计算机网络基础（微课版）教案 鲁志萍 - 第1-4章

课程教案课程名称《计算机网络基础》课程代码教学学期学年第二学期任课教师任课班级所在二级学院（部）教研室物联网工程学院网络教研室 一、课程目标素质目标培养学生的举一反三的能力；通过小组配合完成实训任务来培养团队精神知识目标了解计算机数据通信，计算机网络体系结构掌握计算机网络协议及局域网和接入Internet等知识掌握局域网、广域网、网络互连设备、网络互连技术、网络操作系统能力目标具备知识迁移并进行重构的能力具备分析及解决复杂问题的能力具备通过一定的方式理解抽象事物的能力二、学情分析班级同学在已经进行了一些专业基础课的学习，对于计算机网络已经有一些直观的了解和认识。但是对于这些网络知识的了解还不够系统化，还需要进一步的梳理，对于听过过的专业的基本概念仍需要加强学习和理解，计算机网络基础对网络相关专业的知识体系不可或缺，对于进一步深造和学习，这门课的基石性的地位在此体现。三、重点难点1.计算机网络的体系结构的认识和理解2.计算机网络各层协议的认识和理解3.各种网络服务的配置及操作方法四、课程思政总体思路1.在课堂中介绍计算机网络基础的同时，也介绍计算机网络的历史，对国内目前在计算机领域中所处的形式对比，寓思想教学于课堂之中。2.以当前国内的科技新闻为契机，引领学生了解更多当前科技，激发自主创新和为国家的科技发展而努力学习的热情。3.组织学生进行实训课的操作，通过口授演示、学生自主思考及分组讨论，师生互动交流将德育教育融入教学过程中，获得正确的思想观念、价值观点和道德规范。课号1授课班级授课时间第1周授课时数2授课单元名称1.1计算机网络发展历史1.2计算机网络含义与组成1.3常见的网络设备1.4packettracer的安装与使用一、教学目标素质目标培养学生细心踏实的学习态度知识目标了解计算机网络组成及发展历程掌握计算机网络的各种分类方式（重点）掌握常见的几种网络拓扑结构及其应用场景（重点）了解计算机网络组网设备及常用传输介质能力目标1.培养学生理论联系实际的能力2.培养巩固学生认知新事物的能力二、教学内容一、计算机网络发展阶段及技术特点介绍1.面向单机的网络互连模式(20世纪50年代中期到60年代中期)2．多区域主机网络互连模式(20世纪60年代末至70年代末)3.体系结构标准化网络(20世纪70年代末至80年代初)4.互联网普及应(20世纪80年代末至今)二、按照覆盖范围对网络分类1．局域网（LAN）2．城域网（MAN）3.广域网（WAN）三、计算机网络拓扑结构分类1.总线型拓扑2.星型拓扑结构3.环型拓扑结构四、主要网络设备：网卡、集线器、交换机、路由器、网关三、重点难点教学重点主要的网络设备教学难点对于网络设备功能的理解和掌握四、思政元素了解计算机网络的历史，加强科技强国思想的灌输五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论对计算机网络的认识讨论法环节2：新课导入现在计算机已经普及，每位同学基本都拥有一台笔记本电脑，那么对于计算机如何实现上网以及如此多的计算机如何协同工作好的呢？本课程的具体教学内容就是围绕计算机网络工作的原理及组网展开的。讲授法环节3：理论知识介绍1.计算机网络发展阶段及技术特点介绍2.按照覆盖范围对网络分类3.计算机网络拓扑结构分类4.主要网络设备讲授法环节4：单元测试测试1资源共享的基础是（）与数据处理。A:信息共享B:软件共享C:网络通信D:硬件共享测试2下列不属于网络终端设备的是（）。A:手机B:电视机顶盒C:双绞线D:平板电脑测试3哪种拓扑结构适用于分级管理和控制的网络系统。（）A:总线型B:星型C:环型D:树型任务驱动法讨论法环节5：总结与作业1.总结计算机网络发展的历史、网络拓扑结构及网络设备类型2.完成课后作业讨论法讲授法六、教学效果与反思课号2授课班级授课时间第1周授课时数2授课单元名称1.5计算机网络的分类1.6计算机网络的拓扑结构1.7wireshark的安装与使用一、教学目标素质目标培养学生细心踏实的学习态度知识目标1.熟悉网络协议抓包软件Wireshark的使用。2.熟悉思科PacketTracer的使用能力目标1.培养学生理论联系实际的能力2.培养巩固学生认知新事物的能力二、教学内容一、相关理论知识1.Wireshark是一个网络协议抓包分析软件，主要功能是抓取网络数据包，并尽可能显示最为详细的网络封包信息。启动Wireshark，对软件界面的菜单及功能介绍，知道如何启动抓包，对结果能够理解并进行分析。2.PacketTracer是由Cisco公司发布的一个辅助学习工具，为学习思科网络课程的初学者去设计、配置、排除网络故障提供了网络模拟环境。用户可以在软件的图形用户界面上直接拖动的方法建立网络拓扑，并可提供数据包在网络中进行的详细处理过程，观察网络实时运行情况。二、项目实训项目子任务：任务1通过Wireshark实现数据抓包任务2利用PacketTracer实现网络仿真模拟三、重点难点教学重点Wireshark、PacketTracer功能及操作方法教学难点Wireshark、PacketTracer菜单及对应功能介绍四、思政元素通过思科发展的历史，激发同学们创新创业的热情，为国家科技强国添砖加瓦。五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论，对计算机网络的数据如何分析讨论法环节2：新课导入网络中传输的数据那么多，我们如何获取，又如何分析它们呢？在学习过程中，对于实际的使用的物理设备很难做到每人一套去练习和学习，对于初学者来说怎么办呢？讲授法讨论法环节3：理论知识介绍1.Wireshark网络协议抓包分析软件介绍。2.PacketTracer网络设计、配置、故障排除模拟环境介绍。讲授法环节4：实训操作任务1Wireshark实现网络数据的抓取并能够进行相应的分析任务2使用PacketTracer实现网络的模拟，实现终端之间的通信任务驱动法讨论法环节5：总结与作业1.总结理论与实训操作的关键点，阐释两者之间的联系2.完成任务1-2的实训报告讨论法讲授法六、教学效果与反思课号3授课班级授课时间第2周授课时数2授课单元名称2.1网络协议及网络体系结构2.2OSI参考模型2.3OSI参考模型的数据通信过程2.4packettracer中网络拓扑图搭建体验一、教学目标素质目标培养学生日常学习与探索的习惯知识目标了解网络协议的作用及出现的背景了解网络参考模型出现背景及作用掌握网络参考模型结构及每一层功能能力目标1.培养学生类比学习的能力2.培养学生对抽象事物理解的能力二、教学内容一、网络协议网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定和标准网络协议三要素：语义，语法和时序二、OSI参考模型各层实现功能三、网络参考模型数据封装与解封装过程三、重点难点教学重点OSI参考模型分层结构及各层功能教学难点OSI各层功能四、思政元素通过计算机网络结构的分层认识，培养学生做人做事的基本道理，树立正确的人生观和价值观五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论网络工作原理是怎样的呢？讨论法环节2：新课导入在生活中常见的是网上购物，那么我们在购物中需要经历哪些过程呢，请各位同学想想。讲授法环节3：理论知识介绍网络协议OSI参考模型各层实现功能网络参考模型数据封装与解封装过程讲授法环节4：单元测试测试1网桥工作在OSI参考模型的第（)层。A:物理层B:数据链路层C:网络层D:传输层测试2（）定义了通信网络之间物理链路的电气或机械特性。A:物理层B:数据链路层C:网络层D:传输层测试3（）定义了通信网络路径的选择。A:传输层B:网络层C:数据链路层D:物理层现场教学法任务驱动法环节5：总结与作业1.总结网络协议，OSI参考模型的知识点2.完成课后作业讨论法讲授法六、教学效果与反思课号4授课班级授课时间第2周授课时数2授课单元名称2.5TCP/IP协议2.6TCP/IP协议封装与解封装过程2.7TCP/IP协议数据包封装分析体验一、教学目标素质目标培养学生日常学习与探索的习惯知识目标1.理解TCP/IP协议的背景2.理解TCP/IP模型及每一层功能3.掌握TCP/IP模型与OSI参考模型的不同能力目标1.培养学生类比学习的能力2.培养学生对抽象事物理解的能力二、教学内容一、TCP/IP协议栈分层结构及各层功能1．网络接口层（NetworkInterfaceLayer）2．网际层（InternetLayer）3．传输层（TransportLayer）4．应用层（ApplicationLayer）二、TCP/IP协议栈数据封装过程三、TCP/IP与OSI异同点共同点：1.都采用了层次模型结构2.都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制。不同点：1.前者是七层模型，后者是四层模型三、重点难点教学重点TCP/IP协议栈分层结构及各层功能教学难点TCP/IP各层功能四、思政元素通过TCP/IP发展历史的了解，思考新事物发展的路线，树立正确的人生观，激发奋发向上的人生目标五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论现实生活中网络通信的协议是什么呢？讨论法环节2：新课导入在生活中常见的各种网络服务，这些是如何实现的呢，有什么样的故事呢？讲授法环节3：理论知识介绍1.CP/IP协议栈历史2.TCP/IP协议栈分层结构及各层功能3.TCP/IP协议栈数据封装过程4.TCP/IP协议栈与OSI的不同点讲授法环节4：单元测试测试1路由器工作在TCP/IP的第（)层。A:物理层B:数据链路层C:网络层D:传输层测试2TCP/IP协议栈一共分为（）层。A:2B:3C:4D:5测试3TCP/IP参考模型的网际层与OSI参考模型的（）相对应。A:传输层B:网络层C:数据链路层D:物理层现场教学法任务驱动法环节5：总结与作业1.TCP/IP通信模型，并指出与OSI参考模型的联系2.完成课后作业讨论法讲授法六、教学效果与反思课号5授课班级授课时间第3周授课时数2授课单元名称3.1物理层的作用3.2数据通信基础知识3.3模拟信号与数字信号3.4网络拓扑图的绘制（1）一、教学目标素质目标培养学生观察生活的习惯知识目标了解物理层主要作用掌握常用数据通信名词的含义掌握数据通信的几种方式掌握数据通信的主要性能指标能力目标1.培养学生理论联系实际的能力2.培养学生对事物认知的能力二、教学内容一、物理层的功能实现计算机网络中的各种硬件设备和传输介质上传输比特的功能二、物理层协议机械特性、电气特性、功能特性、规程特性三、数据通信系统模型四、数据通信方式单工通信，半双工通信，全双工通信五、数据通信主要性能指标数据传输速率，信道带宽，信道容量，误码率三、重点难点教学重点数据通信性能指标，编码方式，传输介质教学难点物理层协议四、思政元素对物理层硬件介绍，普及当前国内硬件发展情，引申华为自主硬件发展之路，引导同学确定人生发展的方向。五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论，以OSI及TCP/IP模型为依据，引出物理层，探讨物理层如何工作。讨论法环节2：新课导入（1）物理层主要作用是什么？（2）简要物理层四种功能特性是什么？（3）数据通信模型是什么？（4）数据通信方式是什么？讲授法环节3：理论知识介绍物理层的功能实现计算机网络中的各种硬件设备和传输介质上传输比特的功能物理层协议机械特性、电气特性、功能特性、规程特性数据通信方式单工通信，半双工通信，全双工通信数据通信主要性能指标数据传输速率，信道带宽，信道容量，误码率讲授法环节4：单元测试测试1异步传输一般以（）为单位。A:二进制位B:字符C:数据块D:文件测试2将数字数据转换成模拟信号的过程称为（）。A:编码B:解码C:调制D:解调测试3一个字节有（）位二进制组成。A:4B:8C:16D:32现场教学法任务驱动法环节5：总结与作业1.总结物理层功能，通信方式等，并指出关键要点2.完成课后作业讨论法讲授法六、教学效果与反思课号6授课班级授课时间第3周授课时数2授课单元名称3.5数字信号的编码技术3.6调制解调技术3.7网络拓扑图的绘制（2）一、教学目标素质目标培养学生举一反三习惯知识目标了解数据传输技术种类及特点掌握数据编码技术的种类特点、应用场景掌握数据传输技术分类掌握常见的传输介质能力目标1.培养学生的发散思考的能力2.培养学生理论联系实际的能力二、教学内容一、数据传输技术同步传输与异步传输，基带传输与频带传输，串行传输与并行传输二、数据编码调制技术1.编码方式：归零码与不归零码，曼彻斯特码与差分曼彻斯特码，4B/5B编码与8B/10B编码2.调制方式a.数字数据的数字信号编码b.数字数据的模拟信号的编码c.模拟数据的数字信号编码三、多路复用技术的特点及应用频分多路复用，时分多路复用，波分多路复用，码分多路复用四、常用传输介质双绞线，光纤，同轴电缆，无线传输五、宽带接入技术ADSL,HFC,FTTH,EPON三、重点难点教学重点数据编码与调制技术教学难点数据编码方法四、思政元素物理层数据编码方式保证了数据的有效传输，人生正常也可以进行相应的编码，避免浪费光阴，走向正确的人生道路。五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论，物理层的数据是否纯粹的0101…比特流传输呢？讨论法环节2：新课导入比特流在物理层是把转化过来的数据直接按照0101…但是实际传输中是否是这样直接传输的呢？讲授法环节3：理论知识数据传输技术同步/异步传输，基带传输/频带传输，串行传输/并行传输数据编码调制技术多路复用技术的特点及应用频分多路，时分多路，波分多路，码分多路常用传输介质双绞线，光纤，同轴电缆，无线传输宽带接入技术ADSL,HFC,FTTH,EPON讲授法环节4：单元测试测试1同步传输是面向（）的传输。A:时间B:字符C:比特D:对象测试2PCM工作过程主要包括（）。A:采样、整形、放大B:采样、量化、编码C:调制、整形、放大D:调制、量化、编码测试3可以将模拟数据编码为数字信号的方法有（）。A:FSKB:PCMC:QAMD：曼彻斯特编码现场教学法任务驱动法环节5：总结与作业1.总结物理层的数据编码，调制方式，复用方式及常见的传输介质2.完成课后作业讨论法讲授法六、教学效果与反思课号7授课班级授课时间第4周授课时数2授课单元名称3.8多路复用技术3.9常用传输介质3.10宽带接入技术3.11双绞线制作一、教学目标素质目标培养学生勤于动手的习惯知识目标1.熟练地制作符合工业标准的基于RJ-45接口的双绞线。2.区分RJ-45接头的质量3.能熟练使用双绞线制作钳4.熟悉T568A和T568B标准；能制作直通线和交叉线5.会使用双绞线测线仪测试双绞线能力目标1.培养学生理论联系实际的能力2.培养学生对事物认知的能力二、教学内容一、双绞线的线序标准T568B标准12345678白/橙橙白/绿蓝白/蓝绿白/棕棕◆T568A标准12345678白/绿绿白/橙蓝白/蓝橙白/棕棕二、双绞线的制作具体过程1.双绞线制作工具◆RJ-45压线钳◆旋转剥线刀◆RJ-45接头◆双绞线

2.网线的制作◆剪断、剥皮、排序、剪齐、插入、压制

三、直通双绞线与交叉双绞线的制作四、利用测线器测试网线是否正常三、重点难点教学重点双绞线线序标准，双绞线制作过程教学难点双绞线线序标准四、思政元素对线序的排列，引导同学排好自己的人生顺序，做好人生规划，树立正确的人生发展的方向。五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程动画展示网线构造，直观的了解网线是什么样子的。演示法环节2：新课导入网线是有线终端设备接入互联网常用的传输介质，对于网线的制作应当能够有深入的了解，网线是网络相关专业人员的基本功，只要了解了线序，细心一点，多练习就能够做好。讲授法环节3：理论知识介绍双绞线的线序标准◆T568B标准12345678白/橙橙白/绿蓝白/蓝绿白/棕棕◆T568A标准12345678白/绿绿白/橙蓝白/蓝橙白/棕棕双绞线的制作具体过程测线器测试网线讲授法环节4：实训操作任务1根据网线线序要求，制作一根网线任务2利用测线器测试网线能否正常工作现场教学法任务驱动法环节5：总结与作业1.总结网线制作要点，归纳出现的问题2.完成任务1-2讨论法讲授法六、教学效果与反思课号8授课班级授课时间第4周授课时数2授课单元名称4.1数据链路层的作用4.2数据链路层相关技术4.3数据链路层抓包分析一、教学目标素质目标培养学生举一反三习惯知识目标明确数据链路层解决的主要问题掌握数据链路层的主要功能理解奇偶校验工作原理掌握反馈重发机制能力目标1.培养学生的发散思考的能力2.培养学生理论联系实际的能力二、教学内容一、数据链路层解决主要问题是什么？如何为上层提供服务、下层数据如何有效的发送和接收二、数据链路层主要功能是什么？链路管理，成帧（传输单位）、流量控制、差错控制（数据传输可靠性）三、差错控制方法及反馈机制1.常见检错方法有哪些？奇偶校验码循环冗余校验码2.常见纠错方法有哪些？停止等待ARQ协议连续ARQ协议（拉回方式和选择性重传方式）三、重点难点教学重点数据链路层的作用教学难点差错控制方法四、思政元素数据链路层有自己的检错和纠错机制，对于个人而言应当有一套适合自己的反省自查机制，及时制止错误的行为。五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论，还记得前面说到OSI参考模型的时候数据链路层的作用吗？讨论法环节2：新课导入前面说到物理层可以实现比特流的透明传输，但是数据在传输中如果出错怎么办？接收方怎么判断数据接收停止？这些都是这节课需要学习的内容。讲授法环节3：理论知识1.数据链路层解决主要问题是什么？如何为上层提供服务、下层数据如何有效的发送和接收2.数据链路层主要功能是什么？链路管理，成帧（传输单位）、流量控制、差错控制（数据传输可靠性）3.差错控制方法及反馈机制a.常见检错方法有哪些？奇偶校验码，循环冗余校验码b.常见纠错方法有哪些？停止等待ARQ协议，连续ARQ协议（拉回方式和选择性重传方式）讲授法环节4：单元测试测试1数据链路层传输的数据单元的名称是（）。A:比特流B:帧C:数据包D:段测试2Ethernet采用的媒体访问控制方式为（）。A:CSMA/CDB:令牌环C:令牌总线D:无竞争协议测试3在（）差错控制中，只会重新传输出错的数据帧。A:连续工作B:停止等待C:选择重发D：拉回现场教学法任务驱动法环节5：总结与作业1.总结数据链路层的功能，重点归纳差错控制及反馈机制2.完成课后作业讨论法讲授法六、教学效果与反思课号9授课班级授课时间第5周授课时数2授课单元名称4.4局域网4.5以太网4.6交换机的配置一、教学目标素质目标培养学生追根溯源的习惯知识目标熟悉局域网的类型掌握CSMA/CD工作原理理解并掌握MAC地址相关概念掌握以太网帧的基本结构理解并掌握掌握交换机的工作原理理解虚拟局域网能力目标1.培养学生的理解抽象概念的能力2.培养学生分析复杂问题的能力二、教学内容一、局域网分类IEEE关于802定义了多种LAN网，包括以太网、令牌环网、光纤分布式接口网、异步传输模式网以及最新的无线局域网二、CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）载波监听多路访问/冲突检测，是早期共享式以太网用于解决冲突的协议，即介质访问控制方式三、MAC地址MAC地址结构：48个比特位，6个字节四、虚拟局域网的概念、用途及划分五、了解并认识无线局域网并理解掌握与局域网区别CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，只有当客户端收到网络上返回的ACK信号才确认送出的数据已经正确到达目的地址六、理解数据链路层的广域网协议可以在两节点间创建直接的连接，并可以提供连接认证、传输加密以及压缩。三、重点难点教学重点CSMA/CD原理，以太网帧结构教学难点以太网帧结构介绍四、思政元素本节内容抽象晦涩，引导同学明白只有克服困难才能收获成功。五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论，在数据链路层是否能够完成相邻节点之间的数据传输，如何完成？讨论法环节2：新课导入上一节课我们知道了数据链路层的功能及差错控制等概念，但是这种数据的传输最终是如何实现节点之间的数据的传输的呢，这就是这节课需要学习的地方。讲授法环节3：理论知识介绍局域网分类IEEE关于802定义了多种LAN网，包括以太网、令牌环网、光纤分布式接口网、异步传输模式网以及最新的无线局域网。CSMA/CD载波监听多路访问/冲突检测，是早期共享式以太网用于解决冲突的协议，即介质访问控制方式MAC地址MAC地址结构：48个比特位，6个字节虚拟局域网的概念、用途及划分了解并认识无线局域网并理解掌握与局域网区别CSMA/CA利用ACK信号来避免冲突的发生，当客户端收到网络上返回的ACK信号才确认送出的数据已经正确到达目的地址讲授法环节4：单元测试测试1PPP协议是哪一层的协议？（）。A:物理层B:数据链路层C:网络层D:传输层测试2（）协议是关于VLAN标准的协议。A:802.2B:802.3C:802.1QD:802.11B测试3交换机连成的网络属于同一个（）A:冲突域B:广播域C:管理域D：控制域现场教学法任务驱动法环节5：总结与作业1.总结局域网的概念，VLAN及CSMA/CD原理2.完成课后作业讨论法讲授法六、教学效果与反思课号10授课班级授课时间第5周授课时数2授课单元名称4.7虚拟局域网4.8虚拟局域网组网一、教学目标素质目标培养学生举一反三习惯知识目标1.理解VLAN含义2.掌握交换机VLAN配置3.理解VLAN通信原理能力目标1.培养学生的发散思考的能力2.培养学生理论联系实际的能力二、教学内容一、VLAN概念虚拟局域网（VLAN）是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样。由于交换机端口有两种VLAN属性，其一是VLANID，其二是VLANTAG，分别对应VLAN对数据包设置VLAN标签和允许通过的VLANTAG（标签）数据包，不同VLANID端口，可以通过相互允许VLANTAG，构建VLAN。二、VLAN划分方法按端口划分VLAN按MAC地址划分VLAN按网络层划分按IP组播划分三、VLAN配置三、重点难点教学重点理解VLAN配置的方法教学难点理解VLAN通信的含义四、思政元素通过VLAN的划分，了解规则的重要性，树立正确的人生观和价值观。五、教学设计教学过程教学方法与手段环节1：课前准备通过在线课程互动讨论，VLAN通信是怎么实现的呢？讨论法环节2：新课导入在企业管理中，经常遇到两个部门之间数据共享和保护方面的问题，两个部门需要在一个局域网内实现通信的分离，这应该如何实现呢？讲授法环节3：理论知识1.虚拟局域网概念虚拟局域网（VLAN）是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因