計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自頂向下演講人：日期:CONTENTS目錄01技術(shù)架構(gòu)總覽02應(yīng)用層關(guān)鍵機(jī)制03傳輸層控制技術(shù)04網(wǎng)絡(luò)層路由體系05數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)06安全與擴(kuò)展方向01技術(shù)架構(gòu)總覽自頂向下方法核心思想逐步求精從最高層次開始，逐步細(xì)化每個(gè)模塊的功能和接口。03按照功能和復(fù)雜性將系統(tǒng)分為若干層次，實(shí)現(xiàn)功能分離。02層次化結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)將復(fù)雜的系統(tǒng)劃分為獨(dú)立的模塊，便于理解和維護(hù)。01網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層模型物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。OSI七層模型應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層。TCP/IP四層模型物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。五層協(xié)議模型典型協(xié)議棧對(duì)照分析OSI模型與TCP/IP模型OSI模型注重理論和標(biāo)準(zhǔn)化，TCP/IP模型注重實(shí)用和兼容性。TCP/IP協(xié)議棧各層功能OSI模型與五層協(xié)議模型應(yīng)用層（HTTP、FTP）、傳輸層（TCP、UDP）、網(wǎng)絡(luò)層（IP）、數(shù)據(jù)鏈路層（以太網(wǎng)、PPP）。將OSI模型的會(huì)話層和表示層合并，形成五層協(xié)議模型，更符合實(shí)際應(yīng)用需求。12302應(yīng)用層關(guān)鍵機(jī)制HTTP/DNS協(xié)議工作原理HTTP協(xié)議HTTP是一種請(qǐng)求-響應(yīng)協(xié)議，客戶端通過(guò)發(fā)送請(qǐng)求獲取服務(wù)器上的資源；DNS協(xié)議負(fù)責(zé)將域名解析為IP地址，使得客戶端能夠找到服務(wù)器位置。DNS查找過(guò)程當(dāng)用戶在瀏覽器中輸入域名時(shí)，DNS協(xié)議開始工作，通過(guò)遞歸查詢或迭代查詢，從根域名服務(wù)器開始逐步解析域名，最終找到對(duì)應(yīng)的IP地址。HTTP請(qǐng)求過(guò)程一旦找到IP地址，客戶端向服務(wù)器發(fā)送HTTP請(qǐng)求，請(qǐng)求中包括請(qǐng)求方法、URL、HTTP版本、請(qǐng)求頭和請(qǐng)求體等信息；服務(wù)器接收到請(qǐng)求后，進(jìn)行相應(yīng)的處理并返回響應(yīng)，響應(yīng)中包括狀態(tài)碼、響應(yīng)頭和響應(yīng)體等信息。分布式應(yīng)用具有可擴(kuò)展性、高可用性、容錯(cuò)性等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也面臨著數(shù)據(jù)一致性、通信延遲等問(wèn)題。分布式應(yīng)用交互場(chǎng)景分布式應(yīng)用的特點(diǎn)分布式應(yīng)用通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)用、消息傳遞等方式進(jìn)行交互，其中RESTfulAPI是目前較為流行的一種輕量級(jí)交互方式。分布式應(yīng)用的交互方式例如，一個(gè)電商網(wǎng)站，其用戶信息管理、商品信息管理、訂單管理等功能可以分別部署在不同的服務(wù)器上，形成一個(gè)分布式應(yīng)用。分布式應(yīng)用實(shí)例內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)CDN的概念CDN的優(yōu)點(diǎn)CDN的工作原理CDN是一種將內(nèi)容緩存到離用戶更近的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)，以提高內(nèi)容傳輸速度和質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)用戶訪問(wèn)某個(gè)網(wǎng)站時(shí)，首先通過(guò)DNS解析找到離用戶最近的CDN節(jié)點(diǎn)，然后從該節(jié)點(diǎn)獲取所需內(nèi)容；如果該節(jié)點(diǎn)沒(méi)有所需內(nèi)容，再?gòu)脑捶?wù)器獲取并緩存到該節(jié)點(diǎn)?？梢钥s短用戶訪問(wèn)時(shí)間、減輕源服務(wù)器壓力、提高內(nèi)容傳輸速度和穩(wěn)定性等。同時(shí)，CDN還可以根據(jù)用戶訪問(wèn)情況動(dòng)態(tài)調(diào)整緩存策略，提高緩存命中率。03傳輸層控制技術(shù)TCP流量控制原理TCP使用滑動(dòng)窗口協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)流量控制，通過(guò)窗口大小調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸速率，避免發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)過(guò)快導(dǎo)致接收方處理不過(guò)來(lái)。滑動(dòng)窗口機(jī)制擁塞控制算法接收方控制TCP通過(guò)擁塞控制算法來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，包括慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)等階段，可以有效地調(diào)整發(fā)送窗口大小，降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。接收方通過(guò)發(fā)送窗口更新來(lái)控制發(fā)送方的發(fā)送窗口大小，確保接收方能夠及時(shí)接收并處理數(shù)據(jù)。UDP實(shí)時(shí)傳輸特性UDP是一種無(wú)連接的傳輸協(xié)議，發(fā)送方和接收方不需要建立連接，可以直接向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)，這種特性使得UDP具有較高的實(shí)時(shí)性。無(wú)連接UDP傳輸不保證數(shù)據(jù)的可靠性，數(shù)據(jù)可能會(huì)丟失、重復(fù)或亂序到達(dá)，因此需要在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的差錯(cuò)控制。不可靠傳輸U(kuò)DP是面向報(bào)文的傳輸協(xié)議，應(yīng)用程序發(fā)送的整個(gè)數(shù)據(jù)塊（報(bào)文）會(huì)作為一個(gè)獨(dú)立的單元傳送，中間不會(huì)拆分或合并。面向報(bào)文擁塞避免算法是TCP擁塞控制的一部分，其目標(biāo)是在避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的同時(shí)盡可能充分地利用網(wǎng)絡(luò)資源。常用的擁塞避免算法包括慢啟動(dòng)和擁塞避免算法。擁塞避免算法實(shí)現(xiàn)擁塞避免慢啟動(dòng)算法在TCP連接建立初期，通過(guò)逐步增加發(fā)送窗口的大小來(lái)探測(cè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載能力，以避免一開始就發(fā)送大量數(shù)據(jù)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。慢啟動(dòng)算法當(dāng)發(fā)送窗口大小達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，擁塞避免算法開始起作用，通過(guò)線性增長(zhǎng)發(fā)送窗口的大小來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)擁塞。當(dāng)檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，算法會(huì)減小發(fā)送窗口的大小以緩解擁塞。擁塞避免算法04網(wǎng)絡(luò)層路由體系IP地址規(guī)劃原則6px6px6pxIPv4和IPv6地址的分類、特點(diǎn)、使用范圍及過(guò)渡策略。IP地址分類靜態(tài)IP地址和動(dòng)態(tài)IP地址的分配策略，DHCP和DNS服務(wù)器的配置方法。IP地址分配子網(wǎng)掩碼的作用，子網(wǎng)劃分的方法和步驟，CIDR表示法。子網(wǎng)劃分010302IP地址的申請(qǐng)、分配、回收和沖突處理，NAT和NAPT技術(shù)原理及應(yīng)用。IP地址管理04OSPF/BGP路由協(xié)議OSPF基本概念OSPF路由計(jì)算BGP路由協(xié)議BGP路由選路OSPF協(xié)議的特點(diǎn)、工作原理、區(qū)域劃分及路由類型。OSPF的路由計(jì)算過(guò)程，最短路徑優(yōu)先（SPF）算法及LSA的傳播機(jī)制。BGP的特點(diǎn)、工作原理、路由策略及與OSPF的互聯(lián)互通。BGP的選路原則，路由策略的配置方法，BGP與IGP的同步機(jī)制。SDN概述SDN的定義、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用場(chǎng)景，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的區(qū)別。SDN關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)平面、控制平面、轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離技術(shù)，OpenFlow協(xié)議及NETCONF協(xié)議。SDN控制器SDN控制器的功能、架構(gòu)及開源控制器，如OpenDaylight、ONOS等。SDN應(yīng)用實(shí)踐SDN在數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用案例及解決方案。SDN架構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐05數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)解析以太網(wǎng)幀的組成以太網(wǎng)幀由頭部、數(shù)據(jù)部分和尾部組成，其中頭部包含源MAC地址、目標(biāo)MAC地址和類型/長(zhǎng)度字段等信息。以太網(wǎng)幀的類型以太網(wǎng)幀的接收與處理包括DIX和DIXII兩種格式，DIX格式包含有幀校驗(yàn)序列（FCS），DIXII格式則沒(méi)有。接收方網(wǎng)卡根據(jù)幀的目的MAC地址決定是接收還是丟棄該幀，若接收則進(jìn)一步處理并傳遞給上層協(xié)議。123交換機(jī)組網(wǎng)拓?fù)浣粨Q機(jī)的作用交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)方式交換機(jī)組網(wǎng)拓?fù)浣粨Q機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，具有多個(gè)端口，能夠接收、存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)幀，實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備的互聯(lián)互通。常見的交換機(jī)組網(wǎng)拓?fù)浒偩€型、星型和環(huán)型等，每種拓?fù)涠加衅涮攸c(diǎn)和適用場(chǎng)景。包括存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、直接轉(zhuǎn)發(fā)和碎片過(guò)濾轉(zhuǎn)發(fā)等方式，不同轉(zhuǎn)發(fā)方式在性能、延遲和吞吐量等方面有所差異。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議MAC協(xié)議是數(shù)據(jù)鏈路層的重要協(xié)議，用于解決無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)設(shè)備如何共享無(wú)線信道的問(wèn)題。MAC協(xié)議的作用常見的MAC協(xié)議MAC地址與BSSID包括CSMA/CA、CSMA/CD和輪詢等協(xié)議，每種協(xié)議都有其適用場(chǎng)景和優(yōu)缺點(diǎn)。MAC地址是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在全球范圍內(nèi)的唯一標(biāo)識(shí)，BSSID是用于標(biāo)識(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的唯一標(biāo)識(shí)符，MAC協(xié)議通過(guò)這兩者的配合使用，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸和接收。06安全與擴(kuò)展方向防火墻加密體系防火墻技術(shù)原理通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)邊界設(shè)置訪問(wèn)控制規(guī)則，限制外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)，保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全。01加密技術(shù)使用加密算法對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中被竊取或篡改。02入侵檢測(cè)與防御通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量和用戶行為，發(fā)現(xiàn)并阻止?jié)撛诘膼阂夤簟?3云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)融合將物理設(shè)備虛擬化成多個(gè)邏輯設(shè)備，實(shí)現(xiàn)資源的動(dòng)態(tài)分配和高效利用。虛擬化技術(shù)包括數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制、漏洞掃描等技術(shù)，確保云計(jì)算環(huán)境的安全。云安全技術(shù)構(gòu)建高效、可擴(kuò)展的云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，支持云服務(wù)的彈