計算機網(wǎng)絡(luò)課件-謝希仁

計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代社會中不可或缺的一部分，它連接著世界各地的人們和設(shè)備，使信息能夠快速便捷地傳遞。課程簡介課程介紹本課程旨在幫助學生理解計算機網(wǎng)絡(luò)的基本原理和應(yīng)用，并掌握相關(guān)的技術(shù)知識和技能。課程目標使學生能夠深入理解計算機網(wǎng)絡(luò)的概念、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，并掌握網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)管理的基本技能。課程內(nèi)容本課程涵蓋了計算機網(wǎng)絡(luò)的各個方面，包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等。課程形式通過課堂講授、實驗練習和課后作業(yè)等多種形式，幫助學生掌握網(wǎng)絡(luò)知識，并培養(yǎng)實際操作能力。課程目標掌握網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識理解網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，包括OSI參考模型和TCP/IP協(xié)議族。了解常見網(wǎng)絡(luò)協(xié)議掌握HTTP、DNS、SMTP等協(xié)議的工作原理和應(yīng)用。學習網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)認識網(wǎng)絡(luò)安全威脅和防御措施，例如防火墻、加密技術(shù)和入侵檢測系統(tǒng)。培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力掌握網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、網(wǎng)絡(luò)故障排查和網(wǎng)絡(luò)管理的基本技能。課程內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)概述網(wǎng)絡(luò)的定義，網(wǎng)絡(luò)類型，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等。物理層傳輸介質(zhì)，編碼技術(shù)，信號傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)接口卡等。數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層協(xié)議，MAC地址，流量控制，錯誤檢測等。網(wǎng)絡(luò)層IP地址，子網(wǎng)掩碼，路由協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換等。網(wǎng)絡(luò)概述計算機網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置分散的計算機系統(tǒng)互聯(lián)起來，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍非常廣泛，例如互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)局域網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)等。計算機網(wǎng)絡(luò)的組成部分包括：網(wǎng)絡(luò)硬件、網(wǎng)絡(luò)軟件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。物理層1傳輸介質(zhì)雙絞線、同軸電纜、光纖2信號編碼模擬信號、數(shù)字信號3物理接口RJ-45、USB、HDMI物理層負責數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的物理傳輸，包括傳輸介質(zhì)、信號編碼和物理接口。物理層是網(wǎng)絡(luò)中最底層，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。數(shù)據(jù)鏈路層1鏈路層功能點對點數(shù)據(jù)傳輸2幀封裝添加幀頭和幀尾3差錯檢測發(fā)現(xiàn)并糾正傳輸錯誤4流量控制控制數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)鏈路層負責在兩個相鄰節(jié)點之間可靠地傳送數(shù)據(jù)幀，確保數(shù)據(jù)完整性。它封裝數(shù)據(jù)并添加幀頭和幀尾，包含地址信息、錯誤校驗碼等。此外，它還負責進行差錯檢測，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。流量控制則用于協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸速率，避免數(shù)據(jù)丟失或擁塞。網(wǎng)絡(luò)層1網(wǎng)絡(luò)層功能負責數(shù)據(jù)分組的路由選擇，將數(shù)據(jù)從源主機傳輸?shù)侥繕酥鳈C。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要包括IP協(xié)議、ICMP協(xié)議和ARP協(xié)議。2IP協(xié)議為每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分配唯一的IP地址，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。IP地址分為IPv4和IPv6兩種，IPv6具有更大的地址空間，可以滿足未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求。3路由選擇基于路由表，選擇最優(yōu)路徑，將數(shù)據(jù)分組從源主機傳輸?shù)侥繕酥鳈C。路由選擇算法主要包括距離矢量路由算法和鏈路狀態(tài)路由算法。傳輸層傳輸層的作用提供端到端的通信服務(wù),為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?流量控制和錯誤檢測。傳輸層協(xié)議主要協(xié)議包括TCP和UDP,TCP提供可靠的連接服務(wù),UDP提供無連接服務(wù)。TCP協(xié)議特點面向連接,可靠數(shù)據(jù)傳輸,流量控制,擁塞控制,數(shù)據(jù)分段。UDP協(xié)議特點無連接,無需建立連接,不保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性,速度快,適合實時應(yīng)用。傳輸層端口每個應(yīng)用程序都有唯一的端口號,允許不同的應(yīng)用程序同時使用網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層1應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議定義了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序如何使用網(wǎng)絡(luò)。常見的應(yīng)用層協(xié)議包括HTTP、FTP和電子郵件協(xié)議。2網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序應(yīng)用層是用戶直接交互的網(wǎng)絡(luò)層級，包括網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、電子郵件客戶端和文件傳輸軟件等應(yīng)用程序。3網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用層提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，例如電子郵件、文件傳輸、網(wǎng)頁瀏覽和視頻流服務(wù)等。OSI參考模型OSI模型描述了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次結(jié)構(gòu)，分為七層，從下到上分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。OSI模型提供了一個抽象框架，幫助理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的運作機制，方便不同廠商的設(shè)備互操作。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)11.協(xié)議層級網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)通常分為多個層級，如應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。每個層級都負責特定任務(wù)。22.數(shù)據(jù)封裝數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，會逐層封裝，包含各種信息，例如源地址、目的地址、協(xié)議類型等。33.接口定義每個層級之間通過接口進行通信，定義了數(shù)據(jù)格式和交互方式，確保不同層級能夠協(xié)同工作。44.服務(wù)提供每個層級為上層提供服務(wù)，例如網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)路由服務(wù)，傳輸層提供數(shù)據(jù)可靠傳輸服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)連接計算機和網(wǎng)絡(luò)的橋梁。NIC提供物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議支持。交換機在局域網(wǎng)中連接多個設(shè)備。交換機根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，提高網(wǎng)絡(luò)效率。路由器連接不同網(wǎng)絡(luò)，負責數(shù)據(jù)包的路由。路由器根據(jù)IP地址進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。集線器連接多個設(shè)備，但它不具備轉(zhuǎn)發(fā)功能，每個端口都連接到同一個總線上，所有設(shè)備共享帶寬。TCP/IP協(xié)議族網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族TCP/IP協(xié)議族是一組通信協(xié)議，用于連接計算機網(wǎng)絡(luò)。它定義了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中如何傳輸，如何尋址和路由等。核心協(xié)議TCP協(xié)議提供可靠的連接和數(shù)據(jù)傳輸。IP協(xié)議負責數(shù)據(jù)包的地址和路由，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連。IP地址與子網(wǎng)劃分IP地址是用于識別互聯(lián)網(wǎng)上每個設(shè)備的唯一標識符。子網(wǎng)劃分是一種將網(wǎng)絡(luò)劃分為更小網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，以便更好地管理和控制網(wǎng)絡(luò)流量。32位IP地址由32位組成，分為網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址。128地址IPv4地址空間包含2^32個地址，約為43億個。掩碼子網(wǎng)掩碼用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址，表示每個網(wǎng)絡(luò)的范圍。劃分通過子網(wǎng)劃分，可以將單個網(wǎng)絡(luò)分為多個更小的網(wǎng)絡(luò)。路由算法1目的路由算法通過計算網(wǎng)絡(luò)路徑，將數(shù)據(jù)包從源節(jié)點發(fā)送到目標節(jié)點。2方法常見的路由算法包括距離向量算法和鏈路狀態(tài)算法。3距離向量算法每個路由器維護一個距離向量，記錄到其他路由器的距離和路徑。4鏈路狀態(tài)算法每個路由器構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，計算最短路徑，更新路由表。交換機工作原理交換機是網(wǎng)絡(luò)中用于連接不同設(shè)備的硬件設(shè)備。它們使用MAC地址來識別網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。1幀轉(zhuǎn)發(fā)交換機通過MAC地址表來決定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。2MAC地址學習交換機通過監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包來學習MAC地址。3沖突域分割交換機將網(wǎng)絡(luò)分成多個沖突域，減少網(wǎng)絡(luò)沖突。交換機可以提高網(wǎng)絡(luò)性能，減少網(wǎng)絡(luò)沖突，提升網(wǎng)絡(luò)安全性。路由器工作原理接收數(shù)據(jù)包路由器接收來自網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包，每個數(shù)據(jù)包包含目標地址信息。查找路由表路由器根據(jù)數(shù)據(jù)包的目標地址，在路由表中查找最佳路徑。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包路由器將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，即下一跳路由器。重復以上步驟數(shù)據(jù)包會經(jīng)過多個路由器，直到到達最終目的地。DNS服務(wù)域名解析將域名轉(zhuǎn)換為IP地址。層次結(jié)構(gòu)根域名服務(wù)器、頂級域名服務(wù)器、授權(quán)域名服務(wù)器。安全機制防止DNS欺騙和緩存污染。HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議HTTP協(xié)議是一種應(yīng)用層協(xié)議，用于在客戶端和服務(wù)器之間傳輸網(wǎng)頁和其他數(shù)據(jù)。無狀態(tài)協(xié)議HTTP協(xié)議是一種無狀態(tài)協(xié)議，這意味著服務(wù)器不會記住客戶端以前發(fā)出的請求。請求和響應(yīng)HTTP協(xié)議使用請求和響應(yīng)模型進行通信，客戶端發(fā)送請求，服務(wù)器響應(yīng)請求。版本HTTP協(xié)議有多個版本，目前最常用的版本是HTTP/1.1和HTTP/2。電子郵件協(xié)議SMTP協(xié)議簡單郵件傳輸協(xié)議，用于發(fā)送電子郵件。它定義了電子郵件服務(wù)器之間傳輸電子郵件的規(guī)則。POP3協(xié)議郵局協(xié)議，用于接收電子郵件。它允許電子郵件客戶端從郵件服務(wù)器下載電子郵件。IMAP協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)消息訪問協(xié)議，也用于接收電子郵件。它允許電子郵件客戶端訪問郵件服務(wù)器上的電子郵件，而不必下載它們。網(wǎng)絡(luò)安全概述網(wǎng)絡(luò)攻擊網(wǎng)絡(luò)安全威脅不斷升級，網(wǎng)絡(luò)攻擊手段日益多樣化。數(shù)據(jù)泄露數(shù)據(jù)泄露風險增加，個人隱私和機密信息安全面臨挑戰(zhàn)。病毒和惡意軟件病毒和惡意軟件傳播速度快，危害性大，可能導致系統(tǒng)崩潰和數(shù)據(jù)丟失。網(wǎng)絡(luò)欺詐網(wǎng)絡(luò)欺詐手段不斷翻新，需要提高用戶防范意識，避免財產(chǎn)損失。防火墻定義防火墻是一種網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備，它通過檢查進出網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包來控制網(wǎng)絡(luò)流量。防火墻可以阻止來自外部網(wǎng)絡(luò)的惡意訪問，保護內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)免受攻擊。工作原理防火墻通過配置規(guī)則來識別并阻止來自外部網(wǎng)絡(luò)的攻擊。規(guī)則定義了哪些數(shù)據(jù)包可以通過防火墻，以及哪些數(shù)據(jù)包會被阻止。加密技術(shù)11.對稱加密使用相同的密鑰進行加密和解密。速度快，但密鑰管理困難。22.非對稱加密使用不同的密鑰進行加密和解密，密鑰管理更加安全，但速度較慢。33.哈希算法將任意長度的輸入轉(zhuǎn)換為固定長度的輸出，用于驗證數(shù)據(jù)完整性。44.數(shù)字簽名使用非對稱加密技術(shù)，確保信息來源的真實性和完整性。數(shù)字簽名身份驗證數(shù)字簽名驗證發(fā)送者身份，防止偽造和篡改信息。數(shù)據(jù)完整性數(shù)字簽名確保信息在傳輸過程中保持完整，未被修改或損壞。法律效力數(shù)字簽名具有法律效力，可用于電子合同、電子交易等。網(wǎng)絡(luò)攻擊方式拒絕服務(wù)攻擊拒絕服務(wù)攻擊旨在使目標網(wǎng)絡(luò)資源不可用，從而阻止合法用戶訪問資源。病毒和蠕蟲病毒和蠕蟲是惡意軟件形式，它們在計算機之間傳播并可能破壞數(shù)據(jù)或系統(tǒng)功能。網(wǎng)絡(luò)釣魚攻擊網(wǎng)絡(luò)釣魚攻擊使用偽造的電子郵件或網(wǎng)站欺騙用戶提供敏感信息，例如用戶名、密碼或信用卡詳細信息。惡意軟件攻擊惡意軟件攻擊使用各種惡意軟件來獲取對受感染系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的訪問權(quán)限，竊取數(shù)據(jù)或控制系統(tǒng)。入侵檢測系統(tǒng)11.監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量IDS通過分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包，尋找惡意活動跡象，如異常流量模式或已知攻擊簽名。22.檢測攻擊IDS可以檢測各種攻擊，包括掃描、拒絕服務(wù)攻擊、病毒傳播等。33.生成警報當IDS檢測到潛在的攻擊活動時，會發(fā)出警報，通知管理員進行調(diào)查和處理。44.提高安全級別通過及早發(fā)現(xiàn)攻擊并采取措施，IDS有助于保護網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)免受攻擊。網(wǎng)絡(luò)維護與管理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和性能，識別潛在問題和安全威脅。網(wǎng)絡(luò)配置優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，提高網(wǎng)絡(luò)效率和安全性。故障排除快速定位并解決網(wǎng)絡(luò)故障，確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行。安全管理實施網(wǎng)絡(luò)安全策略，防御網(wǎng)絡(luò)攻擊，保護網(wǎng)絡(luò)安全。未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢5G和Beyond5G技術(shù)正在迅速改變網(wǎng)絡(luò)連接方式。未來，網(wǎng)絡(luò)將更加快速、可靠、高效，并支持更廣泛的應(yīng)用。6G技術(shù)正在研發(fā)中，預(yù)計將帶來更高速率、更低延遲和更強大功能。物聯(lián)網(wǎng)的興起