《计算机网络》课程教学大纲

《计算机网络》教学大纲课程名称：计算机网络英文名称：ComputerNetwork课程编号：2141学分：2.5总学时/课内实践学时：40/8课程性质：必修课程开课单位：信息与电气工程学院适应对象：数据科学与大数据技术课程简介“计算机网络”是数据科学与大数据技术专业的一门专业必修核心课程，是计算机系统能力培养和对解决计算机领域复杂工程问题能力培养的重要基础课程。通过本课程的学习，学生能够具备面向计算机通信、网络与信息处理的系统思维能力，在掌握计算机网络基本组成原理、运行机制与应用技术的基础上，能够进行复杂网络活动抽象、分析，并能够综合运用所学知识解决计算机网络领域的实际工程问题，为以后从事计算机网络领域的科研或大型工程项目的开发与运维打下坚实的基础。课程过程中将通过导向式教学、案例教学等教学方法和教学手段构建课程思政体系，达到专业课程思政“立德树人”的目标，实现了“专业传授与价值引领”同行同向的目的。本课程的教学内容主要分为三部分：计算机网络的基本理论、基本技能；计算机网络的工作原理、组成、结构、协议和典型应用；计算机网络的使用、设计、开发、建设和管理的理论与方法本课程考核由平时考核、实验考核、期末考试组成。课程目标1．思政目标：以我国推进大数据和计算机网络技术的快速发展的过程和重大事件为实例，结合辩证分析方法，培养与强化学生技术报国、技术强国的责任感、使命感和家国情怀，培养学生明辨是非和理性思考的辩证思维能力，提升学生持续发奋学习与探索的内驱力。2．具有扎实的数学与自然科学知识和工程基础，系统掌握计算机网络的基本理论、基础知识、组成原理和运行机制，并综合运用所学知识解决计算机领域的复杂工程问题。3．能够针对计算机网络领域的复杂工程问题，应用计算机软硬件系统和通信系统的基本原理和方法，设计满足特定需求的计算机网络系统，并能够在设计中体现创新意识，考虑健康、安全、法律、文化以及环境等多维度协同发展因素。4．能够基于科学原理并采用科学方法对计算机网络领域复杂工程问题进行研究，制定技术路线、设计实验方案，并通过信息综合和实验分析得到合理有效的结论。三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对软件工程专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标1.工程知识应用能力：具有扎实的数学与自然科学知识和工程基础，系统地掌握数据科学与大数据技术领域的基本理论、基础知识，并综合运用所学知识解决复杂工程问题。1-2能够针对大数据工程问题建立数学模型并求解；课程目标23.设计/开发解决方案能力：能够设计出大数据应用领域的复杂工程问题的解决方案，具有数据采集、处理、分析、挖掘的能力，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等多维度协同发展因素。3-1掌握大数据工程设计和产品开发全周期、全流程的基本设计/开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素；课程目标1，34.工程技术研究能力：能够基于数据科学与大数据技术原理并采用科学方法对大数据应用领域的复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。4-1能够基于数据科学与大数据技术原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析大数据应用领域复杂工程问题的解决方案；课程目,1，4课程教学安排课程共有9项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1概述爱国教育442物理层爱国教育223数据链路层884网络层辩证分析方法885运输层爱国教育辩证分析方法886应用层爱国教育227WireShark数据包抓取实验228以太网交换机组网实验339路由器组网实验33合计32840教学安排1.概述教学要求：了解计算机网络的发展；理解计算机网络定义、功能、分类；掌握网络体系结构与协议等基本内容。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；1.3互联网的组成；1.4计算机网络在我国的发展；1.5计算机网络的类别；1.6计算机网络的性能；1.7计算机网络的体系结构重点难点：计算机网络的定义，计算机网络的组成结构，网络体系结构与协议的定义，网络层次的功能与划分，等内容。思政元素：在1.4小节中介绍计算机网络在中国的快速发展，使学生理解国家推进科技发展进步的政策和决心，培养与强化学生技术报国、技术强国的责任感、使命感和家国情怀。2.物理层教学要求：理解物理层的特性和数据通信基础的基本原理；了解常用的传输媒体，掌握常用的信道复用技术和宽带接入技术。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；2.3物理层下面的传输媒体；2.4信道复用技术；2.5数字传输系统；2.6宽带接入技术难点重点：数据通信模型、信号分析、信道复用技术、传输技术、传输媒体等内容。思政元素：在2.3小节中介绍以光纤为代表的新一代计算机网络在中国的快速发展为国民经济和社会生活带来的重大变革，使学生理解国家支持科技发展进步是我们一切幸福生活的源泉，培养与强化学生技术报国、技术强国的责任感、使命感和家国情怀。3.数据链路层教学要求：理解数据链路层的主要功能，掌握以太网的概念和数据链路层的常用协议等内容。教学内容：3.1使用点对点信道的数据链路层；3.2点对点协议PPP；3.3使用广播信道的数据链路层；3.4扩展的以太网；3.5高速以太网难点重点：数据链路层的三项主要功能，CSMA/CD协议，以太网交换机的自学习算法等。4.网络层教学要求：掌握网络层与网络互联的基本概念；掌握虚电路服务数据报服务；掌握IP协议和互联网路由选择协议等内容。教学内容：4.1网络层提供的两种服务；4.2网际协议IP；4.3划分子网和构造超网；4.4网际控制报文协议ICMP；4.5互联网的路由选择协议难点重点：IP地址的编址方式(分类的IP地址、划分子网、构造超网)，路由选择算法思政元素：针对本章中“尽最大努力交付的不可靠的网络层”的理论，结合我们每天使用到的互联网，分析工程实践中“性能”与“成本”之间博弈的辩证关系，使学生理解在庞大而复杂的系统中不存在能够满足用户所有要求的工程技术，需要根据需求制定实际可行的解决方案。5.运输层教学要求：了解传输层的基本功能、TCP的基本内容、UDP的基本内容；理解TCP的可靠传输机制、流量控、拥塞控制和连接管理等内容。教学内容：5.1运输层协议概述；5.2用户数据报协议UDP；5.3传输控制协议TCP概述；5.4可靠传输的工作原理；5.5TCP报文段的首部格式；5.6TCP可靠传输的实现；5.7TCP的流量控制；5.8TCP的拥塞控制；5.9TCP的运输连接管理难点重点：应用进程通信，面向字节流机制，滑动窗口机制，拥塞控制，三报文握手/四报文握手机制。思政元素：针对本章中各种可靠网络传输机制，结合分析复杂工程系统中“可靠”与“成本”之间的辩证关系，培养学生面向工程实践的辩证分析能力，同时结合我国计算机网络技术的快速发展为我们带来的可靠的网络服务，增强学生科技报国的使命感和责任感。6.应用层教学要求：了解互联网的主要应用，包括文件传输与远程访问、WWW技术、客户/服务器概念与技术、Email技术等内容。教学内容：6.1域名系统DNS；6.2文件传送协议；6.3万维网WWW；6.4电子邮件难点重点：域名的定义与使用、文件传输与远程访问、WWW技术、客户/服务器概念与技术等。思政元素：结合各种网络应用在中国的蓬勃发展，对学生进行爱国教育，培养学生的家国情怀。课内实践教学内容及要求表3：课内实践教学内容及要求序号教学类型教学内容教学要求1实验WireShark数据包抓取实验了解各种协议数据单元的格式，理解各种网络协议的运行机制，掌握WireShark抓包软件的使用方法。2实验以太网交换机组网实验了解以太网的拓扑结构，理解基于以太网交换机的组网方法，掌握eNSP网络仿真软件的使用方法。3实验路由器组网实验了解实现异构网络互联需要解决的各种问题，理解基于路由器的异构网络互联的组网方法，掌握eNSP网络仿真软件的使用方法。课程考核与评价1.课程考核方式本课程的总成绩为100分，由平时考核、实验考核和期末考核3部分组成，平时考核占总成绩的20%，实验考核占总成绩的20%，期末考核占总成绩的60%。表4：考核方式在课程目标中的比例序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核方式（占比）总成绩(占比)平时考核闭卷考试实验考核1目标1：能够运用相关软件工程知识和数学模型方法对复杂软件工程问题进行评价、分析与综合（支撑毕业要求指标点1-3）103010502目标2：掌握软件生命周期要素、程序设计语言和工程设计概念、原理和方法，了解各种软件开发过程管理模型和影响设计目标和技术方案的各种因素（支撑毕业要求指标点3-1）5205303目标3：能够安全地开展实验，科学地采集实验数据，能对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论（支撑毕业要求指标点4-3）510520按占比合计206020100(2)实验考核评分标准教学目标要求权重（20%）评分标准90-10080-8960-790-59目标1：能够运用相关软件工程知识和数学模型方法对复杂软件工程问题进行评价、分析与综合（支撑毕业要求指标点1-3）10对速率、带宽、时延带宽积等网络性能参数，分层的网络体系结构、异构网络互联原理等知识充分理解，并深入分析网络及协议的性能。对速率、带宽、时延带宽积等网络性能参数，分层的网络体系结构、异构网络互联原理等知识较好理解，并分析网络及协议的性能。对速率、带宽、时延带宽积等网络性能参数，分层的网络体系结构、异构网络互联原理等知识基本理解，及分析网络及协议的性能。对速率、带宽、时延带宽积等网络性能参数，分层的网络体系结构、异构网络互联原理等知识不能正确理解，及分析网络及协议的性能。目标2：掌握软件生命周期要素、程序设计语言和工程设计概念、原理和方法，了解各种软件开发过程管理模型和影响设计目标和技术方案的各种因素（支撑毕业要求指标点3-1）5对物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层，及以太网等主要网络协议及相关网络设备的基本运行原理等知识充分理解，能够进行网络协议和架构的设计，并深入分析网络协议的性能。对物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层，及以太网等主要网络协议及相关网络设备的基本运行原理等知识较好理解，能够进行网络协议和架构的设计，并分析网络协议的性能。对物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层，及以太网等主要网络协议及相关网络设备的基本运行原理等知识基本理解，能够进行网络协议和架构的设计，及分析网络协议的性能。对物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层，及以太网等主要网络协议及相关网络设备的基本运行原理等知识不能正确理解，及进行网络协议和架构的设计，分析网络协议的性能。目标3：能够安全地开展实验，科学地采集实验数据，能对实验结果进行分析和解释，并通过信息综合得到合理有效的结论（支撑毕业要求指标点4-3）5对交换机配置、静态/动态路由配置、综合组网、网络规划与设计等网络技术与设备的基本运行原理、配置使用方法等知识充分理解，通过布置的项目能够进行准确的设计，并深入分析差异以及各种操作的实现。对交换机配置、、静态/动态路由配置、综合组网、网络规划与设计等网络技术与设备的基本运行原理、配置使用方法等知识进行理解，并能够通过布置的项目进行准确的设计，分析差异以及各种操作的实现。对交换机配置、静态/动态路由配置、综合组网、网络规划与设计等网络技术与设备的基本运行原理、配置使用方法等知识基本理解，并能够通过项目进行基本的设计、分析差异以及各种操作的实现。对交换机配置、静态/动态路由配置、综合组网、网络规划与设计等网络技术与设备的基本运行原理、配置使用方法等知识不能正