《网络架构与协议》课件

网络架构与协议本课件旨在全面介绍网络架构与协议的核心概念、原理与应用从基础的网络概念入手，深入探讨七层模型、四层模型以及五层OSI TCP/IP参考模型，详细解析各类网络协议的工作机制与应用场景，同时关注网络安全、性能优化以及新兴网络技术的发展通过本课程的学习，学员将能够系统地掌握网络架构与协议的知识体系，具备网络设计、配置、管理与优化的实践能力课程概述课程目标主要内容学习要求理解网络架构的基本概念和原理；掌网络基础概念；网络架构模型（认真听讲，积极参与课堂讨论；按时OSI握七层模型和协议栈；熟、）；网络协议详解；网络安完成作业和实验；阅读相关书籍和资OSI TCP/IP TCP/IP悉常用网络协议的工作机制；了解网全；网络性能与优化；新兴网络技术料；掌握基本的网络知识和技能；培络安全的基本知识和技术；能够进行；网络架构设计实践养良好的网络安全意识简单的网络设计和配置；关注新兴网络技术的发展趋势第一部分网络基础概念本部分将介绍计算机网络的基本概念，包括计算机网络的定义、发展历史和重要性同时，还将讲解网络的类型，如局域网（）、广域LAN网（）和城域网（），以及常见的网络拓扑结构，如总线型WAN MAN、星型、环形和网状结构此外，还会对常用的网络设备进行介绍，如路由器、交换机、集线器和网桥等，为后续深入学习网络架构与协议打下坚实的基础什么是计算机网络？定义发展历史12计算机网络是指将地理位置不从早期的单机模式到后来的集同的、具有独立功能的多台计中式计算，再到现在的分布式算机及其外部设备，通过通信网络，计算机网络经历了从简线路连接起来，在网络操作系单到复杂、从单一到多元的发统、网络管理软件及网络通信展历程是现代互联ARPANET协议的管理和协调下，实现资网的雏形，协议的出现TCP/IP源共享和信息传递的计算机系奠定了互联网的基础统重要性3计算机网络已经成为现代社会不可或缺的基础设施，它不仅促进了信息共享和交流，也极大地推动了经济发展和社会进步在商业、教育、科研等领域，计算机网络都发挥着重要的作用网络的类型局域网（）广域网（）城域网（）LAN WANMAN局域网是指在某一区广域网是指连接不同城域网是指覆盖城市域内由多台计算机互地区或国家的计算机范围的计算机网络，联成的计算机组，通网络，通常采用无线介于局域网和广域网常采用有线连接，传或有线连接，传输速之间，通常采用光纤输速度快，成本较低度相对较慢，成本较连接，传输速度较快，适用于家庭、办公高，适用于跨地域的，成本适中，适用于室、学校等场所例企业、政府机构等城市内的企业、政府如，一个办公室内的互联网就是一个典型机构等例如，一个所有电脑连接在一起的广域网，连接了全城市内的所有银行网，共享打印机和文件球各地的计算机网络点连接在一起，就是服务器，就是一个典一个典型的城域网型的局域网网络拓扑结构星型环形网状总线型所有设备连接到一个中心所有设备连接成一个环状所有设备之间都有多条连所有设备连接到一根公共节点上，结构简单，易于，数据沿着环状方向传输接线路，可靠性高，但结的总线上，结构简单，成管理，但中心节点故障会，结构简单，但维护困难构复杂，成本高网状网本低，但可靠性差，任何影响整个网络星型网络，任何一个节点故障都可络适用于对可靠性要求极一个节点故障都可能影响适用于中小型网络环境能影响整个网络环形网高的网络环境，如互联网整个网络总线型网络适络适用于对可靠性要求较的核心网络用于小型、简单的网络环高的网络环境境网络设备介绍路由器路由器是连接不同网络的设备，负责数据包的转发，能够实现不同网络之间的数据交换路由器具有路由选择功能，能够根据目标地址选择最佳的传输路径交换机交换机是局域网内的连接设备，负责数据帧的转发，能够提高局域网的传输效率交换机具有地址学习功能，能够根据目标地址将数据帧发送到指定的MAC MAC端口集线器集线器是一种简单的网络连接设备，将所有端口连接在一起，任何一个端口收到的数据都会广播到所有端口集线器已经被交换机所取代，逐渐淘汰网桥网桥是连接两个局域网的设备，能够实现局域网之间的互联互通网桥具有MAC地址过滤功能，能够根据地址将数据帧转发到指定的局域网MAC第二部分网络架构模型本部分将介绍网络架构模型，包括七层模型、四层模型和五OSI TCP/IP层参考模型通过对这些模型的学习，可以更好地理解网络协议的工作原理和层次结构，为后续深入学习网络协议打下坚实的基础理解这些模型对于网络工程师来说至关重要，它们是网络通信的蓝图七层模型概述OSI分层的意义分层可以将复杂的网络通信过程分解为多个简单的层次，每个层次只需要关注自己2的功能，降低了开发的难度同时，分层模型背景也提高了网络的可维护性和可扩展性，每个层次都可以独立地进行修改和升级为了解决不同厂商的网络设备之间的互联互通问题，国际标准化组织（）提出ISO1各层功能了开放系统互连参考模型（）模OSI OSI型将网络通信划分为七个层次，每个层次物理层负责物理介质的传输；数据链路层负责不同的功能负责数据帧的传输；网络层负责数据包的路由；传输层负责端到端的可靠传输；会3话层负责建立、管理和终止会话；表示层负责数据格式的转换；应用层负责提供网络应用服务物理层功能与作用主要设备相关协议物理层是模型的最低层，负责物物理层的主要设备包括集线器、中继物理层没有特定的协议，它主要关注OSI理介质的传输，包括电缆、光纤、无器、调制解调器等集线器是一种简物理介质的特性和传输方式但它依线电波等物理层定义了物理介质的单的网络连接设备，中继器用于放大赖于电气工程和物理学的相关标准和特性、传输速率、信号类型、接口标信号，调制解调器用于将数字信号转规范准等换为模拟信号数据链路层功能与作用数据链路层负责在物理层提供的物理连接基础上，实现数据帧的可靠传输数据链路层的主要功能包括帧同步、差错控制、流量控制等主要协议数据链路层的主要协议包括以太网协议、协议、协议PPP HDLC等以太网协议是局域网中最常用的协议，协议用于点对PPP点连接，协议用于广域网连接HDLC地址MAC数据链路层使用地址来标识网络中的设备地址是设MAC MAC备的物理地址，由位二进制数组成，通常以十六进制表示48每个设备的地址都是唯一的MAC网络层功能与作用1网络层负责数据包的路由，即选择最佳的传输路径，将数据包从源主机发送到目标主机网络层的主要功能包括寻址、路由选择、拥塞控制IP等协议IP2协议是网络层最核心的协议，它定义了地址的格式、数据包的结构、IP IP路由选择的规则等协议分为和两个版本，使用位地址IP IPv4IPv6IPv432，使用位地址IPv6128路由协议3网络层使用路由协议来动态地更新路由表，以便选择最佳的传输路径常用的路由协议包括、、等是一种简单的距离矢量路由RIP OSPF BGP RIP协议，是一种链路状态路由协议，是一种边界网关协议OSPFBGP传输层功能与作用与端口号TCP UDP传输层负责端到端的可靠传输，即保传输层主要有两种协议和传输层使用端口号来标识不同的应用TCP UDP证数据从源主机到目标主机的可靠传是一种面向连接的、可靠的传程序端口号是一个位的整数，范TCP16输传输层的主要功能包括端口寻址输协议，是一种面向无连接的、围从到常用的端口号包括UDP

065535、流量控制、拥塞控制、差错控制等不可靠的传输协议适用于对可的端口、的端口、TCP HTTP80HTTPS443靠性要求较高的应用，如文件传输、的端口、的端口等FTP21SMTP25网页浏览等；适用于对实时性要UDP求较高的应用，如视频直播、在线游戏等会话层功能与作用主要协议12会话层负责建立、管理和会话层的主要协议包括终止会话会话是指两个、、等NetBIOS PPTPRPC应用程序之间的通信连接用于局域网内的文NetBIOS会话层的主要功能包括件共享和打印共享，PPTP会话建立、会话管理、会用于建立连接，用VPN RPC话终止、会话同步等于实现远程过程调用实际应用3会话层在实际应用中较少单独使用，其功能通常被集成到应用层协议中例如，协议就包含了会话管理的功能，可以实HTTP现用户的登录和会话保持表示层数据格式转换表示层可以实现不同数据格式之间的转换，功能与作用例如，将文本数据转换为二进制数据，或者数据加密表示层负责数据格式的转换，即将应用程序将二进制数据转换为文本数据常用的数据的数据转换为网络可以识别的格式，或者将格式包括、、、等表示层可以对数据进行加密，以保证数据的ASCII UTF-8JPEG MPEG网络数据转换为应用程序可以识别的格式安全性常用的加密算法包括、、DES AES表示层的主要功能包括数据加密、数据压缩等协议就使用了协议对RSA HTTPS SSL/TLS、数据转换等数据进行加密213应用层功能与作用应用层是模型的最高层，负责提供网络应用服务，即为用户提OSI供各种网络应用，如网页浏览、电子邮件、文件传输等应用层的主要功能包括应用协议、数据传输、用户界面等常见应用层协议常见的应用层协议包括、、、、、HTTP HTTPSFTP SMTP DNS DHCP等用于网页浏览，用于安全网页浏览，用于文件HTTP HTTPSFTP传输，用于邮件发送，用于域名解析，用于动态SMTPDNS DHCP主机配置用户界面应用层通常提供用户界面，方便用户使用各种网络应用用户界面可以是图形界面（），也可以是命令行界面（）GUI CLI四层模型TCP/IP与模型的对比各层功能简介实际应用OSI模型是一种简化的网络架构模网络接口层对应模型的物理层和模型是互联网的基础，所有的TCP/IP OSI TCP/IP型，它将模型的七层简化为四层数据链路层，负责物理介质的传输和网络应用都基于模型进行开发OSI TCP/IP网络接口层、网际层、传输层和应数据帧的传输；网际层对应模型和部署理解模型对于网络工OSI TCP/IP用层模型更加实用，被广泛的网络层，负责数据包的路由；传输程师来说至关重要，它是网络通信的TCP/IP应用于互联网中层对应模型的传输层，负责端到基石OSI端的可靠传输；应用层对应模型OSI的会话层、表示层和应用层，负责提供网络应用服务网络接口层对应模型的物理层和数主要功能1OSI2据链路层网络接口层的主要功能包括网络接口层是模型的最TCP/IP物理寻址，即使用地址来MAC底层，它负责物理介质的传输标识网络中的设备；帧同步，和数据帧的传输网络接口层即保证数据帧的正确传输；差的主要功能包括物理寻址、帧错控制，即检测和纠正数据帧同步、差错控制等的错误；流量控制，即控制数据帧的发送速率，防止网络拥塞常用技术3网络接口层常用的技术包括以太网、、蓝牙等以太网是局域网Wi-Fi中最常用的技术，用于无线网络连接，蓝牙用于短距离无线通信Wi-Fi网际层对应模型的网络层OSI网际层是模型的核心层，它负责数据包的路由，即将数TCP/IP据包从源主机发送到目标主机网际层的主要功能包括寻址IP、路由选择、拥塞控制等协议详解IP协议是网际层最核心的协议，它定义了地址的格式、数据IP IP包的结构、路由选择的规则等协议分为和两个版本IP IPv4IPv6，使用位地址，使用位地址IPv432IPv6128协议ICMP网际层还包括协议，它用于在主机、路由器之间传递控ICMP IP制消息协议可以用于错误报告、网络诊断等ICMP传输层协议协议端口号TCP UDP是一种面向连接的、可靠的传输是一种面向无连接的、不可靠的传输层使用端口号来标识不同的应用TCP UDP协议，它提供可靠的、有序的、无差传输协议，它提供简单的、快速的、程序端口号是一个位的整数，范16错的数据传输服务协议使用三无保证的数据传输服务协议没围从到常用的端口号包括TCP UDP065535次握手建立连接，使用四次挥手断开有连接建立和断开的过程，没有流量的端口、的端口、HTTP80HTTPS443连接，使用滑动窗口实现流量控制，控制和拥塞控制，适用于对实时性要的端口、的端口等FTP21SMTP25使用拥塞控制算法防止网络拥塞求较高的应用应用层常见协议介绍与模型的对应关系12OSI应用层是模型的最高模型的应用层对应TCP/IP TCP/IP层，它负责提供网络应用服模型的会话层、表示层OSI务，即为用户提供各种网络和应用层模型将这TCP/IP应用，如网页浏览、电子邮些层次的功能集成到应用层件、文件传输等常见的应中，简化了网络架构用层协议包括、HTTP HTTPS、、、、FTP SMTPDNSDHCP等实际应用3应用层协议是网络应用的基础，所有的网络应用都基于应用层协议进行开发和部署理解应用层协议对于网络工程师来说至关重要，它是网络应用的基石五层参考模型结合和的优点各层简介教学应用OSI TCP/IP五层参考模型是一种综合了模型物理层负责物理介质的传输；数据链五层参考模型常用于网络教学中，因OSI和模型的优点的一种网络架构路层负责数据帧的传输；网络层负责为它更加清晰和易于理解通过学习TCP/IP模型它将网络通信划分为五个层次数据包的路由；传输层负责端到端的五层参考模型，可以更好地理解网络物理层、数据链路层、网络层、传可靠传输；应用层负责提供网络应用协议的工作原理和层次结构输层和应用层五层参考模型更加清服务晰和易于理解第三部分网络协议详解本部分将详细介绍各种网络协议，包括协议、协议、协议、协议、协议、协议、协议、IP TCPUDP HTTP HTTPS DNSDHCP ARP协议、协议、协议和协议等通过对这些协议的学习，可以更好地理解网络通信的原理和实现方式，为后续ICMP FTPSMTP深入学习网络技术打下坚实的基础什么是网络协议？定义作用分类网络协议是指在计算机网络中，为了网络协议的作用是保证不同设备之间网络协议可以按照不同的标准进行分实现不同设备之间的通信和数据交换的通信能够顺利进行，实现数据的可类，例如，按照功能可以分为传输协而制定的一系列规则、标准和约定靠传输和共享网络协议是网络通信议、路由协议、应用协议等；按照层网络协议定义了数据传输的格式、顺的基础，所有的网络应用都依赖于网次可以分为物理层协议、数据链路层序、速率、差错控制等络协议协议、网络层协议、传输层协议、应用层协议等协议IPIPv4是互联网协议的第四个版本，它使用位地址，可以提供大约IPv432亿个地址是目前互联网上使用最广泛的协议，但由于43IP IPv4IP地址资源的耗尽，正在逐渐取代IPv6IPv4IPv6是互联网协议的第六个版本，它使用位地址，可以提供几IPv6128乎无限的地址具有更高的安全性、更好的支持和更强IP IPv6QoS的移动性，是未来互联网的发展方向地址分配地址的分配由互联网地址分配机构（）负责，将地址IP IANAIANA IP分配给各个区域互联网注册机构（），再将地址分配给各RIR RIRIP个，最后将地址分配给用户ISP ISPIP协议TCP三次握手四次挥手流量控制协议使用三次握手建立连接，即协议使用四次挥手断开连接，即协议使用滑动窗口实现流量控制TCP TCPTCP客户端发送包，服务器回复客户端发送包，服务器回复包，即接收方根据自己的接收能力，通SYN FIN ACK包，客户端发送包三，服务器发送包，客户端回复知发送方发送数据的速率，防止发送SYN+ACK ACKFINACK次握手保证了连接的可靠性包四次挥手保证了连接的正常断开方发送过多的数据导致接收方缓冲区溢出协议UDP特点应用场景12协议是一种面向无连接协议适用于对实时性要UDP UDP的、不可靠的传输协议，它求较高的应用，如视频直播具有简单、快速、无保证的、在线游戏、等这些VoIP特点协议没有连接建应用对数据的可靠性要求不UDP立和断开的过程，没有流量高，但对数据的传输速度要控制和拥塞控制，适用于对求很高实时性要求较高的应用与的比较3TCP协议提供可靠的、有序的、无差错的数据传输服务，适用于TCP对可靠性要求较高的应用；协议提供简单的、快速的、无保UDP证的数据传输服务，适用于对实时性要求较高的应用协议HTTP版本演进协议经历了从到再到和的HTTP HTTP/

0.9HTTP/

1.0HTTP/

1.1HTTP/

2.0发展过程只支持简单的请求，增加了HTTP/

0.9GET HTTP/

1.0，支持持久连接和管道化，支持多路复用Header HTTP/

1.1HTTP/

2.0和压缩Header请求响应模型-协议采用请求响应模型，即客户端发送请求，服务器接HTTP-HTTP收到请求后，返回响应请求包括请求方法、、HTTPHTTPURL和，响应包括状态码、和Header BodyHTTP HeaderBody常见状态码协议定义了大量的状态码，用于表示服务器对请求的处理结HTTP果常见的状态码包括（成功）、（未找到）、（服200404500务器内部错误）等协议HTTPS安全机制与的区别SSL/TLS HTTP协议是一种安全的协议，协议是一种安全的传输协议协议与协议的主要区别在HTTPS HTTPSSL/TLS HTTPSHTTP它通过协议对数据进行加密，它提供身份验证、加密和数据完整于协议使用了协议对数SSL/TLS HTTPSSSL/TLS，保证数据的安全性协议可性保护协议使用数字证书据进行加密，保证数据的安全性HTTPSSSL/TLS以防止数据被窃听、篡改和伪造进行身份验证，使用对称加密算法对协议的端口号是，协HTTPS443HTTP数据进行加密，使用哈希函数保证数议的端口号是80据的完整性协议DNS域名解析过程记录类型缓存机制123协议用于域名解析，即将域名转换协议定义了多种记录类型，用于存协议使用了缓存机制，即将域名解DNS DNS DNS为地址域名解析的过程包括递归查储不同的信息常见的记录类型包括析的结果缓存起来，以便下次查询时IP A询和迭代查询递归查询是指客户端记录（地址）、记录（别名可以直接返回结果，提高域名解析的IP CNAME向服务器发送请求，服务器负）、记录（邮件服务器）等速度缓存可以分为客户端缓存、DNS DNSMX DNS责完成域名解析；迭代查询是指客户本地服务器缓存和权威服务器DNS DNS端向多个服务器发送请求，每个缓存DNS服务器只返回下一个服务器的DNSDNS地址协议DHCP动态主机配置工作原理租约更新协议用于动态主机配置，即自动为客户协议的工作原理包括、协议使用租约机制管理地址的分配，DHCP DHCP DHCP DiscoverDHCP IP端分配地址、子网掩码、网关地址和服、和四个即每个地址都有一个租约时间，客户端需IP DNSDHCP Offer DHCP Request DHCP ACKIP务器地址协议可以简化网络管理，提步骤客户端发送广播包，服要在租约到期前更新租约客户端可以在租DHCPDHCPDiscover高地址的利用率务器回复包，客户端发送约到期前一半时间发送包更新IP DHCPOfferDHCPDHCP Request包，服务器回复包租约，服务器可以拒绝更新租约，客户端需RequestDHCPACK要重新获取地址IP协议ARP地址解析工作流程缓存ARP协议用于地址解析，即将地址协议的工作流程包括协议使用了缓存，即将地址ARP IPARP ARPRequest ARPARP IP转换为地址协议用于在局和两个步骤客户端发送和地址的对应关系缓存起来，以MAC ARPARP ReplyMAC域网内找到目标主机的地址，以广播包，目标主机回复便下次查询时可以直接返回结果，提MAC ARPRequest便进行数据传输包高地址解析的速度缓存有一定ARP ReplyARP的有效期，过期后需要重新进行地址解析协议ICMP错误报告网络诊断12协议用于错误报告，即当协议可以用于网络诊断，ICMP ICMP网络发生错误时，路由器或主例如，命令就是使用ping ICMP机可以发送消息通知源主协议发送消息，ICMP EchoRequest机消息可以用于诊断网目标主机回复消息ICMP EchoReply络故障，例如，目标主机不可，用于测试网络的连通性达、端口不可达等命令也是使用traceroute ICMP协议，用于跟踪数据包的传输路径常见消息类型3ICMP协议定义了多种消息类型，用于表示不同的错误或诊断信息常ICMP见的消息类型包括、、ICMP EchoRequest EchoReply Destination、等Unreachable TimeExceeded协议FTP文件传输协议用于文件传输，即客户端可以从服务器下载文件，也可以将文FTP件上传到服务器协议使用协议进行数据传输，提供可靠的文件FTP TCP传输服务主动模式与被动模式协议有两种工作模式主动模式和被动模式在主动模式下，客户FTP端连接服务器的端口，服务器主动连接客户端的指定端口；在被动模21式下，客户端连接服务器的端口，服务器告诉客户端一个端口号，客21户端主动连接服务器的指定端口被动模式可以解决客户端位于防火墙后的问题安全性考虑协议在传输数据时不进行加密，存在安全风险建议使用或FTP SFTP协议进行文件传输，是基于的文件传输协议，是基于FTPS SFTPSSH FTPS的协议，可以提供安全的文件传输服务SSL/TLS FTP协议SMTP邮件发送工作流程与的关系POP3/IMAP协议用于邮件发送，即客户端协议的工作流程包括连接建立协议用于邮件发送，和SMTP SMTPSMTP POP3可以使用协议将邮件发送到邮、身份验证、邮件发送和连接断开四协议用于邮件接收协议SMTP IMAPPOP3件服务器协议使用协议进个步骤客户端连接服务器的端口将邮件下载到客户端，客户端可以离SMTP TCP25行数据传输，提供可靠的邮件发送服，进行身份验证，发送邮件内容，然线阅读邮件；协议将邮件存储IMAP务后断开连接在服务器上，客户端可以在线阅读邮件第四部分网络安全本部分将介绍网络安全的基本概念、主要威胁和常用技术通过对网络安全知识的学习，可以提高网络安全意识，掌握网络安全技术，保护网络资源免受攻击和破坏网络安全概述重要性主要威胁网络安全至关重要，随着互联网网络安全面临的主要威胁包括病的普及，网络安全事件频发，给毒、木马、蠕虫、黑客攻击、网个人、企业和社会带来了巨大的络钓鱼、攻击等这些威胁DDoS损失保护网络安全是每个人的可以导致数据泄露、系统崩溃、责任服务中断等安全原则网络安全需要遵循一定的原则，包括最小权限原则、纵深防御原则、及时更新原则、定期备份原则等最小权限原则是指只授予用户完成任务所需的最小权限；纵深防御原则是指采用多层安全措施，防止攻击者突破一层安全措施后直接攻击目标；及时更新原则是指及时更新操作系统和应用程序的安全补丁，防止漏洞被利用；定期备份原则是指定期备份重要数据，防止数据丢失加密技术对称加密对称加密是指加密和解密使用相同的密钥对称加密算法的优点是速度快，缺点是密钥管理困难常用的对称加密算法包括、DES等AES非对称加密非对称加密是指加密和解密使用不同的密钥，即公钥和私钥公钥可以公开，私钥必须保密非对称加密算法的优点是密钥管理简单，缺点是速度慢常用的非对称加密算法包括、等RSA ECC哈希函数哈希函数是将任意长度的数据转换为固定长度的哈希值的函数哈希函数具有单向性，即无法从哈希值反推出原始数据哈希函数可以用于数据完整性校验、密码存储等常用的哈希函数包括、、等MD5SHA-1SHA-256防火墙类型工作原理配置策略防火墙可以分为硬件防火墙和软件防防火墙通过检查网络流量，根据预定防火墙的配置策略应该根据实际需求火墙硬件防火墙是专门的网络安全义的规则，允许或拒绝流量通过防进行制定，一般遵循最小权限原则，设备，具有高性能和高可靠性；软件火墙可以根据源地址、目标地址即只允许必要的流量通过，拒绝其他IP IP防火墙是在操作系统上安装的软件，、端口号、协议类型等进行过滤流量防火墙应该定期进行安全审计具有灵活性和低成本防火墙还可以，检查配置策略是否合理分为包过滤防火墙、状态检测防火墙和应用代理防火墙VPN虚拟专用网络技术12Tunneling是一种虚拟专用网络，它使用技术建立加VPN VPN Tunneling通过在公共网络上建立加密隧密隧道，即将数据包封装在另道，实现安全的数据传输一个数据包中，通过公共网络可以用于远程访问、数据传输技术可以隐VPNTunneling加密、绕过网络审查等藏数据的真实来源和目标，提高数据的安全性常见协议3VPN常见的协议包括、、、等VPN PPTPL2TP/IPsec OpenVPNWireGuard是一种简单的协议，安全性较低；是一种安全的PPTP VPNL2TP/IPsec协议，但配置复杂；是一种开源的协议，安全性高，VPN OpenVPNVPN配置灵活；是一种新型的协议，具有高性能和高安全性WireGuard VPN入侵检测系统（）IDS网络型IDS网络型（）部署在网络的关键节点上，通过监听网络流量IDS NIDS，检测是否存在恶意攻击可以检测到网络中的异常流量和NIDS攻击行为，例如，端口扫描、攻击等DDoS主机型IDS主机型（）部署在主机上，通过监控主机的系统日志、文IDS HIDS件变化、进程活动等，检测是否存在恶意攻击可以检测到HIDS主机上的恶意软件和入侵行为误报与漏报存在误报和漏报的问题误报是指将正常流量或行为误判IDS IDS为恶意攻击；漏报是指未能检测到恶意攻击减少误报和漏报IDS是的重要目标IDS第五部分网络性能与优化本部分将介绍网络性能的指标、影响因素和优化方法通过对网络性能的学习，可以提高网络性能，提高用户体验网络性能指标带宽延迟吞吐量丢包率带宽是指网络的最大传输延迟是指数据从源主机发吞吐量是指网络实际传输丢包率是指网络传输过程速率，单位是（比特每送到目标主机所需的时间数据的速率，单位是中丢失的数据包的比例，bps bps秒）带宽越大，网络传，单位是毫秒（）延吞吐量受到多种因素的影单位是百分比（）丢ms%输数据的速度越快带宽迟越小，网络响应速度越响，例如，带宽、延迟、包率越小，网络传输的可受到多种因素的影响，例快延迟受到多种因素的丢包率等吞吐量是衡量靠性越高丢包率受到多如，网络设备、传输介质影响，例如，传输距离、网络性能的重要指标种因素的影响，例如，网等网络拥塞等络拥塞、设备故障等网络拥塞控制原因检测方法控制策略123网络拥塞是指网络中的数据流量超常用的网络拥塞检测方法包括检常用的网络拥塞控制策略包括流过了网络的承载能力，导致数据包测数据包的延迟、丢包率和队列长量整形、拥塞避免和拥塞控制流的延迟增加、丢包率升高，网络性度当数据包的延迟和丢包率超过量整形是指调整数据流量的速率，能下降网络拥塞的原因包括带宽阈值，或者队列长度超过阈值时，使其平滑；拥塞避免是指在网络拥不足、设备故障、流量突发等可以认为网络发生了拥塞塞发生前，采取措施避免拥塞；拥塞控制是指在网络拥塞发生后，采取措施缓解拥塞（服务质量）QoS定义实现机制应用场景是指网络为不同的应用提供不同的服务质量，常用的实现机制包括流量分类、流量整形、广泛应用于各种网络应用中，例如，、视QoS QoS QoS VoIP例如，为实时应用提供低延迟、高带宽的服务，为拥塞避免和拥塞控制流量分类是指将不同的应用频会议、在线游戏等这些应用对网络性能要求较非实时应用提供高可靠性、低成本的服务可流量划分为不同的类别，例如，语音流量、视频流高，需要提供保障QoSQoS以提高用户体验，优化网络资源利用率量、数据流量等；流量整形是指调整数据流量的速率，使其平滑；拥塞避免是指在网络拥塞发生前，采取措施避免拥塞；拥塞控制是指在网络拥塞发生后，采取措施缓解拥塞负载均衡概念算法硬件与软件实现负载均衡是指将网络流量分发到多个常用的负载均衡算法包括轮询、加负载均衡可以通过硬件和软件实现服务器上，以提高网络的性能和可靠权轮询、最小连接数、加权最小连接硬件负载均衡是指使用专门的负载均性负载均衡可以防止单个服务器过数、等轮询是指将流量依次衡设备，例如，、等；软件IP HashF5Citrix载，提高网络的可用性分发到每个服务器上；加权轮询是指负载均衡是指使用软件实现负载均衡根据服务器的权重，将流量分发到每，例如，、等硬件负Nginx HAProxy个服务器上；最小连接数是指将流量载均衡具有高性能和高可靠性，但成分发到连接数最少的服务器上；加权本较高；软件负载均衡具有灵活性和最小连接数是指根据服务器的权重和低成本，但性能相对较低连接数，将流量分发到每个服务器上；是指根据客户端地址的哈IP HashIP希值，将流量分发到指定的服务器上网络监控监控指标常用工具12常用的网络监控指标包括常用的网络监控工具包括CPU利用率、内存利用率、磁盘、、、I/O Ping Traceroute Iperf、网络流量、连接数、延迟、、、Tcpdump WiresharkZabbix丢包率等通过监控这些指标、等和Nagios PingTraceroute，可以了解网络的运行状态，用于测试网络的连通性；Iperf及时发现和解决问题用于测试网络的带宽；和用于抓包Tcpdump Wireshark分析；和用于实时Zabbix Nagios监控网络状态日志分析3日志分析是指分析网络设备的日志，例如，路由器日志、交换机日志、防火墙日志等，以了解网络的安全状态和运行状态日志分析可以发现潜在的安全威胁和性能问题第六部分新兴网络技术本部分将介绍新兴的网络技术，包括软件定义网络（）、网络功能虚拟化（）、网络、物联网（）和边缘计SDN NFV5G IoT算等通过对这些技术的学习，可以了解网络技术的发展趋势，为未来的网络建设做好准备软件定义网络（）SDN概念架构优势是一种新型的网络架构，它将网络的控的架构包括三个层次应用层、控制层的优势包括集中控制、灵活管理、自SDN SDNSDN制平面和数据平面分离，通过集中式的控和数据层应用层负责提供网络应用服务动化部署、开放接口、降低成本等可SDN制器实现对网络的灵活控制和管理可；控制层负责控制和管理网络设备；数据以简化网络管理，提高网络资源利用率，SDN以简化网络管理，提高网络资源利用率，层负责数据包的转发控制层和数据层之加速新业务的部署，降低网络建设和维护加速新业务的部署间通过协议进行通信成本OpenFlow网络功能虚拟化（）NFV定义与的关系应用案例SDN是一种新型的网络架构，它将网和是两种不同的网络架构，广泛应用于各种网络应用中，例NFV NFV SDN NFV络功能从专用的硬件设备中分离出来但它们可以相互配合，共同提高网络如，虚拟防火墙、虚拟负载均衡、虚，使用通用的服务器和虚拟化技术实的性能和灵活性负责控制和管拟路由器等可以降低网络建设SDN NFV现网络功能的部署和管理可以理网络设备，负责实现网络功能和维护成本，提高网络资源的利用率NFV NFV降低网络建设和维护成本，提高网络可以使用实现灵活的网络，加速新业务的部署NFVSDN资源的利用率，加速新业务的部署功能部署和管理网络5G特点架构应用场景123网络是第五代移动通信网络，具网络的架构包括接入网、核心网网络广泛应用于各种应用场景中5G5G5G有高速率、低延迟、大连接的特点和承载网接入网负责无线信号的，例如，增强现实（）、虚拟现AR网络的速率可以达到级别传输；核心网负责数据路由和控制实（）、自动驾驶、物联网（5G GbpsVR IoT，延迟可以低至，连接数可以达；承载网负责数据传输网络采）等网络的高速率、低延迟和1ms5G5G到每平方公里百万级别用了和技术，可以实现灵活大连接可以满足这些应用的需求SDN NFV的网络部署和管理物联网（）IoT概念协议栈安全挑战物联网是指将各种物理设备连接到互联网上，实物联网的协议栈包括物理层、数据链路层、网络物联网面临着许多安全挑战，例如，设备安全、现设备之间的互联互通和数据交换物联网可以层、传输层和应用层物理层负责无线信号的传数据安全、网络安全等物联网设备数量巨大，实现智能化控制、自动化管理和远程监控输；数据链路层负责数据帧的传输；网络层负责安全防护能力较弱；物联网数据涉及个人隐私和数据包的路由；传输层负责端到端的可靠传输；商业机密；物联网网络连接复杂，容易受到攻击应用层负责提供物联网应用服务常用的物联网保障物联网安全是至关重要的协议包括、、等MQTT CoAPLoRaWAN边缘计算定义优势与云计算的关系边缘计算是指将计算和存储资源部署边缘计算的优势包括低延迟、高带边缘计算和云计算是两种互补的技术在网络的边缘，靠近数据源，以减少宽、安全性、可靠性等边缘计算可云计算负责处理大规模、非实时的数据传输延迟，提高应用响应速度以减少数据传输延迟，提高应用响应数据；边缘计算负责处理小规模、实边缘计算可以满足实时性、低延迟和速度；边缘计算可以提供高带宽，满时的数据边缘计算可以将部分计算安全性的需求足高流量应用的需求；边缘计算可以任务卸载到边缘节点，减轻云计算中提高数据安全性，减少数据泄露的风心的压力云计算和边缘计算可以协险；边缘计算可以提高应用的可靠性同工作，共同提高网络的性能和灵活，即使网络连接中断，应用也可以继性续运行第七部分网络架构设计实践本部分将介绍网络架构设计的实践方法，包括网络需求分析、网络拓扑设计、地址规划和网络服务配置等通过对网络IP架构设计实践的学习，可以掌握网络设计的基本技能，为实际的网络建设做好准备网络需求分析业务需求性能需求12业务需求是指网络需要满性能需求是指网络需要达足的业务功能，例如，网到的性能指标，例如，带页浏览、文件传输、电子宽、延迟、吞吐量、丢包邮件、视频会议等不同率等性能需求受到业务的业务需求对网络性能的需求和用户数量的影响，要求不同，需要进行详细需要进行详细的分析和评的分析和评估估安全需求3安全需求是指网络需要提供的安全保障，例如，身份验证、访问控制、数据加密、入侵检测等安全需求受到业务需求和法律法规的影响，需要进行详细的分析和评估网络拓扑设计设计原则网络拓扑设计需要遵循一定的原则，例如，可靠性、可用性、可扩展性、安全性、经济性等可靠性是指网络能够稳定运行；可用性是指网络能够随时提供服务；可扩展性是指网络能够легко增加或减少设备；安全性是指网络能够防止未经授权的访问；经济性是指网络的建设和维护成本较低常见模式常见的网络拓扑模式包括星型拓扑、环型拓扑、总线型拓扑、树型拓扑和网状拓扑不同的拓扑模式适用于不同的应用场景，需要根据实际需求进行选择案例分析通过案例分析，可以了解不同拓扑模式的优缺点，掌握网络拓扑设计的基本方法例如，企业网络通常采用星型拓扑，数据中心网络通常采用网状拓扑地址规划IP子网划分私有地址与公网地址VLSM子网划分是指将一个大的网络划分是指可变长度子网掩码，它允地址分为私有地址和公网地址私IP VLSM IP为多个小的网络，以提高地址的许在同一个网络中使用不同长度的有地址只能在局域网内使用，不能直IP IP IP利用率和网络的安全性子网划分需子网掩码，以更加灵活地分配地址接访问互联网；公网地址可以在互联IP要根据实际需求进行规划，常用的方可以提高地址的利用率，减网上使用，可以直接访问互联网私VLSMIP法包括固定长度子网划分和可变长度少地址的浪费有地址和公网地址之间需要通过IP NAT子网划分技术进行转换网络服务配置服务器服务器1DHCP2DNS服务器用于自动为客户服务器用于域名解析，即DHCP DNS端分配地址、子网掩码、网将域名转换为地址服IPIPDNS关地址和服务器地址务器可以提高用户访问网站的DNS服务器可以简化网络管速度，简化用户的使用DHCP DNS理，提高地址的利用率服务器的配置需要根据实际需IP服务器的配置需要根据求进行规划DHCP实际需求进行规划代理服务器3代理服务器是指位于客户端和服务器之间的服务器，它可以代理客户端访问服务器，也可以代理服务器访问客户端代理服务器可以提高网络的安全性，缓存数据，加速访问速度网络优化与故障排除性能优化方法常见故障分析排错工具使用常用的网络性能优化方法包括调整网络设常见的网络故障包括网络不通、速度慢、常用的网络排错工具包括、PingTraceroute备的配置、优化网络拓扑结构、升级网络设丢包率高、延迟大等网络故障的原因可能、、、等和Iperf Tcpdump Wireshark Ping备、使用技术、使用负载均衡技术等包括网络设备故障、线路故障、配置错误用于测试网络的连通性；用于QoS TracerouteIperf网络性能优化需要根据实际情况进行分析和、病毒攻击等需要根据实际情况进行分析测试网络的带宽；和用于TcpdumpWireshark调整和判断抓包分析熟练掌握这些工具的使用可以快速定位和解决网络故障总结与展望课程回顾网络技术发展趋势学习建议本课程介绍了网络架构与协议的基本网络技术正朝着高速、智能、安全和建议学员在学习网络知识的过程中，概念、核心原理和关键技术，包括绿色的方向发展、物联网、边缘注重理论与实践相结合，多做实验，5G七层模型、四层模型、常计算、人工智能和区块链等新兴技术多参与项目，不断提高自己的技术水OSITCP/IP用网络协议、网络安全、网络性能优将深刻改变网络的架构和应用模式平同时，要保持对新技术的学习热化和新兴网络技术等通过本课程的未来的网络将更加灵活、高效和可靠情，关注网络技术的发展动态，为未学习，学员可以系统地掌握网络知识，为人们的生活和工作带来更大的便来的职业发展做好准备体系，具备网络设计、配置和维护的利基本能力。