高校计算机网络基础课程教学大纲

高校计算机网络基础课程教学大纲一、课程基本信息课程名称：计算机网络基础学分与学时：3学分，总学时48（理论教学36学时，实验教学12学时）适用专业：计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息安全等理工科专业先修课程：计算机组成原理、程序设计基础二、课程目标本课程旨在帮助学生系统掌握计算机网络的核心原理、体系结构与关键技术，具备分析网络通信过程、设计小型网络拓扑、排查基础网络故障的能力，为后续网络工程、网络安全等课程奠定理论与实践基础。（一）知识目标1.理解计算机网络的定义、发展历程与分类逻辑，掌握网络标准化组织（如ISO、IETF）的角色及协议分层思想（OSI七层、TCP/IP四层模型）。2.熟悉物理层传输介质（双绞线、光纤、无线信道）的性能差异，掌握编码调制（ASK/FSK/PSK）、信道复用（频分、时分、码分）技术原理。3.掌握数据链路层帧封装、差错控制（CRC校验）、流量控制（滑动窗口）机制，理解以太网MAC地址与CSMA/CD协议的工作逻辑。4.深入理解网络层IP地址编址（IPv4/IPv6）、路由算法（RIP、OSPF）、IP分组转发流程，能配置简单路由协议。5.掌握传输层TCP（三次握手、拥塞控制）与UDP协议的区别，理解端口号的作用及典型应用场景。（二）能力目标2.能基于PacketTracer或真实设备搭建小型局域网，配置IP地址、子网掩码与网关，实现设备互联互通。3.能通过`ping`、`tracert`等命令诊断网络连通性故障，分析丢包、延迟的潜在原因。4.能结合理论知识，评估星型、网状等拓扑的性能差异，为实际网络规划提供基础建议。三、教学内容与学时分配（一）理论教学（36学时）1.计算机网络概述（4学时）讲解网络的定义、组成与功能，梳理从ARPANET到现代互联网的发展脉络。分析网络分类（覆盖范围、拓扑结构、传输介质）的适用场景，解析ISO、IETF等组织的标准化角色。重点阐释OSI七层模型与TCP/IP四层模型的分层思想，对比两者的功能映射关系。难点：分层模型的抽象性与实际协议的落地逻辑。2.物理层（4学时）剖析传输介质（双绞线、光纤、无线信道）的传输特性（带宽、衰减、信噪比）与适用场景。讲解数字编码（曼彻斯特编码）、调制技术（ASK/FSK/PSK）的原理与频谱特性。分析信道复用技术（频分、时分、码分复用）的资源分配逻辑。难点：调制技术的数学原理与复用技术的性能对比。3.数据链路层（6学时）讲解数据链路层的核心功能（成帧、差错控制、流量控制），分析帧的结构（首部、数据、尾部）。深入解析CRC循环冗余校验的数学原理，对比停等协议、滑动窗口协议的流量控制机制。剖析以太网的MAC地址、帧格式与CSMA/CD协议的工作过程，介绍VLAN的基本原理。难点：CSMA/CD的冲突检测逻辑与不同介质访问控制协议的性能差异。4.网络层（8学时）讲解IPv4地址编址（分类、子网划分、CIDR）与IPv6地址格式、特性，分析IP分组的格式与分片机制。对比静态路由与动态路由（RIP、OSPF、BGP）的更新机制，解析IP分组的转发流程。剖析ICMP协议的作用（如`ping`、`tracert`的实现原理），介绍IPv4向IPv6的过渡技术（双栈、隧道）。难点：子网划分的计算逻辑与路由算法的收敛性分析。5.传输层（8学时）对比UDP（无连接、低开销）与TCP（可靠传输）的协议特性与应用场景。深入解析TCP的三次握手、四次挥手机制，剖析拥塞控制算法（慢启动、拥塞避免、快重传）的动态调整逻辑。讲解端口号的作用（复用与分用），分析典型端口（80、443、21）的协议绑定关系。难点：TCP状态机的异常场景（如SYN泛洪攻击）与拥塞控制的实战应用。6.应用层（6学时）剖析SMTP（邮件发送）与POP3/IMAP（邮件接收）的交互机制，对比FTP的主动/被动模式。介绍P2P网络（如BitTorrent）的拓扑结构与资源分配逻辑，讲解网络安全基础（加密、认证、防火墙）。（二）实验教学（12学时）1.网络协议分析实验（2学时）目标：掌握协议分析工具的使用，理解实际网络通信的协议封装逻辑。2.局域网搭建与配置实验（4学时）内容：基于PacketTracer或真实设备，设计星型局域网拓扑，配置IP地址、子网掩码、VLAN，实现设备通信与隔离。目标：掌握局域网搭建流程，理解VLAN对广播域的控制作用。3.路由协议配置实验（4学时）内容：在PacketTracer中配置静态路由、RIP、OSPF，通过`tracert`验证路由表生成与分组转发路径。目标：掌握路由协议配置方法，理解不同路由协议的适用场景与收敛特性。4.网络故障诊断实验（2学时）内容：模拟IP地址冲突、路由配置错误等故障，使用`ping`、`tracert`定位原因并提出解决方案。目标：提升网络故障排查能力，强化理论知识的应用意识。四、教学方法1.问题导向教学：以“为什么需要协议分层？”“IPv4地址为何枯竭？”等问题为线索，引导学生理解技术演进逻辑。2.案例分析：引入“双十一高并发下的TCP拥塞控制”“DNS劫持事件”等案例，分析协议设计的合理性与改进空间。3.虚实结合实验：通过PacketTracer虚拟仿真与真实路由器、交换机操作结合，验证理论知识。4.小组辩论：围绕“IPv6是否能完全取代IPv4？”“P2P网络的法律风险”等话题组织辩论，培养批判性思维。5.混合式教学：依托MOOC平台（如中国大学MOOC“计算机网络”）提供拓展资源，线下课堂聚焦难点答疑与案例研讨。五、考核方式平时成绩（40%）：实验报告（20%）：考核实验操作规范性与问题分析深度。作业与课堂表现（15%）：包括章节习题、课堂提问、小组讨论参与度。小测验（5%）：每章结束后进行5-10分钟知识点测验，强化记忆。期末考试（60%）：题型：选择题（30%）、简答题（30%）、综合分析题（40%）。重点：协议分层应用、IP地址计算、TCP/UDP对比、路由协议分析、应用层协议原理。六、教材与参考资料（一）推荐教材谢希仁.《计算机网络（第8版）》.电子工业出版社.JamesKurose,KeithRoss.《计算机网络：自顶向下方法（第8版）》.机械工业出版社.（二）参考资料维基百科“计算机网络”词条（拓展技术背景）。RFC文档（如RFC791《IPv4协议》、RFC793《TCP协