计算机科学北京大学计算机网络课件

北京大学计算机网络课程本课程将带领您深入了解计算机网络的原理、技术和应用。从网络分层结构到网络协议、网络安全，以及未来的发展趋势，我们将全面探索网络世界。网络分层结构物理层负责数据传输的物理介质和信号传输。数据链路层负责数据帧的封装和解封装，以及网络访问控制。网络层负责数据包的路由和转发。传输层负责数据流的传输和可靠性控制。物理层基础1传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等，用于数据传输的物理媒介。2信号编码将数据转换为电信号或光信号以便在传输介质上传输。3物理层接口连接网络设备与传输介质的接口，用于实现信号的收发。数据链路层协议以太网局域网中常用的数据链路层协议，定义了数据帧的格式和传输方式。MAC地址每个网络接口卡的唯一标识，用于在局域网中识别设备。帧格式定义了数据帧的结构，包括MAC地址、数据类型、数据内容等信息。ARP协议用于将IP地址转换为MAC地址，实现网络设备之间的通信。网络层协议IP地址用于标识网络设备在互联网中的唯一地址。IP协议负责数据包的路由和转发，实现网络设备之间的通信。子网掩码用于区分网络地址和主机地址，实现网络的划分。路由协议用于维护网络拓扑信息，实现数据包的路由选择。传输层协议1TCP协议面向连接的传输层协议，提供可靠的数据传输服务。2UDP协议无连接的传输层协议，提供快速的数据传输服务，但不可靠。3端口号用于区分不同的应用程序，实现网络服务的访问。应用层协议HTTP协议用于网页浏览，实现客户端与服务器之间的通信。FTP协议用于文件传输，实现文件上传和下载。SMTP协议用于电子邮件发送，实现电子邮件的传输。DNS协议用于域名解析，将域名转换为IP地址。网络地址1IP地址用于标识网络设备的唯一地址。2私有地址用于内部网络，不能在互联网中使用。3公有地址用于互联网，可以访问外部网络。4域名用于方便记忆的网络地址。网络设备1路由器用于连接不同的网络，实现数据包的转发。2交换机用于连接局域网中的设备，实现数据帧的转发。3网关用于连接不同的网络，实现不同网络之间的通信。4防火墙用于保护网络安全，阻止来自外部的攻击。路由算法1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。2链路状态算法每个路由器维护一个网络拓扑图，记录所有路由器的状态。网络安全网络攻击包括病毒、木马、蠕虫、DDoS攻击等，危害网络安全。安全措施包括防火墙、入侵检测系统、安全策略等，保护网络安全。无线网络网络管理性能监控监控网络流量、带宽利用率、延迟等指标，确保网络正常运行。故障诊断定位网络故障，进行故障排除和恢复网络服务。安全管理制定安全策略，配置防火墙、入侵检测系统等安全设备，维护网络安全。网络建设挑战网络规模随着互联网的快速发展，网络规模不断扩大，给网络管理带来挑战。网络安全网络攻击不断升级，给网络安全带来巨大挑战。技术创新网络技术快速发展，需要不断学习和更新，跟上时代步伐。未来网络趋势15G网络提供高速率、低延迟、高可靠性的移动通信服务。2云计算将计算资源、存储资源、网络资源等集中管理，提供灵活的网络服务。3物联网将各种设备连接到网络，实现万物互联。4人工智能利用人工智能技术，优化网络性能，提高网络效率。网络体系结构客户-服务器模型客户端向服务器请求服务，服务器提供服务。对等模型网络中的节点之间平等，相互之间可以发送和接收数据。混合模型结合客户-服务器模型和对等模型，实现更灵活的网络服务。网络拓扑星型拓扑所有节点都连接到一个中心节点，例如集线器或交换机。总线型拓扑所有节点都连接到一条公共的总线上，数据广播到所有节点。环型拓扑所有节点都连接到一个闭合的环上，数据沿着环路传输。网状拓扑每个节点都与多个节点连接，形成一个网络。网络接口1物理接口连接网络设备与传输介质的接口，用于实现信号的收发。2逻辑接口网络设备的软件接口，用于实现网络协议的处理。帧格式前导码用于同步发送端和接收端的时钟。帧起始符标志数据帧的开始。目的MAC地址接收数据帧的网络接口卡的地址。源MAC地址发送数据帧的网络接口卡的地址。ARP协议地址解析协议用于将IP地址转换为MAC地址，实现网络设备之间的通信。ARP请求当网络设备需要发送数据到另一个网络设备时，首先发送ARP请求，查询目标设备的MAC地址。ARP响应目标设备收到ARP请求后，会发送ARP响应，告知自己的MAC地址。IP协议1网络层协议负责数据包的路由和转发，实现网络设备之间的通信。2IP地址用于标识网络设备在互联网中的唯一地址。3数据报IP协议传输的数据单位，包含数据包的源地址、目的地址、数据长度等信息。路由协议RIP协议距离向量路由协议，使用距离向量算法，维护到其他路由器的距离信息。OSPF协议链路状态路由协议，使用链路状态算法，维护网络拓扑图。BGP协议边界网关协议，用于连接不同的自治系统，实现数据包的跨域路由。流控制1滑动窗口发送端维护一个滑动窗口，控制数据传输的速率。2流量整形对网络流量进行整形，控制数据传输的速率和模式。3流量监管对网络流量进行监管，识别和控制异常流量。拥塞控制慢启动网络拥塞时，降低数据传输速率，避免网络拥塞加剧。快速重传网络拥塞时，快速重传丢失的数据包，提高网络效率。拥塞避免通过数据传输速率的调整，避免网络拥塞的发生。DNS服务域名系统用于将域名转换为IP地址，实现网络服务的访问。域名解析过程客户端发送域名解析请求到DNS服务器，DNS服务器查找域名对应的IP地址，并返回给客户端。DNS缓存DNS服务器缓存最近解析的域名和IP地址，提高域名解析效率。HTTP协议1超文本传输协议用于网页浏览，实现客户端与服务器之间的通信。2请求-响应模型客户端发送请求到服务器，服务器返回响应给客户端。3状态码服务器返回的响应状态码，用于指示请求处理的结果。FTP协议文件传输协议用于文件传输，实现文件上传和下载。控制连接用于建立连接、发送命令、接收响应。数据连接用于传输文件数据。电子邮件协议SMTP协议用于电子邮件发送，实现电子邮件的传输。POP3协议用于电子邮件接收，实现电子邮件的下载。IMAP协议用于电子邮件接收，实现电子邮件的管理。网络编程1套接字编程使用套接字接口进行网络编程，实现网络通信。2网络库使用网络库简化网络编程，提供更高层的网络服务。3网络框架使用网络框架构