2023學年完整公開課版數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

IP數(shù)據(jù)通信網(wǎng)信源編碼1、了解智能終端2、了解計算機的發(fā)展3、了解馮諾伊曼式計算機的組成4、掌握計算機網(wǎng)絡(luò)5、了解IP地址分類課程目標計算機網(wǎng)絡(luò)的概念利用通信設(shè)備和線路，將地理位置不同的具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)相互連接起來，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（即網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、信息交換方式以及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）運行支持下，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。根據(jù)功能的劃分子網(wǎng)通信子網(wǎng)：網(wǎng)卡、線纜、集線器、中繼器、網(wǎng)橋、路由器、交換機等設(shè)備和相關(guān)軟件組成。資源子網(wǎng)：連網(wǎng)的服務(wù)器、工作站、共享的打印機和其它設(shè)備及相關(guān)軟件所組成。計算機網(wǎng)絡(luò)的功能資源共享（不僅僅是內(nèi)部資源）和信息接收計算機網(wǎng)絡(luò)（1）計算機網(wǎng)絡(luò)連接的是能獨立運行的計算機，而不只是計算機上的一個設(shè)備。（2）網(wǎng)絡(luò)的目的是實現(xiàn)計算機硬件資源、軟件資源及數(shù)據(jù)資源的共享，以克服單機的局限性。（3）計算機網(wǎng)絡(luò)靠通訊設(shè)備和線路，把處于不同的地方的計算機連接起來，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶間、各計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸。這種聯(lián)接不一定用導線連接，也可以通過微波或通信衛(wèi)星連接。（4）計算機網(wǎng)絡(luò)中，必須要有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持進行信息傳遞。不符合協(xié)議的計算機互聯(lián)不叫計算機網(wǎng)絡(luò)。未來的計算機網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)、計算機技術(shù)、量子技術(shù)、太空技術(shù)、生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。計算機網(wǎng)絡(luò)是按照智能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將地球上和太空上分散的、獨立的計算機高數(shù)互聯(lián)的集合。計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按照地理范圍（即規(guī)模大小和延伸距離遠近）劃分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）和（SAN）計算機網(wǎng)絡(luò)的分類常見的計算機局域網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)有4種：星型、環(huán)型、總線型和樹型。計算機網(wǎng)絡(luò)的分類根據(jù)所使用的組網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)權(quán)標環(huán)網(wǎng)FDDI（FiberDistributedDataInterface）GigabitEthernetT比特級ISO/OSI參考模型（allpeopleseemtoneeddataprocessing）名稱功能實例應(yīng)用層ApplicationLayer用戶接口HTTPTelnet表示層PresentationLayer數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式、特定功能的實現(xiàn)如-加密ASCII、EBCDICJPEG會話層SessionLayer對應(yīng)用會話的管理、同步操作系統(tǒng)/應(yīng)用讀取傳輸層TransportLayer可靠與不可靠的傳輸、傳輸前的錯誤檢測、流控TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)層NetworkLayer提供邏輯尋址、路徑選擇（選路）IP數(shù)據(jù)鏈路層DataLinkLayer成幀、用MAC地址訪問媒介、錯誤檢測與修正802.3/802.2HDLC物理層PhysicalLayer設(shè)備之間的比特流的傳輸、物理接口、電氣特性等EIA/TIA-232V.35OSI的七層框架模型物理層物理層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層傳輸層會話層會話層表示層表示層應(yīng)用層應(yīng)用層物理層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議傳輸層協(xié)議會話層協(xié)議表示層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議

比特

幀

包

段SPDUPPDUAPDU1接口2接口3接口4接口5接口6接口主機A主機B數(shù)據(jù)單元層數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過程（發(fā)送）InternetHello!數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過程（發(fā)送）IP包頭Hello物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層

比特

幀

包段PDUHelloTCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數(shù)據(jù)MAC子層LLC子層FCS數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過程（接收）InternetHello!數(shù)據(jù)的封裝與解封裝過程（接收）IP包頭Hello物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層

比特

幀

包段PDUHelloTCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層TCP/UDP頭HelloIP包頭LLC子層MAC子層FCSTCP/UDP頭HelloTCP/UDP頭高層數(shù)據(jù)LLC子層數(shù)據(jù)單元及地址認識MAC地址一個48比特的整數(shù)，俗稱物理地址一般格式：U:V:W:X:Y:Z或U-V-W-X-Y-Z，U到Z是0~255的整數(shù)（常用16近制表示），其中X:Y:Z代表以太網(wǎng)卡廠家。具有唯一性IP地址一個32比特的整數(shù)，俗稱網(wǎng)絡(luò)地址具有唯一性例題：IP地址16在信道編碼中傳遞的二進制信號？MAC地址00-1C-C4-1E-87-25在信道編碼中傳遞的二進制信號？將MAC地址000000000001101011010011101101111001110101101101轉(zhuǎn)換為16進制，用符號“-”分隔。將IP地址00001010000000010011000110000101轉(zhuǎn)換為10進制，用小數(shù)點“.”分隔。邏輯IP地址有兩組32個比特位組成，人類將其記為3/24將IP地址3轉(zhuǎn)換為二進制：11000000000010011100100000001101將子網(wǎng)掩碼轉(zhuǎn)換為二進制：11111111111111111111111100000000邏輯IP地址將兩個二進制數(shù)邏輯與運算后得出的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)部分結(jié)果為，即網(wǎng)絡(luò)號為。將子網(wǎng)掩碼反取再與IP地址邏輯與后得到的結(jié)果即為主機部分

結(jié)果為3，即主機號為13。IP地址的組成點分十進制最大值

10101100二進制十進制例子二進制例子

255

255255

255NetworkHost128

64

32

16

8

4

2

1

11111111

11111111

11111111

11111111

00010000

01111010

11001100

172

16

1221891617242532128

64

32

16

8

4

2

1

128

64

32

16

8

4

2

1

128

64

32

16

8

4

2

1

32bits

202

255

10101100IP地址的分類1A類:Bits:0NNNNNNNHostHostHost891617242532范圍(1-126)1B類:Bits:10NNNNNNNetworkHostHost891617242532范圍(128-191)1C類:Bits:110NNNNNNetworkNetworkHost891617242532范圍(192-223)1D類:Bits:1110MMMMMulticastGroupMulticastGroupMulticastGroup891617242532范圍

(224-239)IP包頭的格式版本（4）首部長度（4）優(yōu)先級與服務(wù)類型（8）總長度（16）標識符（16）標志（3）段偏移量（13）TTL（8）協(xié)議號（8）首部校驗和（16）源地址（32）目標地址（32）可選項數(shù)據(jù)20

字

節(jié)版本字段，IPv4優(yōu)先級與服務(wù)類型，提供3層的QoSIP包頭部長度，因為長度可變，因此需要定義IP數(shù)據(jù)總長度上層來的數(shù)據(jù)到IP層會被分段，這幾個字段用來對數(shù)據(jù)包進行標識，使在數(shù)據(jù)到達目的端重組的時候，不會亂序生命周期字段，經(jīng)過一個路由器值減1，為0時，數(shù)據(jù)包丟棄。為了防止一個數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中無限的循環(huán)下去。協(xié)議字段，用來標識封裝的上層數(shù)據(jù)是UDP還是TCP，UDP是17，TCP是6TCP/IP協(xié)議棧FTPARPTFTPUDPTCPTelnetSMTPHTTP應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層會話層表示層數(shù)據(jù)鏈路層EthernetPPPFrameRelayIPRARP計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜介質(zhì)速率距離抗干擾價格安裝方便同軸低10M中等185/500較好中等較方便雙絞線中等10M/100M/1000M短100不好(UTP)好(STP)低方便光纖高100M/1000000M長1000上很好昂貴不方便通信設(shè)備（物理層設(shè)備：中繼器和HUB）集線器最初只是一個多端口的中繼器可用于星形拓撲結(jié)構(gòu)能夠支持各種不同的傳輸介質(zhì)和數(shù)