网络通信技术发展与应用作业指导书

网络通信技术发展与应用作业指导书TOC\o"1-2"\h\u19502第1章网络通信基础 4224841.1网络通信概述 4277171.1.1基本概念 429971.1.2发展历程 4200421.1.3通信模型 4159531.2网络通信协议 4142381.2.1TCP/IP协议 4239341.2.2HTTP协议 4114471.2.3FTP协议 4230251.2.4SMTP协议 5105601.3网络体系结构 5325881.3.1OSI模型 557461.3.2TCP/IP模型 555231.3.3五层模型 522821第2章数据传输技术 5244512.1传输介质 5239022.1.1有线传输介质 5256892.1.2无线传输介质 5295512.2数据传输模式 6105042.2.1并行传输 6130202.2.2串行传输 6235402.3差错控制 6311382.3.1差错检测 6203912.3.2差错纠正 647642.3.3流量控制 6174422.3.4数据压缩 69233第3章网络拓扑结构 6152823.1星型拓扑 6204033.1.1结构特点 7162443.1.2应用场景 7306143.2环型拓扑 7227633.2.1结构特点 7307013.2.2应用场景 7290133.3总线型拓扑 7254783.3.1结构特点 732363.3.2应用场景 83563.4网状拓扑 8177363.4.1结构特点 8317163.4.2应用场景 822309第4章局域网技术 8302894.1以太网 8152174.1.1概述 891734.1.2技术标准 892944.1.3发展历程 848994.2交换式局域网 9241514.2.1概述 9154444.2.2技术特点 939664.2.3常见交换机技术 927664.3虚拟局域网 9178964.3.1概述 9110474.3.2技术原理 978594.3.3应用场景 9259584.3.4管理与配置 919390第5章广域网技术 9199865.1电话网络 9145785.1.1电话网络的体系结构 10115005.1.2电话网络的传输特性 10216645.1.3电话网络在广域网中的应用 10118505.2分组交换网络 10235295.2.1分组交换网络原理 10236565.2.2分组交换网络的分类 10213245.2.3分组交换网络在广域网中的应用 1020925.3帧中继 10217155.3.1帧中继的技术特点 10177195.3.2帧中继的工作原理 10267395.3.3帧中继在广域网中的应用 10315355.4ATM技术 101565.4.1ATM技术的体系结构 10242315.4.2ATM技术的传输特性 11174145.4.3ATM技术在广域网中的应用 1130232第6章无线网络通信技术 11223416.1无线局域网 11132496.1.1概述 11111846.1.2技术标准 11131656.1.3应用场景 11180596.2无线城域网 11254466.2.1概述 11191086.2.2技术标准 11230836.2.3应用场景 1181316.3蓝牙技术 11262706.3.1概述 11119286.3.2技术特点 1158196.3.3应用场景 1174336.4移动通信技术 1243966.4.1概述 1256496.4.2技术发展 12164196.4.3应用场景 1216793第7章网络互联技术与设备 121027.1路由器 12296667.1.1路由器概述 12239307.1.2路由器的工作原理 1265257.1.3路由器的分类与功能 12277157.2交换机 12194397.2.1交换机概述 1280947.2.2交换机的工作原理 1272737.2.3交换机的分类与功能 1337667.3网关 13197677.3.1网关概述 1390017.3.2网关的工作原理 13143077.3.3网关的分类与功能 1354347.4防火墙 13197307.4.1防火墙概述 1337447.4.2防火墙的工作原理 13175747.4.3防火墙的分类与功能 1320654第8章网络管理技术 1319748.1网络管理概述 13248148.2SNMP协议 14274658.3CMIP协议 1459888.4网络管理工具 1418944第9章网络安全技术 1410419.1加密技术 14153889.1.1基本概念 1534459.1.2分类 15267389.1.3常用算法 15307409.2鉴别与授权 15323399.2.1基本概念 15182639.2.2方法 15101049.2.3应用 15108139.3入侵检测与防御 15313349.3.1基本原理 15314099.3.2方法 15309599.3.3应用 16195919.4防病毒技术 16173359.4.1基本原理 16126539.4.2方法 16130319.4.3应用 1616722第10章网络通信技术的发展与应用 161778210.1物联网技术 161307110.2云计算与大数据 16912810.35G通信技术 162850610.4未来网络通信技术的发展趋势与应用前景 17第1章网络通信基础1.1网络通信概述网络通信是现代信息技术领域的核心内容，它涉及数据在不同地理位置的计算机或设备之间的传输。本章首先对网络通信的基本概念、发展历程以及通信模型进行阐述。1.1.1基本概念网络通信是指利用通信线路、传输设备、网络协议等手段，实现计算机与计算机之间、计算机与终端设备之间的数据交换与资源共享。1.1.2发展历程网络通信技术的发展经历了多个阶段，包括局域网、广域网、城域网等。互联网的普及，网络通信技术逐渐成为现代社会的关键技术。1.1.3通信模型网络通信模型主要包括以下四个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层。各层次之间相互协作，共同完成数据传输任务。1.2网络通信协议网络通信协议是计算机网络中通信双方必须遵守的规则和约定。本节主要介绍常见的网络通信协议及其特点。1.2.1TCP/IP协议TCP/IP协议是互联网中最基本的通信协议，包括传输控制协议（TCP）和互联网协议（IP）。它具有可靠性、可扩展性、灵活性等特点。1.2.2HTTP协议HTTP协议（超文本传输协议）是互联网上应用最广泛的协议之一，主要用于浏览器与服务器之间的数据传输。1.2.3FTP协议FTP协议（文件传输协议）是一种用于计算机之间文件传输的协议，支持文件的和。1.2.4SMTP协议SMTP协议（简单邮件传输协议）是用于邮件传输的协议，负责将邮件从发送方传输到接收方。1.3网络体系结构网络体系结构是指计算机网络中各层次及其相互关系的总体框架。本节主要介绍常见的网络体系结构及其组成。1.3.1OSI模型OSI（开放系统互联）模型是一个七层网络模型，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。1.3.2TCP/IP模型TCP/IP模型是一个四层网络模型，包括链路层、网络层、传输层、应用层。它是对OSI七层模型的简化，具有实际应用价值。1.3.3五层模型五层模型是对OSI七层模型和TCP/IP四层模型的折中，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。它既具有理论价值，又便于实际应用。通过本章的学习，读者可以对网络通信基础有一个全面、系统的了解，为后续章节的学习打下坚实的基础。第2章数据传输技术2.1传输介质在数据通信中，传输介质是实现数据传输的基础设施。它关系到数据传输的速度、稳定性及安全性。以下是几种常见的传输介质：2.1.1有线传输介质（1）双绞线：双绞线是一种常用的传输介质，包括非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。其特点是成本较低，易于安装。（2）同轴电缆：同轴电缆具有较好的抗干扰功能，适用于高速数据传输。（3）光纤：光纤具有极高的传输速率、大带宽和良好的抗干扰功能。技术的发展，光纤已成为现代通信网络的主要传输介质。2.1.2无线传输介质（1）无线电波：无线电波传输适用于移动通信、无线网络等场景。（2）微波：微波传输具有高速率、大带宽的特点，常用于长途通信和卫星通信。（3）红外线：红外线传输适用于短距离通信，如遥控器、红外线通信模块等。2.2数据传输模式数据传输模式包括并行传输和串行传输两种。2.2.1并行传输并行传输是指同时通过多个传输线路传送多个数据位。其优点是传输速度快，但线路成本较高，且传输距离受到限制。2.2.2串行传输串行传输是指按顺序通过单个传输线路逐位传输数据。其优点是传输线路简单，成本较低，但传输速度相对较慢。2.3差错控制在数据传输过程中，可能会受到各种因素的影响，导致传输错误。为了提高数据传输的可靠性，需要采取一定的差错控制措施。2.3.1差错检测差错检测是通过一定的算法对传输数据进行校验，以检测数据在传输过程中是否发生错误。常见的差错检测方法有奇偶校验、循环冗余校验（CRC）等。2.3.2差错纠正差错纠正是通过对错误数据进行修复，使其恢复到原始数据的过程。常见的差错纠正技术有自动请求重发（ARQ）、前向纠错（FEC）等。2.3.3流量控制流量控制是通过控制数据传输速率，避免网络拥塞和接收方处理不过来等问题。常见的流量控制方法有滑动窗口协议、令牌桶算法等。2.3.4数据压缩数据压缩是对传输数据进行编码优化，减少传输数据量，提高传输效率。常见的数据压缩算法有霍夫曼编码、LZ77等。第3章网络拓扑结构3.1星型拓扑星型拓扑（StarTopology）是一种常见的网络结构，它的主要特点是将所有网络设备通过单独的连接线与中心设备（如交换机或集线器）相连。在这种拓扑结构中，任何两个设备之间的通信都必须通过中心设备进行转发。3.1.1结构特点星型拓扑结构具有以下特点：（1）中心设备承担数据交换和转发的核心功能；（2）任何一个连接设备的故障不会影响到其他设备的正常工作；（3）方便扩展，只需将新设备连接到中心设备即可；（4）维护和管理相对简单。3.1.2应用场景星型拓扑广泛应用于家庭、办公室、学校等场所的网络环境中。3.2环型拓扑环型拓扑（RingTopology）是另一种常见的网络结构，它的主要特点是将所有网络设备连接成一个闭环，数据沿着环的一个方向传输。3.2.1结构特点环型拓扑结构具有以下特点：（1）数据传输方向固定，不存在碰撞问题；（2）传输效率较高；（3）环中任何一个设备或连接的故障都可能影响整个网络；（4）网络扩展相对困难。3.2.2应用场景环型拓扑曾广泛应用于令牌环网络，目前在一些特定场景（如光纤环网）中仍有应用。3.3总线型拓扑总线型拓扑（BusTopology）是一种将所有网络设备连接到一条公共传输线（总线）的结构。在这种拓扑中，所有设备共享总线上的带宽。3.3.1结构特点总线型拓扑结构具有以下特点：（1）结构简单，成本低；（2）数据传输容易产生碰撞，影响传输效率；（3）总线上任何一个设备或连接的故障都可能影响整个网络；（4）网络扩展性较差，设备数量的增加，总线负载加重。3.3.2应用场景总线型拓扑在早期的以太网技术中应用广泛，如10BASE2和10BASE5。3.4网状拓扑网状拓扑（MeshTopology）是一种将网络设备相互连接，形成多个路径的结构。在这种拓扑中，数据可以从多个路径传输，提高了网络的可靠性和冗余性。3.4.1结构特点网状拓扑结构具有以下特点：（1）网络冗余性强，多个路径可以实现负载均衡和故障转移；（2）数据传输效率较高；（3）网络扩展方便；（4）结构复杂，成本较高。3.4.2应用场景网状拓扑广泛应用于大型企业、数据中心等对网络可靠性和冗余性要求较高的场景。无线网络中也常采用网状拓扑结构。第4章局域网技术4.1以太网4.1.1概述以太网（Ethernet）技术自20世纪70年代诞生以来，逐渐成为局域网（LAN）领域的主流技术。它采用载波侦听多址访问/碰撞检测（CSMA/CD）机制进行介质访问控制，具有传输速率高、可靠性好、成本低等特点。4.1.2技术标准以太网技术标准主要包括10Mbps、100Mbps、1000Mbps和10Gbps等速率级别。其中，10Mbps和100Mbps以太网广泛应用于低速局域网，1000Mbps和10Gbps以太网逐渐成为高速局域网的主流技术。4.1.3发展历程以太网技术从最初的10Mbps速率发展到如今的10Gbps速率，经历了多次技术革新。主要包括：双绞线以太网、光纤以太网、无线以太网等。4.2交换式局域网4.2.1概述交换式局域网（SwitchedLAN）采用交换机作为网络设备，实现局域网内各个设备之间的数据交换。相较于共享式局域网，交换式局域网具有更高的传输速率、更低的碰撞率和更好的网络功能。4.2.2技术特点交换式局域网采用全双工通信模式，消除了碰撞域，提高了网络的传输效率。同时交换机具备自学习能力，可以自动建立和维护设备之间的转发表，降低网络管理成本。4.2.3常见交换机技术交换机技术主要包括：快速以太网交换机、千兆以太网交换机、万兆以太网交换机等。还有虚拟局域网（VLAN）技术，用于实现逻辑上的网络隔离。4.3虚拟局域网4.3.1概述虚拟局域网（VirtualLAN，简称VLAN）是一种基于交换机的网络技术，通过软件实现设备之间的逻辑隔离。VLAN技术允许将一个物理局域网划分成多个逻辑上的局域网，提高网络的灵活性和可扩展性。4.3.2技术原理VLAN通过标签（Tag）机制实现数据帧的识别和隔离。交换机在接收到数据帧时，根据标签判断数据帧所属的VLAN，从而实现不同VLAN之间的隔离。4.3.3应用场景虚拟局域网技术广泛应用于企业网络、数据中心、园区网等场景。通过划分VLAN，可以实现部门之间的隔离、降低广播域、提高网络安全性等目的。4.3.4管理与配置虚拟局域网的管理与配置主要包括：创建VLAN、配置VLAN接口、设置VLANTrunk等。通过合理配置VLAN，可以优化网络结构，提高网络功能。第5章广域网技术5.1电话网络电话网络作为最早的广域网技术之一，至今仍被广泛使用。它基于电路交换技术，通过在通信两端建立一条物理连接，实现数据传输。电话网络在广域网中的应用主要包括PSTN（公共交换电话网络）和ISDN（集成服务数字网络）。本节将详细介绍电话网络的体系结构、传输特性及其在广域网中的应用。5.1.1电话网络的体系结构5.1.2电话网络的传输特性5.1.3电话网络在广域网中的应用5.2分组交换网络分组交换网络是一种基于存储转发技术的广域网技术，它将数据划分为较小的数据包（分组），每个分组独立选择路径进行传输。这种网络技术提高了线路的利用率，减少了传输延迟。本节将介绍分组交换网络的原理、分类及其在广域网中的应用。5.2.1分组交换网络原理5.2.2分组交换网络的分类5.2.3分组交换网络在广域网中的应用5.3帧中继帧中继（FrameRelay）是一种高速分组交换技术，它在分组交换的基础上简化了协议处理，提高了传输效率。帧中继主要应用于广域网中的局域网互联，具有较低的网络延迟和较高的带宽利用率。本节将探讨帧中继的技术特点、工作原理及其在广域网中的应用。5.3.1帧中继的技术特点5.3.2帧中继的工作原理5.3.3帧中继在广域网中的应用5.4ATM技术异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）是一种面向连接的传输模式，采用固定长度的数据包（细胞）进行传输。ATM技术具有高速、低延迟、支持多种业务类型等特点，广泛应用于广域网中。本节将着重介绍ATM技术的体系结构、传输特性及其在广域网中的应用。5.4.1ATM技术的体系结构5.4.2ATM技术的传输特性5.4.3ATM技术在广域网中的应用。第6章无线网络通信技术6.1无线局域网6.1.1概述无线局域网（WLAN）技术是一种基于无线通信技术在局部区域内提供网络接入的技术。它摆脱了传统有线网络的限制，为用户提供了便捷、灵活的上网方式。6.1.2技术标准本节主要介绍IEEE802.11系列标准，包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n和802.11ac等。6.1.3应用场景无线局域网广泛应用于家庭、企业、校园、机场、酒店等场合，为用户提供便捷的网络接入服务。6.2无线城域网6.2.1概述无线城域网（WMAN）是在城市范围内提供无线网络接入的技术，其覆盖范围介于局域网和广域网之间。6.2.2技术标准本节主要介绍IEEE802.16系列标准，即WiMAX技术。6.2.3应用场景无线城域网可应用于城市无线覆盖、农村宽带接入、企业级应用等场景。6.3蓝牙技术6.3.1概述蓝牙技术是一种短距离无线通信技术，主要用于连接电脑、手机、耳机等设备，实现数据传输和语音通信。6.3.2技术特点本节主要介绍蓝牙技术的低功耗、低成本、短距离、支持多设备连接等特点。6.3.3应用场景蓝牙技术广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表等设备，实现设备间的无线连接。6.4移动通信技术6.4.1概述移动通信技术是指通过无线电波实现远距离通信的技术，为用户提供语音、数据和多媒体服务。6.4.2技术发展本节主要介绍第一代至第五代移动通信技术（1G5G）的发展历程及关键技术。6.4.3应用场景移动通信技术广泛应用于手机、物联网、智能交通、远程医疗、智能家居等领域，极大地改善了人们的生活质量。第7章网络互联技术与设备7.1路由器7.1.1路由器概述路由器（Router）是一种网络层设备，主要用于实现不同网络之间的互联。其主要功能是依据IP地址进行数据包的转发，保证数据包能够正确地送达目的地。7.1.2路由器的工作原理路由器通过读取数据包的目标IP地址，结合路由表进行路由选择，将数据包转发到下一个合适的网络。路由器支持多种路由协议，如静态路由、动态路由等。7.1.3路由器的分类与功能路由器可以分为低端路由器、中端路由器和高端路由器。其功能指标包括吞吐量、背板能力、路由表容量等。7.2交换机7.2.1交换机概述交换机（Switch）是一种链路层设备，用于实现局域网内的数据交换。它通过MAC地址识别数据帧，并进行快速转发。7.2.2交换机的工作原理交换机通过学习MAC地址，构建MAC地址表，根据MAC地址表进行数据帧的转发。交换机支持全双工和半双工模式，有效提高网络带宽利用率。7.2.3交换机的分类与功能交换机可分为二层交换机、三层交换机、四层交换机等。功能指标包括吞吐量、背板带宽、包转发率等。7.3网关7.3.1网关概述网关（Gateway）是实现不同网络协议之间转换的设备。它可以在不同网络之间进行数据包的转发、地址映射和协议转换。7.3.2网关的工作原理网关工作在网络层或传输层，根据不同的协议进行数据包的封装、解封装。通过网关可以实现不同网络之间的通信。7.3.3网关的分类与功能网关可以分为协议转换网关、应用层网关等。功能指标包括处理能力、并发连接数、吞吐量等。7.4防火墙7.4.1防火墙概述防火墙（Firewall）是一种安全设备，用于保护内部网络免受外部网络的攻击。它可以根据安全策略对数据包进行过滤，防止非法访问。7.4.2防火墙的工作原理防火墙通过检查数据包的源地址、目标地址、端口号、协议类型等信息，根据预定义的安全策略进行过滤。防火墙可以支持多种安全协议，如TCP/IP、VPN等。7.4.3防火墙的分类与功能防火墙可分为包过滤防火墙、应用层防火墙、状态检测防火墙等。功能指标包括吞吐量、并发连接数、安全策略数量等。第8章网络管理技术8.1网络管理概述网络管理是保证网络系统稳定、可靠运行的关键环节。它包括对网络设备、传输链路、服务器、客户机等网络元素的配置、监控、故障排除、功能优化和安全性维护等方面。网络管理的目标是提高网络的可用性、可靠性和安全性，降低网络运营成本，为用户提供优质的服务。8.2SNMP协议简单网络管理协议（SimpleNetworkManagementProtocol，SNMP）是一种互联网标准协议，用于在网络设备之间收集和组织信息，并修改这些设备的设定。SNMP采用客户机/服务器模型，主要由网络管理系统（NMS）和代理（Agent）两部分组成。SNMP协议有以下版本：（1）SNMPv1：第一个版本，提供基本的网络管理功能。（2）SNMPv2c：第二个版本，增加了团体字符串认证和更多的操作。（3）SNMPv3：第三个版本，加强了安全性和认证机制。8.3CMIP协议公共管理信息协议（CommonManagementInformationProtocol，CMIP）是一种基于OSI模型的网络管理协议。与SNMP相比，CMIP提供了更为丰富的管理功能，支持面向对象的网络管理。CMIP采用连接方式，具有更高的安全性。但是由于实现复杂和传输效率较低，CMIP在实际应用中的普及程度不如SNMP。8.4网络管理工具网络管理工具是实现网络管理功能的基础，主要包括以下几类：（1）网络监控工具：用于实时监控网络设备、链路和服务器等的状态，以便及时发觉和解决问题。（2）功能管理工具：用于收集和分析网络功能数据，评估网络运行状况，为网络优化提供依据。（3）配置管理工具：用于配置网络设备的参数，保证网络设备正常运行。（4）故障管理工具：用于检测、诊断和解决网络故障，保障网络稳定运行。（5）安全管理工具：用于保护网络设备、数据和用户免受非法访问和攻击。第9章网络安全技术9.1加密技术网络通信技术的发展，使得信息安全问题日益凸显。加密技术作为保障信息安全的核心技术，得到了广泛应用。本节主要介绍加密技术的基本概念、分类及常用算法。9.1.1基本概念加密技术是指将明文信息通过一定的算法转换为密文，以保护信息在传输过程中不被非法窃取、篡改和泄露。加密技术的核心是加密算法和密钥。9.1.2分类根据加密算法的类型，加密技术可分为对称加密、非对称加密和混合加密。9.1.3常用算法常见的加密算法包括：数据加密标准（DES）、三重DES（3DES）、高级加密标准（AES）、椭圆曲线加密算法（ECC）等。9.2鉴别与授权网络安全中的鉴别与授权技术，主要用于保证网络资源的合法使用，防止未经授权的访问和操作。本节主要介绍鉴别与授权的基本概念、方法及其应用。9.2.1基本概念鉴别与授权是指在网络通信过程中，验证用户身份和权限的过程。鉴别技术主要包括：密码鉴别、生物特征鉴别等；授权技术主要包括：访问控制列表（ACL）、角色访问控制（RBAC）等。9.2.2方法鉴别与授权的方法主要包括：基于密码的鉴别、基于数字证书的鉴别、基于生物特征的鉴别等。9.2.3应用鉴别与授权技术在网络安全领域有广泛的应用，如：远程登录、网上银行、电子商务等。9.3入侵检测与防御入侵检测与防御技术是网络安全的重要组成部分，旨在发觉并阻止恶意攻击行为。本节主要介绍入侵检测与防御的基本原理、方法及其应用。9.3.1基本原理入侵检测与防御技术通过对网络流量、系统日志等信息的分析，检测潜在的恶意行为，并采取相应的防御措施。9.3.2方法入侵检测与防御的方法主要包括：基于签名的检测、基于异常的检测、基于行为的检测等。9.3.3应用入侵检测与防御技术广泛应