《通信与计算机网络》课件

通信与计算机网络通信和计算机网络是现代社会的重要基础设施它们支持电子通信、互联网、云计算等关键技术使我们能高效连接和交流本课程将深入探讨这些网络系统的,架构、协议和应用为学生们提供全面的理解和实践能力,作者M M课程导论课程概述针对通信与计算机网络的关键知识点进行全面系统的介绍为后续学习奠定基础,课程目标帮助同学们掌握计算机网络的基本原理和技术为未来的工作和学习打下良好基础,课程安排通过理论讲解和实践应用相结合的方式全面系统地讲解网络知识体系,计算机网络概述计算机网络是一种由各种硬件和软件组成的互连系统它使得分布在不同地理位,置的计算机及其外围设备能够通过通信线路实现资源共享和信息交换网络的主要功能包括数据传输、资源共享和通信等计算机网络的发展历程经历了从局域网到广域网再到互联网的演变其技术日新,月异为我们的生活带来了翻天覆地的变革,OSI参考模型物理层处理比特流的物理接口和传输设备确保比特在节点间顺利传输数据链路层提供可靠的节点间数据传输,包括帧的定义、错误检测和纠正网络层负责寻址和路由,确保数据能够在网络中正确流转传输层提供端到端的可靠通信,包括分段、流量控制和错误恢复等功能会话层建立、维护和同步通信会话,提供同步点以及检查点功能表示层定义数据的格式和加密方式,确保数据在不同系统间可被正确解释应用层为应用程序提供网络服务,如文件传输、电子邮件和万维网等物理层数据传输物理设备物理接口媒体访问物理层负责数据在物理链路上物理层使用各种硬件设备进行物理层定义了数据链路双方的物理层还负责协调多个设备对的传输和接收包括信号的编数据传输如电缆、光纤、无物理连接接口如电压、时序、共享传输媒体的访问避免数,,,,码、调制、多路复用等,确保线电波等,提供可靠的物理连机械特性等,确保设备间能够据冲突和丢失数据能够在网络中有效传递接顺利通信数据链路层数据帧传输常见协议媒体访问控制数据链路层负责将上层网络层协议的数据单数据链路层常见的协议有MAC、PPP、数据链路层还负责协调多个设备对共享传输元封装成帧并通过物理层传输它提供了、以太网等它们定义了数据帧的格介质的访问如、等,HDLC,,CSMA/CD CSMA/CA数据的可靠传输和错误控制等功能式和传输机制协议网络层路由与转发拥塞控制网络层负责数据包的逻辑寻址和路由转发确保数据能够从源头可靠网络层还要负责拥塞控制避免网络出现拥塞保证服务质量,,,地传输到目的地互联互通网络安全通过网际协议实现异构网络之间的互联互通打通信息传输的网络层也承担一部分网络安全防护的责任如防火墙、加密等功能IP,,最后一公里传输层可靠数据传输流量控制和拥塞控制12传输层协议负责在通信端点之间可靠地传输数据确保数据传输层协议还提供流量管理功能防止网络拥塞确保网络稳,,,一致性和完整性定运行主机间通信主要协议34传输层定义了端口概念使得不同应用程序可以在同一主机和是传输层最重要的两种协议提供不同特性以适,TCP UDP,上独立通信应不同应用需求应用层支持多种应用程序端到端通信12应用层提供了多种协议如应用层基于传输层提供的服务,,、、等支持实现应用程序之间的直接通信HTTP FTP SMTP,,网页浏览、文件传输、电子邮无需关注底层网络细节件等不同应用场景数据格式和编码提供丰富的功能34应用层负责定义数据的格式和应用层包含了网络浏览、文件编码方式,确保信息在应用程序传输、电子邮件、网络管理等之间正确传输和解析多种功能,满足用户的日常需求计算机网络互连技术计算机网络互连技术是实现不同网络之间进行数据交换和资源共享的关键技术它包括交换技术、路由技术和网络拓扑结构等内容交换技术用于在局域网内实现数据帧的转发和转换路由技术则用;于连接不同网络实现报文在广域网上的转发网络拓扑结构则决定,;了整个网络的布局和连接方式交换技术交换机原理交换网络拓扑交换机基于地址转发数据包实交换网络采用星型拓扑每个设备与交MAC,,现网络中设备之间的互连换机直接相连,提高网络利用率交换机性能交换网络安全交换机可提供高速转发满足网络中对交换机隔离了网络段可以提高网络的,,带宽和时延的要求安全性和可靠性路由技术智能路由动态路由协议负载均衡VPN路由智能路由算法可根据网络状况动态路由协议如OSPF和BGP路由器可根据链路利用率、延基于IPSec、SSL等技术的自动调整路径提高传输效率可实时分析网络变化动态调迟等指标将流量动态分散到路由器可建立安全可靠,,,VPN利用机器学习技术路由器可整路由表确保数据在最佳路多条路径实现负载均衡提高的虚拟专用网络适用于远程,,,,,预测拥塞并做出及时调整径上传输网络吞吐量办公、异地互联等场景网络拓扑结构总体结构1网络拓扑结构描述网络设备的物理连接方式常见拓扑2总线、星形、环形、网状等选择标准3成本、可靠性、扩展性、管理性等网络拓扑结构是计算机网络中设备之间的物理连接方式常见的有总线型、星型、环型、网状型等结构在选择网络拓扑时需要综合考虑,成本、可靠性、可扩展性和管理性等多方面因素以满足网络的具体应用需求,局域网物理连接网络设备网络范围局域网通常采用物理电缆或光纤将计算机连局域网需要依赖交换机、路由器等专业网络局域网通常覆盖一个相对有限的地理区域,接在一起,形成一个专属的网络系统这种设备来连接和管理网络节点这些硬件设备如一个办公室、校园或小型企业这种受限封闭的网络结构可以实现高速数据传输和有负责数据转发、流量控制和安全防护等关键的网络范围可以提高网络性能和管理效率效的资源共享功能广域网覆盖广阔地区共享网络资源广域网WAN能够连接跨越广大广域网可以让远程位置的用户共地理区域的计算机和设备,提供更享中心服务器、数据库和其他网大范围的通信和信息共享络资源,提高工作效率数据传输高效相比于小范围的局域网广域网采用更先进的通信技术可以实现更快的数据,,传输速度无线网络无线连接无线网络基于电磁波实现设备之间的连接与通信,无需物理线缆,提高了灵活性和便利性移动性无线网络支持用户随时随地的移动上网,提供了更高的自由度和机动性技术发展无线网络技术如WiFi、蓝牙、5G等不断进步,为用户带来更快、更广覆盖的网络体验网络安全概述网络安全是一个广泛而复杂的领域涉及多个层面技术、管理和政策它旨在保,:护计算机系统和网络免受未经授权的访问、破坏或滥用网络安全涵盖了预防、检测和响应各种网络威胁和攻击的措施确保网络安全对于个人、企业和国家的信息资产保护至关重要网络安全不仅需要系统层面的防护还需要制定全面的策略和标准来应对不断变化的安全挑战,网络安全威胁病毒和恶意软件黑客攻击12计算机病毒、木马程序、蠕虫黑客利用软件漏洞非法访问系等恶意软件会破坏系统、窃取统,窃取信息或篡改数据,造成数据并导致网络瘫痪严重损失网络欺骗拒绝服务攻击34钓鱼网站、伪造身份等欺骗手大量流量冲击服务器,使正常用段,诈取用户隐私和财务信息户无法访问网络资源网络攻击技术病毒和蠕虫DDoS攻击SQL注入网络钓鱼网络病毒和蠕虫可以自我复制分布式拒绝服务DDoS攻击SQL注入利用应用系统的漏洞,网络钓鱼通过伪造的网页欺骗并破坏系统,窃取数据或者瘫通过大规模发送无效请求瘫痪通过注入恶意SQL语句取得数用户泄露账号密码等信息这痪网络这些恶意软件通过各目标系统,阻断正常服务这据库控制权这种攻击手段隐种社会工程学攻击依赖于人的种手段传播给用户和系统带种攻击手段简单但破坏性强藏性强必须从根本上修复应心理误区需要加强用户安全,,,,来严重威胁需要采取多重防御措施用程序漏洞意识网络安全防护措施防火墙加密保护在网络边界部署安全可靠的防火采用先进的加密技术,加强网络数墙监控和控制进出网络的流量有据传输的保密性确保信息不被窃,,,效阻挡恶意访问和攻击取或篡改漏洞修补权限管控及时发现并修复系统和应用程序严格控制用户访问权限,最小化授中的安全漏洞降低被攻击者利用权范围防止内部人员滥用特权进,,的风险行非法操作网络协议概述网络协议1定义网络通信规则协议层次2从物理到应用层协议功能3数据传输、路由、安全等网络协议是实现网络通信的一系列规范和标准定义了数据传输、路由、安全等功能协议分为多个层次从物理层到应用层每一层都有专,,,门的协议来负责特定的功能了解网络协议的层次结构和各层的作用有助于我们更好地理解和使用计算机网络,协议TCP/IP协议栈架构数据包格式广泛应用协议由应用层、传输层、网络层和数据包由报头和数据部分组成报头协议家族包括、、TCP/IP TCP/IP,TCP/IP HTTPFTPSMTP链路层四个层次组成为网络通信提供了统提供源地址、目标地址和控制信息保证数等多种主流协议广泛应用于互联网和各类,,,一的标准据正确传输计算机网络寻址IPIPv4地址体系IPv6地址体系IP地址分类IPv4地址由四段十进制数字组成,每段数字范IPv6地址由八段十六进制数字组成,每段数字•A类地址:

1.

0.

0.0-

126.

255.

255.255围为用点隔开它提供了大约亿个范围为用冒号隔开它提供了海量的0-255,400-FFFF,•B类地址:

128.

0.

0.0-

191.

255.

255.255独立的地址但由于互联网的快速发展这些地址空间可大大满足未来的需求地址IP,,,IPv6•C类地址:

192.

0.

0.0-

223.

255.

255.255地址已经严重不足体系大幅改善了地址分配和管理•D类地址:

224.

0.

0.0-用于组播

239.

255.

255.255•E类地址:

240.

0.

0.0-保留

255.

255.

255.255与IPv4IPv6IPv4局限性1地址空间有限无法满足互联网迅速发展的需求同时缺IPv4,,乏质量服务保障和安全机制IPv6优势2提供了巨大的地址空间并引入了多项改进如即时通信、IPv6,,移动性支持和安全性增强平稳过渡3和并存过渡是一个漫长的过程需要制定标准和协议IPv4IPv6,,以确保网络平稳过渡网络服务质量保证可靠性支持实时性提供优先级保证安全性网络服务质量要求确保数据传对于多媒体等实时应用,网络不同类型的网络流量应根据业网络服务质量还应包括对数据输的可靠性和稳定性,最大限需要提供低延迟和高吞吐量的务需求分配不同的服务优先级,传输的安全保护,防止信息泄度减少丢包、延迟和抖动等问服务,以保证用户体验确保关键业务优先传输露和恶意攻击题多媒体通信技术多媒体通信技术是现代数字网络的重要组成部分它能够将文本、图像、音频和视频等不同类型的数据进行高效传输和处理通过采用先进的编码和压缩技术多媒体通信能够提高传输效率降低网,,络负载满足用户对高质量、交互式多媒体服务的需求,多媒体通信广泛应用于视频会议、远程教育、在线娱乐等领域极,大地改善了人们的生活和工作方式随着、云计算等新兴技术5G的发展未来的多媒体通信将更加智能、高清、交互为人们带来更,,沉浸式的体验网络编程基础网络编程概念网络通信机制网络编程是指用计算机程序实现网络通信遵循客户端-服务器模式，跨网络的通信和数据交换它涉使用TCP/IP协议栈进行数据传输及套接字、协议、多线程等基本包括地址解析、数据封装等步骤概念网络编程语言主要编程语言包括、、等，它们提供了丰富的网络编程库Java PythonC++和框架网络编程案例1简单的Web服务器2网络聊天应用学习如何使用的内置开发一个基于编程的Python Socket模块创建一个简聊天室应用实现多个客户端之http.server,单的Web服务器能够处理间的消息传输和请求GET POST3远程控制工具4DNS解析器学习如何使用的编写一个简单的解析器Python DNS,库实现远程桌面控能够从域名获取地址信息并pyautogui IP制和屏幕共享功能进行查询网络管理网络配置管理网络性能监控网络安全管理用户权限管理通过集中管理网络设备、软件实时跟踪和分析网络运行状况,保护网络免受各种攻击和病毒根据用户角色和需求灵活分配和服务的配置确保网络环境的及时发现并解决性能瓶颈优化的侵害确保信息安全和用户隐网络访问权限确保合理使用和,,,,一致性和可靠性网络资源利用私的可靠性有效管控网络发展趋势当今网络技术正朝着日新月异的方向不断发展和物联网的广泛应用开创了5G更快更智能的互联时代云计算和大数据分析将推动网络服务的个性化和智能化此外区块链、人工智能等前沿技术也必将重塑网络的未来,5G技术更快更低延迟的无线接入物联网万物互联,创新应用前景广阔云计算弹性伸缩,资源按需分配大数据深度分析,优化业务决策区块链去中心化记录和交易人工智能智能化网络管理和服务课程总结通过本课程的学习我们全面掌握了通信与计算机网络的基本概念和关键技术包,,括网络体系结构、网络协议、网络设备、网络安全等方方面面我们深入了解了网络的发展历程和未来趋势为进一步的学习奠定了坚实的基础,。