2024版《計算機網絡技術基礎》課程教案(完整版)

《計算機網絡技術基礎》課程教案(完整版)課程介紹與目標計算機網絡基礎知識數據通信原理與技術網絡體系結構及協議局域網技術及應用廣域網技術及應用網絡互聯與設備配置網絡安全與管理策略contents目錄課程介紹與目標01隨著互聯網的廣泛應用，計算機網絡技術已成為現代社會不可或缺的一部分，掌握計算機網絡技術對于個人發(fā)展和社會進步具有重要意義。互聯網技術的普及與發(fā)展當前，信息化已滲透到各個領域，計算機網絡技術是信息化的重要支撐，對于推動社會經濟發(fā)展具有重要作用。信息化時代的需求為了滿足社會對計算機網絡技術人才的需求，本課程旨在培養(yǎng)學生掌握計算機網絡技術的基本概念和原理，具備基本的網絡設計、配置和管理能力。培養(yǎng)專業(yè)人才的需要課程背景與意義掌握計算機網絡的基本概念、原理和技術，了解網絡協議、網絡設備等基本知識。知識目標能力目標素質目標具備基本的網絡設計、配置和管理能力，能夠運用所學知識解決實際問題。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和團隊協作精神，提高學生的綜合素質和職業(yè)素養(yǎng)。030201教學目標與要求《計算機網絡技術基礎》（第二版），謝希仁編著，電子工業(yè)出版社。教材選用《計算機網絡》（第五版），AndrewS.Tanenbaum等著，清華大學出版社；《TCP/IP詳解卷1：協議》，W.RichardStevens著，機械工業(yè)出版社。參考書目教材選用及參考書目計算機網絡基礎知識02計算機網絡是指將多臺計算機或設備連接起來，通過數據鏈路進行通信和資源共享的系統(tǒng)。按照覆蓋范圍和使用對象，計算機網絡可分為局域網、城域網、廣域網和互聯網等類型。計算機網絡的定義與分類分類定義面向終端的計算機網絡，以單個計算機為中心，通過通信線路與多個終端相連，實現遠程訪問和數據共享。第一階段計算機-計算機網絡，以分組交換網為代表，實現了不同計算機之間的通信和資源共享。第二階段開放式標準化網絡，以TCP/IP協議族為代表，實現了不同廠商、不同操作系統(tǒng)之間的互連互通。第三階段高速網絡技術與互聯網應用的發(fā)展，包括高速以太網、ATM技術、IP電話、視頻會議等應用的廣泛推廣。第四階段計算機網絡的發(fā)展歷程硬件組成01包括計算機、網絡設備（如路由器、交換機等）、傳輸介質（如光纖、電纜等）等。軟件組成02包括操作系統(tǒng)、網絡協議、通信軟件、網絡管理軟件等。其中，網絡協議是計算機網絡中實現通信的關鍵，常見的協議有TCP/IP、HTTP、FTP等。網絡拓撲結構03指計算機網絡中各個節(jié)點之間的連接方式，常見的有星型、環(huán)型、總線型等結構。不同的拓撲結構具有不同的特點和適用場景。計算機網絡的基本組成數據通信原理與技術03

數據通信的基本概念數據通信的定義數據通信是指在兩個或多個設備之間傳輸數據的過程，涉及信息的傳輸、處理、存儲和檢索等方面。數據通信系統(tǒng)的組成數據通信系統(tǒng)通常由數據源、數據宿、傳輸介質、發(fā)送設備和接收設備等部分組成。數據通信的主要指標數據通信的主要指標包括傳輸速率、誤碼率、信道容量和帶寬等。數據傳輸方式包括并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸是指同時傳輸多個比特，而串行傳輸是指逐位傳輸數據。數據傳輸方式傳輸介質是指用于連接網絡設備的物理媒介，常見的傳輸介質包括雙絞線、同軸電纜、光纖和無線傳輸介質等。傳輸介質不同的傳輸介質具有不同的特性，包括傳輸速率、傳輸距離、抗干擾能力和安全性等。傳輸介質的特性數據傳輸方式及傳輸介質數據編碼數據編碼是指將原始數據轉換為適合傳輸的信號形式，常見的編碼方式包括非歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼等。調制技術調制技術是指將數字信號轉換為模擬信號進行傳輸的過程，常見的調制方式包括幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控等。編碼與調制的關系編碼和調制是相互關聯的過程，編碼后的數字信號需要通過調制轉換為適合傳輸的模擬信號，而接收端則需要通過解調將模擬信號還原為數字信號進行解碼。數據編碼與調制技術網絡體系結構及協議04負責傳輸比特流，提供物理媒介接口，實現數據的透明傳輸。物理層負責建立、維持和釋放數據鏈路的連接，以及數據鏈路層的流量控制和差錯控制。數據鏈路層負責分組交換和路由選擇，確保數據從源端傳輸到目的端。網絡層OSI參考模型及各層功能OSI參考模型及各層功能提供端到端的可靠傳輸服務，處理數據報文的分段和重組。負責建立、管理和終止會話，以及同步活動。負責數據的表示、轉換和加密等操作。提供網絡應用服務，如文件傳輸、電子郵件、遠程登錄等。傳輸層會話層表示層應用層網絡接口層網絡層傳輸層應用層TCP/IP協議族及其層次結構01020304對應于OSI的物理層和數據鏈路層，負責數據的接收和發(fā)送。實現IP協議，負責路由選擇和分組轉發(fā)。實現TCP和UDP協議，提供可靠的或不可靠的數據傳輸服務。提供多種網絡應用服務，如HTTP、FTP、SMTP等。FTP協議文件傳輸協議，用于從一個主機到另一個主機上的文件傳輸，默認端口為20和21。HTTP協議超文本傳輸協議，用于Web瀏覽器和服務器之間的通信，默認端口為80。SMTP協議簡單郵件傳輸協議，用于發(fā)送電子郵件，默認端口為25。常見網絡協議介紹POP3協議IMAP協議DNS協議SSH協議常見網絡協議介紹郵局協議第三版，用于接收電子郵件，默認端口為110。域名系統(tǒng)協議，用于將域名解析為IP地址，默認端口為53。Internet郵件訪問協議，用于郵件的獲取和管理，默認端口為143。安全外殼協議，用于遠程登錄和管理網絡設備，默認端口為22。局域網技術及應用05局域網（LocalAreaNetwork，LAN）是一種在小范圍內實現計算機相互通信和資源共享的計算機網絡。局域網的特點包括：范圍小、傳輸速度快、誤碼率低、成本低等。常見的局域網類型有以太網（Ethernet）、令牌環(huán)網（TokenRing）、光纖分布式數據接口（FDDI）等。局域網的基本概念和特點以太網的組網方式包括星型、總線型、樹型、環(huán)型等，其中星型網絡具有易于維護和管理、擴展性強等優(yōu)點。以太網的傳輸介質可以是同軸電纜、雙絞線或光纖等，傳輸速率從10Mbps到100Gbps不等。以太網采用帶沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD）機制，實現網絡中計算機的相互通信。以太網的工作原理及組網方式無線局域網（WirelessLAN，WLAN）利用無線通信技術實現計算機之間的相互通信和資源共享。常見的無線局域網標準有IEEE802.11系列，包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac等，傳輸速率從1Mbps到數Gbps不等。無線局域網的應用場景包括家庭網絡、企業(yè)網絡、公共場所網絡等，具有靈活性強、移動性好等優(yōu)點。同時，也存在安全性差、易受干擾等問題。無線局域網的傳輸介質是空氣，采用無線電波或紅外線等無線傳輸技術。無線局域網技術及應用廣域網技術及應用06廣域網的基本概念和特點廣域網（WideAreaNetwor…覆蓋地理范圍廣泛，連接多個城市、國家甚至全球范圍內的計算機網絡。覆蓋范圍廣可跨越多個地區(qū)和國家，實現遠距離通信。傳輸速率低由于傳輸距離遠，信號衰減和傳輸延遲較大，導致傳輸速率相對較低。網絡結構復雜涉及多種不同類型的網絡設備和通信協議，網絡結構和管理相對復雜。第二季度第一季度第四季度第三季度專線接入撥號接入寬帶接入無線接入常見的廣域網接入方式通過租用專線或自建專線的方式，將本地網絡直接連接到廣域網中。這種方式具有較高的數據傳輸速率和穩(wěn)定性，但成本較高。通過撥打電話線的方式，將計算機連接到廣域網中。這種方式成本較低，但傳輸速率較慢且不穩(wěn)定。利用寬帶技術（如DSL、CableModem等）將計算機連接到廣域網中。這種方式具有較高的傳輸速率和較好的穩(wěn)定性，是目前較為常見的接入方式。通過無線網絡技術（如3G、4G、5G等）將計算機連接到廣域網中。這種方式具有移動性和靈活性，但傳輸速率和穩(wěn)定性可能受到信號覆蓋和干擾等因素的影響。靜態(tài)路由選擇算法：由網絡管理員手動配置路由表，指定數據包的下一跳地址或出口接口。這種算法簡單、穩(wěn)定，但缺乏靈活性和自適應性。動態(tài)路由選擇算法：通過路由協議（如OSPF、BGP等）動態(tài)學習網絡拓撲結構，并根據一定的算法（如最短路徑算法、負載均衡算法等）自動計算最佳路徑。這種算法具有靈活性和自適應性，能夠應對網絡拓撲結構的變化和故障情況。常見的動態(tài)路由選擇算法包括距離矢量路由算法（DistanceVectorRoutingAlgorithm）：每個路由器將其所知的路由信息以距離矢量的形式發(fā)送給相鄰路由器，相鄰路由器再根據接收到的信息更新自己的路由表。這種算法簡單、易于實現，但在大型網絡中可能存在路由環(huán)路和慢收斂等問題。鏈路狀態(tài)路由算法（LinkStateRoutingAlgorithm）：每個路由器收集網絡中所有鏈路的狀態(tài)信息，構建完整的網絡拓撲圖，并根據最短路徑算法計算最佳路徑。這種算法具有較快的收斂速度和避免路由環(huán)路的能力，但實現較為復雜且需要較大的計算和存儲資源。廣域網中的路由選擇算法網絡互聯與設備配置07123網絡互聯是指將兩個或多個網絡通過特定的設備和協議連接起來，實現數據交換和資源共享的過程。網絡互聯的定義網絡互聯可分為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層等五個層次。不同層次的互聯設備具有不同的功能和特點。網絡互聯的層次根據連接的網絡類型不同，網絡互聯可分為局域網-局域網互聯、局域網-廣域網互聯和廣域網-廣域網互聯等。網絡互聯的類型網絡互聯的基本概念常見網絡設備介紹及配置方法路由器路由器是實現不同網絡之間互聯的關鍵設備，具有路由選擇和數據轉發(fā)功能。配置路由器包括靜態(tài)路由、動態(tài)路由協議（如OSPF、EIGRP等）以及訪問控制列表等。交換機交換機是局域網中重要的網絡設備，用于實現數據的快速交換。配置交換機主要涉及VLAN劃分、端口聚合、STP協議等。防火墻防火墻是網絡安全的重要設備，用于防止未經授權的訪問和數據泄露。配置防火墻主要涉及安全策略制定、訪問控制、NAT轉換等。網絡設備的選型與配置策略在選擇網絡設備時，應綜合考慮性能、可靠性、擴展性、可管理性以及成本等因素，選擇適合自身網絡需求的設備。配置策略制定根據網絡拓撲結構、業(yè)務需求和安全要求，制定相應的設備配置策略。例如，合理規(guī)劃IP地址、劃分VLAN、配置路由協議和訪問控制列表等。設備配置優(yōu)化在設備運行過程中，應定期檢查和優(yōu)化設備配置，以提高網絡性能和安全性。例如，優(yōu)化路由協議參數、調整端口速率限制、啟用日志審計功能等。設備選型原則網絡安全與管理策略08網絡安全是指通過技術、管理和法律手段，保護計算機網絡系統(tǒng)及其中的數據不受未經授權的訪問、攻擊、破壞或篡改的能力。網絡安全定義隨著互聯網的普及和信息技術的發(fā)展，網絡安全問題日益突出，已經成為國家安全、社會穩(wěn)定和經濟發(fā)展的重要保障。網絡安全的重要性包括保密性、完整性、可用性和可控性等四個方面，是評價網絡安全性的基本指標。網絡安全的基本原則網絡安全的基本概念常見網絡安全威脅包括病毒、蠕蟲、木馬、惡意軟件、釣魚攻擊、DDoS攻擊等，這些威脅可能導致數據泄露、系統(tǒng)癱瘓、網絡擁堵等嚴重后果。防范措施為了應對網絡安全威脅，需要采取一系列防范措施，如安裝殺毒軟件、定期更新操作系統(tǒng)和應用程序補丁、限制不必要的網絡訪問、使用強密碼并定期更換、備份重要數據等。安全意識和培訓提高用戶的安全意識和技能是防范網絡安全威脅的關鍵，因此需要定期開展網絡安全培訓和演練，提高用戶的防范意識和應急響應能力。常見網絡安全威脅及防范措施網絡管理的定義網絡管理是指對計算機網絡系統(tǒng)進行規(guī)劃、設計、實施、監(jiān)控和維護的