《傳輸基礎(chǔ)資料》課件

傳輸基礎(chǔ)資料傳輸基礎(chǔ)資料是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)通信依靠各種協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，例如TCP/IP，HTTP，F(xiàn)TP等。這些協(xié)議定義了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則，確保不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換順暢進(jìn)行。課程簡(jiǎn)介目標(biāo)受眾本課程面向?qū)τ?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)感興趣的學(xué)習(xí)者，尤其適合對(duì)數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)安全感興趣的同學(xué)。內(nèi)容概述課程將涵蓋數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)知識(shí)，介紹數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?、協(xié)議、模型和應(yīng)用，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)安全知識(shí)。課程目標(biāo)1掌握數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍盍私鈹?shù)據(jù)傳輸?shù)亩x、分類、要素，以及基本的傳輸模型。2深入理解數(shù)據(jù)鏈路層學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議和工作原理，包括幀結(jié)構(gòu)、差錯(cuò)控制和流量控制。3掌握網(wǎng)絡(luò)層的核心技術(shù)理解IP尋址、路由算法，以及常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。4了解傳輸層和應(yīng)用層學(xué)習(xí)傳輸層和應(yīng)用層的協(xié)議、工作原理以及常見(jiàn)協(xié)議。什么是數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)從一臺(tái)設(shè)備發(fā)送到另一臺(tái)設(shè)備的過(guò)程。數(shù)據(jù)流動(dòng)數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸，例如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義的比特流。服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸在各種場(chǎng)景中發(fā)揮作用，包括云計(jì)算、電子郵件和文件共享。數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕疽財(cái)?shù)據(jù)源數(shù)據(jù)源是數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠瘘c(diǎn)，可以是計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或其他設(shè)備。數(shù)據(jù)接收方數(shù)據(jù)接收方是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K點(diǎn)，可以是另一臺(tái)計(jì)算機(jī)、服務(wù)器或其他設(shè)備。傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)在源和接收方之間傳遞的通道，可以是電纜、無(wú)線信號(hào)或光纖。傳輸協(xié)議傳輸協(xié)議定義了數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的格式、編碼和控制機(jī)制。數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆诸愑芯€傳輸通過(guò)物理介質(zhì)，例如銅纜、光纖等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線傳輸利用電磁波，例如微波、紅外線、無(wú)線電波等進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)傳輸基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如TCP/IP，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕灸Ｐ?OSI參考模型OSI參考模型是一個(gè)開(kāi)放式系統(tǒng)互連參考模型，它定義了網(wǎng)絡(luò)通信的七個(gè)層次，每個(gè)層次都負(fù)責(zé)特定的功能，例如物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層等。2TCP/IP參考模型TCP/IP參考模型是一個(gè)更簡(jiǎn)單的模型，它將網(wǎng)絡(luò)通信分為四個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層，每個(gè)層次都對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)協(xié)議。3其他模型除了OSI和TCP/IP模型外，還有其他數(shù)據(jù)傳輸模型，例如UDP模型、IP模型等，這些模型都旨在提供不同的網(wǎng)絡(luò)通信功能和特點(diǎn)。數(shù)據(jù)鏈路層的工作原理數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)幀封裝成數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制。1物理地址識(shí)別通過(guò)MAC地址識(shí)別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。2數(shù)據(jù)幀封裝將數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)幀。3差錯(cuò)控制檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。4流量控制協(xié)調(diào)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的速度。數(shù)據(jù)鏈路層的幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層幀結(jié)構(gòu)包含首部、數(shù)據(jù)部分和尾部。首部包含目標(biāo)地址、源地址和幀類型等信息。數(shù)據(jù)部分包含上層協(xié)議傳遞的實(shí)際數(shù)據(jù)。尾部用于幀同步、校驗(yàn)和填充等功能。幀結(jié)構(gòu)確保數(shù)據(jù)能夠在數(shù)據(jù)鏈路層可靠傳輸，并為更高層提供數(shù)據(jù)傳遞的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)鏈路層的差錯(cuò)控制檢錯(cuò)方法奇偶校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）校驗(yàn)和糾錯(cuò)方法數(shù)據(jù)鏈路層使用糾錯(cuò)碼來(lái)糾正錯(cuò)誤，例如海明碼。它利用冗余位來(lái)檢測(cè)并糾正錯(cuò)誤。重傳機(jī)制當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，接收方會(huì)向發(fā)送方發(fā)送確認(rèn)信號(hào)，并要求重新發(fā)送數(shù)據(jù)。這可以通過(guò)滑動(dòng)窗口協(xié)議實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)鏈路層的流量控制防止網(wǎng)絡(luò)擁塞流量控制機(jī)制可以有效避免數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中過(guò)度堆積，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞?？刂瓢l(fā)送速率發(fā)送方根據(jù)接收方的接收能力，調(diào)整數(shù)據(jù)的發(fā)送速度，避免接收方處理不過(guò)來(lái)。協(xié)商機(jī)制發(fā)送方和接收方通過(guò)協(xié)商機(jī)制，確認(rèn)彼此的發(fā)送和接收能力。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議以太網(wǎng)以太網(wǎng)是最常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議之一，在局域網(wǎng)中廣泛應(yīng)用。IEEE802.11IEEE802.11協(xié)議族定義了無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)的標(biāo)準(zhǔn)，例如Wi-Fi。光纖通道光纖通道是用于高性能存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的一種高速協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)高帶寬和低延遲的數(shù)據(jù)傳輸。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議(PPP)PPP協(xié)議用于通過(guò)電話線、衛(wèi)星鏈路或其他非標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)連接建立點(diǎn)到點(diǎn)的連接。網(wǎng)絡(luò)層的工作原理數(shù)據(jù)分組網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)包，每個(gè)包包含源地址、目標(biāo)地址和數(shù)據(jù)等信息。路由選擇網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)目標(biāo)地址，使用路由算法選擇最佳路徑將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并確保數(shù)據(jù)包的正確傳輸和到達(dá)。網(wǎng)絡(luò)層地址網(wǎng)絡(luò)層使用IP地址來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)，每個(gè)設(shè)備都擁有一個(gè)唯一的IP地址。網(wǎng)絡(luò)層的IP尋址1IP地址的組成IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分組成，用于識(shí)別網(wǎng)絡(luò)上的每一臺(tái)主機(jī)。2IP地址的分類IP地址分為IPv4和IPv6，IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址，提供更大的地址空間。3IP地址的分配IP地址由互聯(lián)網(wǎng)名稱與數(shù)字地址分配機(jī)構(gòu)（IANA）統(tǒng)一分配，確保全球IP地址的唯一性。4子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，網(wǎng)絡(luò)管理員可以根據(jù)需要?jiǎng)澐志W(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)效率。網(wǎng)絡(luò)層的路由算法靜態(tài)路由由網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)配置，適用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的小型網(wǎng)絡(luò)。動(dòng)態(tài)路由路由器自動(dòng)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，根?jù)網(wǎng)絡(luò)流量情況動(dòng)態(tài)調(diào)整路由路徑。距離向量路由算法路由器之間交換路由信息，計(jì)算到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的最短距離。鏈路狀態(tài)路由算法路由器收集整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔?，?jì)算最優(yōu)路徑。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層核心協(xié)議，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包路由和地址管理。ICMP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層控制協(xié)議，提供錯(cuò)誤報(bào)告和網(wǎng)絡(luò)診斷功能。ARP協(xié)議將IP地址轉(zhuǎn)換為物理地址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。RARP協(xié)議將物理地址轉(zhuǎn)換為IP地址，用于引導(dǎo)設(shè)備獲取IP地址。傳輸層的工作原理1數(shù)據(jù)分段將數(shù)據(jù)分為多個(gè)數(shù)據(jù)段2端口號(hào)標(biāo)識(shí)應(yīng)用程序3流量控制確保接收端能夠處理數(shù)據(jù)4差錯(cuò)控制檢測(cè)和糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤傳輸層位于網(wǎng)絡(luò)層之上，應(yīng)用程序之下。它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)分割成數(shù)據(jù)段，并為每個(gè)數(shù)據(jù)段添加端口號(hào)，以便應(yīng)用程序能夠識(shí)別數(shù)據(jù)來(lái)源和目標(biāo)。傳輸層的端口號(hào)端口號(hào)的作用端口號(hào)是用于區(qū)分應(yīng)用程序的數(shù)字標(biāo)識(shí)符，它允許計(jì)算機(jī)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序。端口號(hào)的范圍端口號(hào)的范圍從0到65535，其中0到1023被保留給系統(tǒng)使用，1024到65535可供用戶應(yīng)用程序使用。端口號(hào)的分類端口號(hào)可以分為三種類型：知名端口、注冊(cè)端口和動(dòng)態(tài)端口，每種類型都有其特定的用途和分配規(guī)則。常見(jiàn)的傳輸層協(xié)議1TCP傳輸控制協(xié)議，提供面向連接的可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，保證數(shù)據(jù)按序到達(dá)且無(wú)丟失。2UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，速度更快但不可靠，適用于實(shí)時(shí)應(yīng)用。3SCTP流控制傳輸協(xié)議，一種可靠的、面向連接的協(xié)議，提供多流傳輸服務(wù)，常用于網(wǎng)絡(luò)電話等應(yīng)用。應(yīng)用層的工作原理1應(yīng)用進(jìn)程交互應(yīng)用層為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)2協(xié)議轉(zhuǎn)換將應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)3會(huì)話管理管理應(yīng)用層之間的通信4數(shù)據(jù)封裝將應(yīng)用數(shù)據(jù)封裝為數(shù)據(jù)報(bào)應(yīng)用層是OSI模型的最高層，它直接與用戶交互。應(yīng)用層負(fù)責(zé)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)頁(yè)瀏覽等。應(yīng)用層協(xié)議定義了應(yīng)用進(jìn)程之間通信的規(guī)則，確保數(shù)據(jù)能夠正確地傳輸和接收。常見(jiàn)的應(yīng)用層協(xié)議HTTP超文本傳輸協(xié)議，主要用于網(wǎng)頁(yè)瀏覽，提供網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容和資源的訪問(wèn)。FTP文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)之間傳輸文件，支持文件上傳和下載功能。SMTP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議，用于發(fā)送電子郵件，負(fù)責(zé)將郵件信息從發(fā)送方傳遞到接收方。DNS域名系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將域名解析成IP地址，實(shí)現(xiàn)域名與IP地址之間的映射關(guān)系。物理層的工作原理信號(hào)傳輸物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或光信號(hào)，并通過(guò)物理介質(zhì)進(jìn)行傳輸。數(shù)據(jù)編碼物理層將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)臄?shù)字或模擬信號(hào)，確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不會(huì)丟失。信號(hào)調(diào)制物理層使用調(diào)制技術(shù)將數(shù)據(jù)信號(hào)疊加到載波信號(hào)上，以便通過(guò)物理介質(zhì)進(jìn)行傳輸。介質(zhì)選擇物理層根據(jù)傳輸距離、帶寬需求等因素選擇合適的物理介質(zhì)，例如雙絞線、光纖或無(wú)線電波。物理層的信號(hào)調(diào)制調(diào)制的概念信號(hào)調(diào)制是指將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在物理介質(zhì)上傳輸?shù)哪M信號(hào)的過(guò)程。調(diào)制是將信息信號(hào)疊加到載波信號(hào)上，改變載波信號(hào)的某個(gè)參數(shù)。調(diào)制方式幅度調(diào)制(AM)頻率調(diào)制(FM)相位調(diào)制(PM)不同的調(diào)制方式擁有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的調(diào)制方式。物理層的信號(hào)編碼二進(jìn)制編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號(hào)，方便傳輸。曼徹斯特編碼在每個(gè)比特周期內(nèi)，信號(hào)發(fā)生一次跳變，用于同步和數(shù)據(jù)傳輸。差分曼徹斯特編碼利用信號(hào)跳變的位置來(lái)表示數(shù)據(jù)，提高抗干擾能力。非歸零反轉(zhuǎn)（NRZI）編碼通過(guò)信號(hào)電平的變化來(lái)表示數(shù)據(jù)，降低傳輸功耗。物理層的傳輸介質(zhì)光纖電纜光纖電纜利用光信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具有高帶寬、低損耗和抗干擾性等優(yōu)勢(shì)。同軸電纜同軸電纜采用同軸結(jié)構(gòu)，中心導(dǎo)體周圍包裹絕緣層，外層金屬屏蔽層可有效抑制信號(hào)干擾。雙絞線雙絞線由兩根相互纏繞的導(dǎo)線組成，可以有效降低信號(hào)干擾，廣泛應(yīng)用于以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)中。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)電磁波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不受物理介質(zhì)限制，方便靈活，但也容易受到干擾。OSI參考模型概述OSI參考模型是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出的開(kāi)放式系統(tǒng)互連參考模型，為網(wǎng)絡(luò)通信提供了一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程分解成多個(gè)層次，每個(gè)層次負(fù)責(zé)特定的功能。OSI參考模型包含七層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。每層都提供特定的服務(wù)，并與相鄰層交互，共同完成網(wǎng)絡(luò)通信。TCP/IP參考模型概述TCP/IP模型是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的核心模型，它將網(wǎng)絡(luò)通信抽象為四個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層。該模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、易于實(shí)現(xiàn)，為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的互聯(lián)互通提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并為互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展提供了基礎(chǔ)。課程小結(jié)傳輸基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)傳輸是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心功能，包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。了解數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍?、模型和協(xié)議，對(duì)于理解網(wǎng)絡(luò)工作原理至關(guān)重要。OSI和TCP/IP模型OSI參考模