《计算机网络》教案 1.docx

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《计算机网络》教案1

《计算机网络》

教案

苏继斌

《计算机网络》课程教学设计

一、课程定位

本课程是面向全校本科各专业学生的一门重要的公共工程技术基础课程，是理论和实践紧密结合的一门课程，是提高学生信息素质和工程素养的一门重要的基础课程。

通过本课程的教学，使学生能够系统地掌握计算机网络的基本概念、核心原理和常用的组网技术，为今后从事基于信息系统的作战、指挥、训练工作奠定必要的工程技术基础。

二、教学对象

《计算机网络》课程的授课对象是全校本科各专业学生，他们具有基础较好，理解能力强，有强烈的求知欲的特点，并且对计算机网络已有一些初步的认识，接触和使用过不少网络应用。

他们希望通过课程学习了解计算机网络内部的工作原理，利用所学知识能解决一些在网络应用方面的实际问题。

本课程要求学生具备计算机系统硬件、软件以及通信方面一些必要的基础知识。

三、课程教学目标

通过本课程的教学，使学生能够系统地掌握计算机网络的基本概念和核心原理，掌握因特网一些重要协议和常用网络设备的基本工作原理。

培养学生学习复杂系统工作原理的能力；培养学生科学思维能力和自主学习能力，培养学生分析问题、归纳和综合知识的能力；培养学生理论指导实际，灵活利用所学原理与知识分析和解决实际网络应用中的问题的能力。

通过本课程的教学提高学生的信息素质，以适应未来..….的需要。

同时通过本课程的教学，可以为学习计算机、通信、信息类专业课程打下坚实的理论基础，为今后从事……工作奠定必要的工程技术基础。

四、课程教学内容设计

本课程教学分为理论教学（44学时）和实践教学（12学时）两部分。

理论教学借助计算机网络五层原理性体系结构来组织教学内容，以因特网为实例，围绕基本概念和基本原理，按照：

概述、物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层的顺序讲授各层内容，最后教授与以上各层都相关的网络安全。

一是概述。

使学生对整个计算机网络和因特网的功能、构成有一个整体粗略的了解。

了解分组交换的基本原理和特点。

理解什么是网络协议，网络协议的分层体系结构及各层的基本功能。

二是物理层。

主要让学生理解一些数据通信方面的基础知识和物理层能为上层提供什么样的服务，为理解上层协议的工作原理提供一定的基础知识。

三是数据链路层。

掌握计算机网络的底层技术：

数据链路层要解决的几个基本问题，重点是媒体访问控制和局域网技术。

四是网络层。

网络层是计算机网络的核心，掌握网络层是理解整个计算机网络的工作原理的关键，要掌握IP地址、分组转发、路由选择、网络互联等计算机网络的核心技术和重要概念。

还要掌握网络层和数据链路层的关系，以及将网络虚拟化链路的概念。

五是运输层。

理解运输层在网络分层体系结构中承上启下的重要地位，掌握可靠数据传输和TCP的工作原理，掌握流量控制和拥塞控制的基本原理和方法。

六是应用层。

由于学生对网络应用的使用较为熟悉，应用层主要是使学生理解应用层是如何利用下层提供的服务来实现各种网络应用的，理解应用层协议所要解决的问题。

理解典型网络应用的基本原理。

七是网络安全。

先介绍网络安全的内容，然后介绍网络安全服务的各种机制，最后简要介绍典型的网络安全协议和系统。

实践教学以强化学生的动手实践能力为目的，以提高操作技能和面向实用技术为设计原则，以组网技术和构建网络应用服务为核心设计实验内容。

具体包括简单局域网组网、网络协议分析、路由器配置、典型应用服务器的配置和简单网络应用程序开发等实用性较强的实践内容。

部分实验内容可根据学生学习能力和实际情况，让学生自主选做。

五、课程教学模式设计

采用以讲授原理性知识为主的教学模式，按照计算机网络五层原理性体系结构来组织教学内容，以因特网为实例，围绕基本概念和基本原理，按照“自底向上”的方法，逐层讲授各层内容，使学生逐步建立起计算机网络的知识体系结构。

着眼原理知识，使学生获得长“保质期”的知识，同时关注目前流行的技术，将这些技术作为网络原理的应用实例来学习。

在学习计算机网络每层协议的原理时，主要按照“问题→方法和原理→具体技术实例”的思路讲解：

先分析该层的主要任务是什么与上下层之间的关系是什么，要解决的主要问题有哪些。

针对这些主要问题先讲解解决这些问题的基本方法和基本原理，然后介绍在因特网中实现这些功能的具体协议或网络设备。

例如，网络层的一个重要问题就是如何找到一条到目的地的“最佳”路径，即路由选择问题。

先讲授基本的原理性选路算法，如距离向量选路算法、链路状态选路算法，然后再介绍因特网中分别采用这两种算法的选路协议：

RIP和OSPF。

由于计算机网络是一个极其复杂的系统，学习计算机网络的过程实际就是一个在学生的知识空间中“构建”一个计算机网络体系结构的过程。

因此，对于每个知识点在授课中应强调知识点在整个体系结构中的位置，所起到的重要作用，以及与其他知识点之间的关系。

在授课过程中，注重阶段性总结，每章结束时通过总结帮助学生将该章内容关联起来建立起计算机网络某一层的知识结构，然后再放入到整个网络体系结构去，这样学完整个课程后在每个学生掌握的是一个复杂的计算机网络系统，而不仅仅是一些零散的知识点和技术原理。

在教学方法上，由“单一的教员讲解”转变为采用引导、启发、研究、讲解、讨论等多种形式，引导学生主动思考、积极研究，激发学生的求知欲、想象力、创新欲和探索精神。

在教学过程中强调“课前”、“课中”、“课后”的有机结合。

强调课前预习，先以预习作业的形式将问题布置给学生，学生在课前利用已学知识，分析问题并进行创新思维，大胆提出自己的解决方案。

在学生充分课前思考的基础上，教员引导学生利用科学思维方法最终将要传授的知识转化为学生自己的创新成果。

通过课后开放性问题进一步拓展学生的思维空间。

针对学生不会看书，不会学习，课堂互动深度不够，研究讨论参与度不高的问题，部分教学内容采用翻转课堂模式，学生根据教员给出的学习要求、学习资料和启发性问题在课前自学，课堂通过有深度的问题展开讨论，进行深度互动，迫使学生积极思考，指导学生的自主学习，及时纠正学生的学习偏差。

在教学手段上，采用幻灯和板书相结合的形式，充分利用多媒体课件形象、直观、能提高学生的学习兴趣和求知欲的特点，多用图例来描述网络原理和系统结构，用动画来描述协议交互过程和设备工作的流程。

同时用板书记录关键性概念，并利用板书灵活动态的特点，在授课过程中对幻灯内容进行灵活扩展和发挥。

教学进度总体安排

序号

教学内容

课堂教学

学时

实践教学

学　　时

网络教

学学时

概述

学生自

主学习

物理层

数据链路层

网络层

运输层

应用层

网络安全

总计

《计算机网络》课程教案

第1讲

内容

备注

讲课题目：

课程介绍、因特网概述、因特网的组成

目的要求：

明确课程地位和意义，介绍学习方法。

了解计算机网络（特别是因特网）的构成和术语。

理解网络核心的分组交换技术的基本工作原理，理解电路交换、分组交换的区别。

重点难点：

电路交换和分组交换的基本工作原理

方法步骤：

课堂讲解与实例介绍

器材保障：

电脑、投影

时间地点：

教学内容:

§1概述

预习思考题：

1.你主要用计算机网络或因特网干什么？

你认为计算机网络由哪些关键元素组成？

你所知道的网络设备有哪些？

你知道的连接因特网的方式（上网方式）有哪些？

2.你认为计算机网络或因特网的核心功能是什么？

与电话网、有线电视网有什么本质区别？

一、课程简介

（一）课程目标

（二）内容、重难点

（三）学习方法和要求

二、计算机网络在信息时代中的作用

通过提问的方式，让学生自己把计算机网络在信息时代中的作用讲出来，然后进行总结。

突出并强调“计算机网络与传统通信基础设施最大的不同在于：

其端系统是功能强大、具有智能的计算机！

”，因此“应用层出不穷！

需求推动网络技术飞速发展！

”。

三、因特网概述

（一）网络的网络

结合图示，介绍一些名词和术语：

主机、端系统、链路、路由器。

（二）因特网发展的三个阶段（简单介绍）

通过图示介绍一下因特网服务提供商和ISP多层结构的形成，和WWW对世界的影响，其他内容学生自学。

（三）因特网的标准化工作（自学）

布置学生自学，要求学生知道IETF和RFC。

四、因特网的组成

（一）因特网的边缘部分

简单讲一下其组成。

（二）因特网的核心部分（重点）

重点讲解分组交换。

1、为何需要交换技术？

（分析）

2、网络核心示意图

3、电路交换的基本原理（图例）

4、用电路交换进行计算机数据传输的问题（提问）

通过该问题，启发学生提出分组交换的思想。

5、分组交换的基本原理（图例）

分组、存储转发的概念

6、分组交换与电路交换的比较。

1）分组交换存在的问题：

时延、丢包等

通过提问和启发的方式让学生自己将这些问题找出来

2）在资源分配和资源共享方面的比较；

3）在时延方面的比较；

回顾与小结：

1、计算机网络（特别是因特网）的作用；

2、因特网的组成；

3、电路交换、分组交换的基本工作原理；

4、列出本次课要掌握的知识点。

作业与思考题：

1.习题1-01

2.习题1-03

参考资料：

1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。

2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

此处板书

通过预习思考题，学生提前思考课堂内容，增强参与度。

此处板书

使学生明确学习目标、方法。

此处板书

可将一部分放到课程简介之前作为开场白

此处板书

幻灯并讲解：

使学生因特网有一个初步的认识。

幻灯并讲解：

使学生知道什么是端系统，端系统中都有些什么。

此处板书

幻灯并讲解：

使学生理解电路交换和分组交换的基本原理及其比较。

比较可能没有时间讲完，可让学生课后思考，下次课再讲

第2讲

内容

备注

讲课题目：

计算机网络的类别、性能、体系结构

目的要求：

掌握计算机网络的基本性能指标、通过研讨理解计算机网络协议分层的意义和作用，理解5层原理体系结构中各层的基本功能。

重点难点：

分层体系结构

方法步骤：

课堂讲解与实例介绍

器材保障：

电脑、投影

时间地点：

教学内容与时间安排:

预习思考题：

1.你关心的网络性能有哪些（你如何评价网络运行情况的好坏）？

2.如果上网很慢你认为可能的原因是什么？

3.两个人如何通过手电筒传递消息？

要考虑哪些问题？

请设计一种可行的方案。

内容回顾与本次课内容介绍

一、计算机网络的类别

（一）计算机网络的定义

（二）几种不同类别的网络

布置学生自学。

三、计算机网络的性能

（一）计算机网络的性能指标

速率、带宽、吞吐量、时延、利用率、丢包率的概念和单位。

（二）时延的类型（重点）

1、在路由器的节点时延示意图；

2、处理时延；

3、排队时延；

4、传输时延；

5、传播时延；

6、传输时延和传播时延的比较。

（三）丢包率（增加）

导致丢包的原因、拥塞的基本概念。

四、网络协议和计算机网络的体系结构

（一）网络协议

网络协议的重要性，网络协议的3要素。

通过“手电通信”的工作原理的研讨，让学生意识到网络协议的重要性和网络协议所要规定的内容。

（二）灯塔通信问题（研讨题）

通过该实例的研究和讨论使学生理解计算机网络中最核心的问题和原理并不难，但同时意识到设计一个完善的网络系统的复杂性。

启发学生用分层的思路去设计一个灯塔通信问题，从该问题的解决中理解分层结构在设计通信系统中的优点和作用。

从而引出计算机网络的分层体系结构。

（三）计算机网络的5层原理体系结构

1、以图示的方法从底向上讲解各层的主要功能。

然后从上而下总结各层的功能，并强调层间服务与被服务的关系。

2、以邮政系统为例说明分层体系结构在现实生活中的作用，并与网络系统进行比较，引出协议数据单元在各层间传递的流程和封装的概念

3、通过图示和动画讲解协议数据单元在各层间传递的过程，上层协议数据单元是如何封装到下层协议数据单元中的。

4、结合邮政系统说明首部在各层协议中的作用。

回顾与小结：

1、分组交换网络中的几种主要时延产生的原因和区别；

2、网络的分层体系结构；

3、列出本次课要掌握的知识点。

作业与思考题：

1.习题1-10

2.习题1-11

参考资料：

1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。

2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

采用学生主动发言与提问相结合的方式，就这些问题开展简要讨论

此处板书

使学生掌握分组交换网中时延的由哪几部分组成，在什么地方产生。

使学生认识到丢包问题是分组交换网中的一个重要问题

此处板书

将讨论题目布置给学生

重点让学生建立网络体系结构的概念

在讲解邮政系统时要突出分层的作用，不同层有不同的传递单元，有不同的控制信息和地址，引出封装的概念

第3讲

内容

备注

讲课题目：

物理层

目的要求：

掌握物理层的基本功能，理解一些基本的数据通信方面的基础知识和概念。

理解常用宽带接入技术的基本原理。

重点难点：

带宽、调制解调、复用

方法步骤：

课堂讲解与实例介绍

器材保障：

电脑、投影

时间地点：

教学内容与时间安排:

§2物理层

内容回顾与本次课内容介绍

一、物理层的基本概念

物理层的主要任务和物理层规程描述的内容。

二、数据通信的基础知识

（一）数字信号

1.数字信号与模拟信号

2.数字信号在传输中会失真

3.带宽和传输速率极限

（二）调制解调技术

1.在电信号中表示数字的不同方式

2.几种基本的调制方式

AM、FM、PM

3.调制技术的主要用途

三、物理层下面的传输媒体

1.双绞线

2.同轴电缆

3.光纤

4.无线媒体

四、信道复用技术

1.复用的基本概念（图示）

2.频分复用

3.时分复用

4.统计时分复用

五、数字传输系统

数字传输系统的作用

六、宽带接入技术

1.ADSL

简单介绍拨号上网的基本原理；

ADSL的基本原理；

ADSL与拨号上网的区别。

2.HFC

主要特点

补充：

无线接入

1.3G

2.Wi-Fi

回顾与小结：

1、物理层在整个计算机网络的作用；

2、对物理层要掌握到什么程度；

3、要掌握的本次课知识点。

作业与思考题：

习题2-05

参考资料：

1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。

2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

此处板书

关键是使学生能理解数据是如何在媒体中传播的，媒体传输信号的速率是有限的。

此处板书

理解调制解调的基本概念和工作原理，以及其用途

此处板书

掌握各种传输媒体的特点，知道如何选用。

此处板书

信道复用的概念很重要，理解除统计时分复用外，信道复用技术就是将一个原来的传输媒体划分为多个小的子信道。

此处板书

重点是让学生理解ADSL与拨号上网的本质区别

简单介绍一下无线接入技术，鼓励学生去查资料

第4讲

内容

备注

讲课题目：

数据链路层

目的要求：

掌握数据链路层的三个基本问题。

重点难点：

数据链路层的三个基本问题

方法步骤：

课堂讲解与实例介绍

器材保障：

电脑、投影

时间地点：

教学内容与时间安排:

预习思考题：

1.你知道的接入因特网的方式有哪些，各有什么特点？

内容回顾与本次课内容介绍

§3数据链路层

一、数据链路层的基本概念

介绍两个主机通过互联网进行通信时数据链路层所处的位置

强调：

不同段的数据链路层可能采用不同的数据链路层协议

过渡：

影响数据链路层协议的一个重要因素是信道类型的差异。

两种信道类型：

点对点信道、广播信道。

二、使用点对点信道的数据链路层

（1）数据链路和帧

基本概念：

链路、数据链路、规程、帧

点对点信道的数据链路层通信的主要步骤

（2）三个基本问题：

1、封装成帧

结合数据突发性解释封装成帧的原因和方法。

介绍MTU的概念。

（MTU使得软硬件实现更简单）

2、透明传输

讨论帧定界符可能导致的错误，引出透明传输问题。

讲解：

字节填充方法、零比特填充法

3、差错检测

由误码率引出差错检测问题，并介绍差错检测功能的实现方法。

讲解：

循环冗余检验

（3）可靠传输：

1、可靠传输的工作原理

在不可靠的信道上实现可靠的数据传输

为上层提供一条可靠的逻辑通道

课堂讨论

两台计算机通过一条双向不可靠（可能出现比特差错、分组丢失）信道连接，请设计一个方法实现发送方到接收方的单向可靠数据通信（无差错、无丢失、不失序、不重复）。

先解决以上基本问题，再考虑若发送方和接收方之间的往返传播时延很大，你的方法效率如何？

如何改进？

（一）停止等待协议

（1）超时重传

（2）确认丢失

（3）确认迟到（过早超时）

（4）可靠通信的实现

使用上述的确认和重传机制，我们就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。

这种可靠传输协议常称为自动重传请求ARQ（AutomaticRepeatreQuest）。

ARQ表明重传的请求是自动进行的。

接收方不需要请求发送方重传某个出错的分组。

（5）信道利用率

停止等待协议的优点是简单，但缺点是信道利用率太低。

回顾与小结：

1、链路与数据链路

2、三个基本问题：

封装成帧、透明传输、差错检测

3、要掌握的本次课知识点。

作业与思考题：

1.习题3-04

预习讨论题：

能否找到一种方法使得多台计算机连接在同一条电缆上可以互相通信？

你能想出几种方法？

各有什么优缺点？

主要论述一种。

参考资料：

1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。

2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

此处板书

重点是让学生理解为什么这三个问题是基本问题，不解决会有什么问题

可通过程序设计中转义字符的概念进行类比讲解

引导学生思考会出现什么问题，如何解决。

通过图例建立可靠数据传输的模型

让学生理解可靠数据传输不仅是运输层的功能

通过课堂讨论题让学生自己设计一个简单的可靠传输协议

注意引导学生考虑一些特殊情况

引导学生自己提出差错检测、确认、超时重传、序号等可靠数据传输机制

板书

前面经讨论已对停止等待协议的基本机制有了一定的认识，现在通过图例系统讲解停止等待协议对各种不同的情况的处理算法

关键是让学生理解ARQ名称的由来

通过图例说明停止等待协议的信道利用率太低引出连续ARQ协议

布置预习讨论题，并让学生开展分组合作设计解决方案，准备在后面的课堂中进行研讨交流

第5讲

内容

备注

讲课题目：

PPP协议与使用广播信道的数据链路层

目的要求：

了解PPP协议的基本功能。

理解媒体访问控制的概念，了解信道共享的一般技术，包括信道划分、受控接入和随机接入。

掌握CSMA/CD协议基本原理。

重点难点：

CSMA/CD协议

方法步骤：

课堂讲解与实例介绍

器材保障：

电脑、投影

时间地点：

教学内容与时间安排:

三、点对点协议PPP

（一）特点

（二）PPP协议不需要的功能

（三）PPP协议的组成

1、封装方法

2、链路控制协议LCP

为什么需要LCP，LCP的作用是什么

3、网络控制协议NCP

为什么需要NCP，NCP的作用是什么

（四）PPP协议的帧格式

1、帧格式

2、透明传输

（五）PPP协议的工作状态（课后自习）

简单介绍

四、局域网的数据链路层

1、局域网特点

2、局域网拓扑

3、媒体共享技术

[课堂讨论]引出静态划分信道和动态划分信道，以及随机接入和受控接入的概念。

讨论广播信道带来的问题，引出静态划分信道和动态划分信道，以及随机接入和受控接入的概念。

静态划分信道

频分多址、时分多址、码分多址…

动态媒体接入控制（多点接入）

随机接入，如以太网

如何减少冲突，冲突后如何办

受控接入，如多点线路探询（polling），或轮询。

五、CSMA/CD协议

先介绍以太网环境：

总线、广播方式，提供不可靠服务和曼彻斯特编码

介绍CSMA/CD概念，强调多点接入、载波监听和冲突检测。

分析CSMA的碰撞现象，讨论如何尽可能的有效利用信道资源。

分析：

（1）二进制指数类型退避方法

讨论一下这种退避方法的效果。

（2）争用期

用基本退避时间如何确定来引出争用期的讨论。

强调争用期又称为“碰撞窗口”，并用作基本退避时间。

（3）最短有效帧长

解释引入最短有效帧长的目的。

（4）强化碰撞。

分析在强化碰撞的情况下，总线占用时间TB+TJ+τ

以太网的重要特性：

（1）碰撞与范围的关系

（2）碰撞与主机数量的关系

回顾与小结：

1、链路与数据链路

2、三个基本问题：

封装成帧、透明传输、差错检测

3、PPP协议：

字节填充、零比特填充

4、CSMA/CD：

碰撞、退避方法、争用期、最短有效帧长、强化冲突

作业与思考题：

3-07，3-08，3-20、3-25、3-26

参考资料：

1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4版），（美）JamesF.KuroseKeithW.Ross著/陈鸣译，机械工业出版社。

2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆著/潘爱民译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

此处板书

让学生了解各协议之间的关系，建立PPP链路的过程

此处板书

通过讨论让学生主动思考，激发学生的创造热情和创新思维

讨论

通过讨论让学生自己提出较为可行的方法来实现媒体访问控制

注意引导学生发现其他同学提出方案的问题

此处板书

通过幻灯分析碰撞过程，讲解载波监听和冲突检测的目的。

讲解退避方法、分析退避效果。

第6讲

内容

备注

讲课题目：

使用广播信道的以太网及其扩展

目的要求：

掌握集线器的工作原理、MAC地址等概念；掌握以太网扩展的方法，理解网桥工作原理和碰撞域等概念。

重点难点：

MAC地址、网桥工作原理、碰撞域概念

方法步骤：

课堂讲解与实例介绍

器材保障：

电脑、投影

教学内容与时间安排:

预习思考题：

网桥和集线器有什么区别？

一、使用广播信道的以太网

（一）使用集线器的星形拓扑

（1）介绍从粗同轴电缆到细同轴电缆到集线器

（2）使用集线器的双绞线以太网

集线器的构造、特点

（二）、MAC地址

（1）MAC的作用

多点接入的标识问题。

（2）MAC地址的类型

单播地址、广播地址和多

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