《計算機網體系結構》課件

計算機網絡體系結構計算機網絡體系結構是計算機網絡的抽象模型。它描述了網絡的組成部分以及這些部分之間的相互作用。計算機網絡概述互聯(lián)互通計算機網絡將世界各地的計算機連接起來，實現(xiàn)信息共享與協(xié)作。信息傳遞網絡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。資源共享網絡用戶可以訪問共享資源，例如數據庫、文件和應用程序。網絡體系結構的分層1分層結構將復雜網絡任務分解成多個層次，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，隱藏內部實現(xiàn)細節(jié)，簡化網絡設計，提高可移植性。3標準化制定統(tǒng)一標準，確保不同設備之間能夠相互通信，促進網絡互聯(lián)互通。物理層：信號傳輸11.信號編碼將數據轉換為電信號或光信號進行傳輸。22.傳輸介質包括雙絞線、同軸電纜、光纖等。33.信號調制改變信號的頻率、幅度或相位來表示數據。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。數據鏈路層：可靠數據傳輸幀結構數據鏈路層將數據封裝成幀，幀包含地址信息、校驗碼等，確保數據完整傳輸。流量控制控制數據傳輸速率，防止接收方無法處理過快的數據流，保證數據可靠傳輸。錯誤檢測與糾正采用校驗碼、重傳機制等手段，發(fā)現(xiàn)并糾正數據傳輸過程中的錯誤，確保數據完整性。網絡層：路由與轉發(fā)路由的概念路由是指將數據包從源主機發(fā)送到目標主機的一系列路徑選擇過程。路由器是網絡層的主要設備，負責根據網絡地址信息選擇最優(yōu)路徑轉發(fā)數據包。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，這些算法根據網絡拓撲結構和節(jié)點之間的距離進行路由計算。路由算法在網絡層中至關重要，它確保數據包能夠高效地傳遞到目標主機，并保持網絡的穩(wěn)定性。傳輸層：端到端通信數據分段與重組將應用程序數據分成數據段，并為每個數據段添加傳輸層報頭，實現(xiàn)端到端的數據傳輸。傳輸層還負責將接收到的數據段重新組裝成完整的數據。流量控制根據接收方的處理能力調整發(fā)送速度，防止接收方緩沖區(qū)溢出，確保數據傳輸的穩(wěn)定性。連接建立與釋放傳輸層負責建立和釋放連接，確保數據傳輸的可靠性和有序性。錯誤控制通過校驗和、重傳等機制，確保數據傳輸的完整性和可靠性。應用層：網絡服務11.電子郵件電子郵件服務使人們可以通過網絡發(fā)送和接收信息。22.萬維網萬維網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)議支持在網絡中傳輸文件。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。計算機網絡拓撲計算機網絡拓撲是指網絡中各節(jié)點之間的物理連接方式，是網絡結構的基礎，影響著網絡性能、可靠性和成本。不同的拓撲結構有不同的優(yōu)缺點，根據實際情況選擇合適的拓撲結構至關重要。總線拓撲共享傳輸介質所有設備共享一條公共傳輸線，數據在總線上廣播傳播。簡單易于部署總線拓撲結構簡單，易于安裝和維護，成本相對較低。性能限制總線上的每個設備都必須等待其他設備完成數據傳輸，傳輸效率較低。環(huán)形拓撲數據傳輸數據在環(huán)形網絡中沿著一個封閉的環(huán)路傳播。每個設備連接到環(huán)路上的一個節(jié)點，并沿著環(huán)路順序傳遞數據。優(yōu)點數據傳輸簡單高效，每個節(jié)點都可以直接訪問數據。缺點環(huán)路中斷會導致整個網絡癱瘓，難以管理和擴展。星型拓撲中心設備所有節(jié)點都連接到一個中心設備，例如集線器或交換機。中心設備負責轉發(fā)數據包。簡單易用連接簡單，易于管理和維護。適合小型網絡，例如家庭或小型辦公室。安全性中心設備可以控制數據流，并提供安全功能，例如身份驗證和訪問控制?？煽啃砸粋€節(jié)點出現(xiàn)故障不會影響其他節(jié)點的通信。中心設備故障會導致整個網絡癱瘓。樹型拓撲層次結構樹型拓撲結構呈現(xiàn)出分層結構，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)點網絡中存在一個中心節(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)點故障會導致整個網絡癱瘓數據傳輸效率可能較低網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，保證數據傳輸的多條路徑?？煽啃愿呒词共糠止?jié)點或連接故障，也能保證網絡的正常運行。復雜度高網絡配置和管理較為復雜，成本也相對較高。應用場景適合對網絡可靠性要求較高的應用場景，如軍事網絡、金融系統(tǒng)等。計算機網絡協(xié)議計算機網絡協(xié)議是計算機網絡中不同設備之間進行數據傳輸的規(guī)則和標準。協(xié)議定義了數據格式、傳輸方式以及錯誤處理等方面的內容，保證網絡中不同設備能夠相互理解和通信。TCP/IP協(xié)議棧分層結構TCP/IP協(xié)議棧由四層組成：應用層、傳輸層、網絡層和網絡接口層。網絡層IP協(xié)議負責網絡地址的分配，并提供數據包在網絡中的路由和轉發(fā)功能。傳輸層TCP和UDP協(xié)議提供端到端的可靠數據傳輸和連接管理，確保數據的可靠傳輸。網絡接口層負責將數據包封裝成幀，并通過物理介質進行傳輸。OSI參考模型七層架構OSI參考模型將網絡通信過程劃分為七層，每層負責不同的功能，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、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層，分別對應不同的網絡功能模塊。標準化OSI模型是一個標準化框架，它為網絡設備和軟件的開發(fā)提供了統(tǒng)一的參考標準，促進了網絡互聯(lián)互通。IP地址IP地址是互聯(lián)網協(xié)議地址，是用來識別網絡上每個節(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地址包含子網劃分子網劃分是將一個較大的網絡劃分為多個較小的子網，以便更好地管理和控制網絡。子網劃分可以通過以下方式實現(xiàn)：將一個IP地址的網絡部分劃分為多個子網，每個子網擁有一個唯一的網絡地址。子網劃分可以提高網絡效率，減少網絡沖突，并增強網絡安全性。子網1子網2子網3域名系統(tǒng)DNS11.域名解析將域名轉換為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.域名服務器分布式數據庫，存儲域名與IP地址的對應關系。44.域名層次結構根域名服務器、頂級域名服務器、二級域名服務器等組成。網絡設備網絡設備是計算機網絡中必不可少的組成部分，它們負責連接不同的網絡節(jié)點，并實現(xiàn)數據傳輸和管理。集線器和交換機集線器集線器是一種簡單的網絡設備，它將多個設備連接到同一個網絡。它工作在物理層，并將所有接收到的數據廣播到所有連接的設備。交換機交換機工作在數據鏈路層，它比集線器更智能，可以識別每個設備的MAC地址，并將數據發(fā)送到指定的目標設備。路由器網絡互聯(lián)路由器連接不同的網絡，例如局域網和廣域網，實現(xiàn)網絡之間的通信。數據轉發(fā)路由器根據數據包的目標地址，選擇最佳路徑，將數據包轉發(fā)到目標網絡。流量控制路由器可以控制網絡流量，防止網絡擁塞，確保網絡穩(wěn)定運行。網關連接網絡網關連接兩個不同的網絡，例如局域網和廣域網。網絡安全網關可以作為防火墻，過濾流量并保護網絡安全。協(xié)議轉換網關可以將不同網絡協(xié)議的數據包進行轉換，以便不同網絡之間能夠通信。網絡安全網絡安全是現(xiàn)代計算機網絡不可或缺的一部分。它保護網絡和數據免受未經授權的訪問、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絡的數據包來阻止惡意流量。它檢查數據包的源地址、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絡攻擊，例如惡意軟件入侵、數據竊取和拒絕服務攻擊。它可以阻止未經授權的訪問，保護網絡安全。加密技術1數據機密性通過加密算法將明文轉換為密文，防止未授權訪問者獲取敏感信息。2數據完整性確保數據在傳輸或存儲過程中不被篡改，確保數據完整性和可靠性。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。網絡攻擊與防御常見攻擊類型網絡攻擊種類繁多，包括拒絕服務攻擊、惡意軟件攻擊、網絡釣魚攻擊等等。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