《高级计算机网络原理与应用课件》

高级计算机网络原理与应用课件课程介绍与学习目标课程介绍学习目标本课程将带领您深入探索计算机网络的奥秘，从基础概念到高级应用，为您打下坚实的网络理论基础计算机网络的发展历史早期的网络1从到的诞生，计算机网络的演进历程ARPANET Internet互联网的兴起2的出现，以及网络协议和技术的不断发展，推动了互联网的快WWW速发展移动互联网时代3移动设备的普及，以及无线网络技术的进步，开启了移动互联网时代未来网络趋势4七层参考模型回顾OSI应用层1提供用户直接使用的网络服务，例如HTTP、FTP表示层2负责数据格式转换和加密解密，确保不同系统之间的数据兼容性会话层3建立、管理和终止会话，确保网络连接的稳定性传输层4提供端到端的可靠数据传输，例如TCP和UDP网络层5负责网络寻址和路由，实现数据包在网络中的传输数据链路层6负责在网络设备之间建立和维护数据链路，保证数据帧的可靠传输物理层7协议族概述TCP/IP协议族协议层次结构TCP/IP一套网络协议的集合，是现代互分为四层应用层、传输层、网联网的基础络层和链路层主要协议网络协议的设计原则简洁性协议的设计应该尽可能简洁明了，易于理解和实现1可靠性协议应该保证数据传输的可靠性，避免数据丢失或错误2可扩展性协议应该能够适应未来网络的发展，并方便扩展新的功能地址结构与分类IPv4地址结构地址分类地址由位二进制数表示，分为网络号和主机号两部分根据网络号的位数，将地址分为类、类、类、类IPv432IPv4A BC D和类E的特点与优势IPv6地址空间扩展1地址空间更大，可以满足未来网络发展的需求IPv6安全性增强2协议提供了更强的安全机制，提高了网络数据的安全性IPv6简化网络配置3协议简化了网络配置，提高了网络管理效率IPv6支持多种网络类型4协议支持多种网络类型，例如无线网络、移动网络等IPv6向过渡技术IPv4IPv6双栈技术设备同时支持和协议，实现两种协议的共存IPv4IPv6隧道技术将数据包封装在数据包中，通过网络传输IPv6IPv4IPv4翻译技术将地址和地址进行相互翻译，实现两种协议之间的IPv4IPv6互通子网划分与技术CIDR子网划分技术CIDR将一个大的网络划分为多个小的子网无类别域间路由，利用地址块来表示络，提高网络效率子网，简化网络配置路由选择基本原理路由算法2根据路由表信息，选择最佳路由路径路由表1存储网络中各节点的路由信息路由协议用于在网络节点之间交换路由信息3静态路由配置方法配置步骤适用场景手动添加路由条目，指定目标网络和下一跳路由器适用于小型网络，网络拓扑结构相对稳定动态路由协议类型协议详解OSPF协议特点工作原理开放式最短路径优先，基于链路每个路由器维护一个链路状态数状态协议，支持多路径路由据库，并通过泛洪机制将链路状态信息广播到网络中优点收敛速度快，支持多路径路由，安全性高协议工作原理BGP协议BGP1边界网关协议，用于在不同自治系统之间交换路由信息工作原理2通过建立邻居关系，交换路由信息，并根据路由策略进行路径选择应用场景3用于互联网骨干网，实现不同运营商之间的路由互通路由优化技术12路径优化负载均衡选择最短、最快的路由路径，提高数将网络流量分散到多个路由器，减轻据传输效率网络压力3流量控制限制网络流量，避免网络拥塞协议深入分析TCP协议特点工作机制传输控制协议，提供面向连接、可靠的数据传输服务建立连接、数据传输、关闭连接，确保数据可靠传输流量控制机制TCP滑动窗口接收方告诉发送方可以接收的最大数据量，避免数据丢失确认应答接收方收到数据后，发送确认应答，保证数据已成功接收拥塞控制算法TCP慢启动初始阶段缓慢增加发送窗口大小，避免网络拥塞拥塞避免在网络接近拥塞时，调整发送窗口大小，避免出现拥塞快重传当数据丢失时，快速重新发送数据，提高数据传输效率快恢复当网络拥塞时，快速恢复发送窗口大小，提高数据传输效率协议与应用场景UDP协议特点应用场景用户数据报协议，提供无连接、不可靠的数据传输服务适用于实时性要求高、数据可靠性要求低的应用，例如语音通话、视频直播网络安全威胁分析数据泄露1敏感数据被窃取，造成隐私泄露或经济损失恶意攻击2攻击者利用网络漏洞进行攻击，例如病毒攻击、拒绝服务攻击网络诈骗3利用网络进行诈骗，例如钓鱼网站、网络盗窃数据加密技术对称加密使用相同的密钥进非对称加密使用不同的密钥12行加密和解密进行加密和解密数字签名利用私钥对数据进行签名，验证数据的完整性和真实性3对称加密算法DES AES数据加密标准，使用位密钥对数据进行加密高级加密标准，使用位、位或位密钥对数据进行56128192256加密非对称加密算法RSA1一种基于大数分解的非对称加密算法，广泛应用于数字签名和数据加密ECC2椭圆曲线密码学，一种新型的非对称加密算法，具有密钥长度短、安全性高的特点数字签名技术签名过程使用私钥对数据进行签名，生成数字签名验证过程使用公钥验证数字签名，确认数据的完整性和真实性协议详解SSL/TLS协议功能工作机制安全套接层传输层安全协议，通过加密、身份验证、完整性校/为网络通信提供安全保障验等机制，保护网络数据安全应用场景广泛应用于、等需要安全保障的网络应用HTTPS IM技术原理VPN工作原理2将用户设备连接到服务器，通过VPN加密隧道进行数据传输VPN1虚拟专用网络，通过建立安全通道，实现跨网络数据的安全传输应用场景适用于远程办公、跨境访问、网络安全3等场景防火墙配置策略策略配置策略类型定义防火墙的访问控制策略，控制网络流量的进出包括允许规则、拒绝规则、端口规则、规则等IP入侵检测系统系统功能1实时监控网络流量，识别和分析攻击行为检测机制2基于签名、异常检测、机器学习等技术进行攻击识别响应措施3记录攻击日志，发出警报，采取阻断等措施网络攻击防范安全意识提高安全意识，避免点击恶意链接，保护个人信息安全软件安装杀毒软件、防火墙等安全软件，保护设备安全定期更新及时更新操作系统和软件，修复安全漏洞高性能网络架构123网络设备网络拓扑网络优化使用高性能网络设备，例如高速交换机、采用合理的网络拓扑结构，例如星形拓对网络进行优化，例如调整网络参数、优路由器扑、环形拓扑化路由路径负载均衡技术技术原理负载均衡算法将网络流量分散到多个服务器，包括轮询算法、随机算法、最少减轻单台服务器的压力连接算法等应用场景适用于高并发访问、高可用性要求的应用场景内容分发网络CDNCDN1内容分发网络，将内容缓存到多个节点，加快内容访问速度工作原理2用户请求访问内容时，会优先访问最近的节点，降低网CDN络延迟优点3提高网站访问速度、降低网络负载、增强网站稳定性网络服务质量QoS机制QoS网络服务质量，保证网络服务质量，满足不同应用的需求通过优先级队列、带宽控制、流量整形等技术，实现保QoS障实时传输协议RTP协议功能1实时传输协议，用于传输实时数据，例如音频、视频工作原理2将数据封装成数据包，并使用协议进行传输RTP UDP应用场景3适用于语音通话、视频会议、直播等实时应用流媒体传输技术流媒体将多媒体数据以数据流的方式进行传输和播放传输协议使用、、等协议进行流媒体传输HTTP RTSPRTMP应用场景适用于视频点播、直播、音乐播放等应用网络架构P2P优点P2P对等网络，网络中的节点之间可提高网络效率、降低网络成本、以直接进行数据交换增强网络容错能力应用场景适用于文件共享、视频直播、在线游戏等应用分布式系统通信12消息队列RPC远程过程调用，让程序可以像调用本异步通信机制，用于解耦系统，提高地函数一样调用远程函数系统性能3分布式缓存将数据缓存到多个节点，提高数据访问速度云计算网络架构云计算网络架构将计算资源、存储资源、网络资源等整合起来，提供按需服务包括虚拟私有云、软件定义网络、云存储等技术虚拟化网络技术虚拟化1将物理硬件资源虚拟化，创建虚拟机和虚拟网络技术优势2提高资源利用率、降低成本、增强系统灵活性应用场景3适用于云计算、数据中心、网络安全等场景软件定义网络SDNSDN软件定义网络，将网络控制与数据转发分离，实现网络的集中控制优点提高网络管理效率、增强网络灵活性和安全性应用场景适用于数据中心、企业网络、运营商网络等场景网络功能虚拟化NFV优势应用场景NFV网络功能虚拟化，将网络功能运行在降低成本、提高效率、增强灵活性、适用于运营商网络、企业网络、数据通用服务器上，实现网络功能的虚拟简化部署中心等场景化网络技术5G关键技术2包括、毫米波通信、网Massive MIMO络切片等技术5G1第五代移动通信技术，提供更高速度、更低延迟、更大容量的网络服务应用场景适用于物联网、自动驾驶、虚拟现实等3应用场景物联网通信协议MQTT CoAPZigBee消息队列遥测传输协议，适用于轻量级受限应用协议，适用于资源受限的设备无线通信协议，适用于低功耗、短距离设备的通信的通信的通信边缘计算网络边缘计算1将计算资源部署在网络边缘，实现数据就近处理和分析优势2降低延迟、提高效率、增强安全性、保护隐私应用场景3适用于物联网、自动驾驶、智能制造等应用场景人工智能与网络网络优化利用人工智能算法优化网络性能，例如流量预测、路由选择安全防护利用人工智能算法识别攻击行为，加强网络安全防护网络管理利用人工智能算法自动化网络管理，提高管理效率网络监控与管理123网络监控网络管理安全审计实时监控网络运行状态，例如流量、延对网络设备进行配置、维护和故障处理定期对网络安全进行审计，发现安全漏洞迟、错误等并进行修复协议应用SNMP工作机制SNMP简单网络管理协议，用于管理网通过发送和接收信息，实现MIB络设备对网络设备的监控和管理应用场景广泛应用于网络设备管理、性能监控、故障诊断等场景网络故障诊断诊断方法常用工具使用网络诊断工具，分析网络流量，定位故障原因包括、、等ping traceroutewireshark网络性能优化带宽优化1通过带宽管理、流量整形等技术，优化网络带宽利用率延迟优化2通过优化路由路径、使用高速网络设备等方法，降低网络延迟可靠性优化3通过冗余配置、容错机制等措施，提高网络可靠性网络安全审计审计目的1评估网络安全状况，发现安全漏洞，提高网络安全水平审计内容2包括网络配置、安全策略、日志记录、入侵检测等方面审计方法3使用网络安全审计工具，进行系统分析和数据分析无线网络技术WiFi无线局域网技术，使用无线电波进行数据传输蓝牙无线通信技术，适用于短距离、低功耗的设备连接ZigBee无线通信技术，适用于低功耗、短距离的无线传感器网络NB-IoT窄带物联网技术，适用于低功耗、低速率的物联网应用技术特点WiFi6技术特点更高的速度、更低的延迟、更大的容量、更强的抗干扰能力应用场景适用于高密度用户环境、高带宽需求的场景，例如企业网络、家庭网络蓝牙协议

5.0协议特点应用场景更高的传输速度、更远的传输距离、更低的功耗适用于无线耳机、智能家居、无线支付等场景网络ZigBee应用场景ZigBee1无线通信协议，适用于低功耗、短距离适用于智能家居、工业自动化、农业监2的无线传感器网络测等场景技术NB-IoTNB-IoT1窄带物联网技术，适用于低功耗、低速率的物联网应用技术特点2低功耗、低成本、广覆盖、强穿透性应用场景3适用于智能抄表、环境监测、智能停车等场景网络编程基础12编程网络协议Socket使用接口进行网络编程，实了解、、等网络协议，Socket TCPUDP IP现网络通信进行网络编程3网络库使用网络库，简化网络编程，提高开发效率编程实践Socket服务器端客户端创建监听套接字，接收客户端连接请求，处理数据请求创建连接套接字，连接服务器，发送数据请求，接收服务器响应网络协议实现协议解析1解析网络数据包，提取协议信息协议封装2封装数据包，发送到网络协议测试3测试协议功能，确保协议正确性高级网络实验课程设计实验目标通过实验验证网络原理，掌握网络配置和调试技能实验内容包括路由配置、网络安全测试、网络性能分析等实验平台使用真实的网络设备或模拟器进行实验。