高级计算机网络课件2

高级计算机网络探索计算机网络的前沿技术深入学习网络架构、协议和性能优化等关键概念,通过实践案例和分析洞见掌握构建高效、安全和可扩展的网络系统的能力,课程概述课程目标课程内容教学方式考核方式通过本课程的学习学生将掌本课程涵盖网络体系结构、高采用理论讲授、案例分析、实本课程将通过平时作业、期中,握计算机网络的高级原理和技级协议、网络设备、网络安验实践相结合的方式培养学考试和期末项目实践来进行综,术了解网络的最新发展动态全、网络性能优化等多个方面生的理论和实践能力合考核,,为未来的网络工程师角色做好的知识并结合实践案例进行,准备深入探讨网络体系结构协议层次网络体系结构将网络功能划分为应用层、传输层、网络层和数据链路层等不同协议层次分层设计每个层次都有独立的功能和接口,层与层之间通过标准化协议进行交互分工合作不同层次的协议可以相互独立地设计和开发,实现了网络功能的模块化灵活性针对不同应用的需求,可以灵活地修改或替换某些协议层次,而不影响整个网络应用层协议浏览器协议电子邮件协议Web和协议是最常见的、和是常见的电HTTP HTTPSSMTP POP3IMAP浏览器应用层协议提供基于请子邮件传输和存储协议确保邮件能可Web,,求响应的页面显示功能靠地发送和接收-文件传输协议流媒体协议和是常用的文件传输协议、和是用于音视频FTP SFTP,RTSP RTPRTMP提供可靠、安全的远程文件存储和共流媒体传输的应用层协议支持高质量,享服务的实时媒体播放传输层协议（传输控制协议）（用户数据报协议）TCP UDP提供面向连接的、可靠的数据传提供无连接的、不可靠的数据传输服务，应用广泛，如、输服务，适用于实时应用如视频HTTP等会议等FTP（流控制传输协议）（快速互联网SCTP QUICUDP连接）介于和之间，提供多TCP UDP宿主支持和部分可靠性基于的新一代传输层协议，UDP提高性能和安全性网络层协议协议栈地址协议TCP/IP IPICMP网络层是协议栈的核心部分负责数地址是网络层的基本单元用于标识网络协议用于网络设备之间传递错误消息TCP/IP,IP,ICMP据包的路由和寻址确保数据安全可靠地传上的设备并确定数据包的传输路径和控制信息帮助诊断和解决网络问题,,,输数据链路层协议地址差错检测与纠正1MAC2数据链路层使用地址来唯一标识网络设备实现本地网数据链路层协议提供各种校验机制如、奇偶校验等确MAC,,CRC,络内的设备寻址和通信保数据传输的可靠性流量控制常见协议34数据链路层协议支持流量控制如停止等待、滑动窗口等以包括以太网、、蓝牙等为上层协议提供可靠的物理连,,Wi-Fi,应对不同的网络状况接物理层协议信号传输标准物理媒体物理层定义了电信号的编码、调制、物理层规定了使用光纤、同轴电缆、同步等传输标准确保不同设备能进行双绞线等物理媒体进行传输并定义了,,可靠通信连接器和线缆规格时序控制电源管理物理层提供数据传输的时间同步和速物理层定义了设备间的电源规格和供率调控保证信号能在发送和接收端的应要求保证系统稳定可靠地运行,,适当时间传输网络设备网络设备概述网络设备是构建计算机网络的基础硬件包括交换机、路由器、网,关等这些设备负责传输、交换和路由网络数据流量确保网络连,接的稳定性和可靠性精心选择和配置网络设备对于高性能网络至关重要我们需要理解各种设备的功能、接口和性能参数以满足不同应用场景的需,求虚拟局域网概念优势1VLAN2VLAN虚拟局域网是一种基于交换机可提高网络性能增强网VLAN,的网络逻辑分割技术可以将一络安全性并简化管理独立的,,个物理网络划分成多个逻辑网广播域有助于限制广播风暴络配置间通信3VLAN4VLAN通过配置交换机端口的不同之间的通信需要借VLAN VLAN隶属关系可以实现不同助路由器或三层交换机提供的,VLAN之间的隔离与访问控制路由功能无线网络无处不在的无线网络技术引领未来物联网驱动万物互联5G无线网络已经深入生活的方方面面从家庭网络以其高速、低延迟和海量连接的特无线网络为物联网的广泛应用提供了基础,5G,到企业从公共场所到偏远地区无线网络无点正引领着无线通信技术的进步为智能生从智能家居到工业自动化物联网正在通过,,,,,处不在让信息传输更加快捷和便利活和工业应用注入新动能无线连接改变人类的生活方式,网络安全基础信息保护风险评估网络安全关乎信息的机密性、完整性和可用性确保信息免受未授了解网络环境中的潜在威胁和漏洞是制定有效防护策略的关键定权访问、修改或破坏是网络安全的基本目标期评估风险有助于规避安全隐患防护措施应急响应身份认证、访问控制、加密技术和安全监控等防护措施可有效降低一旦发生安全事故制定详细的应急预案和处理流程非常重要快速,网络攻击的风险和损失持续优化是关键有效的应对可最大限度地减少损失入侵检测系统定义和作用检测机制部署形式响应措施入侵检测系统是一种监控网络入侵检测系统通常采用基于规入侵检测系统可部署在主机上入侵检测系统不仅能够发现攻和系统活动的安全技术旨在则和基于异常的检测机制前或网络上前者击还可以根据预设规则采取,HIDS NIDS,,识别和记录非法或未经授权的者依据预定义的攻击模式进行侧重于监控单台设备后者则自动阻止、记录日志、发送警,访问尝试它能够及时发现并检测后者则利用机器学习算能够监控整个网络流量两种报等动作以降低安全风险,,警示潜在的安全威胁保护企法分析正常网络行为识别偏形式可以结合使用提高检测,,,业免受黑客攻击和内部人员滥离模式的异常活动覆盖面用防火墙定义功能类型配置防火墙是网络安全的重要组成防火墙通过设置访问控制列常见的防火墙类型包括硬件防防火墙需要进行合理配置和维部分它是一种硬件或软件系表、数据包过滤、代理服务等火墙、软件防火墙、基于主机护包括规则设置、日志监,,统用于控制和监视进出网络方式提供网络层和应用层的的防火墙和基于网关的防火墙控、漏洞修补等以应对不断,,,的数据流阻挡非授权访问和保护确保内部网络的安全等选择合适的防火墙是关变化的网络威胁,,潜在的网络攻击性键加密与认证加密技术通过使用复杂的数学算法对通信数据进行加密确保信息安全和保密性,身份认证利用密码、生物特征或数字证书等方式验证用户身份防止未经授权的访问,密钥管理合理管理和保护加密密钥确保密钥安全性和可靠性是确保加密体系安全的关键,,网络攻击与防御诊断1持续监控网络活动,及时发现异常情况预防2采取有效的安全措施,如防火墙和入侵检测系统应对3一旦发生攻击,及时采取应急措施以最小化损失学习4分析攻击行为,汲取经验教训,优化防御策略优化5持续改进安全防御体系,提高抗风险能力有效的网络安全防御需要全方位的策略,包括持续的监控诊断、完善的预防措施、及时的应急响应、深入的事后分析以及持续的优化改进只有多管齐下,才能筑牢网络安全防线,确保企业信息资产的安全网络高可用性系统可靠性动态负载均衡全面监控与报警通过采用冗余设计、故障检测和自动切换等合理分配网络流量避免出现单点故障或资实时监测网络状态及时发现问题并触发预,,技术确保网络系统在发生故障时仍能提供源瓶颈提高整体性能和响应速度警机制便于快速定位和处理故障,,,持续的服务负载均衡技术分发流量动态适应12负载均衡通过将请求分散到多负载均衡能够监控服务器的健个服务器上来提高系统的可伸康状况并根据实际情况动态调,缩性和可靠性整流量分配算法优化高可用性34常见的负载均衡算法包括轮结合负载均衡技术可以提高系询、最小连接数、最短响应时统的容错能力提升整体的可用,间等可根据需求进行优化性,流量控制与管理带宽控制流量限制通过设置带宽上限和优先级合理针对特定、协议或应用程序设,IP分配网络资源确保关键业务流量置流量阈值避免单一用户应用独,,/不会被挤压占网络资源负载均衡策略QoS利用负载均衡设备分散网络流量根据不同业务属性设置差异化的,提高整体服务质量和可用性服务质量策略保证关键业务顺畅,运行云计算基础定义与特点服务模式部署模式优势与挑战云计算是基于互联网的按需提云计算服务主要包括基公有云、私有云和混合云是三云计算能带来成本节约、敏捷IaaS供计算资源的新型服务模础设施即服务、平台种主要的云计算部署模式根性提升和资源弹性等优势但ITPaaS,式它具有按需服务、广泛网即服务和软件即服务据组织的需求和资源情况选也存在安全性、隐私性和数据SaaSIT络访问、资源池化、快速弹性三种模式根据企业需求选择择合适的部署模式迁移等挑战和可测量服务等特点合适的服务模式软件定义网络灵活性与可编程性集中控制12软件定义网络允许网络管理员与传统网络相比软件定义网络,通过软件编程的方式配置和管采用集中控制的方式可以更好,理网络提高网络的灵活性和可地监控和管理整个网络系统,编程性通用硬件快速部署与动态调整34软件定义网络可以使用通用的软件定义网络能够快速部署新网络硬件设备无需定制专有硬的网络服务并可以根据需求动,,件降低网络建设和维护成本态调整网络策略和行为,网络虚拟化技术虚拟拓扑软件定义虚拟化租户虚拟网络技术可以灵活地创建逻辑网络拓通过软件控制网络设备实现网络功能的灵虚拟化技术可以将单一的物理网络资源划分,扑不受物理网络限制提高网络资源利用活编程和动态管理提高网络的自动化和可为多个逻辑隔离的租户提高网络的灵活性,,,,率编程性和安全性网络信息可视化网络信息可视化是一个重要的网络管理和分析工具它通过各种图表和图像直观地展示网络运行状态、流量监测、故障诊断等关键信息帮助网络管理员快速掌,握网络整体运行情况可视化技术包括拓扑图、流量图、监控仪表板等可以实时反映网络规模、连接,状态、带宽利用率等关键指标及时发现和定位网络问题提高网络管理效率,,网络性能分析异构网络互联网络融合网关设备不同网络技术之间的相互连接和融合实现信息的无缝传输利用网关设备进行数据转换和处理实现不同网络间的信息交换,,123标准协议制定统一的协议标准确保各网络间的互操作性和兼容性,网络容器技术容器优势容器编排轻量级、高效隔离、可移植性强、快速部署和扩展等特点让容器技等容器编排工具可实现自动化部署、扩展和管理容器,Kubernetes,术在网络中得到广泛应用提高网络的可靠性和灵活性网络功能虚拟化微服务架构结合容器技术实现网络功能的灵活部署和动态编排提高网络资源的容器技术可支持微服务模式提高网络应用的灵活性和可伸缩性,,利用效率网络技术5G高速连接低延迟海量连接能耗更低网络的峰值下载速度可达网络拥有毫秒级的通信延迟网络可支持每平方公里高达网络的设计有利于提高能源5G205G,5G5G相比网络显著提升适合对实时性有严格要求的应万个设备的连接满足物联利用率减少碳排放Gbps,4G100,,用网时代的需求未来网络发展趋势技术飞速发展人工智能与网络融合5G网络为移动互联网提供更技术在网络管理、安全防护、5G AI快、更稳定、更广泛的连接推优化等方面的应用将日益广泛,,动万物互联时代来临提高网络运行效率网络虚拟化日益重要物联网技术深入发展软件定义网络、网络功能虚拟化海量互联设备将驱动边缘计算、等技术的应用让网络架构更加物联网应用等新型网络服务的兴,灵活和可编程起综合实验与实践设计网络拓扑1基于真实场景分析网络需求配置网络设备2配置交换机、路由器等设备测试网络功能3模拟用户行为验证网络性能,优化网络方案4分析测试数据完善网络设计,本单元将对前述各网络协议和技术进行综合实践学生将根据具体场景需求设计网络拓扑配置各种网络设备并对网络功能进行全面测试和优化此,,,过程将深化学生对网络技术的理解并培养其网络规划、设计和运维的能力,总结与展望主要内容总结实践能力培养未来发展趋势实现学习目标本课程涵盖了计算机网络的各课程中设有大量的实验实践环最后一部分介绍了、云计通过本课程的学习学生能够5G,层协议、网络设备、虚拟化、节帮助学生将理论知识应用算、软件定义网络等前沿技掌握高级计算机网络的核心知,安全等多个重要领域全面系于实际网络环境培养解决网术展望了计算机网络的未来识并具备解决网络问题的能,,,,统地介绍了高级计算机网络的络问题的动手能力发展方向力为未来从事网络相关工作,核心知识奠定基础。