高级计算机网络课件

高级计算机网络探索计算机网络的前沿技术从理论到实践深入学习网络体系结构、网络操作、,网络安全等诸多领域通过本课程学生将获得高级网络知识和实践经验为未来,,的网络工程师角色做好准备课程简介整体概述课程内容教学模式本课程全面介绍计算机网络的架构、协议和课程包括网络体系结构、OSI/TCP-IP模采用理论教学与实践实验相结合的方式,通技术涵盖从物理层到应用层的各个层面型、路由协议、地址管理、传输控制、过案例分析、实验操作等方式帮助学生融,IP,旨在帮助学生深入理解网络的工作原理应用层协议等重点内容并介绍网络安全技会贯通网络知识术课程目标了解网络体系结构掌握网络协议深入学习和参考模型掌握各层的功能和协议重点学习、、、等核心网络协议理解其工作OSI TCP/IP,IP TCPUDP HTTP,原理分析网络安全探讨网络前沿学习网络安全技术了解常见的网络攻击方式及其防御措施展望未来网络技术包括、云计算、物联网等新兴领域,,5G网络体系结构网络体系结构是计算机网络的骨干和基础定义了网络的层次结构、组成元素及,其相互关系通过分层设计网络体系结构将复杂的网络功能划分为多个模块使,,系统更加模块化和可扩展主流的网络体系结构包括参考模型和参考模型它们从不同角度定义OSI TCP/IP,了网络的功能层次和接口规范为网络应用的开发和互操作性提供了标准化的基,础参考模型OSI应用层1面向用户应用程序的接口表示层2数据格式化和加密会话层3建立和维护会话传输层4提供可靠的数据传输网络层5负责路由和转发数据包OSI参考模型是一个七层的网络体系结构,从下到上依次为物理层、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特定的功能,相互配合以实现端到端的网络通信参考模型TCP/IP网络访问层1负责计算机与网络之间的物理连接和数据传输包括物理层和数据链路层互联网层2处理数据包的路由和转发,确保数据在网络中传输主要协议是IP协议传输层3负责端到端的可靠数据传输,主要协议有TCP和UDP确保数据的完整性应用层4为最终用户提供网络服务,包括HTTP、FTP、SMTP等应用级协议物理层通信信号传输物理接口规范12物理层负责将数字信号通过物物理层定义了连接设备的物理理媒体传输如电缆、光纤或无接口如插头、插槽和连接器的,,线电波规格调制和编码时钟同步34物理层使用调制和编码技术将物理层确保发送方和接收方之数字信号转换为适合传输的模间的时钟同步,以确保正确的数拟信号据传输数据链路层网络接口差错控制数据链路层定义了网络接口的物理和数据链路层提供错误检测和纠正机制,逻辑特性,确保可靠的数据交换提高数据传输的可靠性访问控制帧格式数据链路层管理对共享介质的访问避数据链路层定义数据帧的格式包括头,,免数据冲突和争用部、数据部分和尾部网络层功能概述主要协议路由功能网络互连设备网络层负责在网络中转发数据•IP协议Internet网络层选择最佳路径来传输数网络层设备主要包括路由器、包确保数据能够从源端正确据包并进行分片和重组功能网关和防火墙它们能够连接,Protocol,,,地传递到目的端它提供了端•ICMP协议Internet以适应不同网络的传输能力不同的网络子网,进行数据转到端的逻辑寻址和路由选择功常用的路由算法包括最短路径发和安全控制Control Message能,确保网络中的各个设备能优先、链路状态算法和距离矢Protocol够互联互通量算法等•ARP协议AddressResolutionProtocol•RARP协议ReverseAddressResolutionProtocol路由协议路由技术路由算法动态路由路由表管理路由器使用路由协议来确定数路由算法负责计算最佳路由路动态路由协议能够自动检测网路由表保存了网络拓扑信息,路据包的最佳传输路径常见协径算法可以基于跳数、延络变化并调整路由表,提高网络由器根据这些信息来转发数据议包括RIP、OSPF、BGP迟、带宽等指标进行优化的灵活性和可靠性包路由表的维护和更新是关等键互联网协议TCP/IP协议族IP协议TCP和UDP协议应用层协议协议族是互联网的基协议负责寻址和路由确保协议提供可靠的数据传、、等应用TCP/IP IP,TCP HTTPSMTP FTP础,包括IP协议、TCP协议、数据包能准确传送到目标主输,UDP协议则提供快速的无层协议基于TCP/IP协议族实UDP协议等,负责互联网上数机IP协议有IPv4和IPv6连接传输应用程序会根据需现网页浏览、电子邮件、文件据传输和网络互联的重要功两个版本,后者解决了IPv4求选择使用TCP或UDP传输等高层网络应用能地址空间不足的问题和IPv4IPv64B340TIPv4地址IPv6地址地址空间有多亿个地址但已地址空间有秭个地址可以IPv440,IPv6340,经接近耗尽满足未来需求32128IPv4地址长度IPv6地址长度地址为比特长地址为比特长大大增加了可IPv432IPv6128,用地址空间子网划分IP地址划分子网掩码通过将地址划分为网络地址和子网掩码用于识别地址中的网IP IP主机地址来建立更小的子网提高络和主机部分确定网络内部主机,,网络利用效率和安全性的可达性CIDR记法子网划分策略采用技术可以灵活地调整网根据实际需求合理规划子网提高CIDR,络和主机的比例提高地址空间的网络性能和安全性优化地址分,,利用效率配传输层连接管理流量控制12传输层负责建立和管理端到端传输层调节发送方和接收方之的连接保证数据可靠传输间的数据流避免接收方缓存溢,,出差错控制多路复用34传输层采用确认重传等机制,确传输层支持多个应用程序同时保数据完整性减少丢包使用网络资源实现资源共享,,和TCP UDPTCP协议UDP协议应用场景提供面向连接的可靠数据传输服务确提供无连接的不可靠数据传输服务适适用于要求高可靠性的文件传输和网页TCP,UDP,TCP保数据完整性和有序性它通过重传、流控用于实时性要求较高的应用如视频会议和在浏览等应用,而UDP更适合于多媒体流和网制和拥塞控制等机制来保证可靠传输线游戏它无需建立和维护连接,传输效率络游戏等对实时性要求较高的应用更高应用层功能概览常见应用协议应用层位于网络通信的最高层,提供面向用户的各种应用服务,如•HTTP/HTTPS:超文本传输协议,用于Web浏览浏览、电子邮件、文件传输等它定义了应用程序如何访问Web•SMTP/POP3/IMAP:电子邮件协议网络服务•FTP:文件传输协议•DNS:域名解析协议•RTP/RTSP:实时流媒体传输协议和HTTP HTTPSHTTPHTTPS超文本传输协议是互联网超文本传输安全协议在HTTPHTTPS上最常用的应用层协议用于在网的基础上加入了,HTTP SSL/TLS络上传输和交换数据层,提供加密和身份验证,确保数据安全传输区别应用场景是明文传输则利用广泛应用于电子商务、网HTTP,HTTPS HTTPS数字证书进行端到端加密,对数据上银行、社交网络等需要传输敏进行更好的保护感信息的场景DNS域名解析互联网协议负责将人类可读的域名转换为机是互联网的基础协议之一确保信DNS DNS,器可识别的IP地址,确保您能访问所需息能在网络上正确传输的网站和服务域名服务器安全与隐私服务器负责存储域名和地址的查询容易被监听和篡改因此需要DNS IPDNS,对应关系,并提供快速可靠的域名解析采取加密技术来保护用户隐私和网络服务安全电子邮件协议1SMTP2POP3和IMAP简单邮件传输协议SMTP用这些协议用于从邮件服务器下于在客户端和邮件服务器之间载收到的电子邮件POP3让发送电子邮件邮件保存在服务器上,IMAP则允许客户端访问服务器上的邮箱电子邮件安全3MIME4多用途互联网邮件扩展S/MIME和PGP这两种加密MIME定义了在电子邮件中技术可以提高电子邮件的安全传输非纯文本数据的格式,如图性片、附件等网络安全网络安全监控网络防火墙加密技术身份认证实时监控网络流量和系统活动,部署在网络边界,根据预定规则采用先进的加密算法,确保敏感利用用户名、密码、生物特征及时发现和阻止安全威胁,确保过滤进出网络的数据流量,阻挡数据传输和存储的机密性和完等多种方式进行身份验证,严格网络稳定运行未经授权的访问整性,防止被窃取和篡改控制对网络资源的访问访问控制身份识别授权管理访问策略审计跟踪通过用户账号、密码等凭证验为不同用户或角色设置不同的制定和执行详细的访问控制策记录和监控用户的访问行为,证用户身份,确保只有经过认访问权限,限制他们可以执行略,根据业务需求灵活定制,确便于排查问题和制定优化策证的用户才能访问系统资源的操作,防止未授权访问保系统安全略密码学基础加密算法数字签名掌握常见的对称加密和非对称加密算了解数字签名的概念和工作原理,并学法,如AES、RSA等,并理解其工作原习如何使用数字签名确保数据的完整理和安全特性性和真实性密码学基础哈希函数掌握密码学的基本概念和原理如明理解哈希函数的作用和特点并学会如,,文、密文、密钥等,并学会如何评估加何使用哈希函数进行数据完整性检查密方案的安全性和身份验证网络攻击和防御网络威胁识别1了解常见的网络攻击手段漏洞分析2发现系统中的安全隐患防御措施部署3针对性地采取保护措施安全监控4持续监测系统状况网络安全是一个复杂的话题,涉及多个层面首先我们需要了解常见的网络攻击手段,如木马、病毒等然后仔细分析系统中存在的漏洞和安全隐患接下来采取针对性的防御措施,如安装防火墙、加强访问控制等最后还要持续监测系统运行状态,及时发现和应对新的威胁只有全面的防护才能确保网络安全入侵检测系统实时监控网络活动多重防御层级12入侵检测系统实时分析网络流通过结合网络、主机和应用程量和系统日志以识别可疑活动序层面的检测构建全面的入侵,,和安全威胁防御体系智能预警和响应持续优化和调整34系统可以自动检测异常行为,并入侵检测系统需要根据新出现发出警报以触发适当的预防和的威胁和攻击方式不断更新和应对措施优化虚拟专用网网络隔离加密传输虚拟专用网可以为远程用通过加密技术保护数据传输VPN VPN户创建一个安全隔离的私有网络过程中的机密性和完整性,防止信通道,隔离出内部网络环境息泄露和被篡改访问控制成本节省能够对访问者进行身份验证与专线租用相比可以大幅降VPN,VPN和权限管理确保只有经过授权的低企业的网络建设和运维成本提,,用户才能访问内部资源高投资回报率软件定义网络灵活性与可编程性集中化控制广泛应用场景软件定义网络通过分离数据平面和采用集中式的网络控制器使网络拓扑技术被广泛应用于数据中心、云计SDN SDN,SDN控制平面赋予网络更强的灵活性和可编程和路由策略可以被集中管理和编程提高了算、物联网等领域为实现网络虚拟化和自,,,性,可以更好地适应不断变化的业务需求网络的智能化和自动化水平动化部署提供了有效解决方案云计算网络云计算架构网络传输特点虚拟化技术安全挑战云计算网络采用集中式的架与传统网络不同，云计算网络云计算广泛应用虚拟化技术，云环境下数据和应用的安全性构，将计算资源和存储资源集需要高带宽、低延迟和可靠的将物理资源抽象为虚拟资源，是一大挑战需要采用身份认中在云端用户通过互联网接互联网传输能力，以满足大规提高资源利用率并实现按需分证、加密传输、防火墙等手段入云平台，按需使用各种服模并发访问和海量数据传输的配这需要复杂的虚拟网络管确保网络和数据安全务需求理物联网与边缘计算物联网连接一切边缘计算就近处理12物联网连接了各种设备与传感边缘计算将数据处理过程下沉器让它们之间无缝协作实现到设备端在数据产生的地方对,,,数据的实时采集和共享其进行分析和处理,减少数据传输时延协同优势典型应用34物联网与边缘计算相结合,可以工业自动化、智慧城市、无人提高数据处理效率、降低成本驾驶等均可通过物联网和边缘并增强安全性,应用广泛计算实现快速、安全的数据处理和下一代网络5G5G网络架构6G技术趋势未来网络前沿技术5G网络采用全新的体系结构,融合了软件定6G将在5G的基础上,进一步提升网络性能,量子通信、太赫兹通信、自动驾驶、物联网义网络和网络功能虚拟化技术,提供更高的涉及超高速传输、全连接、智能感知等领等新兴技术将深入融合到下一代网络中,推带宽和更低的时延,支持大规模的物联网应域,为未来数字生活带来更多可能动网络向更智能、更敏捷的方向发展用前沿网络技术5G和物联网通信技术的高速率、低延迟和海量连接为物联网应用提供了强5G大支持推动了智能家居、工业自动化等应用的蓬勃发展,云计算与边缘计算云计算提供了海量计算和存储资源而边缘计算则降低了网络延迟,,将计算力下沉到靠近数据源的边缘设备优化了物联网应用,。