大学计算机基础（第6版）（微课版）第07讲教案 计算机网络和信息安全

课时内容计算机网络和信息安全授课时间课时3教学目标计算机网络的基本概念。计算机网络的组成。计算机网络的功能与分类。网络协议和体系结构。计算机网络的硬件组成。Internet的基础知识。Internet的应用。了解信息安全的基本知识。了解计算机病毒与黑客的防范。了解软件知识产权。网络道德与相关法规。教学重点掌握计算机网络的发展认识网络的类别，以及网络中的硬件与软件认识Internet与万维网，并了解TCP/IP协议信息安全的基本知识。计算机病毒与黑客的防范教学难点掌握网络体系结构，IP地址的相关理论知识掌握Internet的操作方法，并掌握电子邮件的收发方法信息安全的概念计算机病毒的相关知识教学设计教学思路：（1）讲解计算机网络基础知识，并对其中的计算机网络的发展、网络的类别、网络中的硬件和软件、无线局域网等进行详细介绍；（2）讲解Internet的基础知识，并对其中的Internet、万维网、TCP/IP协议和IP地址和域名系统进行详细介绍；（3）讲解Internet的应用方法，包括使用IE浏览器网上冲浪、使用搜索引擎、使用FTP、下载资源和收发电子邮件等相关知识。（4）通过现实生活中的案例引出知识产权和网络道德和相关法规进行讲解，以勒索病毒为例引用计算机病毒的知识。（5）计算机的维护为例讲解几个常用软件。教学手段：（1）通过演示讲解基础知识，讲解结束后进行练习；（2）对于重点操作可以着重演示，并加强举例说明。教学资料及要求：除教材中的实例外，还可补充一下在网络中搜索内容的技巧，并对这些技巧进行掌握。除了本章学到的计算机的维护方法外，还要让读者从根本上了解，计算机是否安全与自身的使用环境和方法，息息相关。谨守网络道德与相关法规。教学内容知识回顾：在前面讲解了数据库的基本知识，包括数据库的发库，数据库系统的组成，数据库管理系统的基本功能。ACCESS2016的基本操作。讨论问题：1、如何使用IE浏览器搜索电影？如何下载浏览器中的资源？你所知道的计算机病毒有哪些？给用户带来了哪些危害？内容大纲：具体可结合本章的PPT课件进行配合讲解。任务一计算机网络基础知识任务要求：了解计算机网路的定义和发展；掌握计算机网络的组成、功能及分类；掌握计算机网络体系结构相关知识：OSI七层协议，TCP/IP协议。任务实现：认识计算机网络 计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。①自主。②互连。③集合。计算机网络的发展计算机网络经历了一个从简单到复杂、从单机到多机、从地区到全球的发展过程。其发展过程大致可概括为4个阶段：计算机技术与通信技术相结合的初级计算机网络；具有网络体系结构与协议的计算机网络；连网与互连标准化的计算机网络；互连、高速、智能化、移动化和全球化的计算机网络。 （三）计算机网络的组成计算机网络由三部分组成：网络硬件、传输介质（通信线路）和网络软件，其组成结构如图所示。 （四）计算机网络的功能与分类计算机网络的种类繁多，性能各不相同，根据不同的分类原则，可以得到各种不同类型的计算机网络。1．按照网络的地理范围分类计算机网络按照其覆盖的地理范围进行分类，可以很好地反映不同类型网络的技术特征。按地理分布范围来分类，计算机网络可以分为局域网、城域网和广域网三种。局域网。一般是方圆几千米以内，将各种计算机、外部设备和数据库等互相连接起来组成的计算机通信网，用于连接个人计算机、工作站和各类外围设备以实现资源共享和信息交换。它的特点是分布距离近，传输速度高，连接费用低，数据传输可靠，误码率低等。接距离可以在10km～100km。（3）广域网。广域网通过一组复杂的分组交换设备和通信线路将各主机与通信子网连接起来，因此网络所涉及的范围可以是市、地区、省、国家，乃至世界范围。由于传输距离远，又依靠传统的公共传输网，所以错误率较高。2．按网络的拓扑结构分类计算机网络常常采用的基本拓扑结构有总线型结构、环形结构、星形结构。（五）计算机网络体系结构和TCP/IP1．计算机网络体系结构1974年，IBM公司公布了世界上第一个计算机网络体系结构（SystemNetworkArchitecture，SNA）。1977年3月，国际标准化组织（ISO）的技术委员会TC97成立了一个新的技术分委会SC16专门研究“开放系统互连”，并于1983年提出了开放系统互连参考模型，即著名的ISO7498国际标准（我国相应的国家标准是GB9387），记为OSI/RM。OSI中采用了三级抽象：参考模型（即体系结构）、服务定义和协议规范（即协议规格说明），自上而下逐步求精。OSI/RM并不是一般的工业标准，而是一个制定标准用的概念性框架。经过各国专家的反复研究，OSI/RM中采用了表所示的七个层次的体系结构。表OSI/RM七层协议模型层号名称主要功能7应用层作为与用户应用进程的接口，负责用户信息的语义表示，并在两个通信者之间进行语义匹配，它不仅要提供应用进程所需要的信息交换和远程操作，而且还要作为互相作用的应用进程的用户代理来完成一些为进行语义上有意义的信息交换所必需的功能6表示层对源站点内部的数据结构进行编码，形成适合于传输的比特流，到了目的站再进行解码，转换成用户所要求的格式并保持数据的意义不变。该层主要用于数据格式转换5会话层提供一个面向用户的连接服务，它给会话用户之间的对话和活动提供组织和同步所必需的手段，以便对数据的传送提供控制和管理。主要用于会话的管理和数据传输的同步4传输层从端到端经网络透明地传送报文，完成端到端通信链路的建立、维护和管理3网络层分组传送、路由选择和流量控制，主要用于实现端到端通信系统中中间节点的路由选择2数据链路层通过一些数据链路层协议和链路控制规程，在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输1物理层实现相邻计算机节点之间比特数据流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体的传输介质和物理设备的差异2．TCP/IPOSI/RM是理想的概念性框架，在实际网络中并没有完全采用。目前最常用的是TCP/IP，它是目前异种网络通信使用的唯一协议体系，其使用范围极广，既可用于局域网，又可用于广域网，许多厂商的计算机操作系统和网络操作系统产品都采用或含有TCP/IP。TCP/IP已成为目前事实上的国际标准和工业标准。TCP/IP也是一个分层的网络协议，它简化了OSI的七层模型，没有表示层和会话层，并且把数据链路层和物理层合并为网络接口层。TCP/IP从下而上分为网络接口层、网际层、传输层、应用层四个层次，各层的功能介绍如下。（1）网络接口层。（2）网际层（IP层）。（3）传输层。（4）应用层。任务二计算机网络硬件 任务要求：了解计算机网络硬件；任务实现：网络传输介质 传输介质是网络设备连接的中间介质，也是信号传输的媒体。常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤以及无线电波等。1．双绞线双绞线（Twisted-Pair）是一种常见的传输介质，它由两条相互绝缘并扭绞在一起的铜线组成，两根线绞在一起是为了防止其电磁感应在邻近线对中产生干扰信号。2．同轴电缆同轴电缆以单根铜导线为内芯，外裹一层绝缘材料，外覆密集网状导体，最外面是一层保护性塑料。根据直径的不同，同轴电缆分为粗缆和细缆。3．光纤光纤（FiberOptic）是利用内部全反射原理来传导光束的传输介质，有单模和多模之分。单模光纤多用于通信业，多模光纤多用于网络布线系统。4．无线通信与信道无线通信（WirelessCommunication）是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息传输的一种通信方式。目前流行的无线通信技术有蓝牙、ZigBee、UWB、Infrared（IR）、RFID、UMTS/3GPPw/HSDPA、WiMAX、Wi-Fi等。现在使用较多的移动通信技术有GSM、ISM、3G、4G和5G等。5．微波传输和卫星传输微波传输和卫星传输都属于无线通信方式。其传输方式均以空气为传输介质，以电磁波为传输载体，连网方式较为灵活，适合应用在不易布线、覆盖面积大的地方。通过一些硬件的支持，可实现点对点或点对多点的数据通信和语音通信。具体的通信方式如图所示。网卡网卡（NetworkInterfaceCard，NIC）也称网络适配器或网络接口卡，在局域网中用于将用户计算机与网络相连，大多数局域网采用以太（Ethernet）网卡，如ISA网卡、PCI网卡、PCMCIA卡（常用于笔记本电脑）、USB网卡等，如图所示。图各种网卡的外观图交换机交换机是一种用于转发电（光）信号的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的交换机还有电话语音交换机、光纤交换机等。数据交换方式：直通式、存储转发式、碎片隔离。路由器 路由器（Router）是工作在OSI第3层（网络层）上、具有连接不同类型网络的能力并能够选择数据传送路径的网络设备。任务三计算机局域网任务要求：了解计算机局域网的基本概念；相关知识：计算机局域网在计算机网络中占据非常重要的位置。任务实现：局域网概述1．局域网的特点局域网最主要的特点是，网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网具有以下一些优点。（1）能方便地共享昂贵的外部设备、主机、软件及数据，从一个站点可访问全网。（2）便于系统的扩展和逐渐演变，各设备的位置可灵活调整和改变。（3）提高了系统的可靠性、可用性和残存性。2．局域网拓扑结构网络拓扑结构是指一个网络中各个节点之间互连的几何形状。局域网的拓扑结构通常是指局域网的通信链路和工作节点在物理上连接在一起的布线结构，局域网的网络拓扑结构常见的有三种：（1）总线型拓扑结构它的传输方向是从发送点向两端扩散传送，是一种广播式结构。总线结构的优点是安装简单，易于扩充，可靠性高，一个结点损坏不会影响整个网络工作；缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其他端用户必须等到获得发送权才能发送数据，介质访问获取机制较复杂。（2）星形拓扑结构星形拓扑的优点是：利用中心结点可方便地提供服务和重新配置网络；单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障，便于维护；任何一个连接只涉及中心结点和一个站点，因此介质访问控制的方法很简单，从而访问协议也十分简单。星形拓扑的缺点是：每个站点直接与中心结点相连，需要大量电缆，因此费用较高；如果中心结点产生故障，则全网不能工作。（3）环形拓扑结构环形结构的优点是实时性好，信息吞吐量大，网的周长可达200km，结点可达几百个。载波侦听多路访问/冲突检测协议载波侦听多路访问/冲突检测协议（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）是一种介质访问控制技术，也就是计算机访问网络的控制方式。以太网以太网（Ethernet）是最早出现的局域网，最初由美国施乐（Xerox）公司研制，当时其传输速率只有2.94Mbit/s。1981年，施乐公司与数字设备（DEC）公司及英特尔（Intel）公司合作，联合提出了Ethernet的规约，即DIX1.0规范。后来以太网的标准由IEEE来制定，DIXEthernet就成了IEEE802.3协议标准的基础。IEEE802.3标准是IEEE802系列中的一个标准，由于它是从DIXEthernet标准演变而来，通常又被叫作以太网标准。任务四Internet及其应用任务要求：了解计Internet的基本概念；掌握Internet的基本应用。相关知识：Internet是在计算机网络中使用最广泛的应用。任务实现：Internet概述1．什么是Internet2．Internet的起源和发展Internet是由美国国防部高级研究计划署于1969年12月建立的实验性网络ARPAnet发展演化而来的。Internet的真正发展是从NSFnet的建立开始的。3．Internet在我国的发展我国是第71个以国家级网的形式加入Internet的国家。Internet在我国的发展历程可以大致分为三个阶段。（1）第一阶段为1986—1993年，研究试验阶段。（2）（3）第三阶段从1997年至今，快速增长阶段。（二）Internet的接入Internet是“网络的网络”，它允许用户随意访问任何连入其中的计算机，但如果要访问其他计算机，首先要把计算机系统连接到Internet上。与Internet的连接方式可以分为有线接入和无线接入。1．有线接入有线接入主要分为电话交换网接入、有线电视网接入、光纤接入、局域网接入、电力线接入。2．无线接入无线接入主要分为无线局域网接入、无线自组织网接入、移动通信网接入等。 （三）IP地址与MAC地址 1．网络IP地址IP地址是一个32位的二进制数，是将计算机连接到Internet的网际协议地址，它是Internet主机的一种数字型标识，一般用小数点隔开的十进制数表示，如19，而实际上并非如此。IP地址由网络标识（Netid）和主机标识（Hostid）两部分组成，网络标识用来区分Internet上互连的各个网络，主机标识用来区分同一网络上的不同计算机（即主机）。IP地址通常分为以下三大类。（1）A类地址通常供大型网络使用。（2）B类。B类地址通常供中型网络使用。（3）C类。C类地址通常供小型网络使用。2．子网掩码从IP地址的结构可知，IP地址由网络地址和主机地址两部分组成。这样IP地址中具有相同网络地址的主机应该位于同一网络内，同一网络内的所有主机的IP地址中网络地址部分应该相同。不论是在A、B或C类网络中，具有相同网络地址的所有主机构成了一个网络。子网掩码的长度也是32位，其表示方法与IP地址的表示方法一致。其特点是，它的32位二进制可以分为两部分，第一部分全部为“1”，第二部分则全部为“0”。子网掩码的作用在于，利用它可以区分IP地址中的网络地址与主机地址。3.IP地址的申请组织及获取方法IP地址必须由国际组织统一分配。IP地址分A、B、C、D、E共五类，A类为最高级别的IP地址。（1）分配最高级IP地址的国际组织—国际网络信息中心（NetworkInformationCenter，NIC）负责分配A类IP地址，有权重新刷新IP地址。（2）分配B类IP地址的国际组织InterNIC、APNIC和ENIC。目前全世界有三个自治区系统组织：ENIC负责欧洲地区的分配工作，InterNIC负责北美地区，APNIC负责亚太地区（设在日本东京大学）。我国被分配了B类地址。（3）分配C类地址。由各国或地区的网管中心负责分配。4．MAC地址在局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址（因为这种地址用在MAC帧中）。5.IPv6IETF早在1992年6月就提出要制定下一代的IP，即IPng（IPNextGeneration），IPng现在正式名称为IPv6。6．IPv4向IPv6的过渡由于现在整个因特网上使用老版本IPv4的路由器的数量太多，因此，“规定一个日期，从这一天起所有的路由器一律都改用IPv6”显然是不可行的。这样，向IPv6过渡只能采用逐步演进的办法，同时，还必须使新安装的IPv6系统能够向下兼容，这就是说，IPv6系统必须能够接收和转发IPv4分组，并且能够为IPv4分组选择路由。（四）WWW服务1．WWW服务概述万维网（WorldWideWeb，WWW）也称为“环球网”“环球信息网”。WWW是一个基于超文本（Hypertext）方式的信息浏览服务，它为用户提供了一个可以轻松驾驭的图形化用户界面，以查阅Internet上的文档。这些文档与它们之间的链接一起构成了一个庞大的信息网，称为WWW。2．WWW的工作原理WWW中的信息资源主要由一篇篇的Web文档（或称Web页）为基本元素构成。这些Web页采用超文本的格式，即可以含有指向其他Web页或自身内部特定位置的超链接（简称链接）。我们可以将链接理解为指向其他Web页的“指针”。链接使得Web页交织为网状。这样，如果Internet上的Web页和链接非常多的话，就构成了一个巨大的信息网。3．WWW服务器WWW服务器是指任何运行Web服务器软件、提供WWW服务的计算机。从理论上来说，这台计算机应该有非常快的处理器、巨大的硬盘和大容量的内存，但是，所有这些技术需要的基础就是它能够运行Web服务器软件。4．WWW的应用领域WWW是Internet上发展最快、最吸引人的一项服务，它的主要功能是提供信息查询，不仅图文并茂，而且范围广、速度快，所以WWW可以应用于人类生活、工作的各种领域。5．WWW浏览器在Internet上发展最快、使用最多、应用最广泛的是WWW浏览服务，在众多的浏览器软件中，常见的有微软公司的浏览器和由谷歌公司开发的GoogleChrome浏览器。（五）域名系统1．什么是域名前面讲到的IP地址，是Internet上互连的若干主机进行内部通信时，区分和识别不同主机的数字型标志，这种数字型标志对于上网的广大用户而言是有很大的缺陷的，它既无简明的含义，又不容易被用户很快记住。因此，为解决这个问题，人们又规定了一种字符型标志，我们称之为域名（DomainName）。如同每个人的姓名和每个单位的名称一样，域名是Internet上互连的若干主机（或称网站）的名称。广大网络用户能够很方便地用域名访问Internet上自己感兴趣的网站。2．为什么要注册域名Internet已经为越来越多的人所认识，电子商务、网上销售、网络广告已成为大家关注的热点。但是，要想在网上建立服务器发布信息，就必须首先注册自己的域名，只有有了自己的域名才能让别人访问到自己。所以，域名注册是在Internet上建立任何服务的基础。同时，由于域名的唯一性，尽早注册是十分必要的。3．网络域名注册在我国申请注册三级域名的用户首先必须遵守国家对Internet的各种规定和法律法规，还必须拥有独立法人资格。（六）电子邮件电子邮件（E-mail）是Internet上应用较为广泛的一项服务，通过网络的电子邮件系统，用户可以用非常低廉的价格（不管发送到哪里，都只需负担网费即可），非常快速的方式（几秒之内可以发送到世界上任何用户指定的目的地），与世界上任何一个角落的网络用户进行联系。这些电子邮件可以是文字、图像、声音等各种文件。正是由于电子邮件的使用简易、投递迅速、收费低廉、易于保存、全球畅通无阻，所以使得电子邮件得到了广泛的应用，它使人们的交流方式得到了极大的改变。文件传输文件传输是指把文件通过网络从一个计算机系统复制到另一个计算机系统的过程。在Internet中，实现这一功能的是FTP。任务五搜索引擎任务要求：了解搜索引擎的概念和功能；了解搜索引擎的分类；掌握常用搜索引擎的使用方法。相关知识：文献搜索及常用的网络工具的使用。任务实现：（一）搜索引擎的概念和功能搜索引擎是在Internet上对信息资源进行组织的一种主要方式。从广义上讲，搜索引擎是用于对网络信息资源管理和检索的一系列软件，是在Internet上查找信息的工具或系统。（二）搜索引擎的类型搜索引擎可以根据不同的方式分为多种类型。（1）全文搜索引擎（2）元搜索引擎（3）垂直搜索引擎（4）目录搜索引擎（5）智能搜索引擎（三）搜索引擎的功能模块1．爬虫2．文档知识库服务器3．索引4．索引服务器5．检索6．排序7．链接分析8．网页去重9．网页反垃圾10．查询分析11．页面描述/摘要12．前端（四）搜索引擎关键技术搜索引擎工作流程主要有数据采集、数据预处理、数据处理、结果展示等阶段。在各工作阶段分别使用了网络爬虫、中文分词、大数据处理、数据挖掘等技术。（五）搜索引擎发展趋势1．社会化搜索2．实时搜索3．移动搜索4．个性化搜索5．地理位置感知搜索6．跨语言搜索7．多媒体搜索8．情境搜索（六）常用搜索引擎1．百度图百度的搜索页面2．搜狗图搜狗的搜索页面3.360搜索图360的搜索页面4.微软必应图微软必应搜索页面任务六信息安全与职业道德任务要求：了解信息安全的基本知识。相关知识：信息安全概述任务实现：信息安全信息安全是指保护信息和信息系统不被未经授权的访问、使用、泄露、中断、修改和破坏，为信息和信息系统提供保密性、完整性、可用性、可控性和不可否认性，保证一个国家的社会信息化状态和信息技术体系不受外部的威胁与侵害。OSI信息安全体系结构ISO7498-2确定的8大类安全机制分别是：加密、数据签名机制、访问控制机制、数据完整性机制、鉴别交换机制、业务填充机制、路由控制机制和公证机制。信息安全技术计算机网络具有连接形式多样性、终端分布不均匀性和网络的开放性、互连性等特征，致使网络易受黑客、恶意软件和其他不轨行为的攻击，如何通过技术手段来保障网络信息的安全是一个非常重要的问题。下面介绍几种常用的信息安全技术：加密技术、认证技术、访问控制技术、防火墙技术和云安全技术。密码体制从原理上分为两大类：对称密钥密码体制和非对称密钥密码体制。认证就是对于证据的辨认、核实、鉴别，以建立某种信任关系。在通信中，要涉及两个方面：一方面提供证据或标识，另一方面对这些证据或标识的有效性加以辨认、核实、鉴别。访问控制是对信息系统资源的访问范围以及方式进行限制的策略。防火墙是网络通信时的一种限制，允许同意的“人”和“数据”访问，同时把不同意的“拒之门外”，这样能最大限度地防止黑客的访问，阻止他们对网络进行非法的操作。云安全是我国企业创造的概念。“云安全”计划是网络时代信息安全的最新体现，它融合了并行处理、网格计算、未知病毒行为判断等新兴技术和概念。任务七计算机病毒与黑客的防范任务要求：了解计算机病毒的概念相关知识：计算机病毒及其防范任务实现：1．计算机病毒的概念计算机病毒是指具有自我复制能力的计算机程序，它能影响计算机软件、硬件的正常运行，破坏数据的正确与完整。《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》对计算机病毒的定义是：“计算机病毒，是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或者毁坏数据，影响计算机使用，并能自我复制的一组计算机指令或者程序代码。”2．计算机病毒的传播途径传染性是计算机病毒最基本的特性。计算机病毒主要是通过文件的复制、文件的传送等方式传播的，文件的复制与文件的传送需要传播媒介，计算机病毒的主要传播媒介是U盘、光盘和网络。3．计算机病毒的特点（1）破坏性。（2）传染性。（3）潜伏性。（4）隐蔽性。（5）不可预见性。4．杀毒软件1．网络黑客的概念2．网络黑客的防范（1）屏蔽可疑IP地址。（2）过滤信息包。（3）修改系统协议。（4）经常升级系统版本。（5）安装必要的安全软件。（6）不要回陌生人的邮件。（7）做好浏览器的安全设置。任务八知识产权、网络道德与相关法规任务要求：了解知识产权的概念、相关法律相关知识：知识产权，职业道德与相关法规任务实现：1．知识产权组织及法律（1）知识产权的概念知识产权又称为智力成果产权和智慧财产权，是指对智力活动创造的精神财富所享有的权利。计算机软件是人类知识、经验、智慧和创造性劳动的结晶，是一种典型的由人的智力创造性劳动产生的“知识产品”，一般软件知识产权指的是计算机软件的版权。1967年在瑞典斯德哥尔摩成立了世界知识产权组织。1980年我国正式加入了该组织。1990年9月，我国颁布了《中华人民共和国著作权法》，确定了计算机软件为保护的对象。1991年6月，我国颁布了《计算机软件保护条例》。这个条例是我国第一部计算机软件保护的法律法规，它标志着我国计算机软件的保护已走上法制化的轨道。（2）知识产权的特点知识产权的主要特点包括：无形性，即被保护对象是无形的；专有性，即未经知识产权人的同意，除法律有规定的情况外，他人不得占有或使用该项智力成果；地域性，即法律保护知识产权的有效地区范围；时间性，即法律保护知识产权的有效期限，期限届满即会丧失效力。（3）