《计算机网络原理》教学大纲

《计算机网络原理》教学大纲一、课程基本信息课程编码：112115B中文名称：计算机网络原理英文名称：PrinciplesofComputerNetwork课程类别：专业基础及核心课总学时：48学时总学分：3适用专业：网络工程先修课程：计算机文化基础、数字电子技术、数据通信基础二、课程的性质、地位和任务《计算机网络原理》课程是网络工程专业本科生的一门专业基础及核心课程，同时也是进一步学习路由与交换、网络编程、协议分析、网络安全技术等课程的前导课程，是一门集计算机技术与通信技术、软件与硬件、理论与实践为一体的课程。本课程理论教学以计算机网络体系分层模型为主线，介绍计算机网络的基本原理、组成和结构，结合主流局域网、广域网技术介绍物理层、数据链路层的功能与实现原理，结合TCP/IP介绍网络层、传输层和应用层的功能和主要协议，并介绍网络管理及安全基本知识，培养学生的计算机网络思维方法和分析网络问题能力，使学生具备一定的计算机网络技术实践与应用能力、跟踪新知识与新技术的学习能力和沟通与表达能力，为学生后续从事计算机网络应用、设计与开发和进一步的专业学习打下必要的基础。课程目标通过本课程的学习，掌握计算机网络基本知识体系与基本工作原理，了解计算机网络主流技术，能够应用网络的基本原理进行组网，并能够分析和定位常见的网络问题，具备一定的计算机网络技术的实践与应用能力。（对应毕业要求：G1.3、G2.1、G2.2、G2.3、G2.4、G3.4、G4.1）具体要求如下：课程目标1：掌握网络的基本原理，从层次的角度理解网络的基本体系结构，掌握每一层的基本功能，代表性协议等相关知识，能应用于复杂网络系统的规划与设计、系统集成、管理维护以及安全保障等。（G1.3）课程目标2：能根据所学基本原理，构建分析简单的网络拓扑，并通过查找文献，进行方案的比较与选择。（G2.1、G2.2、G2.3、G2.4）课程目标3：能够了解网络技术领域最新的发展趋势，并能在网络系统设计中考虑安全、健康、法律、文化及环境等制约因素。（G3.4）课程目标4：能通过文献调研或相关方法，对具体网络工程问题进行分析和建模，进而设计出合理的研究方案；（G4.1）课程思政目标：以新时代课程思政为引领，在培养学生自主学习、团队协作的基础上，将国家的发展需求与个人专业领域相结合来实现人生价值，即专业课程中孕育思政，思政中促进专业课的学习，相辅相成，相互促进，形成协同效应，达到立德树人的育人目标，具体的课程思政目标：中国文化与精神、科技报国、科学精神、科学思维、规则意识、工匠精神、法治教育。四、课程教学基本要求1、本课程概念多、涉及面广，教学形式以讲授方式为主，能够结合多媒体辅助教学。2、为加强实际动手能力的培养，应充分重视实践性教学环节。3、关键环节实现方面的技术问题可辅以课堂讨论、案例教学的形式。4、课程概念多、对某些协议的理解有一定难度，为了学生进一步理解课堂教学内容，拟布置一定数量习题为宜，教师批改作业本的1/3，并安排时间上习题课。五、课程教学内容及要求第一章计算机网络概述（4学时）【教学目标与要求】教学目标：知识目标：使学生对计算机网络的基本概念以及计算机网络的参考模型有一定的认识和理解；能够区分三种不同的体系结构；掌握分层次的体系结构每一层的功能。能力目标：培养学生分析、解决网络问题的能力。素养目标：培养学生树立正确的价值观，正确的使用网络以及网络安全法的素养。思政目标：培养学生的网络安全意识、激发学生的创新意识；培养学生主动思考和鉴别力，提高批判性思维能力；培养学生的规则意识和协作意识。教学要求：理解开设此课程的背景，了解课程的性质与特点，能够描述课程的基本内容与组织，了解课程的教学要求，掌握计算机网络的定义，能够复述计算机网络的分类，了解计算机网络的形成与发展，掌握计算机网络的组成与结构，掌握计算机网络的拓扑构型，掌握网络体系结构的基本概念，掌握ISO/OSI参考模型，掌握TCP/IP参考模型，能够区分ISO/OSI模型与TCP/IP模型，了解网络标准组织与管理机构。【教学重点与难点】教学重点：分组交换，计算机网络的性能指标，协议、层次、接口、服务的基本概念，TCP/IP参考模型的层次划分、各层的基本功能及主要协议。教学难点：分层次的计算机体系结构、服务与协议、服务访问点。【教学内容】1.1计算机网络在信息时代的作用1.2互联网概述1.2.1网络的网络1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段1.2.3互联网的标准化工作1.3互联网的组成1.3.1互联网的边缘部分1.3.2互联网的核心部分1.4计算机网络在我国的发展1.5计算机网络的类别1.5.1计算机网络的定义1.5.2几种不同类别的计算机网络1.6计算机网络的性能1.6.1计算机网络的性能指标1.6.2计算机网络的非性能特征1.7计算机网络体系结构1.7.1计算机网络体系结构的形成1.7.2协议与划分层次1.7.3具有五层协议的体系结构1.7.4实体、协议、服务和服务访问点1.7.5TCP/IP的体系结构第二章物理层（4学时）【教学目标与要求】教学目标：知识目标：使学生掌握物理层的功能、传输技术、物理层协议与标准以及传输介质，并对物理层设备的使用有一定的了解。能力目标：能够根据奈氏规则，得出信道的极限速率，解决实际问题；根据物理层的特点，进行物理层规划及设备选型的能力。素养目标：培养学生的工程实践能力和科学探索精神。思政目标：激发学生的创新意识，以及探索未知的科学精神。教学要求：描述数据通信基础相关的基本概念，掌握传输介质的特点和主要使用场景，掌握基带传输技术，掌握频带传输技术，能够使用极限传输速率公式，进行信道参数的指标分析与计算。能够区分不同的多路复用技术，理解物理层协议与标准，掌握物理层设备的主要特点。【教学重点与难点】教学重点：频带传输的基本概念，多路复用的分类与特点，数据交换技术，常见的物理层接口标准，同步数字体系SDH的基本概念。教学难点：常见的物理层接口标准，信道的极限容量。【教学内容】2.1物理层的基本概念2.2数据通信的基础知识2.2.1数据通信系统的模型2.2.2有关信道的几个基本概念2.2.3信道的极限容量2.3物理层下面的传输媒体2.3.1导引型传输媒体2.3.2非导引型传输媒体2.4信道复用技术2.4.1频分复用、时分复用和统计时分复用2.4.2波分复用2.4.3码分复用2.5数字传输系统2.6宽带接入技术2.6.1ADSL技术2.6.2光纤同轴混合网（HFC网）2.6.3FTTx技术第三章数据链路层（6学时）【教学目标与要求】教学目标：知识目标：通过本章的学习，使学生掌握数据链路层的功能、主要协议、以及所使用的设备，同时掌握以太网的相关技术，为后序的学习打下坚实的基础。能力目标：根据数据链路层的特点，进行以太网的选型和规划的能力。培养学生查阅、分析文献资料的能力。素养目标：培养学生的工程实践能力，培养学生耐心细致的工作态度。思政目标：培养学生严谨的治学态度，培养学生遵守相关的网络安全法，培养学生的辩证思维能力。教学要求：理解数据链路层的三个基本问题，能够区分点到点信道和广播信道，能够使用循环冗余原理得到冗余码，能够进行字节填充和零比特填充。掌握数据链路层的设备与组件，能够复述局域网特点，能够根据需求进行局域网拓扑的设计，理解CSMA/CD协议，并能够进行最短帧长的计算。理解IEEE802标准，掌握MAC帧的格式，区别交换机、集线器所组成的局域网的异同，掌握以太网交换机的自学习方法，区分不同类型的以太网。了解虚拟局域网工作原理。能够正确的选取局域网的设备并进行局域网拓扑的设计。【教学重点与难点】教学重点：数据链路层的三个基本问题，以太网的MAC帧的格式，CSMA/CD协议，IEEE802.3，交换机的自学习算法，交换机、网桥、集线器组成局域网的特点。教学难点：透明传输，CSMA/CD协议，交换机的自学习算法。【教学内容】3.1使用点对点信道的数据链路层3.1.1数据链路和帧3.1.2三个基本问题3.2点对点协议PPP3.2.1PPP协议的特点3.2.2PPP协议的帧格式3.2.3PPP协议的工作状态3.3使用广播信道的数据链路层3.3.1局域网的数据链路层3.3.2CSMA/CD协议3.3.3使用集线器的星型拓扑3.3.4以太网的信道利用率3.3.5以太网的MAC层3.4扩展的以太网3.4.1在物理层扩展以太网3.4.2在数据链路层扩展以太网3.4.3虚拟局域网3.5高速以太网3.5.1100BASE-T以太网3.5.2吉比特以太网3.5.310吉比特以太网（10GE）和更快的以太网3.5.4使用以太网进行宽带接入第四章网络层（20学时）【教学目标与要求】教学目标：知识目标：通过对本章的学习，使学生掌握网络层的功能、主要协议、以及路由选择算法，并能够进行子网的划分、构成超网、地址块的规划，会进行简单的网络的规划与设计。能力目标：通过对网络层的学习，培养学生进行IP地址的规划、子网的划分、以及超网的构成的能力。培养学生分析、综述材料的能力。素养目标：培养学生的工程实践能力，通过系统的学习，培养学生积极思考、敢于动手、自主探究新知识的欲望。思政目标：提升对工程技术的学习热情，提升学生的批判性思维；培养学生的团队合作意识；培养学生主动学习、自主学习的能力；培养学生仔细认真的工作态度；引导学生制定实现“目标”的路径。教学要求：理解网络层的功能，区分虚电路服务和数据报服务，描述网际协议IP，掌握IP数据报格式及其传输机制（封装、分组、重组、拆封），掌握IP地址及其规划，理解无分类编址CIDR及超网的概念，掌握地址解析协议-ARP，掌握路由与路由选择，理解路由选择协议IGP和EGP，掌握路由器在网络互连中的作用，理解路由器的组成和功能。掌握ICMP的分类及特点，借助ping和tracert追踪和分析网络问题。理解IPV6地址的基本格式及相关表示方法，区分IPV4与IPV6。理解IP多播，理解虚拟专用网VPN的工作原理，掌握网络地址转换NAT的工作原理和过各程。【教学重点与难点】教学重点：IP数据报的格式，ARP工作原理，路由选择协议，子网划分及其计算，构造超网。教学难点：距离向量算法，子网划分，构造超网，IP分组的转发过程。【教学内容】4.1网络层的几个重要概念4.2网际协议IP4.2.1虚拟互连网络4.2.2IP地址4.2.3IP地址与硬件地址4.2.4地址解析协议ARP4.2.5IP数据报格式4.3IP层转发分组的过程4.3.1基于终点的转发4.3.2最长前缀匹配4.4网际控制报文协议ICMP4.4.1ICMP报文的种类4.4.2ICMP的应用举例4.5IPV64.5.1IPv6的基本首部4.5.2IPv6的地址4.5.3从IPv4向IPv6过渡4.5.4ICMPv64.6互联网的路由选择协议4.6.1有关路由选择协议的几个基本概念4.6.2内部网关协议RIP4.6.3内部网关协议OSPF4.6.4外部网关协议BGP4.6.5路由器的构成4.7IP多播4.7.1IP多播的基本概念4.7.2在局域网上进行硬件多播4.7.3网际组管理协议IGMP和多播路由选择协议4.8虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT4.8.1虚拟专用网VPN4.8.2网络地址转换NAT4.9多协议标记交换MPLS4.9.1MPLS的工作原理4.9.2MPLS首部的位置与格式第五章运输层（8学时）【教学目标与要求】教学目标：知识目标：通过对本章的学习，使学生掌握运输层的两个主要协议TCP和UDP的工作机制以及工作原理。能力目标：通过对协议的学习，培养学生分析协议并从报文中提取相关信息的能力。素养目标：培养学生的工程实践能力，培养学生协议设计的能力。思政目标：培养学生知同辨异的能力；培养学生的科研前瞻意识；培养学生求真务实的精神和严谨的治学态度。教学要求：能够复述运输层功能，区分TCP和UDP协议。理解端口的涵义和作用。理解TCP面向字节流的特点。掌握TCP可靠传输的原理以及实现方法，理解滑动窗口的概念，掌握停止-等待协议，理解后退N帧协议（GBN），理解选择重传协议（SR），掌握TCP流量控制与拥塞控制的原理与方法，掌握TCP连接与释放的过程。【教学重点与难点】教学重点：TCP和UDP协议，运输层在网络体系中的地位和作用，停止-等待协议，后退N帧协议（GBN），选择重传协议（SR），TCP流量控制与拥塞控制，TCP连接与释放的过程。教学难点：TCP的可靠传输实现原理，TCP的拥塞控制，TCP连接与释放的过程。【教学内容】5.1运输层协议概述5.1.1进程之间的通信5.1.2运输层的两个主要协议5.1.3运输层的端口5.2用户数据报协议UDP5.2.1UDP概述5.2.2UDP的首部格式5.3传输控制协议TCP概述5.3.1TCP最主要的特点5.3.2TCP的连接5.4可靠传输的工作原理5.4.1停止等待协议5.4.2连续ARQ协议5.5TCP报文段的首部格式5.6TCP可靠传输的实现5.6.1以字节为单位的滑动窗口5.6.2超时重传时间的选择5.6.3选择确认SACK5.7TCP的流量控制5.7.1利用滑动窗口实现流量控制5.7.2TCP的传输效率5.8TCP的拥塞控制5.8.1拥塞控制的一般原理5.8.2TCP的拥塞控制方法5.8.3主动队列管理AQM5.9TCP的运输连接管理5.9.1TCP的连接建立5.9.2TCP的连接释放5.9.3TCP的有限状态机第六章应用层（6学时）【教学目标与要求】教学目标：知识目标：通过对本章的学习，使学生掌握应用层常见协议的工作原理。并能够描述应用层协协议的工作过程，同时能够明确应用层的协议在运输层和网络层所使用的协议。能力目标：通过对应用层的学习，培养学生使用和研发网络应用的能力。素养目标：培养学生的工程实践能力，培养学生树立正确的价值观。思政目标：激发学生的科技创新意识和爱国主义情怀；培养学生的职业道德素养。教学要求：理解计算机网络中应用层的功能，掌握DNS、HTTP、TELNET、SMTP、POP3、IMAP、FTP、TFTP、DHCP等应用层常见协议的工作原理，理解DNS工作原理及解析类型，区分迭代查询与递归查询。【教学重点与难点】教学重点：DNS、WWW、电子邮件和DHCP。教学难点：DNS工作原理及解析类型。【教学内容】6.1域名系统DNS6.1.1域名系统概述6.1.2互联网的域名结构6.1.3域名服务器6.2文件传送协议6.2.1FTP概述6.2.2FTP的基本工作原理6.2.3简单文件传送协议TFTP6.3远程终端协议TELNET6.4万维网WWW6.4.1万维网概述6.4.2统一资源定位符URL6.4.3超文本传送协议HTTP6.5电子邮件6.5.1电子邮件概述6.5.2简单邮件传送协议SMTP6.5.3电子邮件的信息格式6.5.4邮件读取协议POP3和IMAP6.6P2P应用6.6.1具有集中目录服务器的P2P工作方式6.6.2具有全分布式结构的P2P文件共享程序6.6.3P2P文件分发的分析6.6.4在P2P对等方中搜索对象六、教学学时分配建议表1《计算机网络原理》课程教学时数分配表总学时：48学分：3章节主要内容（章节标题）学时各环节学时分分配备注讲授实验实践讨论、习题课等第1章计算机网络概述44第2章物理层44第3章数据链路层66第4章网络层20182第5章运输层871第6章应用层651课程目标与教学内容对应表表2课程目标与教学内容对应表章节主要内容（章节标题）学时教学目标目标1目标2目标3目标4第1章计算机网络概述4√√第2章物理层4√√√第3章数据链路层6√√√第4章网络层20√√√√第5章运输层8√√√√第6章应用层6√√√本课程是一门理论性和实践性较强的课程。在课程的教学中要强调理论联系实际，采用启发式教学原则，通过各种教学方式和手段激发学生的学习积极性。在讲清基本概念、基本理论、基本方法的同时，注意与有关专业的课程内容互相渗透和配合。提倡采用案例教学，注重启发式、引导式教学，使学生真正理解这门课程的特点及原理、方法，并能在实际应用中发现问题、解决问题。八、课程考核方式与成绩评定建议考试可灵活采用闭卷、平时作业、实验相结合的形式。闭卷部分的考试题包括基本概念、基本理论、基本分析方法等，题型可采用填空题、简答题、选择题、分析计算题等多种形式。课程考核由平时考核和期末考核两部分组成。平时考核成绩共100分，由平时考勤、课堂表现、作业成绩组成。平时考勤共计20分