《計算機網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)》課件

計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡(luò)的抽象模型。它描述了網(wǎng)絡(luò)的組成部分以及這些部分之間的相互作用。計算機網(wǎng)絡(luò)概述互聯(lián)互通計算機網(wǎng)絡(luò)將世界各地的計算機連接起來，實現(xiàn)信息共享與協(xié)作。信息傳遞網(wǎng)絡(luò)為用戶提供高效的通信渠道，例如電子郵件、即時消息和視頻通話。資源共享網(wǎng)絡(luò)用戶可以訪問共享資源，例如數(shù)據(jù)庫、文件和應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層1分層結(jié)構(gòu)將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分解成多個層次，每個層次完成特定功能，各層之間通過接口交互。2抽象與隔離各層之間相互獨立，隱藏內(nèi)部實現(xiàn)細節(jié)，簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，提高可移植性。3標準化制定統(tǒng)一標準，確保不同設(shè)備之間能夠相互通信，促進網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。物理層：信號傳輸11.信號編碼將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號或光信號進行傳輸。22.傳輸介質(zhì)包括雙絞線、同軸電纜、光纖等。33.信號調(diào)制改變信號的頻率、幅度或相位來表示數(shù)據(jù)。44.信號再生在長距離傳輸中對信號進行放大或整形，防止信號衰減。數(shù)據(jù)鏈路層：可靠數(shù)據(jù)傳輸幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)封裝成幀，幀包含地址信息、校驗碼等，確保數(shù)據(jù)完整傳輸。流量控制控制數(shù)據(jù)傳輸速率，防止接收方無法處理過快的數(shù)據(jù)流，保證數(shù)據(jù)可靠傳輸。錯誤檢測與糾正采用校驗碼、重傳機制等手段，發(fā)現(xiàn)并糾正數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤，確保數(shù)據(jù)完整性。網(wǎng)絡(luò)層：路由與轉(zhuǎn)發(fā)路由的概念路由是指將數(shù)據(jù)包從源主機發(fā)送到目標主機的一系列路徑選擇過程。路由器是網(wǎng)絡(luò)層的主要設(shè)備，負責(zé)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址信息選擇最優(yōu)路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由算法常見的路由算法包括距離向量路由算法和鏈路狀態(tài)路由算法，這些算法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和節(jié)點之間的距離進行路由計算。路由算法在網(wǎng)絡(luò)層中至關(guān)重要，它確保數(shù)據(jù)包能夠高效地傳遞到目標主機，并保持網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。傳輸層：端到端通信數(shù)據(jù)分段與重組將應(yīng)用程序數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)段，并為每個數(shù)據(jù)段添加傳輸層報頭，實現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層還負責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)段重新組裝成完整的數(shù)據(jù)。流量控制根據(jù)接收方的處理能力調(diào)整發(fā)送速度，防止接收方緩沖區(qū)溢出，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。連接建立與釋放傳輸層負責(zé)建立和釋放連接，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院陀行蛐?。錯誤控制通過校驗和、重傳等機制，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院涂煽啃浴?yīng)用層：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)11.電子郵件電子郵件服務(wù)使人們可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收信息。22.萬維網(wǎng)萬維網(wǎng)允許用戶訪問并共享各種信息和資源。33.文件傳輸文件傳輸協(xié)議支持在網(wǎng)絡(luò)中傳輸文件。44.遠程登錄遠程登錄允許用戶從遠程計算機訪問和控制其他計算機。計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點之間的物理連接方式，是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，影響著網(wǎng)絡(luò)性能、可靠性和成本。不同的拓撲結(jié)構(gòu)有不同的優(yōu)缺點，根據(jù)實際情況選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)至關(guān)重要?？偩€拓撲共享傳輸介質(zhì)所有設(shè)備共享一條公共傳輸線，數(shù)據(jù)在總線上廣播傳播。簡單易于部署總線拓撲結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和維護，成本相對較低。性能限制總線上的每個設(shè)備都必須等待其他設(shè)備完成數(shù)據(jù)傳輸，傳輸效率較低。環(huán)形拓撲數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中沿著一個封閉的環(huán)路傳播。每個設(shè)備連接到環(huán)路上的一個節(jié)點，并沿著環(huán)路順序傳遞數(shù)據(jù)。優(yōu)點數(shù)據(jù)傳輸簡單高效，每個節(jié)點都可以直接訪問數(shù)據(jù)。缺點環(huán)路中斷會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓，難以管理和擴展。星型拓撲中心設(shè)備所有節(jié)點都連接到一個中心設(shè)備，例如集線器或交換機。中心設(shè)備負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。簡單易用連接簡單，易于管理和維護。適合小型網(wǎng)絡(luò)，例如家庭或小型辦公室。安全性中心設(shè)備可以控制數(shù)據(jù)流，并提供安全功能，例如身份驗證和訪問控制。可靠性一個節(jié)點出現(xiàn)故障不會影響其他節(jié)點的通信。中心設(shè)備故障會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。樹型拓撲層次結(jié)構(gòu)樹型拓撲結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出分層結(jié)構(gòu)，類似于樹木的枝干，從根節(jié)點向葉子節(jié)點延伸。中心節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中存在一個中心節(jié)點，連接所有其他節(jié)點，類似于樹木的樹干。優(yōu)點易于管理擴展性強缺點中心節(jié)點故障會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓數(shù)據(jù)傳輸效率可能較低網(wǎng)狀拓撲高度冗余每個節(jié)點都與多個其他節(jié)點直接相連，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩鄺l路徑。可靠性高即使部分節(jié)點或連接故障，也能保證網(wǎng)絡(luò)的正常運行。復(fù)雜度高網(wǎng)絡(luò)配置和管理較為復(fù)雜，成本也相對較高。應(yīng)用場景適合對網(wǎng)絡(luò)可靠性要求較高的應(yīng)用場景，如軍事網(wǎng)絡(luò)、金融系統(tǒng)等。計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則和標準。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)格式、傳輸方式以及錯誤處理等方面的內(nèi)容，保證網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備能夠相互理解和通信。TCP/IP協(xié)議棧分層結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議棧由四層組成：應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)接口層。網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議負責(zé)網(wǎng)絡(luò)地址的分配，并提供數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能。傳輸層TCP和UDP協(xié)議提供端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸和連接管理，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。網(wǎng)絡(luò)接口層負責(zé)將數(shù)據(jù)包封裝成幀，并通過物理介質(zhì)進行傳輸。OSI參考模型七層架構(gòu)OSI參考模型將網(wǎng)絡(luò)通信過程劃分為七層，每層負責(zé)不同的功能，并通過協(xié)議規(guī)范各層之間的交互。層級劃分模型從下往上依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層，分別對應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)功能模塊。標準化OSI模型是一個標準化框架，它為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件的開發(fā)提供了統(tǒng)一的參考標準，促進了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。IP地址IP地址是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址，是用來識別網(wǎng)絡(luò)上每個節(jié)點的唯一地址。IP地址分為兩類：IPv4和IPv6。IPv4地址是一個32位的二進制地址，通常用點分十進制表示，例如192.168.1.1。IPv6地址是一個128位的二進制地址，使用冒號分隔的十六進制表示，例如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。32位IPv4地址長度128位IPv6地址長度4字節(jié)IPv4地址包含16字節(jié)IPv6地址包含子網(wǎng)劃分子網(wǎng)劃分是將一個較大的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個較小的子網(wǎng)，以便更好地管理和控制網(wǎng)絡(luò)。子網(wǎng)劃分可以通過以下方式實現(xiàn)：將一個IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分劃分為多個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)擁有一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。子網(wǎng)劃分可以提高網(wǎng)絡(luò)效率，減少網(wǎng)絡(luò)沖突，并增強網(wǎng)絡(luò)安全性。子網(wǎng)1子網(wǎng)2子網(wǎng)3域名系統(tǒng)DNS11.域名解析將域名轉(zhuǎn)換為IP地址，方便計算機之間通信。22.域名注冊用戶可以注冊域名，并將其與特定IP地址綁定。33.域名服務(wù)器分布式數(shù)據(jù)庫，存儲域名與IP地址的對應(yīng)關(guān)系。44.域名層次結(jié)構(gòu)根域名服務(wù)器、頂級域名服務(wù)器、二級域名服務(wù)器等組成。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是計算機網(wǎng)絡(luò)中必不可少的組成部分，它們負責(zé)連接不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和管理。集線器和交換機集線器集線器是一種簡單的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它將多個設(shè)備連接到同一個網(wǎng)絡(luò)。它工作在物理層，并將所有接收到的數(shù)據(jù)廣播到所有連接的設(shè)備。交換機交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，它比集線器更智能，可以識別每個設(shè)備的MAC地址，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的目標設(shè)備。路由器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)路由器連接不同的網(wǎng)絡(luò)，例如局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的通信。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路由器根據(jù)數(shù)據(jù)包的目標地址，選擇最佳路徑，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目標網(wǎng)絡(luò)。流量控制路由器可以控制網(wǎng)絡(luò)流量，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運行。網(wǎng)關(guān)連接網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)連接兩個不同的網(wǎng)絡(luò)，例如局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)關(guān)可以作為防火墻，過濾流量并保護網(wǎng)絡(luò)安全。協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)可以將不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)換，以便不同網(wǎng)絡(luò)之間能夠通信。網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全是現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分。它保護網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問、使用、披露、破壞、修改或破壞。防火墻防御機制防火墻通過過濾進出網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包來阻止惡意流量。它檢查數(shù)據(jù)包的源地址、目標地址、端口號以及協(xié)議類型等信息。安全保障防火墻可以防止網(wǎng)絡(luò)攻擊，例如惡意軟件入侵、數(shù)據(jù)竊取和拒絕服務(wù)攻擊。它可以阻止未經(jīng)授權(quán)的訪問，保護網(wǎng)絡(luò)安全。加密技術(shù)1數(shù)據(jù)機密性通過加密算法將明文轉(zhuǎn)換為密文，防止未授權(quán)訪問者獲取敏感信息。2數(shù)據(jù)完整性確保數(shù)據(jù)在傳輸或存儲過程中不被篡改，確保數(shù)據(jù)完整性和可靠性。3身份驗證驗證用戶身份，防止冒充或偽造，確保信息安全可靠。4數(shù)字簽名使用私鑰對信息進行簽名，確保信息來源真實可信，防止信息被偽造。網(wǎng)絡(luò)攻擊與防御常見攻擊類型網(wǎng)絡(luò)攻擊種類繁多，包括拒絕服務(wù)攻擊、惡意軟件攻擊、網(wǎng)絡(luò)釣魚攻擊等等。防御措施防御措施包括防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、安全軟件等，可以有效阻擋攻擊。安全意識提高安全意識，了解