《路由与交换》教学大纲.docx

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《路由与交换》教学大纲

《路由与交换》教学大纲

课程名称：

路由与交换（RoutingandSwitching）

课程代码：

学分/总学时：

4/80（48+32）

开课单位：

物理与电子信息工程学院

面向专业：

网络工程

一、课程的性质、目的和任务

本课程是网络工程的专业核心必修课之一，涉及计算机网络领域的两项核心技术--路由与交换。

路由部分包括路由器的工作原理、路由协议、路由器配置和基本故障排除的知识和技能，交换部分包括交换机工作原理和基本配置、局域网交换技术、虚拟局域网的设计与配置。

通过本课程学习，学生将1）掌握路由与交换的基本知识与原理；2）具有利用路由与交换技术进行网络互连的基本能力，并达到网络从业人员中的工程师水平；3）得到学习能力与分析解决问题能力的培养；4）得到团队合作与沟通表达能力的培养；5）得到利用英语进行本专业技术资料阅读能力的培养；6）为后续计算机网络安全、无线与移动网技术、IP统一通信技术、网络性能测试与分析等专业课程学习提供必要的准备。

二、学习本课程应掌握的前设课程知识

计算机网络

三、学时分配

类别

课内学时

课外学时（最低要求，不计课外开放实践）

理论教学

48

72

实验教学

32

48

开放实践项目＊（可选）

0

≥54

合计

80

≥120＋54

＊开放实践项目是课外、学生自主完成的实践项目，项目内容是对本课程教学内容的一些延伸与扩展，采用不做强制要求的可选方式。

四、课程内容和基本要求

1、理论教学

章节

内容

教学目标

学时数

了解

理解

掌握

第1章

课程导学

1．开设此课程的背景

√

1

2．课程的性质与特点

√

3．课程的基本内容与组织

√

4．课程的教学要求

√

5．课程的教学资源

√

第2章路由器基础

1．路由器的发展演变

√

3

2．路由器的组成

√

3．路由器的启动

√

4．路由表结构

√

5．路由查找的实现

√

6．路由器的基本配置

√

7．路由器操作系统的管理

√

8．路由器配置文件的管理

√

第3章静态路由

1．静态路由与默认路由

√

3

2．静态路由与默认路由的配置

√

3．静态路由的优劣分析与评价

√

第4章动态路由与路由协议

1．动态路由的基本概念

√

2

2．路由协议

√

3．路由评价因子（Metric）

√

4．路由算法及其评价

√

5．路由协议的分类

√

6．内部网关协议IGP和外部网关协议EGP

√

7．距离矢量路由协议与链路状态路由协议

√

第5章RIP协议

1．RIP概述

√

5

2．距离矢量路由算法（D-V算法）

√

3．RIP中的定时器

√

4．RIP路由环及其破解方法

√

5．RIPv1报文格式和工作方式

√

6．RIPv1的配置

√

7．VLSM与CIDR

√

8．RIPv2概述

√

9．报文格式和工作方式

√

10．RIPv2的配置

√

11．RIPv2对RIPv1的兼容性

√

第6章OSPF

1．OSPF概述

√

5

2．链路状态路由算法（Dikjstra算法）

√

3．OSPF组成结构（包括OSPF术语、OSPF网络类型、OSPF区域类型、OSPF路由器类型、OSPF链路类型和DR、BDR选举）

√

4．OSPF分组

√

5．OSPF的工作过程

√

6．单域OSPF的配置

√

7．多域OSPF的配置

√

第7章BGP

1．BGP协议

√

4

2．BGP技术

√

3．BGP消息

√

4．BGP路由过程

√

5．BGP的配置

√

第8章路由优化

1．路由优化概述

√

3

2．控制路由更新数据流

√

3．策略路由

√

4．路由重发布

√

第9章交换基础

1．以太网交换机简介

√

4

2．交换机的工作原理

√

3．二层以太网交换机体系结构

√

4．交换机的组成

√

5．交换机的配置方法

√

6．交换机的基本配置

√

7．交换机的管理

√

第10章VLAN

1．VLAN概述

√

5

2．VLAN的优点

√

3．VLAN的分类

√

4．VLAN中继

√

5．VTP

√

6．使用单臂路由实现VLAN之间的通信

√

7．使用三层交换实现VLAN之间的通信

√

第11章交换网络中的链路冗余

1．冗余概述

√

5

2．冗余交换导致的问题

√

3．STP基本概念和工作原理

√

4．RSTP

√

5．PVST+

√

6．MST

√

7．STP的配置

√

8．RSTP的配置

√

9．PVST+的配置

√

10．MST的配置

√

11．以太网链路聚合

√

12．链路负载均衡

√

第12章网关冗余和负载均衡

1．网关冗余和负载均衡概述

√

3

2．VRRP

√

3．HSRP

√

4．VRRP的配置

√

5．HSRP的配置

√

第13章NAT

1．NAT概述

√

3

2．NAT的工作原理

√

3．NAT的类别

√

4．NAT的配置

√

第14章网络互连综合案例

1．网络互连三层模型

√

2

2．园区网互连的案例分析

√

2、实验教学

实验名称与学时

实验目的与要求

实验内容

1．路由器的基本配置（2学时）

1．理解路由器的功能与作用

2．掌握路由器的登录

3．掌握路由器用户命令界面的使用

4．掌握路由器不同的工作模式及其转换

5．熟悉帮助和编辑功能的使用

6．掌握路由器的基本配置

1.在PC机上使用超级终端建立与路由器的终端仿真会话

2.观察路由器的开机启动过程

3.帮助命令、查看命令的使用

4.在各种工作模式之间的切换

5.路由器的基本配置

6.配置文件的保存

7.使用远程登录（Telnet）建立到路由器连接

2．路由器的基本管理（2学时）

1.掌握TFTP服务的特点、作用与配置

2.掌握通过捕获文本的方式进行配置文件的备份

3.掌握IOS备份到TFTP上的方法

4.掌握使用TFTP下载恢复IOS的方法

5.掌握路由器密码恢复的基本方法

1.TFTP服务器的建立与启动

2.捕获文本的方式进行配置文件的备份

3.将IOS备份到TFTP服务器

4.使用TFTP下载来恢复IOS

5.路由器密码的恢复

3．静态路由与默认路由的配置（2学时）

1.掌握路由器的路由工作原理

2.掌握静态路由和缺省路由的特点与作用

3.掌握静态路由的设置

4.掌握缺省路由的设置

5.初步掌握路由测试的方法与常用命令的使用

1.网络拓扑结构的搭建

2.相关的主机与接口IP设置

3.静态路由的配置与测试

4.缺省路由的配置与测试

4．RIPv1的规划与配置（1学时）

1.理解动态路由与静态路由的区别

2.理解RIPv1的工作原理与特点

3.理解路由协议配置的一般任务

4.掌握RIPv1的配置

5.进一步掌握路由测试的方法与常用命令的使用

1.网络拓扑结构的搭建

2.相关的主机与接口IP设置

3.路由的规划

4.RIPv1的配置

5.RIPv1路由的测试

5．RIPv2的规划与配置（1学时）

1.理解有类别路由协议与无类别路由协议的区别

2.掌握VLSM的基本概念及其规划

3.理解RIPV1与RIPV2的异同点

4.掌握RIPv2的配置

5.熟练掌握路由测试的方法与常用命令的使用

1.网络拓扑结构的搭建

2.相关的主机与接口IP设置

3.路由的规划

4.RIPv2的配置

5.RIPv2路由的测试

6．单域OSPF的规划与配置（2学时）

1.理解链路状态路由协议与距离矢量路由协议的异同

2.掌握OSPF的工作原理与基本特点

3.掌握单域OSPF的配置与管理

1.试网络拓扑结构的搭建

2.相关的主机与接口IP设置

3.单域OSPF路由的规划

4.单域OSPF的配置

5.单域OSPF路由的测

7．多域OSPF的规划与配置（2学时）

1.理解多域OSPF与单域OSPF作用的不同

2.掌握多域OSPF的设计

3.掌握多域OSPF的配置与测试

1.网络拓扑结构的搭建

2.相关的主机与接口IP设置

3.多域OSPF域和路由的规划

4.多域OSPF路由的配置

5.多域OSPF路由的测试

8．BGP的基本规划与配置（2学时）

1.理解内部网络协议（IGP）和外部网关协议（EGP）的区别

2.理解BGP的工作原理

3.掌握BGP的基本规划与设置

4.掌握BGP路由的测试方法

1.网络拓扑结构的搭建

2.自治系统的规划

3.域内路由的设计与配置

4.采用BGP的域间路由规划

9．路由重分布配置

（1学时）

1.理解静态路由、RIP、OSPF等路由之间的重分发

2.掌握重分发列表的使用方法

3.掌握在OSPF中生成默认路由的方法

4.理解SeedMetric值的意义，掌握其设置方法

5.理解OSPF外部路由的类型

1.静态路由重分发到RIP协议

2.RIP路由重分发到OSPF协议

3.修改默认SeedMetric以及OSPF外部路由类型

4.OSPF中生成的默认路由，重分发到RIP协议

10．路由策略的配置

（1学时）

1.理解使用ROUTER－MAP定义路由策略

2.掌握在接口下应用路由策略

1.网络拓扑结构的搭建

2.相关主机与接口的IP设置

3.使用ROUTER－MAP定义基于源地址的路由策略

4.使用ROUTER－MAP定义基于应用的路由策略

5.应用路由策略

11．交换机的基本配置与管理（2学时）

1.掌握交换机的登录

2.掌握交换机用户命令界面的使用

3.掌握交换机的基本配置

4.掌握交换机MAC地址表的管理方法

5.掌握交换机端口安全性的配置

6.掌握交换机配置文件的备份与恢复管理

7.掌握交换机密码恢复的方法

1.在PC机上使用超级终端建立与交换机的终端仿真会话

2.观察交换机的开机启动过程

3.交换机用户界面的使用与工作模式的转换

4.交换机的基本配置（含主机名、管理IP、网关地址等）

5.交换机MAC地址表的管理

6.交换机端口安全性的配置

7.交换机配置文件的备份与恢复

8.交换机密码的恢复

12．VLAN的基本配置与管理（2学时）

1.理解VLAN的基本概念与作用

2.理解静态与动态VLAN的特点与区别

3.掌握VLAN的规划方法

4.掌握静态VLAN的设置

5.理解VLANTRUNK的作用并掌握其设置

6.理解VLANTRUNKPROTOCOL的概念并掌握其设置

7.掌握VLAN测试与故障排除的方法

8.掌握VLAN之间通信方案的设计与配置

1.VLAN的规划

2.相关的IP设置

3.单交换机上的静态VLAN配置与测试

4.跨交换机的静态VLAN配置

5.VLANTRUNK的设置

6.VLANTRUNKPROTOCOL

7.跨交换机的静态VLAN的测试

8.基于“外部路由器”的VLAN之间通信配置与测试

13．VLAN之间的通信（2学时）

1.理解三层交换与路由之间的异同

2.理解三层交换机SVI接口与普通物理接口的异同

3.掌握基于VLAN的三层交换配置与管理

1.网络拓扑结构的搭建

2.VLAN的规划与配置

3.相关主机与三层交换SVI接口地址的配置

4.路由协议的配置

5.基于VLAN的三层交换测试

14．STP与PVST的配置（2学时）

1.理解STP（SpanningTreeProtocol）、PVST在交换网络中的重要作用

2.理解STP、PVST的工作原理

3.掌握STP与PVST的基本配置与管理

1.网络拓扑结构的搭建

2.STP、PVST的规划

3.STP、PVST的运行状态检查，包括端口角色与端口状态

4.根交换机的配置与测试

5.根端口、指定端口的配置与测试

15．网关冗余与负载均衡的配置（2学时）

1.理解网关冗余的基本概念与作用

2.理解VRRP与HSRP的工作原理

3.理解利用VRRP、HSRP实现网关负载均衡的原理

4.掌握VRRP、HSRP的配置与管理

1.网络拓扑结构的搭建

2.VLAN的规划与配置

3.相关主机与路由器接口地址的配置

4.VRRP、HSRP的配置与测试

16．NAT的配置与管理

（2学时）

1.理解私有地址的作用与特点

2.理解网络地址翻译（NAT）的工作原理与作用

3.理解端口地址翻译（PAT）的工作原理与作用

4.掌握NAT和PAT的配置

5.掌握NAT和PAT的测试

1.网络拓扑的搭建

2.相关的主机与接口IP配置

3.相关的路由配置

4.必要的应用服务配置

5.NAT的配置与测试

6.PAT的配置与测试

17．园区互连网络的综合设计（4学时）

1.关于本课程所提供的综合设计性实验，训练与考察学生运用路由与交换进行园区互连网络综合设计与配置的能力；

2.掌握园区网络中的路由、VLAN规划与设计；

3.掌握园区交换网络性能优化的规划与设计，如STP、网关冗余；

4.掌握采用私有地址的园区网络与外部公有网络之间的通信方案设计；

5.本次实验的考核结果将作为学生的实践技能测试成绩，按教学大纲规定的比例计入课程考核成绩。

1.以随机抽签形式进行选题，并进行需求的分析（注：

应至少提供三个以上的案例版本供学生抽取，所给定的模拟案例中需要包括VLAN需求、路由需求、内网与外部公有网络部的连接需求等基本内容）

2.必要的规划与设计，并将设计要点（注：

包括拓扑结构、IP规划、路由规划、NAT规划STP、网关冗余设计和测试方法等）以书面方式说明，在实验结束时上交指导教师。

3.根据实验室提供的设备与组件，完成园区互连网络的相关部署与配置，进行必要的故障排除，使之能够正常运行。

4.口头回答指导教师在现场提出的相关问题，就方案与部署进行恰当的交流与表达。

五、教学方法

1、采用双语教学，即英文教材、英文课件、英文在线测试与期末考试、中文课堂讲解。

要积极引导与鼓励学生克服心理与语言上的困难，以快速适应双语教学。

2．采用多媒体方式，辅以黑板板书。

多媒体课件制作要充分运用多媒体的优势，特别是图形（像）与文字的有机结合、动画演示等技巧突出重点，辅助难点教学；黑板板书要注重与多媒体的有机对接，起到画龙点睛的作用。

3．按照理论教学目标与内容，结合实践教学，设计相应的问题链与案例拓扑，以关键问题为主线，结合案例规划与配置，实施启发式教学，培养学生发现问题、分析问题与解决问题的能力

4．对于一些重点与难点问题，借助实物、场景或仿真软件来辅助教学。

5、师生之间就本课程理论与实践内容进行互动式讨论，讨论包括课前小组研讨与课堂全体讨论两个阶段。

4、实验环节采用问题与案例驱动的分级实践教学模式，如图1所示。

该模式包含两个层次：

一是从基本实验到综合设计性实验为第一个层次，基本实验以掌握某个或某些个技能点为目标，综合设计性实验以课程或专业技术领域所涉及的多个或全部技能点的综合应用为目标；二是每个基本实验内部的第二个层次，由相应的驱动问题与案例出发，根据其所含的技能点，通过难度分解与分级，提供从“基本技能→进阶技能→创新活动”的分级教学，基本技能以验证或操作式的实验教学为主，进阶技能以基本技能掌握为基础，结合所给出的一些要点或难点提示由学生自行设计并完成具有一定难度或复杂度的任务，创新活动着重以初步的综合技能为目标，要求学生自主完成，创新活动中还包含了一些不能应用当前实验知识或技能所解决的技术难题，引导学生的探究精神，培养其分析与解决问题能力，同时借此引出下一个基本实验，起到承上启下的作用。

关于结合问题与案例的具体分级设计参照本大纲所指定教材《网络工程实践教程》中的相关章节。

图1　问题与案例驱动的课内实践教学分级模式

5、在实施分级教学模式时，每个实验的基本技能在实验课前自主在仿真软件上或到实验室完成，并于实验课前提交其实验成果，进阶技能采用项目组的形式完成，创新活动于课外自主完成，并定期进行创新活动方案部署的相互交流。

六、课外学习活动

1、理论课外学习

1）课前预习、课后复习

2）完成课后习题、在线测验、对每章进行小结（需要制作PPT演示文稿）

3）课外综合讨论

4）网络新技术讲座

5）进行职业认证的准备

2、课外实践活动

1）学生网络实践与创新俱乐部实践活动（园区网、广域网、接入网工程案例）

2）担任实验室学生管理员对实验室进行网络设备的日常维护工作

3）开放项目----IPV6下的网络互连创新实践

4）温州大学大学生网络工程大赛――网络部署与实施大赛

5）浙江省新苗科技计划项目

6）温州大学学生科技创新项目

注：

学生网络实践与创新俱乐部实践活动内容应根据当前主流网络技术应用的改变而相应更新。

七、课程教学目标的实现方法与途径

课程教学一级目标

三级子目标

（注：

来自本专业的培养标准）

教与学的方式方法

知识

1.3.1互连网工程方向

课堂讲授与讨论、习题练习、项目、大作业、实验实训等多种形式进行教与学

1.3.2网络应用开发方向

课堂讲授与讨论、习题练习、项目、大作业、实验实训等多种形式进行教与学

能力

2.2.1路由器与交换机的配置与管理能力

通过实验环节、开放项目、作为学生实验管理员对网络设备进行维护等实践活动，培养学生对互连设备的配置与管理能力。

2.2.5中小型园区网络的初步设计能力

通过课外实践活动、创新活动、开放项目、学生科研，竞赛等形式培养学对中小型园区网络的初步设计能力。

2.3.3网络系统部署与实施的能力

通过课外实践活动、创新活动、开放项目、学生科研，竞赛、职业认证等形式培养学生的网络系统部署与实施的能力。

2.5.1工程创新能力

通过案例讨论、创新活动、开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动，培养学生工程创新能力。

2.5.2创业能力

通过开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动、学生科研，培养学生创业能力。

2.5.3终身学习能力

通过课外读书报告、基本技能自主完成、创新活动、开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动培养学生终身学习的能力。

2.6.1团队合作能力

通过项目组的实验方式、分组讨论、创新活动、开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动培养学生团队合作能力

2.6.2人际沟通与交流能力

通过分组讨论、项目组的实验、创新活动、开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动，培养学生人际沟通与交流能力。

2.6.3国际化交流与合作能力

通过双语教学、项目组的实验、创新活动、开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动，培养学生国际化交流与合作能力。

2.6.4信息获取能力

通过课外读书报告、创新活动、开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动，培养学生信息获取能力。

素质

3.1.1勇于探究与实践的科学精神

通过课外读书报告、项目组课堂讨论、创新活动、开放项目、学生网络实践与创新俱乐部实践活动，培养学生勇于探究与实践的科学精神

3.1.2讲求实效的职业精神

通过课外读书报告、系列讲座、开放项目、作为学生实验管理员对网络设备进行维护等学生网络实践与创新俱乐部实践活动，培养学生讲求实效的职业精神

3.2.1在法律和制度框架下的工作能力

通过工程师职业生涯系列讲座，作为学生实验管理员对网络设备进行维护等实践活动，培养学生在法律和制度框架下的工作能力

八、教材及学生参考书

1、教材：

1）CiscoSystem,AuthorizedcurriculumfortheCiscoSystemsNetworkingAcademy–CCNAExploration4.0（Semester2&3）.（Note:

Electronicmaterial,availableinthespecifiedWebsite）

2）施晓秋、张纯容、金可仲　《网络工程实践教程》，高等教育出版社,2010年版

参考书：

1）CiscoSystem,AuthorizedcurriculumfortheCiscoSystemsNetworkingAcademy–CCNP:

buildingscalableInternetworks

2）CiscoSystem,AuthorizedcurriculumfortheCiscoSystemsNetworkingAcademy–CCNP:

buildingmultilayerswitchednetworkds

3）《思科网络实验室-路由与交换实验指南》梁广民等编著电子工业出版社2007年

九、课程考核方式及成绩评定方法

本课程考核由期末卷面考试、实践考核、平时章节测试和平时成绩四部分组成。

其中，期末卷面考试采用闭卷形式，占期末总成绩的50%到55%；实践考核包括过程评价与技能考核两大部分，占期末总成绩的30%-25%；平时成绩包含在线测试成绩、课堂表现与读书报告（可选）等，占期末总成绩的15%。

实验（践）考核采用过程评价与技能考核相结合的方式进行。

过程考核由个人表现与团队表现两部分组成，个人表现主要从实验考勤、实验预习、实验报告和工程日志四方面进行考核，团队表现采用项目组成员间互评分的平均分形式获得。

技能考核依托综合设计性实验“园区互连网络的综合设计与实施”来进行，包含方案设计、方案部署、口头交流表达等环节的成绩。

上述各部分在实验考核成绩中的比例如下表所示。

实验考核成绩评定

评价因子

技能考核

个人表现

团队表现

设计方案

方案部署

交流表达

实验预习

实验考勤

实验报告

工程日志

项目组成员间互评分的平均值

比例

25%

20%

5%

10%

10%

10%

10%

10%

十、其他说明

1、辅助学习工具：

1）PacketTracer仿真软件

2、学习网站：

1）

2）

十一、编制与审核

编制人：

施晓秋　　　　　　　审核人：

励龙昌

　　　　2012年12月28日