《計算機網(wǎng)絡》課程教學大綱

《計算機網(wǎng)絡》教學大綱課程名稱：計算機網(wǎng)絡英文名稱：ComputerNetwork課程編號：2141學分：2.5總學時/課內(nèi)實踐學時：40/8課程性質(zhì)：必修課程開課單位：信息與電氣工程學院適應對象：數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)課程簡介“計算機網(wǎng)絡”是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)必修核心課程，是計算機系統(tǒng)能力培養(yǎng)和對解決計算機領(lǐng)域復雜工程問題能力培養(yǎng)的重要基礎(chǔ)課程。通過本課程的學習，學生能夠具備面向計算機通信、網(wǎng)絡與信息處理的系統(tǒng)思維能力，在掌握計算機網(wǎng)絡基本組成原理、運行機制與應用技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠進行復雜網(wǎng)絡活動抽象、分析，并能夠綜合運用所學知識解決計算機網(wǎng)絡領(lǐng)域的實際工程問題，為以后從事計算機網(wǎng)絡領(lǐng)域的科研或大型工程項目的開發(fā)與運維打下堅實的基礎(chǔ)。課程過程中將通過導向式教學、案例教學等教學方法和教學手段構(gòu)建課程思政體系，達到專業(yè)課程思政“立德樹人”的目標，實現(xiàn)了“專業(yè)傳授與價值引領(lǐng)”同行同向的目的。本課程的教學內(nèi)容主要分為三部分：計算機網(wǎng)絡的基本理論、基本技能；計算機網(wǎng)絡的工作原理、組成、結(jié)構(gòu)、協(xié)議和典型應用；計算機網(wǎng)絡的使用、設計、開發(fā)、建設和管理的理論與方法本課程考核由平時考核、實驗考核、期末考試組成。課程目標1．思政目標：以我國推進大數(shù)據(jù)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展的過程和重大事件為實例，結(jié)合辯證分析方法，培養(yǎng)與強化學生技術(shù)報國、技術(shù)強國的責任感、使命感和家國情懷，培養(yǎng)學生明辨是非和理性思考的辯證思維能力，提升學生持續(xù)發(fā)奮學習與探索的內(nèi)驅(qū)力。2．具有扎實的數(shù)學與自然科學知識和工程基礎(chǔ)，系統(tǒng)掌握計算機網(wǎng)絡的基本理論、基礎(chǔ)知識、組成原理和運行機制，并綜合運用所學知識解決計算機領(lǐng)域的復雜工程問題。3．能夠針對計算機網(wǎng)絡領(lǐng)域的復雜工程問題，應用計算機軟硬件系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的基本原理和方法，設計滿足特定需求的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)，并能夠在設計中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等多維度協(xié)同發(fā)展因素。4．能夠基于科學原理并采用科學方法對計算機網(wǎng)絡領(lǐng)域復雜工程問題進行研究，制定技術(shù)路線、設計實驗方案，并通過信息綜合和實驗分析得到合理有效的結(jié)論。三、課程目標與畢業(yè)要求對應關(guān)系本課程的課程目標對軟件工程專業(yè)畢業(yè)要求指標點的支撐情況如表1所示：表1課程目標與畢業(yè)要求對應關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標1.工程知識應用能力：具有扎實的數(shù)學與自然科學知識和工程基礎(chǔ)，系統(tǒng)地掌握數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)領(lǐng)域的基本理論、基礎(chǔ)知識，并綜合運用所學知識解決復雜工程問題。1-2能夠針對大數(shù)據(jù)工程問題建立數(shù)學模型并求解；課程目標23.設計/開發(fā)解決方案能力：能夠設計出大數(shù)據(jù)應用領(lǐng)域的復雜工程問題的解決方案，具有數(shù)據(jù)采集、處理、分析、挖掘的能力，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等多維度協(xié)同發(fā)展因素。3-1掌握大數(shù)據(jù)工程設計和產(chǎn)品開發(fā)全周期、全流程的基本設計/開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設計目標和技術(shù)方案的各種因素；課程目標1，34.工程技術(shù)研究能力：能夠基于數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)原理并采用科學方法對大數(shù)據(jù)應用領(lǐng)域的復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。4-1能夠基于數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)原理，通過文獻研究或相關(guān)方法，調(diào)研和分析大數(shù)據(jù)應用領(lǐng)域復雜工程問題的解決方案；課程目,1，4課程教學安排課程共有9項教學內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學安排表序號教學內(nèi)容思政元素課堂教學學時實驗/實踐教學學時學時小計1概述愛國教育442物理層愛國教育223數(shù)據(jù)鏈路層884網(wǎng)絡層辯證分析方法885運輸層愛國教育辯證分析方法886應用層愛國教育227WireShark數(shù)據(jù)包抓取實驗228以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)實驗339路由器組網(wǎng)實驗33合計32840教學安排1.概述教學要求：了解計算機網(wǎng)絡的發(fā)展；理解計算機網(wǎng)絡定義、功能、分類；掌握網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議等基本內(nèi)容。教學內(nèi)容：1.1計算機網(wǎng)絡在信息時代的作用；1.2互聯(lián)網(wǎng)概述；1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成；1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展；1.5計算機網(wǎng)絡的類別；1.6計算機網(wǎng)絡的性能；1.7計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)重點難點：計算機網(wǎng)絡的定義，計算機網(wǎng)絡的組成結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議的定義，網(wǎng)絡層次的功能與劃分，等內(nèi)容。思政元素：在1.4小節(jié)中介紹計算機網(wǎng)絡在中國的快速發(fā)展，使學生理解國家推進科技發(fā)展進步的政策和決心，培養(yǎng)與強化學生技術(shù)報國、技術(shù)強國的責任感、使命感和家國情懷。2.物理層教學要求：理解物理層的特性和數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)的基本原理；了解常用的傳輸媒體，掌握常用的信道復用技術(shù)和寬帶接入技術(shù)。教學內(nèi)容：2.1物理層的基本概念；2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識；2.3物理層下面的傳輸媒體；2.4信道復用技術(shù)；2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)；2.6寬帶接入技術(shù)難點重點：數(shù)據(jù)通信模型、信號分析、信道復用技術(shù)、傳輸技術(shù)、傳輸媒體等內(nèi)容。思政元素：在2.3小節(jié)中介紹以光纖為代表的新一代計算機網(wǎng)絡在中國的快速發(fā)展為國民經(jīng)濟和社會生活帶來的重大變革，使學生理解國家支持科技發(fā)展進步是我們一切幸福生活的源泉，培養(yǎng)與強化學生技術(shù)報國、技術(shù)強國的責任感、使命感和家國情懷。3.數(shù)據(jù)鏈路層教學要求：理解數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能，掌握以太網(wǎng)的概念和數(shù)據(jù)鏈路層的常用協(xié)議等內(nèi)容。教學內(nèi)容：3.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層；3.2點對點協(xié)議PPP；3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層；3.4擴展的以太網(wǎng)；3.5高速以太網(wǎng)難點重點：數(shù)據(jù)鏈路層的三項主要功能，CSMA/CD協(xié)議，以太網(wǎng)交換機的自學習算法等。4.網(wǎng)絡層教學要求：掌握網(wǎng)絡層與網(wǎng)絡互聯(lián)的基本概念；掌握虛電路服務數(shù)據(jù)報服務；掌握IP協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)路由選擇協(xié)議等內(nèi)容。教學內(nèi)容：4.1網(wǎng)絡層提供的兩種服務；4.2網(wǎng)際協(xié)議IP；4.3劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)；4.4網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP；4.5互聯(lián)網(wǎng)的路由選擇協(xié)議難點重點：IP地址的編址方式(分類的IP地址、劃分子網(wǎng)、構(gòu)造超網(wǎng))，路由選擇算法思政元素：針對本章中“盡最大努力交付的不可靠的網(wǎng)絡層”的理論，結(jié)合我們每天使用到的互聯(lián)網(wǎng)，分析工程實踐中“性能”與“成本”之間博弈的辯證關(guān)系，使學生理解在龐大而復雜的系統(tǒng)中不存在能夠滿足用戶所有要求的工程技術(shù)，需要根據(jù)需求制定實際可行的解決方案。5.運輸層教學要求：了解傳輸層的基本功能、TCP的基本內(nèi)容、UDP的基本內(nèi)容；理解TCP的可靠傳輸機制、流量控、擁塞控制和連接管理等內(nèi)容。教學內(nèi)容：5.1運輸層協(xié)議概述；5.2用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP；5.3傳輸控制協(xié)議TCP概述；5.4可靠傳輸?shù)墓ぷ髟恚?.5TCP報文段的首部格式；5.6TCP可靠傳輸?shù)膶崿F(xiàn)；5.7TCP的流量控制；5.8TCP的擁塞控制；5.9TCP的運輸連接管理難點重點：應用進程通信，面向字節(jié)流機制，滑動窗口機制，擁塞控制，三報文握手/四報文握手機制。思政元素：針對本章中各種可靠網(wǎng)絡傳輸機制，結(jié)合分析復雜工程系統(tǒng)中“可靠”與“成本”之間的辯證關(guān)系，培養(yǎng)學生面向工程實踐的辯證分析能力，同時結(jié)合我國計算機網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展為我們帶來的可靠的網(wǎng)絡服務，增強學生科技報國的使命感和責任感。6.應用層教學要求：了解互聯(lián)網(wǎng)的主要應用，包括文件傳輸與遠程訪問、WWW技術(shù)、客戶/服務器概念與技術(shù)、Email技術(shù)等內(nèi)容。教學內(nèi)容：6.1域名系統(tǒng)DNS；6.2文件傳送協(xié)議；6.3萬維網(wǎng)WWW；6.4電子郵件難點重點：域名的定義與使用、文件傳輸與遠程訪問、WWW技術(shù)、客戶/服務器概念與技術(shù)等。思政元素：結(jié)合各種網(wǎng)絡應用在中國的蓬勃發(fā)展，對學生進行愛國教育，培養(yǎng)學生的家國情懷。課內(nèi)實踐教學內(nèi)容及要求表3：課內(nèi)實踐教學內(nèi)容及要求序號教學類型教學內(nèi)容教學要求1實驗WireShark數(shù)據(jù)包抓取實驗了解各種協(xié)議數(shù)據(jù)單元的格式，理解各種網(wǎng)絡協(xié)議的運行機制，掌握WireShark抓包軟件的使用方法。2實驗以太網(wǎng)交換機組網(wǎng)實驗了解以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，理解基于以太網(wǎng)交換機的組網(wǎng)方法，掌握eNSP網(wǎng)絡仿真軟件的使用方法。3實驗路由器組網(wǎng)實驗了解實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)需要解決的各種問題，理解基于路由器的異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)的組網(wǎng)方法，掌握eNSP網(wǎng)絡仿真軟件的使用方法。課程考核與評價1.課程考核方式本課程的總成績?yōu)?00分，由平時考核、實驗考核和期末考核3部分組成，平時考核占總成績的20%，實驗考核占總成績的20%，期末考核占總成績的60%。表4：考核方式在課程目標中的比例序號課程目標（支撐畢業(yè)要求指標點）考核方式（占比）總成績(占比)平時考核閉卷考試實驗考核1目標1：能夠運用相關(guān)軟件工程知識和數(shù)學模型方法對復雜軟件工程問題進行評價、分析與綜合（支撐畢業(yè)要求指標點1-3）103010502目標2：掌握軟件生命周期要素、程序設計語言和工程設計概念、原理和方法，了解各種軟件開發(fā)過程管理模型和影響設計目標和技術(shù)方案的各種因素（支撐畢業(yè)要求指標點3-1）5205303目標3：能夠安全地開展實驗，科學地采集實驗數(shù)據(jù)，能對實驗結(jié)果進行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論（支撐畢業(yè)要求指標點4-3）510520按占比合計206020100(2)實驗考核評分標準教學目標要求權(quán)重（20%）評分標準90-10080-8960-790-59目標1：能夠運用相關(guān)軟件工程知識和數(shù)學模型方法對復雜軟件工程問題進行評價、分析與綜合（支撐畢業(yè)要求指標點1-3）10對速率、帶寬、時延帶寬積等網(wǎng)絡性能參數(shù)，分層的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)原理等知識充分理解，并深入分析網(wǎng)絡及協(xié)議的性能。對速率、帶寬、時延帶寬積等網(wǎng)絡性能參數(shù)，分層的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)原理等知識較好理解，并分析網(wǎng)絡及協(xié)議的性能。對速率、帶寬、時延帶寬積等網(wǎng)絡性能參數(shù)，分層的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)原理等知識基本理解，及分析網(wǎng)絡及協(xié)議的性能。對速率、帶寬、時延帶寬積等網(wǎng)絡性能參數(shù)，分層的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、異構(gòu)網(wǎng)絡互聯(lián)原理等知識不能正確理解，及分析網(wǎng)絡及協(xié)議的性能。目標2：掌握軟件生命周期要素、程序設計語言和工程設計概念、原理和方法，了解各種軟件開發(fā)過程管理模型和影響設計目標和技術(shù)方案的各種因素（支撐畢業(yè)要求指標點3-1）5對物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層，及以太網(wǎng)等主要網(wǎng)絡協(xié)議及相關(guān)網(wǎng)絡設備的基本運行原理等知識充分理解，能夠進行網(wǎng)絡協(xié)議和架構(gòu)的設計，并深入分析網(wǎng)絡協(xié)議的性能。對物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層，及以太網(wǎng)等主要網(wǎng)絡協(xié)議及相關(guān)網(wǎng)絡設備的基本運行原理等知識較好理解，能夠進行網(wǎng)絡協(xié)議和架構(gòu)的設計，并分析網(wǎng)絡協(xié)議的性能。對物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層，及以太網(wǎng)等主要網(wǎng)絡協(xié)議及相關(guān)網(wǎng)絡設備的基本運行原理等知識基本理解，能夠進行網(wǎng)絡協(xié)議和架構(gòu)的設計，及分析網(wǎng)絡協(xié)議的性能。對物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、運輸層、應用層，及以太網(wǎng)等主要網(wǎng)絡協(xié)議及相關(guān)網(wǎng)絡設備的基本運行原理等知識不能正確理解，及進行網(wǎng)絡協(xié)議和架構(gòu)的設計，分析網(wǎng)絡協(xié)議的性能。目標3：能夠安全地開展實驗，科學地采集實驗數(shù)據(jù)，能對實驗結(jié)果進行分析和解釋，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論（支撐畢業(yè)要求指標點4-3）5對交換機配置、靜態(tài)/動態(tài)路由配置、綜合組網(wǎng)、網(wǎng)絡規(guī)劃與設計等網(wǎng)絡技術(shù)與設備的基本運行原理、配置使用方法等知識充分理解，通過布置的項目能夠進行準確的設計，并深入分析差異以及各種操作的實現(xiàn)。對交換機配置、、靜態(tài)/動態(tài)路由配置、綜合組網(wǎng)、網(wǎng)絡規(guī)劃與設計等網(wǎng)絡技術(shù)與設備的基本運行原理、配置使用方法等知識進行理解，并能夠通過布置的項目進行準確的設計，分析差異以及各種操作的實現(xiàn)。對交換機配置、靜態(tài)/動態(tài)路由配置、綜合組網(wǎng)、網(wǎng)絡規(guī)劃與設計等網(wǎng)絡技術(shù)與設備的基本運行原理、配置使用方法等知識基本理解，并能夠通過項目進行基本的設計、分析差異以及各種操作的實現(xiàn)。對交換機配置、靜態(tài)/動態(tài)路由配置、綜合組網(wǎng)、網(wǎng)絡規(guī)劃與設計等網(wǎng)絡技術(shù)與設備的基本運行原理、配置使用方法等知識不能正