計算機網(wǎng)絡謝希仁課件第02章概述網(wǎng)絡協(xié)議與層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層概述01計算機網(wǎng)絡的發(fā)展歷程面向終端的遠程聯(lián)機系統(tǒng)20世紀50年代，計算機與遠程終端通過電話線路進行通信，實現(xiàn)遠程登錄。ARPANET與TCP/IP協(xié)議的誕生20世紀60年代末，美國國防部高級研究計劃局（ARPA）建立了ARPANET，并制定了TCP/IP協(xié)議，成為現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)的雛形?；ヂ?lián)網(wǎng)的商業(yè)化20世紀90年代，互聯(lián)網(wǎng)開始商業(yè)化，全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡連接迅速增長。移動互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進入21世紀，隨著移動設備的普及和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，計算機網(wǎng)絡的應用場景更加廣泛。定義計算機網(wǎng)絡是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理軟件及網(wǎng)絡通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。分類根據(jù)覆蓋范圍和規(guī)模，計算機網(wǎng)絡可以分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）、廣域網(wǎng)（WAN）和互聯(lián)網(wǎng)（Internet）。計算機網(wǎng)絡的定義和分類計算機網(wǎng)絡的組成和功能組成計算機網(wǎng)絡主要由硬件和軟件組成。硬件包括計算機、網(wǎng)絡設備和通信線路等；軟件則包括操作系統(tǒng)、應用軟件和協(xié)議等。功能計算機網(wǎng)絡的主要功能包括數(shù)據(jù)傳輸、資源共享、分布式處理和信息檢索等。通過計算機網(wǎng)絡，用戶可以實現(xiàn)文件傳輸、電子郵件、遠程登錄、在線辦公等功能。網(wǎng)絡協(xié)議與層次結(jié)構(gòu)02協(xié)議定義網(wǎng)絡協(xié)議是一組規(guī)則和約定，用于規(guī)范計算機之間的通信過程。協(xié)議要素協(xié)議包括語法、語義和時序三個要素，分別涉及數(shù)據(jù)格式、控制信息和通信順序。協(xié)議分層協(xié)議通常被組織成層次結(jié)構(gòu)，每一層負責特定的通信功能，通過接口與相鄰層通信。網(wǎng)絡協(xié)議的基本概念模型概述OSI（OpenSystemsInterconnection）參考模型是國際標準化組織制定的網(wǎng)絡協(xié)議分層標準。模型結(jié)構(gòu)OSI模型分為七個層次，從上到下分別是應用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。各層功能每個層次都有特定的功能，如應用層提供應用程序間的通信，傳輸層負責端到端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取SI參考模型模型概述模型結(jié)構(gòu)各層功能TCP/IP參考模型TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）參考模型是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議簇的分層結(jié)構(gòu)。TCP/IP模型分為四個層次，分別是應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和鏈路層。應用層負責應用程序間的通信，傳輸層提供端到端的通信服務，網(wǎng)絡層負責數(shù)據(jù)包的路由選擇，鏈路層負責數(shù)據(jù)鏈路的管理。OSI模型更注重理論性和完整性，而TCP/IP模型更注重實用性和簡潔性。OSI模型對各層的定義更加嚴格，而TCP/IP模型在實際應用中更為廣泛。區(qū)別OSI模型和TCP/IP模型在層次劃分和功能上有相似之處，如兩者都包括應用層、傳輸層和網(wǎng)絡層。這種分層結(jié)構(gòu)有助于不同系統(tǒng)之間的互操作性。聯(lián)系OSI與TCP/IP模型的區(qū)別和聯(lián)系數(shù)據(jù)鏈路層03數(shù)據(jù)鏈路層是網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中的第二層，位于物理層和網(wǎng)絡層之間。數(shù)據(jù)鏈路層的主要任務是控制數(shù)據(jù)在通信鏈路上的傳輸，包括數(shù)據(jù)打包、傳輸控制和錯誤檢測等功能。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議規(guī)定了如何在通信鏈路上建立、管理和終止數(shù)據(jù)鏈路，以及如何對數(shù)據(jù)進行差錯控制和流量控制。010203數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念03SLIP協(xié)議（串行線網(wǎng)際協(xié)議）是一種早期的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，用于在串行連接上傳輸數(shù)據(jù)。01PPP協(xié)議（點對點協(xié)議）是一種常用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，用于在點對點連接上傳輸數(shù)據(jù)。02HDLC協(xié)議（高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議）是一種通用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，用于在同步鏈路上傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議010203網(wǎng)橋網(wǎng)橋是一種數(shù)據(jù)鏈路層設備，用于連接兩個或多個局域網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。交換機交換機也是一種數(shù)據(jù)鏈路層設備，用于連接多個網(wǎng)絡節(jié)點，并根據(jù)MAC地址進行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。路由器路由器是網(wǎng)絡層設備，用于連接多個網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。雖然路由器不屬于數(shù)據(jù)鏈路層設備，但其底層功能與數(shù)據(jù)鏈路層有關(guān)，如ARP協(xié)議等。數(shù)據(jù)鏈路層的設備網(wǎng)絡層04網(wǎng)絡層的基本概念網(wǎng)絡層是計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中的第三層，負責將數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡節(jié)點傳輸?shù)搅硪粋€網(wǎng)絡節(jié)點。網(wǎng)絡層的主要功能是路由和轉(zhuǎn)發(fā)，即將數(shù)據(jù)包從一個網(wǎng)絡轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡，并根據(jù)網(wǎng)絡狀況選擇最佳路徑。網(wǎng)絡層協(xié)議規(guī)定了數(shù)據(jù)包的格式和傳輸方式，以確保數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡中可靠地傳輸。IP協(xié)議01IP（InternetProtocol）協(xié)議是網(wǎng)絡層的核心協(xié)議，用于在計算機網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)。02IP協(xié)議的主要功能是提供無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務，并確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中可靠地傳輸。IP協(xié)議使用IP地址來標識網(wǎng)絡中的每個節(jié)點，以便將數(shù)據(jù)包路由到正確的目的地。03子網(wǎng)掩碼與CIDR子網(wǎng)掩碼是一個32位的掩碼，用于標識IP地址的網(wǎng)絡部分和主機部分。02CIDR（無類別域間路由）是一種IP地址分配方式，通過使用斜線（/）后的數(shù)字來表示IP地址中的網(wǎng)絡前綴長度，簡化了IP地址的表示和管理。03子網(wǎng)掩碼和CIDR在網(wǎng)絡中用于劃分和管理IP地址范圍，以便更好地管理網(wǎng)絡資源。01ARP和RARP協(xié)議ARP（地址解析協(xié)議）用于將32位的IP地址轉(zhuǎn)換為MAC地址，以便在局域網(wǎng)中進行數(shù)據(jù)傳輸。RARP（逆地址解析協(xié)議）用于將MAC地址轉(zhuǎn)換為32位的IP地址，通常在無盤工作站或某些網(wǎng)絡設備上使用。傳輸層05傳輸層是計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，位于應用層和網(wǎng)絡層之間，負責提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務。傳輸層的主要功能是建立可靠的傳輸連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過程中的流量控制和差錯控制，保證數(shù)據(jù)正確、可靠地從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?。傳輸層協(xié)議主要包括傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP）。傳輸層的基本概念03TCP通過序列號、確認號、重傳機制、流量控制和擁塞控制等機制，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和可靠性。01TCP（TransmissionControlProtocol，傳輸控制協(xié)議）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層協(xié)議。02TCP通過建立連接、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個階段，實現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務。TCP協(xié)議UDP協(xié)議01UDP（UserDatagramP