《网络技术与应用》课件

《网络技术与应用》课程介绍欢迎学习《网络技术与应用》课程！本课程将带领大家探索计算机网络的广阔世界，从基础概念到先进应用，系统性地介绍网络技术的理论与实践在当今数字化时代，网络技术已成为连接世界的桥梁，无论是日常生活还是专业工作，我们都离不开网络通过本课程，您将掌握网络技术的核心知识，理解网络架构的设计原理，熟悉常见网络协议的应用，了解网络设备的功能与配置，探索网络应用的创新发展，以及学习保障网络安全的重要措施让我们一起踏上网络技术学习之旅，打开通往数字世界的大门！课程目标和大纲1掌握基础知识2熟悉协议标准理解计算机网络的基本概念、深入学习协议族，掌TCP/IP分类方式和性能指标，建立网握各层协议的功能与特点，理络技术的思维框架从物理连解协议在网络通信中的重要作接到应用服务，全面认识网络用通过案例分析，把握协议的分层结构和工作原理的实际应用场景与优化方法3应用实践能力培养网络设备配置、网络故障排除、网络应用开发等实践技能结合行业发展趋势，了解云计算、物联网、等新兴技术，提升技术前瞻5G性与创新思维第一部分计算机网络基础基本概念1介绍计算机网络的定义、组成要素和基本特征，建立对网络系统的整体认识探讨网络技术的重要性及其在现代社会中的应用价值历史发展2回顾计算机网络从ARPANET到互联网的演进历程，分析各个发展阶段的技术突破与应用创新了解网络技术发展的历史脉络和未来趋势分类方式3按覆盖范围、拓扑结构和传输技术等维度对网络进行分类，理解不同类型网络的特点和适用场景掌握网络分类的基本方法和评价标准性能指标4学习带宽、延迟、吞吐量等网络性能指标的概念和测量方法，为网络评估和优化提供理论基础掌握网络性能分析的基本技能计算机网络的定义技术定义关键要素计算机网络是由若干独立的自治计算机网络包含硬件要素（主机计算机系统通过通信设备与线路、通信线路、网络设备）和软件连接起来，在网络协议的控制下要素（网络协议、网络操作系统，实现资源共享和信息传递的系、应用软件）这些要素相互配统它是现代信息基础设施的核合，共同支持网络的正常运行心组成部分主要特征计算机网络具有连通性、共享性、异构性和可扩展性等特征连通性使信息能够在不同节点间传递；共享性实现了资源的高效利用；异构性支持不同系统的协同工作；可扩展性保证了网络的持续发展计算机网络的发展历史1初期阶段1960s1969年，美国高级研究计划局（ARPA）开发了ARPANET，这是第一个采用分组交换技术的计算机网络，也是互联网的前身该网络最初仅连接了四个节点，主要用于军事和科研通信2成长阶段1970s-1980s1983年，TCP/IP协议套件成为ARPANET的标准协议，标志着互联网的诞生同时，局域网技术迅速发展，以太网成为主流LAN技术此阶段还出现了OSI参考模型，为网络标准化奠定了基础3扩展阶段1990s1991年，万维网（WWW）的发明使互联网从学术和军事领域走向商业和公众应用浏览器的出现大大简化了互联网的使用，全球互联网用户开始呈指数级增长4现代阶段2000s至今宽带接入、移动互联网、云计算、物联网等技术的兴起，使网络应用更加多元化5G、边缘计算等新兴技术正在重塑网络架构，网络已成为社会基础设施和创新平台网络分类按覆盖范围局域网城域网广域网LAN MANWAN局域网覆盖范围较小，通常限于一栋建筑城域网覆盖一个城市或特定区域，连接多广域网覆盖范围最广，可跨越国家甚至洲或一个校园内其特点是传输速率高（个局域网其传输速率一般为际互联网是最大的广域网其特点是连1-10Gbps），延迟低，造价相对，具有较好的可靠性和服务质量保障城接异构网络，传输速率差异大，通常依赖10Mbps-10Gbps较低常见的局域网技术包括以太网、域网通常由电信运营商或大型机构建设，公共通信基础设施广域网技术包括SDH等，广泛应用于企业、学校和家庭环为城市提供综合信息服务、、卫星通信等WiFi MPLS境网络分类按拓扑结构总线型拓扑星型拓扑环形拓扑网状拓扑所有设备共享一条传输介质，结构所有设备连接到中央节点，结构清设备形成闭合环路，数据单向传输设备之间存在多条通信路径，可靠简单，成本低，但单点故障会影响晰，易于管理，故障隔离性好，但，资源利用率高，但单点故障会破性最高，故障容错能力强，但结构整个网络，且容易发生冲突，适用中央节点是单点故障源现代局域坏整个环路令牌环网和FDDI网络复杂，成本高互联网骨干网和大于小型网络早期的同轴电缆以太网多采用此结构，中央节点通常是采用此结构，现已不太常用型企业核心网络采用此结构网采用此结构交换机或路由器网络分类按传输技术广播式网络点对点网络网络中的所有节点共享一个通信信道，网络中的节点通过专用链路一对一连接每个节点发送的信息能被其他所有节点，数据直接从源节点传输到目的节点，接收到这种网络需要有地址识别和冲或经过中间节点的转发这种网络需要突控制机制典型的广播式网络包括早路由选择机制确定数据传输路径典型期的总线型以太网、无线局域网等的点对点网络包括广域网、互联网等•优点结构简单，适合小规模网络•缺点带宽共享，可能产生冲突•优点安全性高，性能稳定•缺点链路利用率可能不高混合式网络结合广播式和点对点两种传输技术的网络现代网络大多为混合式，如企业网中通常由广播式的局域网与点对点连接的广域网组成这种网络结构灵活，能够适应复杂的应用需求•优点结构灵活，应用广泛•缺点管理复杂，需要多种技术支持计算机网络的主要功能资源共享信息通信分布式处理计算机网络可以实现硬件资源网络提供了数据传输的基础设网络使多台计算机协同工作成（如打印机、存储设备）和软施，支持电子邮件、即时消息为可能，可以将大型计算任务件资源（如应用程序、数据库、音视频会议等多种通信方式分解到多个节点处理，充分利）的共享，提高资源利用率，远程通信能力使空间障碍不用分布式计算资源云计算、降低使用成本企业通过网络再是问题，大大提升了工作效网格计算等技术就是建立在这可以集中部署高价值设备，使率和协作能力一功能基础上的多用户共享使用可靠性保障通过数据备份、负载均衡和冗余设计，网络提供了高可靠性的服务环境当系统部分组件失效时，网络可以自动切换到备用资源，保证服务连续性网络性能指标带宽带宽的定义常见带宽值带宽的影响因素带宽是指在单位时间内通过网络的最大现代网络的带宽范围很广家庭宽带通带宽受多种因素影响物理传输介质（数据量，通常用比特率（）表示常为；企业骨干网为铜缆、光纤）的特性；网络设备（交换bit/s100Mbps-1Gbps带宽反映了网络的数据传输能力，是评；数据中心内部网络可达机、路由器）的处理能力；网络协议的1-10Gbps40-估网络性能的最基本指标数字通信中；而网络的理论峰值带宽可效率；信号干扰和衰减；网络拥塞程度100Gbps5G的带宽与模拟信号处理中频带宽度的概达带宽值随着技术进步不断提等实际网络环境中，用户很少能够持10Gbps念不同，但都反映了信道的容量升，满足日益增长的数据传输需求续获得满载带宽网络性能指标延迟传播延迟传输延迟信号在介质中传播所需的时间，取决于传输距数据从发送端传输到链路上所需的时间，取决1离和介质特性光纤中光信号传播速度约为每于数据量和带宽传输数据在链路1MB1Gbps2毫秒公里上需要约毫秒2008排队延迟处理延迟4数据包在网络设备缓冲区等待处理的时间网网络设备处理数据包所需的时间，包括路由查3络拥塞时，排队延迟会显著增加，成为主要延找、包头检查等现代高性能路由器处理延迟迟来源可低至微秒级网络延迟是数据从源端传输到目的端所需的时间，通常用毫秒（）衡量延迟是网络性能的关键指标，直接影响用户体验，特别是对实时应用（ms如在线游戏、视频会议）至关重要总延迟是上述四种延迟的综合网络延迟测量通常使用工具，其发送回显请求并计算往返时间（）对互联网应用而言，理想的延迟应小于，以确保良好的PING ICMPRTT100ms交互体验网络性能指标吞吐量实际吞吐量Mbps理论带宽Mbps吞吐量是指在单位时间内实际成功传输的数据量，单位同样为比特率（bit/s）与带宽不同，吞吐量反映的是网络的实际传输性能，通常低于理论带宽值影响吞吐量的因素包括网络拥塞程度；传输协议的效率（如TCP的流量控制和拥塞控制机制）；网络设备的处理能力；应用程序的设计；端系统的性能等上图展示了一个工作日内某100Mbps网络链路的实际吞吐量变化，可以看出在办公高峰期（16:00-18:00）吞吐量明显下降提高网络吞吐量的方法包括优化网络拓扑；升级网络设备；使用更高效的传输协议；实施流量管理和QoS策略；减少不必要的网络流量等第二部分网络体系结构分层模型的必要性计算机网络结构复杂，功能多样，需要采用分层的方式进行设计和实现分层设计使网络各部分职责明确，便于标准化、模块化开发和故障定位OSI参考模型由国际标准化组织（ISO）提出的七层网络参考模型，自下而上包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层OSI模型是网络概念理解的基础TCP/IP模型互联网的实际标准模型，包括网络接口层、网络层、传输层和应用层四层TCP/IP协议族是现代网络的核心，其开放性和兼容性推动了互联网的蓬勃发展协议封装与解封装数据在网络中传输时，需要经过层层封装和解封装每一层添加自己的头部信息，接收方则按相反顺序依次处理，实现不同层次功能的协调配合七层模型概述OSI应用层1为应用程序提供服务表示层2数据格式转换、加密解密会话层3建立、管理和终止会话传输层4端到端连接和可靠传输网络层5路由选择和逻辑寻址数据链路层6物理寻址和错误检测物理层7比特传输和物理接口OSI参考模型（Open SystemsInterconnection ReferenceModel）是国际标准化组织（ISO）在1984年提出的网络互连模型，将网络通信过程分为七个层次该模型虽然在实际应用中被TCP/IP模型所替代，但其概念框架对理解网络原理和学习网络技术仍有重要价值OSI模型的主要价值在于将复杂的网络功能进行层次化分解，使各层功能独立且相互配合每层都向上层提供服务，使用下层提供的服务，通过标准接口进行交互这种分层设计使网络技术的发展模块化，一层的技术变革不会影响其他层的稳定性物理层基本功能传输介质物理层负责原始比特流在物理介质上的传输，定义了电气特性、机械特性、功物理层支持多种传输介质双绞线（最常用的局域网介质）；同轴电缆（带宽能特性和过程特性主要解决如何在各种传输介质上传送比特，确保接收方能较高，抗干扰能力强）；光纤（传输距离远，带宽极高，安全性好）；无线电正确接收发送的每个比特波（移动通信的基础）不同介质有不同的传输特性和应用场景传输方式常见标准物理层传输方式包括串行/并行传输（数据位的传输顺序）；同步/异步传输（物理层常见标准包括RS-232C（早期串行接口标准）；V.35（广域网接口标时钟同步方式）；单工/半双工/全双工（传输方向控制）现代网络多采用串行准）；RJ-45（以太网接口标准）；IEEE

802.3（以太网物理层规范）；光纤、同步、全双工方式，以提高传输效率和利用率接口标准（如SC、LC、ST等）这些标准确保了不同设备间的互联互通数据链路层功能定位关键功能重要协议数据链路层位于物理层之上，负责在相帧定界与同步确定数据帧的开始和结以太网协议（）定义了IEEE

802.3邻网络节点之间可靠地传输数据帧它束物理寻址使用地址识别设备介质访问方法和帧格式MAC CSMA/CD将网络层的数据包封装成帧，并通过物流量控制防止接收方缓冲区溢出（点对点协议）用于在点对点链PPP理层提供的服务在物理链路上传输该差错控制检测和纠正传输错误访问路上传输多协议数据（高级数HDLC层主要关注点对点通信，确保数据在单控制确定哪个设备可以使用物理介质据链路控制）提供可靠的数据传输服一链路上的可靠传输务（介质访问控制）控制设备MAC对共享媒体的访问网络层逻辑寻址路由选择使用地址等网络地址，实现跨网络范围的设IP2备识别和定位根据目的地址选择最佳路径，实现不同网络间1的数据转发分段与重组将大数据包分割成适合传输的小片段，并在3目的地重新组装互联互通5拥塞控制连接不同类型的网络，提供异构网络间的通信服务4监控和调节网络流量，防止网络过载导致性能下降网络层是参考模型中的第三层，其主要任务是实现端到端的数据包传输和路由选择网络层将传输层的数据分段打包成数据包，并负责将数据包OSI从源主机经过中间节点路由到目标主机协议（）是互联网核心的网络层协议，它提供了无连接、不可靠的数据报服务除了外，网络层还包括（互联网控制消IP Internet Protocol IPICMP息协议）、（互联网组管理协议）等协议，以及各种路由协议如、、等IGMP RIPOSPF BGP传输层端到端连接建立、维护和终止应用程序之间的逻辑连接，使通信双方感觉有一条专用的数据通道传输层使用端口号（Port Number）标识应用程序，实现进程间的通信可靠传输确保数据完整无损地到达目的地，包括差错检测、丢包重传、确认应答等机制TCP协议提供可靠传输服务，而UDP则提供简单的不可靠传输流量控制调节发送方的发送速率，使其与接收方的处理能力匹配，防止接收方缓冲区溢出TCP采用滑动窗口机制实现流量控制，动态调整传输速率拥塞控制监控网络负载状况，当网络出现拥塞时，减少数据传输量，防止网络瘫痪TCP的拥塞控制算法包括慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复等机制会话层会话管理对话控制同步机制会话层负责建立、管理和终止应用程序会话层定义了数据交换的规则，控制会会话层在数据流中插入同步点（检查点之间的会话，提供会话连接的恢复和重话中的通信方向通信方式包括单工（），允许会话在中断后从最近的同步点建服务当网络出现故障时，会话层可单向通信）、半双工（双向交替通信）恢复，而不必从头开始这对长时间传以重新建立连接，尽量减少丢失的数据和全双工（双向同时通信）会话层可输大量数据的应用尤为重要，可以节省，提高系统可靠性以根据应用需求选择合适的通信方式大量重传时间在实际的网络中，会话层的功能通常由应用程序自行实现或与表示层、应用层功能合并处理常见的会话层协议包括TCP/IP NetBIOS、（远程过程调用）和等虽然会话层在模型中位置明确，但在互联网应用中常被忽略或简化处理RPC SQLOSI表示层数据格式转换数据加密与解密数据压缩与解压缩表示层处理不同系统间的数据格式差异，提供表示层可以提供数据加密和解密服务，保护数表示层可以对数据进行压缩处理，减少传输数数据格式转换服务例如，在异构系统间传输据传输的安全性常用的加密算法包括对称加据量，提高网络利用率常用的数据压缩算法数据时，需要处理大小端序（和密（如、）和非对称加密（如）包括无损压缩（如、）和有损压缩（Big-endian DESAES RSAZIP GZIP）的差异，或者码与加密机制确保即使数据被截获，未授权方也如、）根据应用需求，可以选择Little-endian ASCIIJPEG MP3码之间的转换，确保接收方能正确理无法理解其内容不同的压缩方式EBCDIC解数据含义与会话层类似，在网络中，表示层的功能通常由应用程序自行实现常见的表示层标准和协议包括（抽象语法标记）、（安TCP/IP ASN.1SSL/TLS全套接字层传输层安全）、（多用途互联网邮件扩展）等这些协议和标准提供了数据表示的一致性和安全性保障/MIME应用层电子邮件万维网文件传输SMTP（简单邮件传输协议）HTTP/HTTPS（超文本传输协FTP（文件传输协议）提供文用于发送邮件POP3/IMAP（邮议/安全超文本传输协议）网页件上传和下载服务TFTP（简单局协议/互联网消息访问协议）访问HTML/CSS/JavaScript文件传输协议）简化版文件传用于接收邮件这些协议共同支持网页内容展示和交互这些技术构输协议这些协议使网络文件共享全球电子邮件系统的运行，实现成了现代互联网的基础，支持丰和分发变得便捷高效异步消息通信富的在线内容和服务名称解析DNS（域名系统）将域名转换为IP地址DHCP（动态主机配置协议）自动分配IP地址这些服务简化了网络配置和资源定位应用层是OSI模型的最高层，直接面向用户和应用程序，提供各种网络服务它封装了下层的复杂性，使应用开发者能够专注于业务功能实现应用层协议通常是专用的，针对特定应用场景设计，如网页浏览、文件传输、电子邮件等协议族TCP/IP应用层1HTTP,FTP,SMTP,DNS,DHCP,Telnet等传输层2TCP,UDP,SCTP等网际层3IP,ICMP,ARP,RARP,IGMP等网络接口层4以太网,Wi-Fi,PPP,HDLC等TCP/IP协议族是现代互联网的基础，由美国国防部高级研究计划局（DARPA）在1970年代开发它包含了一系列网络协议，这些协议共同工作，确保不同网络和设备之间的互操作性TCP/IP名称源自其两个核心协议传输控制协议（TCP）和互联网协议（IP）与理论性较强的OSI模型不同，TCP/IP是一个实用的协议集合，已被广泛部署和应用TCP/IP采用四层结构，将OSI的七层简化合并，更加贴近实际网络实现TCP/IP的开放性、灵活性和可扩展性，使其成为全球网络标准，支撑了互联网的快速发展和创新与模型的对比TCP/IP OSI对比维度OSI参考模型TCP/IP模型层次数量七层（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会四层（网络接口层、网际层、传输层、应用层）话层、表示层、应用层）开发方式先有模型，后有协议，理论指导实践先有协议，后有模型，实践归纳理论实际应用主要用于理解和学习网络概念被广泛实现，是互联网的实际标准协议独立性每层定义功能而非具体协议，协议可替换模型与协议紧密结合，层与协议对应明确层次间关系层次划分严格，接口清晰层次间界限相对模糊，有时功能交叉OSI模型提供了网络通信的概念框架，有助于理解网络原理，但在实际应用中往往过于理想化TCP/IP模型则更加务实，直接对应到实际网络实现，成为互联网的事实标准两种模型各有优势，在网络教学和研究中常常结合使用第三部分网络协议1协议的定义与作用2协议的分类网络协议是计算机之间进行通信的按功能分类通信协议（如、IP规则集合，定义了数据交换的格式）；路由协议（如、TCP OSPF、顺序、动作和错误处理方式协）；应用协议（如、BGP HTTP议使不同厂商的设备和系统能够互）；管理协议（如、FTP SNMP相通信，是网络互联互通的基础）按层次分类网络接口ICMP没有统一的协议标准，互联网就无层协议；网络层协议；传输层协议法形成全球性的信息网络；应用层协议按标准组织分类标准；标准；标准IEEE IETFITU等3核心协议族协议互联网的基础，提供无连接的数据报服务协议传输层IP TCP/UDP协议，分别提供可靠和不可靠的传输服务协议万维网的基HTTP/HTTPS础，用于网页访问和数据传输协议域名解析服务，将域名转换为地DNS IP址其他重要协议、、、等SMTP FTPDHCP ARP协议IP基本功能IP协议（InternetProtocol）是TCP/IP协议族的核心，工作在网络层，提供无连接、不可靠的数据报服务IP协议负责将数据包从源主机路由到目标主机，但不保证数据包的顺序和可靠性，这些功能由上层协议实现主要特性无连接发送方无需与接收方建立连接就可以发送数据尽力而为只提供最基本的传输服务，不保证传输质量独立分段数据包可以独立路由，不同路径可能导致乱序到达全局寻址使用IP地址作为全球唯一的标识，实现网络间的互联IP数据报格式IP数据报由首部和数据两部分组成首部包含版本、首部长度、服务类型、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间、协议、首部校验和、源地址、目的地址等字段数据包含上层协议的数据IP首部长度通常为20字节（不含选项字段）IP地址版本IPv432位地址长度，格式为点分十进制，如

192.

168.

1.1地址空间约42亿个，已基本耗尽IPv6128位地址长度，格式为冒号十六进制，如2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334地址空间极其庞大，为2^128个IPv6解决了IPv4地址耗尽问题，并提供更好的安全性和QoS支持地址结构IPv4地址格式地址分类特殊地址地址由位二进制数表示，通常分传统的地址分为、、、、五网络地址主机部分全为，如IPv432IPv4A BC DE0成个位字节，以点分十进制表示，如类类首位为，网络号位，地址广播地址主机部分全为48A

08192.

168.

1.01每个字节的取值范围是范围类，如环回地址

192.

168.

1.10-

1.

0.

0.0-

127.

255.

255.255B

192.

168.

1.255一个地址由网络号和主机号首位为，网络号位，地址范围，通常使用私有255IPv

41016127.

0.

0.0/

8127.

0.

0.1两部分组成，网络号标识网络，主机号类首地址，，

128.

0.

0.0-

191.

255.

255.255C

10.

0.

0.0/

8172.

16.

0.0/12标识该网络中的特定主机位为，网络号位，地址范围特殊用途地址

11024192.

168.

0.0/16类首（地址）全零地

192.

0.

0.0-

223.

255.

255.255D

169.

254.

0.0/16APIPA位为，用于多播，地址范围址，表示这个网络全一地

11100.

0.

0.0类首址，表示本地网广

224.

0.

0.0-

239.

255.

255.255E

255.

255.

255.255位为，保留研究用，地址范围播

1111240.

0.

0.0-

255.

255.

255.255概述IPv6更大的地址空间简化的报头结构增强的安全特性IPv6地址长度为128位，地址空间IPv6报头固定40字节，比IPv4更IPv6内置IPSec安全机制，提供端高达2^128（约

3.4×10^38），几简洁高效，去除了校验和（由高层到端的加密和认证服务这种设计乎可以为地球上每粒沙子都分配一协议负责），优化了处理流程这使网络通信更加安全可靠，减少了个IP地址这解决了IPv4地址耗种设计提高了路由器的处理效率，中间人攻击和数据窃听的风险尽的问题，能够满足未来几十年甚使数据包转发更快捷至更长时间的需求自动配置能力IPv6支持无状态地址自动配置（SLAAC），设备可以自动生成IPv6地址，简化了网络管理这大大降低了网络配置的复杂度，特别适合物联网等大规模设备接入场景IPv6地址表示方法为8组16位十六进制数，组之间用冒号分隔，如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334可以省略前导零，连续多组零可用双冒号::替代（但在一个地址中只能使用一次），如上述地址可简写为2001:db8:85a3::8a2e:370:7334协议TCP面向连接TCP在数据传输前建立连接（三次握手），传输完成后释放连接（四次挥手）这种机制确保了通信双方的状态同步，为可靠传输奠定基础可靠传输TCP使用序列号、确认应答、重传机制等手段确保数据完整准确地到达目的地每个TCP段都有序列号，接收方必须对收到的数据进行确认，未得到确认的数据会被重传流量控制TCP使用滑动窗口机制进行流量控制，动态调整发送速率，防止接收方缓冲区溢出接收方通过窗口大小通知发送方每次可以发送多少数据，实现传输速率的自适应控制拥塞控制TCP实现了慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复等拥塞控制算法，防止网络过载这些机制使TCP能够感知网络状况，在保证性能的同时避免网络崩溃TCP（传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议TCP工作在传输层，提供端到端的可靠数据传输服务，是HTTP、FTP、SMTP等众多应用协议的基础TCP报文段包含源端口、目的端口、序号、确认号、数据偏移、保留位、控制位、窗口大小、校验和、紧急指针等字段协议UDPTCP UDPUDP（用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，提供简单的、不可靠的数据传输服务与TCP相比，UDP没有建立连接的过程，没有确认机制和重传机制，不保证数据的可靠性和顺序性，但传输效率更高，延迟更低UDP的主要特点包括无连接（发送数据前不需要建立连接）；不可靠（不保证数据到达目的地）；无序（数据包可能乱序到达）；效率高（协议开销小，处理速度快）；支持多播和广播UDP适用于对实时性要求高、对可靠性要求相对较低的应用场景，如视频会议、在线游戏、流媒体传输、DNS查询等上图展示了UDP与TCP在几个关键性能指标上的对比，可以看出UDP在延迟、连接建立和协议开销方面具有明显优势协议HTTPHTTP/

1.0

（1996）1最早的标准化版本，每次请求都需要建立新的TCP连接HTTP/

1.1

（1997）2引入持久连接、管道机制、主机头、分块传输等改进HTTP/2

（2015）3多路复用、头部压缩、服务器推送、二进制传输等高效特性HTTP/3

（2022）4基于QUIC协议，使用UDP代替TCP，减少延迟，提高连接可靠性HTTP（超文本传输协议）是万维网的基础协议，用于Web浏览器和服务器之间的通信它是一个应用层协议，通常基于TCP/IP协议，采用请求-响应模式工作HTTP协议的核心概念包括请求方法GET（获取资源）、POST（提交数据）、PUT（上传资源）、DELETE（删除资源）、HEAD（获取头信息）等状态码表示服务器对请求的处理结果，如200（成功）、404（未找到）、500（服务器错误）等首部字段包含请求和响应的元数据信息，如Content-Type、Content-Length、Cookie等消息体包含实际传输的数据内容协议SMTP邮件发送过程命令与响应的局限与扩展SMTP SMTP用户编写邮件后，邮件客户端通过协议将使用简单的文本命令进行通信，主要命令原始只支持文本传输，不支持二进SMTP SMTPSMTP ASCII邮件传输给发件人的邮件服务器该服务器再通包括（打招呼并标识发送方）、制数据和非英文字符为克服这一限制，开发了HELO/EHLO过协议将邮件转发到收件人的邮件服务器（指定发件人）、（指定（多用途互联网邮件扩展）标准，允许在SMTP MAILFROM RCPTTO MIME服务器通常使用端口，或者使用收件人）、（开始传输邮件内容）、邮件中包含各种类型的内容现代邮件系统还使SMTP TCP25DATA QUIT加密的（）端口（结束会话）等每条命令后，服务器会返回一用扩展如，增加了认证（）SMTP SMTPS465/587SMTP ESMTPAUTH个三位数字的状态码和文本说明、加密（）等功能STARTTLS（简单邮件传输协议）是电子邮件系统中负责邮件发送的标准协议它定义了邮件客户端与邮件服务器之间，以及邮件服务器与邮件服务SMTP Internet器之间传输电子邮件的规则是一个推协议，只负责邮件的发送，而不负责邮件的获取，后者通常由或协议完成SMTPPOP3IMAP协议FTP基本概念工作模式安全考虑（文件传输协议）是一种用于在计使用两个并行的连接控制连标准以明文方式传输数据，包括用FTP FTPTCP FTP算机之间进行文件传输的标准网络协议接和数据连接控制连接（端口）用户认证信息，存在安全隐患为提高安21，工作在应用层，使用作为传输层于传输命令和响应，始终保持开启状态全性，可以使用在上添加TCP FTPSFTP协议采用客户端服务器模式，允；数据连接（主动模式使用端口，被加密层基于协FTP-20SSL/TLS SFTPSSH许用户从远程主机上下载文件或将文件动模式使用临时端口）用于实际的文件议的安全文件传输，与协议不兼容FTP上传到远程主机传输，完成后关闭有两种工作模通过隧道包装FTP FTPwith SSHSSH式主动模式（）客户端打开连接这些安全方案可以防止数据PORT FTP随机端口，服务器主动连接该端口被被窃听和篡改动模式（）服务器打开随机端口PASV，客户端连接该端口协议DNSDNS查询请求用户在浏览器中输入网址如www.example.com，系统首先检查本地DNS缓存，如果没有记录，则向本地配置的DNS服务器发送查询请求递归查询过程本地DNS服务器如果没有所需信息，会代表客户端向根域名服务器查询，根服务器返回负责.com的顶级域名服务器地址本地DNS服务器继续向.com域名服务器查询，获取example.com的权威名称服务器地址最后向权威服务器查询www.example.com的IP地址返回查询结果本地DNS服务器将查询到的IP地址返回给客户端，同时将此记录缓存一段时间（由TTL值决定）客户端获取IP地址后，可以直接与目标服务器建立连接DNS记录更新DNS记录有过期时间（TTL），当缓存过期后，需要重新查询域名管理员可以更新DNS记录，更改生效需要等待原有缓存过期现代DNS服务还支持动态更新、区域传送等高级功能DNS（域名系统）是互联网的命名系统，将人类易读的域名（如www.example.com）转换为机器可处理的IP地址（如

192.

0.

2.1）DNS使用分布式、层次化的数据库结构，确保高效可靠的名称解析服务协议DHCPDHCP发现（Discovery）DHCP提供（Offer）1客户端广播DHCP发现消息，寻找DHCP服务器DHCP服务器响应提供可用IP地址和配置信息2DHCP确认（Acknowledgment）4DHCP请求（Request）3服务器确认分配，客户端开始使用IP地址客户端选择一个提供并发送请求确认使用DHCP（动态主机配置协议）是一种网络管理协议，用于自动分配IP地址和其他网络配置参数给网络设备DHCP极大简化了网络管理工作，特别是在大型网络环境中，手动配置IP地址是非常繁琐的任务DHCP不仅可以分配IP地址，还能提供其他网络参数，如子网掩码、默认网关、DNS服务器地址等DHCP支持三种IP地址分配方式自动分配（永久分配固定地址）、动态分配（临时分配，有租期限制）和手动分配（管理员预配置）DHCP使用UDP作为传输协议，客户端使用68端口，服务器使用67端口为了提高可靠性，通常在网络中配置多个DHCP服务器，防止单点故障导致网络设备无法获取IP地址第四部分网络设备与技术网络互联设备传输媒介技术新兴网络技术网络设备是构建计算机网络的物理基础，包传输媒介是网络信号的物理载体，包括双绞随着技术发展，网络领域不断涌现新技术，括网络接口卡、集线器、交换机、路由器、线、同轴电缆、光纤和无线电波等不同传如、软件定义网络（）、网络功能5G SDN防火墙等这些设备在不同网络层次上工作输媒介有不同的特性，如传输距离、带宽、虚拟化（）等这些技术推动着网络架NFV，共同实现数据的传输、转发和路由功能抗干扰能力和成本等，适用于不同的应用场构的变革，带来更高效、更灵活的网络服务景体验网络接口卡（）NIC基本功能网络接口卡（Network InterfaceCard，NIC）是连接计算机和网络的硬件设备，也称为网卡它负责将计算机内部的数据转换为适合在网络上传输的信号，同时将接收到的网络信号转换为计算机可识别的数据工作原理网卡工作在OSI模型的物理层和数据链路层，对应TCP/IP模型的网络接口层它的主要工作包括物理层调制解调（将数字信号转换为适合传输的模拟信号，反之亦然）数据链路层帧的封装与解封装，介质访问控制，差错检测等每个网卡都有全球唯一的MAC地址（48位），用于在局域网中标识设备类型与规格按接口类型分PCI、PCIe、USB、M.2等按网络类型分以太网卡、无线网卡、光纤网卡等按速率分10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps、25Gbps、40Gbps、100Gbps等现代计算机通常内置网卡，不再需要额外安装，但对于特殊需求（如多网口、高性能），仍可添加扩展网卡高级功能现代网卡通常具备一些高级功能TCP卸载引擎（TOE）将TCP/IP处理从CPU转移到网卡大段发送卸载（LSO）减少CPU处理大数据包的开销接收侧扩展（RSS）将网络处理分配到多个CPU核心虚拟化支持SR-IOV允许一个物理网卡呈现为多个虚拟网卡这些功能提高了网络性能，减轻了CPU负担集线器（）Hub基本概念工作特点类型与逐渐淘汰集线器（）是一种简单的网络连接广播方式集线器采用广播方式转发数按速率分类（）、Hub10Mbps10BASE-T设备，工作在模型的物理层，用于连据，即收到的数据会发送到所有连接的（）等按功OSI100Mbps100BASE-TX接多台设备组建局域网集线器本质上端口，不管目标设备连接在哪个端口能分类被动集线器（无电源放大）、是一个多端口的中继器，将接收到的电共享带宽连接到同一集线器的所有设主动集线器（有电源放大）、智能集线信号放大并转发到除接收端口外的所有备共享总带宽，随着连接设备数量增加器（具有管理功能）集线器因其低效端口，每台设备可用带宽减少半双工通信的数据传输方式已被交换机替代，在现同一时刻只能有一台设备发送数据，代网络中很少使用交换机能够进行数如有多台设备同时发送，会产生冲突据筛选和定向转发，大大提高了网络效碰撞域连接到同一集线器的所有设备率和安全性属于同一碰撞域，冲突概率较高交换机（）Switch全双工通信MAC地址学习交换机支持全双工通信，允许设备虚拟局域网交换机通过分析收到的数据帧源同时发送和接收数据，无需等待，MAC地址，建立和维护MAC地址交换机支持VLAN技术，可将物理大大提高了带宽利用率表，记录每个MAC地址连接的端口网络划分为多个逻辑网络，提高安数据帧转发，实现智能转发全性和灵活性，简化网络管理生成树协议交换机根据目标MAC地址查找转发表，将数据帧仅转发到特定端口，交换机实现STP/RSTP协议，避免实现点对点传输，避免了广播风暴网络环路，防止广播风暴，同时提3，提高了网络效率供冗余链路作为备份路径2415交换机（Switch）是一种网络设备，工作在OSI模型的数据链路层（第二层），也有工作在网络层（第三层）的三层交换机交换机通过MAC地址表进行数据包转发，每个端口是独立的碰撞域，但同属于一个广播域现代交换机通常具备多种高级功能，如端口聚合（链路聚合）、服务质量（QoS）、端口镜像、访问控制列表（ACL）等高端交换机还可能支持堆叠、模块化扩展、冗余电源等特性，提高了网络的可靠性和可扩展性路由器（）Router数据包转发路由器根据目标IP地址和路由表决定数据包的下一跳去向路由表包含网络目的地和下一跳信息，可以通过静态配置或动态路由协议生成每收到一个数据包，路由器查询路由表，选择最佳路径进行转发网络互联路由器连接不同网络，如局域网与互联网，或不同子网之间路由器至少有两个网络接口，分别连接不同网络通过NAT（网络地址转换）技术，路由器可以让多台内网设备共享一个公网IP地址访问互联网路由决策路由器使用路由协议交换网络可达性信息，构建和维护路由表常见的路由协议包括内部网关协议RIP（距离向量）、OSPF（链路状态）、EIGRP（高级距离向量）外部网关协议BGP（路径向量）这些协议使路由器能够适应网络拓扑变化，自动选择最优路径网络服务现代路由器通常提供多种网络服务DHCP服务（自动分配IP地址）、DNS缓存（加速域名解析）、QoS（服务质量保障）、访问控制（实现网络安全策略）、VPN（虚拟专用网络）等家用路由器通常集成了交换机和无线接入点功能防火墙1基本定义防火墙是一种网络安全设备或软件，位于内部网络和外部网络之间，根据预设的安全规则对进出网络的数据流进行监控和控制防火墙的主要目标是保护内部网络免受未授权的访问，防止敏感数据泄露，抵御网络攻击2工作原理防火墙通过一系列访问控制策略审查所有传入和传出的网络流量每个数据包都会被检查是否符合预设规则，符合的允许通过，不符合的被阻止防火墙规则通常基于源/目标IP地址、端口号、协议类型、应用类型、用户身份、时间等条件3防火墙类型包过滤防火墙基于数据包头部信息（IP地址、端口等）进行过滤，简单高效但安全性有限状态检测防火墙跟踪连接状态，根据连接上下文做出决策，安全性更高应用层防火墙检查应用层数据内容，能识别和控制特定应用程序，安全性最高但性能开销大下一代防火墙集成IPS、应用控制、用户身份识别、高级威胁防护等功能4部署方式网络边界防火墙部署在内网与外网之间，保护整个网络主机防火墙安装在单个主机上，保护特定设备内部分区防火墙在内部网络之间建立安全边界，实现网络分区防护分布式防火墙多层次部署，形成深度防御体系现代企业通常采用多层防火墙策略，构建全面的安全防护系统光纤技术光纤结构传输原理应用场景光纤由纤芯、包层和保护外层组成纤芯是光信光纤通信利用全内反射原理传输光信号发送端光纤广泛应用于电信骨干网、海底通信电缆、城号传输的通道，直径通常为8-10μm（单模）或的光源（LED或激光器）将电信号转换为光信号域网、数据中心、接入网（FTTH/FTTB）等场（多模）；包层与纤芯具有不同的；光信号在纤芯中通过全内反射传播；接收端的景随着、云计算和大数据的发展，对光纤网50-

62.5μm5G折射率，形成全反射条件；保护外层提供物理保光电探测器将光信号转换回电信号光信号在传络的需求持续增长光纤技术也用于传感器、医护和力学强度光纤材料主要是高纯度石英玻璃输过程中会因散射、吸收等因素衰减，需要使用疗内窥镜等非通信领域新兴技术如空分复用、，掺杂不同元素以控制光学特性光放大器或中继器增强信号光子集成电路等正推动光通信向更高容量、更低成本方向发展光纤是一种利用光在玻璃或塑料纤维中的传导来传输信息的技术与传统铜缆相比，光纤具有带宽高（现代单根光纤可支持数十太比特每秒）、衰减低（可传输数十甚至上百公里无需中继）、抗电磁干扰、体积小重量轻、信息安全性高等优势，成为现代通信网络的基础设施无线网络技术标准工作频段最大理论速率覆盖范围主要特点Wi-Fi

4802.11n

2.4GHz,5GHz600Mbps70m室内MIMO技术，向后兼容Wi-Fi

5802.11ac5GHz

6.9Gbps35m室内MU-MIMO，更宽信道Wi-Fi

6802.11ax

2.4GHz,5GHz

9.6Gbps30m室内OFDMA，高密度环境优化Wi-Fi6E

2.4GHz,5GHz,6GHz

9.6Gbps+30m室内扩展到6GHz频段Wi-Fi

7802.11be

2.4GHz,5GHz,6GHz46Gbps30m室内320MHz信道，4096-QAM无线网络技术使计算机和其他设备无需物理连接即可进行数据通信Wi-Fi（无线保真）是最广泛使用的无线局域网技术，基于IEEE

802.11系列标准无线网络通过无线接入点（AP）连接到有线网络，使移动设备能够访问网络资源无线网络的安全性是重要考虑因素，主要安全协议包括WEP（已被证明不安全）、WPA、WPA2和最新的WPA3企业级无线网络通常使用

802.1X认证与RADIUS服务器结合，实现更高级的安全控制现代无线网络也支持虚拟局域网（VLAN）和服务质量（QoS）等功能，满足不同应用场景的需求技术概述5G关键特性关键技术应用场景5G是第五代移动通信技术，相比具有毫米波利用以上的高频段，提智能制造支持工业物联网和柔性生产5G4G24GHz三大关键特性增强型移动宽带（供更大带宽大规模使用大量，实现工厂数字化转型智慧城市赋MIMO）提供高达的峰值数据天线阵列，提高频谱效率波束赋形能智能交通、环境监测、公共安全等城eMBB20Gbps速率，显著提升用户体验超可靠低延精确控制信号方向，增强覆盖和减少干市管理系统远程医疗实现远程手术迟通信（）端到端延迟降至毫扰网络切片在同一物理基础设施上、实时监护和急救支持，突破医疗资源URLLC1秒以下，可靠性达到，支持自创建多个虚拟网络，为不同应用提供定地域限制虚拟增强现实提供沉浸式

99.999%/动驾驶等关键应用大规模机器类通信制化服务边缘计算将计算资源部署体验，应用于教育、娱乐、培训等领域（）每平方公里支持万设在网络边缘，减少延迟，提高效率这车联网支持车辆之间、车辆与基础mMTC100备连接，为物联网大规模部署奠定基础些技术共同支撑网络的高性能和灵活设施之间的实时通信，提高道路安全5G性技术正在重塑产业形态，催生新的商5G业模式和应用生态软件定义网络（）SDN应用层1网络应用和业务编排控制层2集中式控制器，实现网络智能数据层3网络基础设施，执行数据转发软件定义网络（Software DefinedNetworking，SDN）是一种网络架构方法，将网络控制平面与数据平面分离，使网络控制可直接编程SDN通过将网络设备的控制功能集中到SDN控制器，使网络管理员可以通过编程方式快速配置、管理、优化和保护网络资源SDN的核心优势包括集中管理（简化网络配置和管理）；灵活编程（支持网络创新和快速服务部署）；开放接口（促进多厂商设备互操作性）；资源虚拟化（提高网络资源利用率）；自动化（减少人工操作，提高效率）OpenFlow是实现SDN的主要协议，定义了控制器与网络设备通信的标准接口除OpenFlow外，还有NETCONF、OVSDB、P4等协议和技术支持SDN的实现SDN已在数据中心、广域网、运营商网络等领域得到应用，结合网络功能虚拟化（NFV）技术，正推动网络架构向更加开放、灵活和智能的方向发展第五部分网络应用信息通信类内容访问类资源共享类电子邮件、即时通讯、视频会议万维网、流媒体、内容分发网络云存储、文件共享、网络硬盘等等应用使人们能够随时随地进行等技术使信息获取变得便捷高效服务提供了便捷的数据存储和共信息交流和沟通，极大地提高了用户可以通过浏览器访问丰富享机制企业和个人可以实现跨工作效率和生活便利性这类应的在线内容，享受高质量的音视设备、跨地域的资源访问，提高用已成为现代社会不可或缺的基频服务，体验沉浸式的数字内容数据管理的灵活性和协作效率础设施新兴应用类物联网、大数据、人工智能等新兴技术与网络深度融合，催生了智能家居、智慧城市、工业互联网等创新应用，正在重塑人们的生活方式和生产模式网络应用是建立在网络基础设施之上的各类服务和软件，直接面向最终用户，满足人们在信息获取、交流沟通、资源共享等方面的需求随着网络技术的发展和普及，网络应用已渗透到社会生活的方方面面，成为推动数字经济发展的重要动力电子邮件系统邮件客户端用户通过邮件客户端（如Outlook、Gmail网页版）编写邮件，客户端负责邮件的撰写、发送、接收和管理现代邮件客户端支持丰富文本、附件、签名等功能发件服务器SMTP服务器接收来自邮件客户端的邮件，负责将邮件转发到收件人的邮件服务器SMTP服务器验证用户身份，检查邮件格式，并尝试连接收件人服务器邮件路由邮件可能经过多个中继服务器MX记录指定接收特定域名邮件的服务器如邮件无法立即发送，会进入队列等待重试反垃圾邮件系统在此环节过滤可疑邮件收件服务器邮件最终到达收件人的邮件服务器，存储在收件人的邮箱中用户通过POP3/IMAP协议从服务器获取邮件现代系统通常支持在线查看和多设备同步电子邮件系统是互联网最早和最基本的应用之一，也是现代通信的重要组成部分它使用分布式架构，允许不同组织和个人之间进行异步通信电子邮件系统的核心协议包括SMTP（简单邮件传输协议）用于发送邮件；POP3（邮局协议）和IMAP（互联网消息访问协议）用于接收邮件现代电子邮件系统通常包含多种安全机制，如SPF（发件人策略框架）验证邮件是否来自授权服务器；DKIM（域名密钥识别邮件）使用加密签名验证邮件真实性；DMARC（基于域名的消息认证、报告和一致性）提供邮件认证策略；TLS加密保护邮件传输过程中的安全万维网（）WWW服务器处理客户端请求服务器接收请求，解析头，执行后端Web HTTP2程序，访问数据库，生成响应内容用户在浏览器中输入或点击链接，浏览器解URL1析，通过查询获取对应的地址URL DNSIP内容传输服务器将生成的、、等内HTML CSS JavaScript3容通过协议发送回客户端HTTP用户交互5浏览器渲染用户查看和操作页面，点击链接或提交表单触发新的请求，周而复始4浏览器解析接收到的内容，构建树和DOM树，执行代码，渲染页面CSSOM JavaScript万维网（，）是一个由相互链接的超文本文档组成的信息系统，通过互联网访问它于年由在欧洲核子World WideWeb WWW1989Tim Berners-Lee研究中心（）提出，并于年向公众开放，成为互联网最重要的应用之一CERN1991万维网的基础技术包括协议（超文本传输协议及其安全版本）；（超文本标记语言）；（统一资源定位符）；浏览器（HTTP/HTTPS HTMLURL Web解释和显示文档的客户端）；服务器（存储和提供内容的服务器）随着技术发展，现代还包括（层叠样式表）、HTML Web WebWebCSSJavaScript（客户端脚本语言）、各种等技术，实现了丰富的交互体验和应用功能Web API文件传输应用1FTP应用FTP（文件传输协议）是最经典的文件传输应用，用于在客户端和服务器之间上传和下载文件FTP客户端软件如FileZilla、WinSCP等提供了图形界面，简化了操作虽然传统FTP以明文传输数据存在安全隐患，但FTPS（FTP Secure）和SFTP（SSH FileTransfer Protocol）通过加密通道提供了安全传输能力2P2P文件共享点对点（P2P）文件共享应用如BitTorrent允许用户直接相互分享文件，无需中央服务器P2P技术将文件分割成小块，多个用户同时上传和下载，提高了传输效率，特别适合大文件分发尽管P2P技术曾因盗版问题被诟病，但已广泛应用于合法内容分发，如Linux发行版分发和游戏更新等3云存储服务现代云存储服务如Dropbox、Google Drive、OneDrive等提供了便捷的文件存储、同步和共享功能这些服务通常提供跨平台客户端，支持自动同步，文件版本控制，以及通过链接或权限设置实现文件共享企业级云存储服务还提供团队协作、文档权限管理等高级功能，成为现代工作环境的重要工具4内容分发网络内容分发网络（CDN）是一种优化文件传输的专业服务，通过将内容缓存到分布全球的边缘服务器，使用户可以从最近的节点获取内容，大幅降低延迟和提高下载速度CDN已成为视频流媒体、软件下载、网站加速的重要基础设施，提供高可靠性和抵御DDoS攻击的能力即时通讯应用基本原理关键技术发展趋势即时通讯（）应用使用客户端服务器推送通知当应用在后台运行时，通过平台整合从单一聊天工具发展为综IM-IM架构，客户端之间的消息通过中央服务推送机制通知用户收到新消息端到端合通信平台，集成社交媒体、支付、小器转发当用户发送消息时，客户端将加密消息在发送端加密，只有接收端程序等功能跨平台协同支持多设备消息发送到服务器；服务器验证身份，能解密，确保通信安全存在感知显同步，无缝切换、移动、桌面版本Web查找接收方状态；如接收方在线，服务示联系人在线状态，包括在线、离开智能助手集成功能，如自动回复AI器立即将消息转发；如离线，服务器存、忙碌等多媒体支持传输文本、、语音转文字、智能推荐等企业协作储消息等待接收方上线后再发送图片、音频、视频等多种格式的消息专业级系统提供团队协作、项目管IM服务质量确保消息按顺序到达，不丢理、文档共享等功能隐私保护更加失或重复这些技术共同保证了通信的注重用户隐私，提供阅后即焚、消息撤实时性、可靠性和安全性回等功能这些趋势正重塑应用的功IM能和使用场景网络存储技术直接附加存储DAS网络附加存储NASDAS是最基本的存储形式，存储设备直接连接到主机，通过SCSI、SAS、SATA等NAS是通过网络提供文件级存储服务的专用设备，支持多用户、多协议文件共享接口实现数据传输DAS结构简单，成本较低，但存在数据孤岛问题，不利于资源NAS设备具有独立操作系统，通过标准网络协议（如SMB/CIFS、NFS）提供服务共享和集中管理典型设备包括内置硬盘、外接硬盘和磁盘阵列等DAS主要适用，用户通过网络路径访问文件NAS部署简单，管理方便，支持多平台访问，但在于小型环境或对成本敏感的场景高性能应用中可能受网络带宽限制存储区域网络SAN对象存储SAN是一种专用的高速网络，提供块级存储服务，使存储设备对服务器而言就像本对象存储是一种新兴的存储架构，将数据作为独立对象存储在平面地址空间中，每地磁盘一样SAN通常使用光纤通道或iSCSI协议，构建独立于数据网络的存储网个对象包含数据、元数据和全局唯一标识符对象存储通过RESTful API访问，具络SAN性能高，扩展性好，适合虚拟化环境和关键业务应用，但复杂度和成本也有海量扩展能力，适合非结构化数据存储，如文档、图片、视频等云存储服务多较高，需要专业技术支持基于对象存储技术，支持按需付费模式云计算基础软件即服务SaaS1面向最终用户的应用服务平台即服务PaaS2开发和部署环境基础设施即服务IaaS3虚拟化的计算资源云计算是一种按需提供计算资源的模式，用户可以通过网络访问共享的计算资源池（如服务器、存储、应用和服务），实现资源的快速配置和释放，最小化管理工作量云计算的核心特征包括按需自助服务、广泛的网络访问、资源池化、快速弹性和可计量的服务云计算部署模式分为公有云（由第三方提供商提供服务，资源共享）；私有云（为单一组织提供专属云服务）；混合云（公有云和私有云的组合）；社区云（由特定社区共享的云基础设施）不同部署模式适合不同的安全需求和业务场景云计算的关键技术包括虚拟化（将物理资源抽象为虚拟资源）；分布式计算（将任务分散到多台计算机上协同完成）；自动化管理（自动部署、配置和管理资源）；多租户技术（在同一资源上安全隔离多个用户）；弹性伸缩（根据负载自动调整资源）这些技术共同支撑了云计算的高效、灵活和可靠运行物联网概述感知层物联网的底层，由各种传感器、RFID标签、条形码、GPS等设备组成，负责采集物理世界的数据这些设备能够感知温度、湿度、光照、位置、速度、图像等各种环境参数和目标特征，将物理信息转化为数字信号网络层负责数据传输的中间层，通过各种有线和无线通信技术实现设备互联网络层包括近距离通信（如蓝牙、ZigBee、WiFi）、广域网通信（如2G/3G/4G/5G、LoRa、NB-IoT）以及网关设备，确保数据能够可靠、安全地从感知层传输到应用层平台层提供数据处理、存储和管理的中间件层，包括物联网操作系统、云平台和边缘计算节点平台层对海量物联网数据进行清洗、聚合、分析和存储，为应用层提供统一的API接口和开发环境，简化物联网应用的开发和部署应用层面向用户的顶层，根据不同行业需求开发专业应用应用层利用平台层处理的数据，结合行业知识，实现智能家居、智慧城市、工业物联网、智慧农业、智能穿戴等各类创新应用，为用户创造价值，改变生产和生活方式物联网（Internet ofThings,IoT）是指通过信息传感设备，按约定协议，将任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络与传统互联网相比，物联网实现了从人人相连到物物相连的拓展，极大地扩展了互联网的边界和应用场景大数据与网络

2.5ZB40%日均产生数据量网络流量增长率全球每天产生的数据量约

2.5ZB（泽字节），相当于250亿GB，这一数字仍在快速增长全球IP流量每年增长约40%，视频流量占比超过80%，对网络基础设施提出更高要求75B200Gb/s物联网设备数量骨干网单波长率预计到2025年，全球连接的物联网设备将达到750亿台，产生海量数据，推动边缘计算发展现代光传输网络单波长率已达200Gb/s，正向400Gb/s和800Gb/s演进，支撑大数据传输需求大数据与网络技术相互促进、相互依赖一方面，网络是大数据采集、传输和共享的基础设施，高速、可靠、低延迟的网络连接是大数据应用的前提条件；另一方面，大数据分析可以优化网络运行，实现智能路由、流量预测、故障预警等功能，提升网络性能和用户体验为适应大数据时代的需求，网络技术正在多方面演进数据中心网络架构向扁平化、高带宽方向发展；软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）提高了网络资源管理的灵活性；内容分发网络（CDN）和边缘计算将数据处理和存储下沉到网络边缘，减少传输延迟和带宽消耗；5G、Wi-Fi6等新一代无线技术为移动大数据应用提供更好的连接体验第六部分网络安全防护措施威胁识别实施多层次安全防护体系，包括防火墙、入侵2检测、加密技术、访问控制等了解各类网络安全威胁及其特征，包括恶意软1件、攻击、钓鱼诈骗等DDoS监控检测部署安全监控系统，实时检测异常行为和潜3在威胁，提供早期预警持续改进5响应恢复定期评估安全状况，更新安全策略和防护措施，应对不断演变的安全挑战4制定安全事件响应计划，确保在安全事件发生时能快速响应并恢复正常运行网络安全是保障网络系统、应用程序和数据免受未授权访问、攻击和损害的一系列技术、策略和实践随着网络在社会各领域的深入应用，网络安全的重要性日益凸显，已成为国家安全和社会稳定的重要组成部分有效的网络安全需要综合考虑技术手段、管理措施和人员意识三个方面技术手段包括各类安全产品和解决方案；管理措施包括安全政策、规范和流程；人员意识包括安全培训和意识提升只有这三个方面协同发力，才能构建全面、有效的网络安全防护体系网络安全威胁类型恶意软件攻击恶意软件是设计用来破坏计算机系统或网络的程序，主要类型包括病毒依附于其他程序，在执行时感染其他文件蠕虫能够自我复制并通过网络传播，无需用户交互特洛伊木马伪装成合法程序，诱骗用户安装，暗中执行恶意操作勒索软件加密用户数据，要求支付赎金才能恢复恶意软件通常通过钓鱼邮件、恶意网站、软件漏洞等途径传播网络攻击针对网络基础设施或服务的攻击，主要包括DDoS攻击利用大量设备向目标发送请求，耗尽其资源，导致服务中断中间人攻击攻击者插入通信双方之间，窃听或篡改数据DNS劫持/投毒篡改DNS解析过程，将用户引导至恶意网站ARP欺骗伪造ARP消息，扰乱网络通信这类攻击可能导致服务不可用、数据泄露或被篡改社会工程学攻击利用人类心理弱点进行欺骗的攻击手段，包括钓鱼攻击通过伪装成可信实体发送欺骗性信息，诱骗用户泄露敏感信息仿冒攻击模仿可信机构或个人，建立虚假身份进行欺诈水坑攻击攻击者预先感染目标用户经常访问的网站社会工程学攻击通常结合技术手段，成功率较高，是当前最常见的攻击方式之一高级持续性威胁APT（Advanced PersistentThreat）是一种复杂、有组织的长期攻击活动，特点包括攻击目标明确，通常针对特定机构或数据使用多种高级技术手段，包括零日漏洞和自定义恶意工具长期潜伏，逐步扩大控制范围，持续窃取信息多由国家资助或高度组织化的黑客团体实施，技术水平高，危害严重加密技术基础对称加密非对称加密哈希函数混合加密系统对称加密使用相同的密钥进非对称加密使用一对密钥哈希函数将任意长度的输入实际应用中通常结合对称和行加密和解密优点是速度公钥和私钥公钥可以公开转换为固定长度的输出（哈非对称加密的优点使用非快、效率高，适合大量数据分享，用于加密；私钥由所希值），具有单向性（无法对称加密安全地交换对称密加密；缺点是密钥分发困难有者保密，用于解密优点从哈希值逆推原始数据）和钥；然后使用对称密钥加密，如果密钥被截获，所有通是解决了密钥分发问题；缺抗碰撞性（很难找到两个不实际数据这种方法既解决信都会被破解常见算法包点是速度较慢常见算法包同输入产生相同哈希值）了密钥分发问题，又保证了括（已被弃用）、括、、（椭圆主要用于数据完整性验证、加密效率协议采DES3DES RSADSA ECCTLS/SSL、、等曲线加密）等安全性密码存储和数字签名常见用此方式保护连接AES ChaCha20RSA HTTPS（高级加密标准）是当依赖于大数分解的困难性，算法包括（已不安全）数字证书则使用公钥基础设AES MD5前最广泛使用的对称加密算而基于椭圆曲线离散对、（已被弃用）、施（）验证公钥的真实性ECC SHA-1PKI法，密钥长度可为、数问题，在同等安全性下需、等，防止中间人攻击128192SHA-256SHA-3或位要更短的密钥长度256防火墙与入侵检测系统防火墙类型与部署入侵检测系统原理安全运营中心防火墙按功能分为包过滤防火墙、状态检测防火墙入侵检测系统（IDS）监控网络或系统活动，识别现代企业通常建立安全运营中心（SOC），整合防、应用层防火墙和下一代防火墙企业网络通常采可能的入侵行为IDS采用两种主要检测方法基火墙、IDS/IPS、安全信息事件管理系统（SIEM）用多层防火墙部署策略边界防火墙位于内部网络于特征的检测（比对已知攻击模式）和基于异常的等多种安全设备的数据，提供全面的威胁监测和响与互联网之间；内部防火墙保护关键服务器和数据检测（识别偏离正常行为的活动）IDS可分为网应能力SIEM系统收集和分析来自不同安全设备；个人防火墙保护终端设备当代防火墙通常与络型（NIDS，监控网络流量）和主机型（HIDS，的日志和警报，通过关联分析识别复杂的攻击活动VPN、负载均衡等功能集成，提供全面的边界防护监控单个主机）相比之下，入侵防御系统（IPS，减少误报，提高安全团队的工作效率）在检测入侵的同时能够自动采取阻断措施防火墙和入侵检测系统是网络安全防护体系的核心组件，它们相互配合，提供多层次的安全防护防火墙主要实施访问控制策略，决定哪些流量可以通过；而IDS/IPS则负责深度检测流量内容，识别潜在的攻击行为两者结合使用，可以有效提高网络安全防护能力，抵御各类网络威胁虚拟专用网络（）VPN基本概念虚拟专用网络（VPN）是在公共网络上建立的专用网络连接，通过隧道技术和加密机制保障数据传输的安全性VPN使用户能够通过互联网安全地访问企业内部网络资源，或在不安全的网络环境中保护个人隐私工作原理VPN通过隧道技术，将原始数据包封装在另一个数据包中，形成逻辑上的专用通道数据包在传输前经过加密处理，确保即使数据被截获，也无法被理解VPN还使用认证机制确保连接双方身份真实，防止未授权访问VPN类型远程访问VPN连接个人设备与企业网络，适用于移动办公站点到站点VPN连接分支机构与总部网络，替代昂贵的专线内部网VPN在企业内部建立安全隔离区域，增强内网安全无客户端VPN通过Web浏览器访问，无需安装专用软件每种类型针对不同场景，提供相应的安全连接服务VPN协议IPSec网络层协议，提供高度安全性，适合企业级应用SSL/TLS应用层协议，实现简单，兼容性好，常用于远程访问WireGuard新兴协议，代码简洁，性能高，安全性强OpenVPN开源方案，灵活可靠，支持多种平台L2TP/IPSec结合两种协议优势，平衡性能与安全不同协议有各自优缺点，应根据需求选择网络安全最佳实践技术措施1实施深度防御策略，部署多层次安全防护体系，包括边界安全、网络安全、应用安全和数据安全保持系统和软件及时更新，应用最新安全补丁，降低已知漏洞风险采用强密码策略和多因素认证，防止账户被盗用实施最小权限原则，确保用户只能访问必要的资源建立全面的日志监控和安全事件响应机制，及时发现和处理安全事件管理措施2制定全面的网络安全政策和规范，明确安全责任和要求进行定期安全评估和渗透测试，主动发现安全漏洞建立安全事件响应计划，确保在发生安全事件时能快速响应实施变更管理流程，评估安全影响，防止安全配置错误开展供应商安全管理，确保第三方服务和产品符合安全要求人员措施3开展定期安全意识培训，提高员工安全意识进行社会工程学防范教育，防止员工被钓鱼和欺诈建立安全文化，鼓励员工报告可疑活动和安全问题实施关键岗位人员安全背景审查和离职安全管理定期进行应急演练，提高团队协作和响应能力新兴领域4关注云安全、物联网安全、移动安全等新兴领域的特殊风险采用人工智能和大数据分析技术提升安全监测能力实施零信任安全架构，不再默认信任内部网络环境重视数据保护和隐私合规，符合GDPR、数据安全法等法规要求关注供应链安全风险，防范软件供应链攻击课程总结与展望1知识体系回顾2技术发展趋势3学习与实践建议本课程系统介绍了计算机网络的基本概念、体系结构、随着信息技术的快速发展，网络技术正在向更高速、更网络技术学习需要理论与实践相结合建议同学们在掌网络协议、网络设备与技术、网络应用和网络安全等核智能、更安全的方向演进5G/6G、IPv

6、SDN/NFV握基础理论的同时，积极参与网络配置、故障排除等实心内容通过这些知识的学习，我们构建了完整的网络、网络切片、边缘计算等新技术将重塑网络架构和服务践活动，搭建小型实验网络，使用模拟器和虚拟化工具技术知识框架，理解了网络通信的基本原理和实现机制模式人工智能和大数据技术的应用将使网络更加智能进行网络仿真关注行业动态和技术发展，参与开源项，掌握了分析和解决网络问题的基本能力化，自动化程度更高，用户体验更加个性化和沉浸式目，与同行交流，不断更新知识和技能网络技术是信息时代的基础设施，支撑着数字经济和社会的发展随着技术创新和应用场景拓展，网络技术人才需求持续增长希望同学们通过本课程的学习，建立起网络技术的知识体系，培养解决实际问题的能力，为未来深入学习和职业发展奠定坚实基础在数字化转型的浪潮中，把握机遇，成为网络技术领域的专业人才！。