大学基础与计算机 7

第5章计算机网络技术人

格

能

力

责

任

奉

献目录5.1计算机网络的概念与体系5.2计算机网络协议5.3计算机网络设备5.4计算机网络安全5.5物联网技术及应用0405030201015.1.1计算机网络的概念和分类5.1.2计算机网络体系结构5.1计算机网络的概念与体系1.计算机网络的概念5.1.1计算机网络的概念和分类计算机网络，是由若干结点（Node）和连接这些结点的链路（Link）组成。多个网络通过路由器互连起来，构成一个覆盖范围更大的网络，即互连网络（internet）。互联网/因特网（Internet）是世界上最大的互连网络（互连的网络数以百万计）。2.计算机网络的分类(1)按分布范围分类①广域网

②城域网

③局域网

④个人区域网(2)按使用者分类①公用网

②专用网(3)按传输介质分类①有线网络

②无线网络以上3种基本的网络拓扑结构可以互连为更复杂的网络。

5.1.1计算机网络的概念和分类5.1.2计算机网络体系结构计算机网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层,每层应提供哪些功能的精确定义。常见的计算机网络体系结构包括2种:OSI参考模型和TCP/IP参考模型图5-1计算机网络体系结构1.OSI参考模型和TCP/IP参考模型图5-2数据在各层之间的传递过程2.计算机网络的数据封装及传递过程5.1.2计算机网络的分层体系结构025.2计算机网络协议5.2.1网络节点身份标识协议5.2.2网络节点数据传输协议5.2.3网络链路争用协议5.2.4网络资源共享协议5.2.1网络节点身份标识协议1.IP(1)IP地址的概念通俗的讲,当网络中的两台主机要进行通信时,必须知道通信双方各自的地址,这就是我们所理解的Internet地址,即IP地址,也称网际地址。2.IPv4地址(1)IPv4地址的结构和标记法IPv4是指给连接在互联网上的每一台主机(或路由器)的每一个接口,分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符。IPv4地址采用分层的结构:由网络号(NetID)和主机号(HostID)组成,其记法是:IP地址::={<网络号>,<主机号>}网络号标志主机(或路由器)所连接到的网络,主机号标志该主机(或路由器)。IP地址采用"点分十进制"，如：。5.2.1网络节点身份标识协议(2)IPv4地址的类型IPv4地址主要分为A类、B类、C类、D类、E类五种类型。5.2.1网络节点身份标识协议3.IPv6地址(1)IPv6的3种基本地址类型①单播:传统的点对点通信。②多播:一点对多点的通信。③任播:这是IPv6增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机,但数据报在交付时只交付其中的一个,通常是距离最近的一个。

5.2.1网络节点身份标识协议(2)IPv6地址的标记法在IPv6中,每个地址占128位,地址空间大于3.4×1038。为了使地址简洁些,IPv6使用冒号十六进制记法。每个16bit的值用十六进制值表示,各值之间用冒号分隔。例如:68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF。(3)从IPv4地址

向IPv6地址

渡过

采用双协议栈、隧道技术。5.2.1网络节点身份标识协议5.2.2网络节点数据传输协议在网络通信中,数据传输是核心任务之一。网络节点(如计算机、服务器、路由器等)之间的数据传输需要遵循特定的协议,以确保数据的正确性、完整性和高效性。数据传输协议定义了数据如何在网络中封装、传输、接收和处理。常见的网络节点数据传输协议,包括TCP和UDP。5.2.3网络链路争用协议在网络通信中,多个设备可能共享同一条通信链路(如以太网、无线网络)。为了避免数据冲突并提高链路利用率,网络链路争用协议被设计用于协调设备对共享链路的访问。链路争用协议的核心目标是解决"谁可以在什么时间发送数据"的问题。常见的网络链路争用协议是载波侦听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）。5.2.4网络资源共享协议1.FTP协议文件传输协议FTP(FileTransferProtocol,FTP)是一种用于在网络上传输文件的标准化协议。它是互联网上最早应用的协议之一,主要用于在客户端和服务器之间上传、下载、删除和管理文件。FTP协议设计简单、易于实现,因此在文件传输领域得到了广泛应用。5.2.4网络资源共享协议2.HTTP协议超文本传输协议HTTP(HyperTextTransferProtocol,HTTP)

是一种用于分布式、协作式和超媒体信息系统的应用层协议。它是万维网(WorldWideWeb,WWW)数据通信的基础,主要用于在客户端(如浏览器)和服务器之间传输超文本(如HTML文件、图片、视频等)。035.3计算机网络设备5.3.1网内互连设备5.3.2网间互连设备5.3.1网内互连设备交换机1990年交换式集线器(switchinghub)问世,常称为以太网交换机(switch)或二层交换机(L2switch),通常都有多个接口。图5-5交换机5.3.2网间互连设备路由器路由器(Router)是一种连接多个相同或不同类型网络的网络互连设备。它具有自动选择一条最佳传输路径到达目的子网的能力,用来连接两个及以上复杂网络。图5-6路由器045.4计算机网络安全5.4.1身份认证5.4.2访问控制5.4.3入侵检测与防护5.4.4网络安全协议5.4.1身份认证身份认证是计算机网络安全的第一道防线,用于验证用户或设备的身份,确保只有授权用户或设备可以访问网络资源。常见的身份认证方法包括用户名和密码、双因素认证、生物特征认证和数字证书。5.4.2访问控制访问控制(AccessControl)是计算机网络安全的重要组成部分,用于确保只有授权用户可以访问特定资源。访问控制通过定义和执行访问策略,防止未经授权的访问和数据泄露。访问控制的核心目标是保护网络资源的机密性、完整性和可用性。5.4.3入侵检测与防护1.入侵检测系统防火墙试图在入侵行为发生之前阻止所有可疑的通信。但事实是不可能阻止所有的入侵行为,有必要采取措施在入侵已经开始,但还没有造成危害或在造成更大危害前,及时检测到入侵,以便尽快阻止入侵,把危害降低到最小。入侵检测系统(IDS)正是这样一种技术。IDS能用于检测多种网络攻击,包括网络映射、端口扫描、DoS(DiskOperatingSystem,DoS)攻击、蠕虫和病毒、系统漏洞攻击等。5.4.3入侵检测与防护2.防火墙防火墙是一种特殊编程的路由器,安装在一个网点和网络的其余部分之间,目的是实施访问控制策略。这个访问控制策略是由使用防火墙的单位自行制定的。图5-7防火墙5.4.4网络安全协议1.网络层使用的安全协议网络层的安全协议主要用于保护IP数据包的传输安全,确保数据在传输过程中不被窃听、篡改或伪造。常见的网络层使用的安全协议是IPsec协议族。2.运输层使用的安全协议运输层的安全协议主要用于保护端到端的通信安全,确保数据在传输过程中不被窃听、篡改或伪造。常见的运输层使用的安全协议包括SSL、TLS。3.应用层使用的安全协议应用层的安全协议主要用于保护特定应用的数据安全,确保数据在传输过程中不被窃听、篡改或伪造。常见的应用层安全协议包括HTTPS、SMTPS等。055.5物联网技术及应用5.5.1物联网概述5.5.2物联网识别技术5.5.3物联网感知技术5.5.4空间定位技术5.5.5物联网的典型应用5.5.1物联网概述1.物联网的概念物联网的英文名称为TheInternetofThings,简称IoT。由该名称可见,物联网就是"物与物相连的互联网"。这里有两层意思:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网的基础之上延伸和扩展的一种网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品,人与物可以通过互联网进行信息的交换和通信。5.5.1物联网概述2.物联网的主要特点从物联网的本质来看,物联网具备以下3个特点：(1)互联网、(2)识别与通信、(3)智能化、从产业的角度看,物联网具备以下6个特点：(1)感知识别普适化、(2)异构设备互联化、(3)联网终端规模化、(4)管理调控智能化、(5)应用服务链条化、(6)经济发展跨越化5.5.1物联网概述3.物联网的层次划分物联网是一个层次化的网络,大致分为3层,分别是感知层、网络层和应用层。图5-8物联网的体系结构5.5.1物联网概述4.物联网关键技术感知层的关键技术是感知和自动识别技术;网络层的关键技术是无线传输网络技术和互联网技术;应用层的关键技术是数据处理、数据融合技术和云计算技术,在此基础上是行业专用技术与物联网技术的集。5.5.1物联网概述5.未来物联网的发展趋势未来,全球物联网应用将朝着规模化、协同化和智能化方向发展,同时,以物联网应用带动物联网产业,将是各国的主要发展方向。5.5.2物联网识别技术

物联网识别技术是指通过专用装置自动获取物体信息，并将其传输至计算机系统进行处理与分析的关键技术体系。该技术利用各类传感器和识别设备，自动采集被识别对象所承载的特征信息包括条码、射频信号、图像、生物特征等，实现物体身份的自动判定与数据录入，为物联网系统提供底层数据支撑。

常用的自动识别技术有条形码技术、RFID技术、机器视觉识别技术及生物识别技术等。5.5.3物联网感知技术

物联网感知技术是物联网架构中的底层核心技术，从物理世界中采集各类环境与状态信息，并将其转换为可处理的数字信号。传感器、3S技术和视频监控技术是其中最具代表性的感知实现方式,共同构建起物联网对现实世界感知的重要能力基础。1.传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置，通常由敏感元件和转换元件组成。5.5.3物联网感知技术2.“3S”技术是遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）。这三者通常集成一个综合的应用系统，GPS进行实时定位，RS进行数据采集和更新，GIS进行空间分析和综合处理，它们既相互独立又相互联系。3.视频监控系统也叫闭路电视（ClosedCircuitTelevision，CCTV）监控系统，是通过遥控摄像机及其辅助设备（光源等）直接查看被监控的场地情况，便于及时发现、记录和处理异常情况的一种电子系统或网络系统。5.5.4空间定位技术

空间定位技术是用于确定物体在空间中的位置和方向的关键技术。全球导航卫星系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）是一种常见的空间定位技术。

1．GNSS的概念

GNSS是一种基于卫星的定位系统，通过接收多颗卫星的信号来计算接收器的位置。2．GNSS的分类

GNSS用于提供全球范围内的位置、速度和时间信息。主要的GNSS有4种。（1）北斗：北斗卫星导航系统，由中国开发。（2）GPS：全球定位系统，由美国开发，广泛应用于全球。（3）GLONASS：格洛纳斯导航卫星系统，由俄罗斯开发。（4）Galileo：伽利略导航卫星系统，由欧盟开发。5.5.4空间定位技术5.5.5物联网的典型应用

通过物联网技术,可以实现设备的智能化管理和控制,提高生产效率、资源利用率和用户体验。图

5-10物联网应用领域06本章小结与习题本章小结

本章介绍了计算机网络的概念和分类，阐述了其体系结构（如OSI参考模型与TCP/IP参考模型）的设计原理，详细探讨了计算机网络协议（如IP、TCP、HTTP等）的功能与协作机制、计算机网络设备（如交换机、路由器等）的层级化应用，以及计算机网络安全的核心防护策略（如身份认证、访问控制等）。此外，本章通过物联网技术的延伸和扩展，进一步分析了物联网感知技术、物联网标识技术、空间定位技术及物联网的典型应用。本章习题一、选择题1．数据封装过程中，应用层数据添加控制信息的顺序为（A）。A．传输层→网络层→数据链路层→物理层B．网络层→传输层→数据链路层→物理层C．物理层→数据链路层→网络层→传输层D．传输层→数据链路层→网络层→物理层2．以下协议中，属于网络层的身份标识协议的是（

B）。A．HTTPB．IPC．ARPD．UDP3．CSMA/CD协议主要应用的网络是（B）。A．无线局域网B．以太网C．光纤网络D．卫星通信网络4．以下协议中，不属于资源共享协议的是（

C）。A．FTPB．DHCPC．SMTPD．SNMP5．以下身份认证中，属于多因素认证的是（A

）。A．密码和指纹认证B．用户名C．短信验证码认证D．数字证书认证本章习题6．以下不属于物联网关键技术的是（B）。A．射频识别