項(xiàng)目4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)ComputerNetworksCONTENTS01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述02網(wǎng)絡(luò)通信原理03網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與協(xié)議04網(wǎng)絡(luò)安全01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義定義將地理位置不同的具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。核心計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的結(jié)合。目標(biāo)資源共享和信息傳遞。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成示意獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)通信線路與連接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與管理軟件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。資源共享共享硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源。提高可靠性通過冗余設(shè)計(jì)提高容錯(cuò)能力。分布式處理多臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)同完成復(fù)雜任務(wù)。負(fù)載均衡均勻分配任務(wù)，提高系統(tǒng)效率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)通信、資源共享、可靠性保障、分布式處理和負(fù)載均衡五大核心功能，構(gòu)建了高效、穩(wěn)定、互聯(lián)的現(xiàn)代信息基礎(chǔ)設(shè)施。功能詳解-數(shù)據(jù)通信定義數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳輸文本、圖像、音頻、視頻等各種形式的數(shù)據(jù)。應(yīng)用電子郵件、即時(shí)通訊、視頻會(huì)議等。特點(diǎn)快速、準(zhǔn)確、不受時(shí)空限制。功能詳解-資源共享硬件共享共享打印機(jī)、掃描儀、存儲(chǔ)設(shè)備等硬件資源，提升設(shè)備利用率。軟件共享在服務(wù)器上集中部署網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，供多用戶訪問。數(shù)據(jù)共享共享數(shù)據(jù)庫、文件和文檔，實(shí)現(xiàn)信息協(xié)同與高效流轉(zhuǎn)。多用戶網(wǎng)絡(luò)資源共享示意圖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類按地理范圍局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、互聯(lián)網(wǎng)(Internet)按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型、星型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型按傳輸介質(zhì)有線網(wǎng)絡(luò)(雙絞線、光纖)、無線網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi、藍(lán)牙)按使用性質(zhì)公用網(wǎng)絡(luò)(如互聯(lián)網(wǎng))、專用網(wǎng)絡(luò)(如企業(yè)內(nèi)網(wǎng))分類詳解-局域網(wǎng)(LAN)定義在較小的地理范圍內(nèi)（如一個(gè)辦公室、一棟樓）由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)高速度、低延遲、成本低、易管理。應(yīng)用企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、校園網(wǎng)。辦公室局域網(wǎng)示意圖分類詳解-廣域網(wǎng)(WAN)定義覆蓋廣闊地理范圍（如一個(gè)國(guó)家、一個(gè)洲）的網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)低速度、高延遲、成本高、技術(shù)復(fù)雜。應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)，連接全球各地的局域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念定義為完成計(jì)算機(jī)間的通信合作，將網(wǎng)絡(luò)功能劃分為明確定義的層次，并規(guī)定同層通信協(xié)議及相鄰層接口服務(wù)。目的降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的靈活性和標(biāo)準(zhǔn)化程度。核心分層（Layer）和協(xié)議（Protocol）。分層結(jié)構(gòu)示意應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層OSI參考模型什么是OSI模型？開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定的一個(gè)用于計(jì)算機(jī)或通信系統(tǒng)間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)體系。七層結(jié)構(gòu)從下到上分為七個(gè)層次，每一層都有其明確的功能和服務(wù)。應(yīng)用層(ApplicationLayer)為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)表示層(PresentationLayer)數(shù)據(jù)的加密、解密、壓縮、解壓縮會(huì)話層(SessionLayer)建立、管理和終止通信會(huì)話傳輸層(TransportLayer)端到端的通信，確保數(shù)據(jù)完整性網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)路徑選擇和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLink)將數(shù)據(jù)封裝成幀，進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)物理層(PhysicalLayer)傳輸原始的比特流OSI模型-物理層核心功能負(fù)責(zé)處理物理介質(zhì)上的信號(hào)傳輸，定義了機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。典型設(shè)備：網(wǎng)卡(NIC)傳輸介質(zhì)通過不同的物理介質(zhì)實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)。常見介質(zhì)：雙絞線(TwistedPair)OSI模型-數(shù)據(jù)鏈路層功能將物理層接收到的信號(hào)封裝成幀，并進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)和糾正。典型設(shè)備交換機(jī)(Switch)協(xié)議以太網(wǎng)(Ethernet)OSI模型-網(wǎng)絡(luò)層核心功能負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)，進(jìn)行路由選擇。典型設(shè)備路由器(Router)關(guān)鍵協(xié)議IP協(xié)議(InternetProtocol)OSI模型-傳輸層TCP傳輸控制協(xié)議面向連接：建立連接后再通信可靠傳輸：確認(rèn)、重傳、排序機(jī)制流量控制：避免接收方過載UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議無連接：無需建立連接，直接發(fā)送不可靠：盡力而為，不保證送達(dá)高速高效：開銷小，延遲低核心功能：為應(yīng)用層提供端到端的通信服務(wù)，通過TCP/UDP協(xié)議確保數(shù)據(jù)的可靠或高效傳輸。OSI模型-應(yīng)用層核心功能為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，是用戶與網(wǎng)絡(luò)的直接交互點(diǎn)。HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議，用于瀏覽器與服務(wù)器之間的網(wǎng)頁數(shù)據(jù)交換。FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行文件的上傳和下載操作。SMTP協(xié)議簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議，負(fù)責(zé)電子郵件的發(fā)送。DNS協(xié)議域名系統(tǒng)，將易于記憶的域名解析為IP地址。TCP/IP參考模型模型定義互聯(lián)網(wǎng)的核心通信協(xié)議簇，將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信過程劃分為四個(gè)抽象層次，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)世界的互聯(lián)互通。與OSI模型對(duì)比TCP/IP是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，而OSI是理論上的理想模型。TCP/IP將OSI的七層簡(jiǎn)化為更實(shí)用的四層結(jié)構(gòu)。四層結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層TCP/IP模型是互聯(lián)網(wǎng)的基石，以其簡(jiǎn)潔、實(shí)用的特性成為全球網(wǎng)絡(luò)通信的“事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)”。02網(wǎng)絡(luò)通信原理數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由五個(gè)基本部分組成：信息源信息的產(chǎn)生地，可以是計(jì)算機(jī)、人或其他設(shè)備。發(fā)送設(shè)備將信息源產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在信道中傳輸?shù)男问?。信道信?hào)傳輸?shù)拿浇?，如雙絞線、光纖或電磁波。接收設(shè)備將從信道接收到的信號(hào)還原成原始信息。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成示意圖數(shù)據(jù)封裝與解封裝封裝(Encapsulation)應(yīng)用層數(shù)據(jù)從應(yīng)用程序產(chǎn)生傳輸層添加TCP/UDP頭部，形成數(shù)據(jù)段網(wǎng)絡(luò)層添加IP頭部，形成數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)鏈路層添加MAC頭部和尾部，形成數(shù)據(jù)幀解封裝(Decapsulation)數(shù)據(jù)鏈路層剝離MAC頭尾部，還原數(shù)據(jù)包網(wǎng)絡(luò)層剝離IP頭部，還原數(shù)據(jù)段傳輸層剝離TCP/UDP頭部，還原數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)提交給目標(biāo)應(yīng)用程序網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議TCP/IP協(xié)議族互聯(lián)網(wǎng)的核心協(xié)議集，定義了電子設(shè)備如何連入互聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)傳輸方式。HTTP協(xié)議超文本傳輸協(xié)議，用于萬維網(wǎng)中客戶端與服務(wù)器的通信，是網(wǎng)頁瀏覽的基礎(chǔ)。FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議，專門用于在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行文件的上傳和下載。SMTP協(xié)議簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議，負(fù)責(zé)電子郵件的發(fā)送和在郵件服務(wù)器間的傳遞。03網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與協(xié)議網(wǎng)絡(luò)設(shè)備-路由器核心功能連接不同的網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行智能的路由選擇和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。工作層次工作在OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層（第三層），基于IP地址進(jìn)行尋址。關(guān)鍵技術(shù)路由協(xié)議（如RIP,OSPF）用于構(gòu)建和維護(hù)路由表。路由器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備-交換機(jī)功能在局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。工作層次數(shù)據(jù)鏈路層（OSI模型第二層）。關(guān)鍵技術(shù)MAC地址學(xué)習(xí)、端口轉(zhuǎn)發(fā)。交換機(jī)工作原理示意圖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備-集線器功能將多個(gè)設(shè)備連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)共享設(shè)備。工作層次OSI參考模型的物理層（Layer1）。缺點(diǎn)所有設(shè)備共享帶寬，同一時(shí)間只能單設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，易產(chǎn)生沖突。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備-網(wǎng)卡功能計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的接口，負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。工作層次工作于OSI模型的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換與鏈路管理。關(guān)鍵參數(shù)傳輸速率（如1Gbps,10Gbps）與全球唯一的MAC地址。PCIe有線網(wǎng)卡網(wǎng)絡(luò)協(xié)議-IP協(xié)議協(xié)議定義互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)是網(wǎng)絡(luò)層的核心，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)路由至目標(biāo)主機(jī)。關(guān)鍵概念I(lǐng)P地址：設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的唯一標(biāo)識(shí)。子網(wǎng)掩碼：用于區(qū)分網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。網(wǎng)關(guān)：連接不同網(wǎng)絡(luò)的“關(guān)口”。IPv4vsIPv6IPv4協(xié)議32位地址，約43億個(gè)地址空間。IPv6協(xié)議128位地址，地址空間近乎無限。由于IPv4地址耗盡，全球正逐步向IPv6協(xié)議過渡，以滿足未來物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的地址需求。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議-TCP協(xié)議協(xié)議定義傳輸控制協(xié)議（TCP）是傳輸層的核心協(xié)議，提供可靠的、面向連接的字節(jié)流服務(wù)。關(guān)鍵機(jī)制三次握手建立可靠連接的初始化過程。四次揮手優(yōu)雅地終止連接，確保數(shù)據(jù)完整傳輸。流量控制根據(jù)接收方能力調(diào)整發(fā)送速率，避免溢出。三次握手(Three-WayHandshake)通過SYN和ACK信號(hào)的交換，客戶端與服務(wù)器確認(rèn)彼此的發(fā)送和接收能力，建立穩(wěn)定連接。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議-UDP協(xié)議定義用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，是傳輸層的協(xié)議，提供不可靠的、無連接的通信服務(wù)。特點(diǎn)速度快、開銷小，無需建立連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)確認(rèn)。應(yīng)用實(shí)時(shí)視頻、在線游戲、語音通話等對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議-HTTP協(xié)議協(xié)議定義超文本傳輸協(xié)議(HTTP)是應(yīng)用層協(xié)議，用于在Web瀏覽器和服務(wù)器之間傳輸超文本數(shù)據(jù)。工作方式基于經(jīng)典的客戶端-服務(wù)器模型，由客戶端主動(dòng)發(fā)起請(qǐng)求，服務(wù)器接收并處理后返回響應(yīng)。安全對(duì)比(HTTPS)HTTPS是HTTP的安全版本，通過SSL/TLS協(xié)議對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，保障數(shù)據(jù)安全。HTTP請(qǐng)求與響應(yīng)過程示意圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)議-DNS協(xié)議什么是DNS？域名系統(tǒng)(DomainNameSystem)，是應(yīng)用層協(xié)議，負(fù)責(zé)將域名轉(zhuǎn)換為IP地址。工作方式采用分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，全球部署，共同協(xié)作完成域名解析任務(wù)。應(yīng)用場(chǎng)景當(dāng)輸入時(shí)，DNS會(huì)將其轉(zhuǎn)換為服務(wù)器IP地址。工作原理示意DNS解析流程：從本地緩存到根服務(wù)器的查詢過程局域網(wǎng)技術(shù)-以太網(wǎng)定義目前應(yīng)用最廣泛、最主流的局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的核心。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)普遍采用星型拓?fù)?，通過交換機(jī)連接所有節(jié)點(diǎn)。傳輸介質(zhì)雙絞線(TwistedPair)光纖(FiberOptic)以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-Wi-Fi定義一種基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用于局域網(wǎng)無線連接。標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)從802.11b到Wi-Fi6(802.11ax)，持續(xù)提升速度與性能。核心特點(diǎn)方便靈活，擺脫線纜束縛，但需關(guān)注安全性與穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比理論速度Wi-Fi6可達(dá)9.6Gbps工作頻段2.4GHz(覆蓋廣)&5GHz(高速率)設(shè)備容量Wi-Fi6支持更多并發(fā)設(shè)備連接04網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全概述定義網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件、軟件及數(shù)據(jù)受到保護(hù)，防止因偶然或惡意原因遭受破壞、更改、泄露。重要性保護(hù)個(gè)人隱私、企業(yè)機(jī)密和國(guó)家信息安全，是數(shù)字時(shí)代正常運(yùn)行的基石。核心目標(biāo)保密性完整性可用性安全防護(hù)示意圖網(wǎng)絡(luò)安全威脅-惡意軟件定義指在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行惡意任務(wù)的程序，如病毒、蠕蟲、木馬、間諜軟件等。傳播途徑電子郵件、惡意網(wǎng)站、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。危害竊取信息、破壞系統(tǒng)、勒索錢財(cái)。網(wǎng)絡(luò)安全威脅-網(wǎng)絡(luò)攻擊主動(dòng)攻擊拒絕服務(wù)攻擊(DoS/DDoS)通過海量請(qǐng)求耗盡目標(biāo)資源，使其無法正常服務(wù)。中間人攻擊(MITM)攔截并篡改通信雙方的數(shù)據(jù)，竊取敏感信息。被動(dòng)攻擊網(wǎng)絡(luò)竊聽暗中監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)流量，竊取未加密的敏感信息。流量分析分析流量模式、大小和流向，推斷通信內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)安全威脅-社會(huì)工程學(xué)定義利用人性的弱點(diǎn)（如好奇心、信任）來獲取信息的非技術(shù)性入侵手段。常見手段釣魚郵件偽裝成可信實(shí)體發(fā)送欺詐郵件，誘騙用戶泄露信息或點(diǎn)擊惡意鏈接。Pretexting(pretexting)編造虛假情境，通過電話或當(dāng)面溝通獲取目標(biāo)的信任與敏感信息。示例：釣魚郵件界面網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)-防火墻防火墻定義一種位于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)，它依照特定的規(guī)則，允許或是限制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過。核心工作方式包過濾應(yīng)用網(wǎng)關(guān)防火墻工作原理示意圖網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)-入侵檢測(cè)系統(tǒng)(IDS)什么是IDS？一種對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行即時(shí)監(jiān)視，在發(fā)現(xiàn)可疑傳輸時(shí)發(fā)出警報(bào)或采取主動(dòng)反應(yīng)措施的網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。主要類型基于特征的IDS(Signature-based)通過匹配已知攻擊特征庫來檢測(cè)入侵。基于異常的IDS(Anomaly-based)建立正常行為基線，檢測(cè)偏離基線的異?；顒?dòng)。IDS工作原理示意圖網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)-數(shù)據(jù)加密核心定義將明文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為密文，防止未授權(quán)訪問。主要類型對(duì)稱加密、非對(duì)稱加密。典型應(yīng)用HTTPS網(wǎng)站加密、VPN虛擬專用網(wǎng)絡(luò)。明文數(shù)據(jù)加密算法密文數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)-訪問控制定義限制對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的訪問，確保只有授權(quán)用戶才能訪問。核心方法