计算机网络通信：协议、体系结构详解

"这是一份关于计算机网络的课程课件，涵盖了从概述到网络安全的多个核心章节，由哈尔滨工业大学（威海）通信工程系的刘功亮教授讲授。课程包括了计算机网络的基本概念、物理层、数据链路层、网络互连、运输层、应用层以及网络安全等内容，并介绍了常见的网络拓扑结构，如网形网、星形网、总线形网和环形网。此外，课程还讨论了局域网、城域网和广域网的覆盖范围及其在网络中的作用。教材为谢希仁编著的《计算机网络教程（第3版）》，同时提供了其他参考资料。课程共计30学时，评估方式包括出勤、作业和期末考试。" 本文将详细阐述计算机网络的协议与体系结构，首先，计算机网络是通过特定协议进行通信的，这些协议定义了不同设备之间交换数据的规则和格式。协议的层次化组织形成了网络的体系结构，其中最著名的便是OSI七层模型（开放系统互连参考模型），它包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。虽然实际网络主要遵循TCP/IP四层模型，但OSI模型仍然提供了理解和分析网络通信的理论框架。 物理层是网络通信的第一层，负责在物理介质上传输原始比特流。这一层规定了接口、电缆类型、信号类型等硬件标准，如以太网、光纤和无线通信的标准。 数据链路层的主要任务是建立、管理和维护两个相邻节点之间的逻辑连接，实现数据帧的无差错传输。该层分为两个子层：媒体访问控制（MAC）和逻辑链路控制（LLC）。例如，以太网协议（如IEEE 802.3）就在这一层工作。 网络互连涉及路由器如何根据IP地址转发数据包，网络层的主要协议是IP（Internet Protocol），负责数据包的路由选择和网络间通信。同时，还有ICMP（Internet Control Message Protocol）用于网络诊断和错误报告。 运输层处理端到端的数据传输，TCP（Transmission Control Protocol）提供可靠的数据传输，而UDP（User Datagram Protocol）则提供无连接的服务，适用于实时数据如音频和视频流。 应用层是用户与网络服务交互的接口，包括HTTP（超文本传输协议）用于网页浏览，FTP（文件传输协议）用于文件传输，SMTP（简单邮件传输协议）用于电子邮件等。 网络的拓扑结构决定了设备间的连接方式，如网形网适合大型网络，星形网便于管理，总线形网络成本低但扩展性较差，环形网络如令牌环网则在早期局域网中常见。 局域网（LAN）通常覆盖小范围，如建筑物内，提供高速数据传输；城域网（MAN）覆盖城市范围，常用于连接多个局域网；而广域网（WAN）如Internet，跨越大距离，连接全球各地的网络。 随着技术的发展，网络从最初的局域网扩展到城域网和广域网，再到互联网的形成，实现了全球范围的信息共享和通信。