(2024年)计算机网络技术(王协瑞版)全套

计算机网络技术(王协瑞版)全套12024/3/26目录contents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22024/3/2601计算机网络概述32024/3/26定义计算机网络是指将地理位置不同，具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。发展历程计算机网络的发展经历了从20世纪60年代的ARPANET到如今的Internet的演变过程，期间出现了多种网络技术和协议，推动了计算机网络的不断发展和完善。计算机网络的定义与发展42024/3/26计算机网络主要由计算机系统、数据通信系统、网络软件及协议三大部分组成。其中，计算机系统是网络的基本单元，数据通信系统是计算机网络的基础，网络软件及协议则是实现网络功能的关键。组成根据网络覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。此外，根据传输技术进行分类，可分为广播式网络和点对点网络。分类计算机网络的组成与分类52024/3/26功能计算机网络的主要功能包括数据通信、资源共享、分布式处理、信息检索等。这些功能使得计算机网络在各个领域都得到了广泛的应用。应用计算机网络的应用已经渗透到社会的各个领域，如企业信息化、电子商务、远程教育、远程医疗、智能家居等。这些应用不仅改变了人们的生活方式，也推动了社会的进步和发展。计算机网络的功能与应用62024/3/2602网络体系结构72024/3/26负责传输比特流，提供物理连接和电气特性。物理层负责将数据组合成数据帧，进行差错控制和流量控制。数据链路层负责路由选择和逻辑地址寻址，实现不同网络之间的通信。网络层OSI参考模型82024/3/26传输层会话层表示层应用层OSI参考模型提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传输。负责数据的表示、转换和加密，确保数据在不同系统之间的兼容性。负责建立、管理和终止会话，提供同步和对话控制。提供网络应用服务，如电子邮件、文件传输和远程登录等。92024/3/26网络接口层实现IP协议，负责路由选择和逻辑地址寻址。网络层传输层应用层01020403提供网络应用服务，如HTTP、SMTP、FTP等。对应于OSI的物理层和数据链路层，负责数据的传输和接收。实现TCP和UDP协议，提供可靠的或不可靠的数据传输服务。TCP/IP参考模型102024/3/26两种模型都采用了分层的思想，将复杂的网络通信问题分解为若干个相对简单的子问题进行处理。同时，两种模型都提供了相似的服务和功能，如路由选择、数据传输、差错控制等。OSI参考模型是一个理论模型，具有完整的七层结构，每层都有明确的功能和服务定义。而TCP/IP参考模型是一个实际应用的模型，只有四层结构，将OSI的应用层、表示层和会话层合并为一个应用层。此外，TCP/IP模型在网络接口层并没有严格定义服务和功能，而是依赖于具体的网络技术和协议。两种模型在网络通信中都起着非常重要的作用，它们提供了网络通信的基本框架和服务。在实际应用中，可以根据具体的需求和网络环境选择合适的模型进行网络通信的设计和开发。同时，两种模型之间也存在一定的映射关系，可以通过对应的协议和功能实现不同模型之间的转换和互通。共同点不同点联系两种模型的比较与联系112024/3/2603物理层技术122024/3/26

物理层的基本概念物理层的定义物理层是计算机网络体系结构中的最低层，负责在传输介质上实现无结构比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务。物理层的功能物理层的主要功能包括物理连接的建立、维持与释放，以及物理层数据传输服务。物理层与传输介质的关系物理层定义了与传输介质接口的机械、电气、功能和规程特性，确保比特流能在传输介质上正确传输。132024/3/2603数据通信方式数据通信方式包括并行通信与串行通信、同步通信与异步通信、单工、半双工与全双工通信等。01数据通信系统的基本模型数据通信系统由信源、信宿、信道和噪声源等基本要素组成。02模拟信号与数字信号模拟信号是连续变化的电磁波，数字信号则是离散的二进制序列。数据通信基础142024/3/26物理层接口与标准物理层接口的特性物理层接口定义了物理连接的机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。EIA/TIA-232标准EIA/TIA-232标准定义了DTE与DCE之间的接口标准，采用负逻辑电平表示数据信号。EIA/TIA-499标准EIA/TIA-499标准定义了RS-422、RS-423和RS-485等差分接口标准，适用于远距离、高速率数据传输。以太网物理层标准以太网物理层标准包括10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T等，分别对应不同的传输速率和传输介质。152024/3/2604数据链路层技术162024/3/26数据链路层是OSI七层模型中的第二层，负责在物理层提供的比特流的基础上，建立相邻节点之间的数据链路，实现数据的可靠传输。数据链路层的定义数据链路层的主要功能包括帧同步、差错控制、流量控制和链路管理等。数据链路层的功能数据链路层的设备主要包括网卡、网桥和交换机等。数据链路层的设备数据链路层的基本概念172024/3/26帧同步是指在数据传输过程中，接收方能够正确地识别出每个帧的起始和终止位置。常见的帧同步方法有字节计数法和字符填充法等。帧同步差错控制是指在数据传输过程中，通过采用一定的编码和解码技术，实现对传输错误的检测和纠正。常见的差错控制方法有奇偶校验、循环冗余校验（CRC）等。差错控制帧同步与差错控制182024/3/26PPP协议01PPP协议是一种点对点的数据链路层协议，广泛应用于拨号上网等场景。PPP协议具有简单、灵活和可扩展等优点，支持多种网络层协议。HDLC协议02HDLC协议是一种高级数据链路控制协议，适用于广域网和局域网等多种网络环境。HDLC协议具有高效、可靠和安全等特点，支持多种数据传输模式。以太网协议03以太网协议是一种局域网数据链路层标准，广泛应用于局域网中。以太网协议具有简单、低成本和高速率等优点，支持多种传输介质和拓扑结构。数据链路层协议192024/3/2605网络层技术202024/3/26123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。网络层的功能常见的网络层设备有路由器和三层交换机等，它们可以根据路由表或路由协议将数据包转发到目标网络。网络层的设备网络层协议包括IP协议、ICMP协议、IGMP协议等，其中IP协议是网络层的核心协议，负责数据包的寻址和路由。网络层的协议网络层的基本概念212024/3/26动态路由算法动态路由算法是通过路由协议（如OSPF、EIGRP等）自动学习和更新路由信息，适用于复杂且动态变化的网络环境。路由度量值路由度量值是用来衡量路径优劣的一个指标，常见的度量值包括跳数、带宽、延迟等。静态路由算法静态路由算法是由管理员手动配置的路由信息，适用于简单且稳定的网络环境。路由选择算法222024/3/26IP协议是网络层的核心协议，负责数据包的寻址和路由。它提供了不可靠的、无连接的数据报服务，不保证数据包的可靠传输。IP协议ICMP协议是IP协议的附属协议，用于在IP主机和路由器之间传递控制消息，如“目的不可达”、“超时”等。ICMP协议IGMP协议是用于IPv4网络中的组播成员资格管理协议，它允许主机加入或离开组播组，并向路由器报告其组成员资格状态。IGMP协议网络层协议232024/3/2606传输层技术242024/3/26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252024/3/26面向连接、可靠传输、基于字节流。TCP的特点三次握手，包括SYN、SYN+ACK和ACK报文段的交换。TCP的连接建立过程四次挥手，包括FIN、ACK、FIN+ACK和ACK报文段的交换。TCP的连接释放过程通过滑动窗口、慢开始、拥塞避免等算法实现。TCP的流量控制和拥塞控制机制TCP协议262024/3/26UDP的特点无连接、不可靠传输、基于数据报。UDP的报文格式包括源端口、目的端口、长度和校验和等字段。UDP的适用场景适用于实时性要求高、可靠性要求不高的应用，如语音、视频等。UDP的优缺点优点包括简单、高效；缺点包括不可靠、无序和容易丢失数据。UDP协议272024/3/2607应用层技术282024/3/26应用层的功能提供用户与网络应用之间的接口，实现网络应用的各种服务。应用层协议HTTP、FTP、SMTP、DNS等，定义了网络应用之间通信的规则和格式。客户端/服务器模型应用层通常采用客户端/服务器模型，客户端发送请求，服务器响应请求并提供服务。应用层的基本概念292024/3/26要点三DNS的作用将用户输入的域名解析为对应的IP地址，实现域名与IP地址的映射。要点一要点二DNS的组成由域名空间、域名服务器和解析器组成。DNS的查询过程用户向本地DNS服务器发送查询请求，本地DNS服务器向根域名服务器发送查询请求，根域名服务器返回顶级域名服务器的IP地址，本地DNS服务器向顶级域名服务器发送查询请求，顶级域名服务器返回权威域名服务器的IP地址，本地DNS服务器向权威域名服务器发送查询请求，权威域名服务器返回域名对应的IP地址。要点三DNS服务302024/3/26提供文件传输服务，支持不同操作系统之间的文件传输。FTP的作用ASCII模式和二进制模式。ASCII模式用于传输文本文件，二进制模式用于传输二进制文件。FTP的传输模式由FTP服务器和FTP客户端组成。FTP的组成主动模式和被动模式。主动模式下，客户端打开端口等待连接；被动模式下，