计算机网络教学大纲

计算机网络教学大纲一、课程基本信息1.课程名称：计算机网络2.课程代码：[具体代码]3.课程类型：专业基础课4.适用专业：[相关专业名称]5.学分/学时：[X]学分，[16X]学时（理论教学[12X]学时，实践教学[4X]学时）6.课程目标通过本课程的学习，使学生掌握计算机网络的基本概念、原理和技术，具备组建小型网络、配置网络设备、管理网络资源以及分析和解决网络常见问题的能力，为后续专业课程的学习和从事网络相关工作奠定坚实的基础。二、课程内容与学时分配（一）计算机网络概述（2学时）1.教学目标了解计算机网络的产生与发展历程。掌握计算机网络的定义、组成与分类。理解计算机网络的功能和拓扑结构。2.教学内容计算机网络的发展阶段。计算机网络的定义和组成：硬件组成（服务器、客户机、网络设备等）、软件组成（网络操作系统、通信协议等）。计算机网络的分类：按分布范围（广域网、城域网、局域网）、按拓扑结构（总线型、星型、环型、树型、网状型）等分类方式。计算机网络的功能：数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性等。计算机网络拓扑结构：各种拓扑结构的特点及应用场景。3.教学方法讲授法、演示法、讨论法4.教学资源多媒体课件、相关网络发展历程的视频资料（二）数据通信基础（4学时）1.教学目标掌握数据通信的基本概念和术语。理解数据编码与调制技术。了解数据交换技术。2.教学内容数据通信的基本概念：数据、信号、码元、带宽、速率等。数据编码技术：数字数据的编码（不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等）、模拟数据的编码（脉冲编码调制PCM等）。数据调制技术：幅度调制AM、频率调制FM、相位调制PM等基本调制方式，以及正交幅度调制QAM等高级调制方式。数据交换技术：电路交换、报文交换、分组交换的工作原理、优缺点及应用场景。3.教学方法讲授法、案例分析法、实验演示法4.教学资源多媒体课件、数据通信原理实验演示视频（三）计算机网络体系结构（4学时）1.教学目标理解计算机网络体系结构的概念和分层思想。掌握OSI参考模型和TCP/IP参考模型的层次结构、各层功能及协议。2.教学内容计算机网络体系结构的概念：分层的必要性、协议、接口、服务等。OSI参考模型：七层结构（物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层），各层的主要功能、数据封装与解封过程。TCP/IP参考模型：四层结构（网络接口层、网际层、传输层、应用层），与OSI参考模型的对比，各层包含的主要协议（如IP、TCP、UDP等）。3.教学方法讲授法、对比分析法、图表讲解法4.教学资源多媒体课件、OSI与TCP/IP模型对比图（四）物理层（4学时）1.教学目标掌握物理层的功能和特性。了解传输介质的类型、特点及应用。熟悉物理层设备（中继器、集线器）的工作原理。2.教学内容物理层的功能：实现比特流的透明传输，包括机械特性、电气特性、功能特性和规程特性。传输介质：有线传输介质（双绞线、同轴电缆、光纤）的结构、性能指标及适用场景；无线传输介质（无线电波、微波、红外线、激光）的传播特性和应用领域。物理层设备：中继器的工作原理、作用及局限性；集线器的工作原理、分类及应用。3.教学方法讲授法、实物演示法、实验法4.教学资源多媒体课件、双绞线、同轴电缆、光纤等实物，中继器、集线器设备（五）数据链路层（6学时）1.教学目标理解数据链路层的功能和数据封装过程。掌握MAC地址的概念和作用。熟悉数据链路层协议（PPP、CSMA/CD、MAC协议）。了解数据链路层设备（网桥、交换机）的工作原理。2.教学内容数据链路层的功能：链路管理、帧定界、流量控制、差错控制、透明传输等。数据链路层协议数据单元（帧）的结构和封装过程。MAC地址：概念、格式、作用及唯一性。数据链路层协议：PPP协议的组成、工作过程；CSMA/CD协议的工作原理、冲突检测与避免机制；MAC协议（如以太网MAC协议）的工作原理。数据链路层设备：网桥的工作原理、分类及应用；交换机的工作原理、交换方式（直通式、存储转发式、碎片隔离式）及端口配置。3.教学方法讲授法、案例分析、实验操作4.教学资源多媒体课件、交换机设备、数据链路层协议分析实验软件（六）网络层（6学时）1.教学目标掌握网络层的功能和网络层协议数据单元（IP数据报）的结构。理解IP地址的概念、分类及子网划分方法。熟悉路由选择算法和路由协议（RIP、OSPF）。了解网络层设备（路由器）的工作原理。2.教学内容网络层的功能：网络互连、路由选择、拥塞控制等。IP数据报的结构：首部字段（版本、首部长度、区分服务、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间、协议、首部检验和、源IP地址、目的IP地址等）。IP地址：概念、分类（A、B、C、D、E类）、子网掩码的作用及计算方法。子网划分：子网划分的原理、方法及应用。路由选择算法：静态路由和动态路由的概念及特点，距离向量路由算法（RIP）和链路状态路由算法（OSPF）的工作原理、算法特点及收敛过程。路由器：工作原理、组成结构（硬件组成和软件组成）、路由表的建立与更新、路由器配置命令。3.教学方法讲授法、案例教学、模拟实验4.教学资源多媒体课件、路由器设备、网络层协议分析实验软件（七）传输层（4学时）1.教学目标掌握传输层的功能和端口号的作用。理解TCP和UDP协议的特点、工作过程及应用场景。2.教学内容传输层的功能：提供端到端的可靠传输或不可靠传输服务，复用和分用功能，差错控制、流量控制等。端口号：概念、作用及分类（熟知端口、注册端口、动态端口）。TCP协议：特点（面向连接、可靠传输、字节流服务）、TCP连接的建立与释放过程（三次握手、四次挥手）、TCP的滑动窗口机制、拥塞控制机制。UDP协议：特点（无连接、不可靠传输、数据报服务）、UDP数据报的结构。TCP和UDP协议的应用场景对比。3.教学方法讲授法、动画演示法、对比分析法4.教学资源多媒体课件、TCP和UDP协议工作过程动画演示视频（八）应用层（4学时）1.教学目标了解应用层的常见协议（HTTP、FTP、SMTP、POP3等）。理解应用层协议的工作原理和应用场景。2.教学内容应用层的功能：为用户提供应用程序接口，支持各种网络应用。HTTP协议：超文本传输协议的工作原理、报文格式、状态码含义及应用场景。FTP协议：文件传输协议的工作原理、两种工作模式（主动模式和被动模式）、FTP命令及应用场景。SMTP协议：简单邮件传输协议的工作原理、邮件发送过程。POP3协议：邮局协议的工作原理、邮件接收过程。其他常见应用层协议：DNS（域名系统）、TELNET（远程登录协议）等的工作原理和应用场景。3.教学方法讲授法、案例教学、网络应用演示4.教学资源多媒体课件、常见网络应用的演示视频（九）网络安全基础（4学时）1.教学目标了解网络安全的基本概念和威胁。掌握网络安全的主要技术（加密技术、防火墙技术、入侵检测技术等）。2.教学内容网络安全的基本概念：网络安全的定义、目标、重要性。网络安全威胁：常见的网络攻击类型（如黑客攻击、病毒攻击、木马攻击等）、网络安全漏洞。网络安全技术：对称加密和非对称加密技术的原理、应用；防火墙技术的分类（包过滤防火墙、状态检测防火墙等）、工作原理及配置方法；入侵检测技术的概念、分类（基于特征检测和基于异常检测）及工作流程。网络安全防范措施：数据备份与恢复、访问控制、安全审计等。3.教学方法讲授法、案例分析、网络安全技术演示4.教学资源多媒体课件、网络安全技术演示软件三、实践教学内容与学时分配（一）计算机网络基础实验（4学时）1.实验目的通过实验，加深对计算机网络基本概念、拓扑结构和设备的认识。2.实验内容使用网络拓扑软件搭建简单的网络拓扑结构，如星型、总线型拓扑。认识网络设备（计算机、交换机、集线器、路由器等）的外观和接口。3.实验要求正确搭建网络拓扑结构，记录设备连接方式。撰写实验报告，描述实验过程和结果。（二）数据链路层协议实验（4学时）1.实验目的理解数据链路层协议的工作原理，掌握相关协议的配置和测试方法。2.实验内容配置和测试PPP协议，实现两台计算机之间的链路连通。搭建以太网环境，分析CSMA/CD协议的工作过程。进行交换机的基本配置，包括端口设置、VLAN划分等。3.实验要求按照实验步骤正确配置协议和设备。使用抓包工具分析协议运行过程中的数据帧。提交实验报告，包含实验步骤、结果分析和总结。（三）网络层协议实验（6学时）1.实验目的掌握网络层协议的配置和应用，熟悉路由选择算法和路由器的使用。2.实验内容配置IP地址和子网掩码，实现不同子网之间的通信。配置静态路由和动态路由（RIP或OSPF），观察路由表的变化。使用路由器进行简单的网络互连实验，设置访问控制列表。3.实验要求准确配置网络层参数和路由协议。记录路由表信息和网络连通性测试结果。分析路由选择算法的收敛过程和访问控制列表的作用。（四）传输层协议实验（4学时）1.实验目的理解传输层协议的特点和工作过程，掌握相关协议的应用。2.实验内容使用Socket编程实现TCP客户端和服务器之间的通信，观察TCP连接的建立与释放过程。编写UDP程序，实现简单的数据传输，分析UDP协议的特点。3.实验要求正确编写TCP和UDP程序，确保通信功能正常。分析程序运行过程中传输层协议的行为。提交实验代码和实验报告。（五）网络应用实验（4学时）1.实验目的熟悉常见网络应用协议的使用，了解网络应用的实现原理。2.实验内容搭建Web服务器和客户端环境，使用浏览器访问网页，分析HTTP协议的交互过程。配置FTP服务器和客户端，进行文件上传和下载操作，了解FTP协议的工作流程。使用邮件客户端软件发送和接收邮件，分析SMTP和POP3协议的工作过程。3.实验要求正确配置网络应用服务器和客户端。记录网络应用操作过程和相关协议的交互信息。总结网络应用的使用方法和协议特点。四、课程考核1.考核方式本课程采用过程性考核与终结性考核相结合的方式，其中过程性考核占总成绩的[40%]，终结性考核占总成绩的[60%]。2.过程性考核平时作业（[20%]）：包括课后习题、实验报告、案例分析等，考查学生对课程知识的掌握和应用能力。课堂表现（[10%]）：包括出勤情况、课堂参与度、回答问题情况等，考查学生的学习态度和积极性。实验成绩（[10%]）：根据实验操作的正确性、实验报告的质量等综合评定，考查学生的实践动手能力和分析问题解决问题的能力。3.终结性考核采用期末考试的形式，题型包括选择题、填空题、简答题、综合应用题等，全面考查学生对课程知识的理解、掌握和综合应用能力。五、教材及参考资料1.教材