《計算機網絡原理》教學大綱一、課程基本信息課程編碼：112115B中文名稱：計算機網絡原理英文名稱：PrinciplesofComputerNetwork課程類別：專業基礎及核心課總學時：48學時總學分：3適用專業：網絡工程先修課程：計算機文化基礎、數字電子技術、數據通信基礎二、課程的性質、地位和任務《計算機網絡原理》課程是網絡工程專業本科生的一門專業基礎及核心課程，同時也是進一步學習路由與交換、網絡編程、協議分析、網絡安全技術等課程的前導課程，是一門集計算機技術與通信技術、軟件與硬件、理論與實踐為一體的課程。本課程理論教學以計算機網絡體系分層模型為主線，介紹計算機網絡的基本原理、組成和結構，結合主流局域網、廣域網技術介紹物理層、數據鏈路層的功能與實現原理，結合TCP/IP介紹網絡層、傳輸層和應用層的功能和主要協議，并介紹網絡管理及安全基本知識，培養學生的計算機網絡思維方法和分析網絡問題能力，使學生具備一定的計算機網絡技術實踐與應用能力、跟蹤新知識與新技術的學習能力和溝通與表達能力，為學生后續從事計算機網絡應用、設計與開發和進一步的專業學習打下必要的基礎。課程目標通過本課程的學習，掌握計算機網絡基本知識體系與基本工作原理，了解計算機網絡主流技術，能夠應用網絡的基本原理進行組網，并能夠分析和定位常見的網絡問題，具備一定的計算機網絡技術的實踐與應用能力。（對應畢業要求：G1.3、G2.1、G2.2、G2.3、G2.4、G3.4、G4.1）具體要求如下：課程目標1：掌握網絡的基本原理，從層次的角度理解網絡的基本體系結構，掌握每一層的基本功能，代表性協議等相關知識，能應用于復雜網絡系統的規劃與設計、系統集成、管理維護以及安全保障等。（G1.3）課程目標2：能根據所學基本原理，構建分析簡單的網絡拓撲，并通過查找文獻，進行方案的比較與選擇。（G2.1、G2.2、G2.3、G2.4）課程目標3：能夠了解網絡技術領域最新的發展趨勢，并能在網絡系統設計中考慮安全、健康、法律、文化及環境等制約因素。（G3.4）課程目標4：能通過文獻調研或相關方法，對具體網絡工程問題進行分析和建模，進而設計出合理的研究方案；（G4.1）課程思政目標：以新時代課程思政為引領，在培養學生自主學習、團隊協作的基礎上，將國家的發展需求與個人專業領域相結合來實現人生價值，即專業課程中孕育思政，思政中促進專業課的學習，相輔相成，相互促進，形成協同效應，達到立德樹人的育人目標，具體的課程思政目標：中國文化與精神、科技報國、科學精神、科學思維、規則意識、工匠精神、法治教育。四、課程教學基本要求1、本課程概念多、涉及面廣，教學形式以講授方式為主，能夠結合多媒體輔助教學。2、為加強實際動手能力的培養，應充分重視實踐性教學環節。3、關鍵環節實現方面的技術問題可輔以課堂討論、案例教學的形式。4、課程概念多、對某些協議的理解有一定難度，為了學生進一步理解課堂教學內容，擬布置一定數量習題為宜，教師批改作業本的1/3，并安排時間上習題課。五、課程教學內容及要求第一章計算機網絡概述（4學時）【教學目標與要求】教學目標：知識目標：使學生對計算機網絡的基本概念以及計算機網絡的參考模型有一定的認識和理解；能夠區分三種不同的體系結構；掌握分層次的體系結構每一層的功能。能力目標：培養學生分析、解決網絡問題的能力。素養目標：培養學生樹立正確的價值觀，正確的使用網絡以及網絡安全法的素養。思政目標：培養學生的網絡安全意識、激發學生的創新意識；培養學生主動思考和鑒別力，提高批判性思維能力；培養學生的規則意識和協作意識。教學要求：理解開設此課程的背景，了解課程的性質與特點，能夠描述課程的基本內容與組織，了解課程的教學要求，掌握計算機網絡的定義，能夠復述計算機網絡的分類，了解計算機網絡的形成與發展，掌握計算機網絡的組成與結構，掌握計算機網絡的拓撲構型，掌握網絡體系結構的基本概念，掌握ISO/OSI參考模型，掌握TCP/IP參考模型，能夠區分ISO/OSI模型與TCP/IP模型，了解網絡標準組織與管理機構。【教學重點與難點】教學重點：分組交換，計算機網絡的性能指標，協議、層次、接口、服務的基本概念，TCP/IP參考模型的層次劃分、各層的基本功能及主要協議。教學難點：分層次的計算機體系結構、服務與協議、服務訪問點。【教學內容】1.1計算機網絡在信息時代的作用1.2互聯網概述1.2.1網絡的網絡1.2.2互聯網基礎結構發展的三個階段1.2.3互聯網的標準化工作1.3互聯網的組成1.3.1互聯網的邊緣部分1.3.2互聯網的核心部分1.4計算機網絡在我國的發展1.5計算機網絡的類別1.5.1計算機網絡的定義1.5.2幾種不同類別的計算機網絡1.6計算機網絡的性能1.6.1計算機網絡的性能指標1.6.2計算機網絡的非性能特征1.7計算機網絡體系結構1.7.1計算機網絡體系結構的形成1.7.2協議與劃分層次1.7.3具有五層協議的體系結構1.7.4實體、協議、服務和服務訪問點1.7.5TCP/IP的體系結構第二章物理層（4學時）【教學目標與要求】教學目標：知識目標：使學生掌握物理層的功能、傳輸技術、物理層協議與標準以及傳輸介質，并對物理層設備的使用有一定的了解。能力目標：能夠根據奈氏規則，得出信道的極限速率，解決實際問題；根據物理層的特點，進行物理層規劃及設備選型的能力。素養目標：培養學生的工程實踐能力和科學探索精神。思政目標：激發學生的創新意識，以及探索未知的科學精神。教學要求：描述數據通信基礎相關的基本概念，掌握傳輸介質的特點和主要使用場景，掌握基帶傳輸技術，掌握頻帶傳輸技術，能夠使用極限傳輸速率公式，進行信道參數的指標分析與計算。能夠區分不同的多路復用技術，理解物理層協議與標準，掌握物理層設備的主要特點。【教學重點與難點】教學重點：頻帶傳輸的基本概念，多路復用的分類與特點，數據交換技術，常見的物理層接口標準，同步數字體系SDH的基本概念。教學難點：常見的物理層接口標準，信道的極限容量。【教學內容】2.1物理層的基本概念2.2數據通信的基礎知識2.2.1數據通信系統的模型2.2.2有關信道的幾個基本概念2.2.3信道的極限容量2.3物理層下面的傳輸媒體2.3.1導引型傳輸媒體2.3.2非導引型傳輸媒體2.4信道復用技術2.4.1頻分復用、時分復用和統計時分復用2.4.2波分復用2.4.3碼分復用2.5數字傳輸系統2.6寬帶接入技術2.6.1ADSL技術2.6.2光纖同軸混合網（HFC網）2.6.3FTTx技術第三章數據鏈路層（6學時）【教學目標與要求】教學目標：知識目標：通過本章的學習，使學生掌握數據鏈路層的功能、主要協議、以及所使用的設備，同時掌握以太網的相關技術，為后序的學習打下堅實的基礎。能力目標：根據數據鏈路層的特點，進行以太網的選型和規劃的能力。培養學生查閱、分析文獻資料的能力。素養目標：培養學生的工程實踐能力，培養學生耐心細致的工作態度。思政目標：培養學生嚴謹的治學態度，培養學生遵守相關的網絡安全法，培養學生的辯證思維能力。教學要求：理解數據鏈路層的三個基本問題，能夠區分點到點信道和廣播信道，能夠使用循環冗余原理得到冗余碼，能夠進行字節填充和零比特填充。掌握數據鏈路層的設備與組件，能夠復述局域網特點，能夠根據需求進行局域網拓撲的設計，理解CSMA/CD協議，并能夠進行最短幀長的計算。理解IEEE802標準，掌握MAC幀的格式，區別交換機、集線器所組成的局域網的異同，掌握以太網交換機的自學習方法，區分不同類型的以太網。了解虛擬局域網工作原理。能夠正確的選取局域網的設備并進行局域網拓撲的設計。【教學重點與難點】教學重點：數據鏈路層的三個基本問題，以太網的MAC幀的格式，CSMA/CD協議，IEEE802.3，交換機的自學習算法，交換機、網橋、集線器組成局域網的特點。教學難點：透明傳輸，CSMA/CD協議，交換機的自學習算法。【教學內容】3.1使用點對點信道的數據鏈路層3.1.1數據鏈路和幀3.1.2三個基本問題3.2點對點協議PPP3.2.1PPP協議的特點3.2.2PPP協議的幀格式3.2.3PPP協議的工作狀態3.3使用廣播信道的數據鏈路層3.3.1局域網的數據鏈路層3.3.2CSMA/CD協議3.3.3使用集線器的星型拓撲3.3.4以太網的信道利用率3.3.5以太網的MAC層3.4擴展的以太網3.4.1在物理層擴展以太網3.4.2在數據鏈路層擴展以太網3.4.3虛擬局域網3.5高速以太網3.5.1100BASE-T以太網3.5.2吉比特以太網3.5.310吉比特以太網（10GE）和更快的以太網3.5.4使用以太網進行寬帶接入第四章網絡層（20學時）【教學目標與要求】教學目標：知識目標：通過對本章的學習，使學生掌握網絡層的功能、主要協議、以及路由選擇算法，并能夠進行子網的劃分、構成超網、地址塊的規劃，會進行簡單的網絡的規劃與設計。能力目標：通過對網絡層的學習，培養學生進行IP地址的規劃、子網的劃分、以及超網的構成的能力。培養學生分析、綜述材料的能力。素養目標：培養學生的工程實踐能力，通過系統的學習，培養學生積極思考、敢于動手、自主探究新知識的欲望。思政目標：提升對工程技術的學習熱情，提升學生的批判性思維；培養學生的團隊合作意識；培養學生主動學習、自主學習的能力；培養學生仔細認真的工作態度；引導學生制定實現“目標”的路徑。教學要求：理解網絡層的功能，區分虛電路服務和數據報服務，描述網際協議IP，掌握IP數據報格式及其傳輸機制（封裝、分組、重組、拆封），掌握IP地址及其規劃，理解無分類編址CIDR及超網的概念，掌握地址解析協議-ARP，掌握路由與路由選擇，理解路由選擇協議IGP和EGP，掌握路由器在網絡互連中的作用，理解路由器的組成和功能。掌握ICMP的分類及特點，借助ping和tracert追蹤和分析網絡問題。理解IPV6地址的基本格式及相關表示方法，區分IPV4與IPV6。理解IP多播，理解虛擬專用網VPN的工作原理，掌握網絡地址轉換NAT的工作原理和過各程。【教學重點與難點】教學重點：IP數據報的格式，ARP工作原理，路由選擇協議，子網劃分及其計算，構造超網。教學難點：距離向量算法，子網劃分，構造超網，IP分組的轉發過程。【教學內容】4.1網絡層的幾個重要概念4.2網際協議IP4.2.1虛擬互連網絡4.2.2IP地址4.2.3IP地址與硬件地址4.2.4地址解析協議ARP4.2.5IP數據報格式4.3IP層轉發分組的過程4.3.1基于終點的轉發4.3.2最長前綴匹配4.4網際控制報文協議ICMP4.4.1ICMP報文的種類4.4.2ICMP的應用舉例4.5IPV64.5.1IPv6的基本首部4.5.2IPv6的地址4.5.3從IPv4向IPv6過渡4.5.4ICMPv64.6互聯網的路由選擇協議4.6.1有關路由選擇協議的幾個基本概念4.6.2內部網關協議RIP4.6.3內部網關協議OSPF4.6.4外部網關協議BGP4.6.5路由器的構成4.7IP多播4.7.1IP多播的基本概念4.7.2在局域網上進行硬件多播4.7.3網際組管理協議IGMP和多播路由選擇協議4.8虛擬專用網VPN和網絡地址轉換NAT4.8.1虛擬專用網VPN4.8.2網絡地址轉換NAT4.9多協議標記交換MPLS4.9.1MPLS的工作原理4.9.2MPLS首部的位置與格式第五章運輸層（8學時）【教學目標與要求】教學目標：知識目標：通過對本章的學習，使學生掌握運輸層的兩個主要協議TCP和UDP的工作機制以及工作原理。能力目標：通過對協議的學習，培養學生分析協議并從報文中提取相關信息的能力。素養目標：培養學生的工程實踐能力，培養學生協議設計的能力。思政目標：培養學生知同辨異的能力；培養學生的科研前瞻意識；培養學生求真務實的精神和嚴謹的治學態度。教學要求：能夠復述運輸層功能，區分TCP和UDP協議。理解端口的涵義和作用。理解TCP面向字節流的特點。掌握TCP可靠傳輸的原理以及實現方法，理解滑動窗口的概念，掌握停止-等待協議，理解后退N幀協議（GBN），理解選擇重傳協議（SR），掌握TCP流量控制與擁塞控制的原理與方法，掌握TCP連接與釋放的過程。【教學重點與難點】教學重點：TCP和UDP協議，運輸層在網絡體系中的地位和作用，停止-等待協議，后退N幀協議（GBN），選擇重傳協議（SR），TCP流量控制與擁塞控制，TCP連接與釋放的過程。教學難點：TCP的可靠傳輸實現原理，TCP的擁塞控制，TCP連接與釋放的過程。【教學內容】5.1運輸層協議概述5.1.1進程之間的通信5.1.2運輸層的兩個主要協議5.1.3運輸層的端口5.2用戶數據報協議UDP5.2.1UDP概述5.2.2UDP的首部格式5.3傳輸控制協議TCP概述5.3.1TCP最主要的特點5.3.2TCP的連接5.4可靠傳輸的工作原理5.4.1停止等待協議5.4.2連續ARQ協議5.5TCP報文段的首部格式5.6TCP可靠傳輸的實現5.6.1以字節為單位的滑動窗口5.6.2超時重傳時間的選擇5.6.3選擇確認SACK5.7TCP的流量控制5.7.1利用滑動窗口實現流量控制5.7.2TCP的傳輸效率5.8TCP的擁塞控制5.8.1擁塞控制的一般原理5.8.2TCP的擁塞控制方法5.8.3主動隊列管理AQM5.9TCP的運輸連接管理5.9.1TCP的連接建立5.9.2TCP的連接釋放5.9.3TCP的有限狀態機第六章應用層（6學時）【教學目標與要求】教學目標：知識目標：通過對本章的學習，使學生掌握應用層常見協議的工作原理。并能夠描述應用層協協議的工作過程，同時能夠明確應用層的協議在運輸層和網絡層所使用的協議。能力目標：通過對應用層的學習，培養學生使用和研發網絡應用的能力。素養目標：培養學生的工程實踐能力，培養學生樹立正確的價值觀。思政目標：激發學生的科技創新意識和愛國主義情懷；培養學生的職業道德素養。教學要求：理解計算機網絡中應用層的功能，掌握DNS、HTTP、TELNET、SMTP、POP3、IMAP、FTP、TFTP、DHCP等應用層常見協議的工作原理，理解DNS工作原理及解析類型，區分迭代查詢與遞歸查詢。【教學重點與難點】教學重點：DNS、WWW、電子郵件和DHCP。教學難點：DNS工作原理及解析類型。【教學內容】6.1域名系統DNS6.1.1域名系統概述6.1.2互聯網的域名結構6.1.3域名服務器6.2文件傳送協議6.2.1FTP概述6.2.2FTP的基本工作原理6.2.3簡單文件傳送協議TFTP6.3遠程終端協議TELNET6.4萬維網WWW6.4.1萬維網概述6.4.2統一資源定位符URL6.4.3超文本傳送協議HTTP6.5電子郵件6.5.1電子郵件概述6.5.2簡單郵件傳送協議SMTP6.5.3電子郵件的信息格式6.5.4郵件讀取協議POP3和IMAP6.6P2P應用6.6.1具有集中目錄服務器的P2P工作方式6.6.2具有全分布式結構的P2P文件共享程序6.6.3P2P文件分發的分析6.6.4在P2P對等方中搜索對象六、教學學時分配建議表1《計算機網絡原理》課程教學時數分配表總學時：48學分：3章節主要內容（章節標題）學時各環節學時分分配備注講授實驗實踐討論、習題課等第1章計算機網絡概述44第2章物理層44第3章數據鏈路層66第4章網絡層20182第5章運輸層871第6章應用層651課程目標與教學內容對應表表2課程目標與教學內容對應表章節主要內容（章節標題）學時教學目標目標1目標2目標3目標4第1章計算機網絡概述4√√第2章物理層4√√√第3章數據鏈路層6√√√第4章網絡層20√√√√第5章運輸層8√√√√第6章應用層6√√√本課程是一門理論性和實踐性較強的課程。在課程的教學中要強調理論聯系實際，采用啟發式教學原則，通過各種教學方式和手段激發學生的學習積極性。在講清基本概念、基本理論、基本方法的同時，注意與有關專業的課程內容互相滲透和配合。提倡采用案例教學，注重啟發式、引導式教學，使學生真正理解這門課程的特點及原理、方法，并能在實際應用中發現問題、解決問題。八、課程考核方式與成績評定建議考試可靈活采用閉卷、平時作業、實驗相結合的形式。閉卷部分的考試題包括基本概念、基本理論、基本分析方法等，題型可采用填空題、簡答題、選擇題、分析計算題等多種形式。課程考核由平時考核和期末考核兩部分組成。平時考核成績共100分，由平時考勤、課堂表現、作業成績組成。平時考勤共計20分