《网络协议与架构原理》课件

《网络协议与架构原理》欢迎来到《网络协议与架构原理》课程！本课程旨在深入探讨网络协议与架构的核心原理，帮助大家构建扎实的网络知识体系我们将从计算机网络的基础概念出发，逐步深入到网络协议的各个层面，并通过案例分析和实验操作，让大家能够理论联系实际，掌握网络技术的精髓希望通过本课程的学习，大家能够对网络世界有更深刻的理解，为未来的学习和工作打下坚实的基础课程目标理解网络协议与架构的核心概念核心概念掌握实践应用能力本课程的首要目标是确保学生透彻理解网络协议与架构中的核心除了理论知识，本课程还注重培养学生的实践应用能力通过实概念这包括对模型、模型以及各种网络协议（如验操作和案例分析，学生将学习如何配置网络设备、搭建服OSI TCP/IP Web、、）的深刻认识通过掌握这些基础知识，学务器以及分析网络数据包这些实践经验将帮助学生将理论知识HTTP DNSSMTP生将能够建立起对网络运作方式的系统性认知转化为解决实际问题的能力课程内容概述网络协议基础核心协议详解12我们将深入探讨模型和我们将详细讲解、、OSI TCP UDP模型，理解各层的功能、等核心协议，理TCP/IP HTTP DNS与协议同时，还将学习封装解它们的工作原理与应用场景与解封装的过程，为后续的网通过学习这些协议，你将能络协议分析打下基础够理解互联网应用背后的通信机制网络安全与优化3我们将探讨网络安全威胁与防御方法，学习防火墙、等安全技IDS/IPS术同时，还将学习与流量整形等网络性能优化技术，提升网络QoS服务质量课程评分标准及注意事项评分标准作业要求实验要求课程总评成绩由以下几部分组成平所有作业必须独立完成，严禁抄袭实验报告必须包含实验步骤、实验结时作业（）、期中考试（）如有雷同，一律按零分处理请按时果和实验分析请认真记录实验过程30%30%、实验报告（）、期末考试（提交作业，逾期不候，深入分析实验结果，撰写高质量的20%）请大家认真完成各项任务，实验报告20%争取取得优异成绩预备知识回顾计算机网络基础网络拓扑地址网络协议IP回顾常见的网络拓扑结回顾地址的概念与分回顾协议族的基IP TCP/IP构，如星型、环型、总类，理解公有地址与本概念，理解各层协议IP线型等，理解它们的特私有地址的区别的作用与关系IP点与适用场景模型七层结构详解OSI应用层1提供网络应用服务，如、、等HTTP DNSSMTP表示层2处理数据格式转换、加密与解密等会话层3管理网络会话，建立、维护和终止连接传输层4提供可靠或不可靠的数据传输服务，如、TCP UDP网络层5实现数据包的路由选择与转发，如协议IP数据链路层6提供数据帧的传输与错误检测，如以太网协议物理层7定义物理接口与传输介质，传输比特流模型四层结构剖析TCP/IP应用层对应模型的应用层、表示层和会话层，提供网络应用服务OSI传输层提供可靠或不可靠的数据传输服务，如、TCP UDP网络层实现数据包的路由选择与转发，如协议IP链路层对应模型的数据链路层和物理层，提供数据帧的传输与物理OSI接口封装与解封装过程演示应用层传输层1数据添加应用层头部数据添加或头部TCPUDP2链路层网络层43数据添加以太网头部和尾部数据添加头部IP封装过程是指数据在发送端从应用层逐层向下传递，每一层添加相应的头部信息，最终形成可以在网络上传输的数据帧解封装过程则相反，数据在接收端从链路层逐层向上传递，每一层移除相应的头部信息，最终将原始数据传递给应用层物理层传输介质与信号编码传输介质信号编码常见的传输介质包括双绞线、光纤、同轴电缆等不同的传输介信号编码是将数字信号转换为模拟信号的过程，常见的信号编码质具有不同的传输速率、传输距离和抗干扰能力方式包括曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等数据链路层地址与帧结MAC构地址MAC1地址是网卡的物理地址，用于在局域网内唯一标识一台设备MAC帧结构2数据链路层将数据封装成帧，帧结构包括帧头、数据和帧尾帧头包含源地址和目的地址，帧尾包含校验信息MAC MAC以太网协议机制CSMA/CDCSMA/CD载波侦听多路访问冲突检测（）是一种用于共享介质网络的协/CSMA/CD议，用于避免多个设备同时发送数据导致冲突工作原理设备在发送数据前先侦听信道是否空闲，如果空闲则发送数据如果在发送过程中检测到冲突，则立即停止发送并发送一个阻塞信号交换机工作原理地址学习与转发MAC地址学习帧转发MAC交换机通过学习数据帧的源地址，建立地址与端口的映当交换机收到一个数据帧时，会根据帧的目的地址查找MAC MAC MACMAC射关系，存储在地址表中地址表，如果找到对应的端口，则将数据帧转发到该端口；否则MAC，将数据帧广播到所有端口网络层地址与路由选择IP地址IP1地址是网络层用于唯一标识一台设备的地址，用于实现不IP同网络之间的数据传输路由选择2路由选择是指选择数据包从源地址到目的地址的最佳路径，由路由器完成地址结构与分类IPv4地址结构地址由位二进制数组成，通常用点分十进制表示，如IPv

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168.

1.1地址分类地址分为、、、、五类，不同类型的地址具有不同IPv4A BC DE的网络和主机长度ID ID子网划分与CIDR子网划分CIDR1子网划分是将一个大的网络划分为多个无类别域间路由（）是一种更加CIDR小的子网，以提高网络利用率和安全性灵活的地址分配方式，可以更加有效IP2地利用地址资源IP路由协议与RIP OSPFRIP1距离矢量路由协议，基于跳数选择路由OSPF2链路状态路由协议，基于链路状态信息选择路由（路由信息协议）是一种基于距离矢量算法的路由协议，它通过计算到达目的网络的跳数来选择路由（开放最短路径优先RIP OSPF）是一种基于链路状态算法的路由协议，它通过收集网络中的链路状态信息，计算出到达目的网络的最短路径路由表构建与路由转发过程路由表构建1路由器通过路由协议学习网络中的路由信息，并将这些信息存储在路由表中路由转发当路由器收到一个数据包时，会根据数据包的目的地址查找IP2路由表，找到匹配的路由条目，并将数据包转发到下一跳路由器网络地址转换（）原理与应用NAT网络地址转换（NAT）是一种将私有IP地址转换为公有IP地址的技术，用于解决IPv4地址短缺问题NAT可以实现内部网络与外部网络的隔离，提高网络安全性传输层与协议TCP UDPTCPUDP面向连接的可靠传输协议，提供流量控制、拥塞控制和错误检测无连接的不可靠传输协议，简单易用，但没有可靠性保证等机制协议三次握手与四次挥手TCP三次握手是建立连接的过程，用于确认双方的发送和接收能力四次挥手是断开连接的过程，用于确保双方都完成了数据的发TCP TCP送和接收可靠传输机制滑动窗口与拥塞控制TCP滑动窗口拥塞控制滑动窗口是一种流量控制机制，允许发送方在收到确认之前发送拥塞控制是一种防止网络拥塞的机制，通过调整发送速率，避免多个数据包，从而提高传输效率网络拥塞的发生协议简单易用，但不可靠UDP无连接不可靠简单易用123是一种无连接的协议，不需要不提供可靠性保证，数据包可协议简单易用，适用于对实时UDP UDPUDP建立连接即可发送数据能会丢失或乱序到达性要求较高，但对可靠性要求不高的应用场景，如视频直播、在线游戏等端口号的作用与分配端口号端口号分配端口号用于标识一台设备上的不同应用程序，区分不同的网端口号分为知名端口、注册端口和动态端口知名端口用于络服务常见的网络服务，如（端口）、（端口）等HTTP80DNS53应用层协议、、HTTPDNS等SMTPHTTP DNSSMTP超文本传输协议，用于域名系统，用于将域名简单邮件传输协议，用浏览器与服务转换为地址于电子邮件的发送Web WebIP器之间的通信协议请求与响应格式HTTP请求格式1请求由请求行、请求头部和请求体组成请求行HTTP包含请求方法、和版本URL HTTP响应格式2响应由状态行、响应头部和响应体组成状态行HTTP包含版本、状态码和状态描述HTTP域名解析过程DNS递归查询客户端向本地服务器发送递归查询请求，本地服务器DNS DNS负责查询到最终结果并返回给客户端迭代查询本地服务器向根服务器发送迭代查询请求，根服DNS DNS DNS务器返回下一级服务器的地址，本地服务器再向下一DNSDNS级服务器发送查询请求，直到查询到最终结果DNS邮件传输协议SMTP连接发送1客户端与服务器建立连接客户端向服务器发送邮件内容SMTP TCPSMTP2接收转发4目标服务器将邮件存储到用户邮箱服务器将邮件转发到目标服SMTP SMTPSMTP3务器网络安全常见威胁与防御高级持续性威胁1拒绝服务攻击2恶意软件3漏洞利用4网络钓鱼5网络安全面临着各种威胁，包括网络钓鱼、漏洞利用、恶意软件、拒绝服务攻击和高级持续性威胁我们需要采取相应的防御措施，如安装防火墙、入侵检测系统、等，提高网络安全性VPN防火墙原理与配置包过滤1根据数据包的源地址、目的地址、端口号等信息进行过滤IP IP状态检测2根据连接的状态信息进行过滤，只允许合法的连接通过防火墙是一种网络安全设备，用于保护内部网络免受外部网络的攻击防火墙可以通过包过滤、状态检测等技术，控制进出内部网络的数据流量入侵检测系统（）与入侵防御系统（）IDS IPS入侵检测系统（）用于检测网络中的恶意活动，如病毒、木马、入侵等入侵防御系统（）则可以主动防御这些恶意活动，阻止其对网络造成损害IDS IPS技术实现安全远程访问VPNVPN虚拟专用网络（）是一种通过公共网络建立安全连接的技术，用于实现安全远程访问VPN密码学基础对称加密与非对称加密对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，速度快，但密钥管理复杂非对称加密使用不同的密钥进行加密和解密，安全性高，但速度慢网络编程编程基础SocketSocket是网络编程的基础，用于实现不同设备之间的通信提供了一组，用于创建、连接、发送和接收数据Socket SocketAPI编程客户端与服务Socket器端示例服务器端1创建，绑定地址和端口号，监听连接请求，接收客户端数据Socket IP，处理数据，发送响应数据客户端2创建，连接服务器地址和端口号，发送数据，接收服务器响Socket IP应数据，处理数据网络性能优化与流量整QoS形QoS服务质量（）是一种保证网络服务质量的技术，通过优先级队列、流QoS量控制等机制，保证重要应用的带宽和延迟流量整形流量整形是一种控制数据流量的技术，通过调整发送速率，避免网络拥塞的发生，提高网络利用率服务质量（）技术优先QoS级队列与流量控制优先级队列流量控制将不同类型的数据包放入不同的队列限制发送速率，避免网络拥塞的发生，优先级高的队列优先发送流量整形与流量监管流量整形1平滑数据流量，避免突发流量对网络造成冲击流量监管2限制数据流量，超过限制的流量将被丢弃网络管理协议SNMPSNMP简单网络管理协议（）是一种用于管理网络设备的协议，用于监控设备状态、配置设备参数等SNMP协议管理站与代理SNMP代理管理站1代理是协议的被管理端，用于接SNMP管理站是协议的管理端，用于发SNMP收管理站的请求，收集设备信息，并发2送管理请求和接收代理的响应送响应给管理站网络拓扑结构总线型、星型、环型、树型树型1环型2星型3总线型4常见的网络拓扑结构包括总线型、星型、环型和树型不同的拓扑结构具有不同的特点，适用于不同的网络环境无线网络协议系列

802.

11802.11a/b/g/n/ac/ax系列是无线局域网的标准，定义了无线网络的物理层和

802.111数据链路层协议不同的标准具有不同的传输速率和工作频率无线网络安全、、WEP WPAWPA

2、和是无线网络的安全协议，用于保护无线网络的安全性是目前最安全的无线网络协议WEP WPAWPA2WPA2移动网络协议、、3G4G5G3G4G5G、和是移动网络的标准，不同的标准具有不同的传输速率和延迟是目前最新的移动网络标准，具有更高的传输速率和更3G4G5G5G低的延迟云计算网络虚拟化与SDN云计算网络是指构建在云计算平台之上的网络，具有虚拟化和软件定义网络（）的特点虚拟化可以将物理资源虚拟化成多个逻SDN辑资源，提高资源利用率可以将网络的控制平面和数据平面分离，实现网络的灵活控制和管理SDN软件定义网络（）控制平面与数据平面分离SDN控制平面数据平面控制平面负责路由选择、策略控制等功能，由控制器集中管数据平面负责数据转发，由网络设备执行SDN理网络功能虚拟化（）实NFV现网络功能软件化NFV1网络功能虚拟化（）是一种将网络功能（如防火墙、负载均衡等NFV）虚拟化成软件的技术，可以在通用硬件平台上运行，提高网络的灵活性和可扩展性未来网络发展趋势、IPv6物联网IPv6是下一代互联网协议，可以解决地址短缺问题，并提供更高的安IPv6IPv4全性物联网物联网（）是指将各种物理设备连接到互联网，实现设备之间的互联IoT互通，并提供各种智能服务地址结构与特点IPv6地址结构特点地址由位二进制数组成，通具有更大的地址空间、更高的安IPv6128IPv6常用冒分十六进制表示全性、更好的移动性等特点物联网（）网络架构IoT感知层1负责收集数据，如传感器、等RFID网络层2负责数据传输，如、蓝牙、等WiFi Zigbee应用层3提供各种智能服务，如智能家居、智能交通等网络仿真工具、NS3MininetNS3是一种离散事件网络仿真器，用于仿真各种网络协议和应NS3用Mininet是一种轻量级的网络仿真器，用于快速搭建和测试Mininet SDN网络案例分析校园网络设计拓扑设计2设计校园网络的拓扑结构，选择合适的网络设备需求分析1分析校园网络的需求，包括用户数量、带宽需求、安全需求等配置与部署配置和部署网络设备，实现校园网络的3互联互通案例分析企业网络安全方案安全策略1入侵检测2防火墙3企业网络安全方案需要综合考虑各种安全威胁，采取多层次的安全措施，包括防火墙、入侵检测系统、等，保护企业网络的安全VPN实验配置路由器与交换机基本配置1配置路由器和交换机的基本参数，如地址、路由表等IP高级配置2配置路由器和交换机的高级功能，如、等QoS VLAN实验搭建服务器Web本实验旨在帮助大家学习如何搭建Web服务器，包括安装Web服务器软件、配置Web服务器参数等通过本实验，大家可以了解Web服务器的工作原理，为后续的Web开发打下基础实验分析网络数据包Wireshark使用等网络数据包分析工具，分析网络数据包的结构和内容，了解网络协议的工作原理Wireshark习题解答与复习我们将对课程中的重点知识进行复习，并解答大家在学习过程中遇到的问题，帮助大家巩固所学知识，为期末考试做好准备课程总结与展望课程总结未来展望回顾本课程的主要内容，总结本课程的重点知识，帮助大家系统展望未来网络技术的发展趋势，鼓励大家继续学习和探索网络技地掌握网络协议与架构的原理术的奥秘，为未来的职业发展打下坚实的基础扩展阅读推荐网络相关书籍与资料《计算机网络》《详解》TCP/IP12谢希仁著，电子工业出版社著，机械W.Richard Stevens工业出版社《数据包分析实战》Wireshark3著，人民邮电出版社Chris Sanders最新网络技术发展动态人工智能5G SDN/NFV技术正在加速发展，将为移动互联技术正在成为网络发展的重人工智能技术正在与网络技术深度融5G SDN/NFV网带来更高的传输速率和更低的延迟要趋势，将为网络带来更高的灵活性合，将为网络带来更强的智能化和自和可扩展性动化能力感谢聆听，欢迎提问！感谢大家认真聆听本次课程，希望大家能够对网络协议与架构的原理有更深刻的理解如果大家有任何问题，欢迎随时提问祝大家学习顺利，生活愉快！。