計算機網(wǎng)絡(luò)原理教學(xué)大綱課程編號：課程名稱：計算機網(wǎng)絡(luò)原理英文名稱：Computer Network Principle學(xué) 時：64(理論教學(xué)) 18(課程實驗)學(xué) 分：4.5適用專業(yè)：計算

計算機網(wǎng)絡(luò)原理教學(xué)大綱

課程編號：

課程名稱：計算機網(wǎng)絡(luò)原理

英文名稱：Computer Network Principle

學(xué) 時：64(理論教學(xué)) 18(課程實驗)

學(xué) 分：4.5

適用專業(yè)：計算機應(yīng)用，通信工程類

課程性質(zhì)：必修（雙語教學(xué)）

先修課程：《計算機原理》《數(shù)據(jù)庫原理》《操作系統(tǒng)》《數(shù)據(jù)通信原理》

一、課程教學(xué)目標(biāo)

《計算機網(wǎng)絡(luò)》是計算機科學(xué)一門重要專業(yè)課。隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也越來越普及，所以本課程是從事計算機和通信專業(yè)的工程技術(shù)人員所必須掌握的一門專業(yè)課。

本課程的主要任務(wù)是：較全面地了解計算機通信網(wǎng)的基本概念級構(gòu)成，掌握計算機通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計基礎(chǔ)、計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)，掌握局域網(wǎng)和Internet 的基本內(nèi)容、基本原理，了解計算機網(wǎng)絡(luò)的安全和管理、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在計算機通信網(wǎng)中的應(yīng)用。

二、教學(xué)內(nèi)容及基本要求

課堂教學(xué)部分

1. 緒論(2)

計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用；什么是計算機互連網(wǎng)，什么是協(xié)議，什么是網(wǎng)絡(luò)的邊緣，什么是網(wǎng)絡(luò)的核心，網(wǎng)絡(luò)的訪問，物理媒體，網(wǎng)絡(luò)性能：丟包和延遲。

2. 應(yīng)用層(2)

應(yīng)用層協(xié)議：DNS ，SNMP ，電子郵件-SMTP/POP3，HTTP ，F(xiàn)TP

一、域名解析原理及域名分類。

二、電子郵件

（1） E-mail 地址組成

（2） E-mail 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（UA MTA）

（3） SMTP(簡單郵件傳輸協(xié)議)

（4） POP3（郵局協(xié)議）

（5） MIME （通用因特網(wǎng)郵件擴充）

（6） 電子郵件收發(fā)過程

三、FTP

(1) FTP工作過程（雙連接）(2) FTP 分類（匿名與非匿名登錄） (3) 文件上載與下載

四、WWW

（1） HTML （超文本標(biāo)志語言）

（2） URL （統(tǒng)一資源定位地址）

（3） HTTP （超文本傳輸協(xié)議）

（4） WWW 工作原理(Browser/Server)

3. 運輸層(3)

理解運輸層服務(wù)的原理：多路復(fù)用多路分解，可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

一、Internet 中的傳輸層協(xié)議

a. 分類及其作用（TCP 和UDP ） b. TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性實現(xiàn)

c. 端口與端口號（保留端口與自由端口） d. 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程間通信的Socket 機制

二、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP ）

a. 功能 b. 報文格式（*偽首部）

三、傳輸控制協(xié)議（TCP ）

a. 報文格式 b. TCP流量控制（可變發(fā)送窗口協(xié)議） *c. TCP連接建立與釋放過程

4. 網(wǎng)絡(luò)層和選路(3)

理解網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)的原理：選路算法（路徑選擇），網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模的描述。

一、IP 地址構(gòu)成及其分類

二、子網(wǎng)掩碼及其作用（子網(wǎng)劃分及其計算） *

三、 無分類編址CIDR 及超網(wǎng)的概念

四、地址解析分類（ARP 和RARP ）及ARP 工作原理

五、IP 數(shù)據(jù)報格式及其傳輸機制（封裝、分組、重組、拆封）

六、ICMP （Internet 控制報文協(xié)議）報文格式及其作用

七、Internet 中的路由選擇協(xié)議

1. 自治系統(tǒng)（AS ）

2. Internet路由選擇協(xié)議分類：IGP 和EGP

3. 兩種常用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議：RIP （基于D-V 法）和OSPF （基于L-S 法）

八、下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPng ）

IPv6地址結(jié)構(gòu)、IPv4到IPv6過渡策略。

一、廣域網(wǎng)基本概念

二、廣域網(wǎng)中的路由選擇機制

1. 結(jié)點路由表（轉(zhuǎn)發(fā)表）的組成（目的站和下一站） 2. 廣域網(wǎng)的表示及路由表的簡化 *三、路由選擇及其算法

1. 路由選擇算法及其分類

2. D-V法和L-S 法(距離矢量法和鏈路狀態(tài)法)

*四、流量控制和擁塞控制

1. 流量控制和擁塞控制的聯(lián)系與區(qū)別

2. Internet中的常用擁塞控制方法——源抑制法實現(xiàn)過程

五、X.25與幀中繼兩種交換技術(shù)的比較

六、A TM 技術(shù)

基本概念、信元結(jié)構(gòu)及ATM 協(xié)議參考模型。

5. 數(shù)據(jù)鏈路層和局域網(wǎng)(8)

理解在數(shù)據(jù)鏈路層中的服務(wù)原理：錯誤的偵測和糾錯，共享的廣播通道，多路訪問鏈路。

一、基本概念

1. 局域網(wǎng)的定義、分類及其特點

2. 決定LAN 特性的三個主要技術(shù)

傳輸介質(zhì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、介質(zhì)訪問控制方法（MAC ）其中MAC 最重要

3. 局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

二、信道分配方法：靜態(tài)分配和動態(tài)分配。

三、常用的多路訪問控制協(xié)議

1. 載波監(jiān)聽多路訪問控制方法CSMA （非堅持型、1-堅持型和p-堅持型CSMA ）

工作原理、特點

2. 帶有碰撞（沖突）檢測的載波監(jiān)聽多路訪問控制方法CSMA/CD

工作原理、特點及二進(jìn)制指數(shù)避讓算法。

四、IEEE802系列標(biāo)準(zhǔn)及局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

五、LLC 層（邏輯鏈路控制子層）

1. LLC層服務(wù)訪問點（SAP ）

2.LLC 幀結(jié)構(gòu)

六、MAC 層 1. MAC 地址 2. MAC 幀結(jié)構(gòu)

3. 局域網(wǎng)進(jìn)程間通信需要的兩種地址（MAC 地址和SAP 地址） *七、以太網(wǎng)(Ethernet)

1. 以太網(wǎng)(Ethernet)和IEEE802.3 2. 交換以太網(wǎng)特點及三種轉(zhuǎn)發(fā)機制

3. 高速以太網(wǎng)（快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、萬兆以太網(wǎng)） 4. 虛擬局域網(wǎng)（VLAN ）技術(shù)的定義及分類 八、無線局域網(wǎng)（WLAN ）分類及擴頻技術(shù)（SS ） 九、局域網(wǎng)的擴展

1. 在物理層擴展局域網(wǎng) 2. 在數(shù)據(jù)鏈路層擴展局域網(wǎng)

網(wǎng)橋功能、網(wǎng)橋分類、透明網(wǎng)橋工作原理、廣播風(fēng)暴及使用網(wǎng)橋的優(yōu)缺點。

6. 多媒體網(wǎng)絡(luò)(8)

多媒體網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。實時的交互應(yīng)用的協(xié)議（RTP,H.323），綜合服務(wù)，資源予留和區(qū)分服務(wù)

7. 計算機網(wǎng)絡(luò)安全（3）

。 8. 網(wǎng)絡(luò)管理

Network Management

introduction to network management motivation

major components Internet network management framework MIB: management information base SMI: data definition language

SNMP: protocol for network

三、 教學(xué)安排及方法

“計算機網(wǎng)絡(luò)原理”課程的課內(nèi)學(xué)時為64學(xué)時，課內(nèi)外學(xué)時之比為1:1.5；實驗為18學(xué)

本課程通過四方面進(jìn)行考核：實驗：20，作業(yè)：20，期中：20，期末：40；期末考試采用閉卷方式。 五、推薦教材與參考資料

COMPUTER NETWORKING: A Top-Down Approach Featuring the Internet, James F. Kurose&Keith W. Ross 參考書：

1、Computer Network (3rd edition), ANDREW S. TANENBAUM 2、《計算機網(wǎng)絡(luò)（第二版）高校規(guī)劃教材》，謝希仁

第1章 計算機網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng) 1

1.1 什么是因特網(wǎng) 1

1.1.1 具體構(gòu)成描述 1

1.1.2 服務(wù)描述 3

1.1.3 什么是協(xié)議 4

1.2 網(wǎng)絡(luò)邊緣 6

1.2.1 端系統(tǒng)、客戶機和服務(wù)器 6

1.2.2 無連接服務(wù)和面向連接服務(wù) 8

1.3 網(wǎng)絡(luò)核心 9

1.3.1 電路交換和分組交換 9

1.3.2 分組交換網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)和虛電路網(wǎng)絡(luò) 15

1.4 接入網(wǎng)和物理媒體 17

1.4.1 網(wǎng)絡(luò)接入 17

1.4.2 物理媒體 21

1.5 ISP和因特網(wǎng)主干 23

1.6 分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時延和分組丟失 25

1.6.1 時延的類型 25

1.6.2 排隊時延和分組丟失 27

1.6.3 因特網(wǎng)中的時延和路由 29

1.7 協(xié)議層次和它們的服務(wù)模型 30

1.7.1 分層的體系結(jié)構(gòu) 30

1.7.2 分層、報文、報文段、數(shù)據(jù)報和幀 33

1.8 計算機網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的歷史 34

1.8.1 分組交換的發(fā)展：1961—1972 34

1.8.2 專用網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)際互連：1972—1980 36

1.8.3 網(wǎng)絡(luò)的激增：1980—1990 36

1.8.4 因特網(wǎng)爆炸：20世紀(jì)90年代 37

1.8.5 最新發(fā)展 38

1.9 小結(jié) 39

本書的路線圖 39

課后習(xí)題和問題 40

復(fù)習(xí)題 40

習(xí)題 41

討論題 44

Ethereal 實驗1 45

人物專訪 46

第2章 應(yīng)用層 49

2.1 應(yīng)用層協(xié)議原理 49

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu) 50

2.1.2 進(jìn)程通信 52

2.1.3 應(yīng)用層協(xié)議 54

2.1.4 應(yīng)用需要什么樣的服務(wù) 55

2.1.5 因特網(wǎng)運輸協(xié)議提供的服務(wù) 56

2.1.6 本書涉及的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 58

2.2 Web應(yīng)用和HTTP 協(xié)議 58

2.2.1 HTTP概況 59

2.2.2 非持久連接和持久連接 60

2.2.3 HTTP報文格式 62

2.2.4 用戶與服務(wù)器交互：Cookie 65

2.2.5 HTTP內(nèi)容 67

2.2.6 Web緩存 67

2.2.7 條件GET 方法 69

2.3 文件傳送協(xié)議：FTP 70

2.4 因特網(wǎng)中的電子郵件 72

2.4.1 SMTP 74

2.4.2 與HTTP 的對比 76

2.4.3 郵件報文格式和MIME 76

2.4.4 郵件訪問協(xié)議 78

2.5 DNS：因特網(wǎng)的目錄服務(wù) 82

2.5.1 DNS提供的服務(wù) 82

2.5.2 DNS工作機理概述 84

2.5.3 DNS記錄和報文 87

2.6 P2P文件共享 90

2.7 TCP套接字編程 97

2.7.1 TCP套接字編程 98

2.7.2 一個Java 客戶機/服務(wù)器應(yīng)用程序例子 99

2.8 UDP套接字編程 104

2.9 構(gòu)造一個簡單的Web 服務(wù)器 109

2.10 小結(jié) 112

課后習(xí)題和問題 113

復(fù)習(xí)題 113

習(xí)題 114

討論題 117

套接字編程作業(yè) 117

Ethereal 實驗 119

人物專訪 120

第3章 運輸層 121

3.1 概述和運輸層服務(wù) 121

3.1.1 運輸層和網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)系 122

3.1.2 因特網(wǎng)運輸層概述 123

3.2 多路復(fù)用與多路分解 124

3.3 無連接運輸：UDP 129

3.3.1 UDP報文段結(jié)構(gòu) 132

3.3.2 UDP檢查和 132

3.4 可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑?133

3.4.1 構(gòu)造可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 134

3.4.2 流水線可靠數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 141

3.4.3 Go-Back-N 143

3.4.4 選擇重傳 147

3.5 面向連接的運輸：TCP 151

3.5.1 TCP連接 151

3.5.2 TCP報文段結(jié)構(gòu) 153

3.5.3 往返時延的估計與超時 156

3.5.4 可靠數(shù)據(jù)傳輸 158

3.5.5 流量控制 163

3.5.6 TCP連接管理 164

3.6 擁塞控制原理 168

3.6.1 擁塞原因與開銷 169

3.6.2 擁塞控制方法 173

3.6.3 網(wǎng)絡(luò)輔助的擁塞控制例子：ATM ABR擁塞控制 174

3.7 TCP擁塞控制 175

3.7.1 公平性 180

3.7.2 TCP時延建模 182

3.8 小結(jié) 188

課后習(xí)題和問題 189

復(fù)習(xí)題 189

習(xí)題 190

討論題 194

編程作業(yè) 195

Ethereal 實驗室：探究TCP 195

人物專訪 196

第4章 網(wǎng)絡(luò)層 199

4.1 概述 199

4.1.1 轉(zhuǎn)發(fā)和選路 200

4.1.2 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型 202

4.2 虛電路和數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò) 203

4.2.1 虛電路網(wǎng)絡(luò) 204

4.2.2 數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò) 206

4.2.3 虛電路和數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)的由來 208

4.3 路由器工作原理 208

4.3.1 輸入端口 210

4.3.2 交換結(jié)構(gòu) 211

4.3.3 輸出端口 212

4.3.4 何時出現(xiàn)排隊 213

4.4 網(wǎng)際協(xié)議：因特網(wǎng)中的轉(zhuǎn)發(fā)和編址 215

4.4.1 數(shù)據(jù)報格式 215

4.4.2 IPv4編址 219

4.4.3 ICMP：網(wǎng)際控制報文協(xié)議 228

4.4.4 IPv6 229

4.5 選路算法 233

4.5.1 鏈路狀態(tài)選路算法 236

4.5.2 距離向量選路算法 238

4.5.3 層次選路 244

4.6 因特網(wǎng)中的選路 247

4.6.1 因特網(wǎng)中自治系統(tǒng)內(nèi)部選路：RIP 247

4.6.2 因特網(wǎng)中AS 內(nèi)部選路： OSPF 250

4.6.3 自治系統(tǒng)間的選路：BGP 252

4.7 廣播和多播選路 256

4.7.1 廣播選路算法 256

4.7.2 多播 260

4.8 小結(jié) 266

課后習(xí)題和問題 267

復(fù)習(xí)題 267

習(xí)題 269

討論題 274

編程作業(yè) 275

Ethereal 實驗 275

人物專訪 276

第5章 鏈路層和局域網(wǎng) 277

5.1 數(shù)據(jù)鏈路層：概述和服務(wù) 278

5.1.1 鏈路層提供的服務(wù) 278

5.1.2 適配器通信 280

5.2 差錯檢測和糾錯技術(shù) 281

5.2.1 奇偶校驗 282

5.2.2 檢查和方法 283

5.2.3 循環(huán)冗余檢測 284

5.3 多址訪問協(xié)議 285

5.3.1 信道劃分協(xié)議 287

5.3.2 隨機訪問協(xié)議 288

5.3.3 輪流協(xié)議 294

5.3.4 局域網(wǎng) 294

5.4 鏈路層編址 295

5.4.1 MAC地址 295

5.4.2 地址解析協(xié)議 297

5.4.3 動態(tài)主機配置協(xié)議 300

5.5 以太網(wǎng) 302

5.5.1 以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu) 303

5.5.2 CSMA/CD：以太網(wǎng)的多址訪問協(xié)議 306

5.5.3 以太網(wǎng)技術(shù) 308

5.6 互聯(lián)：集線器和交換機 309

5.6.1 集線器 309

5.6.2 鏈路層交換機 311

5.7 PPP：點對點協(xié)議 317

5.7.1 PPP數(shù)據(jù)成幀 318

5.7.2 PPP鏈路控制協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議 319

5.8 鏈路虛擬化：網(wǎng)絡(luò)作為鏈路層 321

5.8.1 異步傳送模式 321

5.8.2 多協(xié)議標(biāo)簽交換 325

5.9 小結(jié) 327

課后習(xí)題和問題 328

復(fù)習(xí)題 328

習(xí)題 328

討論題 331

Ethereal 實驗 331

人物專訪 332

第6章 無線網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò) 335

6.1 概述 335

6.2 無線鏈路和網(wǎng)絡(luò)特征 338

6.3 Wi-Fi：802.11無線LAN 341

6.3.1 802.11體系結(jié)構(gòu) 342

6.3.2 802.11 MAC協(xié)議 344

6.3.3 IEEE 802.11幀 347

6.3.4 在相同的IP 子網(wǎng)中的移動性 350

6.3.5 802.15和藍(lán)牙 351

6.4 蜂窩因特網(wǎng)接入 352

6.4.1 蜂窩網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)概述 353

6.4.2 蜂窩網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)：簡要回顧 354

6.5 移動管理：原理 356

6.5.1 尋址 358

6.5.2 移動節(jié)點的選路 359

6.6 移動IP 363

6.7 蜂窩網(wǎng)中的移動性管理 366

6.7.1 對移動用戶呼叫的選路 367

6.7.2 GSM中的切換 368

6.8 無線和移動性：對高層協(xié)議的影響 371

6.9 小結(jié) 372

課后習(xí)題和問題 372

復(fù)習(xí)題 372

習(xí)題 373

討論題 373

Ethereal 實驗 374

人物專訪 375

第7章 多媒體網(wǎng)絡(luò) 377

7.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 377

7.1.1 多媒體應(yīng)用的例子 377

7.1.2 當(dāng)今因特網(wǎng)上的多媒體障礙 379

7.1.3 因特網(wǎng)應(yīng)該如何演化才能更好地支持多媒體 380

7.1.4 音頻和視頻壓縮 381

7.2 流式存儲音頻和視頻 383

7.2.1 通過Web 服務(wù)器訪問音頻和視頻 384

7.2.2 從流式服務(wù)器向助手應(yīng)用程序發(fā)送多媒體 385

7.2.3 實時流協(xié)議 387

7.3 充分利用盡力而為服務(wù)：一個因特網(wǎng)電話的例子 390

7.3.1 盡力而為服務(wù)的限制 390

7.3.2 在接收方消除音頻的時延抖動 392

7.3.3 從分組丟失中恢復(fù) 394

7.3.4 流式存儲音頻和視頻 396

7.4 實時交互應(yīng)用的協(xié)議 396

7.4.1 RTP 397

7.4.2 RTP控制協(xié)議 400

7.4.3 SIP 402

7.4.4 H.323 406

7.5 多媒體分發(fā)：內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò) 407

7.6 超越盡力而為服務(wù) 410

7.6.1 情況1：一個1 Mb/s的音頻應(yīng)用和一個FTP 傳輸 411

7.6.2 情況2：一個1 Mb/s的音頻應(yīng)用和一個高優(yōu)先級FTP 傳輸 411

7.6.3 情況3：一個異常的音頻應(yīng)用和一個FTP 傳輸 412

7.6.4 情況4：在一條過載的1.5Mb/s鏈路上的兩個1 Mb/s音頻應(yīng)用 413

7.7 調(diào)度和監(jiān)管機制 414

7.7.1 調(diào)度機制 414

7.7.2 監(jiān)管：漏桶 418

7.8 綜合服務(wù)和區(qū)分服務(wù) 420

7.8.1 Intserv 420

7.8.2 區(qū)分服務(wù) 422

7.9 RSVP 426

7.9.1 RSVP的要點 426

7.9.2 一些簡單的例子 427

7.10 小結(jié) 430

課后習(xí)題和問題 431

復(fù)習(xí)題 431

習(xí)題 431

討論題 433

編程作業(yè) 434

人物專訪 435

第8章 計算機網(wǎng)絡(luò)中的安全 437

8.1 什么是網(wǎng)絡(luò)安全 437

8.2 密碼學(xué)的原則 440

8.2.1 對稱密鑰密碼學(xué) 441

8.2.2 公開密鑰加密 445

8.3 鑒別 448

8.3.1 鑒別協(xié)議ap1.0 449

8.3.2 鑒別協(xié)議ap2.0 449

8.3.3 鑒別協(xié)議ap3.0 450

8.3.4 鑒別協(xié)議ap3.1 450