2024版《计算机网络技术基础》课程教案(完整版)

《计算机网络技术基础》课程教案(完整版)课程介绍与目标计算机网络基础知识数据通信原理与技术网络体系结构及协议局域网技术及应用广域网技术及应用网络互联与设备配置网络安全与管理策略contents目录课程介绍与目标01随着互联网的广泛应用，计算机网络技术已成为现代社会不可或缺的一部分，掌握计算机网络技术对于个人发展和社会进步具有重要意义。互联网技术的普及与发展当前，信息化已渗透到各个领域，计算机网络技术是信息化的重要支撑，对于推动社会经济发展具有重要作用。信息化时代的需求为了满足社会对计算机网络技术人才的需求，本课程旨在培养学生掌握计算机网络技术的基本概念和原理，具备基本的网络设计、配置和管理能力。培养专业人才的需要课程背景与意义掌握计算机网络的基本概念、原理和技术，了解网络协议、网络设备等基本知识。知识目标能力目标素质目标具备基本的网络设计、配置和管理能力，能够运用所学知识解决实际问题。培养学生的创新意识和团队协作精神，提高学生的综合素质和职业素养。030201教学目标与要求《计算机网络技术基础》（第二版），谢希仁编著，电子工业出版社。教材选用《计算机网络》（第五版），AndrewS.Tanenbaum等著，清华大学出版社；《TCP/IP详解卷1：协议》，W.RichardStevens著，机械工业出版社。参考书目教材选用及参考书目计算机网络基础知识02计算机网络是指将多台计算机或设备连接起来，通过数据链路进行通信和资源共享的系统。按照覆盖范围和使用对象，计算机网络可分为局域网、城域网、广域网和互联网等类型。计算机网络的定义与分类分类定义面向终端的计算机网络，以单个计算机为中心，通过通信线路与多个终端相连，实现远程访问和数据共享。第一阶段计算机-计算机网络，以分组交换网为代表，实现了不同计算机之间的通信和资源共享。第二阶段开放式标准化网络，以TCP/IP协议族为代表，实现了不同厂商、不同操作系统之间的互连互通。第三阶段高速网络技术与互联网应用的发展，包括高速以太网、ATM技术、IP电话、视频会议等应用的广泛推广。第四阶段计算机网络的发展历程硬件组成01包括计算机、网络设备（如路由器、交换机等）、传输介质（如光纤、电缆等）等。软件组成02包括操作系统、网络协议、通信软件、网络管理软件等。其中，网络协议是计算机网络中实现通信的关键，常见的协议有TCP/IP、HTTP、FTP等。网络拓扑结构03指计算机网络中各个节点之间的连接方式，常见的有星型、环型、总线型等结构。不同的拓扑结构具有不同的特点和适用场景。计算机网络的基本组成数据通信原理与技术03

数据通信的基本概念数据通信的定义数据通信是指在两个或多个设备之间传输数据的过程，涉及信息的传输、处理、存储和检索等方面。数据通信系统的组成数据通信系统通常由数据源、数据宿、传输介质、发送设备和接收设备等部分组成。数据通信的主要指标数据通信的主要指标包括传输速率、误码率、信道容量和带宽等。数据传输方式包括并行传输和串行传输。并行传输是指同时传输多个比特，而串行传输是指逐位传输数据。数据传输方式传输介质是指用于连接网络设备的物理媒介，常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线传输介质等。传输介质不同的传输介质具有不同的特性，包括传输速率、传输距离、抗干扰能力和安全性等。传输介质的特性数据传输方式及传输介质数据编码数据编码是指将原始数据转换为适合传输的信号形式，常见的编码方式包括非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。调制技术调制技术是指将数字信号转换为模拟信号进行传输的过程，常见的调制方式包括幅移键控、频移键控和相移键控等。编码与调制的关系编码和调制是相互关联的过程，编码后的数字信号需要通过调制转换为适合传输的模拟信号，而接收端则需要通过解调将模拟信号还原为数字信号进行解码。数据编码与调制技术网络体系结构及协议04负责传输比特流，提供物理媒介接口，实现数据的透明传输。物理层负责建立、维持和释放数据链路的连接，以及数据链路层的流量控制和差错控制。数据链路层负责分组交换和路由选择，确保数据从源端传输到目的端。网络层OSI参考模型及各层功能OSI参考模型及各层功能提供端到端的可靠传输服务，处理数据报文的分段和重组。负责建立、管理和终止会话，以及同步活动。负责数据的表示、转换和加密等操作。提供网络应用服务，如文件传输、电子邮件、远程登录等。传输层会话层表示层应用层网络接口层网络层传输层应用层TCP/IP协议族及其层次结构01020304对应于OSI的物理层和数据链路层，负责数据的接收和发送。实现IP协议，负责路由选择和分组转发。实现TCP和UDP协议，提供可靠的或不可靠的数据传输服务。提供多种网络应用服务，如HTTP、FTP、SMTP等。FTP协议文件传输协议，用于从一个主机到另一个主机上的文件传输，默认端口为20和21。HTTP协议超文本传输协议，用于Web浏览器和服务器之间的通信，默认端口为80。SMTP协议简单邮件传输协议，用于发送电子邮件，默认端口为25。常见网络协议介绍POP3协议IMAP协议DNS协议SSH协议常见网络协议介绍邮局协议第三版，用于接收电子邮件，默认端口为110。域名系统协议，用于将域名解析为IP地址，默认端口为53。Internet邮件访问协议，用于邮件的获取和管理，默认端口为143。安全外壳协议，用于远程登录和管理网络设备，默认端口为22。局域网技术及应用05局域网（LocalAreaNetwork，LAN）是一种在小范围内实现计算机相互通信和资源共享的计算机网络。局域网的特点包括：范围小、传输速度快、误码率低、成本低等。常见的局域网类型有以太网（Ethernet）、令牌环网（TokenRing）、光纤分布式数据接口（FDDI）等。局域网的基本概念和特点以太网的组网方式包括星型、总线型、树型、环型等，其中星型网络具有易于维护和管理、扩展性强等优点。以太网的传输介质可以是同轴电缆、双绞线或光纤等，传输速率从10Mbps到100Gbps不等。以太网采用带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）机制，实现网络中计算机的相互通信。以太网的工作原理及组网方式无线局域网（WirelessLAN，WLAN）利用无线通信技术实现计算机之间的相互通信和资源共享。常见的无线局域网标准有IEEE802.11系列，包括802.11a、802.11b、802.11g、802.11n、802.11ac等，传输速率从1Mbps到数Gbps不等。无线局域网的应用场景包括家庭网络、企业网络、公共场所网络等，具有灵活性强、移动性好等优点。同时，也存在安全性差、易受干扰等问题。无线局域网的传输介质是空气，采用无线电波或红外线等无线传输技术。无线局域网技术及应用广域网技术及应用06广域网的基本概念和特点广域网（WideAreaNetwor…覆盖地理范围广泛，连接多个城市、国家甚至全球范围内的计算机网络。覆盖范围广可跨越多个地区和国家，实现远距离通信。传输速率低由于传输距离远，信号衰减和传输延迟较大，导致传输速率相对较低。网络结构复杂涉及多种不同类型的网络设备和通信协议，网络结构和管理相对复杂。第二季度第一季度第四季度第三季度专线接入拨号接入宽带接入无线接入常见的广域网接入方式通过租用专线或自建专线的方式，将本地网络直接连接到广域网中。这种方式具有较高的数据传输速率和稳定性，但成本较高。通过拨打电话线的方式，将计算机连接到广域网中。这种方式成本较低，但传输速率较慢且不稳定。利用宽带技术（如DSL、CableModem等）将计算机连接到广域网中。这种方式具有较高的传输速率和较好的稳定性，是目前较为常见的接入方式。通过无线网络技术（如3G、4G、5G等）将计算机连接到广域网中。这种方式具有移动性和灵活性，但传输速率和稳定性可能受到信号覆盖和干扰等因素的影响。静态路由选择算法：由网络管理员手动配置路由表，指定数据包的下一跳地址或出口接口。这种算法简单、稳定，但缺乏灵活性和自适应性。动态路由选择算法：通过路由协议（如OSPF、BGP等）动态学习网络拓扑结构，并根据一定的算法（如最短路径算法、负载均衡算法等）自动计算最佳路径。这种算法具有灵活性和自适应性，能够应对网络拓扑结构的变化和故障情况。常见的动态路由选择算法包括距离矢量路由算法（DistanceVectorRoutingAlgorithm）：每个路由器将其所知的路由信息以距离矢量的形式发送给相邻路由器，相邻路由器再根据接收到的信息更新自己的路由表。这种算法简单、易于实现，但在大型网络中可能存在路由环路和慢收敛等问题。链路状态路由算法（LinkStateRoutingAlgorithm）：每个路由器收集网络中所有链路的状态信息，构建完整的网络拓扑图，并根据最短路径算法计算最佳路径。这种算法具有较快的收敛速度和避免路由环路的能力，但实现较为复杂且需要较大的计算和存储资源。广域网中的路由选择算法网络互联与设备配置07123网络互联是指将两个或多个网络通过特定的设备和协议连接起来，实现数据交换和资源共享的过程。网络互联的定义网络互联可分为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等五个层次。不同层次的互联设备具有不同的功能和特点。网络互联的层次根据连接的网络类型不同，网络互联可分为局域网-局域网互联、局域网-广域网互联和广域网-广域网互联等。网络互联的类型网络互联的基本概念常见网络设备介绍及配置方法路由器路由器是实现不同网络之间互联的关键设备，具有路由选择和数据转发功能。配置路由器包括静态路由、动态路由协议（如OSPF、EIGRP等）以及访问控制列表等。交换机交换机是局域网中重要的网络设备，用于实现数据的快速交换。配置交换机主要涉及VLAN划分、端口聚合、STP协议等。防火墙防火墙是网络安全的重要设备，用于防止未经授权的访问和数据泄露。配置防火墙主要涉及安全策略制定、访问控制、NAT转换等。网络设备的选型与配置策略在选择网络设备时，应综合考虑性能、可靠性、扩展性、可管理性以及成本等因素，选择适合自身网络需求的设备。配置策略制定根据网络拓扑结构、业务需求和安全要求，制定相应的设备配置策略。例如，合理规划IP地址、划分VLAN、配置路由协议和访问控制列表等。设备配置优化在设备运行过程中，应定期检查和优化设备配置，以提高网络性能和安全性。例如，优化路由协议参数、调整端口速率限制、启用日志审计功能等。设备选型原则网络安全与管理策略08网络安全是指通过技术、管理和法律手段，保护计算机网络系统及其中的数据不受未经授权的访问、攻击、破坏或篡改的能力。网络安全定义随着互联网的普及和信息技术的发展，网络安全问题日益突出，已经成为国家安全、社会稳定和经济发展的重要保障。网络安全的重要性包括保密性、完整性、可用性和可控性等四个方面，是评价网络安全性的基本指标。网络安全的基本原则网络安全的基本概念常见网络安全威胁包括病毒、蠕虫、木马、恶意软件、钓鱼攻击、DDoS攻击等，这些威胁可能导致数据泄露、系统瘫痪、网络拥堵等严重后果。防范措施为了应对网络安全威胁，需要采取一系列防范措施，如安装杀毒软件、定期更新操作系统和应用程序补丁、限制不必要的网络访问、使用强密码并定期更换、备份重要数据等。安全意识和培训提高用户的安全意识和技能是防范网络安全威胁的关键，因此需要定期开展网络安全培训和演练，提高用户的防范意识和应急响应能力。常见网络安全威胁及防范措施网络管理的定义网络管理是指对计算机网络系统进行规划、设计、实施、监控和维护的