计算机基础课件(计算机网络基础)

计算机网络基础计算机网络是一个集合,包括硬件、软件和通信协议,它们一起构建了现代信息交流和数据传输的基础设施。掌握基础知识对于理解和应用计算机网络技术至关重要。什么是计算机网络?互连设备计算机网络是由计算机、通信设备和软件组成的互联系统,实现远程信息传输和资源共享。信息传递通过电磁信号在网络中传递数据和信息,实现设备之间的通信和协作。资源共享网络允许多个用户共享硬件、软件、数据等资源,提高资源利用效率。开放互联计算机网络采用标准协议,实现不同设备和系统之间的互联互通。计算机网络的组成硬件组件计算机网络由计算机、路由器、交换机、调制解调器等硬件设备组成,这些硬件负责数据的传输和交换。软件系统计算机网络还需要操作系统、网络协议、网络应用程序等软件系统来实现网络的功能和管理。通信介质计算机网络通常使用有线电缆、无线电波等通信介质来传输数据,确保网络连接的稳定和畅通。网络拓扑网络拓扑描述了网络设备之间的连接方式,如星型、总线型、环型等结构。OSI参考模型1应用层提供给应用程序使用的网络服务2表示层定义数据格式和加密方式3会话层建立、维护和同步通信会话4传输层可靠地传输数据,如TCP、UDP5网络层负责寻址和路由,如IP协议OSI参考模型是一个抽象的网络架构框架,将网络通信划分为7个层次,从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每一层都有其特定的功能和协议标准,确保网络通信的有序和可靠。TCP/IP协议族网络层(IP)负责主机之间的寻址和路由选择,确保数据包能够正确传输。传输层(TCP/UDP)提供可靠的端到端数据传输服务,或快速但不可靠的服务。应用层包含HTTP、FTP、SMTP等众多应用协议,满足各种网络应用需求。物理层信号传输物理层负责在网络中传输原始的二进制数据信号,并确保数据在物理介质上的稳定传输。传输介质通常使用电缆、光纤等物理介质作为传输信号的媒体。不同的介质有不同的传输性能和成本。信号编码物理层负责对数字信号进行调制和编码,以满足不同网络介质和设备的要求。网络设备物理层还涉及网络设备的硬件规格和连接标准,如集线器、中继器等。数据链路层1数据帧结构数据链路层将上层传输的数据封装成数据帧,添加帧头和帧尾,以确保可靠的数据传输。2访问控制数据链路层负责协调多个设备对共享信道的访问,如CSMA/CD和CSMA/CA等多种协议。3错误检测和纠正数据链路层使用差错检测和纠正机制,如校验码和重传机制,保证数据传输的正确性。4地址映射数据链路层负责将上层的逻辑地址转换为物理地址,如ARP协议完成IP地址到MAC地址的映射。网络层网络层功能网络层负责数据包在网络中的寻址和路由选择,确保数据能够顺利抵达目的地。它是网络体系结构的核心部分。IP地址IP地址是网络层的关键元素,用于标识网络中的设备并实现通信。它负责数据包的逻辑寻址和路由。主要网络层协议IP、ICMP、ARP等协议在网络层中起重要作用,实现数据包转发、错误报告、地址解析等功能。传输层数据传输传输层负责端到端的数据传输,确保数据顺利、完整地到达目的地。它提供了可靠的数据传输服务,保证了数据的准确性和完整性。协议分类传输层主要包括两大协议:面向连接的TCP协议和无连接的UDP协议。TCP提供可靠的数据传输,而UDP则更侧重于高效传输。TCP特点面向连接的可靠传输提供流量控制和拥塞控制有序传输,能够纠正数据包乱序UDP特点无连接的数据报传输不提供可靠性保证,数据包可能丢失或乱序适用于实时性要求高的应用,如视频会议和在线游戏应用层网络应用服务应用层定义了不同的网络应用服务,如网络浏览、文件传输、电子邮件、实时通信等,使网络用户能够访问和传输各种数据信息。应用层协议应用层包含多种标准化协议,如HTTP、FTP、SMTP等,为应用程序提供了统一的接口,简化了网络编程的复杂性。应用层服务应用层提供了各种网络服务,如域名解析、身份验证、加密等,确保了网络应用的安全性和可靠性。IP地址IP地址是计算机网络中用于标识设备的地址。它由4个以点分隔的数字组成,每个数字的取值范围是0-255。IP地址包括网络部分和主机部分,用于确定数据在网络中的传输路径。IP地址类型用途公有IP地址连接到互联网的设备使用的IP地址私有IP地址局域网内部设备使用的IP地址,不能直接访问互联网IP地址分类A类地址第一个字节表示网络地址,后三个字节表示主机地址。网络范围从到。B类地址前两个字节表示网络地址,后两个字节表示主机地址。网络范围从到。C类地址前三个字节表示网络地址,最后一个字节表示主机地址。网络范围从到。D类地址用于多播,范围从到55。子网划分1网络号确定网络范围2主机号分配给设备3子网号划分网络空间子网划分是通过将原有的网络号分成多个子网来实现的。首先确定网络号范围,然后分配给不同设备的主机号,最后划分子网号来优化网络空间。合理的子网划分可以提高网络利用效率,增强网络性能。子网掩码定义子网掩码是一种用于将IP地址划分为网络地址和主机地址的掩码。它与IP地址配合使用,用于确定IP地址的网络部分和主机部分。作用子网掩码帮助路由器和其他网络设备正确判断数据包的目的地址,以确保数据正确地路由到目标网络和主机。表示形式子网掩码通常以点分十进制的形式表示,类似于IP地址的格式。它的二进制形式表示网络部分为1,主机部分为0。应用子网掩码在配置IP地址、划分子网、路由配置等网络管理任务中都扮演着重要的角色。路由器1主要功能路由器负责连接不同网络,根据路由表决定数据包的转发路径。2工作机制路由器使用IP地址,结合目的地址和网关信息实现转发。3主要类型常见的路由器类型包括家用路由器、企业级路由器和边界路由器等。4配置优化合理配置路由表、QoS和安全策略可以提高网络性能。交换机1快速互联交换机可高速连接多个网络设备,实现局域网内设备之间的快速通信。2自动学习交换机具有自动学习网络拓扑和地址映射的功能,无需手动配置。3灵活扩展交换机可根据网络需求随时添加或移除端口,实现灵活的网络扩展。4安全性交换机可隔离网络段,并提供对报文的过滤和监控,增强网络安全。网桥连接不同网段网桥能够连接不同网段的局域网,使它们能够相互通信。数据转发优化网桥能够有效地过滤和转发数据包,减少网络拥堵。隔离广播域网桥可以将一个大的网络划分成多个小的广播域,提高网络性能。无线网络简介无线网络是指利用无线电波进行数据传输的计算机网络系统。它可以实现移动设备的连接,摆脱有线网络的限制,大大提高了网络的灵活性和适用性。无线网络有多种技术标准,如WiFi、蓝牙、4G/5G等,满足不同的应用场景需求。无线网络有许多优势,如易部署、扩展性强、成本低等,但也存在安全性、覆盖范围、传输速度等方面的挑战,需要合理规划和部署。WIFI工作原理1频率分配WIFI使用2.4GHz或5GHz频段的无线电波,通过频率分配实现多用户共享频谱资源。2接入点连接WIFI设备通过互联网接入点(AP)连接到网络,AP负责管理和协调设备的无线通信。3信号传输WIFI设备发送和接收数字信号,经过编码调制后在空中传播,接收设备解码还原数据。网络安全基础网络安全威胁网络上存在着各种恶意软件、黑客攻击、数据泄露等威胁,需要采取有效的安全措施来保护网络系统和数据。防火墙保护防火墙是网络安全的基础设备,可以有效阻挡非法访问,保护内部网络免受外部威胁。加密和认证通过加密和身份认证技术,可以确保数据传输的机密性和完整性,防止敏感信息被窃取或篡改。病毒和防范计算机病毒的危害计算机病毒能够窃取用户隐私信息、破坏系统文件、吞噬系统资源,给用户带来严重的经济损失和隐私泄露风险。预防病毒的措施安装和定期更新防病毒软件谨慎打开来历不明的文件和链接及时更新操作系统和软件补丁做好数据备份,防止重要文件丢失防火墙防御网络攻击防火墙可以有效阻挡各种网络攻击,保护内网安全。控制网络访问防火墙可以根据预设规则,控制网络内外的信息交互。监控网络行为防火墙可以实时监测网络活动,及时发现和阻止异常情况。制定安全策略防火墙可以根据企业需求,制定并执行全面的网络安全策略。加密和认证数字签名数字签名使用密钥加密信息来确认发送者的身份和信息完整性,提高网络交互的安全性。SSL/TLS加密SSL/TLS是一种广泛使用的加密协议,它可以在客户端和服务器之间建立安全的通信通道,保护传输数据不被窃取。双因素认证双因素认证需要用户输入密码和验证码等两种类型的凭证,提高了账户安全性,减少了未经授权的访问。网络协议分析工具网络嗅探器捕获和分析网络数据包,帮助诊断网络问题和监控网络流量。常用工具包括Wireshark、tcpdump等。协议分析器深入分析网络协议,解码各层协议细节,用于检查网络问题和提高网络性能。如Omnipeek、NetworkMiner等。流量监控工具监控网络流量情况,统计各类应用的网络使用情况,如Cacti、PRTGNetworkMonitor等。设备诊断工具检查网络设备的工作状态,诊断硬件故障,如Ping、Tracert等命令行工具。网络性能评估网络性能评估包括对网络吞吐量、延迟、可靠性和安全性等关键指标进行全面评估。通过分析这些指标,可以全面了解网络的整体运行状况,并制定相应的优化方案。网络优化方法1分层优化根据OSI参考模型的7层结构,分层优化网络各个层面,提高整体性能。2带宽调优合理分配和利用带宽资源,避免网络瓶颈,提高传输效率。3负载均衡采用负载均衡技术,将用户请求合理分散到多个服务器,实现资源共享。4备份与容灾建立完善的数据备份和灾难恢复机制,确保网络的高可用性。网络故障排查1定位故障快速分析现象,确定故障发生的层次和位置。2收集信息仔细收集各种诊断信息,了解故障的详细情况。3分析原因根据收集的信息,分析出故障的根源及导致原因。4解决问题采取恰当的措施,修复故障,恢复正常运行。网络故障排查是一个系统性的过程,需要通过层层深入的分析,最终找出故障的本质原因,并采取相应的补救措施。这不仅要求网络管理员具备专业的知识和技能,还需要丰富的实践经验。网络设备配置管理配置备份定期备份网络设备的配置信息,以便在设备故障时快速恢复。包括IP地址、路由规则、防火墙策略等。远程管理利用SSH、SNMP等远程管理协议,实现对网络设备的集中管理和配置变更。减少现场维护的需求。自动化部署使用配置管理工具,自动完成网络设备的初始安装和配置部署,提高效率和一致性。版本控制维护设备配置的版本历史,方便回溯和比较变更,有利于问题排查和优化。网络发展趋势云计算云计算技术的发展正在改变着网络基础设施的架构,为用户提供更灵活、更便捷的服务。物联网物联网将使更多的设备和应用程序连接到网络,扩展了网络