计算机网络课件：网络原理与互联网技术

计算机网络课件网络原理与互联网技术探索网络世界的奥秘，从基础原理到互联网技术的应用，带您深入了解网络的运作机制和发展趋势网络简介计算机网络是指将分散的计算机系统通过通信线路连接起来，geographically以实现数据共享、资源共享和信息交互的系统网络技术的发展极大地改变了人们的生活和工作方式，例如远程办公和学习•电子商务和网络购物•社交网络和信息传播•云计算和大数据应用•网络分类按地理范围按网络拓扑结构个人局域网PAN:连接个人设备，例如总线型:所有设备连接到一条公共总线上手机、笔记本电脑等局域网LAN:覆盖较小区域，例如家庭、星型:所有设备连接到一个中心节点办公室、学校等城域网MAN:连接城市或区域内的多环型:设备以环形连接个LAN树型:层次结构，类似于树状广域网WAN:连接跨越地理距离的多网状型:每个设备都与其他设备直接连接个LAN和MAN，例如互联网按传输介质按服务类型有线网络:使用电缆或光纤传输数据公用网络:提供公共服务，例如互联网无线网络:使用无线电波传输数据专用网络:为特定组织或机构服务计算机网络的组成硬件软件数据计算机网络的硬件部分包括计算机网络的软件部分包括计算机网络的数据部分包括主机如电脑、服务器、移动设备等网络操作系统管理网络资源和提供网络用户数据如文本、图像、音频、视频等•••服务•网络接口卡（NIC）连接主机与网络的桥•控制数据用于控制网络通信过程梁网络协议定义网络通信规则•网络传输介质如网线、光纤、无线电波网络应用软件提供各种网络服务，如网••等页浏览、邮件发送等网络设备如路由器、交换机、集线器等•计算机网络协议定义作用重要性123计算机网络协议是一组规则和约定，协议是网络通信的基础，它使不同类没有协议，网络将无法正常运作不用于规定网络中不同设备之间如何进型的设备能够相互通信，并实现信息同的设备将无法互相理解，信息传输行通信它定义了数据格式、传输方共享和资源访问协议还提供了可靠将变得混乱，网络效率和可靠性将大式以及错误处理等方面，确保不同设性、安全性、效率和可扩展性等方面大降低备能够互相理解和协作的保障参考模型OSI应用层1为用户提供网络服务表示层2处理数据的格式和编码会话层3管理会话连接传输层4提供端到端的数据传输服务网络层5负责网络地址和路由数据链路层6管理节点之间的物理连接物理层7定义硬件接口和物理传输OSI模型是一个七层模型，它将计算机网络的功能分解成七个不同的层，每个层负责不同的功能OSI模型是理解网络协议和网络技术的重要的基础参考模型TCP/IP应用层1提供用户接口，负责与应用程序交互传输层2提供端到端的数据传输服务，确保数据的可靠传输网络层3负责数据包的路由和寻址，实现网络互联数据链路层4在物理连接上实现可靠的数据传输，进行帧的封装和解封装物理层5负责数据的物理传输，定义数据传输的电气特性和机械特性计算机网络硬件计算机调制解调器计算机是网络的核心设备，负责处理调制解调器将数字信号转换为模拟信数据、发送和接收信息号，以便在电话线上传输数据网卡网络线缆网卡是计算机连接网络的接口，它将网络线缆用于连接网络设备，例如双计算机与网络连接起来，并负责数据绞线、同轴电缆和光纤传输计算机网络软件操作系统网络协议栈网络应用程序网络管理软件操作系统是计算机网络的核心网络协议栈是一组软件，实现网络应用程序是用户使用网络网络管理软件用于监控、配置软件，负责管理网络资源，如网络通信协议，负责数据包的进行各种活动所依赖的软件，和管理网络设备，如路由器、网络接口、协议栈、进程通信封装、传输、解析等工作不如浏览器、邮件客户端、视频交换机、防火墙等，帮助网络等，并提供用户与网络交互的同的网络协议栈支持不同的网会议软件、游戏等，它们基于管理员维护网络正常运行并提接口常见的网络操作系统包络协议，如协议栈、网络协议栈实现各种功能高网络效率TCP/IP括、、协议栈等Windows ServerLinux OSI、等Unix macOS网络安全基础知识数据完整性数据机密性12确保数据在传输和存储过程中保护敏感数据不被未经授权的不被篡改这涉及使用加密、访问例如，使用密码、访问数字签名等技术来验证数据的控制等措施限制对数据的访问真实性和完整性数据可用性身份验证34确保数据能够在需要的时候被验证用户或设备的身份，以确访问这涉及到网络设备和服保只有授权的人或设备可以访务的可靠性、冗余备份等措施问网络资源常见的身份验证方法包括用户名密码、生物识别技术等网络攻击及防护常见网络攻击类型1网络攻击形式多种多样，常见的类型包括•病毒和木马•拒绝服务攻击•网络钓鱼•SQL注入攻击•跨站脚本攻击网络安全防护措施2为了保护网络安全，需要采取多种防护措施，包括•安装防病毒软件•使用防火墙•定期更新系统和软件•提高网络安全意识•使用强密码并进行双重验证网络安全的重要性3网络安全对于个人和组织都至关重要网络攻击会导致数据丢失、财务损失、名誉受损等严重后果网络应用层协议协议协议HTTP DNS用于网页浏览，是互联网上最常负责将域名转换为地址，方便IP用的协议之一它定义了客户端用户通过域名访问网站它使用（如浏览器）和服务器之间如何分布式数据库，将域名解析请求进行通信，以及如何请求和发送分发到不同的服务器，提高效率网页数据和可靠性电子邮件协议协议FTP用于发送和接收电子邮件，包括用于文件传输，它允许用户在不、和等协议同计算机之间上传、下载和管理SMTP POP3IMAP它们定义了邮件的格式、传输方文件支持两种连接模式FTP式和存储方式控制连接和数据连接，分别用于命令传输和文件传输协议HTTP超文本传输协议主要特点（）是一种应用层协议，用基于请求响应模式HTTP HyperTextTransfer Protocol•-于在万维网上传输数据它定义了客户端如浏览器如WWW使用作为传输协议•TCP何请求服务器上的资源如网页、图像、视频等，以及服务器如支持多种数据类型•何响应这些请求协议是无状态的，这意味着服务器不保HTTP支持缓存机制•留有关先前请求的信息支持安全连接•HTTPS服务DNS域名解析服务器DNS将域名转换为地址，使用户能够通存储域名到地址的映射关系，并提IP IP过易于记忆的域名访问网站和服务供域名解析服务层次结构DNS根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器组成层次结构，确保域名解析的效率和可靠性电子邮件协议SMTP POP3IMAP简单邮件传输协议负责发送电子邮局协议版本负责接收电子邮件互联网消息访问协议也是一种接收SMTP3POP3IMAP邮件它定义了邮件服务器之间传递邮件的它允许电子邮件客户端从邮件服务器上下载电子邮件的协议，但它允许用户在服务器上标准格式和流程，保证邮件能顺利到达收件邮件到本地，以便用户阅读和管理邮件直接访问和管理邮件，无需下载到本地这人使得用户可以在不同的设备上同步访问他们的邮件文件传输协议FTP协议概述协议特点协议工作原理FTP FTPFTPFTPFile TransferProtocol文件传输•简单易用，使用广泛FTP协议使用TCP连接进行数据传输，协议，是一种应用层协议，用于在网络中并使用两个端口端口用于数据传输，支持多种文件类型20•进行文件传输协议使用客户服务端口用于控制连接客户端使用端口FTP/21提供可靠的传输机制•器模型，客户端程序用于连接服务器向服务器发送命令，服务器使用端口FTP21可用于不同平台之间的文件传输•并传输文件，服务器程序负责管理文件并返回响应信息，同时使用端口传输2120提供传输服务数据传输层协议传输层协议位于网络模型的第四层，传输层协议将来自应用程序的数据进负责在两个应用程序之间提供端到端行分段，并在每个数据段中添加一个的数据传输服务传输层首部，包含端口号、校验和等信息，以便接收端识别和处理传输层协议还负责建立和维护应用程序之间的连接，并确保数据的可靠传输，例如通过确认机制和重传机制保证数据不丢失协议TCP可靠性面向连接数据流协议提供可靠的数据传输，确保数据完是面向连接的协议，在传输数据之前需将数据流分成若干数据段，每个数据段TCP TCPTCP整性和顺序到达它通过建立连接、数据分要建立连接，确保双方能够正常通信连接包含数据、序列号、校验和等信息数据段段、确认机制、重传机制和流量控制来保证建立完成后，数据才会开始传输，确保数据通过网络传输，并通过确认机制确保数据段数据可靠性传输的可靠性的顺序和完整性协议UDP无连接不可靠是一种无连接协议，这意味是一种不可靠协议，这意味UDP UDP着它不需要在发送数据之前建立着它不保证数据包的交付如果连接这使得比更快，数据包丢失，不会尝试重新UDP TCPUDP但它也意味着数据包可能会发送它们这使得适合对数UDP UDP丢失或乱序到达据丢失不敏感的应用程序，例如流媒体和游戏轻量级应用场景是一种轻量级协议，这意味UDP•DNS着它需要较少的系统资源这使•DHCP得适合对延迟敏感的应用程UDP视频流•序，例如实时通信和语音聊天在线游戏•网络层协议1IP协议2ICMP协议协议是互联网协议，负责数据包在网络中的路由和寻址它是协议是互联网控制报文协议，用于检测网络连接和网络故IP ICMP网络层协议的核心，定义了数据包的格式和网络地址障，并发送错误信息3ARP协议4RARP协议协议是地址解析协议，用于将地址转换为物理地址，以便协议是逆地址解析协议，用于将物理地址转换为地址，ARP IPRARP IP在局域网中找到目标设备主要用于引导没有地址的设备IP协议IP地址路由IP IP地址是网络中每台设备的唯一标识符，类似于现实世界中的门牌路由是将数据包从源设备传递到目标设备的过程，它通过路由器IP IP号码它允许数据包在网络中正确地路由和传递中的路由表来确定最佳路径路由算法距离向量路由算法链路状态路由算法距离向量路由算法（）是链路状态路由算法（）是基于链Distance VectorRouting AlgorithmLink-State RoutingAlgorithm基于距离的路由算法，每个路由器维护一个距离向量表，表中记路状态的路由算法，每个路由器维护一个链路状态数据库，数据录了到其他路由器的距离和到达该路由器的下一跳路由器每个库中记录了网络中所有路由器之间的链路状态信息当网络中发路由器会定期将自己的距离向量表发送给邻居路由器，邻居路由生变化，比如链路断开或恢复，路由器会更新自己的链路状态数器收到后更新自己的距离向量表，如果发现有更短的路径，就会据库，并将新的链路状态信息发送给其他路由器其他路由器收更新自己的路由表，并将其新的距离向量表发送给其他邻居路由到链路状态信息后，会更新自己的链路状态数据库，并使用器距离向量路由算法比较简单，但容易出现计数到无穷问题，算法计算出到达其他路由器的最短路径，并将计算结果更“”Dijkstra即当网络中出现环路时，路由器可能无法找到最短路径，甚至可新到自己的路由表中链路状态路由算法比距离向量路由算法更能会导致网络瘫痪复杂，但它可以避免计数到无穷问题，并且可以更快地适应网“”络变化子网划分子网划分是一种将一个大的网络划分子网划分可以提高网络安全，因为它为多个较小的网络的方法，每个子网可以限制对网络的访问，并阻止未经都有自己的网络地址和掩码授权的访问子网划分可以提高网络效率，因为它可以减少网络流量，并提高网络性能物理层协议信号编码传输介质接口标准将数字信号转换为物理信号，例如非常见的传输介质包括双绞线、同轴电定义了网络设备之间连接的物理接口归零编码、曼彻斯特编码等缆、光纤等，不同的介质具有不同的和信号规范，例如、等RJ-45USB传输速率和距离数据链路层协议MAC地址帧格式每个网络设备都有一个唯一的物理地址，称为地址，用于在局数据链路层将数据封装成帧，帧包含地址、数据和校验码等信MAC MAC域网中识别设备息，用于在网络中传输数据流量控制错误检测数据链路层负责控制数据传输速率，以防止网络拥塞，确保数据传数据链路层通过校验码等机制检测数据传输过程中的错误，并进行输的可靠性纠正或丢弃错误数据网络设备路由器交换机路由器是网络中负责数据包转发的重交换机是网络中连接不同设备的桥梁，要设备，它根据目标地址将数据包路它能够根据数据包的地址进行MAC由到正确的目的地路由器工作在网转发，并建立设备之间的连接交换络层，主要负责地址的路由和转发机工作在数据链路层，主要负责IP地址的学习和转发MAC网卡防火墙网卡是计算机与网络之间的接口，它防火墙是网络安全的重要组成部分，负责将计算机内部的数据转换为网络它负责阻止来自外部网络的恶意攻击，信号，并将网络信号转换为计算机内并保护网络内部的安全防火墙工作部的数据网卡工作在物理层，主要在网络层和应用层，主要负责过滤网负责数据的传输和接收络流量，阻止恶意攻击交换机工作原理数据帧接收交换机接收来自连接设备的数据帧，数据帧包含目标MAC地址信息MAC地址表查询交换机根据数据帧中的目标MAC地址在MAC地址表中查找对应的端口号数据转发如果MAC地址表中存在对应的端口号，交换机将数据帧转发到该端口如果不存在，则广播到所有端口MAC地址表更新交换机在数据帧转发过程中不断更新MAC地址表，记录连接设备的MAC地址及其对应端口号路由器工作原理接收数据包1路由器接收来自网络上的数据包检查数据包头部2路由器分析数据包的头部信息，如目标地址IP选择最佳路径3根据路由表，路由器选择最优路径将数据包转发到下一跳转发数据包4路由器将数据包转发到下一个网络设备或最终目的地无线网络基础无线网络，也称为网络，使用无线电波在设备之间传输数据Wi-Fi它利用无线路由器（也称为无线接入点）作为无线信号的中心节点，连接到有线网络或互联网无线网络提供了一种便捷的网络连接方式，允许用户在各种位置自由移动设备并保持网络连接无线网络的优势包括方便移动性，无需物理连接即可访问网络；易于设置和扩展，可轻松添加新的设备或扩展网络覆盖范围；成本效益高，与有线网络相比，部署和维护成本较低；灵活性高，无线网络可以适用于各种环境，包括家庭、办公室和公共场所蜂窝网络技术蜂窝网络技术是移动通信系统中的一种核心技术，它将覆盖区域划分为多个六边形单元，称为蜂窝，每个蜂窝都有一个基站负责提供无线信号覆盖蜂窝网络技术克服了无线通信距离受限的局限性，通过基站的协调工作，实现了无线通信的广域覆盖蜂窝网络技术的关键特点包括频率复用不同蜂窝使用不同的频率，避免信号干扰•小区切换移动设备在不同蜂窝之间切换，保证通信的连续性•功率控制根据设备距离基站的距离调整发射功率，提高通信•效率互联网骨干网络定义作用12互联网骨干网络是连接全球不互联网骨干网络是互联网的基同网络的高速公路，它由高础设施，它保证了不同网络之“”带宽、高性能的路由器和光纤间的数据交换，并提供稳定、线路组成，负责传输大量数据快速的数据传输服务流特点重要性34互联网骨干网络具有高带宽、互联网骨干网络对于互联网的高可靠性、高可用性、低延迟稳定运行和发展至关重要，它等特点，能够满足各种网络应直接影响着互联网的访问速度、用的需求数据传输效率和网络安全国内网络基础设施骨干网络省级网络中国电信、中国移动、中国联通三大各省份运营商建设了省级网络，连接运营商构建了全国性的骨干网络，提各市县，为区域内用户提供网络服务供高速、稳定的网络连接城域网城市内运营商建设城域网，连接各企业、机构和居民用户，提供更密集的网络覆盖地址分配IPv4A类B类C类D类E类IPv4地址分配是互联网协议版本4（IPv4）中分配和管理IP地址的方式，它使用层次化结构来组织全球网络中的设备地址分配基于五种地址类别，其中A类、B类和C类用于网络，而D类用于组播，E类则保留地址体系IPv6IPv6地址IPv4地址128位32位更长的地址空间，可以满足未来网络需求地址空间有限，无法满足未来网络需求采用分层地址结构，易于管理地址结构简单，管理较为困难支持自动配置功能，简化网络配置需要手动配置地址，操作繁琐安全性更高，支持身份验证和加密安全性较低，容易受到网络攻击IPv6地址体系是下一代互联网协议，旨在解决IPv4地址空间不足、安全性等问题它采用128位地址长度，拥有更大的地址空间，可以满足未来网络的需求此外，IPv6还支持自动配置、身份验证和加密等功能，提高了网络的安全性云计算和大数据云计算大数据云计算是指将计算资源，如服务器、存储、网络等，作为服务提供大数据是指规模巨大、类型繁多、处理速度快的海量数据大数据给用户用户可以通过互联网访问这些资源，无需购买和维护自己分析可以帮助人们从数据中提取有价值的信息，为决策提供支持的硬件设备网络技术5G高速率低延迟高连接密度网络提供比网络快得多的数据传网络的延迟极低，能够实现实时数据网络支持更高密度的连接，能够为物5G4G5G5G输速度，能够满足未来各种应用对高带宽传输，为自动驾驶、远程医疗和工业控制联网等应用提供强大的连接能力，连接数的需求，例如超高清视频流、虚拟现实和等应用提供可靠的技术支持百万个设备增强现实等物联网技术智能家居工业自动化医疗健康物联网技术正在改变我们的生活方式，其中物联网技术在工业领域也发挥着重要作用，物联网技术在医疗健康领域具有巨大的潜力，智能家居是一个典型的应用通过连接各种例如智能制造、预测性维护、远程控制等例如远程医疗、健康监测、医疗设备管理等智能设备，我们可以实现自动化控制、远程通过连接传感器、设备和系统，我们可以实通过连接患者、医生和医疗设备，我们可以监控和个性化服务，例如智能照明、智能门现生产过程的优化、效率提升和安全保障实现更便捷、高效和个性化的医疗服务锁、智能空调等网络发展趋势及其应用云计算和边缘计算5G技术将带来更快的速度、更低云计算和边缘计算将继续发展，5G的延迟和更高的容量，为各种新提供更强大的计算能力和更灵活应用和服务提供支持，包括自动的部署模式，满足各种应用场景驾驶、远程医疗和物联网的需求人工智能与网络人工智能将与网络技术融合，实现智能化网络管理、安全防护和服务优化，提升网络效率和安全性。