計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識教學(xué)大綱一、前言在數(shù)字化時(shí)代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已成為信息社會的基石，滲透到生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)的方方面面。無論是日常的信息獲取、社交溝通，還是企業(yè)的業(yè)務(wù)運(yùn)營、國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，都高度依賴于穩(wěn)定、高效、安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。本教學(xué)大綱旨在系統(tǒng)梳理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識，幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)知識體系，理解網(wǎng)絡(luò)通信的基本原理與關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)或?qū)嶋H應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本大綱適用于對計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息技術(shù)、軟件工程等相關(guān)領(lǐng)域感興趣的初學(xué)者，或需要具備網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識的從業(yè)人員。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)員應(yīng)能掌握網(wǎng)絡(luò)的基本概念、體系結(jié)構(gòu)、核心協(xié)議及典型應(yīng)用，并具備初步分析和解決簡單網(wǎng)絡(luò)問題的能力。二、課程目標(biāo)1.知識目標(biāo)：*理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、功能、分類及主要性能指標(biāo)。*掌握網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基本思想，深刻理解OSI參考模型與TCP/IP協(xié)議族的層次劃分及其各層的主要功能。*熟悉物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)用層的核心協(xié)議與關(guān)鍵技術(shù)。*了解常用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如集線器、交換機(jī)、路由器）的工作原理與功能。*掌握IP地址、子網(wǎng)劃分、域名系統(tǒng)等基本概念。*理解網(wǎng)絡(luò)安全的基本威脅與防護(hù)思路。2.能力目標(biāo)：*能夠運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)基本概念分析網(wǎng)絡(luò)的組成與工作方式。*能夠識別和解釋常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議報(bào)文格式與交互過程。*初步具備配置和管理小型局域網(wǎng)的能力。*能夠使用常用的網(wǎng)絡(luò)診斷工具（如ping、tracert、ipconfig/ifconfig）分析簡單的網(wǎng)絡(luò)故障。*培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)安全意識，能夠采取基本措施保護(hù)個人信息和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全。三、課程內(nèi)容模塊一：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念*什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：定義、形成與發(fā)展歷程簡介。*計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能：數(shù)據(jù)通信、資源共享、分布式處理、提高可靠性、負(fù)載均衡。*計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類：按覆蓋范圍（LAN,WAN,MAN）、按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（總線型、星型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀）、按傳輸介質(zhì)（有線、無線）。*網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：常見拓?fù)涞奶攸c(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及適用場景。2.網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)*帶寬、吞吐量、時(shí)延（發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延）、時(shí)延帶寬積、往返時(shí)間RTT、丟包率。*如何衡量網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）：基本概念。3.網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織*常見國際標(biāo)準(zhǔn)化組織簡介：ISO,IEC,ITU-T,IEEE,IETF等。模塊二：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議1.協(xié)議的基本概念*協(xié)議三要素：語法、語義、同步（時(shí)序）。*接口與服務(wù)的概念。2.分層體系結(jié)構(gòu)*分層的思想與優(yōu)點(diǎn)：各層獨(dú)立、靈活性好、結(jié)構(gòu)上可分割開、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)、能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。*服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP）。*面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)。3.OSI參考模型*七層結(jié)構(gòu)：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。*各層的主要功能與數(shù)據(jù)單元。*OSI模型的意義與局限性。4.TCP/IP協(xié)議族*四層/五層結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層（IP層）、運(yùn)輸層（TCP/UDP層）、應(yīng)用層。*各層的主要協(xié)議與功能。*OSI模型與TCP/IP模型的比較與對應(yīng)關(guān)系。模塊三：物理層1.物理層基本概念*物理層的主要任務(wù)：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性、規(guī)程特性。*數(shù)據(jù)通信的基本概念：信號、數(shù)據(jù)、碼元、速率、帶寬、信道。2.傳輸介質(zhì)*導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：雙絞線、同軸電纜、光纖（單模、多模）。各自的特點(diǎn)、性能、應(yīng)用場景。*非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：無線電波、微波、紅外線、可見光。各自的特點(diǎn)與應(yīng)用。3.信道復(fù)用技術(shù)*頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（STDM）、波分復(fù)用（WDM）、碼分復(fù)用（CDM/CDMA）的基本原理與特點(diǎn)。4.數(shù)字傳輸與模擬傳輸*基帶傳輸與寬帶傳輸。*編碼與調(diào)制：數(shù)字信號的編碼（非歸零碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼）；模擬信號的調(diào)制（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相）。模塊四：數(shù)據(jù)鏈路層1.數(shù)據(jù)鏈路層基本概念*數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能：封裝成幀、差錯控制、流量控制、鏈路管理。*幀定界：字節(jié)填充法、比特填充法。2.差錯控制*差錯的產(chǎn)生原因：噪聲。*檢錯碼：奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余檢驗(yàn)（CRC）。*糾錯碼的基本思想（簡介）。3.流量控制與可靠傳輸機(jī)制*流量控制的目的。*停止-等待協(xié)議。*后退N幀協(xié)議（GBN）。*選擇重傳協(xié)議（SR）。4.介質(zhì)訪問控制（MAC）*廣播信道的特點(diǎn)與問題：碰撞。*隨機(jī)接入MAC協(xié)議：ALOHA協(xié)議、CSMA協(xié)議、CSMA/CD協(xié)議（載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測）、CSMA/CA協(xié)議（載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞避免）。*受控接入MAC協(xié)議：令牌傳遞協(xié)議（簡介）。5.局域網(wǎng)技術(shù)*局域網(wǎng)的特點(diǎn)與拓?fù)洹?以太網(wǎng)（Ethernet）：基本工作原理、MAC地址、以太網(wǎng)幀格式。*以太網(wǎng)的發(fā)展：傳統(tǒng)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、萬兆以太網(wǎng)。*交換機(jī)的工作原理：自學(xué)習(xí)、轉(zhuǎn)發(fā)/過濾、生成樹協(xié)議（STP）簡介。*虛擬局域網(wǎng)（VLAN）的基本概念與作用。模塊五：網(wǎng)絡(luò)層1.網(wǎng)絡(luò)層基本概念*網(wǎng)絡(luò)層的主要功能：路由選擇、分組轉(zhuǎn)發(fā)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、擁塞控制。*數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)與虛電路服務(wù)。2.IP協(xié)議*IPv4地址：分類地址（A、B、C、D、E類）、點(diǎn)分十進(jìn)制表示。*子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼：子網(wǎng)的概念、子網(wǎng)掩碼的作用、子網(wǎng)地址的計(jì)算。*CIDR（無類別域間路由）：CIDR記法、路由聚合（超網(wǎng)）。*IP數(shù)據(jù)報(bào)格式：版本、首部長度、總長度、TTL、協(xié)議字段、源地址、目的地址、選項(xiàng)等。*IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程。3.路由算法與路由協(xié)議*路由算法分類：靜態(tài)路由與動態(tài)路由。*常用動態(tài)路由算法原理簡介：距離向量路由算法（RIP）、鏈路狀態(tài)路由算法（OSPF）。*自治系統(tǒng)（AS）的概念。*內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）與外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）：RIP、OSPF、BGP的基本作用與特點(diǎn)。4.ICMP協(xié)議*Internet控制報(bào)文協(xié)議：作用、常見報(bào)文類型（如回聲請求與應(yīng)答、目的不可達(dá)、超時(shí)）。*ping命令的工作原理。*traceroute/tracert命令的工作原理。5.ARP協(xié)議*地址解析協(xié)議：作用（IP地址到MAC地址的映射）、工作過程（請求與應(yīng)答）、ARP緩存。*RARP協(xié)議簡介。6.IPv6簡介*IPv6的產(chǎn)生背景（IPv4地址耗盡問題）。*IPv6地址表示法與主要特點(diǎn)。*IPv4向IPv6過渡的技術(shù)簡介（雙棧、隧道、NAT-PT）。模塊六：運(yùn)輸層1.運(yùn)輸層基本概念*運(yùn)輸層的作用：為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的邏輯通信。*端口的概念：熟知端口、注冊端口、動態(tài)/私有端口。*復(fù)用與分用：向上的復(fù)用，向下的分用。2.UDP協(xié)議*用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）的特點(diǎn)：無連接、不可靠、面向報(bào)文、盡最大努力交付、首部簡單、效率高。*UDP數(shù)據(jù)報(bào)格式：源端口、目的端口、長度、檢驗(yàn)和。*UDP的適用場景。3.TCP協(xié)議*傳輸控制協(xié)議（TCP）的特點(diǎn)：面向連接、可靠傳輸、面向字節(jié)流、全雙工通信、擁塞控制、流量控制。*TCP連接的建立（三次握手）與釋放（四次揮手）過程及原因。*TCP報(bào)文段格式：序號、確認(rèn)號、數(shù)據(jù)偏移、保留、控制位（SYN,ACK,FIN,RST,PSH,URG）、窗口大小、檢驗(yàn)和、緊急指針。*TCP可靠傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)：校驗(yàn)和、確認(rèn)、超時(shí)重傳、流量控制（滑動窗口機(jī)制）、擁塞控制（慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復(fù)）。模塊七：應(yīng)用層1.應(yīng)用層基本概念*應(yīng)用層協(xié)議的特點(diǎn)與分類。*客戶/服務(wù)器（C/S）模式、對等（P2P）模式。2.域名系統(tǒng)（DNS）*DNS的作用：域名到IP地址的解析。*域名結(jié)構(gòu)：根域、頂級域、二級域、主機(jī)名。*DNS服務(wù)器的類型：根域名服務(wù)器、頂級域名服務(wù)器、權(quán)威域名服務(wù)器、本地域名服務(wù)器。*DNS解析過程：遞歸查詢與迭代查詢。*狀態(tài)碼：2xx（成功）、3xx（重定向）、4xx（客戶端錯誤）、5xx（服務(wù)器錯誤）。*持久連接與非持久連接。4.文件傳輸協(xié)議（FTP）*FTP的功能與工作原理：控制連接與數(shù)據(jù)連接。*主動模式與被動模式。5.電子郵件（Email）*電子郵件系統(tǒng)的組成：用戶代理、郵件服務(wù)器、郵件協(xié)議。*主要協(xié)議：SMTP（發(fā)送）、POP3/IMAP（接收）。模塊八：網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)1.網(wǎng)絡(luò)安全基本概念*網(wǎng)絡(luò)安全的目標(biāo)：機(jī)密性、完整性、可用性（CIA三元組）。*常見的網(wǎng)絡(luò)威脅：病毒、蠕蟲、木馬、勒索軟件、釣魚、DDoS攻擊、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽、ARP欺騙。2.基本防護(hù)技術(shù)*防火墻技術(shù)：包過濾防火墻、應(yīng)用網(wǎng)關(guān)防火墻的基本原理。*入侵檢測系統(tǒng)（IDS）與入侵防御系統(tǒng)（IPS）簡介。*數(shù)據(jù)加密技術(shù)簡介：對稱加密與非對稱加密的基本概念。*數(shù)字簽名的基本概念。*訪問控制與身份認(rèn)證。3.個人網(wǎng)絡(luò)安全意識*強(qiáng)密碼策略、軟件及時(shí)更新、不輕易打開不明郵件附件、公共Wi-Fi安全等。模塊九：網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐（建議）1.網(wǎng)絡(luò)命令的使用：ping,ipconfig/ifconfig,tracert/traceroute,netstat,route,arp。3.簡單局域網(wǎng)的搭建與配置（如使用交換機(jī)連接多臺計(jì)算機(jī)，設(shè)置IP地址，測試連通性）。4.路由器基本配置與靜態(tài)路由配置（模擬環(huán)境或真實(shí)設(shè)備）。5.體驗(yàn)DNS解析過程，修改hosts文件進(jìn)行本地域名解析。四、課程安排建議（總學(xué)時(shí)：XX學(xué)時(shí)，其中理論XX學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐XX學(xué)時(shí)）*（注：此處XX需根據(jù)實(shí)際教學(xué)計(jì)劃填寫，例如總計(jì)64學(xué)時(shí)，理論48學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)。各模塊學(xué)時(shí)分配可根據(jù)側(cè)重點(diǎn)調(diào)整。）*模塊一：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述（約X學(xué)時(shí)）*模塊二：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議（約X學(xué)時(shí)）*模塊三：物理層（約X學(xué)時(shí)）*模塊四：數(shù)據(jù)鏈路層（約X學(xué)時(shí)）*模塊五：網(wǎng)絡(luò)層（約X學(xué)時(shí)，重點(diǎn)）*模塊六：運(yùn)輸層（約X學(xué)時(shí)，重點(diǎn)）*模塊七：應(yīng)用層（約X學(xué)時(shí)，重點(diǎn)）*模塊八：網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)（約X學(xué)時(shí)）*模塊九：網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐（約X學(xué)時(shí)，分散或集中安排）*復(fù)習(xí)與考核（約X學(xué)時(shí)）五、推薦閱讀資料1.《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第X版）》，謝希仁編著，電子工業(yè)出版社。（經(jīng)典國內(nèi)教材）2.《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法（第X版）》，JamesF.Kurose,KeithW.Ross著，陳鳴等譯，機(jī)械工業(yè)出版社。（經(jīng)典國外教材，自頂向下視角）3.RFC文檔：相關(guān)協(xié)議的原始定義，如RFC791(IPv4),RFC793(TCP),RF