网络技术基础第3章

网络技术基础第3章引言网络协议与层次结构物理层技术数据链路层技术网络层技术传输层技术应用层技术引言01随着互联网的普及，网络技术已经成为现代社会不可或缺的一部分，对人们的生活、工作、学习等方面产生了深远的影响。本章将介绍网络技术的基本概念、原理和应用，包括计算机网络、互联网、网络安全等方面的知识。目的和背景介绍本章主要内容阐述网络技术的重要性计算机网络概述互联网基础网络安全基础网络技术应用章节概述介绍计算机网络的基本概念、组成和功能，以及计算机网络的分类和发展历程。介绍网络安全的基本概念和原理，包括网络攻击、防御和安全管理等方面的知识。阐述互联网的基本概念和特点，包括互联网的体系结构、协议和关键技术等。探讨网络技术在各个领域的应用，如电子商务、在线教育、远程医疗等。网络协议与层次结构02网络协议是计算机网络中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合。协议定义语法、语义和时序。协议三要素将复杂问题分解为多个简单问题，便于理解和实现。协议分层思想网络协议概述物理层提供比特流传输的物理媒体及其接口，包括机械、电气、功能和规程等特性。数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通过差错控制提供数据帧在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动作系列。网络层在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换结点，确保数据及时传送。OSI七层模型传输层提供建立、维护和拆除传输连接的功能，选择网络层提供最合适的服务进行数据传输。表示层表示层向上对应用层服务，向下接受来自会话层的服务。表示层为在应用过程之间传送的信息提供表示方法的服务，它只关心信息发出的语法和语义。应用层应用层是OSI参考模型中的最高层，它是计算机用户，以及各种应用程序和网络之间的接口。会话层会话层不参与具体的传输，它提供包括访问验证和会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。OSI七层模型TCP/IP四层模型网络接口层：负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。网际层：负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径--假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。三、处理路径、流控、拥塞等问题。传输层：提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。应用层：向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它计算机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。协议数据单元（PDU）封装是指把上层协议数据单元（PDU）添加到下层协议数据单元（PDU）中，形成一个新的下层PDU的过程。封装（Encapsulation）协议数据单元与封装物理层技术03物理层概述物理层定义物理层是计算机网络体系结构中的最底层，负责建立、管理和释放物理连接，提供透明的比特流传输服务。物理层功能物理层的主要功能包括传输介质管理、数据编码与解码、比特同步与差错控制等。数据通信模型数据通信模型包括信源、信宿、信道和协议等基本要素，描述了数据从发送端到接收端的传输过程。数据编码技术数据编码技术是将待传输的数据转换为适合在信道上传输的信号的过程，包括模拟信号编码和数字信号编码两种。数据传输方式数据传输方式分为并行传输和串行传输两种，分别适用于不同的传输场景和需求。数据通信基础传输介质接口传输介质接口是连接网络设备和传输介质的物理接口，包括RJ-45接口、BNC接口、光纤接口等。传输介质性能指标传输介质的性能指标包括带宽、传输速率、传输距离、抗干扰能力等，直接影响网络通信的质量和效率。传输介质类型常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线传输介质等，具有不同的传输特性和适用场景。传输介质与接口物理层设备网卡是计算机与网络相连的接口卡，负责将计算机内部的数据转换为适合在网络上传输的格式，并实现与网络的连接和通信。网卡中继器是一种物理层设备，用于扩展网络传输距离，放大或再生信号以保证信号的可靠传输。中继器集线器是一种多端口的中继器，可将多个网络设备连接在一起，实现设备间的互联和通信。集线器数据链路层技术04数据链路层功能数据链路层的主要功能包括帧同步、差错控制、流量控制和访问控制等。数据链路层设备常见的数据链路层设备有网卡、网桥和交换机等。数据链路层定义数据链路层是OSI参考模型中的第二层，负责在相邻节点间建立可靠的数据传输链路，实现数据的可靠传输。数据链路层概述帧是数据链路层传输的基本单位，由帧头、数据和帧尾三部分组成。帧的概念成帧方法帧同步常见的成帧方法有字符计数法、字节填充法、比特填充法和物理编码违例法等。接收方需要能够从接收到的比特流中正确识别出帧的起始和终止位置，即实现帧同步。030201帧与成帧方法123差错控制是数据链路层的重要功能之一，用于检测并纠正传输过程中的错误。差错控制概念常见的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余校验（CRC）和海明码等。差错控制方法数据链路层通常采用自动重传请求（ARQ）机制来实现差错控制，包括停止等待ARQ、后退N帧ARQ和选择性重传ARQ等。差错控制机制差错控制方法HDLC协议高级数据链路控制（HDLC）协议是一种面向比特的同步数据链路层协议，广泛应用于广域网中。PPP协议点对点协议（PPP）是一种面向字节的异步数据链路层协议，主要用于拨号上网等场景。以太网协议以太网协议是一种基于CSMA/CD访问控制方法的局域网协议，广泛应用于局域网中。数据链路层协议网络层技术05VS网络层是OSI参考模型中的第三层，主要负责数据包的路由和转发，实现不同网络之间的通信。网络层协议网络层协议包括IP协议、ICMP协议、IGMP协议等，其中最核心的是IP协议。网络层功能网络层概述IP协议IP协议是网络层的核心协议，负责在网络上传输数据报。它提供无连接的、不可靠的、尽力而为的数据传输服务。IP地址IP地址是用于标识网络中设备的唯一地址，由32位二进制数表示。IP地址分为IPv4和IPv6两种版本，其中IPv4地址由4个字节组成，而IPv6地址由16个字节组成。IP协议与IP地址子网划分是将一个大的网络划分为多个小的网络，每个子网具有相同的网络地址和不同的主机地址范围。子网划分可以提高网络的可管理性和安全性。子网掩码是用于区分网络地址和主机地址的二进制位模式。通过与IP地址进行按位与运算，可以得到网络地址和主机地址。子网划分子网掩码子网划分与子网掩码ARP协议与RARP协议ARP（AddressResolutionProtocol）协议是用于将32位的IP地址解析为MAC地址的协议。当一台主机需要与另一台主机通信时，它首先会发送一个ARP请求广播，询问目标主机的MAC地址。目标主机收到请求后会回复一个ARP响应，包含其MAC地址。ARP协议RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）协议是ARP协议的逆操作，用于将MAC地址解析为IP地址。RARP协议主要用于无盘工作站等场景，其中设备没有预先配置IP地址，但需要通过网络获取。RARP协议传输层技术06传输层功能传输层是OSI七层模型中的第四层，负责提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传输。传输层协议主要包括TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）两种协议。传输层概述TCP协议TCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在数据传输前，需要通过“三次握手”建立连接；数据传输完成后，需要通过“四次挥手”释放连接。TCP提供超时重传、数据排序和流量控制等机制，确保数据的可靠传输。要点一要点二UDP协议UDP是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层通信协议。发送数据前不需要建立连接，接收数据后也不需要确认和排序。UDP适用于实时性要求较高或可靠性要求不高的场景，如语音通话、视频直播等。TCP协议与UDP协议端口号端口号是传输层协议用来识别应用程序的标识，不同的应用程序通过不同的端口号进行通信。常见的知名端口号有HTTP的80端口、HTTPS的443端口等。套接字套接字（Socket）是应用层与传输层之间的接口，用于实现不同主机上应用程序之间的通信。在建立连接时，需要指定源端口号、目的端口号、源IP地址和目的IP地址等信息。端口号与套接字主要包括路由器、交换机等网络设备，它们负责在传输层实现数据的路由和转发功能。传输层设备提供可靠的数据传输服务，如TCP协议中的确认机制、超时重传等；同时也提供无连接的数据传输服务，如UDP协议中的无连接通信。此外，还提供一些辅助服务，如端口映射、NAT（网络地址转换）等。传输层服务传输层设备与服务应用层技术07应用层功能应用层是计算机网络体系结构中的最高层，负责为用户提供各种网络服务，如文件传输、电子邮件、远程登录等。应用层协议应用层协议定义了网络应用程序之间通信的规则和格式，如HTTP、FTP、SMTP等。应用层概述DNS（域名系统）是用于将域名解析为IP地址的分布式数据库系统，是互联网基础设施的重要组成部分。DNS概述DNS通过层次化的域名结构和分布式数据库实现域名解析，用户通过向DNS服务器发送查询请求来获取相应域名的IP地址。DNS工作原理DNS广泛应用于网站访问、电子邮件传输、远程登录等场景，确保用户可以方便地通过域名访问网络资源。DNS应用DNS服务与应用FTP（文件传输协议）是用于在网络上进行文件传输的标准协议，支持从服务器下载文件或向服务器上传文件。FTP概述FTP使用客户端/服务器模式进行通信，客户端向服务器发送连接请求并传输文件，服务器负责接收并响应客户端的请求。FTP工作原理FTP广泛应用于文件共享、备份、软件发布等场景，为用户提供高效、可