计算机网络技术-课件

计算机网络技术欢迎来到计算机网络技术课程。本课程将深入探讨网络的基础知识、各层技术和管理方法。让我们开始这段令人兴奋的学习之旅吧！计算机网络基础知识定义计算机网络是连接计算机和设备的系统，实现数据共享和通信。重要性网络技术是现代社会的基础设施，支持各行各业的运作。发展趋势网络技术不断演进，朝着更快、更安全、更智能的方向发展。网络的概念和特点互连性网络允许不同类型的设备相互连接和通信。这种互连性促进了信息的自由流动。分布式处理网络支持任务分散到多个设备上执行，提高效率和可靠性。这种分布式特性增强了系统的整体性能。网络分类1广域网(WAN)2城域网(MAN)3局域网(LAN)4个人区域网(PAN)网络按覆盖范围从大到小分类。每种类型都有其特定的应用场景和技术特点。网络拓扑结构星型拓扑所有设备连接到中央节点，易于管理但存在单点故障风险。环型拓扑设备形成闭环，数据按固定方向传输，较为可靠。总线型拓扑所有设备连接到同一传输介质，结构简单但容易产生冲突。物理层技术信号传输物理层负责在网络设备间传输原始比特流，确保数据的物理传输。硬件规范定义网络接口的机械、电气和功能特性，如接口类型和传输速率。传输介质包括有线（如铜缆、光纤）和无线（如无线电波、红外线）媒介。传输媒体双绞线常用于局域网，价格低廉，易于安装，但抗干扰能力较弱。光纤传输速度快，抗干扰能力强，适用于长距离高速传输。无线灵活性高，适用于移动设备，但受环境影响较大。信号编码和调制1基带传输直接使用数字信号，适用于短距离传输。2频带传输将数字信号调制到模拟信号上，适用于长距离传输。3编码技术如曼彻斯特编码、4B/5B编码等，提高传输效率和可靠性。接口标准RS-232串行通信接口，适用于低速短距离通信。RJ-45以太网常用接口，支持高速数据传输。USB通用串行总线，广泛用于连接各种外围设备。HDMI高清多媒体接口，用于传输高质量音视频信号。数据链路层技术1帧定界将比特流分割成帧，便于传输和错误控制。2地址识别使用MAC地址识别网络设备，实现点对点通信。3差错控制检测并纠正传输过程中的错误，确保数据完整性。4流量控制调节数据传输速率，防止接收方缓冲区溢出。访问控制方式CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测，用于以太网。设备在发送数据前先侦听信道，发生冲突时采取退避策略。令牌传递在令牌环网络中使用。只有持有令牌的设备才能发送数据，避免了冲突。差错检测和纠正校验和简单的错误检测方法，计算数据的和并与接收到的校验和比较。循环冗余校验(CRC)使用多项式除法生成校验码，能够检测出突发性错误。海明码不仅能检测错误，还能纠正单比特错误，提高传输可靠性。帧格式和封装1帧头包含目标和源MAC地址，以及帧类型信息。2数据载荷封装上层协议的数据，大小有限制。3帧尾包含错误检测码，如CRC校验和。4帧间距相邻帧之间的空隙，用于同步和区分帧。网络层技术1路由2寻址3分组转发4拥塞控制5服务质量网络层负责端到端的数据传输，处理数据包的路由和转发。它是实现互联网通信的关键。IP地址IPv432位地址，格式如，地址空间有限。IPv6128位地址，格式如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334，解决地址耗尽问题。子网掩码用于划分子网，如，确定网络和主机部分。路由算法静态路由手动配置路由表，适用于小型网络。动态路由自动更新路由信息，适应网络变化。距离矢量算法如RIP，基于跳数选择最短路径。链路状态算法如OSPF，考虑链路状态，选择最优路径。网际协议IP互联网协议，负责数据包的寻址和路由。ICMP互联网控制消息协议，用于诊断网络问题。ARP地址解析协议，将IP地址映射到MAC地址。传输层技术端到端通信传输层负责在端系统之间建立可靠的数据传输通道。它处理数据分段、流控制和错误恢复。协议类型主要包括面向连接的TCP和无连接的UDP。TCP提供可靠传输，UDP提供快速但不可靠的传输。TCP/UDP协议TCP特点可靠、面向连接、流量控制、拥塞控制。UDP特点不可靠、无连接、简单快速、适用于实时应用。应用场景TCP适用于文件传输、邮件；UDP适用于视频流、在线游戏。面向连接和无连接面向连接（TCP）建立连接、数据传输、断开连接的三阶段过程。保证数据可靠传输。无连接（UDP）直接发送数据，不建立连接。传输速度快，但不保证可靠性。流量控制和拥塞控制1流量控制调节发送速率，防止接收方缓冲区溢出。使用滑动窗口机制。2拥塞控制防止网络过载。采用慢启动、拥塞避免等算法。3效果确保网络稳定运行，提高传输效率。应用层技术1应用协议2服务定义3用户接口4数据格式应用层是最接近用户的网络层。它为应用程序提供网络服务，定义数据交换的规则和格式。DNS系统域名解析将人类可读的域名转换为IP地址。分层结构根域、顶级域、二级域等构成的树状结构。缓存机制本地DNS服务器缓存常用域名，提高解析速度。Web协议HTTP超文本传输协议，Web通信的基础。HTTPS安全的HTTP，使用SSL/TLS加密。WebSocket支持全双工通信，适用于实时Web应用。电子邮件协议SMTP简单邮件传输协议，用于发送邮件。POP3邮局协议版本3，用于接收邮件，下载到本地。IMAP互联网消息访问协议，支持邮件在服务器上的管理。网络安全技术1认证验证用户身份，确保资源访问的合法性。2加密保护数据传输和存储的机密性。3完整性确保数据在传输过程中不被篡改。4可用性保证合法用户能够正常访问网络资源。访问控制身份认证使用用户名密码、生物特征或令牌等方式验证用户身份。多因素认证提供更高安全性。授权根据用户身份和权限级别，控制对资源的访问。采用最小权限原则，降低安全风险。加密算法对称加密如AES，使用相同密钥加解密，速度快但密钥管理复杂。非对称加密如RSA，使用公私钥对，安全性高但速度较慢。哈希函数如SHA，用于生成消息摘要，确保数据完整性。防火墙和VPN防火墙监控和控制网络流量，阻止未授权访问。可分为包过滤、应用层和状态检测防火墙。VPN虚拟专用网络，通过公共网络建立安全通道。支持远程办公和跨地域安全通信。网络管理技术1策略制定2监控分析3性能优化4故障排除5安全维护网络管理是确保网络高效、安全运行的重要环节。它涵盖了从日常监控到长期规划的各个方面。性能监控带宽利用率监测网络链路的使用情况，识别瓶颈。延迟和丢包率评估网络质量，影响用户体验。吞吐量衡量网络实际传输能力，优化网络性能。CPU和内存使用监控网络设备资源利用，预防过载。故障诊断1问题识别通过监控系统或用户报告发现异常。2原因分析使用诊断工具如ping、traceroute定位故障。3解