(2024年)完整版《計算機網(wǎng)絡》教案x

2024年完整版《計算機網(wǎng)絡》教案x2023REPORTING12024/3/26課程介紹與目標基礎知識回顧與拓展局域網(wǎng)技術及應用廣域網(wǎng)技術及應用網(wǎng)絡層協(xié)議與路由算法傳輸層協(xié)議與端口號管理應用層協(xié)議與網(wǎng)絡安全策略目錄CATALOGUE202322024/3/26PART01課程介紹與目標2023REPORTING32024/3/26計算機網(wǎng)絡是由多臺地理上分散的、具有獨立功能的計算機通過通信設備和線路連接起來，在相應軟件的支持下實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和資源共享的系統(tǒng)。從20世紀60年代的ARPANET到如今的互聯(lián)網(wǎng)，計算機網(wǎng)絡經(jīng)歷了從簡單到復雜、從局部到全球的發(fā)展歷程。計算機網(wǎng)絡定義及發(fā)展歷程計算機網(wǎng)絡的發(fā)展歷程計算機網(wǎng)絡的定義42024/3/26課程目標與要求課程目標本課程的目標是讓學生掌握計算機網(wǎng)絡的基本概念和原理，理解網(wǎng)絡協(xié)議和體系結構，掌握網(wǎng)絡應用和開發(fā)技術，具備分析和解決網(wǎng)絡問題的能力。課程要求要求學生具備一定的計算機基礎知識，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結構和算法等；同時需要學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《計算機網(wǎng)絡（第7版）》-謝希仁編著，電子工業(yè)出版社；《計算機網(wǎng)絡概論》-JamesF.Kurose,KeithW.Ross編著，機械工業(yè)出版社。參考資料推薦RFC文檔、網(wǎng)絡協(xié)議標準、相關學術論文和博客等。此外，還可以參考一些優(yōu)秀的在線課程和學習資源，如Coursera、edX和MOOC等平臺上的相關課程。教材及參考資料推薦62024/3/26PART02基礎知識回顧與拓展2023REPORTING72024/3/26負責傳輸比特流，提供物理連接和電氣特性。物理層負責將數(shù)據(jù)組合成幀，進行差錯控制和流量控制。數(shù)據(jù)鏈路層負責路由選擇和邏輯地址尋址，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的通信。網(wǎng)絡層OSI七層模型及各層功能82024/3/26傳輸層會話層表示層應用層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，確保數(shù)據(jù)的完整性和順序性。負責數(shù)據(jù)格式的轉換和加密解密等操作，確保數(shù)據(jù)的可讀性和安全性。負責建立、管理和終止會話，提供同步和對話控制功能。提供網(wǎng)絡應用程序的接口，實現(xiàn)各種網(wǎng)絡應用服務。92024/3/26TCP/IP協(xié)議族及其關系01TCP/IP協(xié)議族是一組網(wǎng)絡通信協(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，分別是應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層和鏈路層。03各層協(xié)議之間通過接口進行通信，上層協(xié)議使用下層協(xié)議提供的服務。04TCP/IP協(xié)議族與OSI七層模型有對應關系，但也有一些差異和簡化。102024/3/26實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)轉發(fā)和路由選擇。常見網(wǎng)絡設備與功能路由器實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)幀的轉發(fā)和過濾。交換機實現(xiàn)多臺設備之間的物理連接和數(shù)據(jù)共享。集線器實現(xiàn)計算機與網(wǎng)絡之間的物理連接和數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)卡擴大網(wǎng)絡傳輸距離，實現(xiàn)信號的放大和整形。中繼器連接兩個相似的網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉發(fā)和過濾。網(wǎng)橋112024/3/26PART03局域網(wǎng)技術及應用2023REPORTING122024/3/26局域網(wǎng)基本概念和特點局域網(wǎng)（LocalAreaNetwo…在有限地理范圍內(nèi)，通過各種傳輸媒介將各種計算機設備互連起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和資源共享的計算機網(wǎng)絡。地理范圍有限通常局限于一個建筑物、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。易于管理和維護相對于廣域網(wǎng)而言，局域網(wǎng)的結構更簡單，更易于管理和維護。132024/3/26采用基帶傳輸技術以太網(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。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，以解決多個站點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時可能產(chǎn)生的沖突問題。以太網(wǎng)技術原理及配置方法142024/3/26MAC地址：以太網(wǎng)中的每個設備都有一個唯一的物理地址，稱為MAC地址，用于標識設備的身份。以太網(wǎng)技術原理及配置方法152024/3/2603劃分VLAN根據(jù)實際需求劃分虛擬局域網(wǎng)（VLAN），以提高網(wǎng)絡的安全性和管理效率。01選擇合適的傳輸媒介根據(jù)實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)絡設備包括網(wǎng)卡、交換機、路由器等網(wǎng)絡設備的配置，以確保數(shù)據(jù)的正常傳輸。以太網(wǎng)技術原理及配置方法162024/3/26無線局域網(wǎng)采用無線傳輸技術，如Wi-Fi、藍牙等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。無線傳輸技術無線局域網(wǎng)中設置無線接入點，提供無線網(wǎng)絡的接入服務。無線接入點（AP）無線局域網(wǎng)技術及應用場景172024/3/26無線客戶端：用戶設備通過無線網(wǎng)卡等無線客戶端設備接入無線局域網(wǎng)。無線局域網(wǎng)技術及應用場景182024/3/26在家庭環(huán)境中，通過無線局域網(wǎng)實現(xiàn)電腦、手機、平板等設備之間的互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享。家庭網(wǎng)絡企業(yè)網(wǎng)絡公共場所網(wǎng)絡在企業(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)絡接入服務，提高工作效率。在機場、酒店、咖啡廳等公共場所，通過無線局域網(wǎng)為公眾提供免費的無線網(wǎng)絡服務。030201無線局域網(wǎng)技術及應用場景192024/3/26PART04廣域網(wǎng)技術及應用2023REPORTING202024/3/26廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）的…覆蓋地理范圍廣泛，連接多個城市、國家甚至全球范圍的網(wǎng)絡。要點一要點二廣域網(wǎng)的特點傳輸距離長，通信線路復雜，數(shù)據(jù)傳輸速率相對較低，主要依賴于公共通信網(wǎng)絡（如電話網(wǎng)、光纖網(wǎng)等）。廣域網(wǎng)基本概念和特點212024/3/26PPP（Point-to-PointProtocol…一種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，用于在點對點鏈路上封裝網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)報。PPP協(xié)議具有簡單、靈活、可擴展等優(yōu)點，廣泛應用于廣域網(wǎng)接入。要點一要點二PPP協(xié)議配置方法包括基本配置（如封裝格式、認證方式等）、高級配置（如多鏈路捆綁、回撥等）以及故障排除等。具體配置步驟因設備和操作系統(tǒng)而異，需參考相關文檔進行配置。PPP協(xié)議原理及配置方法222024/3/26寬帶接入技術及應用場景包括DSL（數(shù)字用戶線路）、CableModem（電纜調制解調器）、FTTx（光纖到x，如FTTH光纖到戶）等。這些技術提供了更高的數(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。寬帶接入技術寬帶接入技術廣泛應用于家庭、企業(yè)、學校等場景。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、進行在線游戲等；在企業(yè)場景中，寬帶接入可以支持遠程辦公、視頻會議、云計算等應用；在學校場景中，寬帶接入可以支持在線教育、遠程實驗室等應用。應用場景232024/3/26PART05網(wǎng)絡層協(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，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)絡地址和主機地址。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)議概述詳細解釋ARP請求和應答報文的格式和內(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報文格式闡述ARP協(xié)議在局域網(wǎng)中的工作過程，包括ARP請求和應答的發(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)議原理及實現(xiàn)過程262024/3/26ICMP報文類型詳細列舉ICMP協(xié)議中常見的報文類型，如回顯請求/應答、目的不可達、超時等，并解釋每種報文的作用和應用場景。ICMP應用場景闡述ICMP協(xié)議在網(wǎng)絡管理和故障診斷中的應用，如ping命令、traceroute命令等，并分析這些工具的工作原理和實現(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)絡中的重要性。ICMP協(xié)議功能及應用場景272024/3/26PART06傳輸層協(xié)議與端口號管理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。它通過確認機制、重傳機制、流量控制和擁塞控制等機制保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。三次握手過程在TCP連接建立過程中，需要客戶端和服務器總共進行三次握手。第一次握手，客戶端發(fā)送一個SYN報文到服務器，詢問服務器是否打開并準備好接受數(shù)據(jù)。第二次握手，服務器回應一個SYN-ACK報文，確認收到SYN報文并詢問客戶端是否準備好發(fā)送數(shù)據(jù)。第三次握手，客戶端發(fā)送一個ACK報文，確認服務器的SYN-ACK報文，此時連接建立成功。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UDP是一種無連接的、不可靠的、基于數(shù)據(jù)報的傳輸層協(xié)議。它不保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，也不進行流量控制和擁塞控制，因此具有較低的傳輸延遲和開銷。應用場景由于UDP協(xié)議具有無連接、低延遲的特點，因此適用于一些實時性要求較高、可以容忍數(shù)據(jù)丟失的應用場景，如在線視頻、實時游戲、VoIP等。UDP協(xié)議特點及應用場景302024/3/26端口號是傳輸層協(xié)議用于識別應用程序進程的標識符。在TCP/IP協(xié)議棧中，端口號唯一標識了一個主機上的一個應用程序進程。端口號分為知名端口號、注冊端口號和動態(tài)/私有端口號三類。知名端口號是眾所周知的，被分配給了一些常用的服務程序，如HTTP的80端口、HTTPS的443端口等。注冊端口號被IANA分配給了一些特定的應用程序，但不像知名端口號那樣廣為人知。動態(tài)/私有端口號則是由操作系統(tǒng)動態(tài)分配的，用于臨時使用。端口號概念分配規(guī)則端口號概念及分配規(guī)則312024/3/26PART07應用層協(xié)議與網(wǎng)絡安全策略2023REPORTING322024/3/26HTTP（HypertextTransferProtocol）是一種應用層協(xié)議，用于在Web瀏覽器和服務器之間傳輸數(shù)據(jù)。它基于TCP/IP協(xié)議棧，采用請求/響應模型進行通信。HTTP協(xié)議定義了請求方法（如GET、POST等）、請求頭、響應頭和數(shù)據(jù)傳輸格式等規(guī)范。HTTPS（HTTPoverSSL/TLS）是在HTTP協(xié)議基礎上增加了SSL/TLS加密層，用于在Web瀏覽器和服務器之間安全地傳輸數(shù)據(jù)。SSL/TLS協(xié)議通過對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密和簽名，確保數(shù)據(jù)的機密性、完整性和身份驗證。配置HTTP/HTTPS協(xié)議通常涉及服務器端和客戶端兩個方面。服務器端需要配置Web服務器軟件（如Apache、Nginx等）以支持HTTP/HTTPS協(xié)議，并安裝SSL/TLS證書以實現(xiàn)加密通信。客戶端則需要配置瀏覽器以信任服務器的SSL/TLS證書，并確保使用正確的URL訪問服務器。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換為IP地址的過程。當用戶在瀏覽器中輸入一個域名時，瀏覽器會向DNS服務器發(fā)送解析請求。DNS服務器根據(jù)域名層次結構逐級查詢，最終找到與域名對應的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器端和客戶端兩個方面。服務器端需要配置DNS服務器軟件（如Bind、PowerDNS等），并添加相應的域名和IP地址映射記錄?？蛻舳藙t需要配置網(wǎng)絡設置以使用正確的DNS服務器，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)絡安全的基礎設施之一，可以通過過濾網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包來阻止未經(jīng)授權的訪問和攻擊。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)絡服務的訪問權限等。數(shù)據(jù)加密策略數(shù)據(jù)加密是保護數(shù)據(jù)機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加密算法對