《計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)》課件

《計算機網(wǎng)絡(luò)》課件本課件旨在介紹計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，涵蓋網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等方面。課程介紹課程目標(biāo)幫助學(xué)生理解計算機網(wǎng)絡(luò)的基本原理，掌握網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和相關(guān)技術(shù)。課程內(nèi)容涵蓋網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等。教學(xué)方式課堂講授、案例分析、實驗操作相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。參考資料推薦教材和相關(guān)書籍，供學(xué)生深入學(xué)習(xí)。1.計算機網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代社會必不可少的組成部分，連接了世界各地的人們和設(shè)備。計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展深刻改變了人們的生活和工作方式，推動了信息時代的到來。1.1什么是計算機網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)將多個計算機連接在一起，形成一個整體。共享資源網(wǎng)絡(luò)用戶可以共享網(wǎng)絡(luò)上的資源，如文件、打印機、數(shù)據(jù)庫等。信息傳遞通過網(wǎng)絡(luò)，用戶可以方便地相互發(fā)送信息，如電子郵件、視頻通話等。1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的基本組成主機主機是計算機網(wǎng)絡(luò)的核心部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、存儲和傳輸。通信線路通信線路是連接不同主機或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的物理通道，用于數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括交換機、路由器等，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)管理。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和通信規(guī)則，確保不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交互順利進行。1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分類按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，可將計算機網(wǎng)絡(luò)分為廣域網(wǎng)（WAN）、局域網(wǎng)（LAN）和個人區(qū)域網(wǎng)（PAN）。廣域網(wǎng)跨越地理范圍廣，連接城市、國家甚至全球不同地點的計算機，例如互聯(lián)網(wǎng)。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可將計算機網(wǎng)絡(luò)分為總線型、星型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)狀型。每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有不同的特點，例如總線型結(jié)構(gòu)簡單易于安裝，星型結(jié)構(gòu)易于管理，環(huán)型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸效率高。2.物理層物理層是計算機網(wǎng)絡(luò)中最底層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上的傳輸。它定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理連接方式、信號編碼和傳輸介質(zhì)等。2.1物理層的作用11.傳輸數(shù)據(jù)物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)比特流轉(zhuǎn)換為電信號或光信號，并在網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上傳輸。數(shù)據(jù)以比特流的形式在物理層傳輸，物理層為其他層提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗贰?2.定義數(shù)據(jù)傳輸方式物理層定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w方式，例如同步/異步傳輸、串行/并行傳輸、單工/半雙工/全雙工傳輸?shù)取Ｎ锢韺舆€定義數(shù)據(jù)編碼方式，例如曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼等。33.定義數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)物理層規(guī)定網(wǎng)絡(luò)中使用的物理介質(zhì)，例如雙絞線、同軸電纜、光纖等。不同類型的介質(zhì)具有不同的傳輸速率、傳輸距離和抗干擾能力。44.定義接口特性物理層定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間連接的接口特性，例如電氣特性、機械特性、過程特性和功能特性。2.2物理層的常用信號傳輸方式模擬信號傳輸模擬信號直接傳輸，例如電話線上的聲音信號。數(shù)字信號傳輸數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)字化后傳輸，例如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，反之亦然。2.3傳輸介質(zhì)及其特性傳輸介質(zhì)是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。不同的傳輸介質(zhì)具有不同的特性，例如帶寬、傳輸距離、抗干擾能力等。常見的傳輸介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、光纖和無線電波。雙絞線價格低廉，但傳輸距離有限；同軸電纜傳輸距離較遠(yuǎn)，但抗干擾能力較差；光纖帶寬高，抗干擾能力強，但價格昂貴；無線電波傳輸距離遠(yuǎn)，但易受環(huán)境干擾。雙絞線同軸電纜光纖無線電波3.數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層位于物理層之上，網(wǎng)絡(luò)層之下。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點之間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。3.1數(shù)據(jù)鏈路層的作用將比特組裝成幀數(shù)據(jù)鏈路層將來自網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報封裝成幀，并在幀首部添加控制信息，如幀起始符、幀結(jié)束符、地址信息等。通過幀的封裝和傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上的傳輸。提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在相鄰節(jié)點之間進行可靠的數(shù)據(jù)傳輸，通過差錯控制和流量控制，確保數(shù)據(jù)完整性和可靠性。使用差錯檢測機制，識別和糾正數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?.2幀格式和差錯檢測幀格式幀是數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)的基本單位，包含幀頭、數(shù)據(jù)字段和幀尾等部分，用于標(biāo)識數(shù)據(jù)類型和順序。差錯檢測為了保證數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，數(shù)據(jù)鏈路層使用校驗碼進行差錯檢測，如CRC校驗等，保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中沒有損壞。差錯控制對于檢測到的錯誤，數(shù)據(jù)鏈路層采用重傳機制進行差錯控制，確保數(shù)據(jù)正確無誤地傳遞。3.3常見的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議11.以太網(wǎng)協(xié)議目前最常用的局域網(wǎng)協(xié)議，使用CSMA/CD訪問控制機制。22.令牌環(huán)協(xié)議使用令牌傳遞方式，保證網(wǎng)絡(luò)中只有一個設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。33.FDDI協(xié)議光纖分布式數(shù)據(jù)接口，使用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，提供更高的帶寬和可靠性。44.PPP協(xié)議點對點協(xié)議，廣泛應(yīng)用于撥號網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的核心層之一。它負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機傳遞到目標(biāo)主機，并提供邏輯地址尋址和路由功能。4.1網(wǎng)絡(luò)層的作用路由選擇網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機傳送到目的主機，選擇最佳路徑進行傳輸。數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)包封裝成數(shù)據(jù)報，根據(jù)目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，確保數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中正確傳遞。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)層可以進行網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，將私有地址轉(zhuǎn)換為公網(wǎng)地址，保護內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全。4.2IP地址及其分類IP地址類型描述示例IPv432位地址，使用點分十進制表示IPv6128位地址，使用十六進制表示2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:73344.3路由算法1路由算法作用路由算法是網(wǎng)絡(luò)層的重要組成部分，用于確定數(shù)據(jù)包從源節(jié)點到目標(biāo)節(jié)點的最佳路徑。2常見路由算法距離矢量路由算法鏈路狀態(tài)路由算法3路由算法比較距離矢量路由算法計算速度快，但收斂速度慢；鏈路狀態(tài)路由算法計算速度慢，但收斂速度快。5.傳輸層傳輸層是計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的第四層。它負(fù)責(zé)在兩個主機之間建立、維護和釋放連接，并為上層應(yīng)用提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。5.1傳輸層的作用數(shù)據(jù)傳輸傳輸層負(fù)責(zé)將應(yīng)用程序數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)段，并在不同主機之間的進程間進行數(shù)據(jù)傳輸。端到端連接傳輸層建立和維護主機之間應(yīng)用程序之間的連接，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，保證數(shù)據(jù)完整性和順序到達。流量控制傳輸層通過流量控制機制來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速度，防止接收方緩沖區(qū)溢出，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省砣刂苽鬏攲油ㄟ^擁塞控制機制來管理網(wǎng)絡(luò)資源，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高網(wǎng)絡(luò)效率和性能。5.2TCP和UDP協(xié)議TCPTCP是一種面向連接的協(xié)議，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它通過三次握手建立連接，并使用序號、確認(rèn)機制和超時重傳等技術(shù)來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。TCP主要用于需要高可靠性的應(yīng)用，例如文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽等。UDPUDP是一種無連接的協(xié)議，提供不保證可靠性的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它不需要建立連接，數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到接收方，不進行序號、確認(rèn)和重傳處理。UDP主要用于不需要高可靠性但需要快速傳輸?shù)膽?yīng)用，例如視頻流、語音通話等。5.3流量控制和擁塞控制流量控制流量控制用于防止發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)過快，導(dǎo)致接收方無法處理。它確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中平穩(wěn)傳輸，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。擁塞控制擁塞控制用于防止網(wǎng)絡(luò)中過多的數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。它通過調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速率來緩解網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行。常見方法流量控制和擁塞控制有許多常見方法，例如滑動窗口、慢啟動、擁塞避免等等，這些方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和協(xié)議進行選擇和應(yīng)用。6.應(yīng)用層應(yīng)用層是計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的最高層，它直接為用戶提供服務(wù)。應(yīng)用層協(xié)議定義了應(yīng)用程序之間如何進行通信，例如電子郵件、網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸?shù)取?.1應(yīng)用層協(xié)議概述電子郵件協(xié)議SMTP用于發(fā)送電子郵件，POP3和IMAP用于接收電子郵件。Web協(xié)議HTTP用于從Web服務(wù)器檢索網(wǎng)頁，HTTPS提供安全連接。文件傳輸協(xié)議FTP用于在網(wǎng)絡(luò)上傳輸文件，TFTP用于簡單文件傳輸。即時通訊協(xié)議QQ和微信等即時通訊工具使用專有協(xié)議進行通信。6.2常見的應(yīng)用層協(xié)議1HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議，主要用于網(wǎng)頁傳輸。該協(xié)議定義了客戶端如何向服務(wù)器請求網(wǎng)頁，以及服務(wù)器如何響應(yīng)請求。2FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸文件。該協(xié)議定義了客戶端如何向服務(wù)器請求文件，以及服務(wù)器如何響應(yīng)請求。3SMTP協(xié)議簡單郵件傳輸協(xié)議，用于發(fā)送電