《计算机网络原理》课件

计算机网络原理课程介绍与学习目标课程介绍学习目标本课程旨在帮助您全面了解计算机网络的原理和应用，并培养您的网络分析、故障排除和管理能力通过学习本课程，您将掌握网络基础知识、常用协议、安全技术等方面的理论和实践技能，并能够运用这些知识解决实际问题什么是计算机网络连接通信12通过物理或无线连接将多个计使连接的设备能够相互传递数算机设备连接在一起，实现信据，实现信息的交换和传递息共享和资源协同资源共享网络的基本概念与定义节点链路协议拓扑结构网络中的任何一个连接的设备，连接两个节点的物理通道，例网络中各设备之间进行通信的网络中节点和链路的连接方式，例如计算机、服务器、路由器、如网线、光纤、无线信号等规则和标准，确保数据能够被常见的拓扑结构有星型、总线交换机等正确地识别、传输和接收型、环型、树型等网络发展的历史年代19601早期的计算机网络主要用于军事和科研领域，例如ARPANET，奠定了现代互联网的基础年代19802互联网技术的出现，促进了网络的快速发展，并开始进入商业领域，为人们的生活带来了巨大的改变年代19903互联网的普及，标志着信息时代正式到来，网络技术在各个领域得到了广泛应用年代至今20004移动互联网、云计算、物联网等新技术的出现，推动网络技术持续发展，网络已经成为现代社会不可或缺的一部分网络分类与架构局域网LAN覆盖范围较小，通常用于办公室、家庭等场所，例如以太网广域网WAN覆盖范围较广，连接不同地理位置的网络，例如互联网城域网MAN介于局域网和广域网之间，覆盖一个城市或地区，例如校园网、城市公共网络无线局域网WLAN使用无线信号进行通信，例如网络Wi-Fi网络分层模型概述应用层1提供用户与网络之间的接口，例如HTTP、FTP、SMTP等协议传输层2提供端到端的可靠数据传输，例如、协议TCP UDP网络层3负责网络寻址、路由和数据转发，例如协议IP数据链路层4在物理连接上提供可靠的数据传输，例如以太网协议物理层5定义网络物理连接的规范，例如网线、光纤、无线信号等七层参考模型OSI应用层1负责与用户交互，提供各种网络服务，例如电子邮件、网页浏览等表示层2处理数据的格式和编码，确保不同系统之间能够相互理解会话层3建立、管理和终止会话，例如用户登录和文件传输传输层4提供端到端的可靠数据传输，例如TCP、UDP协议网络层5负责网络寻址、路由和数据转发，例如IP协议数据链路层6在物理连接上提供可靠的数据传输，例如以太网协议物理层7定义网络物理连接的规范，例如网线、光纤、无线信号等模型详解TCP/IP物理层基础信号传输数据编码连接器通过物理介质传输数据将数据转换为物理层能用于连接不同网络设备，信号，例如电信号、光够理解的信号形式，例例如RJ-

45、光纤接口等信号等如二进制编码数据传输介质双绞线同轴电缆光纤无线信号由两根绝缘的导线相互缠绕而由一根中心导线和一根同心圆利用光信号传输数据，具有高利用电磁波进行数据传输，例成，可以有效地减少电磁干扰柱形导体组成，适合传输高速带宽、抗干扰、传输距离远等如Wi-Fi、蓝牙等数据优点网络传输介质类型屏蔽双绞线STP导线周围包裹着金属屏蔽层，可以有效地防止电磁干扰非屏蔽双绞线UTP没有屏蔽层，成本较低，但抗干扰能力较弱单模光纤光信号在光纤中传输时只有一个模式，适用于长距离高速传输多模光纤光信号在光纤中传输时有多个模式，适用于短距离传输信号编码与调制数字信号由离散的数值表示，例如二进制信号模拟信号由连续的数值表示，例如声音信号调制将数字信号转换为模拟信号以便在物理层进行传输解调将模拟信号转换为数字信号以便在接收端进行处理数据链路层技术帧传输2通过物理介质传输数据帧，并进行错误检测和纠正帧封装1将数据分成数据帧，并在帧头和帧尾添加控制信息，例如地址、帧类型等MAC帧接收接收数据帧，并进行错误检测和解封装，3提取有效数据以太网技术标准化数据传输网络互连CSMA/CD以太网是当前网络中最常用的采用载波侦听多路访问/冲突使用数据帧进行数据传输，每以太网支持多种网络设备互连，局域网技术，遵循IEEE

802.3检测技术，避免多个设备同时个数据帧包含源MAC地址、目例如计算机、服务器、路由器、标准发送数据造成冲突标MAC地址、数据和校验信息交换机等地址MAC48位数每个MAC地址由48位二进制数字组成12十六进制表示通常以12个十六进制数字表示，每个数字之间用冒号隔开6组成部分包含厂商识别码和设备序列号两部分1唯一性每个网络设备的MAC地址是唯一的，用于识别网络设备数据帧结构帧起始符表示数据帧的开始目的地址数据帧的目标设备的地址MAC MAC源地址数据帧的源设备的地址MAC MAC帧类型指示数据帧的类型，例如以太网数据帧、数据帧等VLAN数据要传输的数据帧校验序列用于检测数据传输过程中是否出现错误帧结束符表示数据帧的结束网络层协议协议协议IP ARP负责网络寻址、数据路由和转发，将IP地址转换为MAC地址，用于提供无连接的数据传输服务在同一局域网中找到目标设备协议ICMP用于测试网络连接、报告网络错误和数据包的不可达性地址基础IP逻辑地址网络层地址协议每个网络设备都有唯一的地址，用于在地址是网络层的地址，用于网络层进行地址是协议中的重要概念，用于实现IP IP IPIP网络中标识该设备数据路由和转发网络互联和通信地址分类IPv4子网划分网络掩码用于区分地址中的网络部分和主机部分IP子网划分将一个大型网络划分为多个较小的子网，提高网络效率和安全性地址分配在子网中分配地址，避免冲突，并便于管理IP路由基础路由器路由表网络中的核心设备，负责数据包路由器中存储的路由信息，记录的转发和路由选择了网络地址和下一跳路由器的信息路由协议用于在路由器之间交换路由信息，例如、、等协议RIP OSPFBGP路由算法算法算法Dijkstra Bellman-Ford用于计算最短路径的算法，适用于无负权边的网络用于计算最短路径的算法，适用于有负权边的网络路由协议协议协议RIP OSPF距离向量路由协议，简单易用，适链路状态路由协议，适用于大型网用于小型网络络，具有更高的安全性协议BGP外部网关协议，用于不同自治系统之间的路由交换传输层技术端到端通信1传输层提供端到端的可靠数据传输，确保数据能够完整地到达目标设备数据分段2将应用层数据分成数据段，并在数据段头添加控制信息，例如端口号、序列号等数据重组3接收端接收数据段，并根据序列号重新组装成完整的数据错误控制4传输层提供错误检测和纠正机制，确保数据传输的可靠性协议TCP连接导向可靠传输流量控制拥塞控制协议是一种面向连接的协协议提供可靠的数据传输协议提供流量控制机制，协议提供拥塞控制机制，TCP TCP TCPTCP议，在数据传输之前需要建立服务，确保数据能够完整地到防止接收端被过多的数据淹没避免网络拥塞连接达目标设备协议UDP无连接不可靠传输12协议是一种无连接的协议，协议不保证数据传输的可UDP UDP不需要建立连接就可以发送数靠性，数据可能丢失或乱序据轻量级3协议的开销很小，适用于对实时性要求高的应用，例如视频通话、网UDP络游戏等端口与套接字端口号用于标识应用程序的唯一编号，每个应用程序都有自己的端口号套接字网络中通信的终点，包含地址和端口号IP连接建立两个应用程序通过套接字进行通信，需要建立连接，并指定地IP址和端口号可靠传输机制确认机制超时重传1接收端确认收到数据，并发送信号给如果发送端在一定时间内没有收到信ACK ACK发送端2号，则重新发送数据校验和序列号4用于检测数据段传输过程中是否出现错误用于标识数据段的顺序，确保数据段按顺3序到达接收端拥塞控制慢启动拥塞避免快速重传快速恢复网络拥塞时，降低数据传输速在网络拥塞时，保持数据传输当数据段丢失时，尽快重传数当网络发生拥塞时，快速恢复率，以减轻网络负担速率的平衡，避免过度拥塞据段，提高传输效率到正常的传输状态应用层协议协议HTTP1用于网页浏览，规定了网页服务器和浏览器之间的通信规则协议FTP2用于文件传输，允许用户在网络中传输文件协议SMTP3用于电子邮件传输，定义了电子邮件服务器之间通信的规则协议DNS4用于域名解析，将域名转换为IP地址协议Telnet5用于远程登录，允许用户远程访问其他设备协议HTTP请求浏览器向服务器发送请求，例如请求访问网页响应服务器处理请求，并向浏览器发送响应，例如网页内容数据传输协议使用明文传输数据，安全性较低，需要协议进HTTP SSL/TLS行加密解析DNS域名1用户输入域名，例如www.example.com服务器DNS2本地服务器查询根域名服务器DNS顶级域名服务器3顶级域名服务器查询对应域名服务器域名服务器4域名服务器返回对应域名的地址IP浏览器5浏览器根据地址访问网站IP电子邮件协议SMTP POP3IMAP简单邮件传输协议，用于发送电子邮件邮局协议，用于接收电子邮件互联网邮件访问协议，用于管理和接收电子邮件网络安全基础数据保密数据完整性保护数据不被未授权访问确保数据不被篡改数据可用性确保数据能够被授权用户访问加密技术对称加密使用相同的密钥进行加密和解密，例如算法AES非对称加密使用不同的密钥进行加密和解密，例如算法RSA数字签名使用私钥对数据进行签名，使用公钥进行验证，确保数据的完整性和不可否认性防火墙网络边界防火墙通常部署在网络边界，阻止来自外部网络的攻击访问控制防火墙根据预设规则，控制网络流量的进出，阻止恶意流量进入网络数据过滤防火墙可以过滤数据包，阻止恶意数据包进入网络入侵检测防火墙可以检测网络攻击，并发出警报网络攻击与防御攻击类型防御措施常见的网络攻击类型包括拒绝服务攻击、蠕虫病毒、木马程序、常见的防御措施包括使用防火墙、入侵检测系统、反病毒软件、加SQL注入等密技术等网络性能分析12带宽延迟网络的传输能力，通常以Mbps或Gbps表示数据包从源设备到目标设备的时间，通常以毫秒表示34丢包率抖动数据传输过程中丢失的数据包的比例数据包到达时间间隔的波动，影响数据的实时性带宽与吞吐量带宽网络的理论传输能力，表示网络可以承载的最大数据传输速率吞吐量网络的实际数据传输速率，受到网络负载、传输协议等因素影响网络延迟传播延迟处理延迟排队延迟数据信号在网络介质中传播的时间网络设备处理数据包的时间数据包在网络设备队列中等待的时间网络性能优化优化网络配置优化应用软件例如调整MTU值、优化路由策略、例如使用高效的协议、压缩数据、使用高速数据传输介质等减少数据传输量等使用网络加速器例如使用硬件加速器、缓存技术等提高网络性能无线网络技术蓝牙Wi-Fi无线局域网技术，使用无线信号进短距离无线通信技术，用于连接各行数据传输种设备，例如手机、耳机、键盘等蜂窝网络移动通信网络，使用无线信号进行数据传输，例如、网络4G5G原理Wi-Fi无线信号接入点无线网卡Wi-Fi使用无线电波进行数据传输，频率范无线路由器，负责将无线信号转换为有线无线设备中的网卡，负责接收和发送无线围在

2.4GHz和5GHz之间信号，并连接到网络信号移动网络2G1第二代移动通信技术，主要用于语音通话3G2第三代移动通信技术，支持高速数据传输，例如上网、视频通话等4G3第四代移动通信技术，支持更高的数据传输速率和更低的延迟，例如高清视频通话、在线游戏等5G4第五代移动通信技术，支持超高速数据传输、超低延迟、高可靠性，为物联网、人工智能等新技术发展提供基础云计算网络虚拟化分布式存储网络安全使用虚拟化技术将物理资源抽象成逻将数据分散存储在多个服务器上，提云计算环境需要安全防护，例如防火辑资源，实现资源共享和灵活分配高数据可靠性和可用性墙、入侵检测系统、加密技术等软件定义网络控制平面集中管理网络设备和流量，实现灵活的网络配置和控制数据平面负责数据包的转发和路由可编程性允许通过软件编程的方式控制网络，实现网络的自动化和智SDN能化网络虚拟化虚拟网络资源共享灵活配置使用虚拟化技术创建虚拟网络，隔离不同虚拟网络可以共享物理网络资源，提高网虚拟网络可以根据需求灵活配置，例如创的网络环境络资源利用率建虚拟机、虚拟路由器等物联网网络架构网络层2负责数据传输和路由，将数据传输到云端感知层1收集来自各种传感器和设备的数据应用层提供各种物联网应用服务，例如智能家居、3智慧城市等大数据网络高带宽低延迟大数据网络需要高带宽，支持海大数据网络需要低延迟，确保数量数据的传输据能够快速处理和分析高可靠性大数据网络需要高可靠性，确保数据的完整性和可用性网络工程师技能网络协议网络设备网络安全故障排除掌握TCP/IP协议栈、网络分层熟悉路由器、交换机、防火墙掌握网络安全基础知识、常见能够分析和解决网络故障，并模型、常用协议等基础知识等网络设备的配置和管理的网络攻击类型和防御措施进行网络性能优化网络故障排除问题识别1确定网络故障的症状和影响范围故障定位2使用网络监控工具和测试方法，定位故障发生的具体位置问题分析3分析故障原因，例如硬件故障、软件错误、网络配置错误等故障修复4根据故障原因进行修复，例如更换设备、修改配置、更新软件等验证测试5验证修复后的网络是否正常工作网络监控工具Wireshark用于网络数据包分析，可以查看网络流量、捕获数据包等Nagios用于网络监控，可以监控网络设备、服务和应用程序等SolarWinds用于网络性能管理，提供全面的网络性能监控、故障排除和分析工具PRTG NetworkMonitor用于网络监控，可以监控网络设备、流量、应用程序等网络管理实践网络规划根据网络需求制定网络架构、选择设备、配置网络等网络配置配置网络设备、设置网络协议、分配地址等IP网络安全管理设置安全策略、监控网络安全、防范网络攻击等网络性能管理监控网络性能、分析网络问题、优化网络配置等未来网络发展趋势云计算网络软件定义网络物联网人工智能SDN云计算网络将继续发展，为用SDN将成为未来网络架构的重物联网将连接越来越多的设备，人工智能将应用于网络管理、户提供更强大的计算能力、存要组成部分，实现网络的自动为人们的生活和工作带来更多安全防护、故障排除等领域，储能力和网络服务化和智能化的便利和效率提高网络效率和安全性网络技术创新网络边缘计算5G5G网络将提供更高的数据传输速边缘计算将数据处理和分析任务率、更低的延迟和更高的可靠性，转移到网络边缘，提高数据处理为物联网、人工智能等新技术发速度和效率展提供基础区块链区块链技术可以应用于网络安全、身份认证、数据存储等领域，提高网络的安全性、可靠性和可信度人工智能与网络智能路由1使用人工智能算法优化网络路由，提高网络性能和效率网络安全2使用人工智能技术检测和防御网络攻击，提高网络安全性网络管理3使用人工智能技术自动化网络管理任务，降低管理成本和提高效率与下一代网络5G超高速率网络支持高达的数据传输速率，能够满足更高带宽需求5G20Gbps超低延迟网络的延迟低于毫秒，为实时应用提供更高的效率5G10高可靠性网络的可靠性更高，能够为关键应用提供更稳定的服务5G万物互联网络支持海量设备连接，为物联网、人工智能等发展提供基础5G课程总结网络基础知识网络安全网络管理未来趋势了解计算机网络的基本概念、掌握网络安全基础知识、常见了解网络管理工具和实践，能了解未来网络发展趋势，例如协议、技术和应用的攻击类型和防御措施够进行网络配置、故障排除和云计算、SDN、物联网、人工性能优化智能等学习建议与资源推荐理论学习实践操作12阅读相关书籍和资料，并结合搭建实验环境，进行网络配置课程内容进行学习和故障排除练习网络社区3参与网络社区，与其他学习者交流学习心得，并解决学习过程中遇到的问题。