《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系》課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系課程大綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述網(wǎng)絡(luò)的定義、分類(lèi)、發(fā)展歷程以及網(wǎng)絡(luò)的組成部分。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI參考模型、TCP/IP協(xié)議族、協(xié)議分層以及各層的功能。物理層傳輸介質(zhì)、信號(hào)編碼、調(diào)制解調(diào)、接入技術(shù)。數(shù)據(jù)鏈路層幀格式、MAC地址、流量控制、差錯(cuò)檢測(cè)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置分散的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)通信線(xiàn)路互連起來(lái)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和資源共享的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代信息社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，在人們的工作、生活和學(xué)習(xí)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括：互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等。物理層傳輸媒體物理層定義了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì),包括雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纖等。信號(hào)編碼物理層將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或光信號(hào)進(jìn)行傳輸,常見(jiàn)的編碼方式包括曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼等。接口標(biāo)準(zhǔn)物理層還規(guī)定了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接接口標(biāo)準(zhǔn),如RJ-45接口、SC接口等。數(shù)據(jù)鏈路層1幀數(shù)據(jù)鏈路層將來(lái)自網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)封裝成幀，并在幀首部和尾部添加控制信息。2MAC地址數(shù)據(jù)鏈路層使用MAC地址來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)設(shè)備，以便數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中正確地傳輸。3錯(cuò)誤檢測(cè)數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，并采取措施來(lái)糾正錯(cuò)誤，確保數(shù)據(jù)完整性。4流量控制數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，以防止發(fā)送方發(fā)送過(guò)快的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致接收方無(wú)法處理。網(wǎng)絡(luò)層1數(shù)據(jù)包路由將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)路由到目標(biāo)主機(jī)。2網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換將私有地址轉(zhuǎn)換為公共地址。3網(wǎng)絡(luò)擁塞控制防止網(wǎng)絡(luò)過(guò)載。傳輸層1進(jìn)程間通信提供端到端數(shù)據(jù)傳輸2流量控制防止接收方過(guò)載3擁塞控制緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞應(yīng)用層1應(yīng)用進(jìn)程用戶(hù)使用程序2應(yīng)用層協(xié)議定義應(yīng)用進(jìn)程如何通信3傳輸層提供端到端服務(wù)應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中最靠近用戶(hù)的一層，它為用戶(hù)提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用層協(xié)議定義了應(yīng)用進(jìn)程如何通信，例如HTTP協(xié)議用于Web瀏覽，SMTP協(xié)議用于電子郵件發(fā)送，F(xiàn)TP協(xié)議用于文件傳輸。應(yīng)用層建立在傳輸層之上，并通過(guò)傳輸層提供的端到端服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。應(yīng)用層協(xié)議為用戶(hù)提供了一種抽象的網(wǎng)絡(luò)視圖，屏蔽了底層網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備之間通信的規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)。確保數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)絡(luò)之間正確傳輸和理解。允許不同類(lèi)型的設(shè)備進(jìn)行互操作，例如計(jì)算機(jī)、手機(jī)和服務(wù)器。TCP/IP協(xié)議族互聯(lián)網(wǎng)核心協(xié)議TCP/IP協(xié)議族是互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸和通信。分層結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議族采用分層結(jié)構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)功能劃分為不同的層次，各層之間通過(guò)協(xié)議進(jìn)行通信。重要協(xié)議包括TCP、IP、UDP、HTTP、FTP等，用于實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。OSI參考模型物理層傳輸比特流。數(shù)據(jù)鏈路層將比特流組織成幀并負(fù)責(zé)幀在節(jié)點(diǎn)之間的可靠傳輸。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)邏輯地址尋址和路由。傳輸層提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸。會(huì)話(huà)層建立、管理和終止兩個(gè)應(yīng)用程序之間的會(huì)話(huà)。表示層處理數(shù)據(jù)格式、加密和壓縮。應(yīng)用層提供用戶(hù)應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)之間的接口。物理媒體雙絞線(xiàn)雙絞線(xiàn)是使用最廣泛的一種傳輸介質(zhì)。它由兩根互相絕緣的導(dǎo)線(xiàn)并排絞合在一起組成。絞合可以減少電磁干擾，提高抗干擾能力。同軸電纜同軸電纜由一根中心導(dǎo)線(xiàn)和一根同心圓柱形導(dǎo)體外殼組成，兩者之間填充絕緣材料。同軸電纜可以傳輸較高的頻率信號(hào)，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力。光纖光纖由一根纖細(xì)的玻璃或塑料纖維組成，利用光波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。光纖具有傳輸帶寬大、抗干擾能力強(qiáng)、損耗小等優(yōu)點(diǎn)，是目前最先進(jìn)的傳輸介質(zhì)。無(wú)線(xiàn)電波無(wú)線(xiàn)電波是利用電磁波來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。無(wú)線(xiàn)電波傳輸不受線(xiàn)路限制，但傳輸距離有限，容易受到干擾。信號(hào)傳輸1數(shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)需要轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)才能在物理介質(zhì)上傳輸。3調(diào)制解調(diào)調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，解調(diào)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。編碼與調(diào)制編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘?hào)形式。調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)以便在物理信道上傳輸。接入技術(shù)有線(xiàn)接入技術(shù)常用的有線(xiàn)接入技術(shù)包括以太網(wǎng)、光纖、同軸電纜等，它們提供高速、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接。無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括Wi-Fi、藍(lán)牙、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等，它們?yōu)橛脩?hù)提供了移動(dòng)性和靈活性的網(wǎng)絡(luò)連接方式。局域網(wǎng)技術(shù)以太網(wǎng)最常見(jiàn)的局域網(wǎng)技術(shù)，使用銅纜或光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用Wi-Fi技術(shù)，方便移動(dòng)設(shè)備接入。廣域網(wǎng)技術(shù)覆蓋范圍廣連接不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)，跨越城市、省份甚至國(guó)家。連接方式多樣包括電話(huà)線(xiàn)、光纖、衛(wèi)星等多種傳輸介質(zhì)。傳輸速率較低受限于長(zhǎng)距離傳輸?shù)奈锢硖匦?，帶寬相?duì)較低。交換技術(shù)電路交換在通信之前建立一條專(zhuān)用的物理連接。分組交換將數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)包，在網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立傳輸。報(bào)文交換整個(gè)報(bào)文作為一個(gè)整體，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。路由協(xié)議RIP路由信息協(xié)議，使用距離向量算法OSPF開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議，使用鏈路狀態(tài)算法BGP邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)路由IPv4地址32位4字節(jié)2^32地址IPv6地址UnicastMulticastAnycastIPv6地址采用128位地址長(zhǎng)度，提供更大的地址空間，可以滿(mǎn)足未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的地址需求。尋址與路由網(wǎng)絡(luò)地址每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有唯一的網(wǎng)絡(luò)地址，用于標(biāo)識(shí)其在網(wǎng)絡(luò)中的位置。路由器路由器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址，將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。路由表路由器使用路由表來(lái)存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)地址和對(duì)應(yīng)的下一跳信息。流量控制與擁塞避免流量控制發(fā)送方根據(jù)接收方的處理能力，控制數(shù)據(jù)發(fā)送速度，防止接收方被淹沒(méi)。擁塞避免網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)擁塞狀況，采取措施避免擁塞，例如降低數(shù)據(jù)傳輸速率。傳輸層協(xié)議TCP面向連接,可靠傳輸,順序傳輸U(kuò)DP無(wú)連接,不可靠傳輸,不保證順序應(yīng)用層協(xié)議HTTP用于網(wǎng)頁(yè)瀏覽，負(fù)責(zé)在客戶(hù)端和服務(wù)器之間傳輸網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容。FTP用于文件傳輸，提供上傳和下載文件的功能。SMTP用于電子郵件發(fā)送，負(fù)責(zé)將郵件從發(fā)送者傳遞到接收者的郵件服務(wù)器。POP3/IMAP用于電子郵件接收，負(fù)責(zé)從郵件服務(wù)器接收電子郵件到客戶(hù)端。網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全是指保護(hù)網(wǎng)絡(luò)及其相關(guān)資源免受未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)、使用、泄露、破壞、修改或中斷。網(wǎng)絡(luò)安全的重要性日益增長(zhǎng)，因?yàn)樵絹?lái)越多的個(gè)人、組織和政府依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行日常生活和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御惡意軟件攻擊病毒、木馬、蠕蟲(chóng)等惡意軟件可損害系統(tǒng)或竊取數(shù)據(jù)。拒絕服務(wù)攻擊通過(guò)大量請(qǐng)求使服務(wù)器過(guò)載，使其無(wú)法正常響應(yīng)合法用戶(hù)的請(qǐng)求。網(wǎng)絡(luò)釣魚(yú)通過(guò)偽造電子郵件或網(wǎng)站來(lái)欺騙用戶(hù)泄露個(gè)人信息。網(wǎng)絡(luò)安全措施防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、反病毒軟件等可有效防御網(wǎng)絡(luò)攻擊。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向，主要包括：1.**5G及Beyond5G**：超高速率、超低時(shí)延、超高連接密度、超低功耗，賦能萬(wàn)物互聯(lián)。2.**邊緣計(jì)算**:將計(jì)算資源部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高可靠性，支撐AR/VR等新興應(yīng)用。3.**網(wǎng)絡(luò)虛擬化與軟件定義網(wǎng)絡(luò)**:實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)分配和靈活管理，提高網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。4.**人工智能與網(wǎng)絡(luò)**:利用AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)