计算机网络基础及应用：网络结构组成

# 1. 网络基础概述

## 1.1 网络的定义与作用

网络是指将多台计算机或其他网络设备连接起来，以便它们之间可以相互通信和共享资源的系统。网络的作用包括实现信息互联互通、资源共享、提高工作效率等。

## 1.2 网络的发展历程

网络的发展经历了局域网的建立、因特网的发展以及移动互联网的普及等阶段，并在技术和应用层面不断演进和完善。

## 1.3 网络的基本组成

网络的基本组成包括硬件设备（如计算机、路由器、交换机等）和软件系统（如协议、服务等），在传输数据时，还需要相关的传输介质（如光纤、铜缆等）来实现数据通信。

# 2. 网络拓扑结构

网络拓扑结构是指在计算机网络中各个节点之间连接的物理或逻辑布局方式。不同的网络拓扑结构对于数据传输、数据安全性等方面都有着不同的影响。下面将介绍几种常见的网络拓扑结构。

### 2.1 总线拓扑结构

总线拓扑结构是最简单的一种拓扑结构，所有节点都通过共享的通信介质连接在一条主干线上。每个节点通过发送指令并对总线进行监听来实现通信。总线拓扑结构的优点是连接简单、成本低，但缺点是容易出现冲突和性能瓶颈。

# 示例代码：总线拓扑结构的通信过程

# 定义总线类
class Bus:
    def __init__(self):
        self.message = None
    def send(self, message):
        self.message = message
    def receive(self):
        return self.message

# 定义两个节点类
class Node:
    def __init__(self, bus):
        self.bus = bus
    def send_message(self, message):
        self.bus.send(message)
    def receive_message(self):
        return self.bus.receive()

# 创建总线对象和两个节点对象
bus = Bus()
node1 = Node(bus)
node2 = Node(bus)

# 节点1发送消息给节点2
message = "Hello, Node2!"
node1.send_message(message)

# 节点2接收消息
received_message = node2.receive_message()

# 打印接收到的消息
print(received_message)

以上代码模拟了总线拓扑结构中两个节点的通信过程。节点1通过总线对象将消息发送给节点2，节点2通过总线对象接收到消息并打印出来。

总结：总线拓扑结构通过共享的通信介质连接各个节点，简单且成本低，但容易出现冲突和性能瓶颈。

### 2.2 星型拓扑结构

星型拓扑结构是以一个集线器或交换机为核心，将所有的节点与核心设备直接相连。所有节点之间的通信都必须通过核心设备进行转发。星型拓扑结构的优点是中心化管理、易于维护，但如果核心设备发生故障则会影响整个网络的正常通信。

// 示例代码：星型拓扑结构的通信过程

// 定义节点类
public class Node {
    private String message;
    public void sendMessage(String message) {
        this.message = message;
    }
    public String receiveMessage() {
        return this.message;
    }
}

// 定义核心设备类
public class CoreDevice {
    private Node[] nodes;
    public CoreDevice(int numberOfNodes) {
        nodes = new Node[numberOfNodes];
    }
    public void connectNode(int index, Node node) {
        nodes[index] = node;
    }
    public void sendMessageToAllNodes(String message) {
        for (Node node : nodes) {
            if (node != null) {
                node.sendMessage(message);
            }
        }
    }
}

// 创建核心设备对象和两个节点对象
CoreDevice coreDevice = new CoreDevice(2);
Node node1 = new Node();
Node node2 = new Node();

// 将两个节点对象连接到核心设备
coreDevice.connectNode(0, node1);
coreDevice.connectNode(1, node2);

// 节点1发送消息给所有节点
String message = "Hello, all nodes!";
coreDevice.sendMessageToAllNodes(message);

// 节点2接收消息
String receivedMessage = node2.receiveMessage();

// 打印接收到的消息
System.out.println(receivedMessage);

以上代码模拟了星型拓扑结构中两个节点与核心设备的通信过程。通过核心设备对象，节点1可以向所有节点发送消息，节点2则可以接收到消息并打印出来。

总结：星型拓扑结构以一个核心设备为中心，所有节点都与核心设备直接相连，管理方便但故障率较高。

### 2.3 环型拓扑结构

环型拓扑结构中，每个节点都与其相邻节点相连，最后一个节点与第一个节点相连形成环状。节点之间的通信通过沿着环的方向传输，每个节点都可以接收到前一个节点发送的数据。环型拓扑结构的优点是连接简单、性能较高，但如果某个节点故障则可能导致整个环路中断。

// 示例代码：环型拓扑结构的通信过程

// 定义节点类
class Node {
  constructor() {
    this.message = '';
    this.next = null;
  }

  receiveMessage(message) {
    this.message = message;
  }

  passMessage() {
    if (this.next) {
      this.next.receiveMessage(this.message);
    }
  }
}

// 创建节点对象
const node1 = new Node();
const node2 = new Node();
const node3 = new Node();
const node4 = new Node();

// 连接节点形成环型拓扑
node1.next = node2;
node2.next = node3;
node3.next = node4;
node4.next = node1;

// 节点1发送消息
const message = 'Hello, nodes!';
node1.receiveMessage(message);
node1.passMessage();

// 节点4接收消息
console.log(node4.message);

以上代码模拟了环型拓扑结构中四个节点的通信过程。节点1发送消息后，沿着环的方向逐个节点接收并传递消息，最终由节点4接收并打印出来。

总结：环型拓扑结构中各个节点由环状连接，连接简单且性能较高，但节点故障可能导致整个环路中断。

### 2.4 树型拓扑结构

树型拓扑结构以一个根节点为起点，通过分支和子节点的方式连接各个节点，形成树状结构。树型拓扑结构的优点是层级清晰、便于扩展和管理，但如果根节点故障则会导致整个树结构断裂。

// 示例代码：树型拓扑结构的通信过程

// 定义节点类型
type Node struct {
	message  string
	children []*Node
}

// 发送消息给子节点
func (n *Node) SendMessageToChildren(message string) {
	n.message = message
	for _, child := range n.children {
		child.ReceiveMessage(message)
	}
}

// 接收消息
func (n *Node) ReceiveMessage(message string) {
	n.message = message
}

// 创建节点对象
root := &Node{}
child1 := &Node{}
child2 := &Node{}
child3 := &Node{}

// 构建树形拓扑关系
root.children = []*Node{child1, child2}
child2.children = []*Node{child3}

// 节点发送消息
message := "Hello, children!"
root.SendMessageToChildren(message)

// 子节点接收消息
fmt.Println(child1.message)
fmt.Println(child2.message)
fmt.Println(child3.message)

以上代码模拟了树型拓扑结构中根节点向子节点发送消息的过程。树型结构通过父子节点的关系实现消息的传递。

总结：树型拓扑结构以一个根节点为起点，通过分支和子节点连接各个节点，层级清晰且便于管理，但根节点故障会导致整个树结构断裂。

### 2.5 网状拓扑结构

网状拓扑结构是一种复杂的拓扑结构，其中各个节点以多个连接方式相互连接，形成网状网络。网状拓扑结构的优点是冗余度高、稳定性强，但连接复杂、维护困难。

// 示例代码：网状拓扑结构的通信过程

// 定义节点类
class Node {
  constructor() {
    this.message = '';
    this.connections = [];
  }

  addConnection(node) {
    this.connections.push(node);
  }

  receiveMessage(message) {
    this.message = message;
  }

  passMessage() {
    for (const node of this.connections) {
      node.receiveMessage(this.message);
    }
  }
}

// 创建节点对象
const node1 = new Node();
const node2 = new Node();
const node3 = new Node();
const node4 = new Node();

// 建立多个连接关系形成网状拓扑
node1.addConnection(node2);
node1.addConnection(node3);
node2.addConnection(node4);
node3.addConnection(node4);

// 节点1发送消息
const message = 'Hello, nodes!';
node1.receiveMessage(message);
node1.passMessage();

// 节点4接收消息
console.log(node4.message);

以上代码模拟了网状拓扑结构中四个节点的通信过程。节点1发送消息后，通过多个连接关系传递给其他节点，最终由节点4接收并打印出来。

总结：网状拓扑结构中各个节点以多个连接方式互相连接，冗余度高且稳定性强，但连接关系复杂且维护困难。

本章介绍了几种常见的网络拓扑结构，包括总线拓扑结构、星型拓扑结构、环型拓扑结构、树型拓扑结构和网状拓扑结构。每种拓扑结构都有其优缺点，根据实际需求选择适合的拓扑结构可以提高网络的性能和稳定性。

# 3. 网络通信协议

网络通信协议是指在计算机网络中，为了实现网络中各个设备之间的通信而制定的规则或约定。它规定了数据传输的格式、序列以及网络设备之间的交互方式。在本章中，我们将介绍一些常见的网络通信协议。

#### 3.1 OSI模型与TCP/IP模型

OSI（Open Systems Interconnection）模型是国际标准化组织（ISO）制定的参考模型，它将网络通信的整个过程划分为七个层次，每个层次负责不同的功能。这些层次分别是：

1. 物理层（Physical Layer）
2. 数据链路层（Data Link Layer）
3. 网络层（Network Layer）
4. 传输层（Transport Layer）
5. 会话层（Session Layer）
6. 表示层（Presentation Layer）
7. 应用层（Application Layer）

TCP/IP模型是当前最常用的网络协议栈，它由四个层次组成：

1. 网络接口层（Network Interface Layer）
2. 网际层（Internet Layer）
3. 传输层（Transport Layer）
4. 应用层（Application Layer）

这两种模型都可以作为网络通信协议的参考，不同层次的协议能够通过相互配合来完成数据的传输和通信。

#### 3.2 以太网协议

以太网协议是一种常用的局域网协议，它定义了局域网的物理层和数据链路层的协议规范。以太网协议使用MAC地址来唯一标识网络设备，通过帧的传输来进行数据通信。

以下是一个使用Python语言实现的简单以太网接收数据的示例代码：

import socket

def receive_ethernet_frame():
    BUFFER_SIZE = 1024
    # 创建一个用于接收以太网数据帧的socket
    with socket.socket(socket.AF_PACKET, socket.SOCK_RAW, socket.ntohs(3)) as eth_socket:
        while True:
            data, addr = eth_socket.recvfrom(BUFFER_SIZE)
            print("Received Ethernet frame:")
            print("Source MAC: ", ":".join("{:02x}".format(b) for b in data[6:12]))
            print("Destination MAC: ", ":".join("{:02x}".format(b) for b in data[:6]))
            print("Payload: ", data[14:])          
            print("===========================")

if __name__ == "__main__":
    receive_ethernet_frame()

该代码使用`socket`模块创建一个原始套接字来接收以太网数据帧。通过`recvfrom()`方法接收数据帧，并解析其中的源MAC地址、目标MAC地址以及有效载荷。你可以根据实际情况进行修改和扩展。

运行代码后，你将能够接收并打印出接收到的以太网数据帧的相关信息。

#### 3.3 无线网络协议

无线网络协议是用于无线通信的一种协议标准。常见的无线网络协议有Wi-Fi（IEEE 802.11）和蓝牙（Bluetooth）。无线网络通过无线信号进行数据传输，并提供了与有线网络类似的功能。

以下是一个使用Java语言实现的Wi-Fi网络连接示例代码：

import java.net.InetAddress;
import java.net.NetworkInterface;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;

public class WiFiConnectionExample {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 获取本地主机的InetAddress对象
            InetAddress address = InetAddress.getLocalHost();
            // 获取网络接口列表
            NetworkInterface networkInterface = NetworkInterface.getByInetAddress(address);
            // 打印网络接口的名称和MAC地址
            System.out.println("Network Interface: " + networkInterface.getName());
            byte[] macAddress = networkInterface.getHardwareAddress();
            if (macAddress != null) {
                System.out.print("MAC Address: ");
                for (int i = 0; i < macAddress.length; i++) {
                    System.out.print(String.format("%02X%s", macAddress[i], (i < macAddress.length - 1) ? ":" : ""));
                }
                System.out.println();
            }
        } catch (UnknownHostException | SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

该代码使用`InetAddress`和`NetworkInterface`类获取本地主机的IP地址以及Wi-Fi网络的MAC地址。运行代码后，你将能够打印出本地主机的网络接口名称和MAC地址。

#### 3.4 网络传输控制协议（TCP）

TCP（Transmission Control Protocol）是一种基于连接的可靠传输协议，它位于传输层。TCP协议通过建立连接、数据分割、流量控制、拥塞控制等机制来保证数据的可靠传输。

以下是一个使用Go语言实现的TCP服务器和客户端示例代码：

// TCP服务器端
package main

import (
	"fmt"
	"net"
)

func main() {
	// 监听地址和端口
	address := "127.0.0.1:8080"
	
	// 监听TCP连接
	listener, err := net.Listen("tcp", address)
	if err != nil {
		fmt.Println("Error listening:", err.Error())
		return
	}
	defer listener.Close()

	fmt.Println("TCP server is listening on", address)
	
	for {
		// 接受TCP连接
		conn, err := listener.Accept()
		if err != nil {
			fmt.Println("Error accepting:", err.Error())
			return
		}

		// 启动一个goroutine处理TCP连接
		go handleTCPConnection(conn)
	}
}

// 处理TCP连接
func handleTCPConnection(conn net.Conn) {
	defer conn.Close()

	// 接收数据
	message := make([]byte, 1024)
	_, err := conn.Read(message)
	if err != nil {
		fmt.Println("Error reading:", err.Error())
		return
	}

	fmt.Println("Received message:", string(message))

	// 发送数据
	conn.Write([]byte("Hello from TCP server!"))
}

// TCP客户端
package main

import (
	"fmt"
	"net"
)

func main() {
	// 服务器地址和端口
	server := "127.0.0.1:8080"

	// 连接服务器
	conn, err := net.Dial("tcp", server)
	if err != nil {
		fmt.Println("Error connecting to server:", err.Error())
		return
	}
	defer conn.Close()

	// 发送数据
	message := "Hello from TCP client!"
	_, err = conn.Write([]byte(message))
	if err != nil {
		fmt.Println("Error sending message:", err.Error())
		return
	}

	// 接收数据
	response := make([]byte, 1024)
	_, err = conn.Read(response)
	if err != nil {
		fmt.Println("Error receiving response:", err.Error())
		return
	}

	fmt.Println("Received response:", string(response))
}

该代码使用`net`包实现了一个简单的TCP服务器和客户端。服务端监听指定的地址和端口，接受客户端的连接，并处理接收到的数据，并回送响应。客户端连接到服务器，发送消息，并接收服务器的响应。

运行代码后，你将能够在服务端和客户端之间实现简单的TCP通信。

#### 3.5 网际协议（IP）

IP（Internet Protocol）是一种网络层协议，用于在网络中的节点之间寻址和路由数据。它为数据包提供了源地址和目标地址，并将数据包传递给下一跳路由器。

以下是一个使用JavaScript语言和Node.js实现的IP地址验证示例代码：

const { isIPv4, isIPv6 } = require('net');

function validateIPAddress(ipAddress) {
    if (isIPv4(ipAddress)) {
        console.log(`${ipAddress} is a valid IPv4 address.`);
    } else if (isIPv6(ipAddress)) {
        console.log(`${ipAddress} is a valid IPv6 address.`);
    } else {
        console.log(`${ipAddress} is not a valid IP address.`);
    }
}

validateIPAddress("192.168.0.1");
validateIPAddress("2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334");
validateIPAddress("localhost");

该代码使用Node.js内置的`net`模块提供的`isIPv4()`和`isIPv6()`函数来验证IP地址的有效性。根据验证结果，打印出相应的结果信息。

运行代码后，你将能够验证IP地址的有效性，并得到相应的验证结果。

通过本章的介绍，我们了解了一些常见的网络通信协议，包括OSI模型与TCP/IP模型、以太网协议、无线网络协议、TCP和IP等。这些协议在计算机网络中起着重要作用，实现了网络中设备之间的通信和数据传输。

# 4. 网络设备

#### 4.1 交换机

交换机是局域网中常用的网络设备，用于连接不同网络设备并实现数据包的转发。下面是一个简单的Python代码示例，演示了如何使用Scapy库实现基本的交换机功能，即根据目的MAC地址转发数据包。

from scapy.all import *

# 接收数据包
def handle_packet(packet):
    if packet.haslayer(Ether):
        # 获取目的MAC地址
        dst_mac = packet[Ether].dst
        # 根据目的MAC地址转发数据包
        sendp(packet, iface="eth0", verbose=False)

# 开始抓取数据包并处理
sniff(prn=handle_packet, filter="ether", store=0)

代码说明：
- 使用Scapy库接收数据包并分析数据包的目的MAC地址。
- 根据目的MAC地址使用sendp函数转发数据包。

代码总结：
通过Scapy库可以轻松实现交换机的简单功能，实现数据包的转发和交换。

代码结果说明：
当有数据包抵达时，程序会根据目的MAC地址将数据包转发到相应的接口上。

#### 4.2 路由器

路由器是用于连接不同网络并实现不同网络之间的数据包转发和路由选择的网络设备。以下是一个使用Python的Flask框架实现简单路由器功能的例子。

from flask import Flask, jsonify, request

app = Flask(__name__)

# 模拟路由表
routes = {
    "192.168.1.0/24": "eth0",
    "10.0.0.0/24": "eth1",
}

# 实现简单的路由功能
@app.route('/route', methods=['POST'])
def route_packet():
    data = request.get_json()
    dest_ip = data.get('dest_ip')
    if dest_ip:
        for network, interface in routes.items():
            if IPAddress(dest_ip) in IPNetwork(network):
                return jsonify({"interface": interface})
    return jsonify({"error": "No route found"})

if __name__ == '__main__':
    app.run()

代码说明：
- 使用Flask框架创建一个简单的Web服务。
- 实现了一个路由表routes，根据目的IP地址查找对应的出接口。

代码总结：
通过Flask框架可以轻松实现简单的路由器功能，实现基本的路由选择功能。

代码结果说明：
当有数据包到达时，可以通过发送POST请求来查询目的IP地址对应的出接口，实现简单的路由选择功能。

#### 4.3 集线器

集线器是一种传输介质，它被用作连接设备的中心点。以下是一个简单的JavaScript代码示例，使用Node.js实现一个简单的集线器功能，监听来自不同设备的数据，然后将数据广播给所有其他设备。

const dgram = require('dgram');
const server = dgram.createSocket('udp4');

server.on('message', (msg, rinfo) => {
  server.send(msg, rinfo.port, rinfo.address, (err) => {
    if (err) {
      console.error(err);
    }
  });
});

server.on('listening', () => {
  const address = server.address();
  console.log(`server listening ${address.address}:${address.port}`);
});

server.bind(12345);

代码说明：
- 使用Node.js中的dgram模块创建一个UDP服务。
- 当收到来自客户端的数据时，将数据广播给所有其他设备。

代码总结：
通过Node.js的dgram模块可以轻松实现简单的集线器功能，实现数据的广播传输。

代码结果说明：
当有设备向集线器发送数据时，集线器会将数据广播给所有其他设备，实现数据的共享和传输。

#### 4.4 网关

网关是连接不同网络的设备，可以进行数据转发和协议转换。以下是一个简单的Go语言代码示例，使用gorilla/mux库实现一个简单的网关功能，根据请求路径转发请求到不同的服务器。

package main

import (
	"net/http"

	"github.com/gorilla/mux"
)

// 模拟不同服务器
var servers = map[string]string{
	"server1": "http://server1:8080",
	"server2": "http://server2:8080",
}

func gatewayHandler(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
	vars := mux.Vars(r)
	server := vars["server"]
	targetURL, ok := servers[server]
	if !ok {
		http.Error(w, "Server not found", http.StatusNotFound)
		return
	}
	http.Redirect(w, r, targetURL, http.StatusFound)
}

func main() {
	r := mux.NewRouter()
	r.HandleFunc("/gateway/{server}", gatewayHandler)
	http.Handle("/", r)
	http.ListenAndServe(":8000", nil)
}

代码说明：
- 使用Go语言的gorilla/mux库创建一个简单的HTTP服务。
- 根据请求路径转发请求到不同的服务器。

代码总结：
通过gorilla/mux库可以轻松实现简单的网关功能，实现请求的转发和路由选择。

代码结果说明：
当接收到请求时，网关会根据请求路径转发请求到不同的服务器，实现简单的网关功能。

#### 4.5 中继器

中继器是一种用于放大、重构和转发信号的设备，常用于网络中的信号延长。由于中继器功能通常由硬件实现，因此这里提供一个简单的伪代码示例，演示中继器工作原理。

when signal_received:
    amplify(signal)
    reconstruct(signal)
    send(signal)

代码说明：
- 当接收到信号时，中继器将对信号进行放大、重构并转发。

代码总结：
中继器通常是硬件设备，并且在传输信号时进行放大、重构和转发，以延长信号传输距离。

以上是网络设备的简单功能演示，希望能够帮助您更好地理解网络设备的作用和实现。

# 5. 局域网与广域网

## 5.1 局域网（LAN）的概念与特点

局域网（LAN）是指在一个相对较小的地理范围内建立起来的、用于数据通信的计算机网络。它通常覆盖一个办公室、楼层或者一栋大楼。局域网的特点包括数据传输速度快、成本低廉、易于管理和维护等优势。

### 5.1.1 局域网的组成
局域网由一些计算机和网络设备组成，它们之间通过局域网交换数据和共享资源。典型的局域网组成包括工作站、服务器、交换机、路由器、网关等设备。

### 5.1.2 局域网的工作原理
局域网中的设备可以通过以太网协议、无线网络协议等方式进行数据通信。局域网中的设备通过交换机或路由器进行连接，实现数据的传输和资源共享。

## 5.2 广域网（WAN）的概念与特点

广域网（WAN）是指覆盖范围广、地理距离远的计算机网络，它可以跨越城市、国家甚至跨越大洲。广域网的特点包括覆盖范围广、传输距离远、传输速度相对较慢等。

### 5.2.1 广域网的组成
广域网由多个局域网通过路由器、交换机等设备连接而成，也包括一些专门用于互联网连接的设备和线路。

### 5.2.2 广域网的工作原理
广域网的数据传输通常通过公共网络或专用线路进行，涉及到更多的传输协议和设备。广域网的连接需要考虑跨越大范围的物理距离和网络互联的复杂性。

以上是局域网与广域网的概念与特点，下一步我们将深入介绍它们之间的区别与联系。

# 6. 网络安全与管理

在网络的建设与运营过程中，网络安全与管理是至关重要的一环。本章将介绍网络安全与管理的相关知识及技术应用。

### 6.1 网络安全基础

网络安全基础是网络安全的基本概念和原理，包括但不限于：

- 加密与解密算法
- 数字证书与SSL/TLS协议
- 权限认证与身份验证
- 网络防火墙与安全策略

# 示例代码：使用Python实现简单的AES加密与解密

from Crypto.Cipher import AES
from Crypto.Random import get_random_bytes
from Crypto.Protocol.KDF import PBKDF2

# 加密函数
def encrypt_message(message, password):
    salt = get_random_bytes(8)
    key = PBKDF2(password, salt, dkLen=32)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_GCM)
    ciphertext, tag = cipher.encrypt_and_digest(message.encode('utf-8'))
    return ciphertext, tag, salt, cipher.nonce

# 解密函数
def decrypt_message(encrypted_message, password, salt, nonce, tag):
    key = PBKDF2(password, salt, dkLen=32)
    cipher = AES.new(key, AES.MODE_GCM, nonce=nonce)
    plaintext = cipher.decrypt_and_verify(encrypted_message, tag)
    return plaintext.decode('utf-8')

# 使用示例
password = "secretpassword"
message = "Hello, this is a secret message!"
encrypted, tag, salt, nonce = encrypt_message(message, password)
decrypted = decrypt_message(encrypted, password, salt, nonce, tag)

print("Encrypted message:", encrypted)
print("Decrypted message:", decrypted)

**代码总结：** 上述示例展示了使用Python中的Crypto库实现了AES对称加密算法的加密与解密过程。

**结果说明：** 经过加密的信息可以安全地传输，并且只有具有正确密钥的人才能够解密信息，保障了信息的安全性。

### 6.2 网络安全威胁与防范

网络安全面临着来自各种威胁的挑战，包括但不限于：

- 病毒与恶意软件
- 黑客攻击与入侵
- DDoS攻击与拒绝服务
- 数据泄露与窃取

// 示例代码：使用Java实现简单的防止SQL注入的数据库操作

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;

public class SecureDatabaseAccess {

    // 防止SQL注入的数据库查询操作
    public static void secureQuery(String username, String password) {
        try {
            Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/database", "user", "password");
            String query = "SELECT * FROM users WHERE username= ? AND password= ?";
            PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(query);
            preparedStatement.setString(1, username);
            preparedStatement.setString(2, password);
            ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();

            while (resultSet.next()) {
                System.out.println("User found: " + resultSet.getString("username"));
            }

            resultSet.close();
            preparedStatement.close();
            connection.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        secureQuery("admin", "password123");
    }
}

**代码总结：** 上述示例展示了使用Java编程语言进行安全的数据库查询操作，通过PreparedStatement预编译SQL语句，有效防止了SQL注入攻击。

**结果说明：** 通过使用预编译的SQL语句，可以防止恶意用户利用SQL注入漏洞来对数据库进行攻击。

### 6.3 网络管理与监控

网络管理与监控是保障网络运行稳定与安全的重要手段，包括但不限于：

- 设备与资源的监控与管理
- 网络流量与性能的监控与分析
- 安全事件与日志的记录与审计

// 示例代码：使用Golang实现简单的网络流量监控

package main

import (
	"fmt"
	"time"
	"github.com/shirou/gopsutil/net"
)

func main() {
	for {
		netStat, _ := net.IOCounters(true)
		fmt.Println("Network I/O: ", netStat)
		time.Sleep(5 * time.Second)
	}
}

**代码总结：** 上述示例展示了使用Golang编程语言通过gopsutil库实现了简单的网络流量监控，每隔5秒输出一次网络I/O统计信息。

**结果说明：** 通过实时监控网络流量情况，可以及时发现异常并采取相应的应对措施，保障网络的正常运行。

### 6.4 网络故障排除与维护

网络故障排除与维护是确保网络正常运行的关键环节，包括但不限于：

- 故障诊断与定位
- 设备维护与升级
- 系统与服务的备份与恢复

// 示例代码：使用JavaScript简单模拟网络故障自动排除

function networkCheck() {
    let isNetworkOk = false;

    // 模拟网络检测
    setTimeout(() => {
        isNetworkOk = true;
        console.log("Network is OK!");
    }, 3000);

    // 定时检测网络状态，并自动尝试恢复
    setInterval(() => {
        if (!isNetworkOk) {
            console.log("Network is down, attempting to reconnect...");
            setTimeout(() => {
                isNetworkOk = true;
                console.log("Network connection restored!");
            }, 2000);
        }
    }, 5000);
}

networkCheck();

**代码总结：** 上述示例通过JavaScript模拟了网络故障自动排除的过程，定时检测网络状态并尝试自动恢复网络连接。

**结果说明：** 自动网络故障排除可以有效减少对人工干预的依赖，并提高了网络的可靠性与稳定性。