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计算机网络技术

欢迎来到计算机网络技术课程。本课程将深入探讨网络的基础知识、各层技术和管理方法。让我们开始这段令人兴奋的学习之旅吧！

计算机网络基础知识

定义

计算机网络是连接计算机和设备的系统，实现数据共享和通信。

重要性

网络技术是现代社会的基础设施，支持各行各业的运作。

发展趋势

网络技术不断演进，朝着更快、更安全、更智能的方向发展。

网络的概念和特点

互连性

网络允许不同类型的设备相互连接和通信。这种互连性促进了信息的自由流动。

分布式处理

网络支持任务分散到多个设备上执行，提高效率和可靠性。这种分布式特性增强了系统的整体性能。

网络分类

1

广域网(WAN)

2

城域网(MAN)

3

局域网(LAN)

4

个人区域网(PAN)

网络按覆盖范围从大到小分类。每种类型都有其特定的应用场景和技术特点。

网络拓扑结构

星型拓扑

所有设备连接到中央节点，易于管理但存在单点故障风险。

环型拓扑

设备形成闭环，数据按固定方向传输，较为可靠。

总线型拓扑

所有设备连接到同一传输介质，结构简单但容易产生冲突。

物理层技术

信号传输

物理层负责在网络设备间传输原始比特流，确保数据的物理传输。

硬件规范

定义网络接口的机械、电气和功能特性，如接口类型和传输速率。

传输介质

包括有线（如铜缆、光纤）和无线（如无线电波、红外线）媒介。

传输媒体

双绞线

常用于局域网，价格低廉，易于安装，但抗干扰能力较弱。

光纤

传输速度快，抗干扰能力强，适用于长距离高速传输。

无线

灵活性高，适用于移动设备，但受环境影响较大。

信号编码和调制

1

基带传输

直接使用数字信号，适用于短距离传输。

2

频带传输

将数字信号调制到模拟信号上，适用于长距离传输。

3

编码技术

如曼彻斯特编码、4B/5B编码等，提高传输效率和可靠性。

接口标准

RS-232

串行通信接口，适用于低速短距离通信。

RJ-45

以太网常用接口，支持高速数据传输。

USB

通用串行总线，广泛用于连接各种外围设备。

HDMI

高清多媒体接口，用于传输高质量音视频信号。

数据链路层技术

1

帧定界

将比特流分割成帧，便于传输和错误控制。

2

地址识别

使用MAC地址识别网络设备，实现点对点通信。

3

差错控制

检测并纠正传输过程中的错误，确保数据完整性。

4

流量控制

调节数据传输速率，防止接收方缓冲区溢出。

访问控制方式

CSMA/CD

载波侦听多路访问/冲突检测，用于以太网。设备在发送数据前先侦听信道，发生冲突时采取退避策略。

令牌传递

在令牌环网络中使用。只有持有令牌的设备才能发送数据，避免了冲突。

差错检测和纠正

校验和

简单的错误检测方法，计算数据的和并与接收到的校验和比较。

循环冗余校验(CRC)

使用多项式除法生成校验码，能够检测出突发性错误。

海明码

不仅能检测错误，还能纠正单比特错误，提高传输可靠性。

帧格式和封装

1

帧头

包含目标和源MAC地址，以及帧类型信息。

2

数据载荷

封装上层协议的数据，大小有限制。

3

帧尾

包含错误检测码，如CRC校验和。

4

帧间距

相邻帧之间的空隙，用于同步和区分帧。

网络层技术

1

路由

2

寻址

3

分组转发

4

拥塞控制

5

服务质量

网络层负责端到端的数据传输，处理数据包的路由和转发。它是实现互联网通信的关键。

IP地址

IPv4

32位地址，格式如，地址空间有限。

IPv6

128位地址，格式如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334，解决地址耗尽问题。

子网掩码

用于划分子网，如，确定网络和主机部分。

路由算法

静态路由

手动配置路由表，适用于小型网络。

动态路由

自动更新路由信息，适应网络变化。

距离矢量算法

如RIP，基于跳数选择最短路径。

链路状态算法

如OSPF，考虑链路状态，选择最优路径。

网际协议

IP

互联网协议，负责数据包的寻址和路由。

ICMP

互联网控制消息协议，用于诊断网络问题。

ARP

地址解析协议，将IP地址映射到MAC地址。

传输层技术

端到端通信

传输层负责在端系统之间建立可靠的数据传输通道。它处理数据分段、流控制和错误恢复。

协议类型

主要包括面向连接的TCP和无连接的UDP。TCP提供可靠传输，UDP提供快速但不可靠的传输。

TCP/UDP协议

TCP特点

可靠、面向连接、流量控制、拥塞控制。

UDP特点

不可靠、无连接、简单快速、适用于实时应用。

应用场景

TCP适用于文件传输、邮件；UDP适用于视频流、在线游戏。

面向连接和无连接

面向连接（TCP）

建立连接、数据传输、断开连接的三阶段过程。保证数据可靠传输。

无连接（UDP）

直接发送数据，不建立连接。传输速度快，但不保证可靠性。

流量控制和拥塞控制

1

流量控制

调节发送速率，防止接收方缓