《网络与通信绪论》课件

《网络与通信绪论》本课程将深入探讨网络与通信的基本原理和关键技术。我们将从网络的起源和发展开始，逐步学习网络体系结构、网络协议、网络安全等重要内容。课程概述网络基础网络的定义、分类、协议、标准网络技术网络拓扑结构、网络硬件设备、网络服务网络应用网络分层模型、网络安全、网络编程网络发展物联网、云计算、边缘计算等新兴技术网络的定义及分类网络的定义网络指的是将多个设备（如计算机、手机、打印机等）通过通信线路连接起来，实现数据共享和信息传递的系统。网络的分类根据网络的范围、拓扑结构、传输介质、协议等因素，可以将网络划分为不同的类型。按范围划分个人局域网（PAN）局域网（LAN）城域网（MAN）广域网（WAN）互联网（Internet）按拓扑结构划分总线型网络星型网络环型网络树型网络网状网络网络的协议与标准协议协议定义了网络设备之间的数据传输格式、流程和规则。每个协议都包含了一套明确的规则，确保不同网络设备之间能够相互识别和通信。标准标准是统一的规范，用于指导网络设备的设计和开发，确保不同厂商的设备之间能够互操作。标准确保了网络互联互通，并促进了网络技术的发展。网络拓扑结构网络拓扑结构描述了网络中各节点之间的物理或逻辑连接方式。常见的网络拓扑结构包括总线型、星型、环型、树型、网状型等。网络硬件设备1网络接口卡网络接口卡（NIC）是计算机连接到网络的硬件接口，用于处理网络数据传输。2路由器路由器是网络中连接不同网络的设备，通过路由协议选择最优路径转发数据包。3交换机交换机是网络中连接多个设备的设备，它根据MAC地址转发数据包，提高网络效率。4集线器集线器是网络中最简单的设备，它将所有设备连接到一个公共传输介质上，无法区分数据包目的地。网络服务网络服务器服务器是网络服务的基础。它们提供各种服务，例如网页托管、邮件服务和数据存储。云计算服务云计算提供按需的网络服务，包括计算能力、存储空间和数据库。视频会议服务视频会议服务允许远程用户进行实时沟通和协作。域名服务域名服务将易于记忆的域名映射到网络地址，方便用户访问网站和服务。网络分层模型1应用层提供用户服务2传输层提供端到端服务3网络层提供逻辑地址4数据链路层提供物理地址5物理层传输比特流网络分层模型将网络功能分解成多个层次，每个层次负责特定任务。分层模型使得网络设计、实现和管理变得更加容易，也方便了不同厂商的设备互联。各层功能介绍物理层负责数据的比特流传输，定义网络中数据传输的物理接口、传输介质和信号编码等数据链路层负责将数据帧封装成数据包，并进行数据包的校验和寻址，实现网络节点之间的可靠数据传输网络层负责数据的路由和转发，实现网络节点之间的互联，为网络数据提供逻辑地址传输层负责为应用程序提供端到端的可靠数据传输服务，实现数据的流量控制和错误控制物理层基本概念传输介质物理层最基础的组成部分，负责数据在网络中的物理传输。信号编码将数据转换为电信号或光信号进行传输，常用的编码方式包括曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。连接器连接不同设备的接口，如RJ-45、BNC、SC等。网络接口卡连接计算机与网络的硬件设备，负责数据的收发。物理层传输介质1双绞线双绞线是最常用的传输介质之一，价格便宜，易于安装，性能稳定。常用的有超五类、六类、七类双绞线。2同轴电缆同轴电缆具有良好的抗干扰能力，适合传输高速数据，常用于有线电视和宽带网络。3光纤光纤具有传输带宽高、抗干扰能力强、衰减小、重量轻等优点，是目前应用最广泛的传输介质之一。4无线传输无线传输技术包括微波、红外、卫星等，具有灵活、便携的优点，但传输距离有限，安全性较低。数据链路层概述数据链路层功能数据链路层负责将网络层数据帧封装成物理层可以传输的数据比特流，并进行差错检测和流量控制。数据链路层协议数据链路层协议主要有两种类型：点对点协议和广播协议。常见的协议包括以太网协议、令牌环协议等。数据链路层的作用数据链路层为网络层提供可靠的数据传输服务，并负责处理网络层数据帧的错误检测和流量控制。数据链路层协议以太网协议最常用的网络协议，广泛应用于局域网。数据帧格式，MAC地址，广播地址，冲突检测等内容。无线局域网协议用于无线网络的传输，主要包括IEEE802.11协议家族。CSMA/CA协议，安全机制，802.11a/b/g/n标准等。点对点协议建立点对点连接的协议，广泛用于拨号连接。PPP协议帧格式，数据压缩，认证机制等内容。帧中继协议一种面向连接的协议，使用帧中继网络传输数据。帧中继协议标准，帧格式，流量控制等内容。网络层概述网络层功能网络层负责数据包的路由和转发。它为数据包提供逻辑地址，并确定数据包的传输路径，确保数据包从源主机到目标主机。网络层协议IP协议是网络层的核心协议。IP协议定义了网络层数据包的格式，并提供地址分配和路由功能，是互联网的核心基础。路由算法路由器路由器是网络的核心设备，负责转发数据包网络地图路由算法用于规划数据包在网络中的最佳路径流量分析路由算法根据流量负载、网络延迟等因素选择最佳路线传输层概述数据传输传输层负责数据包在网络中传输，确保数据完整性和可靠性。连接管理传输层提供面向连接和无连接两种服务，为应用程序提供可靠的数据传输服务。数据分段将数据分割成更小的数据段，以便网络传输，并在接收端进行重组。端口号每个应用程序都有一个唯一的端口号，用于标识不同的应用程序。TCP/IP协议11.传输控制协议TCP是面向连接的协议，提供可靠的数据传输，确保数据完整性和顺序。TCP用于需要可靠数据传输的应用，例如文件传输、网页浏览。22.互联网协议IP是无连接的协议，提供数据包路由服务，通过网络将数据包从源主机传递到目标主机。33.TCP/IP模型TCP/IP协议模型是网络协议的层次化模型，将网络功能分为多个层，方便理解和管理。44.应用广泛TCP/IP协议是现代互联网的基础，广泛应用于各种网络设备和应用，提供基础的网络通信能力。应用层概述用户接口应用层为用户提供网络服务，如电子邮件、网页浏览等。协议标准应用层定义了各种协议，例如HTTP、FTP、SMTP等，规范网络应用程序的通信。数据交互应用层负责用户数据与网络协议之间的转换，并提供数据传输和接收功能。常见网络应用网络浏览器浏览网页，获取信息，进行网上购物，观看视频等。电子邮件发送和接收电子邮件，与他人交流，处理工作和生活事务。即时通讯实时聊天，发送消息，语音通话，视频通话等。网络游戏娱乐，社交，竞技，体验虚拟世界等。网络安全概述1保护网络资源保障网络资源安全，防止数据泄露、被盗、被破坏2保障网络服务确保网络服务稳定运行，防止网络攻击和恶意代码入侵3保障用户隐私保护用户个人信息安全，防止身份盗窃和隐私泄露4维护网络秩序打击网络犯罪，防止网络信息传播混乱病毒与防御技术病毒类型计算机病毒种类繁多，包括文件型、引导型、宏病毒、网络病毒等。防火墙防火墙是网络安全的第一道防线，用于过滤进出网络的数据流。杀毒软件杀毒软件通过扫描系统文件和程序，检测并清除已知的病毒。安全意识保持良好的网络安全意识，如不点击可疑链接、不打开来历不明的附件等。网络编程概述网络编程是指利用编程语言和网络协议开发网络应用程序的过程。它涉及到设计、实现和调试网络应用程序，以实现网络通信和数据交换。网络编程涉及网络协议的理解和应用，包括TCP/IP、UDP、HTTP等协议。开发人员需要了解网络通信原理，并熟练使用网络编程接口，例如SocketAPI。网络编程模型面向过程编程模型将程序分解为一系列函数或过程，通过顺序执行这些函数来完成任务。面向对象编程模型将程序设计成以对象为中心，通过对象之间的交互来完成任务。事件驱动编程模型基于事件处理机制，通过监听和响应事件来驱动程序执行。网络编程接口套接字编程套接字编程提供了一种通用的通信方式，用于建立网络连接并进行数据交换。WindowsAPIWindowsAPI提供了丰富的网络编程接口，支持各种网络协议和功能。LinuxAPILinuxAPI提供了灵活的网络编程接口，支持多种网络协议和网络编程模型。WebAPIWebAPI用于创建基于Web的网络应用，通过HTTP协议进行数据交互。客户端-服务器架构1用户发送请求2客户端接收数据3服务器处理数据客户端-服务器架构是一种常见的网络应用模型。客户端负责向服务器发送请求，服务器负责处理请求并向客户端返回数据。网络应用开发11.应用程序设计根据用户需求和功能定义，设计应用程序的逻辑结构和流程。22.网络编程实现使用编程语言和网络协议，实现应用程序的网络通信功能。33.软件测试与部署对应用程序进行测试和优化，并将其部署到目标网络环境。44.维护与更新持续监控应用程序运行状况，并根据需要进行维护和更新。网络发展趋势移动互联网移动设备的普及，推动着网络服务向移动化发展。移动互联网提供便捷的网络接入，改变着人们的生活方式。云计算云计算提供按需付费的计算资源，降低了网络建设和维护成本。云计算平台提供丰富的服务，促进网络应用的快速发展。物联网与大数据智慧城市物联网传感器收集实时数据，改善城市管理、交通和环境监测。工业4.0物联网数据分析优化生产流程，提高效率，降低成本，推动工业自动化。个人健康可穿戴设备收集健康数据，提供个性化健康管理，预防疾病。云计算与边缘计算云计算云计算是一种计算模式，它允许通过互联网访问计算资源，如服务器、存储和网络。它提供了一种可扩展、灵活且经济高效的方式来管理和使用IT资源。边