(2024年)完整版《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》教案x

2024年完整版《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》教案x2023REPORTING12024/3/26課程介紹與目標(biāo)基礎(chǔ)知識(shí)回顧與拓展局域網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用廣域網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與路由算法傳輸層協(xié)議與端口號(hào)管理應(yīng)用層協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)安全策略目錄CATALOGUE202322024/3/26PART01課程介紹與目標(biāo)2023REPORTING32024/3/26計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多臺(tái)地理上分散的、具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)通過通信設(shè)備和線路連接起來，在相應(yīng)軟件的支持下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享的系統(tǒng)。從20世紀(jì)60年代的ARPANET到如今的互聯(lián)網(wǎng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從局部到全球的發(fā)展歷程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義及發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義42024/3/26課程目標(biāo)與要求課程目標(biāo)本課程的目標(biāo)是讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和原理，理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)，掌握網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和開發(fā)技術(shù)，具備分析和解決網(wǎng)絡(luò)問題的能力。課程要求要求學(xué)生具備一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法等；同時(shí)需要學(xué)生具備一定的編程能力，如C/C或Python等編程語言。52024/3/26教材推薦《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第7版）》-謝希仁編著，電子工業(yè)出版社；《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論》-JamesF.Kurose,KeithW.Ross編著，機(jī)械工業(yè)出版社。參考資料推薦RFC文檔、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)學(xué)術(shù)論文和博客等。此外，還可以參考一些優(yōu)秀的在線課程和學(xué)習(xí)資源，如Coursera、edX和MOOC等平臺(tái)上的相關(guān)課程。教材及參考資料推薦62024/3/26PART02基礎(chǔ)知識(shí)回顧與拓展2023REPORTING72024/3/26負(fù)責(zé)傳輸比特流，提供物理連接和電氣特性。物理層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)組合成幀，進(jìn)行差錯(cuò)控制和流量控制。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)路由選擇和邏輯地址尋址，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。網(wǎng)絡(luò)層OSI七層模型及各層功能82024/3/26傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層OSI七層模型及各層功能提供可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和順序性。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換和加密解密等操作，確保數(shù)據(jù)的可讀性和安全性。負(fù)責(zé)建立、管理和終止會(huì)話，提供同步和對(duì)話控制功能。提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的接口，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。92024/3/26TCP/IP協(xié)議族及其關(guān)系01TCP/IP協(xié)議族是一組網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的集合，包括TCP、UDP、IP、ICMP、ARP等協(xié)議。02TCP/IP協(xié)議族分為四層，分別是應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層和鏈路層。03各層協(xié)議之間通過接口進(jìn)行通信，上層協(xié)議使用下層協(xié)議提供的服務(wù)。04TCP/IP協(xié)議族與OSI七層模型有對(duì)應(yīng)關(guān)系，但也有一些差異和簡化。102024/3/26實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇。常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與功能路由器實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。交換機(jī)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備之間的物理連接和數(shù)據(jù)共享。集線器實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間的物理連接和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)卡擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)傳輸距離，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和整形。中繼器連接兩個(gè)相似的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾。網(wǎng)橋112024/3/26PART03局域網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用2023REPORTING122024/3/26局域網(wǎng)基本概念和特點(diǎn)局域網(wǎng)（LocalAreaNetwo…在有限地理范圍內(nèi)，通過各種傳輸媒介將各種計(jì)算機(jī)設(shè)備互連起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。地理范圍有限通常局限于一個(gè)建筑物、校園或企業(yè)園區(qū)內(nèi)。高數(shù)據(jù)傳輸速率由于傳輸距離短，局域網(wǎng)通常具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。易于管理和維護(hù)相對(duì)于廣域網(wǎng)而言，局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)更簡單，更易于管理和維護(hù)。132024/3/26采用基帶傳輸技術(shù)以太網(wǎng)使用雙絞線或光纖作為傳輸媒介，采用基帶傳輸方式，即直接傳輸數(shù)字信號(hào)。CSMA/CD協(xié)議以太網(wǎng)采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD）協(xié)議，以解決多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)可能產(chǎn)生的沖突問題。以太網(wǎng)技術(shù)原理及配置方法142024/3/26MAC地址：以太網(wǎng)中的每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)唯一的物理地址，稱為MAC地址，用于標(biāo)識(shí)設(shè)備的身份。以太網(wǎng)技術(shù)原理及配置方法152024/3/2603劃分VLAN根據(jù)實(shí)際需求劃分虛擬局域網(wǎng)（VLAN），以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和管理效率。01選擇合適的傳輸媒介根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的雙絞線或光纖作為傳輸媒介。02配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括網(wǎng)卡、交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置，以確保數(shù)據(jù)的正常傳輸。以太網(wǎng)技術(shù)原理及配置方法162024/3/26無線局域網(wǎng)采用無線傳輸技術(shù)，如Wi-Fi、藍(lán)牙等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。無線傳輸技術(shù)無線局域網(wǎng)中設(shè)置無線接入點(diǎn)，提供無線網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)。無線接入點(diǎn)（AP）無線局域網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用場景172024/3/26無線客戶端：用戶設(shè)備通過無線網(wǎng)卡等無線客戶端設(shè)備接入無線局域網(wǎng)。無線局域網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用場景182024/3/26在家庭環(huán)境中，通過無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電腦、手機(jī)、平板等設(shè)備之間的互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。家庭網(wǎng)絡(luò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)公共場所網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)園區(qū)內(nèi)，通過無線局域網(wǎng)為員工提供便捷的無線網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，提高工作效率。在機(jī)場、酒店、咖啡廳等公共場所，通過無線局域網(wǎng)為公眾提供免費(fèi)的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。030201無線局域網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用場景192024/3/26PART04廣域網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用2023REPORTING202024/3/26廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）的…覆蓋地理范圍廣泛，連接多個(gè)城市、國家甚至全球范圍的網(wǎng)絡(luò)。要點(diǎn)一要點(diǎn)二廣域網(wǎng)的特點(diǎn)傳輸距離長，通信線路復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較低，主要依賴于公共通信網(wǎng)絡(luò)（如電話網(wǎng)、光纖網(wǎng)等）。廣域網(wǎng)基本概念和特點(diǎn)212024/3/26PPP（Point-to-PointProtocol…一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，用于在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上封裝網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)。PPP協(xié)議具有簡單、靈活、可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于廣域網(wǎng)接入。要點(diǎn)一要點(diǎn)二PPP協(xié)議配置方法包括基本配置（如封裝格式、認(rèn)證方式等）、高級(jí)配置（如多鏈路捆綁、回?fù)艿龋┮约肮收吓懦?。具體配置步驟因設(shè)備和操作系統(tǒng)而異，需參考相關(guān)文檔進(jìn)行配置。PPP協(xié)議原理及配置方法222024/3/26寬帶接入技術(shù)及應(yīng)用場景包括DSL（數(shù)字用戶線路）、CableModem（電纜調(diào)制解調(diào)器）、FTTx（光纖到x，如FTTH光纖到戶）等。這些技術(shù)提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更穩(wěn)定的連接性能，滿足了不同用戶的需求。寬帶接入技術(shù)寬帶接入技術(shù)廣泛應(yīng)用于家庭、企業(yè)、學(xué)校等場景。在家庭場景中，用戶可以通過寬帶接入訪問互聯(lián)網(wǎng)、觀看在線視頻、進(jìn)行在線游戲等；在企業(yè)場景中，寬帶接入可以支持遠(yuǎn)程辦公、視頻會(huì)議、云計(jì)算等應(yīng)用；在學(xué)校場景中，寬帶接入可以支持在線教育、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室等應(yīng)用。應(yīng)用場景232024/3/26PART05網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與路由算法2023REPORTING242024/3/26介紹A、B、C、D、E五類IP地址的范圍和特點(diǎn)，以及特殊IP地址（如環(huán)回地址、廣播地址等）的用途。IP地址分類詳細(xì)解釋子網(wǎng)掩碼的概念和作用，以及如何通過子網(wǎng)掩碼將IP地址劃分為網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。子網(wǎng)劃分原理介紹無類別域間路由（CIDR）表示法的原理和應(yīng)用，包括如何表示子網(wǎng)掩碼和聚合路由。CIDR表示法IP地址規(guī)劃及子網(wǎng)劃分方法252024/3/26123簡要介紹ARP協(xié)議的作用和工作原理，以及在局域網(wǎng)中的重要性。ARP協(xié)議概述詳細(xì)解釋ARP請(qǐng)求和應(yīng)答報(bào)文的格式和內(nèi)容，包括硬件類型、協(xié)議類型、硬件地址長度、協(xié)議地址長度等字段的含義。ARP報(bào)文格式闡述ARP協(xié)議在局域網(wǎng)中的工作過程，包括ARP請(qǐng)求和應(yīng)答的發(fā)送和接收流程，以及ARP緩存的作用和管理方式。ARP工作過程ARP協(xié)議原理及實(shí)現(xiàn)過程262024/3/26ICMP報(bào)文類型詳細(xì)列舉ICMP協(xié)議中常見的報(bào)文類型，如回顯請(qǐng)求/應(yīng)答、目的不可達(dá)、超時(shí)等，并解釋每種報(bào)文的作用和應(yīng)用場景。ICMP應(yīng)用場景闡述ICMP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)管理和故障診斷中的應(yīng)用，如ping命令、traceroute命令等，并分析這些工具的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式。ICMP協(xié)議概述簡要介紹ICMP協(xié)議的作用和工作原理，以及在IP網(wǎng)絡(luò)中的重要性。ICMP協(xié)議功能及應(yīng)用場景272024/3/26PART06傳輸層協(xié)議與端口號(hào)管理2023REPORTING282024/3/26VSTCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。它通過確認(rèn)機(jī)制、重傳機(jī)制、流量控制和擁塞控制等機(jī)制保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。三次握手過程在TCP連接建立過程中，需要客戶端和服務(wù)器總共進(jìn)行三次握手。第一次握手，客戶端發(fā)送一個(gè)SYN報(bào)文到服務(wù)器，詢問服務(wù)器是否打開并準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)。第二次握手，服務(wù)器回應(yīng)一個(gè)SYN-ACK報(bào)文，確認(rèn)收到SYN報(bào)文并詢問客戶端是否準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)。第三次握手，客戶端發(fā)送一個(gè)ACK報(bào)文，確認(rèn)服務(wù)器的SYN-ACK報(bào)文，此時(shí)連接建立成功。TCP協(xié)議原理TCP協(xié)議原理及三次握手過程292024/3/26UDP協(xié)議特點(diǎn)UDP是一種無連接的、不可靠的、基于數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸層協(xié)議。它不保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，也不進(jìn)行流量控制和擁塞控制，因此具有較低的傳輸延遲和開銷。應(yīng)用場景由于UDP協(xié)議具有無連接、低延遲的特點(diǎn)，因此適用于一些實(shí)時(shí)性要求較高、可以容忍數(shù)據(jù)丟失的應(yīng)用場景，如在線視頻、實(shí)時(shí)游戲、VoIP等。UDP協(xié)議特點(diǎn)及應(yīng)用場景302024/3/26端口號(hào)是傳輸層協(xié)議用于識(shí)別應(yīng)用程序進(jìn)程的標(biāo)識(shí)符。在TCP/IP協(xié)議棧中，端口號(hào)唯一標(biāo)識(shí)了一個(gè)主機(jī)上的一個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)程。端口號(hào)分為知名端口號(hào)、注冊端口號(hào)和動(dòng)態(tài)/私有端口號(hào)三類。知名端口號(hào)是眾所周知的，被分配給了一些常用的服務(wù)程序，如HTTP的80端口、HTTPS的443端口等。注冊端口號(hào)被IANA分配給了一些特定的應(yīng)用程序，但不像知名端口號(hào)那樣廣為人知。動(dòng)態(tài)/私有端口號(hào)則是由操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配的，用于臨時(shí)使用。端口號(hào)概念分配規(guī)則端口號(hào)概念及分配規(guī)則312024/3/26PART07應(yīng)用層協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)安全策略2023REPORTING322024/3/26HTTP（HypertextTransferProtocol）是一種應(yīng)用層協(xié)議，用于在Web瀏覽器和服務(wù)器之間傳輸數(shù)據(jù)。它基于TCP/IP協(xié)議棧，采用請(qǐng)求/響應(yīng)模型進(jìn)行通信。HTTP協(xié)議定義了請(qǐng)求方法（如GET、POST等）、請(qǐng)求頭、響應(yīng)頭和數(shù)據(jù)傳輸格式等規(guī)范。HTTPS（HTTPoverSSL/TLS）是在HTTP協(xié)議基礎(chǔ)上增加了SSL/TLS加密層，用于在Web瀏覽器和服務(wù)器之間安全地傳輸數(shù)據(jù)。SSL/TLS協(xié)議通過對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密和簽名，確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和身份驗(yàn)證。配置HTTP/HTTPS協(xié)議通常涉及服務(wù)器端和客戶端兩個(gè)方面。服務(wù)器端需要配置Web服務(wù)器軟件（如Apache、Nginx等）以支持HTTP/HTTPS協(xié)議，并安裝SSL/TLS證書以實(shí)現(xiàn)加密通信?？蛻舳藙t需要配置瀏覽器以信任服務(wù)器的SSL/TLS證書，并確保使用正確的URL訪問服務(wù)器。HTTP協(xié)議原理HTTPS協(xié)議原理配置方法HTTP/HTTPS協(xié)議原理及配置方法332024/3/26DNS域名解析過程DNS（DomainNameSystem）域名解析是將域名轉(zhuǎn)換為IP地址的過程。當(dāng)用戶在瀏覽器中輸入一個(gè)域名時(shí)，瀏覽器會(huì)向DNS服務(wù)器發(fā)送解析請(qǐng)求。DNS服務(wù)器根據(jù)域名層次結(jié)構(gòu)逐級(jí)查詢，最終找到與域名對(duì)應(yīng)的IP地址，并將其返回給瀏覽器。配置方法配置DNS域名解析通常涉及服務(wù)器端和客戶端兩個(gè)方面。服務(wù)器端需要配置DNS服務(wù)器軟件（如Bind、PowerDNS等），并添加相應(yīng)的域名和IP地址映射記錄。客戶端則需要配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)置以使用正確的DNS服務(wù)器，并確保本地hosts文件中沒有與解析的域名沖突的記錄。DNS域名解析過程及配置方法342024/3/26防火墻策略防火墻是網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)設(shè)施之一，可以通過過濾網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包來阻止未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。常見的防火墻策略包括允許/拒絕特定IP地址或端口的訪問、限制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的訪問權(quán)限等。數(shù)據(jù)加密策略數(shù)據(jù)加密是保護(hù)數(shù)據(jù)機(jī)密性和完整性的重要手段之一。常見的數(shù)據(jù)加密策略包括使用強(qiáng)加密算法對(duì)