計算機通信與實驗課件

計算機通信與實驗本課程涵蓋計算機通信的基本原理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。同時，學生將通過實驗來驗證理論知識，學習使用網(wǎng)絡(luò)工具和進行網(wǎng)絡(luò)編程。課程簡介計算機網(wǎng)絡(luò)知識學習計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識，如網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全等。實驗實踐通過實際操作加深對網(wǎng)絡(luò)理論的理解，并學習使用網(wǎng)絡(luò)工具。理論講解結(jié)合案例和課件進行課堂講解，幫助學生掌握知識要點。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程1早期網(wǎng)絡(luò)20世紀60年代，美國國防部ARPANET誕生，標志著互聯(lián)網(wǎng)時代的開始。2互聯(lián)網(wǎng)的興起20世紀80年代，TCP/IP協(xié)議成為互聯(lián)網(wǎng)標準，個人計算機開始普及，互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量迅速增長。3移動互聯(lián)網(wǎng)時代21世紀初，移動通信技術(shù)發(fā)展迅速，智能手機普及，移動互聯(lián)網(wǎng)成為主流。4云計算與物聯(lián)網(wǎng)云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，為互聯(lián)網(wǎng)帶來了新的發(fā)展機遇，也為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)是連接多個計算機和設(shè)備，使其能夠共享資源并進行通信的系統(tǒng)。協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是用于規(guī)范網(wǎng)絡(luò)通信過程的一組規(guī)則，確保數(shù)據(jù)能夠在網(wǎng)絡(luò)中可靠地傳輸。拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)描述了網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的物理連接方式，例如星型、總線型或環(huán)型。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是指提供給網(wǎng)絡(luò)用戶的各種功能，例如文件共享、電子郵件和網(wǎng)頁瀏覽。計算機網(wǎng)絡(luò)的分類局域網(wǎng)(LAN)局域網(wǎng)通常覆蓋較小的地理范圍，例如辦公室、學?；蚣彝?。廣域網(wǎng)(WAN)廣域網(wǎng)覆蓋更大的地理范圍，例如城市、國家或洲際。無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸，例如Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。虛擬專用網(wǎng)(VPN)VPN通過加密和隧道技術(shù)，在公用網(wǎng)絡(luò)上建立安全的連接。計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用分層結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜的任務(wù)分解成多個層次。每個層次負責特定的功能，并與相鄰層次進行交互。接口與協(xié)議每個層次之間通過接口進行通信，并定義了相應(yīng)的協(xié)議來規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸。協(xié)議定義了數(shù)據(jù)格式、傳輸方式和控制機制，確保不同層次之間能夠正常交互。OSI參考模型1分層結(jié)構(gòu)OSI參考模型將網(wǎng)絡(luò)通信分為七層，每一層負責特定功能，層與層之間通過接口通信。2標準化OSI模型是國際標準化組織(ISO)制定的，旨在規(guī)范網(wǎng)絡(luò)通信，促進不同設(shè)備和協(xié)議之間的互操作性。3抽象OSI模型為網(wǎng)絡(luò)通信提供了一個抽象框架，屏蔽底層實現(xiàn)細節(jié)，簡化網(wǎng)絡(luò)開發(fā)和管理。4應(yīng)用場景OSI模型被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)和網(wǎng)絡(luò)教學等領(lǐng)域。TCP/IP參考模型分層結(jié)構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分成多個層次，便于理解和管理，降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議用于連接互聯(lián)網(wǎng)的標準，確保不同網(wǎng)絡(luò)之間能夠相互通信。數(shù)據(jù)傳輸定義了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)囊?guī)則，包括地址解析、路由選擇、流量控制等。物理層簡介光纖光纖是一種傳輸數(shù)據(jù)的高速媒介，它使用光脈沖來傳輸信息。雙絞線雙絞線是一種常見的傳輸介質(zhì)，它由兩根相互纏繞的導線組成。同軸電纜同軸電纜是一種用于傳輸數(shù)據(jù)的電纜，它由中心導線和外層屏蔽層組成。無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波來傳輸數(shù)據(jù)，無需物理連接。物理層技術(shù)標準物理層標準規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緟?shù)，例如信號編碼、傳輸介質(zhì)類型、連接器類型等。這些標準確保了不同設(shè)備之間能夠互相通信，使計算機網(wǎng)絡(luò)能夠有效地傳輸數(shù)據(jù)。常用的物理層標準包括以太網(wǎng)標準、無線局域網(wǎng)標準等。這些標準定義了不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何連接，以及數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。IEEE802.3IEEE802.11其他圖表顯示了不同物理層標準的應(yīng)用范圍。以太網(wǎng)標準(IEEE802.3)應(yīng)用范圍最廣，其次是無線局域網(wǎng)標準(IEEE802.11)。數(shù)據(jù)鏈路層簡介1數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)鏈路層將數(shù)據(jù)分組封裝成數(shù)據(jù)幀，并負責數(shù)據(jù)幀的傳輸。2MAC地址MAC地址是數(shù)據(jù)鏈路層的物理地址，用于識別網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。3流量控制數(shù)據(jù)鏈路層控制數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸速度，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。4錯誤檢測數(shù)據(jù)鏈路層使用校驗碼來檢測數(shù)據(jù)幀在傳輸過程中的錯誤。數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)標準標準描述IEEE802.3以太網(wǎng)標準，定義了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范IEEE802.5令牌環(huán)網(wǎng)標準，采用令牌傳遞機制IEEE802.11無線局域網(wǎng)標準，使用無線介質(zhì)訪問控制協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層簡介數(shù)據(jù)包路由網(wǎng)絡(luò)層負責將數(shù)據(jù)包從源主機路由到目標主機。它使用IP地址進行尋址，并決定數(shù)據(jù)包的最佳路徑。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層提供不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)能力，允許數(shù)據(jù)在不同的網(wǎng)絡(luò)之間傳輸。網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)層負責管理網(wǎng)絡(luò)資源，例如網(wǎng)絡(luò)地址和路由信息。IP地址編碼IP地址作用IP地址是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的唯一標識符。它允許網(wǎng)絡(luò)中的不同設(shè)備互相識別和通信。地址格式IP地址采用點分十進制表示法，例如。每個數(shù)字代表一個字節(jié)，范圍從0到255。分類IP地址分為IPv4和IPv6。IPv4使用32位地址，IPv6使用128位地址，提供更大的地址空間。路由協(xié)議網(wǎng)絡(luò)拓撲路由協(xié)議用于確定數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的最佳路徑。這些協(xié)議幫助路由器建立網(wǎng)絡(luò)拓撲圖。路由器路由器使用路由協(xié)議來交換路由信息，以便找到數(shù)據(jù)包的最佳路徑。流量管理路由協(xié)議可以幫助優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)流量，并確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。傳輸層簡介傳輸層功能傳輸層負責將應(yīng)用層的數(shù)據(jù)進行分段，添加傳輸層首部，并進行可靠的傳輸。它處理數(shù)據(jù)流的分割、重組、流量控制和錯誤檢測。傳輸層服務(wù)傳輸層為上層應(yīng)用提供兩種服務(wù)：面向連接的服務(wù)（TCP）和無連接的服務(wù)（UDP）。TCP提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，而UDP則提供快速的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議定義了數(shù)據(jù)在傳輸層中如何進行封裝、傳輸和接收。常見的傳輸層協(xié)議包括TCP和UDP。TCP和UDP傳輸控制協(xié)議(TCP)TCP提供面向連接的可靠傳輸服務(wù)。它保證數(shù)據(jù)按順序到達，并提供數(shù)據(jù)完整性保障。TCP使用三次握手建立連接，并在數(shù)據(jù)傳輸完成后進行四次揮手斷開連接。用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UDP)UDP提供無連接的不可靠傳輸服務(wù)。它不保證數(shù)據(jù)按順序到達，也不提供數(shù)據(jù)完整性保障。UDP是一個輕量級協(xié)議，適用于實時應(yīng)用程序，例如視頻通話和在線游戲。應(yīng)用層簡介直接與用戶交互應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中最靠近用戶的層次，提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如網(wǎng)頁瀏覽、文件傳輸、電子郵件等。提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用層負責與應(yīng)用程序進行通信，使用不同的協(xié)議來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，例如HTTP、FTP、DNS、SMTP等。確保數(shù)據(jù)安全應(yīng)用層還負責確保網(wǎng)絡(luò)安全，例如數(shù)據(jù)加密、身份驗證等，以防止網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露。HTTP協(xié)議1超文本傳輸協(xié)議HTTP用于在客戶端和服務(wù)器之間傳輸信息。是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中最常用的協(xié)議之一，包括網(wǎng)頁瀏覽、文件上傳下載等。2無狀態(tài)連接每次請求和響應(yīng)之間都是獨立的，服務(wù)器不會保存任何有關(guān)之前請求的信息。3請求和響應(yīng)HTTP協(xié)議定義了兩種類型的信息交換：請求和響應(yīng)。客戶端發(fā)送請求，服務(wù)器返回響應(yīng)。4版本HTTP協(xié)議不斷發(fā)展，目前主流版本是HTTP/1.1和HTTP/2。最新版本HTTP/3正在逐步推廣。FTP協(xié)議文件傳輸協(xié)議FTP協(xié)議用于在網(wǎng)絡(luò)之間傳輸文件。它是一種應(yīng)用層協(xié)議，使用TCP協(xié)議進行通信。FTP協(xié)議使用客戶端-服務(wù)器模型，客戶端連接到服務(wù)器并進行文件傳輸操作。FTP協(xié)議的特點FTP協(xié)議支持多種傳輸模式，包括二進制模式和文本模式。它也支持目錄操作，例如創(chuàng)建、刪除和重命名目錄。FTP協(xié)議支持匿名訪問，允許用戶無需登錄即可訪問服務(wù)器上的某些文件。DNS協(xié)議1域名系統(tǒng)DNS是域名系統(tǒng)，將易于記憶的域名轉(zhuǎn)換為計算機可識別的IP地址。2域名解析用戶輸入域名后，DNS服務(wù)器會查詢域名數(shù)據(jù)庫，找到對應(yīng)的IP地址。3網(wǎng)絡(luò)通信DNS協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)通信中起著至關(guān)重要的作用，使網(wǎng)絡(luò)連接變得更加便捷。網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)防火墻防火墻是網(wǎng)絡(luò)安全的重要組成部分，它通過對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包進行過濾，阻止惡意流量進入網(wǎng)絡(luò)，保護網(wǎng)絡(luò)安全。防病毒軟件防病毒軟件可以檢測和清除各種惡意軟件，例如病毒、蠕蟲和木馬，保護計算機安全。密碼保護使用強密碼保護賬戶，并定期更換密碼，可以有效防止密碼被盜。數(shù)據(jù)加密數(shù)據(jù)加密可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為難以理解的代碼，防止未經(jīng)授權(quán)的人員訪問數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)攻擊及防御措施常見攻擊類型常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊類型包括惡意軟件攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、網(wǎng)絡(luò)釣魚攻擊和社會工程學攻擊。防御措施防御措施包括安裝防病毒軟件、使用防火墻、更新系統(tǒng)軟件、提高網(wǎng)絡(luò)安全意識以及采取數(shù)據(jù)備份和加密措施。安全意識提高網(wǎng)絡(luò)安全意識是抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的關(guān)鍵，包括識別釣魚郵件、謹慎訪問網(wǎng)站、保護個人信息以及定期更改密碼。虛擬局域網(wǎng)邏輯劃分虛擬局域網(wǎng)(VLAN)將一個物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供更安全高效的網(wǎng)絡(luò)訪問。提升安全VLAN隔離不同部門或用戶組的網(wǎng)絡(luò)流量，減少安全威脅和數(shù)據(jù)泄露風險。簡化管理VLAN可以簡化網(wǎng)絡(luò)管理，允許管理員將用戶和設(shè)備分組，并獨立配置網(wǎng)絡(luò)策略。無線網(wǎng)絡(luò)無線網(wǎng)絡(luò)類型無線網(wǎng)絡(luò)主要包括無線局域網(wǎng)(WLAN)和無線廣域網(wǎng)(WWAN)。WLAN使用Wi-Fi技術(shù)，WWAN使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢無線網(wǎng)絡(luò)提供靈活性和便捷性，用戶無需連接電纜即可訪問網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)易于部署和擴展，適合各種應(yīng)用場景。云計算和物聯(lián)網(wǎng)11.云計算云計算提供按需計算資源,包括計算能力、存儲和網(wǎng)絡(luò),以支持各種應(yīng)用程序和服務(wù).22.物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)連接物理世界和數(shù)字世界,使設(shè)備能夠收集數(shù)據(jù)并相互通信.33.協(xié)同效應(yīng)云計算和物聯(lián)網(wǎng)相互補充,促進了數(shù)據(jù)分析、智能應(yīng)用程序和邊緣計算的發(fā)展.實驗一:局域網(wǎng)配置1配置網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)置IP地址、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)。2配置網(wǎng)絡(luò)共享共享文件、打印機或其他資源。3測試網(wǎng)絡(luò)連接使用ping命令測試網(wǎng)絡(luò)連通性。該實驗旨在幫助學生學習如何配置局域網(wǎng)，包括設(shè)置網(wǎng)絡(luò)接口、共享資源和測試網(wǎng)絡(luò)連通性。學生將在實踐中掌握相關(guān)技能，并了解局域網(wǎng)的工作原理。實驗二:網(wǎng)絡(luò)模擬器網(wǎng)絡(luò)模擬器是學習計算機網(wǎng)絡(luò)的重要工具。1構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境虛擬化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2模擬網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測試網(wǎng)絡(luò)性能3網(wǎng)絡(luò)故障排查測試安全漏洞4實驗場景構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)配置與管理通過網(wǎng)絡(luò)模擬器，學生可以模擬真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，測試網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并進行網(wǎng)絡(luò)故障排查和網(wǎng)絡(luò)安全檢測。實驗三:HTTP報文分析實驗?zāi)繕藢W習HTTP協(xié)議的基本概念，并能夠使用抓包工具分析HTTP報文。實驗內(nèi)容使用Wireshark等抓包工具捕獲網(wǎng)頁瀏覽過程中的HTTP報文，并分析報文內(nèi)容。實驗步驟1.安裝并啟動Wireshark。2.打開網(wǎng)頁進行瀏覽操作。3.在Wireshark中篩選HTTP報文并分析。實驗報告撰寫實驗報告，包含實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗步驟、分析結(jié)果和實驗體會。實驗四:網(wǎng)絡(luò)安