《网络工程设计与系统集成》课程教案.doc
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《网络工程设计与系统集成》课程教案
授课时间：
授课时数：
4课时
授课课题
第1章绪论
授课形式
教师讲授
教学目的与要求
本章将简单介绍网络工程设计的概念，系统集成的定义、发展和层面。
按照系统集成基本知识要求，重点介绍OSI参考模型、TCP/IP协议栈，网络拓扑结构，IP相关知识，网络工程需求分析方法和网络工程设计方法。
教学重点
1.了解系统集成的发展和层面，理解网络工程设计和系统集成的概念，掌握网络系统结构与协议的基本知识，会使用OSI与TCP/IP对比，分析实际网络体系结构。
2.熟悉IPv4地址结构，掌握IPv4子网地址划分与地址分配方法。
理解域名解析系统的功能及工作过程。
了解网络工程需求分析方法和步骤，以及网络工程设计方法。
理解域名系统表示与域名解析方法。
3.识别网络物理结构与逻辑结构。
亲历网络需求分析的过程，获得网络工程设计的感性认识。
能按照用户网络需求和网络设计方法，撰写简单的网络工程需求任务书。
教学难点
1.理解并掌握网络工程设计和系统集成的基本概念
2.理解并运用域名解析系统的功能及工作过程
3.熟练掌握网络工程需求分析法的基本步骤和网络工程设计的方法
4.学会撰写简单的网络工程需求任务书
教学方法与手段
一、课堂教学
1、讲授
本章属于知识理论课，以教师讲授为主。
本书为适应网络系统集成发展，保持教材内容的先进性和可操作性，本次修订是在第2版的基础上，对教材内容进行了全新组织、充实和完善。
教材修订尽可能地反映了当今园区网设计与系统集成的新思想、新方法和新技术，以适应读者对网络系统集成知识和技能的需求。
2、提问
为调动学生积极性，每节课要有3~5次师生的互动。
3、教师指导下的学生自学
通过“案例学习”和“上机实验”等环节，体现教材内容的实践性与可操作性。
将网络工程设计与系统集成中较难理解的技术和方法，分散在不同的章节介绍，实现了难度分散的编写目的，便于学生理解与掌握。
充分考虑应用型本科学生的认知特征和学习目标。
依据系统观点，从园区网设计与系统集成的视角组织相关内容。
紧扣“园区网设计与系统集成”的主题，突出内容的实用性和整体性。
注重网络工程设计与系统集成的新技术、新方法的介绍。
针对作业中存在的问题，采用习题讨论课的方式，深入讲解讨论，使用学生真正掌握所学内容。
二、其它教学方法
采用多媒体辅助教学手段，结合传统教学方法，解决好教学内容多、信息量大与学时少的矛盾；充分利用学校的图书馆的资源优势，查阅与课程相关的资料；通过网络实训内容提高学生的综合处理问题的能力。
注重立体化教材建设，以方便读者学习。
本立体化教材网站（
教学内容及
过程设计
一、课程导入
网络工程是计算机及相关科学指导下的现代网络技术应用。
通过这一应用，使网络设备和资源的特性能够通过网络结构、设备、系统和过程，以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的计算机网络。
网络设计与系统集成是计算机网络系统构建的基础，受到了社会的广泛关注，已成为信息社会持续发展的重要产业。
二、新课教学大纲
1.1网络设计与系统集成概述
1.1.1网络工程设计的概念
1.1.2网络系统集成的定义
1.1.3网络系统集成的发展
1.1.4网络系统集成的层面
1.1.5系统集成体系框架
1.2网络体系结构与协议
1.2.1网络协议与结构
1.2.2OSI参考模型
1.2.3TCP/IP体系结构
1.2.4网络拓扑结构
1.2.5IP相关知识
1.3网络工程需求分析
1.3.1需求分析思想
1.3.2项目经理职责
1.3.3需求调查文档记录
1.3.4用户调查
1.3.5市场调研
1.3.6网络工程设计书
1.4网络工程设计基础
1.4.1网络物理拓扑结构
1.4.2网络层次结构
1.4.3有线网与无线网的融合
1.4.4云计算数据中心
1.4.5网络安全管理措施
1.4.6网络工程实施步骤
习题与思考
网络实训
三、课程安排
1.1网络设计与系统集成概述
1.1.1网络工程设计的概念
网络工程设计是按照用户的网络建设需求，从网络综合布线、数据通信、系统集成等方面综合考虑，选用先进的网络技术和成熟产品，为用户提供科学、合理，实用、好用、够用的网络系统解决方案。
该方案用于指导网络系统集成，通过系统集成将各种网络设备、操作系统与应用系统有效整合，形成一体化系统。
1.1.2网络系统集成的定义
网络系统集成是按照网络工程的需求及组织逻辑，采用相关技术和策略，将网络设备（交换机、路由器、服务器）和网络软件（操作系统、应用系统）系统性地组合成整体的过程。
1.1.3网络系统集成的发展
网络系统集成主要朝着互连和高速的方向发展。
无处不在、无所不能。
1.1.4网络系统集成的层面
1．网络软硬件产品的集成
2．网络技术的集成
3．网络应用的集成
1.1.5系统集成体系框架
网络系统集成是一门综合学科，涉及系统论、控制论、管理学、计算机技术、网络技术、数据库技术、软件工程等领域。
系统集成是按照网络工程最优设计、最优实施、最优管理的思想，将网络设备（交换机、路由器、服务器）和网络软件（操作系统、应用系统）系统性地组合成整体的过程。
该体系框架自底向顶，主要由以下几部分组成。
（1）网络通信支持平台。
（2）网络通信平台。
（3）网络资源硬件平台。
（4）网络操作系统。
（5）网络应用系统。
（6）网络系统安全。
（7）网络系统管理。
1.2网络体系结构与协议
1.2.1网络协议与结构
1．网络协议
一般来说，一个网络协议由三个要素构成：
语法、语义和时序。
2．网络体系结构
计算机网络层次结构模型及各层协议的集合称为计算机网络体系结构（ComputerNetworkArchitecture，CNA）。
1.2.2OSI参考模型
1．IEEE802OSI参考模型
OSI采用三级抽象，即体系结构、服务定义和协议规格说明。
ISO将整个通信功能划分为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层7个层次。
2．PDU与数据封装
在OSI参考模型中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元（ProtocolDataUnit，PDU）。
传输层及以下各层的PDU有各自特定的名称：
传输层—数据段（DataSegment），网络层—分组数据报文（PacketDataMessage），数据链路层—数据帧（DataFrame），物理层—二进制比特流（Binarybitstream）。
1.2.3TCP/IP体系结构
1．TCP/IP
TCP/IP协议集中最重要是传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）和网际互连协议（InternetProtocol，IP），统称为TCP/IP。
2．TCP/IP体系结构及功能
TCP/IP体系结构分为四个层次：
网络接口层、IP层、传输层和应用层，分别介绍TCP/IP各层的功能。
1.2.4网络拓扑结构
计算机网络中各节点相互连接的方法和形式称为网络拓扑结构。
网络拓扑结构主要有总线型、星形、环形、树形、扩展星形和网形多种拓扑结构，详细介绍每种网络拓扑结构的优缺点和适应范围。
选择拓扑结构的应考虑主要因有：
费用、灵活性和可靠性。
1.2.5IP相关知识
简要介绍IP地址、子网与子网掩码、域名系统、智能DNS的基本知识。
1.3网络工程需求分析
1.3.1需求分析思想
需求分析是网络工程是否立项的重要依据，要把网络需求调研与分析作为网络项目中至关重要的步骤来完成。
需求调研与分析包括网络综合布线、通信平台、服务器、网络操作系统、网络应用系统，以及网络管理维护和安全等方面的综合分析，为下一步制订适合用户需求的网络工程解决方案打好基础。
1.3.2项目经理职责
项目经理或系统分析员对用户需求的理解程度，在很大程度上决定了网络工程项目的成败。
理解和明确项目经理的职责。
1.3.3需求调查文档记录
在需求分析中，需要编写的文档主要是“网络系统功能描述书”，这是整个需求分析的结果性文档，也是开发与实施过程中可供项目成员参考的主要文档。
1.3.4用户调查
讲解用户调查的主要内容和用户调查报告的要点。
1.3.5市场调研
讲解市场调研的主要内容和市场调研报告的要点。
1.3.6网络工程设计书
介绍网络工程设计书的主要内容。
网络需求规格说明是分析任务的最终产物，通过建立完整的网络描述、详细的功能和行为描述、性能需求和设计约束的说明、合适的验收标准，给出对目标网络工程的各种需求。
1.4网络工程设计基础
1.4.1网络物理拓扑结构
在选择物理拓扑结构时，应该充分考虑地理环境、传输介质与距离和可靠性等主要因素。
1.4.2网络层次结构
介绍典型的三层结构和高效的扁平结构不同的结构特点。
1.4.3有线网与无线网的融合
有线网与无线网的高度融合实现了有线无线一体化。
1.4.4云计算数据中心
企业云数据中心是采用云计算技术，将企业的各种资源服务器进行集群架构与虚拟化管理，给用户提供软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）、架构即服务（IaaS）。
1.4.5网络安全管理措施
在规划设计网络方案时，应该充分考虑到网络安全的前期防范、网络安全的在线保护、网络安全的有效性与实用性、网络安全的等级划分与管理等现实问题。
1.4.6网络工程实施步骤
1．网络工程设计阶段，包括用户建网需求分析、系统集成方案设计、方案论证。
2．网络工程实施阶段，包括可行的解决方案、系统集成施工、网络测试、工程排错处理。
3．网络工程验收，包括系统工程总结、系统验收、系统维护与服务、项目终结。
课后小结
总结这节课上的内容：
网络工程设计和系统集成的基本概念、网络系统结构与协议的基本知识、域名解析系统的功能及工作过程、网络工程需求分析法的基本步骤、网络工程设计的方法、网络工程需求任务书的撰写方法
思考与练习
1．简述网络工程设计与系统集成的概念。
2．什么是网络协议？
协议包括哪些要素？
举例说明协议工作原理。
3．什么是体系结构与OSI模型？
举例说明数据多层封装与拆封过程。
4．画图表示TCP/IP体系结构。
5．画图描述OSI与TCP/IP的对比及数据封装过程。
6．简述IP地址、子网掩码和域名系统的作用。
7．有3个LAN，主机数量分别为38、46、56，均少于C类地址允许的主机数。
为这3个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费，请对C类网络202.207.175.0划分子网，并确定子网掩码。
8.网络需求分析的要点有哪些？
项目经理职责有哪些？
9．进行网络组建需求分析时，应向用户调查些什么？
10．如何撰写网络系统集成的需求描述书？
11．画图表示网络物理拓扑结构和层次划分。
12．什么是云计算？
云计算数据中心有哪些特征？
13．网络设计与实施一般包括哪几个阶段，每个阶段要召开什么会议，会议要解决什么问题？
授课时间：
授课时数：
6课时
授课课题
第2章综合布线与机房工程
授课形式
教师讲授
教学目的与要求
本章简单介绍综合布线的技术标准。
重点介绍综合布线系统的设计与安装，综合布线的保护技术与布线测试标准及方法。
通过案例，说明数据中心机房设计标准、机房布线、机房供配电、机房节能及接地保护方法。
教学重点
1.了解EIA/TIA-568A商业建筑物通信布线标准、ISO/IEC11801标准、我国综合布线系统工程设计规范GB50311—2007。
基本掌握主干电缆和光缆、水平线缆和工作区线缆敷设技术要求，会制作UTP直通线、交叉线。
2.了解综合布线系统的基本构成。
理解工作区子系统、水平子系统、垂直子系统、设备间子系统、管理子系统、建筑群子系统、机房布线、非屏蔽/屏蔽双绞线安装及技术要求。
能够按照用户需求，设计中小型综合布线系统技术方案。
3.了解双绞线测试内容与标准、光缆系统的测试与标准、UTP五类线测试不合格的原因，以及工程测试文档报告。
基本掌握UTP五类线测试方法。
4.了解机房TIA-942标准。
熟悉机房布线、供配电、节能及接地保护方法，能够按照用户需求，设计中小型数据中心机房解决方案。
教学难点
1.理解EIA/TIA-568A标准及内容，基本掌握主干电缆和光缆、水平线缆和工作区线缆的设计技术要求
2.掌握综合布线系统的基本构成，能够按照用户需求，设计中小型综合布线系统技术方案
3.了解双绞线、光缆系统的测试内容与标准
4.基本掌握UTP五类线测试方法，并了解UTP五类线测试不合格的原因，学习掌握工程测试文档报告
5.了解机房TIA-942标准
教学方法与手段
一、课堂教学
1、讲授
本章属于知识理论课，以教师讲授为主。
本书为适应网络系统集成发展，保持教材内容的先进性和可操作性，本次修订是在第2版的基础上，对教材内容进行了全新组织、充实和完善。
教材修订尽可能地反映了当今园区网设计与系统集成的新思想、新方法和新技术，以适应读者对网络系统集成知识和技能的需求。
2、提问
为调动学生积极性，每节课要有3~5次师生的互动。
3、教师指导下的学生自学
通过“案例学习”和“上机实验”等环节，体现教材内容的实践性与可操作性。
将网络工程设计与系统集成中较难理解的技术和方法，分散在不同的章节介绍，实现了难度分散的编写目的，便于学生理解与掌握。
充分考虑应用型本科学生的认知特征和学习目标。
依据系统观点，从园区网设计与系统集成的视角组织相关内容。
紧扣“园区网设计与系统集成”的主题，突出内容的实用性和整体性。
注重网络工程设计与系统集成的新技术、新方法的介绍。
针对作业中存在的问题，采用习题讨论课的方式，深入讲解讨论，使用学生真正掌握所学内容。
二、其它教学方法
采用多媒体辅助教学手段，结合传统教学方法，解决好教学内容多、信息量大与学时少的矛盾；充分利用学校的图书馆的资源优势，查阅与课程相关的资料；通过网络实训内容提高学生的综合处理问题的能力。
注重立体化教材建设，以方便读者学习。
本立体化教材网站（
教学内容及
过程设计
一、课程导入
网络综合布线是一门新发展起来的工程技术，它涉及许多理论和技术问题，是一个多学科交叉的新领域，也是计算机技术、通信技术、控制技术与建筑技术紧密结合的产物。
通过本章的学习，理解认识综合布线工程和机房工程，充分理解综合布线系统的三个标准：
北美标准EIA/TIA-568A标准、国际标准化组织（ISO）和国际电子技术委员会（IEC）制定的ISO/IEC11801标准和GB50311-2007标准。
二、新课教学大纲
2.1综合布线系统标准
2.1.1EIA/TIA-568A标准
2.1.2ISO/IECIS11801标准
2.1.3GB50311—2007标准
2.2综合布线设计与安装
2.2.1设计原则
2.2.2设计范围与步骤
2.2.3工作区子系统
2.2.4水平子系统
2.2.5垂直子系统
2.2.6设备间子系统
2.2.7管理子系统
2.2.8建筑群子系统
2.2.9非屏蔽双绞线安装
2.2.10屏蔽双绞线安装
2.3综合布线系统的保护
2.3.1过压与过流的保护
2.3.2干扰和辐射的屏蔽
2.3.3综合布线系统的接地
2.4综合布线系统的测试
2.4.1双绞线测试内容与标准
2.4.2光缆系统测试与标准
2.4.3UTP5类线测试不合格的原因
2.4.4工程文档报告
2.5数据中心机房设计
2.5.1TIA-942标准
2.5.2设计指导思想
2.5.3机房布线设计
2.5.4机房供配电设计
2.5.5机房节能设计
2.5.6机房接地保护
习题与思考
网络实训
三、课程安排
2.1综合布线系统标准
2.1.1EIA/TIA-568A标准
结构化综合布线系统（StructuredCablingSystem，SCS）采用模块化设计和分层星形拓扑结构，它能适应任何大楼或建筑物的布线系统，其代表产品是建筑与建筑群综合布线系统。
另外，还有两种先进的系统，即智能大楼布线系统（IBS）和工业布线系统（IDS）。
它们的原理和设计方法基本相同，差别是PDS以商务环境和办公自动化环境为主。
1．EIA/TIA-568A标准及内容
建立支持多厂商用户环境的通用布线系统，进行商用建筑结构化布线系统的设计和安装指导，便于用户连接和建立系统。
确定布线系统配置的性能和技术标准，提供建筑群和商用大楼内通信布线的最低要求。
建议网络拓扑结构和布线距离，决定性能的介质参数。
为确保互通性，规定了连接器针脚功能分配。
通信布线系统要求十年以上的使用期限。
2．EIA/TIA-568A建议的拓扑结构
EIA/TIA-568A完全遵循结构化综合布线系统规范，建议的拓扑结构是主干分层星形拓扑结构。
2.1.2ISO/IECIS11801标准
ISO11801建议的拓扑结构是主干分层的星形结构，允许在建筑内布线区之间和楼层布线区之间连线。
分层星形拓扑结构也适用于没有星形结构的建筑布线系统（如环形、总线型和树形）设计，针对环形和总线型设计时，允许在两个通信室之间直接布线。
这种布线是对基本星形拓扑的补充。
介绍传输介质种类、水平线缆、屏蔽线传输特性。
2.1.3GB50311—2007标准
GB50311—2007是我国制定的“综合布线系统工程设计规范”。
该规范适用于新建、扩建、改建建筑与建筑群综合布线系统工程设计。
工程设计时，应根据工程项目的性质、功能、环境条件和近、远期用户需求进行设计，并应考虑施工和维护方便，确保综合布线系统工程的质量和安全，做到技术先进、经济合理。
综合布线系统应与信息设施系统、信息化应用系统、公共安全系统、建筑设备管理系统等统筹规划，相互协调，并按照各系统信息的传输要求优化设计（因篇幅有限，这里不再赘述，读者可参考相关内容）。
2.2综合布线设计与安装
综合布线是智能大厦建设中的一项技术工程项目，它不完全是建筑工程中的“弱电”工程。
智能化建筑是由智能化建筑环境内系统集成中心，利用综合布线系统连接和控制“3A”系统组成的。
3A即楼宇自动化（BuildingAutomation）、办公自动化（OfficeAutomation）和通信自动化（CommunicationAutomation）。
布线系统设计是否合理，会直接影响到3A的功能。
2.2.1设计原则
综合布线工程设计原则如下。
（1）用户至上。
（2）先进性。
（3）灵活性和可扩展性。
（4）标准化。
（5）经济性。
2.2.2设计范围与步骤
综合布线系统是一个模块化结构、星形布线，并具有开放特性的布线系统。
该系统一般包括工作区子系统、水平子系统、管理子系统、垂直子系统、建筑群子系统和设备间子系统。
介绍综合布线系统的设计步骤。
2.2.3工作区子系统
工作区子系统分为三个设计等级：
基本型、增强型、综合型。
所有基本型、增强型、综合型综合布线系统都能支持语音、数据、图像等系统，能随工程的需要转向更高功能的布线系统。
它们之间的主要区别是：
支持语音和数据服务所采用的方式，在移动和重新布局时实施线路管理的灵活性。
介绍工作区服务子系统设计与安装时的注意事项。
2.2.4水平子系统
水平子系统也称为水平布线子系统。
水平子系统是从RJ-45插座开始到管理子系统的配线柜，结构一般为星形。
与主干线子系统的区别是：
水平布线子系统总是在一个楼层上，并与信息插座连接。
在综合布线系统中，水平子系统由4对UTP组成，能支持大多数现代化通信设备。
如果需要高宽带（1Gbit/s）应用，可以采用光缆。
2.2.5垂直子系统
垂直子系统又称为干线子系统。
垂直子系统提供建筑物的垂直电缆，负责连接管理子系统到设备间子系统。
一般都选用光纤或大多数的非屏蔽双绞线。
垂直子系统提供建筑物垂直电缆布线路由，通常在两个单元之间，特别是在唯一中心点的公共设备处提供多个线路设施。
介绍设计与安装时的注意事项。
2.2.6设备间子系统
设备间子系统也称为设备子系统。
介绍设备间子系统设计与安装时的注意事项。
2.2.7管理子系统
管理子系统安装通信布线系统设备，包括水平、主干布线系统的机械和电气终端。
管理子系统设置在楼层配线设备的房间内，应由交接间的配线设备、输入/输出设备等组成。
介绍管理子系统设计与安装时的注意事项。
2.2.8建筑群子系统
建筑群子系统提供外部建筑物与大楼内布线的连接点。
EIA/TIA569标准规定了网络接口的物理规格，实现建筑群之间的连接。
建筑群子系统由两个以上建筑物的电话、数据和监视系统组成一个建筑群综合布线系统，其连接各建筑物之间的缆线和配线设备，组成建筑群子系统。
2.2.9非屏蔽双绞线安装
分别讲解布线实施、6类线缆的安装要点。
2.2.10屏蔽双绞线安装
根据屏蔽方式的不同，屏蔽双绞线分为两类，即STP（ShieldedTwisted-Pair）和FTP（FoilTwisted-Pair）。
STP是指8芯中的每芯线都有各自屏蔽层的屏蔽双绞线，FTP是指8芯整体屏蔽的屏蔽双绞线。
2.3综合布线系统的保护
2.3.1过压与过流的保护
电气保护主要分为过压保护和过流保护两种。
综合布线的过压保护可选用气体放电管保护器或固态保护器。
气体放电管保护器使用断开或放电间隙来限制导体和地之间的电压。
2.3.2干扰和辐射的屏蔽
屏蔽包括两方面，一方面是减少电缆本身向外辐射的能量，另一方面是提高电缆抗外来电磁干扰的能力。
屏蔽有静电屏蔽和磁场屏蔽两种。
2.3.3综合布线系统的接地
综合布线电缆和相关连接硬件接地是提高网络系统可靠性、抑制噪声、保障安全的重要手段。
综合布线系统机房和设备的接地，按不同作用分为直流工作接地、交流工作接地、安全保护接地、防雷保护接地、防静电接地、屏蔽接地等。
2.4综合布线系统的测试
2.4.1双绞线测试内容与标准
1．测试内容
双绞线系统的测试内容包括：
①双绞线端接线图测试；②线缆长度测试；③衰减测试；④近端串扰测试。
2．双绞线端接线图测试与标准
（1）水平子系统测试。
双绞线水平子系统的4对非屏蔽或屏蔽双绞线（UTP/FTP/STP）的连接均按标准进行。
（2）垂直子系统测试。
在垂直子系统中，大对数缆线的连接正确性是由色码来保证的。
分别介绍线缆长度测试与标准、衰减测试与标准、近端串扰测试与标准。
2.4.2光缆系统测试与标准
讲解光缆链路测试的方法和标准，介绍光缆芯线终接要求。
2.4.3UTP5类线测试不合格的原因
介绍综合
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