计算机网络课件-谢希仁

计算机网络计算机网络是现代社会中不可或缺的一部分，它连接着世界各地的人们和设备，使信息能够快速便捷地传递。课程简介课程介绍本课程旨在帮助学生理解计算机网络的基本原理和应用，并掌握相关的技术知识和技能。课程目标使学生能够深入理解计算机网络的概念、体系结构和关键技术，并掌握网络应用开发和网络管理的基本技能。课程内容本课程涵盖了计算机网络的各个方面，包括网络基础知识、网络协议、网络安全、网络应用等。课程形式通过课堂讲授、实验练习和课后作业等多种形式，帮助学生掌握网络知识，并培养实际操作能力。课程目标掌握网络基础知识理解网络体系结构，包括OSI参考模型和TCP/IP协议族。了解常见网络协议掌握HTTP、DNS、SMTP等协议的工作原理和应用。学习网络安全基础认识网络安全威胁和防御措施，例如防火墙、加密技术和入侵检测系统。培养网络应用能力掌握网络设备配置、网络故障排查和网络管理的基本技能。课程内容网络概述网络的定义，网络类型，网络拓扑结构，网络协议，网络服务等。物理层传输介质，编码技术，信号传输方式，网络接口卡等。数据链路层链路层协议，MAC地址，流量控制，错误检测等。网络层IP地址，子网掩码，路由协议，网络地址转换等。网络概述计算机网络是指将地理位置分散的计算机系统互联起来，实现资源共享和信息传递的系统。计算机网络的应用范围非常广泛，例如互联网、企业局域网、移动通信网络等。计算机网络的组成部分包括：网络硬件、网络软件、网络协议、网络服务。物理层1传输介质双绞线、同轴电缆、光纤2信号编码模拟信号、数字信号3物理接口RJ-45、USB、HDMI物理层负责数据在网络中的物理传输，包括传输介质、信号编码和物理接口。物理层是网络中最底层，是数据传输的基础。数据链路层1链路层功能点对点数据传输2帧封装添加帧头和帧尾3差错检测发现并纠正传输错误4流量控制控制数据传输速率数据链路层负责在两个相邻节点之间可靠地传送数据帧，确保数据完整性。它封装数据并添加帧头和帧尾，包含地址信息、错误校验码等。此外，它还负责进行差错检测，确保数据传输的准确性。流量控制则用于协调数据传输速率，避免数据丢失或拥塞。网络层1网络层功能负责数据分组的路由选择，将数据从源主机传输到目标主机。网络层协议主要包括IP协议、ICMP协议和ARP协议。2IP协议为每个网络设备分配唯一的IP地址，实现网络互联。IP地址分为IPv4和IPv6两种，IPv6具有更大的地址空间，可以满足未来网络发展需求。3路由选择基于路由表，选择最优路径，将数据分组从源主机传输到目标主机。路由选择算法主要包括距离矢量路由算法和链路状态路由算法。传输层传输层的作用提供端到端的通信服务,为应用程序提供数据传输的可靠性,流量控制和错误检测。传输层协议主要协议包括TCP和UDP,TCP提供可靠的连接服务,UDP提供无连接服务。TCP协议特点面向连接,可靠数据传输,流量控制,拥塞控制,数据分段。UDP协议特点无连接,无需建立连接,不保证数据传输可靠性,速度快,适合实时应用。传输层端口每个应用程序都有唯一的端口号,允许不同的应用程序同时使用网络。应用层1应用层协议应用层协议定义了网络应用程序如何使用网络。常见的应用层协议包括HTTP、FTP和电子邮件协议。2网络应用程序应用层是用户直接交互的网络层级，包括网络浏览器、电子邮件客户端和文件传输软件等应用程序。3网络服务应用层提供各种网络服务，例如电子邮件、文件传输、网页浏览和视频流服务等。OSI参考模型OSI模型描述了网络协议的层次结构，分为七层，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。OSI模型提供了一个抽象框架，帮助理解网络协议的运作机制，方便不同厂商的设备互操作。网络体系结构11.协议层级网络体系结构通常分为多个层级，如应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。每个层级都负责特定任务。22.数据封装数据在网络中传输时，会逐层封装，包含各种信息，例如源地址、目的地址、协议类型等。33.接口定义每个层级之间通过接口进行通信，定义了数据格式和交互方式，确保不同层级能够协同工作。44.服务提供每个层级为上层提供服务，例如网络层提供数据路由服务，传输层提供数据可靠传输服务。网络设备网络接口卡(NIC)连接计算机和网络的桥梁。NIC提供物理层和数据链路层的协议支持。交换机在局域网中连接多个设备。交换机根据MAC地址转发数据帧，提高网络效率。路由器连接不同网络，负责数据包的路由。路由器根据IP地址进行数据包转发，实现网络互联。集线器连接多个设备，但它不具备转发功能，每个端口都连接到同一个总线上，所有设备共享带宽。TCP/IP协议族网络协议族TCP/IP协议族是一组通信协议，用于连接计算机网络。它定义了数据在网络中如何传输，如何寻址和路由等。核心协议TCP协议提供可靠的连接和数据传输。IP协议负责数据包的地址和路由，实现网络互连。IP地址与子网划分IP地址是用于识别互联网上每个设备的唯一标识符。子网划分是一种将网络划分为更小网络的技术，以便更好地管理和控制网络流量。32位IP地址由32位组成，分为网络地址和主机地址。128地址IPv4地址空间包含2^32个地址，约为43亿个。掩码子网掩码用于区分网络地址和主机地址，表示每个网络的范围。划分通过子网划分，可以将单个网络分为多个更小的网络。路由算法1目的路由算法通过计算网络路径，将数据包从源节点发送到目标节点。2方法常见的路由算法包括距离向量算法和链路状态算法。3距离向量算法每个路由器维护一个距离向量，记录到其他路由器的距离和路径。4链路状态算法每个路由器构建网络拓扑图，计算最短路径，更新路由表。交换机工作原理交换机是网络中用于连接不同设备的硬件设备。它们使用MAC地址来识别网络中的设备并转发数据包。1帧转发交换机通过MAC地址表来决定数据包的转发路径。2MAC地址学习交换机通过监听网络上的数据包来学习MAC地址。3冲突域分割交换机将网络分成多个冲突域，减少网络冲突。交换机可以提高网络性能，减少网络冲突，提升网络安全性。路由器工作原理接收数据包路由器接收来自网络中的数据包，每个数据包包含目标地址信息。查找路由表路由器根据数据包的目标地址，在路由表中查找最佳路径。转发数据包路由器将数据包转发到下一个网络节点，即下一跳路由器。重复以上步骤数据包会经过多个路由器，直到到达最终目的地。DNS服务域名解析将域名转换为IP地址。层次结构根域名服务器、顶级域名服务器、授权域名服务器。安全机制防止DNS欺骗和缓存污染。HTTP协议超文本传输协议HTTP协议是一种应用层协议，用于在客户端和服务器之间传输网页和其他数据。无状态协议HTTP协议是一种无状态协议，这意味着服务器不会记住客户端以前发出的请求。请求和响应HTTP协议使用请求和响应模型进行通信，客户端发送请求，服务器响应请求。版本HTTP协议有多个版本，目前最常用的版本是HTTP/1.1和HTTP/2。电子邮件协议SMTP协议简单邮件传输协议，用于发送电子邮件。它定义了电子邮件服务器之间传输电子邮件的规则。POP3协议邮局协议，用于接收电子邮件。它允许电子邮件客户端从邮件服务器下载电子邮件。IMAP协议互联网消息访问协议，也用于接收电子邮件。它允许电子邮件客户端访问邮件服务器上的电子邮件，而不必下载它们。网络安全概述网络攻击网络安全威胁不断升级，网络攻击手段日益多样化。数据泄露数据泄露风险增加，个人隐私和机密信息安全面临挑战。病毒和恶意软件病毒和恶意软件传播速度快，危害性大，可能导致系统崩溃和数据丢失。网络欺诈网络欺诈手段不断翻新，需要提高用户防范意识，避免财产损失。防火墙定义防火墙是一种网络安全设备，它通过检查进出网络的数据包来控制网络流量。防火墙可以阻止来自外部网络的恶意访问，保护内部网络免受攻击。工作原理防火墙通过配置规则来识别并阻止来自外部网络的攻击。规则定义了哪些数据包可以通过防火墙，以及哪些数据包会被阻止。加密技术11.对称加密使用相同的密钥进行加密和解密。速度快，但密钥管理困难。22.非对称加密使用不同的密钥进行加密和解密，密钥管理更加安全，但速度较慢。33.哈希算法将任意长度的输入转换为固定长度的输出，用于验证数据完整性。44.数字签名使用非对称加密技术，确保信息来源的真实性和完整性。数字签名身份验证数字签名验证发送者身份，防止伪造和篡改信息。数据完整性数字签名确保信息在传输过程中保持完整，未被修改或损坏。法律效力数字签名具有法律效力，可用于电子合同、电子交易等。网络攻击方式拒绝服务攻击拒绝服务攻击旨在使目标网络资源不可用，从而阻止合法用户访问资源。病毒和蠕虫病毒和蠕虫是恶意软件形式，它们在计算机之间传播并可能破坏数据或系统功能。网络钓鱼攻击网络钓鱼攻击使用伪造的电子邮件或网站欺骗用户提供敏感信息，例如用户名、密码或信用卡详细信息。恶意软件攻击恶意软件攻击使用各种恶意软件来获取对受感染系统或网络的访问权限，窃取数据或控制系统。入侵检测系统11.监控网络流量IDS通过分析网络数据包，寻找恶意活动迹象，如异常流量模式或已知攻击签名。22.检测攻击IDS可以检测各种攻击，包括扫描、拒绝服务攻击、病毒传播等。33.生成警报当IDS检测到潜在的攻击活动时，会发出警报，通知管理员进行调查和处理。44.提高安全级别通过及早发现攻击并采取措施，IDS有助于保护网络系统免受攻击。网络维护与管理网络监控实时监控网络状态和性能，识别潜在问题和安全威胁。网络配置优化网络设置，提高网络效率和安全性。故障排除快速定位并解决网络故障，确保网络稳定运行。安全管理实施网络安全策略，防御网络攻击，保护网络安全。未来网络发展趋势5G和Beyond5G技术正在迅速改变网络连接方式。未来，网络将更加快速、可靠、高效，并支持更广泛的应用。6G技术正在研发中，预计将带来更高速率、更低延迟和更强大功能。物联网的兴起