計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第3章習(xí)題

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第3章習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層contents目錄計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述CATALOGUE01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多臺(tái)獨(dú)立計(jì)算機(jī)通過通信設(shè)備和線路連接起來，在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。定義從20世紀(jì)60年代的ARPANET開始，經(jīng)歷了從局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)、從低速到高速、從單一數(shù)據(jù)通信到多媒體通信的發(fā)展歷程。發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義與發(fā)展組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩部分組成。資源子網(wǎng)包括主機(jī)、終端、外設(shè)、軟件與信息資源等；通信子網(wǎng)包括通信控制處理機(jī)、通信線路與其他通信設(shè)備。分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）；根據(jù)傳輸技術(shù)，可分為廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可分為星型、總線型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)狀型等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成與分類功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)通信、資源共享、分布式處理、信息檢索與發(fā)布等功能。應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如辦公自動(dòng)化、電子商務(wù)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能制造等。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景將更加廣闊。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能與應(yīng)用物理層CATALOGUE0203物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的關(guān)系物理層為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，數(shù)據(jù)鏈路層則建立在物理連接之上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。01物理層的定義物理層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最低層，它負(fù)責(zé)在傳輸介質(zhì)上提供可靠的、透明的比特流傳輸服務(wù)。02物理層的主要功能物理層的主要功能包括機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性的規(guī)定與實(shí)現(xiàn)。物理層的基本概念數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括信源、信宿、信道和噪聲源等基本要素。信號(hào)的傳輸方式信號(hào)的傳輸方式包括基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸?shù)?。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是連續(xù)變化的電磁波，數(shù)字信號(hào)則是離散的二進(jìn)制序列。數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制數(shù)據(jù)編碼是將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)的過程，調(diào)制則是將編碼后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)哪M信號(hào)的過程。中繼器中繼器是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，用于在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間按位傳遞信息，以延長網(wǎng)絡(luò)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(gè)端口向所有其他端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)與局域網(wǎng)相互連接的接口，它負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)母袷?，并控制?shù)據(jù)的發(fā)送和接收。調(diào)制解調(diào)器是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)以便在模擬信道上傳輸?shù)脑O(shè)備，它在發(fā)送端將數(shù)字信號(hào)調(diào)制為模擬信號(hào)，在接收端再將模擬信號(hào)解調(diào)為數(shù)字信號(hào)。集線器網(wǎng)卡調(diào)制解調(diào)器物理層設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層CATALOGUE03數(shù)據(jù)鏈路層是OSI七層模型中的第二層，負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的定義數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能包括鏈路管理、幀同步、差錯(cuò)控制、流量控制等。數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議主要有PPP、HDLC、FrameRelay等。030201數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念幀是數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)幕締挝?，由幀頭、數(shù)據(jù)和幀尾三部分組成。幀的定義不同的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議有不同的幀格式，但一般都包含起始標(biāo)志、地址字段、控制字段、數(shù)據(jù)字段和結(jié)束標(biāo)志等。幀的格式在數(shù)據(jù)鏈路層中，幀的傳輸是通過物理層提供的比特流服務(wù)來實(shí)現(xiàn)的。幀的傳輸幀的概念與格式差錯(cuò)產(chǎn)生的原因01在數(shù)據(jù)傳輸過程中，由于信道噪聲、干擾等原因，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的差錯(cuò)。差錯(cuò)控制方法02為了保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，數(shù)據(jù)鏈路層采用了多種差錯(cuò)控制方法，如奇偶校驗(yàn)、循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）等。差錯(cuò)控制過程03在發(fā)送端，數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)編碼，添加冗余信息；在接收端，數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則會(huì)要求發(fā)送端重發(fā)數(shù)據(jù)。差錯(cuò)控制方法網(wǎng)絡(luò)層CATALOGUE04

網(wǎng)絡(luò)層的基本概念網(wǎng)絡(luò)層的作用網(wǎng)絡(luò)層是OSI七層模型中的第三層，負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸和路由選擇，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的主要協(xié)議包括IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、IGMP協(xié)議等，其中IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和路由選擇。網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)備主要包括路由器和三層交換機(jī)等，這些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接和通信。IP協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)之間的通信。IP協(xié)議的作用IP協(xié)議有兩個(gè)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(xié)議的版本IP協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括IP頭部和數(shù)據(jù)部分。IP頭部包含了源IP地址、目的IP地址、生存時(shí)間（TTL）等信息，數(shù)據(jù)部分則是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。IP協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IP協(xié)議路由選擇算法的作用路由選擇算法是網(wǎng)絡(luò)層中非常重要的一部分，它負(fù)責(zé)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由信息選擇最佳路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)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(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和需求。路由表的作用和內(nèi)容路由表是路由器中非常重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它記錄了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)目的地的下一跳地址或出口接口等信息。路由器根據(jù)路由表進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中負(fù)責(zé)端到端通信的一層，主要功能是提供可靠的、透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，確保數(shù)據(jù)在源端和目的端之間可靠傳輸。傳輸層主要有兩個(gè)協(xié)議，分別是傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）。TCP協(xié)議提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，而UDP協(xié)議則提供無連接的、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。端口是傳輸層協(xié)議用來識(shí)別應(yīng)用程序的標(biāo)識(shí)，不同的應(yīng)用程序通過不同的端口號(hào)進(jìn)行區(qū)分。端口號(hào)分為知名端口號(hào)、注冊(cè)端口號(hào)和動(dòng)態(tài)端口號(hào)三類。傳輸層的協(xié)議端口的概念傳輸層的基本概念TCP協(xié)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(gè)步驟。在連接建立過程中，雙方會(huì)協(xié)商一些參數(shù)，如最大報(bào)文段長度（MSS）等。TCP協(xié)議的特點(diǎn)TCP協(xié)議是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。它在通信過程中管理數(shù)據(jù)段的順序和流量控制，以確保數(shù)據(jù)能夠可靠地傳輸?shù)侥繕?biāo)。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(gè)步驟。在連接釋放過程中，雙方會(huì)交換一些狀態(tài)信息，以確保連接能夠正確地關(guān)閉。UDP協(xié)議的特點(diǎn)UDP協(xié)議是一種無連接的、不可靠的、基于數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸層通信協(xié)議。它不保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，也不進(jìn)行數(shù)據(jù)的排序和流量控制。UDP協(xié)議的報(bào)文格式UDP協(xié)議的報(bào)文格式包括源端口號(hào)、目的端口號(hào)、長度和校驗(yàn)和四個(gè)字段。其中，長度字段表示UDP數(shù)據(jù)報(bào)的總長度，包括報(bào)頭和數(shù)據(jù)部分。UDP協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景由于UDP協(xié)議具有簡單、高效的特點(diǎn)，因此常用于一些實(shí)時(shí)性要求較高或?qū)?shù)據(jù)可靠性要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景，如音視頻通話、在線游戲等。UDP協(xié)議應(yīng)用層CATALOGUE06應(yīng)用層協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)程間通信的規(guī)則和約定，包括消息格式、通信方式和通信過程等。常見的應(yīng)用層協(xié)議有HTTP、FTP、SMTP、DNS等。應(yīng)用層是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的最高層，負(fù)責(zé)為用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用層的基本概念DNS（DomainNameSystem，域名系統(tǒng)）是因特網(wǎng)的一項(xiàng)核心服務(wù)，它作為可以將域名和IP地址相互映射的一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫，能夠使人更方便的訪問互聯(lián)網(wǎng)，而不用去記住能夠被機(jī)器直接讀取的IP數(shù)串。DNS服務(wù)的主要功能是域名解析，即將用戶輸入的域名解析為對(duì)應(yīng)的IP地址。DNS服務(wù)采用層次化、分布式的結(jié)構(gòu)，由根域名服務(wù)器、頂級(jí)域名服務(wù)器和權(quán)威域名服務(wù)器等構(gòu)成。DNS服務(wù)FTP（FileTransferPr