計算機網絡原理第3章習計算機網絡概述物理層數據鏈路層網絡層傳輸層應用層contents目錄計算機網絡概述CATALOGUE01計算機網絡是由多臺獨立計算機通過通信設備和線路連接起來，在操作系統、網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。定義從20世紀60年代的ARPANET開始，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。發展歷程計算機網絡的定義與發展組成計算機網絡由資源子網和通信子網兩部分組成。資源子網包括主機、終端、外設、軟件與信息資源等；通信子網包括通信控制處理機、通信線路與其他通信設備。分類根據網絡覆蓋范圍，計算機網絡可分為局域網（LAN）、城域網（MAN）和廣域網（WAN）；根據傳輸技術，可分為廣播式網絡和點對點網絡；根據網絡拓撲結構，可分為星型、總線型、環型、樹型和網狀型等。計算機網絡的組成與分類功能計算機網絡具有數據通信、資源共享、分布式處理、信息檢索與發布等功能。應用計算機網絡已廣泛應用于各個領域，如辦公自動化、電子商務、遠程教育、遠程醫療、智能制造等。同時，隨著物聯網、云計算、大數據等技術的發展，計算機網絡的應用前景將更加廣闊。計算機網絡的功能與應用物理層CATALOGUE0203物理層與數據鏈路層的關系物理層為數據鏈路層提供物理連接，數據鏈路層則建立在物理連接之上，實現數據的可靠傳輸。01物理層的定義物理層是計算機網絡體系結構中的最低層，它負責在傳輸介質上提供可靠的、透明的比特流傳輸服務。02物理層的主要功能物理層的主要功能包括機械特性、電氣特性、功能特性和規程特性的規定與實現。物理層的基本概念數據通信基礎數據通信系統的基本模型數據通信系統包括信源、信宿、信道和噪聲源等基本要素。信號的傳輸方式信號的傳輸方式包括基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸等。模擬信號與數字信號模擬信號是連續變化的電磁波，數字信號則是離散的二進制序列。數據的編碼與調制數據編碼是將原始數據轉換為適合在信道上傳輸的信號的過程，調制則是將編碼后的信號轉換為適合在信道中傳輸的模擬信號的過程。中繼器中繼器是一種簡單的網絡互聯設備，用于在兩個網絡實體之間按位傳遞信息，以延長網絡的傳輸距離。集線器是一種多端口的中繼器，它以廣播方式從一個端口向所有其他端口轉發數據幀。網卡是計算機與局域網相互連接的接口，它負責將計算機內部的數據轉換為適合在網絡上傳輸的格式，并控制數據的發送和接收。調制解調器是一種將數字信號轉換為模擬信號以便在模擬信道上傳輸的設備，它在發送端將數字信號調制為模擬信號，在接收端再將模擬信號解調為數字信號。集線器網卡調制解調器物理層設備數據鏈路層CATALOGUE03數據鏈路層是OSI七層模型中的第二層，負責在相鄰節點之間建立數據鏈路，實現數據的可靠傳輸。數據鏈路層的定義數據鏈路層的功能數據鏈路層的協議數據鏈路層的主要功能包括鏈路管理、幀同步、差錯控制、流量控制等。數據鏈路層的協議主要有PPP、HDLC、FrameRelay等。030201數據鏈路層的基本概念幀是數據鏈路層傳輸的基本單位，由幀頭、數據和幀尾三部分組成。幀的定義不同的數據鏈路層協議有不同的幀格式，但一般都包含起始標志、地址字段、控制字段、數據字段和結束標志等。幀的格式在數據鏈路層中，幀的傳輸是通過物理層提供的比特流服務來實現的。幀的傳輸幀的概念與格式差錯產生的原因01在數據傳輸過程中，由于信道噪聲、干擾等原因，可能會導致數據的差錯。差錯控制方法02為了保證數據的可靠傳輸，數據鏈路層采用了多種差錯控制方法，如奇偶校驗、循環冗余校驗（CRC）等。差錯控制過程03在發送端，數據鏈路層會對數據進行差錯編碼，添加冗余信息；在接收端，數據鏈路層會對接收到的數據進行差錯檢測，如果發現錯誤，則會要求發送端重發數據。差錯控制方法網絡層CATALOGUE04

網絡層的基本概念網絡層的作用網絡層是OSI七層模型中的第三層，負責在網絡中進行數據包的傳輸和路由選擇，實現不同網絡之間的通信。網絡層的協議網絡層的主要協議包括IP協議、ICMP協議、IGMP協議等，其中IP協議是網絡層的核心協議，負責數據的傳輸和路由選擇。網絡層的設備網絡層的設備主要包括路由器和三層交換機等，這些設備可以實現不同網絡之間的連接和通信。IP協議是網絡層的核心協議，負責在網絡中傳輸數據報文，實現不同主機之間的通信。IP協議的作用IP協議有兩個版本，分別是IPv4和IPv6。IPv4使用32位地址，而IPv6使用128位地址，具有更大的地址空間和更高的安全性。IP協議的版本IP協議的數據結構包括IP頭部和數據部分。IP頭部包含了源IP地址、目的IP地址、生存時間（TTL）等信息，數據部分則是要傳輸的數據。IP協議的數據結構IP協議路由選擇算法的作用路由選擇算法是網絡層中非常重要的一部分，它負責根據網絡拓撲結構和路由信息選擇最佳路徑進行數據包的傳輸。常見的路由選擇算法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。這些算法各有優缺點，適用于不同的網絡環境和需求。路由表的作用和內容路由表是路由器中非常重要的數據結構，它記錄了網絡中各個目的地的下一跳地址或出口接口等信息。路由器根據路由表進行數據包的轉發和路由選擇。路由選擇算法與路由表傳輸層CATALOGUE05傳輸層的功能傳輸層是計算機網絡體系結構中負責端到端通信的一層，主要功能是提供可靠的、透明的數據傳輸服務，確保數據在源端和目的端之間可靠傳輸。傳輸層主要有兩個協議，分別是傳輸控制協議（TCP）和用戶數據報協議（UDP）。TCP協議提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務，而UDP協議則提供無連接的、不可靠的數據傳輸服務。端口是傳輸層協議用來識別應用程序的標識，不同的應用程序通過不同的端口號進行區分。端口號分為知名端口號、注冊端口號和動態端口號三類。傳輸層的協議端口的概念傳輸層的基本概念TCP協議TCP的連接建立過程TCP的連接建立過程包括三次握手，即SYN、SYN+ACK和ACK三個步驟。在連接建立過程中，雙方會協商一些參數，如最大報文段長度（MSS）等。TCP協議的特點TCP協議是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。它在通信過程中管理數據段的順序和流量控制，以確保數據能夠可靠地傳輸到目標。TCP的連接釋放過程TCP的連接釋放過程包括四次揮手，即FIN、ACK、FIN和ACK四個步驟。在連接釋放過程中，雙方會交換一些狀態信息，以確保連接能夠正確地關閉。UDP協議的特點UDP協議是一種無連接的、不可靠的、基于數據報的傳輸層通信協議。它不保證數據的可靠傳輸，也不進行數據的排序和流量控制。UDP協議的報文格式UDP協議的報文格式包括源端口號、目的端口號、長度和校驗和四個字段。其中，長度字段表示UDP數據報的總長度，包括報頭和數據部分。UDP協議的應用場景由于UDP協議具有簡單、高效的特點，因此常用于一些實時性要求較高或對數據可靠性要求不高的應用場景，如音視頻通話、在線游戲等。UDP協議應用層CATALOGUE06應用層協議定義了網絡應用進程間通信的規則和約定，包括消息格式、通信方式和通信過程等。常見的應用層協議有HTTP、FTP、SMTP、DNS等。應用層是計算機網絡體系結構中的最高層，負責為用戶提供各種網絡服務。應用層的基本概念DNS（DomainNameSystem，域名系統）是因特網的一項核心服務，它作為可以將域名和IP地址相互映射的一個分布式數據庫，能夠使人更方便的訪問互聯網，而不用去記住能夠被機器直接讀取的IP數串。DNS服務的主要功能是域名解析，即將用戶輸入的域名解析為對應的IP地址。DNS服務采用層次化、分布式的結構，由根域名服務器、頂級域名服務器和權威域名服務器等構成。DNS服務FTP（FileTransferPr