網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)課件

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和技術(shù),掌握網(wǎng)絡(luò)概念、模型和協(xié)議,為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。課程簡介全面系統(tǒng)本課程全面系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識,包括網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程、網(wǎng)絡(luò)分類、網(wǎng)絡(luò)模型及協(xié)議等內(nèi)容。實(shí)用技能課程注重實(shí)用性,講解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的構(gòu)成和應(yīng)用,以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全等實(shí)用技能。突出重點(diǎn)課程針對性地分析了常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作原理,幫助學(xué)生深入理解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程11960年代ARPANET的誕生21970年代TCP/IP協(xié)議被研發(fā)31980年代互聯(lián)網(wǎng)概念形成41990年代萬維網(wǎng)和瀏覽器興起網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷程可以追溯到1960年代ARPANET的誕生,經(jīng)過TCP/IP協(xié)議的研發(fā)和互聯(lián)網(wǎng)概念的形成,最終于1990年代進(jìn)入百花齊放的時(shí)期,萬維網(wǎng)和瀏覽器的興起徹底改變了人類生活。網(wǎng)絡(luò)的分類物理架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)物理連接方式分為有線和無線兩種。有線網(wǎng)絡(luò)通過物理電纜連接設(shè)備,無線網(wǎng)絡(luò)則使用無線電波進(jìn)行通信。覆蓋范圍根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍,網(wǎng)絡(luò)可以分為局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)和廣域網(wǎng)(WAN)。覆蓋范圍從小到大逐步擴(kuò)大。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)還可以按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為總線型、星型、環(huán)型等。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適用于不同的應(yīng)用場景。網(wǎng)絡(luò)模型OSI和TCP/IP1OSI模型OSI模型是一個(gè)七層網(wǎng)絡(luò)參考模型,定義了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不同功能層次的標(biāo)準(zhǔn)接口。它從物理層到應(yīng)用層全面覆蓋了網(wǎng)絡(luò)通信的各個(gè)環(huán)節(jié)。2TCP/IP模型TCP/IP模型是一個(gè)四層網(wǎng)絡(luò)模型,包括了物理層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。它更簡潔易用,廣泛應(yīng)用于當(dāng)今主流的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3比較與應(yīng)用OSI模型是理論標(biāo)準(zhǔn),而TCP/IP模型則是實(shí)際應(yīng)用中的主流標(biāo)準(zhǔn)。兩者在設(shè)計(jì)目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上都有所不同,但在網(wǎng)絡(luò)通信中都發(fā)揮著重要作用。物理層信號傳輸物理層負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為可在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)碾娦盘柣蚬庑盘枴Ｋx了電纜、連接器等硬件標(biāo)準(zhǔn)，確保設(shè)備之間的兼容性。頻率管理物理層還負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)中使用的頻率帶寬和信道分配，以避免干擾并提高傳輸效率。電纜和連接它定義了網(wǎng)線、光纖電纜等物理傳輸介質(zhì)的規(guī)格，以及RJ-45、光纖接頭等連接標(biāo)準(zhǔn)。物理拓?fù)湮锢韺用枋隽司W(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的物理布線方式，如總線型、星型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)鏈路層幀格式數(shù)據(jù)鏈路層將上層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)打包成幀,添加頭尾信息以便接收方識別和處理。介質(zhì)訪問控制在共享介質(zhì)上協(xié)調(diào)多個(gè)設(shè)備對信道的訪問,防止沖突發(fā)生。錯(cuò)誤控制使用校驗(yàn)碼等機(jī)制檢測和糾正在傳輸過程中出現(xiàn)的差錯(cuò)。流量控制確保發(fā)送方不會向接收方發(fā)送過多的數(shù)據(jù)而超出其處理能力。網(wǎng)絡(luò)層IP地址網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的尋址和路由,IP地址是關(guān)鍵標(biāo)識符。每個(gè)設(shè)備都有獨(dú)有的IP地址用于唯一標(biāo)識。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)層根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的地址,選擇合適的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),確保數(shù)據(jù)可靠傳輸至目標(biāo)設(shè)備。擁塞控制網(wǎng)絡(luò)層采用擁塞控制機(jī)制,檢測網(wǎng)絡(luò)擁塞情況并調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率,避免網(wǎng)絡(luò)資源被耗盡。分片與重組當(dāng)數(shù)據(jù)包超過鏈路層最大傳輸單元時(shí),網(wǎng)絡(luò)層會對其進(jìn)行分片傳輸,并在目的端重新組裝。傳輸層可靠傳輸傳輸層負(fù)責(zé)在源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)之間可靠地傳輸數(shù)據(jù)。它提供確認(rèn)、重傳等機(jī)制來保證數(shù)據(jù)完整性。流量控制傳輸層還可根據(jù)接收方的處理能力調(diào)節(jié)發(fā)送速率,避免接收方緩沖區(qū)溢出。多路復(fù)用同一主機(jī)上的不同應(yīng)用程序可通過傳輸層的多路復(fù)用共享網(wǎng)絡(luò)連接。主要協(xié)議TCP和UDP是傳輸層兩個(gè)主要協(xié)議,分別提供面向連接的可靠傳輸和無連接的快速傳輸。應(yīng)用層Web瀏覽應(yīng)用層協(xié)議如HTTP和HTTPS用于支持Web瀏覽器訪問網(wǎng)頁內(nèi)容。它們定義了數(shù)據(jù)傳輸格式和安全通信機(jī)制。文件傳輸FTP協(xié)議允許用戶上傳、下載和管理遠(yuǎn)程服務(wù)器上的文件。它提供了便捷、安全的文件傳輸功能。電子郵件SMTP、POP3和IMAP協(xié)議支撐了電子郵件的發(fā)送、接收和管理。它們確保了郵件的可靠傳輸和存儲。即時(shí)通訊應(yīng)用層協(xié)議如XMPP和SIP支持實(shí)時(shí)的文字、語音和視頻聊天。它們提供了即時(shí)通信的能力。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備路由器路由器是連接不同網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備,能夠根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。它起到連接和中繼的作用。交換機(jī)交換機(jī)在局域網(wǎng)中連接多臺計(jì)算機(jī),根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。網(wǎng)卡網(wǎng)卡是連接計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的硬件接口,用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的收發(fā)。不同的網(wǎng)卡支持不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和傳輸速率。無線接入點(diǎn)無線接入點(diǎn)可以將有線網(wǎng)絡(luò)無線化,讓移動設(shè)備能夠連接到網(wǎng)絡(luò),提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性。路由器路由器是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的關(guān)鍵組件,負(fù)責(zé)連接不同的網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng),并根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。它能夠在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行尋址和路由決策,確保數(shù)據(jù)能夠沿著最優(yōu)路徑傳輸。路由器具有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口,可以連接多個(gè)網(wǎng)段。路由器的主要功能包括IP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)、端口轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)以及防火墻功能。先進(jìn)的路由器還支持無線網(wǎng)絡(luò)、虛擬化和軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。交換機(jī)交換機(jī)是網(wǎng)絡(luò)中用于連接和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵設(shè)備。它能夠識別網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)設(shè)備的物理地址,并根據(jù)這些地址進(jìn)行高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)通過先學(xué)習(xí)再轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)制,可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的地址將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到正確的端口,提高網(wǎng)絡(luò)效率。交換機(jī)具有多個(gè)端口,可以將網(wǎng)絡(luò)中的多臺設(shè)備連接起來,形成一個(gè)局域網(wǎng)。它能夠進(jìn)行流量隔離,提升整體網(wǎng)絡(luò)性能。網(wǎng)卡網(wǎng)卡是計(jì)算機(jī)的硬件部件,負(fù)責(zé)接收和發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。它就像是連接計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的"橋梁"。網(wǎng)卡內(nèi)置有各種電子元件,包括收發(fā)器、編碼/解碼器、緩存以及微控制器,確保數(shù)據(jù)能可靠高效地在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)間傳輸。網(wǎng)卡有有線和無線兩種,無線網(wǎng)卡無需物理網(wǎng)線即可接入網(wǎng)絡(luò),通過無線電波傳輸數(shù)據(jù),使用更加靈活方便。而有線網(wǎng)卡需要通過網(wǎng)線與路由器或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫負(fù)漕愋途W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵笇⒂?jì)算機(jī)和其他設(shè)備互連成網(wǎng)絡(luò)的幾何形狀。常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆锌偩€型、星型、環(huán)型、樹型等。每種拓?fù)涠加衅洫?dú)特的特點(diǎn)和適用場景?？偩€型總線型拓?fù)涫且环N簡單的網(wǎng)絡(luò)布局,所有設(shè)備都連接到一條共享的傳輸介質(zhì)上。優(yōu)點(diǎn)是成本低,缺點(diǎn)是故障點(diǎn)單一,一旦總線出現(xiàn)問題會影響全網(wǎng)。星型星型拓?fù)湟约€器或交換機(jī)為中心,各設(shè)備通過單獨(dú)的鏈路連接。優(yōu)點(diǎn)是容錯(cuò)性高,缺點(diǎn)是需要更多的布線和集中管理設(shè)備?？偩€拓?fù)淇偩€拓?fù)涫亲詈唵蔚木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一。所有設(shè)備都連接到一條共享的傳輸媒體上,即總線上。設(shè)備之間通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和通信。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署和維護(hù)相對簡單,但由于總線是單一故障點(diǎn),容易受到干擾和網(wǎng)絡(luò)瓶頸的影響?？偩€拓?fù)溥m用于小型局域網(wǎng)環(huán)境,可以提供基本的網(wǎng)絡(luò)連接功能。但隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和復(fù)雜度的增加,其缺點(diǎn)也越發(fā)突出,通常會被其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所取代。星型拓?fù)湫切屯負(fù)涫且环N常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。所有設(shè)備都直接連接到一個(gè)中心節(jié)點(diǎn),如交換機(jī)或集線器。這種拓?fù)渚哂性O(shè)備易于管理和維護(hù)的優(yōu)點(diǎn),但中心節(jié)點(diǎn)是單點(diǎn)故障。如果中心節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都會受到影響。星型拓?fù)溥m用于小型局域網(wǎng),如辦公室和家庭網(wǎng)絡(luò)。其簡單的結(jié)構(gòu)和易于管理的特點(diǎn),使其成為初學(xué)者首選的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹－h(huán)形拓?fù)洵h(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓诃h(huán)形拓?fù)渲?每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都連接到兩個(gè)其他節(jié)點(diǎn),形成一個(gè)閉合的環(huán)路。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有高度的冗余性和可靠性,能夠在出現(xiàn)故障時(shí)保持整體網(wǎng)絡(luò)連通性。通信機(jī)制數(shù)據(jù)在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中以單向的方式流動,每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備既可以發(fā)送數(shù)據(jù),又可以接收來自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。這種傳輸方式確保了信息的有序傳遞。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):高度冗余和可靠性,便于故障排查和維護(hù)缺點(diǎn):網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展受限,每個(gè)節(jié)點(diǎn)增加會增加網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性樹型拓?fù)錁湫屯負(fù)涫且环N常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),它由一個(gè)主干網(wǎng)絡(luò)和若干個(gè)分支網(wǎng)絡(luò)組成。主干網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸,分支網(wǎng)絡(luò)則連接各個(gè)終端設(shè)備。這種拓?fù)渚哂袛U(kuò)展性強(qiáng)、層次清晰的特點(diǎn),應(yīng)用廣泛,適合大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議定義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一種規(guī)范,用于規(guī)定計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中如何進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。主要協(xié)議常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括TCP/IP、HTTP、FTP、SMTP等,每種協(xié)議都有特定的功能和應(yīng)用場景。分層設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常采用分層設(shè)計(jì),如OSI七層模型和TCP/IP四層模型,便于管理和擴(kuò)展。標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要通過標(biāo)準(zhǔn)化組織制定,以確保不同設(shè)備和軟件的互通性。IP地址IP地址是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在互聯(lián)網(wǎng)上的唯一標(biāo)識符,用于確定設(shè)備的位置和路由數(shù)據(jù)包。IPv4地址由4組數(shù)字組成,每個(gè)數(shù)字范圍0-255,通過點(diǎn)分十進(jìn)制表示。IPv4地址可以分為網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分,網(wǎng)絡(luò)地址標(biāo)識所屬的網(wǎng)絡(luò),主機(jī)地址標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備。常見的IP地址類型包括A類、B類和C類地址。TCP/UDP協(xié)議TCP協(xié)議TCP協(xié)議是面向連接的可靠傳輸協(xié)議,提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸保證,確保數(shù)據(jù)包的順序和完整性。它通過握手協(xié)商、重傳機(jī)制、流控等方式確保數(shù)據(jù)正確傳輸。UDP協(xié)議UDP協(xié)議是無連接的不可靠傳輸協(xié)議,它獨(dú)立發(fā)送數(shù)據(jù)包,不作任何確認(rèn)和重傳。適用于對實(shí)時(shí)性要求高、且可以容忍少量丟失的應(yīng)用,如視頻會議、直播等。HTTP/HTTPS協(xié)議Web瀏覽HTTP是互聯(lián)網(wǎng)上最常用的應(yīng)用層協(xié)議之一,負(fù)責(zé)傳送網(wǎng)頁內(nèi)容。安全傳輸HTTPS在HTTP的基礎(chǔ)上增加了SSL/TLS加密,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩??？蛻舳?服務(wù)器HTTP/HTTPS采用請求-響應(yīng)的客戶端-服務(wù)器模式進(jìn)行通信。FTP協(xié)議文件傳輸FTP協(xié)議提供了在客戶端和服務(wù)器之間上傳、下載和管理文件的功能。安全性FTP有標(biāo)準(zhǔn)和安全兩種傳輸模式,可以根據(jù)需求選擇合適的安全級別。簡單易用FTP客戶端軟件提供了直觀簡單的界面,使文件傳輸操作變得方便快捷。網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全是確保信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全的關(guān)鍵。它涵蓋了多個(gè)方面,包括防火墻、加密技術(shù)、病毒防護(hù)以及防范網(wǎng)絡(luò)攻擊。這些措施確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全可靠,保護(hù)敏感信息不被竊取或破壞。防火墻1網(wǎng)絡(luò)安全守衛(wèi)防火墻是保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)免受外部威脅的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。它通過制定和執(zhí)行訪問控制規(guī)則來監(jiān)控和過濾網(wǎng)絡(luò)流量。2多層防護(hù)防火墻可以部署在網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)層面,構(gòu)建深度防御體系,包括網(wǎng)關(guān)防火墻、主機(jī)防火墻等。3智能決策現(xiàn)代防火墻具備智能分析和決策功能,能夠自動識別并阻止各種網(wǎng)絡(luò)攻擊,提高防護(hù)效果。4靈活配置防火墻的規(guī)則可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活配置,從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的訪問控制和安全管理。加密技術(shù)對稱加密對稱加密算法使用相同的密鑰進(jìn)行加密和解密,提供高效的數(shù)據(jù)保護(hù)。它適用于大數(shù)據(jù)量的情況,如文件傳輸和數(shù)據(jù)庫加密。常見的算法有AES和DES。非對稱加密非對稱加密算法使用公鑰和私鑰進(jìn)行加密和解密。這種方式更安全,常用于網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證和電子簽名。常見的算法有RSA和ECC。散列算法散列算法將任意長度的數(shù)據(jù)映射到固定長度的值,廣泛應(yīng)用于數(shù)字簽名和密碼學(xué)。常見的算法有MD5、SHA-256和SHA-3。SSL/TLSSSL/TLS是一種加密協(xié)議,提供網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。它使用非對稱加密建立安全通道,然后使用對稱加密傳輸數(shù)據(jù)。廣泛應(yīng)用于HTTPS。病毒防護(hù)病毒預(yù)防安裝并定期更新可靠的殺毒軟件,使用防火墻,謹(jǐn)慎打開不明來源的文件和鏈接。系統(tǒng)加固及時(shí)更新系統(tǒng)和軟件補(bǔ)丁,關(guān)閉不必要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和端口,最小化系統(tǒng)漏洞。備份數(shù)據(jù)定期備份重要數(shù)據(jù),以防病毒侵害造成信息丟失。備份可存儲在離線設(shè)備上。網(wǎng)絡(luò)攻擊防范1系統(tǒng)漏洞修補(bǔ)及時(shí)修補(bǔ)系統(tǒng)和軟件的安全漏洞,減少被黑客利用的機(jī)會。2網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和入侵檢測部署網(wǎng)絡(luò)入侵檢測系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)控異常流量和攻擊行為。3應(yīng)用層防護(hù)對網(wǎng)站、應(yīng)用程序等進(jìn)行安全評估和加固,避免被植入后門或木馬。4權(quán)限和身份認(rèn)證實(shí)施嚴(yán)格的用戶訪問控制,確保只有授權(quán)人員能訪問關(guān)鍵系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理有效的網(wǎng)絡(luò)管理對于保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。包括對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、性能、故障等的監(jiān)控和管理。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理配置管理對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件和軟件進(jìn)行配置和優(yōu)化設(shè)置,確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。監(jiān)控與診斷實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)并診斷問題。升級與維護(hù)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行定期的軟件升級和硬件維護(hù),保證網(wǎng)絡(luò)性能。網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和路由算法,提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率,降低延遲并增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。緩解網(wǎng)絡(luò)