層交換機等，它們可以根據(jù)路由表或路由協(xié)議將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目標網(wǎng)絡。網(wǎng)絡層的設備網(wǎng)絡層協(xié)議包括IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、IGMP協(xié)議等，其中IP協(xié)議是網(wǎng)絡層的核心協(xié)議，負責數(shù)據(jù)包的尋址和路由。網(wǎng)絡層的協(xié)議網(wǎng)絡層的基本概念212024/3/26動態(tài)路由算法動態(tài)路由算法是通過路由協(xié)議（如OSPF、EIGRP等）自動學習和更新路由信息，適用于復雜且動態(tài)變化的網(wǎng)絡環(huán)境。路由度量值路由度量值是用來衡量路徑優(yōu)劣的一個指標，常見的度量值包括跳數(shù)、帶寬、延遲等。靜態(tài)路由算法靜態(tài)路由算法是由管理員手動配置的路由信息，適用于簡單且穩(wěn)定的網(wǎng)絡環(huán)境。路由選擇算法222024/3/26IP協(xié)議是網(wǎng)絡層的核心協(xié)議，負責數(shù)據(jù)包的尋址和路由。它提供了不可靠的、無連接的數(shù)據(jù)報服務，不保證數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。IP協(xié)議ICMP協(xié)議是IP協(xié)議的附屬協(xié)議，用于在IP主機和路由器之間傳遞控制消息，如“目的不可達”、“超時”等。ICMP協(xié)議IGMP協(xié)議是用于IPv4網(wǎng)絡中的組播成員資格管理協(xié)議，它允許主機加入或離開組播組，并向路由器報告其組成員資格狀態(tài)。IGMP協(xié)議網(wǎng)絡層協(xié)議232024/3/2606傳輸層技術(shù)242024/3/26提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務，確保數(shù)據(jù)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(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）。傳輸層的協(xié)議用于標識應用程序的進程，實現(xiàn)多路復用和分用。端口的概念傳輸層的基本概念252024/3/26面向連接、可靠傳輸、基于字節(jié)流。TCP的特點三次握手，包括SYN、SYN+ACK和ACK報文段的交換。TCP的連接建立過程四次揮手，包括FIN、ACK、FIN+ACK和ACK報文段的交換。TCP的連接釋放過程通過滑動窗口、慢開始、擁塞避免等算法實現(xiàn)。TCP的流量控制和擁塞控制機制TCP協(xié)議262024/3/26UDP的特點無連接、不可靠傳輸、基于數(shù)據(jù)報。UDP的報文格式包括源端口、目的端口、長度和校驗和等字段。UDP的適用場景適用于實時性要求高、可靠性要求不高的應用，如語音、視頻等。UDP的優(yōu)缺點優(yōu)點包括簡單、高效；缺點包括不可靠、無序和容易丟失數(shù)據(jù)。UDP協(xié)議272024/3/2607應用層技術(shù)282024/3/26應用層的功能提供用戶與網(wǎng)絡應用之間的接口，實現(xiàn)網(wǎng)絡應用的各種服務。應用層協(xié)議HTTP、FTP、SMTP、DNS等，定義了網(wǎng)絡應用之間通信的規(guī)則和格式。客戶端/服務器模型應用層通常采用客戶端/服務器模型，客戶端發(fā)送請求，服務器響應請求并提供服務。應用層的基本概念292024/3/26要點三DNS的作用將用戶輸入的域名解析為對應的IP地址，實現(xiàn)域名與IP地址的映射。要點一要點二DNS的組成由域名空間、域名服務器和解析器組成。DNS的查詢過程用戶向本地DNS服務器發(fā)送查詢請求，本地DNS服務器向根域名服務器發(fā)送查詢請求，根域名服務器返回頂級域名服務器的IP地址，本地DNS服務器向頂級域名服務器發(fā)送查詢請求，頂級域名服務器返回權(quán)威域名服務器的IP地址，本地DNS服務器向權(quán)威域名服務器發(fā)送查詢請求，權(quán)威域名服務器返回域名對應的IP地址。要點三DNS服務302024/3/26提供文件傳輸服務，支持不同操作系統(tǒng)之間的文件傳輸。FTP的作用ASCII模式和二進制模式。ASCII模式用于傳輸文本文件，二進制模式用于傳輸二進制文件。FTP的傳輸模式由FTP服務器和FTP客戶端組成。FTP的組成主動模式和被動模式。主動模式下，客戶端打開端口等待連接；被動模式下，