系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)課件課程簡(jiǎn)介：目標(biāo)與內(nèi)容概述本課程旨在幫助學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程內(nèi)容涵蓋網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)概念、網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)編程等方面。網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)：OSI七層模型OSI七層模型是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定的網(wǎng)絡(luò)分層模型，將網(wǎng)絡(luò)通信過程劃分為七個(gè)層次。七層模型從下到上依次為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層。OSI七層模型：各層功能詳解物理層：定義網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)和信號(hào)傳輸規(guī)范。數(shù)據(jù)鏈路層：管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的鏈路，提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和尋址，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。傳輸層：提供端到端的通信服務(wù)，確保數(shù)據(jù)可靠傳輸。會(huì)話層：建立、管理和終止會(huì)話，控制通信過程。表示層：提供數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和加密解密功能。應(yīng)用層：為用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)，如電子郵件、文件傳輸?shù)取?yīng)用層：HTTP,FTP,SMTP等協(xié)議HTTP超文本傳輸協(xié)議，用于網(wǎng)頁瀏覽和數(shù)據(jù)傳輸。FTP文件傳輸協(xié)議，用于文件上傳和下載。SMTP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議，用于電子郵件發(fā)送。DNS域名系統(tǒng)，用于域名解析。傳輸層：TCP和UDP協(xié)議對(duì)比TCP傳輸控制協(xié)議，提供可靠、面向連接的傳輸服務(wù)。UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，提供不可靠、無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。TCP協(xié)議：可靠傳輸機(jī)制1序號(hào)：確保數(shù)據(jù)包按序到達(dá)。2確認(rèn)應(yīng)答：接收方確認(rèn)收到數(shù)據(jù)包。3超時(shí)重傳：未收到確認(rèn)應(yīng)答，重傳數(shù)據(jù)包。4流量控制：防止發(fā)送方淹沒接收方。5擁塞控制：避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。UDP協(xié)議：簡(jiǎn)單高效的特點(diǎn)1無連接：無需建立連接，直接發(fā)送數(shù)據(jù)。2不可靠：不保證數(shù)據(jù)包按序到達(dá)或不丟失。3低開銷：效率高，適用于實(shí)時(shí)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)層：IP協(xié)議與路由選擇IP協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的尋址和路由。路由選擇根據(jù)IP地址選擇數(shù)據(jù)包傳輸路徑。IP地址：分類、子網(wǎng)劃分、CIDR1IP地址分類：A、B、C、D、E類。2子網(wǎng)劃分：將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)子網(wǎng)。3CIDR：無類別域間路由，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)配置。路由算法：距離向量路由、鏈路狀態(tài)路由距離向量路由每個(gè)路由器維護(hù)一個(gè)距離向量表，包含到其他網(wǎng)絡(luò)的距離和下一跳路由器信息。鏈路狀態(tài)路由每個(gè)路由器維護(hù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，包含所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連接信息。數(shù)據(jù)鏈路層：MAC地址與以太網(wǎng)MAC地址媒體訪問控制地址，用于標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。以太網(wǎng)一種常用的局域網(wǎng)技術(shù)，使用CSMA/CD訪問控制機(jī)制。以太網(wǎng)協(xié)議：CSMA/CD機(jī)制1載波偵聽：偵聽網(wǎng)絡(luò)是否有其他設(shè)備正在傳輸。2沖突檢測(cè)：檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中是否有沖突發(fā)生。3沖突避免：使用指數(shù)退避算法避免沖突。物理層：傳輸介質(zhì)與編碼方式傳輸介質(zhì)用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢砻浇?，如雙絞線、光纖等。編碼方式將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或光信號(hào)進(jìn)行傳輸。常見傳輸介質(zhì)：雙絞線、光纖等雙絞線：由兩根絕緣導(dǎo)線互相纏繞而成，價(jià)格低廉、易于安裝。光纖：利用光信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，具有高帶寬、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。無線電波：利用無線電波傳輸數(shù)據(jù)，方便移動(dòng)設(shè)備使用。數(shù)據(jù)編碼方式：NRZ,Manchester等NRZ非歸零編碼，用信號(hào)電平的高低表示數(shù)據(jù)。Manchester曼徹斯特編碼，用信號(hào)跳變表示數(shù)據(jù)，同步性好。差分曼徹斯特差分曼徹斯特編碼，用信號(hào)跳變的邊沿表示數(shù)據(jù)，抗干擾能力強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型、環(huán)型、總線型等星型拓?fù)渌泄?jié)點(diǎn)連接到中心節(jié)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于管理。環(huán)型拓?fù)涔?jié)點(diǎn)之間以環(huán)形連接，數(shù)據(jù)沿環(huán)形路徑傳播?？偩€型拓?fù)渌泄?jié)點(diǎn)連接到一條公共總線上，成本低廉。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：路由器、交換機(jī)、集線器路由器：連接不同網(wǎng)絡(luò)的橋梁1連接不同網(wǎng)絡(luò)：路由器可以連接兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：根據(jù)IP地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。3網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)：隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址。交換機(jī)：局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)1局域網(wǎng)內(nèi)部數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)：交換機(jī)在局域網(wǎng)內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。2MAC地址表：交換機(jī)維護(hù)一個(gè)MAC地址表，用于快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。3端口隔離：將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)獨(dú)立的子網(wǎng)。集線器：物理層的數(shù)據(jù)廣播1物理層數(shù)據(jù)廣播：集線器將接收到的數(shù)據(jù)廣播到所有連接的端口。2無法識(shí)別MAC地址：集線器不維護(hù)MAC地址表。3沖突域：集線器連接的所有設(shè)備處于同一個(gè)沖突域。局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)：以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)1以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.3定義了以太網(wǎng)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范。2數(shù)據(jù)傳輸速率：以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展，支持多種傳輸速率。3網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)、校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)等。廣域網(wǎng)(WAN)技術(shù)：PPP,FrameRelayPPP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，用于連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。FrameRelay幀中繼，一種數(shù)據(jù)報(bào)交換技術(shù)，適用于高帶寬、低延遲的應(yīng)用。無線網(wǎng)絡(luò)：802.11協(xié)議族1IEEE802.11協(xié)議族：定義了無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。2無線傳輸速率：支持多種傳輸速率，如802.11a/b/g/n/ac。3無線網(wǎng)絡(luò)安全：提供WEP,WPA,WPA2等安全機(jī)制。無線網(wǎng)絡(luò)安全：WEP,WPA,WPA2WEP：無線等效加密協(xié)議，安全性較低。WPA：Wi-Fi保護(hù)訪問，安全性比WEP提高。WPA2：Wi-Fi保護(hù)訪問2，安全性最高，使用AES加密算法。網(wǎng)絡(luò)安全：防火墻與入侵檢測(cè)防火墻網(wǎng)絡(luò)邊界的安全屏障，阻止惡意流量訪問內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。入侵檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，識(shí)別并報(bào)告入侵行為。防火墻：網(wǎng)絡(luò)邊界的安全屏障1包過濾防火墻：根據(jù)數(shù)據(jù)包的源地址、目標(biāo)地址、端口號(hào)等信息過濾數(shù)據(jù)包。2狀態(tài)檢測(cè)防火墻：記錄網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，阻止不正常的網(wǎng)絡(luò)連接。3應(yīng)用層防火墻：對(duì)特定應(yīng)用程序進(jìn)行安全控制。入侵檢測(cè)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量1基于簽名的入侵檢測(cè)：識(shí)別已知的攻擊模式。2基于異常的入侵檢測(cè)：識(shí)別異常的網(wǎng)絡(luò)行為。3入侵檢測(cè)系統(tǒng)類型：網(wǎng)絡(luò)入侵檢測(cè)系統(tǒng)、主機(jī)入侵檢測(cè)系統(tǒng)。虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)：安全隧道技術(shù)1創(chuàng)建安全隧道：VPN通過加密和隧道技術(shù)，在公共網(wǎng)絡(luò)上建立安全連接。2遠(yuǎn)程訪問：允許用戶通過公共網(wǎng)絡(luò)訪問內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。3數(shù)據(jù)加密：VPN對(duì)所有傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保護(hù)數(shù)據(jù)安全。域名系統(tǒng)(DNS)：域名解析過程1域名解析：將域名轉(zhuǎn)換為IP地址。2遞歸查詢：客戶端向DNS服務(wù)器發(fā)送遞歸查詢請(qǐng)求。3迭代查詢：DNS服務(wù)器之間進(jìn)行迭代查詢。DNS緩存：提高域名解析效率1DNS緩存：將最近解析的域名和IP地址存儲(chǔ)在緩存中。2減少網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求：下次訪問同一域名時(shí)，可以直接從緩存中獲取IP地址。3提高解析速度：減少了DNS查詢時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)管理：SNMP協(xié)議1SNMP協(xié)議：簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，用于管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。2管理信息庫(kù)(MIB)：存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息和運(yùn)行狀態(tài)信息。3管理站：用于監(jiān)控和管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟件程序。SNMP：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控與管理監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SNMP協(xié)議可以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能指標(biāo)，如CPU使用率、內(nèi)存使用率、帶寬使用率等。管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備SNMP協(xié)議可以配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如修改設(shè)備的配置參數(shù)、重啟設(shè)備等。網(wǎng)絡(luò)編程：Socket編程基礎(chǔ)1Socket：網(wǎng)絡(luò)編程的接口，用于創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)連接。2Socket類型：TCPSocket、UDPSocket。3SocketAPI：提供創(chuàng)建、綁定、監(jiān)聽、連接、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)等函數(shù)。SocketAPI：創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)連接創(chuàng)建Socket：使用socket()函數(shù)創(chuàng)建Socket對(duì)象。綁定地址：使用bind()函數(shù)將Socket綁定到特定地址和端口。監(jiān)聽連接：使用listen()函數(shù)監(jiān)聽來自其他設(shè)備的連接請(qǐng)求。接受連接：使用accept()函數(shù)接受來自其他設(shè)備的連接請(qǐng)求。TCPSocket編程示例創(chuàng)建TCPSocket：使用socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)創(chuàng)建TCPSocket對(duì)象。發(fā)送數(shù)據(jù)：使用send()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)：使用recv()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。UDPSocket編程示例創(chuàng)建UDPSocket：使用socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)創(chuàng)建UDPSocket對(duì)象。發(fā)送數(shù)據(jù)：使用sendto()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)：使用recvfrom()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估：延遲、吞吐量、丟包率1延遲：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間延遲。2吞吐量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。3丟包率：數(shù)據(jù)包丟失的比例。延遲：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間延遲1網(wǎng)絡(luò)距離：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的物理距離。2網(wǎng)絡(luò)負(fù)載：網(wǎng)絡(luò)流量的大小。3網(wǎng)絡(luò)擁塞：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或鏈路資源不足。吞吐量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量1網(wǎng)絡(luò)帶寬：網(wǎng)絡(luò)鏈路的傳輸速率。2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：傳輸層協(xié)議的效率。3網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理能力。丟包率：數(shù)據(jù)包丟失的比例1網(wǎng)絡(luò)擁塞：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或鏈路資源不足導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。2網(wǎng)絡(luò)故障：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或鏈路故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。3無線干擾：無線信號(hào)干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失。網(wǎng)絡(luò)擁塞控制：流量控制與擁塞避免流量控制防止發(fā)送方淹沒接收方，控制發(fā)送速率。擁塞避免避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。流量控制：防止發(fā)送方淹沒接收方1滑動(dòng)窗口機(jī)制：接收方告訴發(fā)送方可以接收多少數(shù)據(jù)。2阻塞機(jī)制：接收方緩沖區(qū)滿，發(fā)送方停止發(fā)送數(shù)據(jù)。擁塞避免：慢啟動(dòng)、擁塞避免算法慢啟動(dòng)：發(fā)送方初始擁塞窗口較小，逐漸增加。擁塞避免：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，發(fā)送方降低擁塞窗口大小。快恢復(fù)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞消失時(shí)，發(fā)送方快速恢復(fù)擁塞窗口大小。服務(wù)質(zhì)量(QoS)：保障特定應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)性能1優(yōu)先級(jí)隊(duì)列：為不同的數(shù)據(jù)流分配不同的優(yōu)先級(jí)。2流量整形：控制數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。3帶寬預(yù)留：為特定應(yīng)用預(yù)留帶寬資源。QoS技術(shù)：優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、流量整形優(yōu)先級(jí)隊(duì)列根據(jù)數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(jí)，將數(shù)據(jù)包放入不同的隊(duì)列進(jìn)行處理。流量整形控制數(shù)據(jù)流的發(fā)送速率，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)：控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離1控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離：將網(wǎng)絡(luò)控制邏輯與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)邏輯分離。2集中式控制：SDN控制器集中管理網(wǎng)絡(luò)資源。3可編程性：SDN控制器支持編程，實(shí)現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)管理。SDN控制器：集中式網(wǎng)絡(luò)管理1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾恚篠DN控制器維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔ⅰ?流量控制：SDN控制器可以控制網(wǎng)絡(luò)流量。3安全策略：SDN控制器可以配置網(wǎng)絡(luò)安全策略。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)：網(wǎng)絡(luò)功能軟件化1網(wǎng)絡(luò)功能軟件化：將網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)為軟件程序。2虛擬化硬件：將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化，實(shí)現(xiàn)資源共享和靈活部署。3降低成本：NFV可以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本。云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)：虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源1虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源：云計(jì)算平臺(tái)提供虛擬化的網(wǎng)絡(luò)資源，如虛擬機(jī)、虛擬網(wǎng)絡(luò)。2按需分配：用戶可以根據(jù)需要申請(qǐng)和釋放網(wǎng)絡(luò)資源。3彈性擴(kuò)展：云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)：高性能互聯(lián)1高性能互聯(lián)：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)需要提供高帶寬、低延遲的互聯(lián)。2網(wǎng)絡(luò)虛擬化：使用虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的靈活配置。3安全可靠：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)需要保證高可用性和安全性。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)：3G/4G/5G技術(shù)3G：第三代移動(dòng)通信技術(shù)，提供高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。4G：第四代移動(dòng)通信技術(shù)，提供更高速度和更低延遲的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。5G：第五代移動(dòng)通信技術(shù)，提供超高速率、低延遲、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)：關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景關(guān)鍵技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)采用了多種關(guān)鍵技術(shù)，如MassiveMIMO、beamforming、網(wǎng)絡(luò)切片等。應(yīng)用場(chǎng)景5G網(wǎng)絡(luò)將應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、智能制造、智慧城市、無人駕駛等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)絡(luò)：低功耗廣域網(wǎng)1低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)：適用于低功耗、長(zhǎng)距離的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。2LoRaWAN：一種常用的LPWAN技術(shù)，支持低功耗、長(zhǎng)距離、大規(guī)模連接。3NB-IoT：窄帶物聯(lián)網(wǎng)，適用于對(duì)帶寬要求不高、連接密度高的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)安全威脅：惡意軟件、DDoS攻擊惡意軟件病毒、木馬、蠕蟲、勒索軟件等，可以竊取數(shù)據(jù)、破壞系統(tǒng)。DDoS攻擊拒絕服務(wù)攻擊，利用大量惡意流量攻擊目標(biāo)服務(wù)器，導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓。DDoS攻擊：防御策略與技術(shù)1流量清洗：識(shí)別并過濾惡意流量。2帶寬預(yù)留：為正常流量預(yù)留帶寬資源。3分布式防御：使用多個(gè)服務(wù)器進(jìn)行防御。網(wǎng)絡(luò)故障排除：常見問題與解決方法1網(wǎng)絡(luò)連接故障：檢查網(wǎng)絡(luò)連接線、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)配置。2網(wǎng)絡(luò)性能問題：檢查網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)擁塞。3網(wǎng)絡(luò)安全問題：檢查防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全策略。網(wǎng)絡(luò)故障診斷工具：Ping,TracerouteP