計算機基礎(chǔ)課件(計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ))

計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)是一個集合,包括硬件、軟件和通信協(xié)議,它們一起構(gòu)建了現(xiàn)代信息交流和數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施。掌握基礎(chǔ)知識對于理解和應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)至關(guān)重要。什么是計算機網(wǎng)絡(luò)?互連設(shè)備計算機網(wǎng)絡(luò)是由計算機、通信設(shè)備和軟件組成的互聯(lián)系統(tǒng),實現(xiàn)遠程信息傳輸和資源共享。信息傳遞通過電磁信號在網(wǎng)絡(luò)中傳遞數(shù)據(jù)和信息,實現(xiàn)設(shè)備之間的通信和協(xié)作。資源共享網(wǎng)絡(luò)允許多個用戶共享硬件、軟件、數(shù)據(jù)等資源,提高資源利用效率。開放互聯(lián)計算機網(wǎng)絡(luò)采用標準協(xié)議,實現(xiàn)不同設(shè)備和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。計算機網(wǎng)絡(luò)的組成硬件組件計算機網(wǎng)絡(luò)由計算機、路由器、交換機、調(diào)制解調(diào)器等硬件設(shè)備組成,這些硬件負責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和交換。軟件系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)還需要操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序等軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的功能和管理。通信介質(zhì)計算機網(wǎng)絡(luò)通常使用有線電纜、無線電波等通信介質(zhì)來傳輸數(shù)據(jù),確保網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定和暢通。網(wǎng)絡(luò)拓撲網(wǎng)絡(luò)拓撲描述了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接方式,如星型、總線型、環(huán)型等結(jié)構(gòu)。OSI參考模型1應(yīng)用層提供給應(yīng)用程序使用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)2表示層定義數(shù)據(jù)格式和加密方式3會話層建立、維護和同步通信會話4傳輸層可靠地傳輸數(shù)據(jù),如TCP、UDP5網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)尋址和路由,如IP協(xié)議OSI參考模型是一個抽象的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)框架,將網(wǎng)絡(luò)通信劃分為7個層次,從下到上分別是物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。每一層都有其特定的功能和協(xié)議標準,確保網(wǎng)絡(luò)通信的有序和可靠。TCP/IP協(xié)議族網(wǎng)絡(luò)層(IP)負責(zé)主機之間的尋址和路由選擇,確保數(shù)據(jù)包能夠正確傳輸。傳輸層(TCP/UDP)提供可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),或快速但不可靠的服務(wù)。應(yīng)用層包含HTTP、FTP、SMTP等眾多應(yīng)用協(xié)議,滿足各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求。物理層信號傳輸物理層負責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸原始的二進制數(shù)據(jù)信號,并確保數(shù)據(jù)在物理介質(zhì)上的穩(wěn)定傳輸。傳輸介質(zhì)通常使用電纜、光纖等物理介質(zhì)作為傳輸信號的媒體。不同的介質(zhì)有不同的傳輸性能和成本。信號編碼物理層負責(zé)對數(shù)字信號進行調(diào)制和編碼,以滿足不同網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)和設(shè)備的要求。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備物理層還涉及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件規(guī)格和連接標準,如集線器、中繼器等。數(shù)據(jù)鏈路層1數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層將上層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀,添加幀頭和幀尾,以確保可靠的數(shù)據(jù)傳輸。2訪問控制數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)協(xié)調(diào)多個設(shè)備對共享信道的訪問,如CSMA/CD和CSMA/CA等多種協(xié)議。3錯誤檢測和糾正數(shù)據(jù)鏈路層使用差錯檢測和糾正機制,如校驗碼和重傳機制,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。4地址映射數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)將上層的邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址,如ARP協(xié)議完成IP地址到MAC地址的映射。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層功能網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的尋址和路由選擇,確保數(shù)據(jù)能夠順利抵達目的地。它是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的核心部分。IP地址IP地址是網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵元素,用于標識網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備并實現(xiàn)通信。它負責(zé)數(shù)據(jù)包的邏輯尋址和路由。主要網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議IP、ICMP、ARP等協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層中起重要作用,實現(xiàn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)、錯誤報告、地址解析等功能。傳輸層數(shù)據(jù)傳輸傳輸層負責(zé)端到端的數(shù)據(jù)傳輸,確保數(shù)據(jù)順利、完整地到達目的地。它提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),保證了數(shù)據(jù)的準確性和完整性。協(xié)議分類傳輸層主要包括兩大協(xié)議:面向連接的TCP協(xié)議和無連接的UDP協(xié)議。TCP提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸,而UDP則更側(cè)重于高效傳輸。TCP特點面向連接的可靠傳輸提供流量控制和擁塞控制有序傳輸,能夠糾正數(shù)據(jù)包亂序UDP特點無連接的數(shù)據(jù)報傳輸不提供可靠性保證,數(shù)據(jù)包可能丟失或亂序適用于實時性要求高的應(yīng)用,如視頻會議和在線游戲應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)應(yīng)用層定義了不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù),如網(wǎng)絡(luò)瀏覽、文件傳輸、電子郵件、實時通信等,使網(wǎng)絡(luò)用戶能夠訪問和傳輸各種數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層包含多種標準化協(xié)議,如HTTP、FTP、SMTP等,為應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的接口,簡化了網(wǎng)絡(luò)編程的復(fù)雜性。應(yīng)用層服務(wù)應(yīng)用層提供了各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù),如域名解析、身份驗證、加密等,確保了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的安全性和可靠性。IP地址IP地址是計算機網(wǎng)絡(luò)中用于標識設(shè)備的地址。它由4個以點分隔的數(shù)字組成,每個數(shù)字的取值范圍是0-255。IP地址包括網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分,用于確定數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸路徑。IP地址類型用途公有IP地址連接到互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備使用的IP地址私有IP地址局域網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備使用的IP地址,不能直接訪問互聯(lián)網(wǎng)IP地址分類A類地址第一個字節(jié)表示網(wǎng)絡(luò)地址,后三個字節(jié)表示主機地址。網(wǎng)絡(luò)范圍從到。B類地址前兩個字節(jié)表示網(wǎng)絡(luò)地址,后兩個字節(jié)表示主機地址。網(wǎng)絡(luò)范圍從到。C類地址前三個字節(jié)表示網(wǎng)絡(luò)地址,最后一個字節(jié)表示主機地址。網(wǎng)絡(luò)范圍從到。D類地址用于多播,范圍從到55。子網(wǎng)劃分1網(wǎng)絡(luò)號確定網(wǎng)絡(luò)范圍2主機號分配給設(shè)備3子網(wǎng)號劃分網(wǎng)絡(luò)空間子網(wǎng)劃分是通過將原有的網(wǎng)絡(luò)號分成多個子網(wǎng)來實現(xiàn)的。首先確定網(wǎng)絡(luò)號范圍,然后分配給不同設(shè)備的主機號,最后劃分子網(wǎng)號來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)空間。合理的子網(wǎng)劃分可以提高網(wǎng)絡(luò)利用效率,增強網(wǎng)絡(luò)性能。子網(wǎng)掩碼定義子網(wǎng)掩碼是一種用于將IP地址劃分為網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址的掩碼。它與IP地址配合使用,用于確定IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機部分。作用子網(wǎng)掩碼幫助路由器和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正確判斷數(shù)據(jù)包的目的地址,以確保數(shù)據(jù)正確地路由到目標網(wǎng)絡(luò)和主機。表示形式子網(wǎng)掩碼通常以點分十進制的形式表示,類似于IP地址的格式。它的二進制形式表示網(wǎng)絡(luò)部分為1,主機部分為0。應(yīng)用子網(wǎng)掩碼在配置IP地址、劃分子網(wǎng)、路由配置等網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)中都扮演著重要的角色。路由器1主要功能路由器負責(zé)連接不同網(wǎng)絡(luò),根據(jù)路由表決定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。2工作機制路由器使用IP地址,結(jié)合目的地址和網(wǎng)關(guān)信息實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。3主要類型常見的路由器類型包括家用路由器、企業(yè)級路由器和邊界路由器等。4配置優(yōu)化合理配置路由表、QoS和安全策略可以提高網(wǎng)絡(luò)性能。交換機1快速互聯(lián)交換機可高速連接多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備之間的快速通信。2自動學(xué)習(xí)交換機具有自動學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)拓撲和地址映射的功能,無需手動配置。3靈活擴展交換機可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求隨時添加或移除端口,實現(xiàn)靈活的網(wǎng)絡(luò)擴展。4安全性交換機可隔離網(wǎng)絡(luò)段,并提供對報文的過濾和監(jiān)控,增強網(wǎng)絡(luò)安全。網(wǎng)橋連接不同網(wǎng)段網(wǎng)橋能夠連接不同網(wǎng)段的局域網(wǎng),使它們能夠相互通信。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)化網(wǎng)橋能夠有效地過濾和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,減少網(wǎng)絡(luò)擁堵。隔離廣播域網(wǎng)橋可以將一個大的網(wǎng)絡(luò)劃分成多個小的廣播域,提高網(wǎng)絡(luò)性能。無線網(wǎng)絡(luò)簡介無線網(wǎng)絡(luò)是指利用無線電波進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠嬎銠C網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它可以實現(xiàn)移動設(shè)備的連接,擺脫有線網(wǎng)絡(luò)的限制,大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和適用性。無線網(wǎng)絡(luò)有多種技術(shù)標準,如WiFi、藍牙、4G/5G等,滿足不同的應(yīng)用場景需求。無線網(wǎng)絡(luò)有許多優(yōu)勢,如易部署、擴展性強、成本低等,但也存在安全性、覆蓋范圍、傳輸速度等方面的挑戰(zhàn),需要合理規(guī)劃和部署。WIFI工作原理1頻率分配WIFI使用2.4GHz或5GHz頻段的無線電波,通過頻率分配實現(xiàn)多用戶共享頻譜資源。2接入點連接WIFI設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)接入點(AP)連接到網(wǎng)絡(luò),AP負責(zé)管理和協(xié)調(diào)設(shè)備的無線通信。3信號傳輸WIFI設(shè)備發(fā)送和接收數(shù)字信號,經(jīng)過編碼調(diào)制后在空中傳播,接收設(shè)備解碼還原數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)安全威脅網(wǎng)絡(luò)上存在著各種惡意軟件、黑客攻擊、數(shù)據(jù)泄露等威脅,需要采取有效的安全措施來保護網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。防火墻保護防火墻是網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)設(shè)備,可以有效阻擋非法訪問,保護內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)免受外部威脅。加密和認證通過加密和身份認證技術(shù),可以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性和完整性,防止敏感信息被竊取或篡改。病毒和防范計算機病毒的危害計算機病毒能夠竊取用戶隱私信息、破壞系統(tǒng)文件、吞噬系統(tǒng)資源,給用戶帶來嚴重的經(jīng)濟損失和隱私泄露風(fēng)險。預(yù)防病毒的措施安裝和定期更新防病毒軟件謹慎打開來歷不明的文件和鏈接及時更新操作系統(tǒng)和軟件補丁做好數(shù)據(jù)備份,防止重要文件丟失防火墻防御網(wǎng)絡(luò)攻擊防火墻可以有效阻擋各種網(wǎng)絡(luò)攻擊,保護內(nèi)網(wǎng)安全?？刂凭W(wǎng)絡(luò)訪問防火墻可以根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則,控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的信息交互。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)行為防火墻可以實時監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)活動,及時發(fā)現(xiàn)和阻止異常情況。制定安全策略防火墻可以根據(jù)企業(yè)需求,制定并執(zhí)行全面的網(wǎng)絡(luò)安全策略。加密和認證數(shù)字簽名數(shù)字簽名使用密鑰加密信息來確認發(fā)送者的身份和信息完整性,提高網(wǎng)絡(luò)交互的安全性。SSL/TLS加密SSL/TLS是一種廣泛使用的加密協(xié)議,它可以在客戶端和服務(wù)器之間建立安全的通信通道,保護傳輸數(shù)據(jù)不被竊取。雙因素認證雙因素認證需要用戶輸入密碼和驗證碼等兩種類型的憑證,提高了賬戶安全性,減少了未經(jīng)授權(quán)的訪問。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析工具網(wǎng)絡(luò)嗅探器捕獲和分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包,幫助診斷網(wǎng)絡(luò)問題和監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量。常用工具包括Wireshark、tcpdump等。協(xié)議分析器深入分析網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,解碼各層協(xié)議細節(jié),用于檢查網(wǎng)絡(luò)問題和提高網(wǎng)絡(luò)性能。如Omnipeek、NetworkMiner等。流量監(jiān)控工具監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量情況,統(tǒng)計各類應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)使用情況,如Cacti、PRTGNetworkMonitor等。設(shè)備診斷工具檢查網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作狀態(tài),診斷硬件故障,如Ping、Tracert等命令行工具。網(wǎng)絡(luò)性能評估網(wǎng)絡(luò)性能評估包括對網(wǎng)絡(luò)吞吐量、延遲、可靠性和安全性等關(guān)鍵指標進行全面評估。通過分析這些指標,可以全面了解網(wǎng)絡(luò)的整體運行狀況,并制定相應(yīng)的優(yōu)化方案。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法1分層優(yōu)化根據(jù)OSI參考模型的7層結(jié)構(gòu),分層優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)各個層面,提高整體性能。2帶寬調(diào)優(yōu)合理分配和利用帶寬資源,避免網(wǎng)絡(luò)瓶頸,提高傳輸效率。3負載均衡采用負載均衡技術(shù),將用戶請求合理分散到多個服務(wù)器,實現(xiàn)資源共享。4備份與容災(zāi)建立完善的數(shù)據(jù)備份和災(zāi)難恢復(fù)機制,確保網(wǎng)絡(luò)的高可用性。網(wǎng)絡(luò)故障排查1定位故障快速分析現(xiàn)象,確定故障發(fā)生的層次和位置。2收集信息仔細收集各種診斷信息,了解故障的詳細情況。3分析原因根據(jù)收集的信息,分析出故障的根源及導(dǎo)致原因。4解決問題采取恰當?shù)拇胧?修復(fù)故障,恢復(fù)正常運行。網(wǎng)絡(luò)故障排查是一個系統(tǒng)性的過程,需要通過層層深入的分析,最終找出故障的本質(zhì)原因,并采取相應(yīng)的補救措施。這不僅要求網(wǎng)絡(luò)管理員具備專業(yè)的知識和技能,還需要豐富的實踐經(jīng)驗。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置管理配置備份定期備份網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置信息,以便在設(shè)備故障時快速恢復(fù)。包括IP地址、路由規(guī)則、防火墻策略等。遠程管理利用SSH、SNMP等遠程管理協(xié)議,實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集中管理和配置變更。減少現(xiàn)場維護的需求。自動化部署使用配置管理工具,自動完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的初始安裝和配置部署,提高效率和一致性。版本控制維護設(shè)備配置的版本歷史,方便回溯和比較變更,有利于問題排查和優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢云計算云計算技術(shù)的發(fā)展正在改變著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu),為用戶提供更靈活、更便捷的服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)將使更多的設(shè)備和應(yīng)用程序連接到網(wǎng)絡(luò),擴展了網(wǎng)絡(luò)