网络技术基础课件

网络技术基础学习计算机网络的基本原理和技术,掌握网络概念、模型和协议,为后续网络技术的应用和发展奠定良好的基础。课程简介全面系统本课程全面系统地介绍计算机网络的基础知识,包括网络的发展历程、网络分类、网络模型及协议等内容。实用技能课程注重实用性,讲解网络设备的构成和应用,以及网络拓扑、网络协议、网络安全等实用技能。突出重点课程针对性地分析了常用网络协议和网络设备的工作原理,帮助学生深入理解网络技术的关键点。网络的发展历程11960年代ARPANET的诞生21970年代TCP/IP协议被研发31980年代互联网概念形成41990年代万维网和浏览器兴起网络技术的发展历程可以追溯到1960年代ARPANET的诞生,经过TCP/IP协议的研发和互联网概念的形成,最终于1990年代进入百花齐放的时期,万维网和浏览器的兴起彻底改变了人类生活。网络的分类物理架构网络可以根据物理连接方式分为有线和无线两种。有线网络通过物理电缆连接设备,无线网络则使用无线电波进行通信。覆盖范围根据网络的覆盖范围,网络可以分为局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)。覆盖范围从小到大逐步扩大。拓扑结构网络还可以按照拓扑结构分为总线型、星型、环型等。不同的拓扑结构适用于不同的应用场景。网络模型OSI和TCP/IP1OSI模型OSI模型是一个七层网络参考模型,定义了计算机网络中不同功能层次的标准接口。它从物理层到应用层全面覆盖了网络通信的各个环节。2TCP/IP模型TCP/IP模型是一个四层网络模型,包括了物理层、网络层、传输层和应用层。它更简洁易用,广泛应用于当今主流的网络系统。3比较与应用OSI模型是理论标准,而TCP/IP模型则是实际应用中的主流标准。两者在设计目标和实现细节上都有所不同,但在网络通信中都发挥着重要作用。物理层信号传输物理层负责将数字信号转换为可在网络中传输的电信号或光信号。它定义了电缆、连接器等硬件标准，确保设备之间的兼容性。频率管理物理层还负责管理网络中使用的频率带宽和信道分配，以避免干扰并提高传输效率。电缆和连接它定义了网线、光纤电缆等物理传输介质的规格，以及RJ-45、光纤接头等连接标准。物理拓扑物理层描述了网络设备之间的物理布线方式，如总线型、星型等拓扑结构。数据链路层帧格式数据链路层将上层传输的数据打包成帧,添加头尾信息以便接收方识别和处理。介质访问控制在共享介质上协调多个设备对信道的访问,防止冲突发生。错误控制使用校验码等机制检测和纠正在传输过程中出现的差错。流量控制确保发送方不会向接收方发送过多的数据而超出其处理能力。网络层IP地址网络层的主要功能是负责数据包的寻址和路由,IP地址是关键标识符。每个设备都有独有的IP地址用于唯一标识。数据转发网络层根据数据包的目的地址,选择合适的路径进行转发,确保数据可靠传输至目标设备。拥塞控制网络层采用拥塞控制机制,检测网络拥塞情况并调整数据传输速率,避免网络资源被耗尽。分片与重组当数据包超过链路层最大传输单元时,网络层会对其进行分片传输,并在目的端重新组装。传输层可靠传输传输层负责在源主机和目标主机之间可靠地传输数据。它提供确认、重传等机制来保证数据完整性。流量控制传输层还可根据接收方的处理能力调节发送速率,避免接收方缓冲区溢出。多路复用同一主机上的不同应用程序可通过传输层的多路复用共享网络连接。主要协议TCP和UDP是传输层两个主要协议,分别提供面向连接的可靠传输和无连接的快速传输。应用层Web浏览应用层协议如HTTP和HTTPS用于支持Web浏览器访问网页内容。它们定义了数据传输格式和安全通信机制。文件传输FTP协议允许用户上传、下载和管理远程服务器上的文件。它提供了便捷、安全的文件传输功能。电子邮件SMTP、POP3和IMAP协议支撑了电子邮件的发送、接收和管理。它们确保了邮件的可靠传输和存储。即时通讯应用层协议如XMPP和SIP支持实时的文字、语音和视频聊天。它们提供了即时通信的能力。网络设备路由器路由器是连接不同网络的关键设备,能够根据IP地址转发数据包。它起到连接和中继的作用。交换机交换机在局域网中连接多台计算机,根据MAC地址转发数据,提高网络的传输效率。网卡网卡是连接计算机和网络的硬件接口,用于网络数据的收发。不同的网卡支持不同的网络协议和传输速率。无线接入点无线接入点可以将有线网络无线化,让移动设备能够连接到网络,提高网络的灵活性。路由器路由器是网络设备中的关键组件,负责连接不同的网络子网,并根据目的地址转发数据包。它能够在网络层进行寻址和路由决策,确保数据能够沿着最优路径传输。路由器具有多个网络接口,可以连接多个网段。路由器的主要功能包括IP数据包的转发、端口转换、网络地址转换、虚拟专用网络(VPN)以及防火墙功能。先进的路由器还支持无线网络、虚拟化和软件定义网络等技术。交换机交换机是网络中用于连接和转发数据的关键设备。它能够识别网络中各个设备的物理地址,并根据这些地址进行高速数据转发。交换机通过先学习再转发的机制,可以根据数据帧的目的地址将数据包转发到正确的端口,提高网络效率。交换机具有多个端口,可以将网络中的多台设备连接起来,形成一个局域网。它能够进行流量隔离,提升整体网络性能。网卡网卡是计算机的硬件部件,负责接收和发送网络数据。它就像是连接计算机与网络的"桥梁"。网卡内置有各种电子元件,包括收发器、编码/解码器、缓存以及微控制器,确保数据能可靠高效地在计算机和网络间传输。网卡有有线和无线两种,无线网卡无需物理网线即可接入网络,通过无线电波传输数据,使用更加灵活方便。而有线网卡需要通过网线与路由器或网络交换机相连。网络拓扑拓扑类型网络拓扑是指将计算机和其他设备互连成网络的几何形状。常见的网络拓扑有总线型、星型、环型、树型等。每种拓扑都有其独特的特点和适用场景。总线型总线型拓扑是一种简单的网络布局,所有设备都连接到一条共享的传输介质上。优点是成本低,缺点是故障点单一,一旦总线出现问题会影响全网。星型星型拓扑以集线器或交换机为中心,各设备通过单独的链路连接。优点是容错性高,缺点是需要更多的布线和集中管理设备。总线拓扑总线拓扑是最简单的网络拓扑结构之一。所有设备都连接到一条共享的传输媒体上,即总线上。设备之间通过总线进行数据传输和通信。这种拓扑结构部署和维护相对简单,但由于总线是单一故障点,容易受到干扰和网络瓶颈的影响。总线拓扑适用于小型局域网环境,可以提供基本的网络连接功能。但随着网络规模和复杂度的增加,其缺点也越发突出,通常会被其他拓扑结构所取代。星型拓扑星型拓扑是一种常见的网络拓扑结构。所有设备都直接连接到一个中心节点,如交换机或集线器。这种拓扑具有设备易于管理和维护的优点,但中心节点是单点故障。如果中心节点发生故障,整个网络都会受到影响。星型拓扑适用于小型局域网,如办公室和家庭网络。其简单的结构和易于管理的特点,使其成为初学者首选的网络拓扑。环形拓扑环形网络拓扑在环形拓扑中,每个节点设备都连接到两个其他节点,形成一个闭合的环路。这种拓扑结构具有高度的冗余性和可靠性,能够在出现故障时保持整体网络连通性。通信机制数据在环形网络中以单向的方式流动,每个节点设备既可以发送数据,又可以接收来自其他节点的数据。这种传输方式确保了信息的有序传递。优缺点优点:高度冗余和可靠性,便于故障排查和维护缺点:网络扩展受限,每个节点增加会增加网络复杂性树型拓扑树型拓扑是一种常见的网络拓扑结构,它由一个主干网络和若干个分支网络组成。主干网络负责数据的传输,分支网络则连接各个终端设备。这种拓扑具有扩展性强、层次清晰的特点,应用广泛,适合大型网络系统。网络协议定义网络协议是一种规范,用于规定计算机在网络中如何进行通信和数据交换。主要协议常见的网络协议包括TCP/IP、HTTP、FTP、SMTP等,每种协议都有特定的功能和应用场景。分层设计网络协议通常采用分层设计,如OSI七层模型和TCP/IP四层模型,便于管理和扩展。标准化网络协议需要通过标准化组织制定,以确保不同设备和软件的互通性。IP地址IP地址是网络设备在互联网上的唯一标识符,用于确定设备的位置和路由数据包。IPv4地址由4组数字组成,每个数字范围0-255,通过点分十进制表示。IPv4地址可以分为网络地址和主机地址两部分,网络地址标识所属的网络,主机地址标识网络内的设备。常见的IP地址类型包括A类、B类和C类地址。TCP/UDP协议TCP协议TCP协议是面向连接的可靠传输协议,提供端到端的数据传输保证,确保数据包的顺序和完整性。它通过握手协商、重传机制、流控等方式确保数据正确传输。UDP协议UDP协议是无连接的不可靠传输协议,它独立发送数据包,不作任何确认和重传。适用于对实时性要求高、且可以容忍少量丢失的应用,如视频会议、直播等。HTTP/HTTPS协议Web浏览HTTP是互联网上最常用的应用层协议之一,负责传送网页内容。安全传输HTTPS在HTTP的基础上增加了SSL/TLS加密,提高了数据传输的安全性。客户端-服务器HTTP/HTTPS采用请求-响应的客户端-服务器模式进行通信。FTP协议文件传输FTP协议提供了在客户端和服务器之间上传、下载和管理文件的功能。安全性FTP有标准和安全两种传输模式,可以根据需求选择合适的安全级别。简单易用FTP客户端软件提供了直观简单的界面,使文件传输操作变得方便快捷。网络安全网络安全是确保信息系统和数据安全的关键。它涵盖了多个方面,包括防火墙、加密技术、病毒防护以及防范网络攻击。这些措施确保网络环境的安全可靠,保护敏感信息不被窃取或破坏。防火墙1网络安全守卫防火墙是保护内部网络免受外部威胁的关键网络安全设备。它通过制定和执行访问控制规则来监控和过滤网络流量。2多层防护防火墙可以部署在网络的多个层面,构建深度防御体系,包括网关防火墙、主机防火墙等。3智能决策现代防火墙具备智能分析和决策功能,能够自动识别并阻止各种网络攻击,提高防护效果。4灵活配置防火墙的规则可以根据需求进行灵活配置,从而实现精细化的访问控制和安全管理。加密技术对称加密对称加密算法使用相同的密钥进行加密和解密,提供高效的数据保护。它适用于大数据量的情况,如文件传输和数据库加密。常见的算法有AES和DES。非对称加密非对称加密算法使用公钥和私钥进行加密和解密。这种方式更安全,常用于网络认证和电子签名。常见的算法有RSA和ECC。散列算法散列算法将任意长度的数据映射到固定长度的值,广泛应用于数字签名和密码学。常见的算法有MD5、SHA-256和SHA-3。SSL/TLSSSL/TLS是一种加密协议,提供网络通信的安全性。它使用非对称加密建立安全通道,然后使用对称加密传输数据。广泛应用于HTTPS。病毒防护病毒预防安装并定期更新可靠的杀毒软件,使用防火墙,谨慎打开不明来源的文件和链接。系统加固及时更新系统和软件补丁,关闭不必要的网络服务和端口,最小化系统漏洞。备份数据定期备份重要数据,以防病毒侵害造成信息丢失。备份可存储在离线设备上。网络攻击防范1系统漏洞修补及时修补系统和软件的安全漏洞,减少被黑客利用的机会。2网络监测和入侵检测部署网络入侵检测系统,实时监控异常流量和攻击行为。3应用层防护对网站、应用程序等进行安全评估和加固,避免被植入后门或木马。4权限和身份认证实施严格的用户访问控制,确保只有授权人员能访问关键系统。网络管理有效的网络管理对于保证网络的可靠性和稳定性至关重要。包括对网络设备、性能、故障等的监控和管理。网络设备管理配置管理对网络设备的硬件和软件进行配置和优化设置,确保设备运行稳定。监控与诊断实时监控网络设备的运行状态,及时发现并诊断问题。升级与维护对网络设备进行定期的软件升级和硬件维护,保证网络性能。网络性能优化提高网络吞吐量通过优化网络基础设施和路由算法,提高网络数据传输效率,降低延迟并增加网络带宽。缓解网络