计算机网络教学课件

计算机网络教学课件目录计算机网络概述网络体系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01计算机网络概述计算机网络是由多台自主工作的计算机通过通信设备和传输介质互联，以实现资源共享、信息交换和协同工作的系统。定义从20世纪60年代的ARPANET到如今的Internet，计算机网络经历了从局域网到广域网、从低速到高速、从专用到公用的发展过程。发展历程计算机网络的定义与发展计算机网络由资源子网和通信子网两部分组成。资源子网负责信息处理，通信子网负责信息传递。根据网络覆盖范围，计算机网络可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）；根据传输技术，可分为广播式网络和点对点网络。计算机网络的组成与分类分类组成计算机网络具有数据通信、资源共享、分布式处理、负载均衡等功能。功能计算机网络已广泛应用于各个领域，如办公自动化、电子商务、在线教育、远程医疗等，推动了社会的信息化进程。应用计算机网络的功能与应用02网络体系结构负责传输比特流，提供为建立、维护和拆除物理链路所需要的机械的、电气的、功能的和规程的特性。物理层负责在两个相邻结点间的线路上，无差错的传送以帧为单位的数据，并进行数据流量控制。数据链路层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，并通过选择合适的路由将数据从源主机传送到目的主机。网络层OSI参考模型OSI参考模型负责向用户提供可靠的端到端服务，透明地传送报文，并进行流量控制。负责组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。负责对来自应用层的数据进行语法转换，以满足应用层所要求的数据格式。负责确定进程之间通信的性质，以满足用户的需要。传输层会话层表示层应用层网络接口层网际层传输层应用层TCP/IP参考模型负责接收IP数据报并进行传输，或从网络上接收物理帧，抽取IP数据报转交给网际层。提供应用进程间的通信服务，负责在源主机和目的主机的两个进程之间建立、管理和终止会话。负责处理来自传输层的分组发送请求，处理输入数据报，处理路径、流控、拥塞等问题。负责为用户提供一组常用的应用程序，如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。相同点两个协议都分层，都基于独立的协议栈的概念，可以实现异构网络互联，同层之间都有相应的协议进行数据传输。不同点OSI模型有7层，TCP/IP模型只有4层；TCP/IP模型更强调“面向连接”，而OSI模型既面向连接又无连接；TCP/IP模型的网络接口层并不是常规意义上的一层，只是一个抽象概念。联系TCP/IP模型实际上是在OSI模型的基础上进行了简化与合并，将OSI模型中的物理层和数据链路层合并为网络接口层，将OSI模型中的会话层、表示层和应用层合并为应用层。两种模型的比较与联系03物理层技术03光纤利用光的全反射原理进行信号传输，具有传输距离远、带宽高、抗干扰能力强等优点。01双绞线由两根互相绝缘的铜导线绞合而成，通常用于低速或短距离通信。02同轴电缆由内导体、绝缘层、外导体和护套组成，具有较高的带宽和较好的抗干扰能力。传输介质

数据编码与调制技术基带传输直接传送数字信号，通常用于低速或短距离通信。频带传输利用模拟信道传送数字信号，需将数字信号调制到模拟信号的载波上。调制技术包括振幅调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等，用于将数字信号转换为模拟信号进行传输。物理层接口与标准EIA/TIA-232接口也称为RS-232接口，是一种常用的串行通信接口标准，用于连接计算机与外设或计算机之间的通信。EIA/TIA-422与EIA/TIA-…是两种差分信号传输的接口标准，具有较高的抗干扰能力和较远的传输距离。以太网接口包括10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T等标准，用于局域网中计算机之间的通信。光纤接口包括ST、SC、FC等类型，用于光纤通信中的连接与传输。04数据链路层技术数据链路层是OSI七层模型中的第二层，负责在相邻节点之间建立数据链路，实现数据的可靠传输。数据链路层的定义数据链路层的功能数据链路层的协议数据链路层的主要功能包括链路管理、帧同步、差错控制、流量控制等。数据链路层的协议包括PPP、HDLC、FrameRelay等。030201数据链路层的基本概念差错控制方法当接收端发现接收到的数据有错误时，会向发送端发送一个重传请求，发送端在收到请求后会重新发送数据。自动重传请求（ARQ）通过在数据中添加一个校验位，使得数据中1的个数为偶数（偶校验）或奇数（奇校验），从而实现对数据的简单校验。奇偶校验通过在数据后添加冗余码，使得整个数据序列满足特定的多项式，接收端通过计算接收到的数据序列是否满足该多项式来判断数据是否出错。循环冗余检验（CRC）令牌桶算法模拟一个固定容量的令牌桶，令牌以固定速率进入令牌桶，数据只有在获得令牌后才能被发送，从而实现对数据的突发传输和速率限制。停止-等待协议发送端每发送一帧数据后，都要等待接收端的确认才能发送下一帧，如果接收端没有收到数据或发现数据错误，则发送端需要重发数据。滑动窗口协议发送端和接收端分别维护一个滑动窗口，窗口内的帧可以被连续发送或接收，通过调整窗口大小可以实现不同程度的流量控制。漏桶算法模拟一个固定容量的漏桶，数据以固定速率进入漏桶，如果漏桶满了则多余的数据会被丢弃，从而实现对数据的整形和速率限制。流量控制方法05网络层技术网络层的定义网络层是OSI七层参考模型中的第三层，它负责在网络节点之间路由和传输数据。网络层的主要功能网络层的主要功能包括路由选择、数据包的分段和重组、拥塞控制等。网络层协议常见的网络层协议有IP、ICMP、IGMP等。网络层的基本概念030201123静态路由算法是手动配置的路由算法，它根据管理员预先定义好的路由表进行路由选择。静态路由算法动态路由算法是自动学习的路由算法，它根据网络拓扑结构和路由器的状态信息动态地计算最佳路径。动态路由算法常见的动态路由算法有RIP、OSPF、BGP等。常见的动态路由算法路由选择算法当网络中传输的数据量超过了网络的处理能力时，就会发生拥塞现象，导致数据包的延迟和丢失。拥塞现象为了避免和解决网络拥塞问题，网络层采用了一系列的拥塞控制机制，如慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复等。拥塞控制机制TCP协议中采用了基于窗口的拥塞控制算法，如滑动窗口协议、慢开始算法、拥塞避免算法等。常见的拥塞控制算法拥塞控制方法06传输层技术提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传输和流量控制。传输层的功能主要包括TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。传输层的协议用于标识应用程序的进程，实现多路复用和分用。端口的概念传输层的基本概念通过三次握手建立连接，确保双方都已准备好数据传输。TCP的连接建立通过四次挥手释放连接，确保数据完全传输完毕。TCP的连接释放采用确认和重传机制，确保数据能够可靠地到达目的地。TCP的可靠传输通过滑动窗口机制实现流量控制，防止发送方过快地发送数据。TCP的流量控制TCP协议详解无连接、不可靠、面向报文、支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。UDP的特点UDP的报文格式UDP的适用场景UDP的优缺点包括源端口、目的端口、长度和校验和等字段。适用于实时性要求高、数据量小、可靠性要求不高的场景，如语音通话、视频直播等。优点包括简单、高效、实时性好；缺点包括不可靠、易丢失数据、无拥塞控制等。UDP协议详解07应用层技术DNS服务原理DNS（域名系统）是一种分布式数据库，用于将用户可读的域名转换为计算机可读的IP地址。DNS采用层次化结构，通过递归查询或迭代查询方式解析域名。DNS配置方法配置DNS服务器需要安装DNS服务软件，如BIND（BerkeleyInternetNameDomain），并编辑配置文件以定义域名和IP地址的映射关系。同时，需要配置区域文件和反向解析文件以实现正向和反向域名解析。DNS服务原理及配置方法DHCP（动态主机配置协议）是一种网络协议，用于动态分配IP地址和其他网络配置参数给网络中的计算机。DHCP采用客户端/服务器模式，客户端向服务器发送请求，服务器响应并分配IP地址等参数。DHCP服务原理配置DHCP服务器需要安装DHCP服务软件，如ISCDHCPServer或MicrosoftDHCPServer，并编辑配置文件以定义地址池、默认网关、DNS服务器等参数。同时，需要在路由器或交换机上启用DHCP中继功能，以便客户端能够跨子网获取IP地址。DHCP配置方法DHCP服务原理及配置方法FTP服务原理FTP（文件传输协议）是一种网络协议，用于在网络中传输文件。FTP采用客户端/服务器模式，客