計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程教學(xué)課件---計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)課程教學(xué)課件前言：網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的基石在信息爆炸與數(shù)字化浪潮席卷全球的今天，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。從日常的網(wǎng)頁瀏覽、即時(shí)通訊，到企業(yè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)、云端服務(wù)，再到國家的關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施，無不依賴于高效、可靠、安全的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。本課程將帶領(lǐng)大家揭開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的神秘面紗，從基本概念入手，逐步深入核心技術(shù)與協(xié)議，最終能夠理解網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作機(jī)制，并具備初步的網(wǎng)絡(luò)分析與故障排查能力。本課件力求內(nèi)容專業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)構(gòu)清晰，深入淺出，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，幫助同學(xué)們不僅“知其然”，更“知其所以然”。---第一章：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將地理位置不同、具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路和通信設(shè)備連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。*核心目標(biāo)：資源共享（硬件、軟件、數(shù)據(jù)）、信息傳遞、分布式處理、提高可靠性。1.2網(wǎng)絡(luò)的基本特征*連通性：計(jì)算機(jī)之間能夠交換信息。*共享性：對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的硬件、軟件和數(shù)據(jù)資源進(jìn)行共享。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類*按覆蓋范圍：*局域網(wǎng)(LAN)：覆蓋范圍較小，如辦公室、校園。*城域網(wǎng)(MAN)：覆蓋范圍為城市。*廣域網(wǎng)(WAN)：覆蓋范圍廣泛，如國家、全球。*（補(bǔ)充：個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)）*按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：*總線型、星型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型。簡述各類型優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)景。*按傳輸介質(zhì)：*有線網(wǎng)絡(luò)：雙絞線、同軸電纜、光纖。*無線網(wǎng)絡(luò)：無線電波、紅外線、衛(wèi)星通信。*按使用范圍：*公用網(wǎng)、專用網(wǎng)。1.4網(wǎng)絡(luò)發(fā)展簡史與趨勢(shì)*簡述從ARPANET到Internet的演變。*展望未來趨勢(shì)：5G/6G、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算、人工智能與網(wǎng)絡(luò)融合。---第二章：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議2.1協(xié)議的基本概念*協(xié)議三要素：*語法(Syntax)：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。*語義(Semantics)：需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。*時(shí)序(Timing)：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。*協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信的“語言”，確保通信雙方能夠理解和交互。2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的意義*分層思想：將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信過程分解為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的層次，每個(gè)層次專注于解決特定問題，并通過層間接口提供服務(wù)。*優(yōu)點(diǎn)：各層獨(dú)立、接口清晰、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)、有利于標(biāo)準(zhǔn)化。2.3OSI七層參考模型*七層結(jié)構(gòu)（自上而下）：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。*各層主要功能與典型協(xié)議/設(shè)備：*物理層：比特流傳輸，定義機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。（如：RJ45接口、V.35協(xié)議）*數(shù)據(jù)鏈路層：將網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀，提供差錯(cuò)控制、流量控制，實(shí)現(xiàn)相鄰節(jié)點(diǎn)間可靠傳輸。（如：以太網(wǎng)MAC協(xié)議、PPP協(xié)議，交換機(jī)）*網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)分組從源端到目的端的選路和轉(zhuǎn)發(fā)，提供邏輯地址（IP地址）。（如：IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、路由協(xié)議，路由器）*運(yùn)輸層：為應(yīng)用進(jìn)程之間提供端到端的可靠或不可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。（如：TCP協(xié)議、UDP協(xié)議）*會(huì)話層：建立、管理和終止會(huì)話（對(duì)話）。（如：RPC、NetBIOS）*表示層：處理數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、加密解密、壓縮解壓等，確保不同系統(tǒng)能理解數(shù)據(jù)。（如：JPEG、MPEG、ASCII）*數(shù)據(jù)封裝與解封裝過程：圖示說明。2.4TCP/IP四層/五層模型*四層模型（自上而下）：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層、網(wǎng)絡(luò)接口層。*五層模型（更常用，便于教學(xué)）：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層。*與OSI模型的對(duì)比：重點(diǎn)說明對(duì)應(yīng)關(guān)系及主要差異（OSI更理論化，TCP/IP更實(shí)用）。*TCP/IP協(xié)議簇的核心地位。---第三章：物理層與數(shù)據(jù)鏈路層3.1物理層基本概念*功能：在傳輸介質(zhì)上傳輸原始比特流。*主要特性：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性、規(guī)程特性。*數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)：*信號(hào)：模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)。*信道：單向通信（單工）、雙向交替通信（半雙工）、雙向同時(shí)通信（全雙工）。*帶寬、數(shù)據(jù)率、碼元速率。*奈奎斯特定理與香農(nóng)定理。3.2傳輸介質(zhì)*導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：*雙絞線：UTP與STP，分類（如Cat5e,Cat6），優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用。*同軸電纜：基帶與寬帶，優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用。*光纖：單模與多模，優(yōu)缺點(diǎn)（帶寬大、抗干擾強(qiáng)、衰減小）及應(yīng)用。*非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)：*無線電波：覆蓋范圍廣，如Wi-Fi、藍(lán)牙。*微波：直線傳播，需視距傳輸，如衛(wèi)星通信、地面微波接力。*紅外線：短距離，如遙控器。3.3數(shù)據(jù)鏈路層基本功能*幀的封裝與解析：將網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成幀，添加首部和尾部。*差錯(cuò)控制：檢錯(cuò)（如CRC校驗(yàn)）與糾錯(cuò)。*流量控制：協(xié)調(diào)發(fā)送方和接收方的發(fā)送速率，防止接收方過載。*訪問控制（MAC）：解決多個(gè)節(jié)點(diǎn)共享信道的沖突問題。3.4局域網(wǎng)技術(shù)（以太網(wǎng)Ethernet）*以太網(wǎng)幀格式：目的MAC地址、源MAC地址、類型/長度、數(shù)據(jù)、FCS。*MAC地址：48位，全球唯一，固化在網(wǎng)卡中。*CSMA/CD協(xié)議：載波監(jiān)聽多點(diǎn)接入/碰撞檢測(cè)，用于共享式以太網(wǎng)。*工作原理：先聽后發(fā)、邊聽邊發(fā)、沖突停發(fā)、隨機(jī)重發(fā)。*以太網(wǎng)分類：傳統(tǒng)以太網(wǎng)（10BASE-T）、快速以太網(wǎng)（100BASE-T）、千兆以太網(wǎng)（1000BASE-T）等。*交換機(jī)工作原理：學(xué)習(xí)MAC地址表、轉(zhuǎn)發(fā)/過濾幀、消除環(huán)路（STP/RSTP）。3.5點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）*常用于撥號(hào)上網(wǎng)、路由器之間的廣域網(wǎng)連接。*主要功能：封裝IP數(shù)據(jù)報(bào)、鏈路控制協(xié)議(LCP)、網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)。---第四章：網(wǎng)絡(luò)層4.1網(wǎng)絡(luò)層的主要功能*路由選擇：選擇從源主機(jī)到目的主機(jī)的最佳路徑。*分組轉(zhuǎn)發(fā)：根據(jù)路由表將IP數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。*異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。*擁塞控制（部分協(xié)議實(shí)現(xiàn)）。4.2IP協(xié)議（IPv4）*IPv4地址：32位，點(diǎn)分十進(jìn)制表示。*IP地址結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)。*IP地址分類：A類、B類、C類、D類（組播）、E類（保留）（簡述各類范圍和特點(diǎn)）。*子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)劃分：*子網(wǎng)掩碼的作用：區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。*子網(wǎng)劃分的目的：提高IP地址利用率，便于管理。*CIDR（無類別域間路由）：斜線記法，如/24。*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IP地址、目的IP地址、數(shù)據(jù)部分。*IP層轉(zhuǎn)發(fā)流程：主機(jī)和路由器的轉(zhuǎn)發(fā)決策。4.3ICMP協(xié)議*Internet控制報(bào)文協(xié)議，用于在IP主機(jī)、路由器之間傳遞控制消息。*主要報(bào)文類型：*差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文：目的不可達(dá)、超時(shí)、參數(shù)問題等。*詢問報(bào)文：回顯請(qǐng)求/應(yīng)答（ping命令）、時(shí)間戳請(qǐng)求/應(yīng)答。4.4ARP協(xié)議與RARP協(xié)議*ARP（地址解析協(xié)議）：已知IP地址，獲取MAC地址。*ARP緩存表。*ARP請(qǐng)求（廣播）與ARP應(yīng)答（單播）。*RARP（反向地址解析協(xié)議）：已知MAC地址，獲取IP地址（較少使用，被DHCP取代）。4.5路由算法與路由協(xié)議*路由算法分類：靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)路由。*動(dòng)態(tài)路由協(xié)議分類：*內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)：RIP、OSPF。*外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)：BGP。*RIP協(xié)議：基于距離矢量算法，以跳數(shù)作為度量值。*OSPF協(xié)議：基于鏈路狀態(tài)算法，以帶寬等作為度量值，形成最短路徑樹。（簡述其特點(diǎn)：鏈路狀態(tài)通告LSA、區(qū)域劃分）。4.6IPv6簡介*IPv4地址耗盡問題。*IPv6的改進(jìn)：128位地址空間、簡化首部、流標(biāo)簽、內(nèi)置安全等。*IPv6地址表示方法。*IPv4向IPv6過渡的策略：雙棧、隧道技術(shù)、NAT-PT。---第五章：運(yùn)輸層5.1運(yùn)輸層的功能*端到端通信：為應(yīng)用進(jìn)程之間提供邏輯通信。*復(fù)用與分用：多個(gè)應(yīng)用進(jìn)程共享運(yùn)輸層服務(wù)（通過端口號(hào)）。*可靠傳輸：TCP提供（UDP不提供）。*流量控制：TCP提供。*擁塞控制：TCP提供。5.2端口號(hào)與套接字*端口號(hào)：16位，標(biāo)識(shí)應(yīng)用進(jìn)程。*注冊(cè)端口號(hào)(____)。*動(dòng)態(tài)/私有端口號(hào)(____)。*套接字(Socket)：IP地址+端口號(hào)，唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。5.3UDP協(xié)議*用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議：無連接、不可靠、面向數(shù)據(jù)報(bào)、首部簡單（8字節(jié)）、傳輸效率高。*UDP首部格式：源端口、目的端口、長度、校驗(yàn)和。*適用場(chǎng)景：實(shí)時(shí)應(yīng)用（如視頻、語音）、簡單查詢應(yīng)答（如DNS）。5.4TCP協(xié)議*傳輸控制協(xié)議：面向連接、可靠、面向字節(jié)流、首部復(fù)雜（20字節(jié)固定部分）。*TCP連接管理：*三次握手建立連接。*四次揮手釋放連接。（詳細(xì)講解每一步的狀態(tài)和報(bào)文）。*TCP可靠傳輸機(jī)制：*校驗(yàn)和。*確認(rèn)機(jī)制（累計(jì)確認(rèn)、超時(shí)重傳）。*流量控制：滑動(dòng)窗口機(jī)制。*擁塞控制：慢開始、擁塞避免、快重傳、快恢復(fù)。*TCP首部格式：源端口、目的端口、序號(hào)、確認(rèn)號(hào)、數(shù)據(jù)偏移、控制位（SYN,ACK,FIN,RST等）、窗口大小、校驗(yàn)和、緊急指針。*TCP的擁塞控制與流量控制的區(qū)別。---第六章：應(yīng)用層6.1應(yīng)用層協(xié)議概述*應(yīng)用層是用戶與網(wǎng)絡(luò)的接口，直接為用戶應(yīng)用程序提供服務(wù)。*應(yīng)用層協(xié)議基于TCP或UDP。*URL（統(tǒng)一資源定位符）：格式：協(xié)議://主機(jī)名[:端口]/路徑/文件名。*無狀態(tài)協(xié)議。*請(qǐng)求-響應(yīng)模式。*常見請(qǐng)求方法：GET、POST、HEAD、PUT、DELETE。*常見狀態(tài)碼：200OK,404NotFound,500InternalServerError。6.3文件傳輸協(xié)議(FTP)*用于在客戶機(jī)和服務(wù)器之間進(jìn)行文件傳輸。*控制連接（TCP21號(hào)端口）與數(shù)據(jù)連接（TCP20號(hào)端口，主動(dòng)模式/被動(dòng)模式）。*匿名FTP。6.4域名系統(tǒng)(DNS)*功能：將域名解析為IP地址。*DNS服務(wù)器類型：根域名服務(wù)器、頂級(jí)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。*DNS緩存。6.5電子郵件(Email)*組成：用戶代理(UA)、郵件服務(wù)器、簡單郵件傳輸協(xié)議(SMTP)、郵件讀取協(xié)議(POP3,IMAP)。*SMTP：用于發(fā)送郵件（TCP25號(hào)端口）。*POP3/IMAP：用于接收郵件（POP3:TCP110;IMAP4:TCP143）。*郵件格式與MIME擴(kuò)展。6.6其他常見應(yīng)用層協(xié)議*Telnet/SSH：遠(yuǎn)程登錄。Telnet明文，不安全；SSH加密，安全。*DHCP：動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議，自動(dòng)分配IP地址等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。*P2P應(yīng)用：如文件共享、流媒體。---第七章：網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)7.1網(wǎng)絡(luò)安全概述*網(wǎng)絡(luò)安全威脅：黑客攻擊、病毒、木馬、蠕蟲、勒索軟件、DDoS攻擊、信息竊取、網(wǎng)絡(luò)釣魚等。*網(wǎng)絡(luò)安全基本屬性：機(jī)密性(Confidentiality)、完整性(Integrity)、可用性(Availability)、不可否認(rèn)性(Non-repudiation)。7.2數(shù)據(jù)加密技術(shù)*對(duì)稱加密：加密和解密使用相同密鑰（如DES,AES）。優(yōu)點(diǎn)：速度快；缺點(diǎn)：密鑰分發(fā)困難。*非對(duì)稱加密：公鑰加密，私鑰解密（如RSA）。優(yōu)點(diǎn)：密鑰分發(fā)容易；缺點(diǎn)：速度慢。*混合加密系統(tǒng)（如SSL