《局域网设计与组网实用教程》的教师用书08896.docx
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《局域网设计与组网实用教程》的教师用书08896
前言
为了配合教师更好地使用《局域网设计与组网实用教程》一书，我们编写了《教师用书》。
在这本小册子中，作者首先谈了自己从事计算机网络课程教学的经验体会，主要的内容是关于计算机网络的知识体系和技能体系，以及计算机网络课的内容组织方面的。
这种类型的内容在教科书中没有体现的空间，正好利用《教师用书》与教师交流。
为了便于课堂讲授，本书把教材划分成25次课，以讲义的形式规划了每节课的教学目的、教学内容、重点难点、教学方式和重要提示。
这种做法在一定程度上规范了这本书的课堂教学组织，学时安排和教学效果有了一定的保证。
最后，本书还提供了模拟题库。
前言
第一章教学交流
一、计算机网络知识体系和技能体系
计算机网络的知识体系非常庞大，不但计算机专业的知识包含其中，而且，通信专业密码学，甚至新闻、商业等专业知识都可以纳入计算机网络的知识体系。
面对体系庞大的计算机网络知识，怎样梳理它们，进而清晰准确地讲述给学生，是每一个计算机网络课教师必须首先思考和认真回答的一个问题。
那么，就知识体系到底包含哪些内容呢？
作者认为应该包括以下几个模块：
（1）计算机网络体系结构
（2）计算机通信网络
（3）计算机网络软件系统
（4）计算机网络硬件系统
（5）计算机网络信息安全理论与工具
体系结构涵盖计算机网络参考模型、协议标准等内容。
这个模块是最具原理性特征的内容。
这部分内容充斥着名词、术语、概念，对初学者来说，晦涩难懂。
因此，对教师来说，是讲授过程中的重点。
但是，这部分内容集计算机网络思想之大成，包纳了计算机网络发展过程中解决各种各样问题的方法。
这部分内容是计算机网络工作者之间交流的语言，是深入学习计算机网络其他知识的基础。
关于这部分内容，有一个有意思的现象：
大多数讲授计算机网络的教材在开篇就介绍体系结构的内容，教师也是在一开始就讲授这部分内容。
但是，大多数学生在学完这部分内容之后仍不能很准确地理解这部分内容的作用和意义，甚至有些概念也一知半解。
只有当学习完了整本书，学完了这门课，返回来再看这部分内容，才逐渐理解。
换句话说，明知道一些内容学生理解不好，但是在一开始还非得讲。
你没有别的途径绕过它去。
作者认为，对体系结构知识模块处理的好坏，可以作为衡量一部教材优劣的一个评判标准。
早期的计算机网络教材基本上是介绍体系结构的，经典的、畅销的计算机网络教材也各是介绍计算机网络体系结构的。
计算机通信网络涵盖计算机局域网、接入网、骨干网。
这种分类强调的是网络的作用。
骨干网包括交换网和传输网。
早期教材把接入网、骨干网合称为广域网。
按照体系结构中参考模型的观点，通信网属于OSI层次结构的下三层（物理、数据链路层、网络层），通信网络的协议是底层通信协议。
这是这两个模块之间的联系，它们的区别在于内容的侧重点，在介绍体系结构时，侧重介绍泛泛的功能合约定，而在介绍通信网时，侧重介绍具体的网络类型，如以太网、中继、ATM等。
早期文献把计算机网络分成两部分，IP资源子网和通信子网。
通信网络就是通信子网，它负责在计算机之间，或是通信设备之间传输数据。
在这个模块，有些教材还介绍一些基础的通信理论知识，例如编码、校验等内容。
计算机网络硬件系统涵盖通信设备、服务器等硬件设备。
通信设备构成计算机通信网，但在介绍通信网时，一般不正面深入地介绍设备。
有关设备的分类、结构、原理等内容在这个模块系统地介绍。
服务器是组成计算机网络另一类重要设备。
由于在其他课程中有对计算机系统组成的泛泛介绍，所以在该模块中要突出那些与网络性质有关的内容。
前面提到了资源子网，服务器系统（及其上数据）就是资源子网的一个重要组成部分。
资源子网是另一个重要组成部分就是软件系统。
软件系统含盖网络操作系统NOS，各种服务器（Web服务器、电子邮件服务器、文件服务器）、客户软件（浏览器、下载工具、即时通讯软件）。
对这部分内容的处理是个难点，有两种做法，一种是以NOS观点比较深入系统地介绍Nos的原理性内容，如工作机制、结构组成。
另一种是只把流行的NOS的特点，应用场合进行比较介绍，重点介绍它的使用操作。
有关操作的介绍可以看成是技能模块的内容。
信息安全知识在早期教材中作为OSI参考模型第六层（表示层）的内容来介绍。
随着网络安全技术的发展，信息安全已经成为了一个独立的主题，从基础理论（如密码学算法）到专业系统工具，其知识体系已经比较完备。
与知识体系并行的是计算机网络的应用技能体系。
知识是静态的，运用知识是动态的，如何应用计算机网络解决信息共享等实际问题是计算机应用技能体系要回答的问题。
作者认为应用技能体系应该包括以下方面：
（1）计算机网络的规划与设计
（2）计算机网络硬件设备的安装配置
（3）计算机网络软件系统的安装使用
（4）计算机网络系统管理
（5）计算机网络程序设计与系统开发
计算机网络的规划与设计是组建计算机网络的总体性工作，是一个综合应用计算机网络理论知识解决实际问题的首要过程。
有关规划与设计工作的内容介绍可以把书本上的概念与实际的建网过程、需求、性能指标联系起来。
计算机网络硬件设备的安装配置是知识体系中计算机网络硬件系统的延续。
这部分内容不再介绍硬件的理论知识，重点是讲解网线、设备的连接以及如何配置设备使之正常工作。
具体内容包括设备的选购、综合布线、配置。
有的专业书籍称这部分内容为硬件系统集成。
计算机网络软件系统的安装配置是建网的另一项基础性工作。
只有硬件的网络是不能为用户提供服务的，还必须安装各种软件系统。
这部分内容重点介绍软件系统的安装、配置过程，属于指南性质的，学生按照讲解的步骤就能真正完成相应的任务。
比如，安装NOS，配置Web服务器。
计算机网络管理是在计算机建成以后，为了保证网络的正常运行而进行的工作，计算机网络管理不仅是一种技能，事实上，它也有自己的知识体系，包括标准、协议，其知识体系的讲解可以结合体系结构的内容介绍，也可以在本模块介绍。
除理论知识之外，网络管理还包含广泛的内容，例如日常网络管理，网络系统、故障诊断与排除。
网络管理也是一个综合运用网络知识的过程。
网络程序设计与系统开发是有别于上述模块的一个模块，其他模块重在现成产品的使用，而该模块重在应用系统的设计和开发。
该模块对于提高学生的网络应用能力非常关键，它不但能够是学生深入理解网络的相关概念，而且能够自己动手设计开发一些网络程序，进而解决一些个性化的网络应用能力，例如，建立个人网站。
二、课程设置与内容组织
如何组织知识体系和技能体系的内容呢？
是用一门课，还是用几门课来讲授这些内容呢？
显然，面对不同教学对象，应该讲授不同的内容，同时做不同的要求。
目前，很多专业只开设一门《计算机网络》课，对于这种情况，作者认为，教学的重点应放在知识体系的介绍，兼顾技能体系。
内容要具体有一定的广度，深度要适度（因为有学时限制）。
组织形式以模块化为主，即一章介绍一个模块。
讲授的难点是要能将知识的内在联系讲到位，知识虽然是模块化的，但是要用一根红线将其串起来。
《局域网设计与组网实用教程》一书的内容组织就是按照模块化进行的，面向只用一门课讲授计算机网络的课程。
我们按照理论知识和动手操作各占50%的比例组织全书内容，而且在讲解理论知识的章节结合具体实例，在介绍操作内容的章节穿插概念的讲解。
因此，本书的基调是理论联系实际，让学生在学习理论的同时掌握常用的组网和联网的技能。
第1～8章属于知识体系，第9～12章属于技能体系。
但是，本教材没有覆盖到两个体系的全部内容，而是有所取舍，取其最基本的内容。
本教材站在局域网的角度，以局域网的知识与技能为核心组织内容，然后把与局域网关系密切的内容吸纳进来，力争在广度和深度之间、在理论知识和应用技能之间找到最佳平衡。
如果用几门课讲授计算机网络的知识体系和技能体系的话，内容的组织安排要容易一些。
如果课程门数不限，可以设置10门课，知识体系用5门课，分别讲授计算机网络体系结构、计算机通信网络、计算机网络软件系统、计算机网络硬件系统、计算机网络信息安全理论与工具。
课程名称可以列为《计算机网络原理》、《计算机通信网络》、《计算机网络软件系统》、《计算机网络设备》、《计算机网络安全》。
技能体系用5门课分别讲授，课程名称可以列为《计算机网络规划与设计》、《计算机网络硬件系统集成》、《计算机网络软件系统集成》、《计算机网络管理》、《计算机网络程序设计与应用》。
显然，这样的课程设置能够完全覆盖计算机网络的知识和技能体系，但是需要的课时太多，对教学环境资源要求太高，即便是计算机专业也恐难实施。
比较可行的做法是把某些课程合并，并冠以新的名称，例如，把《计算机网络原理》与《计算机通信网络》合并，为《计算机网络技术》，把《计算机网络硬件》与《计算机网络软件》合并，命名为《计算机网络系统》。
在技能体系中，把《计算机网络硬件》与《计算机网络软件》合并，命名为《网络系统集成》，或把《计算机网络规划》、《计算机网络软件》、《计算机网络硬件》合并，命名为《网络工程》，也可以把知识体系中的模块与技能体系中的模块合并，理论联系操作，效果突出，但写作难度大。
比如，把《计算机网络原理》、《计算机通信网》、《计算机网络软件》合并，命名为《计算机网络技术（原理）与应用》。
三、学时安排
建议学时：
50学时，其中课堂教学20X2=40学时，实验4X2=8学时，其中2学时机动。
章节
学时分配
第一章
2学时
1．1～1．2
0．5学时
1．3
1学时
1．4
0．5学时
第2章
4学时
2．1～2．2
1学时
2．3
2学时
2．4
1学时
第3章
6学时
3．1
2学时
3．2
2学时
3．3
0．5学时
3．4
0．5学时
3．5
0．5学时
3．6
0．5学时
第4章
4学时
4．1
2学时
4．2
2学时
第5章
6学时
5．1
1学时
5．2
1．5学时
5．3
1．5学时
5．4
2学时
第6章
6学时
6．1～6．2
1学时
6．3
1．5学时
6．4
2学时
6．5
1学时
6．6
0．5学时
第7章
4学时
7．1
1学时
7．2
1．5学时
7．3
0．5学时
7．4
1学时
第8章
6学时
8．1
0．5学时
8．2
2学时
8．3
1．5学时
8．4
1学时
8．5
0．5学时
8．6
1学时
第9章
4学时
9．1
1学时
9．2
1学时
9．3～9．5
1学时
9．6
1学时
第10章
2学时
10．1～10．2
1学时
10．3
1/6学时
10．4
1/6学时
10．5
1/6学时
10．6
1/6学时
10．7
1/6学时
第11章
2学时
11．1
1学时
11．2
2/6学时
11．3
3/6学时
11．4
3/6学时
11．5
3/6学时
11．6
1/6学时
第12章
2学时
12．1
3/6学时
12．2
3/6学时
12．3
1学时
从学时分配比例来看，似乎课堂讲授比例过重，实验比重较轻，有有悖于应用型人才培养的目标。
实际上，在课堂讲授时，通过突出实物演示和实例教学，同样达到较好的教学效果。
例如，在讲授Hub设备时，可以把课堂设在实验室，结合实物进行理论知识的介绍。
又如，讲授Windows2000用户管理时，教师可以边讲边在机子上进行操作，学生通过投影观察教师的操作，边看边在自己的机子上按照教师提示进行练习。
第二章《局域网设计与组网实用教程》讲义
一、编写目的
编写本讲义的目的是在教材和配套幻灯片的基础上，进一步提炼知识体系和技能体系的重点和难点，帮助教师把这些重点难点讲透。
同时，对教师组织课堂教学和实验教学提供参考。
二、讲义的内容
按照建议学时的多少和内容分量，把整门课分解为25节课。
每节课讲义包括本课名称、教学目的、教学内容、重点难点、教学方式、重要提示等内容。
实验课包括实验名称、教学目的、教学内容、实验步骤、教学方式、重要提示等内容。
第一课初识局域网
一、目的
●通过讲解局域网的基本概念，使学生建立对局域网初步印象。
●使学生比较深入地了解局域网设备的组成结构、工作原理、分类、选型等基础性内容，为局域网设计和组网奠定基础。
二、内容
●局域网含义
●局域网作用
●局域网组网结构
●局域网类型
●局域网组成设备
三、重点
●局域网作用
●每种局域网组网结构的特点
●局域网组成设备的组成结构、工作原理、分类、选型
四、难点
●局域网分类的依据
●局域网组成设备工作原理
五、教学方式
半实物教学。
●教师口头讲解+幻灯片投影
●设备实物的展示
六、重要提示
●在介绍局域网的含义时，要突出局域网覆盖的距离范围指标，这是局域网和广域网最明显的外在区别，而且，这是也是内在的实质上的区别，因为，正是距离决定了局域网和广域网数据格式、编码方式、差错控制、通信介质等方面的差异。
●在介绍局域网作用时，在强调局域网连接近距离计算机，实现它们之间信息共享作用的同时，要指出局域网正在成为一种新的接入网，换句话说，局域网可以把计算机与其他网络连接起来，使计算机通过局域网进入其他网络，例如Internet。
●在介绍局域网拓扑结构时，要强调拓扑结构是组网的结构，计算机怎样进行连接，就会得到怎样的拓扑结构。
因此，在进行组网之前，要先设计网络的拓扑结构，即怎样连接计算机。
另外，介绍环形结构时，要指出环形只是一种示意，计算机在连接时并不是向示意图中那样，实际上，计算机也是向星型结构似的连接在一个设备上，在设备的内部，计算机连接的端口之间存在逻辑的环形连接。
●在介绍网络设备时，要明确原理性的内容和实际上的产品之间有一定的距离。
产品只要符合一定的技术标准，功能可以由生产厂家自行决定，因此，同名产品之间的差别可能很大。
在学习这部分内容时，要强调基本的原理，明了设备用途与其原理之间必然联系。
考虑到循序渐进的必要以及初学者理解上的困难（相关概念在第2章才介绍），书中对这部分内容没有过多地深入介绍。
例如，交换机是第2层（数据链路层）的设备，这就意味着，它只实现第2层的功能，如数据帧交换、差错控制、流量控制，而不实现第3层（网络层）功能，如路由选择。
路由器是负责路由选择，当存在多个局域网互联，而且不同局域网属于不同逻辑网络（例如IP子网）时，要使用路由器实现它们之间的连接。
显然，路由器要能够理解第3层信息，如IP地址等IP协议的数据。
●设备选型的内容具有较强的工程性，眼下对一般学生没有多少实际意义。
但是，要适当强调，要使学生建立学以致用、理论联系实际的观念。
●局域网分类的内容虽然不多，但是，它涵盖的范围很广，隐性信息很多。
这部分内容对于读者全面深入理解局域网的工作原理很有帮助。
由于书中内容不多，因此，要做很多的阐述讲解。
第二课OSI模型和TCP/IP协议栈
一、目的
通过本课讲解，使学生掌握计算机网络体系结构的有关概念，为深入学习计算机网络打下必要的理论基础。
二、内容
●协议参考模型的含义及OSI模型组成
●协议栈的含义及TCP/IP协议栈组成
●协议参考模型典型层功能（应用层功能）
三、重点
●计算机网络体系结构所包含的两个方面的内容
●OSI模型组成
●TCP/IP协议栈组成
●协议参考模型典型层功能
四、难点
●为什么要制定参考模型
●为什么要学习参考模型
●层次与协议的关系
●参考模型的功能
五、教学方式
●教师口头讲解+幻灯片投影
六、重要提示
•协议是一个重要的概念。
不同的文献对它的定义也不一样。
在讲解协议的概念时，要同时强调它的静态特性和动态特性。
可以拿打电话作为例子来介绍协议的含义。
•在讲解参考模型的含义时，要强调它的发展过程，它实际上是吸收了很多其他计算机网络体系结构的成果，例如IBM公司计算机网络的SNA（SwitchedNetworkArchitecture）体系结构、原DEC公司计算机网络的DECNet模型、美国国防部ARPA网络的模型。
这些协议参考模型先于国际标准提出，为最终的国际标准OSI提供了实物参考。
•参考模型参考二字是制定计算机网络协议时，协议具备的功能的参考。
不同功能划分到不同的层次中，不同的层次具有不同的功能。
在介绍OSI模型时，要强调数据单元的形成及流动方向，这一点对理解参考模型非常重要。
发送方与接收方之间水平的数据通信是由2个垂直过程完成的，第1个垂直过程发生在发送方，由上到下；第2个垂直过程发生在接收方，由下到上。
•我们涉及了数据通路的概念。
不同功能层具有各自的数据通路。
要注意讲解对等层之间的数据通路是如何抽象出来的，高层的数据通信是如何使用低层的数据通路。
•PDU的作用与货车很相似：
PDU的头部象是车头，起到控制作用；PDU的数据部分象是车厢，用来装货物（数据）。
•要注意分析TCP/IP参考模型与OSI模型的区别和联系。
•介绍层功能时，一定要强调该功能在数据通信过程中的作用是什么、用在什么地方。
第三课：
参考模型功能
一、目的
本课继续讲解参考模型的其他功能。
通过讲解，使学生了解和掌握计算机网络通信过程要实现的功能及其工作原理。
二、内容
●协议参考模型典型层功能
●局域网层次结构
三、重点
●流控制
●差错控制
●路由选择
●地址解析
●拥塞控制
●局域网层次结构
四、难点
●流控制与拥塞控制的区别与联系
●MAC与LLC的功能
五、教学方式
●教师口头讲解+幻灯片投影
六、重要提示
●介绍层功能时，一定要强调该功能在数据通信过程中的作用是什么、用在什么地方。
●解释服务的含义时，可以结合邮政系统和电话系统的原理，解释面向连接服务和无连接服务的区别。
第四课：
以太网通信方式
一、目的
●通过本节课，使学生了解以太网发展历程；
●通过本节课，使学生了解以太网是如何实现（连接在共享信道上的）计算机之间通信的；
二、内容
●CSMA数据发送规则
●冲突检测原理
●影响CSMA效率的因素
●CSMA/CD的IEEE802.3标准
三、重点
●CSMA/CD工作原理
●影响CSMA效率的因素
四、难点
●什么样的冲突检测不出来
●影响CSMA冲突检测的技术指标及其关系分析
五、教学方式
●教师口头讲解+幻灯片投影
六、重要提示
●在讲解CSMA原理时，可以以人际之间交谈过程为例，通过拟人化的比喻说明计算机同时向共享信道上发送数据应该遵守的规定。
●在讲解冲突的漏检时，结合书中的图示要把时间空间关系讲清楚，不要含混其辞，要让学生明白为什么距离、数据帧长度和传输速度之间有一定关系。
学完这段内容之后，学生自己要能推导相关公式。
第五课10M以太网
一、目的
从本节课开始，我们进入网络标准具体内容的学习，这些内容是计算机网络的核心内容，是从事计算机网络设计和组网工作的基础。
通过本课学习，要使学生掌握经典的IEEE802.3以太网标准的核心内容。
二、内容
●10ME以太网帧结构
●网络接口结构
●物理层结构
●物理层标准
●5-4-3规则
三、重点
●MAC地址的格式
●CRC编码算法的计算步骤
●物理层标准的技术指标
●5-4-3规则的应用
四、难点
●CRC编码算法中数学理论：
模2加的运用，整除的推导
●物理层结构中子层的功能
五、教学方式
●教师口头讲解+幻灯片投影
六、重要提示
●以太网帧结构是学生接触到的第一个PDU，讲解时，要联系第2章介绍的PDU的作用。
着重分析帧结构字段的含义和作用，要让学生明白为什么这样规定帧结构。
●在介绍CRC编码时，要适当推导CRC整除的原因。
推导过程要用到二进制加法不进位的前提假设，即所谓的模2加。
●注意：
教材P56CRC算法第2步中应为T（x）=Xn-kM（x）+C（x）
第六课高速以太网
一、目的
通过本科讲解，使学生掌握快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的主要技术标准内容，同时，了解以太网升级的做法。
二、内容
●FE物理层结构
●FE物理层标准
●FE中继器
●GE帧结构
●GE物理层结构
●GE物理层标准
●千兆以太网MACCSMA/CD
●10GE帧结构
●10GE物理层结构
●10GE物理层标准
●以太网升级
三、重点
●FE物理层标准
●GE帧结构
●GE物理层标准
●GECSMA/CD
●10GE帧结构
●10GE物理层标准
●以太网升级
四、难点
●FE中继器的分类及其区别
●帧扩展的原因分析
●帧突发的做法
●不同以太网标准中帧的最大长度和最小长度
五、教学方式
●教师口头讲解+幻灯片投影
六、重要提示
●在介绍每一种新标准时，要注意比较与早期以太网的不同，从中能够看到技术发展的方向。
例如，帧结构、物理层结构标准、CSMA有什么改变，为什么这样改变？
●对于发生变化之处，要认真分析新变化的变通之处。
例如，帧扩展是否对所有帧都扩展？
●要明确指出不同以太网标准中帧的最大长度和最小长度，此处容易混淆。
注意：
GE帧的最小长度没有变化（64B），最大长度在不扩展时仍是1518B，可以扩展到1518＋448B。
但是，不能说GE帧最大长度是1518＋448＝1966B。
第七课虚拟局域网
一、目的
通过本科讲解，使学生了解为什么要引入VLAN，进而掌握VLAN所带来的技术变化。
二、内容
●为什么要划分VLAN
●VLAN的主要类型
●VLAN的主要标准
●VLAN标签交换
●配置VLAN
●设计VLAN
三、重点
●VLAN的主要类型
●VLAN帧结构的变化
●VLAN标签交换
四、难点
●VLAN与LAN的关系：
联系与区别
●VLAN标签交换的原理
五、教学方式
●教师口头讲解+幻灯片投影
六、重要提示
●首先要讲清为什么在局域网中要引入VLAN。
同时，说明VLAN的利弊。
●分析VLAN与LAN的联系与区别可以帮助学生深入理解VLAN的实质。
●VLAN的标准化是围绕VLAN的功能展开的，其静态部分是VLAN帧格式，动态部分是有关端口过滤模式的内容，即何帧转发、何帧丢弃。
这部分内容与标签交换原理关系密切
●VLAN中数据转发与LAN的不同，LAN中根据MAC物理地址信息，VLAN要根据VID逻辑地址信息进行，VID起到标签的作用。
在第6章我们还要介绍其他标签交换，此时，通过VLAN可以初步建立对标签交换的认识。
第八课无线局域网WLAN
一、目的
通过本科讲解，使学生了解WLAN的含义、用途、组网方式及主要设备，掌握主要标准内容。
二、内容
●WLAN组网方式
●WLAN硬件
●IEEE802.11MAC标准
●IEEE802.11物理层标准
●IEEEWLAN的安全技术
三、重点
●两种组网方式的区别
●IEEE802.11无线MAC标准与IEEE802.3MAC标准的区别
●IEEE802.11物理层标准的异同点
四、难点
●IEEE802.11MAC标准
五、教学方式
●教师口头讲解+幻灯片投影
六、重要提示
●IEEE802.11无线MAC标准与IEEE802.3MAC标准的区别，为什么802.3标准不适用了，应该做怎样改进？
第九课局域网互联协议（第2、3层协议
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