《计算机网络原理》课件教程

《计算机网络原理》课件教程本课程将深入浅出地讲解计算机网络的基本原理和技术，旨在帮助学生掌握网络基础知识，了解网络技术发展趋势，并培养学生解决网络问题的能力课程简介课程目标课程内容学习计算机网络的基本概念、原理和技术，理解网络的构成和涵盖网络基础知识、网络模型、网络设备、网络协议、网络安工作机制，掌握网络协议和设备的配置与管理全、无线网络、移动互联网、物联网、云计算、网络编程等内容计算机网络概述计算机网络是将多个计算机系统通过通信线路和通信设备连接起来的系统，实现数据传输和资源共享它已成为现代社会不可或缺的一部分，在信息传递、商业活动、娱乐生活等方面发挥着至关重要的作用网络的分类广域网WAN跨越地理范围广阔的网络，如互联网局域网LAN连接在有限区域内的计算机，如校园网、企业网城域网MAN介于广域网和局域网之间，覆盖一个城市范围的网络个人区域网PAN连接个人使用的设备，如蓝牙网络网络拓扑结构星型拓扑总线型拓扑环形拓扑网状拓扑所有节点都连接到中心设备，所有节点连接到一条公共传输所有节点形成闭环，数据沿环每个节点与其他所有节点直接如集线器或交换机线，数据在总线上广播形路径传输相连，形成复杂网络参考模型OSI应用层1提供用户与网络的接口，如电子邮件、网页浏览表示层2负责数据格式转换和加密解密会话层3管理会话连接，控制数据传输传输层4负责端到端的可靠数据传输，如TCP协议网络层5负责数据路由和寻址，如IP协议数据链路层6负责在物理链路上可靠地传输数据物理层7负责将数据转换成物理信号在网络上传输参考模型TCP/IP应用层提供用户与网络的接口，如FTP、HTTP传输层负责端到端的可靠数据传输，如TCP、UDP协议网络层负责数据路由和寻址，如IP协议网络接口层负责将数据封装成帧并在网络上传输物理层物理层是网络模型中最底层，负责将数据转换成物理信号并在网络上传输它主要包括以下内容•传输介质双绞线、同轴电缆、光纤等•物理连接器RJ-

45、BNC、SC等•网络信号编码方案曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等数据链路层数据链路层负责在物理链路上可靠地传输数据它主要包括以下功能•物理地址寻址MAC地址•数据帧封装和解封装•流量控制和错误检测•网络接入控制以太网交换机网络层网络层负责数据路由和寻址，它主要包括以下功能•逻辑地址寻址IP地址•数据路由通过路由表选择最佳路径•数据报文封装和解封装•网络互联路由器传输层传输层负责端到端的可靠数据传输，它主要包括以下协议•TCP TransmissionControl Protocol传输控制协议面向连接、可靠的数据传输•UDP UserDatagram Protocol用户数据报协议无连接、不可靠的数据传输应用层应用层提供用户与网络的接口，它包括以下常见协议和服务•HTTP HypertextTransfer Protocol超文本传输协议用于网页浏览•FTP FileTransfer Protocol文件传输协议用于文件传输•SMTP SimpleMail TransferProtocol简单邮件传输协议用于电子邮件•DNS DomainName System域名系统用于域名解析网络设备网络设备是连接计算机系统和网络的硬件设备，它们为网络通信提供支持，主要包括以下几种•集线器Hub最简单的网络设备，只能进行信号转发，不具备地址学习功能•交换机Switch可以学习MAC地址，根据地址进行数据转发，提高网络效率•路由器Router可以识别IP地址，根据路由表进行数据转发，实现网络互联交换机工作原理交换机通过学习MAC地址进行数据转发，它工作原理如下•学习MAC地址当数据帧进入交换机时，交换机提取数据帧中的源MAC地址并记录在MAC地址表中•数据转发当数据帧再次进入交换机时，交换机根据MAC地址表查找目的MAC地址，并将其转发到相应的端口•冲突域隔离交换机将网络划分成多个冲突域，每个端口构成一个冲突域，从而减少网络冲突路由器工作原理路由器通过路由表进行数据转发，它工作原理如下•路由表路由器维护一个路由表，包含了网络中不同网络之间的路由信息•数据转发当数据包进入路由器时，路由器提取数据包中的目的IP地址，并在路由表中查找最佳路径•数据包转发路由器根据路由表中的最佳路径将数据包转发到下一跳路由器或目的主机•网络互联路由器可以连接多个不同的网络，实现网络之间的互联互通地址分类IPIP地址是网络层中用来识别主机或网络设备的逻辑地址，它分为以下几种类别•A类地址用于大型网络，网络号占8位，主机号占24位•B类地址用于中等规模网络，网络号占16位，主机号占16位•C类地址用于小型网络，网络号占24位，主机号占8位•D类地址用于组播，网络号占28位，主机号占4位•E类地址保留地址，尚未使用地址分配IPIP地址分配是将IP地址分配给网络中的主机或网络设备的过程，它可以采用以下几种方式•静态分配将固定IP地址分配给特定设备，适用于服务器等需要固定地址的设备•动态分配由DHCP服务器动态分配IP地址，适用于个人电脑等需要灵活地址的设备•私有IP地址用于局域网内，不与公网通信•公有IP地址用于互联网，可与其他网络通信子网划分子网划分是将一个大型网络划分为多个较小的子网，每个子网具有独立的网络号，并使用子网掩码来区分不同的子网子网划分可以提高网络效率，减少广播域，提高网络安全域名系统DNS域名系统DNS是将域名转换为IP地址的系统，它提供以下服务•域名解析将域名转换为IP地址•域名注册注册新的域名•域名管理管理域名信息路由选择算法路由选择算法是路由器用于选择数据包最佳路径的算法，它根据以下因素进行选择•距离到目的网络的距离•带宽网络带宽大小•跳数经过的路由器数量•延迟数据包传输的延迟时间路由协议分类静态路由动态路由由网络管理员手动配置，适用于网络规模较小，拓扑结构相对由路由协议自动学习网络拓扑信息并更新路由表，适用于网络简单的网络规模较大，拓扑结构复杂，网络状态变化频繁的网络静态路由配置静态路由配置是指由网络管理员手动配置路由表，将特定网络地址段与下一跳路由器或网关地址进行绑定静态路由配置简单易懂，适用于网络规模较小，拓扑结构相对简单的网络，但无法适应网络拓扑结构和网络状态的变化动态路由协议动态路由协议是指路由器之间相互通信，自动学习网络拓扑信息并更新路由表，以适应网络状态变化的协议常见的动态路由协议包括•RIP RoutingInformation Protocol路由信息协议距离矢量路由协议，使用跳数作为度量指标•OSPF OpenShortest PathFirst开放最短路径优先协议链路状态路由协议，使用成本作为度量指标•BGP BorderGateway Protocol边界网关协议用于互联网AS之间的路由选择网络安全问题网络安全是指保护网络系统和网络数据免受各种威胁和攻击，常见的网络安全问题包括•网络攻击病毒、蠕虫、木马等恶意程序•数据泄露个人信息、商业机密等敏感数据泄露•拒绝服务攻击使网络服务不可用•网络监听窃取网络数据防火墙工作原理防火墙是一种网络安全设备，它通过对网络数据进行过滤，阻止恶意攻击和入侵，保护网络安全防火墙工作原理如下•数据包过滤根据预设规则对进出网络的数据包进行过滤，阻止恶意数据包进入网络•网络地址转换NAT隐藏网络内部地址，防止网络攻击者识别网络内部主机•状态检测跟踪网络连接状态，阻止恶意攻击者绕过防火墙访问控制列表ACL访问控制列表ACL是防火墙用来控制网络访问权限的规则集，它可以用来限制网络流量，保护网络安全ACL可以根据以下因素进行设置•源IP地址限制来自特定IP地址的访问•目的IP地址限制访问特定IP地址•端口号限制访问特定端口•协议类型限制访问特定协议类型网络攻击类型常见的网络攻击类型包括以下几种•病毒攻击利用恶意程序感染计算机系统，破坏数据和系统•蠕虫攻击无需用户干预，自动传播，快速感染网络中的计算机•木马攻击伪装成合法程序，窃取用户数据或控制用户计算机•拒绝服务攻击攻击者向服务器发送大量请求，使服务器无法正常提供服务•SQL注入攻击利用数据库漏洞，攻击者可以获取数据库中的敏感信息•跨站脚本攻击XSS攻击者将恶意脚本代码注入到网页中，窃取用户数据或控制用户行为入侵检测系统IDS入侵检测系统IDS是用于监测网络流量，识别潜在的攻击和入侵行为的系统它可以根据预设规则或机器学习模型识别攻击行为，并及时发出警报加密算法与密钥管理加密算法是用来对数据进行加密和解密的技术，它可以保护数据在传输过程中的安全常见的加密算法包括•对称加密加密和解密使用同一个密钥，如AES算法•非对称加密加密和解密使用不同的密钥，如RSA算法密钥管理是管理加密密钥的过程，它包括密钥生成、存储、分发、使用和销毁等环节密钥管理是保证数据安全的重要环节虚拟专用网VPN虚拟专用网VPN是一种通过公共网络建立私有网络连接的技术，它可以将两个或多个地理位置分散的网络连接起来，并提供安全的数据传输通道VPN主要用于以下场景•远程办公远程员工通过VPN连接到公司网络，访问公司资源•网络安全使用VPN加密网络数据，防止数据泄露•网络访问访问受地域限制的网站或服务无线网络技术无线网络技术是利用无线电波进行数据传输的技术，它主要包括以下几种标准•Wi-Fi WirelessFidelity

802.11协议家族，用于家庭、企业、公共场所等•蓝牙Bluetooth用于短距离无线通信，如手机、耳机、智能家居设备等•ZigBee低功耗、低速率无线通信协议，用于智能家居、工业控制等领域•LoRa远距离、低功耗无线通信协议，用于物联网应用蓝牙技术蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，用于连接手机、耳机、智能家居设备等蓝牙技术具有以下特点•低功耗适合用于便携式设备•低成本技术成熟，成本相对较低•安全性使用加密技术保护数据安全移动互联网技术移动互联网技术是指利用移动设备接入互联网的技术，它包括以下几个方面•移动网络技术GSM、CDMA、LTE、5G等•移动操作系统Android、iOS、Windows Phone等•移动应用微信、支付宝、抖音、淘宝等物联网技术物联网技术是指将各种传感器、执行器、设备等通过互联网连接起来，实现数据采集、信息交互和智能控制物联网技术应用广泛，涵盖以下领域•智能家居智能家电、智能安防、智能照明等•智慧城市交通管理、环境监测、公共安全等•工业自动化生产监控、设备管理、预测性维护等网络技术5G5G网络技术是第五代移动通信技术，它具有以下优势•高速率比4G网络速度快10倍以上•低延迟响应速度更快，适合实时应用•大容量支持更多设备连接，满足物联网应用需求云计算技术云计算技术是指通过网络将计算资源，如服务器、存储、网络等，以服务的形式提供给用户使用，用户无需购买和维护硬件设施，即可按需使用计算资源云计算技术具有以下优点•按需使用用户可以根据需求随时使用和释放资源•成本低廉无需购买硬件，节省成本•可扩展性可以轻松扩展资源，满足业务需求网络编程基础网络编程是开发网络应用的技术，它涉及以下方面•网络协议了解网络协议，如TCP/IP、HTTP、FTP等•网络接口使用网络接口库，如Socket库，与网络进行通信•数据处理处理网络数据，如数据格式转换、加密解密等编程实践SocketSocket编程是网络编程中最常用的技术，它使用Socket库来建立网络连接，并进行数据传输Socket编程步骤如下•创建Socket创建Socket对象，指定网络协议和地址•绑定地址将Socket对象绑定到特定的IP地址和端口号•监听连接等待客户端连接请求•接受连接接受客户端连接请求，建立连接•数据传输发送和接收数据•关闭连接关闭Socket连接网络设备配置实验本实验通过配置网络设备，如交换机、路由器等，学习网络设备的基本配置，了解网络设备在网络中的作用，掌握网络设备的管理和维护技能路由协议配置实验本实验通过配置路由协议，如RIP、OSPF等，学习路由协议的基本原理，掌握路由协议的配置方法，并进行简单的网络故障诊断和排除网络安全实验本实验通过模拟网络攻击场景，学习网络安全防护技术，了解常见的网络安全问题，并掌握防火墙、入侵检测系统等网络安全设备的配置和使用网络仿真工具使用本实验通过使用网络仿真工具，如Packet Tracer、GNS3等，进行网络拓扑搭建、网络设备配置、网络协议模拟等操作，学习网络基本原理和技术，并进行网络故障排查和分析网络测试工具使用本实验通过使用网络测试工具，如Wireshark、Ping、Traceroute等，进行网络性能测试、网络故障诊断、网络安全评估等操作，学习网络测试和分析方法，并掌握网络故障排查和解决技能综合项目实践本实验通过完成综合项目，例如搭建小型局域网、配置网络安全策略、开发网络应用程序等，将所学知识进行整合和应用，提高实际解决网络问题的能力课程总结与展望计算机网络技术不断发展，新技术、新应用层出不穷，本课程旨在为学生打下计算机网络基础知识，帮助学生了解网络技术发展趋势，为学生未来学习和工作打下坚实基础。