計算機網絡技術基礎第1章contents目錄計算機網絡概述網絡通信基礎網絡體系結構局域網技術廣域網技術網絡管理與安全計算機網絡概述01計算機網絡是由多臺地理上分散的、具有獨立功能的計算機通過通信設備和線路連接起來，在相應軟件支持下實現數據通信和資源共享的系統。計算機網絡經歷了從ARPANET到Internet的發展歷程，由最初的軍事應用逐漸擴展到民用領域，并隨著技術的進步不斷發展和完善。計算機網絡的定義與發展發展歷程定義計算機網絡由計算機、通信設備、傳輸介質、網絡協議和網絡軟件等組成。組成計算機網絡的結構包括資源子網和通信子網兩部分。資源子網負責數據處理和資源共享，通信子網負責數據傳輸和通信控制。結構計算機網絡的組成與結構計算機網絡具有數據通信、資源共享、分布式處理、負載均衡等功能。功能計算機網絡在各個領域都有廣泛的應用，如辦公自動化、遠程教育、電子商務、智能制造等。同時，隨著物聯網、云計算、大數據等技術的發展，計算機網絡的應用前景將更加廣闊。應用計算機網絡的功能與應用網絡通信基礎02通過某種媒體進行的信息傳遞和交流，目的是傳遞消息。通信定義通信系統組成通信方式分類信源、信宿、信道、發送設備、接收設備等。單工、半雙工和全雙工通信。030201通信基本概念數字通信利用數字信號來傳遞信息的通信方式，如計算機網絡通信。模擬信號與數字信號的區別模擬信號是連續變化的物理量，數字信號是離散的二進制代碼。模擬通信利用模擬信號來傳遞信息的通信方式，如電話通信。模擬通信與數字通信并行傳輸與串行傳輸并行傳輸是同時傳輸多個比特，串行傳輸是逐位傳輸比特。同步傳輸與異步傳輸同步傳輸以數據塊為單位進行傳輸，異步傳輸以字符為單位進行傳輸。單工、半雙工和全雙工通信的數據傳輸方式單工通信只能單向傳輸數據，半雙工通信可以雙向交替傳輸數據，全雙工通信可以雙向同時傳輸數據。數據傳輸方式網絡體系結構03物理層01負責傳輸比特流，提供為建立、維護和拆除物理鏈路所需要的機械的、電氣的、功能的和規程的特性。數據鏈路層02在物理層提供比特流服務的基礎上，建立相鄰結點之間的數據鏈路，通過差錯控制提供數據幀在信道上無差錯的傳輸，并進行各電路上的動作系列。網絡層03在計算機網絡中進行通信的兩個計算機之間可能會經過很多個數據鏈路，也可能還要經過很多通信子網。網絡層的任務就是選擇合適的網間路由和交換結點，確保數據及時傳送。OSI參考模型傳輸層：該層的任務時根據通信子網的特性最佳的利用網絡資源，并以可靠和經濟的方式，為兩個端系統（也就是源站和目的站）的會話層之間，提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負責可靠地傳輸數據。會話層：不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和會話管理在內的建立和維護應用之間通信的機制。表示層：主要包括數據壓縮和數據加密。應用層：應用層是OSI參考模型中的最高層，它是計算機用戶，以及各種應用程序和網絡之間的接口。OSI參考模型TCPIPUDPICMPTCP/IP協議族傳輸控制協議，是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。用戶數據報協議，是一種無連接的傳輸層協議，提供面向事務的簡單的不可靠信息傳送服務。網絡之間互連的協議，是為計算機網絡相互連接進行通信而設計的協議。Internet控制報文協議，是IP層的協議，用于在IP主機、路由器之間傳遞控制消息。典型網絡設備介紹交換機交換機是一種用于電（光）信號轉發的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電信號通路。路由器路由器是連接兩個或多個網絡的硬件設備，在網絡間起網關的作用，是讀取每一個數據包中的地址然后決定如何傳送的專用智能性的網絡設備。服務器服務器指的是網絡環境下為客戶機提供某種服務的專用計算機.服務器安裝有網絡操作系統和各種服務器應用系統軟件的服務器軟件.服務器具有高速CPU運算能力,長時間可靠運行,強大I/O外部數據吞吐能力以及更好的擴展性.局域網技術04局域網定義局域網（LocalAreaNetwork，LAN）是一種在小范圍內實現計算機之間通信的網絡，通常覆蓋一個建筑物、校園或企業園區等。通常限制在幾公里以內。數據傳輸速率較高，一般為10Mbps至10Gbps。由于傳輸距離短，信號衰減和干擾較小，誤碼率較低。網絡規模相對較小，管理和維護相對容易。地理范圍小低誤碼率易于管理和維護高速傳輸局域網概述及特點以太網技術原理：以太網采用帶沖突檢測的載波監聽多路訪問（CSMA/CD）機制，實現計算機之間的通信。當計算機要發送數據時，先監聽信道是否空閑，如果空閑則發送數據；如果不空閑，則等待一段時間后再嘗試發送。在發送數據過程中，如果檢測到沖突（即同時有兩臺計算機發送數據），則立即停止發送，并等待一段隨機時間后再次嘗試發送。以太網技術原理及標準以太網技術原理及標準使用雙絞線作為傳輸介質，數據傳輸速率為10Mbps。使用雙絞線作為傳輸介質，數據傳輸速率為100Mbps。使用雙絞線作為傳輸介質，數據傳輸速率為1Gbps。使用雙絞線作為傳輸介質，數據傳輸速率為10Gbps。10BASE-T100BASE-TX1000BASE-T10GBASE-T無線局域網技術原理IEEE802.11gIEEE802.11nIEEE802.11acIEEE802.11bIEEE802.11a無線局域網（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）利用無線通信技術實現計算機之間的通信。常見的無線局域網標準包括IEEE802.11系列標準，采用無線電磁波作為傳輸介質，通過無線接入點（AP）與計算機進行通信。使用5GHz頻段，數據傳輸速率可達54Mbps。使用2.4GHz頻段，數據傳輸速率可達11Mbps。使用2.4GHz頻段，數據傳輸速率可達54Mbps。采用MIMO技術，數據傳輸速率可達600Mbps。使用5GHz頻段，數據傳輸速率可達1Gbps以上。無線局域網技術原理及標準廣域網技術05網絡結構復雜廣域網涉及多種不同的傳輸媒介、協議和設備，網絡結構相對復雜。廣域網定義廣域網（WideAreaNetwork，WAN）是一種覆蓋廣闊地理區域的數據通信網絡，通常連接多個城市、國家甚至全球范圍內的計算機和網絡設備。覆蓋范圍廣廣域網可以覆蓋數百公里甚至數千公里的范圍，實現遠距離通信。傳輸速率低由于廣域網傳輸距離遠，信號衰減和傳輸延遲較大，因此傳輸速率相對較低。廣域網概述及特點利用公共電話網絡進行數據傳輸的廣域網技術，通過調制解調器將數字信號轉換為模擬信號在電話線上傳輸。公共交換電話網（PSTN）一種數字電話網絡國際標準，提供端到端的數字連接，支持語音、數據、圖像等多種業務。綜合業務數字網（ISDN）一種利用數字信道提供半永久性連接的數據傳輸網，主要提供中、高速率的數據傳輸服務。數字數據網（DDN）一種用于連接計算機網絡的通信協議，通過在數據鏈路層使用簡化的方法實現高速數據傳輸。幀中繼（FrameRelay）典型廣域網技術介紹要點三接入網定義接入網是指將用戶設備連接到核心網的網絡部分，負責提供用戶接入和數據傳輸服務。要點一要點二接入網技術原理接入網技術包括有線接入和無線接入兩種方式。有線接入技術如DSL、CableModem等通過銅線或光纖等有線媒介傳輸數據；無線接入技術如WLAN、WWAN等則通過無線電波進行數據傳輸。接入網技術需要解決用戶設備的接入認證、數據傳輸的可靠性和安全性等問題。接入網標準為了保證不同廠商的設備能夠互操作，國際標準化組織制定了相應的接入網標準，如ITU-T的G.902、IEEE的802.3ah等。這些標準規定了接入網的體系結構、接口規范、傳輸協議等方面的內容。要點三接入網技術原理及標準網絡管理與安全06網絡管理功能網絡管理的主要功能包括配置管理、性能管理、故障管理、安全管理和計費管理等。網絡管理定義網絡管理是指對網絡系統進行全面、綜合的管理，包括網絡設備的配置、網絡性能的監測、網絡故障的診斷與處理等。網絡管理的重要性隨著網絡規模的擴大和復雜性的增加，網絡管理變得越來越重要。有效的網絡管理可以提高網絡的可用性、可靠性和安全性，降低網絡運營成本。網絡管理概述及功能常見網絡安全威脅與防范策略加強網絡安全意識教育，提高用戶對網絡安全的認識和重視程度，也是防范網絡安全威脅的重要措施。網絡安全意識教育網絡安全威脅是指可能對網絡系統造成危害的各種因素，包括病毒、蠕蟲、木馬、惡意軟件、黑客攻擊等。常見網絡安全威脅為了防范網絡安全威脅，可以采取一系列策略，如安裝防火墻和入侵檢測系統、定期更新操作系統和應用程序補丁、限制不必要的網絡服務、使用強密碼并定期更換等。防范策略密碼學原理密碼學是研究如何隱藏信息的科學，包括加密和解密兩個過程。加密是將明文信息轉換為密文信息的過程，而解密是將密文信息還