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1、计算机网络教学课件计算机网络教学课件 制作人：时间：2024年X月目录目录第第1 1章章 计算机网络基础概念计算机网络基础概念第第2 2章章 物理层物理层第第3 3章章 数据链路层数据链路层第第4 4章章 网络层网络层第第5 5章章 传输层传输层第第6 6章章 应用层应用层第第7 7章章 总结与展望总结与展望 0101第第1章章 计计算机网算机网络络基基础础概念概念 计算机网络的定义与特计算机网络的定义与特征征计算机网络是指将分布在不同地理位置的多个计算机和外部设备通过通信线路连接起来，实现数据和信息的交换和共享。计算机网络具有广域性、高速性、共享性、灵活性等特征。计算机网络的特征计算机网络的
2、特征计算机网络可以覆盖地理范围上的任何一个角落。广域性广域性计算机网络提供高速的数据传输和操作处理能力。高速性高速性计算机网络可以共享网络资源，如硬件、软件及数据等。共享性共享性计算机网络可以根据不同的需求进行灵活的配置。灵活性灵活性计算机网络的分类计算机网络的分类计算机网络按照地理范围和连接方式两种方式进行分类。按照地理范围分类，可以分为局域网、城域网、广域网、互联网等；按照连接方式分类，可以分为点对点网络、广播式网络等。计算机网络的分类计算机网络的分类局域网（LAN）按地理范围分按地理范围分类类城域网（MAN）广域网（WAN）互联网OSIOSIOSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型O
3、SIOSI参考模型是一种理论框架，用于说明计算机网络的通信原理和构成。它将参考模型是一种理论框架，用于说明计算机网络的通信原理和构成。它将计算机网络分为七层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话计算机网络分为七层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有不同的功能和协议，从而实现了数据的传层、表示层和应用层。每一层都有不同的功能和协议，从而实现了数据的传输和处理。输和处理。开放式系开放式系统统互互联联通信参考模型通信参考模型TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP协议栈协议栈协议栈协议栈TCP/IPTCP/IP协议栈是互联网通信中最主要的协
4、议标准，它包括传输控制协议协议栈是互联网通信中最主要的协议标准，它包括传输控制协议（TCPTCP）和网际协议（）和网际协议（IPIP）等多种协议。）等多种协议。TCP/IPTCP/IP协议栈分为应用层、传输层、协议栈分为应用层、传输层、网络层和链路层四层，每一层都有不同的协议和功能，保证了数据的顺畅传网络层和链路层四层，每一层都有不同的协议和功能，保证了数据的顺畅传输和处理。输和处理。传输传输控制控制协议协议/网网际协议际协议ISO是一个国际标准制定组织，总部位于瑞士日内瓦。国际标准化组织（国际标准化组织（ISOISO）0103ISO制定的标准涉及到各个领域，包括计算机网络和信息技术等。02I
5、SO主要的工作是制定各种各样的标准。IETF是一个由网络设计师、研究人员和技术专家组成的非营利性组织，总部位于美国。互联网工程任务组（互联网工程任务组（IETFIETF）0103IETF制定的标准涉及到各个领域，包括计算机网络和信息技术等。02IETF主要的工作是研究和发展各种互联网协议。传输层（传输层（Transport LayerTransport Layer）会话层（会话层（Session LayerSession Layer）表示层（表示层（Presentation Presentation LayerLayer）应用层（应用层（Application LayerApplication
6、 Layer）TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP协议栈协议栈协议栈协议栈应用层（应用层（Application LayerApplication Layer）传输层（传输层（Transport LayerTransport Layer）网络层（网络层（Network LayerNetwork Layer）链路层（链路层（Link LayerLink Layer）计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构OSIOSIOSIOSI参考模型参考模型参考模型参考模型物理层（物理层（Physical LayerPhysical Layer）数据链路层（数据链路层（Data Link Data
7、 Link LayerLayer）网络层（网络层（Network LayerNetwork Layer）0202第第2章章 物理物理层层 物理层的作用和任务物理层的作用和任务物理层是计算机网络体系结构中最底层的层次，主要负责数据在物理介质上的传输。物理层的作用是定义物理介质、传输速率、接口、电缆的规范等。物理层的任务是实现比特流从一个计算机传送到另一个计算机。信道复用技术信道复用技术频率分配频分复用频分复用(FDM)(FDM)技术技术时间分配时分复用时分复用(TDM)(TDM)技术技术 有方向导向型传输介质导向型传输介质0103 02无方向非导向型传输介质非导向型传输介质V.35V.35V.3
8、5V.35标准标准标准标准19911991年制定年制定用于连接计算机和网络设备用于连接计算机和网络设备可达到高速传输可达到高速传输 物理层的标准物理层的标准RS-232CRS-232CRS-232CRS-232C标准标准标准标准19871987年制定年制定最初用于连接终端和调制解调最初用于连接终端和调制解调器器信号波特率最高可达信号波特率最高可达19200bps19200bps物理层的传输介物理层的传输介物理层的传输介物理层的传输介质质质质传输介质是计算机网络中物理层的重要组成部分，包括有线传输介质和无线传输介质是计算机网络中物理层的重要组成部分，包括有线传输介质和无线传输介质。有线传输介质包
9、括双绞线、同轴电缆、光纤等，无线传输介质包传输介质。有线传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等，无线传输介质包括电波和红外线等。括电波和红外线等。物理层的作用和任务物理层的作用和任务定义物理介质物理层的作用物理层的作用实现比特流传输物理层的任务物理层的任务 频率分配频分复用频分复用(FDM)(FDM)技术技术0103 02时间分配时分复用时分复用(TDM)(TDM)技术技术传输介质传输介质传输介质是计算机网络中物理层的重要组成部分，通过传输介质，网络中的数据才能进行传输。传输介质包括有线传输介质和无线传输介质，有线传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等，无线传输介质包括电波和红外线等。V.35V.
10、35V.35V.35标准标准标准标准19911991年制定年制定用于连接计算机和网络设备用于连接计算机和网络设备可达到高速传输可达到高速传输 物理层的标准物理层的标准RS-232CRS-232CRS-232CRS-232C标准标准标准标准19871987年制定年制定最初用于连接终端和调制解调最初用于连接终端和调制解调器器信号波特率最高可达信号波特率最高可达19200bps19200bps物理层的作用和任务物理层的作用和任务定义物理介质物理层的作用物理层的作用实现比特流传输物理层的任务物理层的任务 信道复用技术信道复用技术信道复用技术信道复用技术信道复用技术是指将多个信号通过一个信道传输，以提高
11、信道的利用效率。信道复用技术是指将多个信号通过一个信道传输，以提高信道的利用效率。常见的信道复用技术有频分复用和时分复用。常见的信道复用技术有频分复用和时分复用。0303第第3章章 数据数据链链路路层层 数据链路层的作用和任数据链路层的作用和任务务数据链路层承担了物理层提供的原始比特流转化为适合于网络层传输的帧的任务。在此基础上，数据链路层还需完成差错控制，流量控制，可靠传输等任务。差错控制技术差错控制技术通过在数据中添加一位奇偶校验位进行判断是否出现错误。奇偶校验奇偶校验采用多项式编码的方法，添加一段附加码来检验数据是否出现错误。CRCCRC码码 流量控制和可靠传输流量控制和可靠传输发送方发
12、送数据后必须等待接收方的确认后才能继续发送。接收方在收到数据后必须发送确认信息。停止等待协议停止等待协议发送方可以连续发送若干个分组，在接收方返回确认信息之前，可以继续发送。滑动窗口协议滑动窗口协议 数据链路层的标准数据链路层的标准广泛应用于各种计算机和通信设备中，是一种规范的通信协议。HDLCHDLC协议协议主要用于拨号连接，是现代操作系统的标准拨号协议。PPPPPP协议协议 停止等待协议停止等待协议停止等待协议停止等待协议停止等待协议是数据链路层中的一种简单的差错控制协议，它要求发送方在停止等待协议是数据链路层中的一种简单的差错控制协议，它要求发送方在收到接收方的确认之前只能发送一个分组，
13、然后再等待确认信息。这种协议收到接收方的确认之前只能发送一个分组，然后再等待确认信息。这种协议简单易行，但是传输效率低下，不适用于高速网络。简单易行，但是传输效率低下，不适用于高速网络。奇偶校验的工作原理奇偶校验的工作原理如果数据中1的个数是偶数，则校验位为1；如果数据中1的个数是奇数，则校验位为0。在数据中添加在数据中添加校验位校验位接收方从数据中提取校验位，并统计1的个数，如果发现校验位错误，则表示数据出现了错误。接收方如何检接收方如何检验数据验数据只能检验出单一比特位的错误，无法检测连续的多个比特位错误。奇偶校验的缺奇偶校验的缺点点 发送方可以连续发送多个分组，窗口的大小为n。发送方维护
14、发送窗口发送方维护发送窗口0103发送方发送一个分组后，必须等待接收方返回确认信息，否则发送方会超时重传分组。GBNGBN协议如何实现可靠传输协议如何实现可靠传输02接收方维护一个接收窗口，窗口中的分组按编号依次排列。接收方维护接收窗口接收方维护接收窗口地址和控制码作用地址和控制码作用地址和控制码作用地址和控制码作用地址用于标识是哪个站发送的地址用于标识是哪个站发送的数据数据控制码用于标识数据链路层的控制码用于标识数据链路层的控制信息控制信息信息字段格式信息字段格式信息字段格式信息字段格式UI(Unnumbered Information)UI(Unnumbered Information)类
15、型：传输无编号信息类型：传输无编号信息RR(Receive Ready)RR(Receive Ready)类型：表示类型：表示接收方准备好接收数据接收方准备好接收数据REJ(Reject)REJ(Reject)类型：表示接收方类型：表示接收方拒绝接收数据拒绝接收数据S(Supervisory)S(Supervisory)类型：用于流类型：用于流量控制和可靠传输量控制和可靠传输校验码校验码校验码校验码采用采用CRCCRC码进行校验码进行校验HDLCHDLC协议帧结构协议帧结构字段字段字段字段同步序列同步序列地址地址控制码控制码信息字段信息字段校验码校验码结束序列结束序列总结总结数据链路层是计算机
16、网络中非常重要的一层，承担了帧的传输和差错控制等任务。在数据链路层中，差错控制技术包括奇偶校验和CRC码；流量控制和可靠传输包括停止等待协议和滑动窗口协议。此外，HDLC和PPP协议是数据链路层的标准协议。0404第第4章章 网网络层络层 网络层的作用和任务网络层的作用和任务网络层的作用网络层的作用网络层的任务网络层的任务 IPv4IPv4IPv4IPv4协议的数协议的数协议的数协议的数据格式据格式据格式据格式IPv4IPv4协议是一种分组交换协议。协议是一种分组交换协议。IPv4IPv4数据报由首部和数据两部分组成。其中数据报由首部和数据两部分组成。其中首部由首部由2020个字节构成，数据部
17、分由个字节构成，数据部分由0 0到到6553565535个字节构成。个字节构成。IPv4IPv4数据报的首部数据报的首部包含了多个字段，如版本、首部长度、服务类型、标识、标志、片偏移等等。包含了多个字段，如版本、首部长度、服务类型、标识、标志、片偏移等等。IPv4IPv4协议的数据格式结构十分简单，易于理解。协议的数据格式结构十分简单，易于理解。IPv6IPv6IPv6IPv6协议的数协议的数协议的数协议的数据格式据格式据格式据格式IPv6IPv6协议是协议是IPv4IPv4协议的升级版，也是一种分组交换协议。协议的升级版，也是一种分组交换协议。IPv6IPv6数据报由首部数据报由首部和数据两
18、部分组成。其中首部由和数据两部分组成。其中首部由4040个字节构成，数据部分可以达到个字节构成，数据部分可以达到2 2的的3232次方次方个字节。个字节。IPv6IPv6数据报的首部包含了多个字段，如版本、流类型、有效负载长数据报的首部包含了多个字段，如版本、流类型、有效负载长度、下一报文头、源地址、目的地址等等。度、下一报文头、源地址、目的地址等等。IPv6IPv6协议的数据格式结构比协议的数据格式结构比IPv4IPv4更为复杂，但也更为灵活。更为复杂，但也更为灵活。路由算法路由算法静态路由静态路由动态路由动态路由 ICMP报文结构由报头和数据两部分组成。报头包含了多个字段，如类型、代码、校
19、验和等等。数据部分则是根据不同类型的ICMP报文而有所不同。ICMPICMP报文结构报文结构0103ICMP时间戳请求报文用于请求接收方主机的当前时间。当发送方主机收到一个时间戳请求报文后，它就会返回一个时间戳应答报文，其中包含了发送时间戳请求报文时接收方主机的当前时间。ICMPICMP时间戳请求报文时间戳请求报文02ICMP重定向报文用于告知主机发送数据包的下一跳地址已更改。当一个主机发现一个数据包正在被发送到一个不是最佳路径的下一跳地址时，它就会发送一个ICMP重定向报文给发送该数据包的主机。ICMPICMP重定向报文重定向报文ARPARPARPARP协议的数据格式协议的数据格式协议的数据
20、格式协议的数据格式ARPARP协议的数据格式由协议的数据格式由5 5个字段个字段组成，分别是硬件类型、协议组成，分别是硬件类型、协议类型、硬件地址长度、协议地类型、硬件地址长度、协议地址长度和操作码址长度和操作码硬件类型字段用于指定网络硬硬件类型字段用于指定网络硬件的类型件的类型协议类型字段用于指定网络协协议类型字段用于指定网络协议的类型议的类型硬件地址长度字段用于指定硬硬件地址长度字段用于指定硬件地址的长度件地址的长度协议地址长度字段用于指定协协议地址长度字段用于指定协议地址的长度议地址的长度操作码字段用于指定此操作码字段用于指定此ARPARP数据数据包的类型包的类型 ARPARP协议协议A
21、RPARPARPARP协议的作用协议的作用协议的作用协议的作用ARPARP协议用于将一个协议用于将一个IPIP地址映射地址映射为一个为一个MACMAC地址地址ARPARP协议是一种操作系统或网络协议是一种操作系统或网络硬件设备用来寻找网络中另一硬件设备用来寻找网络中另一个设备的个设备的MACMAC地址的网络协议地址的网络协议 0505第第5章章 传输层传输层 传输层的作用和任务传输层的作用和任务1.提供可靠的传输服务；2.实现进程之间的通信。传输层的作用传输层的作用1.分用；2.端到端传输；3.拥塞控制。传输层的任务传输层的任务 TCPTCP协议协议1.可靠传输；2.面向连接；3.流量控制；4
22、.拥塞控制。TCPTCP协议的特协议的特点点1.三次握手建立连接；2.四次挥手断开连接；3.建立连接的流程。TCPTCP连接管理连接管理 UDPUDP协议协议1.不可靠传输；2.无连接；3.没有拥塞控制；4.高效。UDPUDP协议的特协议的特点点1.优点：速度快；2.缺点：不可靠，没有拥塞控制。UDPUDP协议的优协议的优缺点缺点 传输层的标准传输层的标准1.实时传输协议；2.用于音视频数据传输。RTPRTP协议协议1.流控制传输协议；2.可靠传输；3.适用于多点传输。SCTPSCTP协议协议 客户端向服务器端发送SYN包，请求建立连接。第一次握手第一次握手0103客户端收到ACK包和SYN包
23、后，向服务器端发送ACK包，连接建立。第三次握手第三次握手02服务器端收到SYN包后，向客户端回复ACK包，同时发送SYN包。第二次握手第二次握手可靠性可靠性可靠性可靠性TCPTCP传输可靠传输可靠UDPUDP传输不可靠传输不可靠连接连接连接连接TCPTCP需要建立连接需要建立连接UDPUDP不需要建立连接不需要建立连接拥塞控制拥塞控制拥塞控制拥塞控制TCPTCP有拥塞控制有拥塞控制UDPUDP没有拥塞控制没有拥塞控制TCPTCP和和UDPUDP的比较的比较传输速度传输速度传输速度传输速度TCPTCP传输速度较慢传输速度较慢UDPUDP传输速度较快传输速度较快UDPUDP协议的优点协议的优点U
24、DP协议虽然不可靠，但传输速度快，适用于实时性要求较高的场合，如语音和视频传输。传输层的拥塞控传输层的拥塞控传输层的拥塞控传输层的拥塞控制制制制拥塞控制算法主要有四个：慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复。拥塞控制算法主要有四个：慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复。TCP采用采用拥拥塞控制算法来控制塞控制算法来控制传输传输速率，以避免速率，以避免网网络拥络拥塞，确保数据塞，确保数据传输传输的可靠性。的可靠性。0606第第6章章 应应用用层层 应用层的作用和任务应用层的作用和任务应用层是计算机网络的最高层，负责为应用程序提供服务和网络访问。应用层的任务包括数据格式化、数据加密、安全验证、数据压缩和数据
25、传输控制等功能。HTTPHTTP协议协议1.简单易用2.可扩展性好3.请求-响应模式4.无状态性HTTPHTTP协议的特协议的特点点1.请求格式：请求方法、请求URL、HTTP版本、请求头部、请求正文2.响应格式：HTTP版本、状态码、响应头部、响应正文HTTPHTTP协议的请协议的请求和响应格式求和响应格式1.超文本传输2.Web开发3.网络爬虫HTTPHTTP协议的应协议的应用用 DNSDNS协议协议1.域名解析2.分布式系统3.可扩展性好4.易于实现DNSDNS协议的特协议的特点点1.本地DNS服务器查询2.根DNS服务器查询3.顶级域名服务器查询4.权威DNS服务器查询DNSDNS协议
26、的查协议的查询过程询过程1.域名解析2.邮件传输3.网络扫描DNSDNS的应用的应用 应用层的标准应用层的标准1.文件传输协议2.端口号：20、213.工作方式：主动模式、被动模式FTPFTP协议协议1.简单邮件传输协议2.端口号：253.工作方式：邮件传输代理、邮件用户代理SMTPSMTP协议协议1.邮局协议2.端口号：1103.工作方式：POP3、IMAPPOPPOP协议协议 应用层的作用和应用层的作用和应用层的作用和应用层的作用和任务任务任务任务应用层是计算机网络的最高层，负责为应用程序提供服务和网络访问。应用应用层是计算机网络的最高层，负责为应用程序提供服务和网络访问。应用层的任务包括
27、数据格式化、数据加密、安全验证、数据压缩和数据传输控制层的任务包括数据格式化、数据加密、安全验证、数据压缩和数据传输控制等功能。等功能。HTTPHTTP协议的请求和响应格式协议的请求和响应格式0103 HTTPHTTP协议的应用协议的应用02 HTTPHTTP协议的特点协议的特点根根根根DNSDNSDNSDNS服务器查询服务器查询服务器查询服务器查询1.1.查询根查询根DNSDNS服务器服务器2.2.得到顶级域得到顶级域DNSDNS服务器地址服务器地址顶级域名服务器查询顶级域名服务器查询顶级域名服务器查询顶级域名服务器查询1.1.查询顶级域名服务器查询顶级域名服务器2.2.得到权威得到权威DN
28、SDNS服务器地址服务器地址权威权威权威权威DNSDNSDNSDNS服务器查询服务器查询服务器查询服务器查询1.1.查询权威查询权威DNSDNS服务器服务器2.2.得到目标主机得到目标主机IPIP地址地址DNSDNS协议的查询过程协议的查询过程本地本地本地本地DNSDNSDNSDNS服务器查询服务器查询服务器查询服务器查询1.1.查询本地缓存查询本地缓存2.2.查询本地查询本地hostshosts文件文件3.3.查询本地查询本地DNSDNS服务器服务器应用层的标准应用层的标准FTP协议、SMTP协议和POP协议是应用层中的标准协议。FTP协议用于文件传输，SMTP协议用于电子邮件传输，POP协
29、议用于接收电子邮件。0707第第7章章 总结总结与展望与展望 国内外计算机网络教学现状国内外计算机网络教学现状教材和课程的不足国内计算机网国内计算机网络教学现状络教学现状更加注重动手实践国外计算机网国外计算机网络教学现状络教学现状 计算机网络教学的模式创新计算机网络教学的模式创新提供更广泛的课程选择MOOCMOOC模式模式更加注重学生的主动学习翻转课堂模式翻转课堂模式 计算机网络的未来发展趋势计算机网络的未来发展趋势更快的网络速度和更低的延迟5G5G网络的发展网络的发展更加灵活和可定制的网络架构软件定义网络软件定义网络(SDN)(SDN)的发展的发展 学习计算机网络需要掌握的关键点学习计算机网
30、络需要掌握的关键点通信的入口/出口端口号端口号不同的IP地址代表不同的网段IPIP地址的分类地址的分类 计算机网络的应用计算机网络的应用提供更高效的计算和存储资源云计算技术云计算技术实现万物互联物联网技术物联网技术 国内外计算机网国内外计算机网国内外计算机网国内外计算机网络教学现状络教学现状络教学现状络教学现状随着计算机网络的快速发展，全球各地对计算机网络教学的需求也越来越大。随着计算机网络的快速发展，全球各地对计算机网络教学的需求也越来越大。然而，当前国内外的计算机网络教学现状存在一些问题，如教材和课程的不然而，当前国内外的计算机网络教学现状存在一些问题，如教材和课程的不足，缺乏动手实践等。
31、因此，如何进行创新，改善计算机网络教学质量，成足，缺乏动手实践等。因此，如何进行创新，改善计算机网络教学质量，成为了一个亟待解决的问题。为了一个亟待解决的问题。翻转课堂模式翻转课堂模式翻转课堂模式翻转课堂模式更加注重学生的主动学习更加注重学生的主动学习提高课堂的参与度提高课堂的参与度促进互动交流促进互动交流在线实验室在线实验室在线实验室在线实验室提供更多的实验机会提供更多的实验机会不受时间和空间限制不受时间和空间限制降低实验成本降低实验成本移动学习移动学习移动学习移动学习随时随地学习随时随地学习多样化的学习方式多样化的学习方式提高学习效率提高学习效率计算机网络教学的模式创新计算机网络教学的模式
32、创新MOOCMOOCMOOCMOOC模式模式模式模式提供更广泛的课程选择提供更广泛的课程选择更加灵活的学习方式更加灵活的学习方式适应自主学习的需求适应自主学习的需求更快的网络速度和更低的延迟5G5G网络的发展网络的发展0103 02更加灵活和可定制的网络架构软件定义网络软件定义网络(SDN)(SDN)的发展的发展学习计算机网络需要掌学习计算机网络需要掌握的关键点握的关键点计算机网络是由若干计算机和网络设备互连而成的系统，其核心技术包括网络拓扑、网络协议、IP地址、DNS、TCP/UDP协议等。在学习计算机网络时，需要掌握这些关键点，才能更好地理解计算机网络的运作机制和应用场景。计算机网络的应计算机网络的应计算机网络的应计算机网络的应用用用用计算机网络的应用非常广泛，其中云计算技术和物联网技术是目前比较热门计算机网络的应用非常广泛，其中云计算技术和物联网技术是目前比较热门的应用。云计算技术通过提供更高效的计算和存储资源，极大地提高了企业的应用。云计算技术通过提供更高效的计算和存储资源，极大地提高了企业和组织的运营效率；物联网技术则能够将各种设备进行互联互通，实现智能和组织的运营效率；物联网技术则能够将各种设备进行互联互通，实现智能化控制和数据分析。化控制和数据分析。THANKS 谢谢观看！