(2024年)完整版《计算机网络》教案x

2024年完整版《计算机网络》教案x2023REPORTING12024/3/26课程介绍与目标基础知识回顾与拓展局域网技术及应用广域网技术及应用网络层协议与路由算法传输层协议与端口号管理应用层协议与网络安全策略目录CATALOGUE202322024/3/26PART01课程介绍与目标2023REPORTING32024/3/26计算机网络是由多台地理上分散的、具有独立功能的计算机通过通信设备和线路连接起来，在相应软件的支持下实现数据通信和资源共享的系统。从20世纪60年代的ARPANET到如今的互联网，计算机网络经历了从简单到复杂、从局部到全球的发展历程。计算机网络定义及发展历程计算机网络的发展历程计算机网络的定义42024/3/26课程目标与要求课程目标本课程的目标是让学生掌握计算机网络的基本概念和原理，理解网络协议和体系结构，掌握网络应用和开发技术，具备分析和解决网络问题的能力。课程要求要求学生具备一定的计算机基础知识，如操作系统、数据结构和算法等；同时需要学生具备一定的编程能力，如C/C或Python等编程语言。52024/3/26教材推荐《计算机网络（第7版）》-谢希仁编著，电子工业出版社；《计算机网络概论》-JamesF.Kurose,KeithW.Ross编著，机械工业出版社。参考资料推荐RFC文档、网络协议标准、相关学术论文和博客等。此外，还可以参考一些优秀的在线课程和学习资源，如Coursera、edX和MOOC等平台上的相关课程。教材及参考资料推荐62024/3/26PART02基础知识回顾与拓展2023REPORTING72024/3/26负责传输比特流，提供物理连接和电气特性。物理层负责将数据组合成帧，进行差错控制和流量控制。数据链路层负责路由选择和逻辑地址寻址，实现不同网络之间的通信。网络层OSI七层模型及各层功能82024/3/26传输层会话层表示层应用层OSI七层模型及各层功能提供可靠的端到端数据传输服务，确保数据的完整性和顺序性。负责数据格式的转换和加密解密等操作，确保数据的可读性和安全性。负责建立、管理和终止会话，提供同步和对话控制功能。提供网络应用程序的接口，实现各种网络应用服务。92024/3/26TCP/IP协议族及其关系01TCP/IP协议族是一组网络通信协议的集合，包括TCP、UDP、IP、ICMP、ARP等协议。02TCP/IP协议族分为四层，分别是应用层、传输层、网络层和链路层。03各层协议之间通过接口进行通信，上层协议使用下层协议提供的服务。04TCP/IP协议族与OSI七层模型有对应关系，但也有一些差异和简化。102024/3/26实现不同网络之间的数据转发和路由选择。常见网络设备与功能路由器实现局域网内数据帧的转发和过滤。交换机实现多台设备之间的物理连接和数据共享。集线器实现计算机与网络之间的物理连接和数据传输。网卡扩大网络传输距离，实现信号的放大和整形。中继器连接两个相似的网络，实现数据的转发和过滤。网桥112024/3/26PART03局域网技术及应用2023REPORTING122024/3/26局域网基本概念和特点局域网（LocalAreaNetwo…在有限地理范围内，通过各种传输媒介将各种计算机设备互连起来，实现数据传输和资源共享的计算机网络。地理范围有限通常局限于一个建筑物、校园或企业园区内。高数据传输速率由于传输距离短，局域网通常具有较高的数据传输速率。易于管理和维护相对于广域网而言，局域网的结构更简单，更易于管理和维护。132024/3/26采用基带传输技术以太网使用双绞线或光纤作为传输媒介，采用基带传输方式，即直接传输数字信号。CSMA/CD协议以太网采用带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）协议，以解决多个站点同时发送数据时可能产生的冲突问题。以太网技术原理及配置方法142024/3/26MAC地址：以太网中的每个设备都有一个唯一的物理地址，称为MAC地址，用于标识设备的身份。以太网技术原理及配置方法152024/3/2603划分VLAN根据实际需求划分虚拟局域网（VLAN），以提高网络的安全性和管理效率。01选择合适的传输媒介根据实际需求选择合适的双绞线或光纤作为传输媒介。02配置网络设备包括网卡、交换机、路由器等网络设备的配置，以确保数据的正常传输。以太网技术原理及配置方法162024/3/26无线局域网采用无线传输技术，如Wi-Fi、蓝牙等，实现数据的无线传输。无线传输技术无线局域网中设置无线接入点，提供无线网络的接入服务。无线接入点（AP）无线局域网技术及应用场景172024/3/26无线客户端：用户设备通过无线网卡等无线客户端设备接入无线局域网。无线局域网技术及应用场景182024/3/26在家庭环境中，通过无线局域网实现电脑、手机、平板等设备之间的互联和数据共享。家庭网络企业网络公共场所网络在企业园区内，通过无线局域网为员工提供便捷的无线网络接入服务，提高工作效率。在机场、酒店、咖啡厅等公共场所，通过无线局域网为公众提供免费的无线网络服务。030201无线局域网技术及应用场景192024/3/26PART04广域网技术及应用2023REPORTING202024/3/26广域网（WideAreaNetwork，WAN）的…覆盖地理范围广泛，连接多个城市、国家甚至全球范围的网络。要点一要点二广域网的特点传输距离长，通信线路复杂，数据传输速率相对较低，主要依赖于公共通信网络（如电话网、光纤网等）。广域网基本概念和特点212024/3/26PPP（Point-to-PointProtocol…一种数据链路层协议，用于在点对点链路上封装网络层数据报。PPP协议具有简单、灵活、可扩展等优点，广泛应用于广域网接入。要点一要点二PPP协议配置方法包括基本配置（如封装格式、认证方式等）、高级配置（如多链路捆绑、回拨等）以及故障排除等。具体配置步骤因设备和操作系统而异，需参考相关文档进行配置。PPP协议原理及配置方法222024/3/26宽带接入技术及应用场景包括DSL（数字用户线路）、CableModem（电缆调制解调器）、FTTx（光纤到x，如FTTH光纤到户）等。这些技术提供了更高的数据传输速率和更稳定的连接性能，满足了不同用户的需求。宽带接入技术宽带接入技术广泛应用于家庭、企业、学校等场景。在家庭场景中，用户可以通过宽带接入访问互联网、观看在线视频、进行在线游戏等；在企业场景中，宽带接入可以支持远程办公、视频会议、云计算等应用；在学校场景中，宽带接入可以支持在线教育、远程实验室等应用。应用场景232024/3/26PART05网络层协议与路由算法2023REPORTING242024/3/26介绍A、B、C、D、E五类IP地址的范围和特点，以及特殊IP地址（如环回地址、广播地址等）的用途。IP地址分类详细解释子网掩码的概念和作用，以及如何通过子网掩码将IP地址划分为网络地址和主机地址。子网划分原理介绍无类别域间路由（CIDR）表示法的原理和应用，包括如何表示子网掩码和聚合路由。CIDR表示法IP地址规划及子网划分方法252024/3/26123简要介绍ARP协议的作用和工作原理，以及在局域网中的重要性。ARP协议概述详细解释ARP请求和应答报文的格式和内容，包括硬件类型、协议类型、硬件地址长度、协议地址长度等字段的含义。ARP报文格式阐述ARP协议在局域网中的工作过程，包括ARP请求和应答的发送和接收流程，以及ARP缓存的作用和管理方式。ARP工作过程ARP协议原理及实现过程262024/3/26ICMP报文类型详细列举ICMP协议中常见的报文类型，如回显请求/应答、目的不可达、超时等，并解释每种报文的作用和应用场景。ICMP应用场景阐述ICMP协议在网络管理和故障诊断中的应用，如ping命令、traceroute命令等，并分析这些工具的工作原理和实现方式。ICMP协议概述简要介绍ICMP协议的作用和工作原理，以及在IP网络中的重要性。ICMP协议功能及应用场景272024/3/26PART06传输层协议与端口号管理2023REPORTING282024/3/26VSTCP是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。它通过确认机制、重传机制、流量控制和拥塞控制等机制保证数据的可靠传输。三次握手过程在TCP连接建立过程中，需要客户端和服务器总共进行三次握手。第一次握手，客户端发送一个SYN报文到服务器，询问服务器是否打开并准备好接受数据。第二次握手，服务器回应一个SYN-ACK报文，确认收到SYN报文并询问客户端是否准备好发送数据。第三次握手，客户端发送一个ACK报文，确认服务器的SYN-ACK报文，此时连接建立成功。TCP协议原理TCP协议原理及三次握手过程292024/3/26UDP协议特点UDP是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层协议。它不保证数据的可靠传输，也不进行流量控制和拥塞控制，因此具有较低的传输延迟和开销。应用场景由于UDP协议具有无连接、低延迟的特点，因此适用于一些实时性要求较高、可以容忍数据丢失的应用场景，如在线视频、实时游戏、VoIP等。UDP协议特点及应用场景302024/3/26端口号是传输层协议用于识别应用程序进程的标识符。在TCP/IP协议栈中，端口号唯一标识了一个主机上的一个应用程序进程。端口号分为知名端口号、注册端口号和动态/私有端口号三类。知名端口号是众所周知的，被分配给了一些常用的服务程序，如HTTP的80端口、HTTPS的443端口等。注册端口号被IANA分配给了一些特定的应用程序，但不像知名端口号那样广为人知。动态/私有端口号则是由操作系统动态分配的，用于临时使用。端口号概念分配规则端口号概念及分配规则312024/3/26PART07应用层协议与网络安全策略2023REPORTING322024/3/26HTTP（HypertextTransferProtocol）是一种应用层协议，用于在Web浏览器和服务器之间传输数据。它基于TCP/IP协议栈，采用请求/响应模型进行通信。HTTP协议定义了请求方法（如GET、POST等）、请求头、响应头和数据传输格式等规范。HTTPS（HTTPoverSSL/TLS）是在HTTP协议基础上增加了SSL/TLS加密层，用于在Web浏览器和服务器之间安全地传输数据。SSL/TLS协议通过对传输的数据进行加密和签名，确保数据的机密性、完整性和身份验证。配置HTTP/HTTPS协议通常涉及服务器端和客户端两个方面。服务器端需要配置Web服务器软件（如Apache、Nginx等）以支持HTTP/HTTPS协议，并安装SSL/TLS证书以实现加密通信。客户端则需要配置浏览器以信任服务器的SSL/TLS证书，并确保使用正确的URL访问服务器。HTTP协议原理HTTPS协议原理配置方法HTTP/HTTPS协议原理及配置方法332024/3/26DNS域名解析过程DNS（DomainNameSystem）域名解析是将域名转换为IP地址的过程。当用户在浏览器中输入一个域名时，浏览器会向DNS服务器发送解析请求。DNS服务器根据域名层次结构逐级查询，最终找到与域名对应的IP地址，并将其返回给浏览器。配置方法配置DNS域名解析通常涉及服务器端和客户端两个方面。服务器端需要配置DNS服务器软件（如Bind、PowerDNS等），并添加相应的域名和IP地址映射记录。客户端则需要配置网络设置以使用正确的DNS服务器，并确保本地hosts文件中没有与解析的域名冲突的记录。DNS域名解析过程及配置方法342024/3/26防火墙策略防火墙是网络安全的基础设施之一，可以通过过滤网络数据包来阻止未经授权的访问和攻击。常见的防火墙策略包括允许/拒绝特定IP地址或端口的访问、限制网络服务的访问权限等。数据加密策略数据加密是保护数据机密性和完整性的重要手段之一。常见的数据加密策略包括使用强加密算法对