计算机网络教学课件计算机网络基础概述

计算机网络基础概述欢迎来到计算机网络基础课程！本课程旨在为您提供一个全面而深入的计算机网络知识体系我们将从最基本的概念入手，逐步深入到各种网络协议、技术以及应用通过本课程的学习，您将能够理解计算机网络的工作原理，掌握网络配置和管理的基本技能，为未来在领域的职业发展打下坚实的基础让我们一起探IT索这个充满挑战和机遇的网络世界吧！课程内容概览网络基础知识网络协议详解网络安全技术本部分将介绍计算机网络的基本概念、发我们将详细讲解地址、子网掩码、、本部分将介绍网络安全威胁类型、加密技IP CIDR展历史、网络类型和拓扑结构我们将学等核心概念，深入理解、、术、数字签名与证书、防火墙技术、VLSM DNSARP VPN习七层模型和协议族，为后续、等重要协议的工作原理技术以及入侵检测系统OSI TCP/IP DHCPNAT IDS深入学习奠定基础什么是计算机网络定义基本概念网络的重要性计算机网络是由若干台计算机互联而成的网络协议、地址、地址、端口、网络是现代社会的基础设施，它连接了世IP MAC集合，通过一定的通信协议实现资源共享带宽等是计算机网络中的基本概念，理解界各地的人们，促进了经济发展，推动了和信息传递它们对于学习网络至关重要科技进步计算机网络的发展历史的诞生1ARPANET年，美国国防部高级研究计划局建立了，1969ARPA ARPANET这是世界上第一个分组交换网络，也是互联网的雏形互联网的兴起2世纪年代，协议的标准化以及万维网的出现，2080TCP/IP WWW推动了互联网的快速发展，使其成为全球性的网络移动互联网时代3随着智能手机的普及和移动通信技术的发展，移动互联网成为人们生活中不可或缺的一部分，改变了人们的交流和获取信息的方式网络的类型局域网广域网LAN WAN局域网是指在小范围内（如家庭、广域网是指覆盖范围广阔的网络，办公室、学校）连接计算机和其可以跨越城市、国家甚至全球，他设备的网络，通常使用以太网互联网就是最大的广域网技术城域网MAN城域网是指覆盖一个城市范围的网络，通常由电信运营商或大型企业建设和维护网络拓扑结构总线型星型环型所有设备连接到同一条总线上，结构简单，所有设备连接到一个中心节点，易于管理和所有设备连接成一个环状，数据在环中单向但可靠性较低维护，但中心节点故障会影响整个网络传输，可靠性较高，但维护复杂网络设备介绍路由器交换机集线器路由器是连接不同网络的设备，根据地交换机是在局域网内连接计算机的设备，集线器是一种简单的网络设备，将所有连IP址转发数据包，实现网络互联互通根据地址转发数据帧，提高网络传输接的设备连接到同一个冲突域，效率较低，MAC效率已逐渐被交换机取代七层模型概述OSI应用层1表示层2会话层3传输层4网络层5七层模型是一个概念模型，将计算机网络协议划分为七个不同的层次，每一层负责不同的功能，简化了网络协议的设计和实现物理OSI层、数据链路层是基础，而网络层、传输层、会话层、表示层、应用层则在不同抽象层级提供服务，实现了网络的模块化和标准化物理层功能与作用传输介质物理层是模型的最低层，负责在物理介质上传输原始比特流，常用的传输介质包括双绞线、光纤、同轴电缆等，不同的传输介OSI包括电压、频率、数据传输速率等物理特性质具有不同的传输速率和抗干扰能力数据链路层功能与作用数据链路层负责在相邻节点之间可靠地传输数据帧，提供差错检测和纠正功能帧的概念帧是数据链路层的数据单元，包含源地址、目的地址、MAC MAC数据和校验和等信息地址MAC每个网络设备都有一个唯一的地址，用于在局域网内标识MAC设备网络层功能与作用地址12IP网络层负责在不同网络之间路地址是网络层用于标识设备IP由数据包，实现网络互联互通的地址，分为和两种IPv4IPv6主要通过协议实现类型理解协议至关重要IP IP路由选择3网络层需要根据路由表选择最佳路径，将数据包发送到目标网络路由协议在其中起着关键作用传输层功能与作用与TCP UDP传输层负责在应用程序之间提供可靠的或不可靠的数据传输服务，提供面向连接的可靠传输服务，提供无连接的不可靠传TCP UDP主要协议包括和输服务，各有应用场景TCP UDP会话层功能与作用会话层负责建立、管理和终止应用程序之间的会话连接，提供会话管理服务会话管理会话层可以实现身份验证、授权、会话恢复等功能，保证会话的安全性应用实例远程登录、视频会议等应用需要会话层的支持表示层功能与作用数据格式转换12表示层负责数据的格式转换、不同的应用程序可能使用不同加密解密、压缩解压缩等功能，的数据格式，表示层可以将数保证应用程序能够理解数据据转换为统一的格式加密解密3表示层可以对数据进行加密，保证数据传输的安全性应用层功能与作用常见应用层协议应用层是模型的最高层，为应用程序提供网络服务，如、用于网页浏览，用于文件传输，用于电子邮件发OSI HTTPHTTP FTP SMTP、等送，用于域名解析FTPSMTPDNS协议族概述TCP/IP应用层1传输层2网际层3网络接口层4协议族是互联网的基础协议，包括网络接口层、网际层、传输层和应用层，每一层负责不同的功能，共同实现网络通信它是实际TCP/IP应用中的标准，与理论化的模型有所不同，但两者互为补充，共同促进了网络技术的发展OSI网络接口层以太网协议以太网是局域网中最常用的协议，使用地址进行寻址，通MAC过机制避免冲突CSMA/CD地址MAC地址是网络设备的物理地址，用于在局域网内唯一标识设MAC备CSMA/CD载波侦听多路访问冲突检测是一种避免冲突的机制，/CSMA/CD在发送数据前先侦听信道是否空闲网际层协议协议IP ICMP协议是网际层最核心的协议，负责在不同网络之间路由数据包，协议用于在网络中传递控制信息，如命令就是基于IP ICMPIP Ping实现网络互联互通协议实现的ICMP传输层协议详解三次握手滑动窗口1TCP23协议提供面向连接的可靠传输服三次握手是建立连接的过程，包滑动窗口是一种流量控制机制，接收TCP TCP务，通过三次握手建立连接，通过滑括、、三个步骤方可以根据自己的处理能力调整发送SYN SYN-ACK ACK动窗口机制实现流量控制和拥塞控制方的发送速率传输层协议详解应用场景UDP协议提供无连接的不可靠传输服务，传输效率高，但不能保视频直播、在线游戏等应用通常使用协议，因为这些应用对UDP UDP证数据的可靠性，适合实时性要求高的应用实时性要求高，可以容忍一定程度的数据丢失应用层协议HTTP协议是用于网页浏览的应用层协议，基于协议，使用HTTP TCP请求响应模式进行通信-协议HTTPS协议是协议的安全版本，通过加密数据，HTTPS HTTPSSL/TLS保证数据传输的安全性RESTful API是一种设计风格，使用协议进行资源操作，RESTful APIHTTP具有简单、灵活、可扩展等优点应用层协议主动模式1FTP2协议用于文件传输，基于在主动模式下，客户端发送FTP协议，提供上传和下载文命令到服务器，服务器TCP PORT件的功能主动连接客户端的数据端口被动模式3在被动模式下，服务器发送命令到客户端，客户端连接服务器的PASV数据端口应用层协议协议协议SMTP POP3IMAP协议用于电子邮件发送，基于协议用于电子邮件接收，客户端从协议用于电子邮件接收，客户端在SMTP TCPPOP3IMAP协议，使用命令进行加密服务器下载邮件到本地服务器上管理邮件，可以实现多设备同步STARTTLS地址详解IP地址结构IPv4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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1.1网络地址网络地址用于标识一个网络，如表示

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1.0/

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1.0网络，子网掩码为

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255.0主机地址主机地址用于标识网络中的一台设备，如表示

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1.1网络中的第一台设备

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1.0地址分类IP类地址类地址类地址A BC类地址的网络地址占位，主机地址占类地址的网络地址占位，主机地址占类地址的网络地址占位，主机地址占A824B16C248位，适用于大型网络，数量较少位，适用于中型网络，数量适中位，适用于小型网络，数量最多16子网掩码概念子网掩码用于区分地址中的网络地址和主机地址，通常用点分IP十进制表示，如

255.

255.

255.0作用子网掩码可以划分子网，将一个大型网络划分为多个小型网络，提高网络利用率计算方法将地址和子网掩码进行与运算，可以得到网络地址例如，IP

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1.

1255.

255.

255.0=

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1.0与CIDR VLSM1无类域间路由CIDR2可变长子网掩码VLSM是一种更灵活的地址分CIDR IP配方案，使用斜线表示网络地VLSM允许在一个网络中使用址的位数，如

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1.0/24不同的子网掩码，提高IP地址利用率，满足不同规模网络的需求地址聚合3可以进行地址聚合，将多个连续的网络地址合并成一个更大的网络CIDR地址，减少路由表的条目简介IPv6特点优势地址格式地址由位二进制数组成，可以提具有自动配置、更好的安全性、更高地址通常用十六进制表示，每位用IPv6128IPv6IPv616供更大的地址空间，解决地址耗尽的的传输效率等优势，是未来互联网的发展冒号分隔，如IPv4问题方向2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334系统DNS域名解析过程递归查询迭代查询系统负责将域名转换为地址，使用用户计算机向本地服务器发送查询请本地服务器向根服务器查询，DNS IPDNS DNS DNS户可以通过域名访问网站，而无需记住复求，本地服务器再向其他服务根服务器返回下一级服务器的DNS DNS DNSDNS杂的地址器查询，直到找到对应的地址地址，本地服务器再向下一级IP IPDNSDNS服务器查询，直到找到对应的地址IP协议ARP地址解析协议工作原理1ARP2协议用于将地址转换为当一台计算机需要知道目标ARP IP IP地址，以便在局域网内进地址对应的地址时，会发MAC MAC行通信送广播请求，目标计算机ARP收到请求后会回复包含地MAC址的响应ARP缓存3ARP计算机维护一个缓存，存储地址和地址的对应关系，以减少ARP IPMAC广播的次数ARP协议DHCP动态主机配置协议工作流程DHCP协议用于自动分配地址、子网掩码、网关和服务器等客户端发送消息，服务器发送DHCP IPDNS DHCP DHCP DiscoverDHCPDHCP网络配置信息，简化网络管理消息，客户端发送消息，服务器Offer DHCPDHCP RequestDHCP发送消息DHCP ACK技术NAT网络地址转换NAT技术用于将私有地址转换为公有地址，解决地址不NAT IPIP IPv4足的问题，同时可以提高网络安全性静态NAT静态将一个私有地址固定映射到一个公有地址NAT IPIP动态NAT动态将多个私有地址映射到少量的公有地址，可以节省NAT IPIP公有地址资源IP路由选择基础静态路由动态路由12静态路由是由管理员手动配置动态路由是由路由器自动学习的路由，简单易配置，但维护的路由，可以根据网络拓扑变复杂，适用于小型网络化自动调整路由，适用于大型网络默认路由3默认路由是当路由器找不到目标网络时使用的路由，通常指向互联网路由选择协议协议工作原理RIP协议是一种距离矢量路由协议，使用跳数作为度量值，最大跳路由器定期向邻居路由器发送路由更新信息，邻居路由器根据收RIP数为，适用于小型网络到的信息更新自己的路由表15路由选择协议协议OSPF协议是一种链路状态路由协议，使用链路状态信息作为度OSPF量值，可以更快地收敛，适用于大型网络区域划分协议可以将网络划分为多个区域，每个区域维护自己的链OSPF路状态数据库，减少路由更新的范围与DR BDR在广播网络中，协议会选举一个指定路由器和一个备OSPF DR份指定路由器，负责路由更新BDR路由选择协议协议号1BGP2AS协议是一种边界网关协议，每个自治系统都有一个唯一的BGP用于在自治系统之间交换路由号，用于标识自治系统AS信息，是互联网的核心路由协议路由策略3协议可以使用路由策略来控制路由的引入和导出，保证网络的稳定BGP性和安全性网络安全概述安全威胁类型安全目标常见的安全威胁包括病毒、木马、蠕虫、黑客攻击、拒绝服务攻网络安全的目标是保证数据的机密性、完整性和可用性，防止未击、数据泄露等经授权的访问和破坏加密技术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，如、等AES DES非对称加密非对称加密使用不同的密钥进行加密和解密，公钥用于加密，私钥用于解密，密钥管理简单，但速度慢，如、等RSA ECC哈希算法哈希算法将任意长度的数据转换为固定长度的哈希值，用于验证数据的完整性，如、等MD5SHA数字签名与证书数字签名数字证书12数字签名使用私钥对数据进行数字证书由证书颁发机构CA签名，使用公钥验证签名，用颁发，包含公钥、身份信息和于验证数据的完整性和身份签名，用于验证网站或软件的身份证书链3证书链是由多个证书组成的链条，用于验证证书的有效性，根证书是链条的起点防火墙技术防火墙包过滤防火墙状态检测防火墙防火墙是一种网络安全设备，用于控制网包过滤防火墙根据源地址、目的地址、状态检测防火墙可以跟踪网络连接的状态，IPIP络流量，阻止未经授权的访问，保护内部端口号等信息过滤数据包根据连接状态过滤数据包网络的安全技术VPN虚拟专用网络VPN IPsecVPN SSL VPN技术用于在公共网络上建立安全的是一种基于协议的安全协议，是一种基于协议的安VPN IPsecVPN IPSSLVPNSSL/TLS私有连接，保护数据传输的机密性和完整提供端到端的加密和身份验证全协议，使用浏览器进行连接，易于部署性和使用入侵检测系统IDS入侵检测系统基于特征的1IDS2IDS用于检测网络中的恶意活基于特征的使用已知的攻IDS IDS动，如入侵、病毒、木马等，击特征进行检测，可以快速检及时发出警报测已知的攻击基于异常的3IDS基于异常的通过学习正常网络行为，检测与正常行为不同的异常行IDS为无线网络基础技术安全协议Wi-Fi技术是一种无线局域网技术，使用协议，可以实是常用的安全协议，使用加密算法，提供更高的Wi-Fi IEEE

802.11WPA2Wi-Fi AES现高速无线网络连接安全性蓝牙技术蓝牙低功耗蓝牙应用场景蓝牙是一种短距离无线通信技术，用于连低功耗蓝牙是一种低功耗的蓝牙技蓝牙广泛应用于音频传输、数据传输、定BLE接手机、耳机、键盘、鼠标等设备术，适用于物联网设备位服务等领域移动通信网络13G24G是第三代移动通信技术，提是第四代移动通信技术，提3G4G供更高的数据传输速率，支持供更高的数据传输速率，支持视频通话和移动互联网高清视频和在线游戏35G是第五代移动通信技术，提供超高的数据传输速率、超低的延迟和超5G大的连接数，是未来移动通信的发展方向云计算概述IaaS PaaSSaaS基础设施即服务提供虚拟机、存储、平台即服务提供应用程序开发和运软件即服务提供完整的应用程序，IaaS PaaSSaaS网络等基础设施资源，用户可以自行部署行平台，用户无需关心基础设施的管理，用户无需安装和维护软件，通过网络即可和管理应用程序专注于应用程序的开发使用大数据与网络大数据大数据是指数据量巨大、数据类型多样、处理速度快的数据集合，需要使用专门的技术进行处理和分析网络流量分析通过分析网络流量数据，可以了解网络的使用情况、发现安全威胁、优化网络性能数据挖掘通过数据挖掘技术，可以从大数据中发现有价值的信息，为决策提供支持物联网简介IoT物联网传感器1IoT2物联网是指将各种物理设备连传感器用于采集物理世界的数接到互联网，实现设备之间的据，如温度、湿度、光照等互联互通和数据交换应用场景3物联网广泛应用于智能家居、智能交通、智能医疗、智能农业等领域网络性能指标带宽延迟吞吐量带宽是指网络的最大数据传输速率，单位延迟是指数据从发送端到接收端所需要的吞吐量是指单位时间内成功传输的数据量，为比特每秒时间，单位为毫秒单位为或包每秒bpsms bpspps网络测试工具Ping命令用于测试网络连通性，通过发送消Ping ICMP Echo Request息到目标地址，并接收消息来判断网络是否可ICMPEchoReply达Traceroute命令用于跟踪数据包的路由路径，显示数据包经过的Traceroute每个路由器的地址和延迟IPIperf是一个网络性能测试工具，可以测试网络的带宽、延迟和吞Iperf吐量网络故障排除基础故障排除步骤常用命令常见问题123网络故障排除通常包括以下步骤确常用的网络故障排除命令包括、常见的网络故障包括网络不通、速度Ping定故障现象、收集信息、分析原因、、、等慢、丢包、延迟高等Traceroute IpconfigIfconfig制定解决方案、实施解决方案、验证解决方案网络管理协议简介应用场景SNMP MIB简单网络管理协议是一种用于管管理信息库是使用的数据库，广泛应用于网络监控、性能管理、SNMPMIBSNMP SNMP理和监控网络设备的协议，可以收集设备存储了网络设备的各种信息故障管理等领域的信息、配置设备参数、监控设备状态网络虚拟化技术网络虚拟化网络虚拟化是指将物理网络资源虚拟化为多个逻辑网络，提高网络资源的利用率和灵活性VLAN虚拟局域网是一种常用的网络虚拟化技术，可以将一个VLAN物理局域网划分为多个逻辑局域网VXLAN虚拟可扩展局域网是一种网络技术，可以在数VXLANOverlay据中心实现大规模的网络虚拟化与SDN NFV软件定义网络网络功能虚拟化1SDN2NFV是一种新型的网络架构，是一种将网络功能虚拟化SDN NFV将控制平面与数据平面分离，为软件的技术，可以在通用硬实现网络的集中控制和灵活管件上运行，提高网络灵活性和理降低成本应用场景3和广泛应用于数据中心、云计算、网络等领域SDN NFV5G边缘计算边缘计算应用场景边缘计算是指将计算和存储资源部署在网络边缘，靠近数据源，边缘计算广泛应用于物联网、智能制造、自动驾驶等领域减少数据传输延迟，提高应用程序的响应速度网络特性与应用5G网络特性5G网络具有超高的数据传输速率、超低的延迟和超大的连接数5G应用场景网络广泛应用于增强现实、虚拟现实、自动驾驶、5G ARVR智能制造等领域网络切片网络切片是网络的关键技术，可以将一个物理网络划分为多5G个逻辑网络，满足不同应用的需求网络编程基础编程常用函数1Socket2编程是一种用于实现网常用的编程函数包括Socket Socket络通信的编程技术，可以使用、、、Socket BindListen或协议进行数据传输、、、TCP UDPAccept ConnectSend等Receive编程语言3常用的网络编程语言包括、、、等C C++Java Python网络新技术展望未来发展趋势新技术未来网络技术的发展趋势包括智能化、自动化、安全化、虚拟化、新兴的网络技术包括人工智能网络、区块链网络、量子网络等边缘化等课程总结恭喜您完成了计算机网络基础课程的学习！在本课程中，我们深入探讨了计算机网络的基本概念、协议和技术希望通过本课程的学习，您对计算机网络有了更全面和深入的理解，并能够将所学知识应用到实际工作中计算机网络是一个不断发展和变化的领域，希望您能够继续学习和探索，不断提升自己的技能和知识问答环节感谢您的参与！现在是问答环节，欢迎大家提出问题，我们将尽力解答计算机网络是一个涉及广泛、技术性强的领域，持续学习和实践是掌握这些知识的关键再次感谢大家的参与，期待在未来的学习和工作中与您共同进步！。