计算机网络原理教学大纲

计算机网络原理教学大纲课程编号：课程名称：计算机网络原理英文名称：Computer Network Principle学 时：64(理论教学) 18(课程实验)学 分：4.5适用专业：计算

计算机网络原理教学大纲

课程编号：

课程名称：计算机网络原理

英文名称：Computer Network Principle

学 时：64(理论教学) 18(课程实验)

学 分：4.5

适用专业：计算机应用，通信工程类

课程性质：必修（双语教学）

先修课程：《计算机原理》《数据库原理》《操作系统》《数据通信原理》

一、课程教学目标

《计算机网络》是计算机科学一门重要专业课。随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络的应用也越来越普及，所以本课程是从事计算机和通信专业的工程技术人员所必须掌握的一门专业课。

本课程的主要任务是：较全面地了解计算机通信网的基本概念级构成，掌握计算机通信网络的设计基础、计算机网络协议的体系结构，掌握局域网和Internet 的基本内容、基本原理，了解计算机网络的安全和管理、现代通信网络技术在计算机通信网中的应用。

二、教学内容及基本要求

课堂教学部分

1. 绪论(2)

计算机网络的发展与应用；什么是计算机互连网，什么是协议，什么是网络的边缘，什么是网络的核心，网络的访问，物理媒体，网络性能：丢包和延迟。

2. 应用层(2)

应用层协议：DNS ，SNMP ，电子邮件-SMTP/POP3，HTTP ，FTP

一、域名解析原理及域名分类。

二、电子邮件

（1） E-mail 地址组成

（2） E-mail 系统结构（UA MTA）

（3） SMTP(简单邮件传输协议)

（4） POP3（邮局协议）

（5） MIME （通用因特网邮件扩充）

（6） 电子邮件收发过程

三、FTP

(1) FTP工作过程（双连接）(2) FTP 分类（匿名与非匿名登录） (3) 文件上载与下载

四、WWW

（1） HTML （超文本标志语言）

（2） URL （统一资源定位地址）

（3） HTTP （超文本传输协议）

（4） WWW 工作原理(Browser/Server)

3. 运输层(3)

理解运输层服务的原理：多路复用多路分解，可靠的数据传输。

一、Internet 中的传输层协议

a. 分类及其作用（TCP 和UDP ） b. TCP/IP网络的可靠性实现

c. 端口与端口号（保留端口与自由端口） d. 网络进程间通信的Socket 机制

二、用户数据报协议（UDP ）

a. 功能 b. 报文格式（*伪首部）

三、传输控制协议（TCP ）

a. 报文格式 b. TCP流量控制（可变发送窗口协议） *c. TCP连接建立与释放过程

4. 网络层和选路(3)

理解网络层服务的原理：选路算法（路径选择），网络的规模的描述。

一、IP 地址构成及其分类

二、子网掩码及其作用（子网划分及其计算） *

三、 无分类编址CIDR 及超网的概念

四、地址解析分类（ARP 和RARP ）及ARP 工作原理

五、IP 数据报格式及其传输机制（封装、分组、重组、拆封）

六、ICMP （Internet 控制报文协议）报文格式及其作用

七、Internet 中的路由选择协议

1. 自治系统（AS ）

2. Internet路由选择协议分类：IGP 和EGP

3. 两种常用内部网关协议：RIP （基于D-V 法）和OSPF （基于L-S 法）

八、下一代互联网协议（IPng ）

IPv6地址结构、IPv4到IPv6过渡策略。

一、广域网基本概念

二、广域网中的路由选择机制

1. 结点路由表（转发表）的组成（目的站和下一站） 2. 广域网的表示及路由表的简化 *三、路由选择及其算法

1. 路由选择算法及其分类

2. D-V法和L-S 法(距离矢量法和链路状态法)

*四、流量控制和拥塞控制

1. 流量控制和拥塞控制的联系与区别

2. Internet中的常用拥塞控制方法——源抑制法实现过程

五、X.25与帧中继两种交换技术的比较

六、A TM 技术

基本概念、信元结构及ATM 协议参考模型。

5. 数据链路层和局域网(8)

理解在数据链路层中的服务原理：错误的侦测和纠错，共享的广播通道，多路访问链路。

一、基本概念

1. 局域网的定义、分类及其特点

2. 决定LAN 特性的三个主要技术

传输介质、拓扑结构、介质访问控制方法（MAC ）其中MAC 最重要

3. 局域网拓扑结构

二、信道分配方法：静态分配和动态分配。

三、常用的多路访问控制协议

1. 载波监听多路访问控制方法CSMA （非坚持型、1-坚持型和p-坚持型CSMA ）

工作原理、特点

2. 带有碰撞（冲突）检测的载波监听多路访问控制方法CSMA/CD

工作原理、特点及二进制指数避让算法。

四、IEEE802系列标准及局域网体系结构

五、LLC 层（逻辑链路控制子层）

1. LLC层服务访问点（SAP ）

2.LLC 帧结构

六、MAC 层 1. MAC 地址 2. MAC 帧结构

3. 局域网进程间通信需要的两种地址（MAC 地址和SAP 地址） *七、以太网(Ethernet)

1. 以太网(Ethernet)和IEEE802.3 2. 交换以太网特点及三种转发机制

3. 高速以太网（快速以太网、千兆以太网、万兆以太网） 4. 虚拟局域网（VLAN ）技术的定义及分类 八、无线局域网（WLAN ）分类及扩频技术（SS ） 九、局域网的扩展

1. 在物理层扩展局域网 2. 在数据链路层扩展局域网

网桥功能、网桥分类、透明网桥工作原理、广播风暴及使用网桥的优缺点。

6. 多媒体网络(8)

多媒体网络的应用。实时的交互应用的协议（RTP,H.323），综合服务，资源予留和区分服务

7. 计算机网络安全（3）

。 8. 网络管理

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、 教学安排及方法

“计算机网络原理”课程的课内学时为64学时，课内外学时之比为1:1.5；实验为18学

本课程通过四方面进行考核：实验：20，作业：20，期中：20，期末：40；期末考试采用闭卷方式。 五、推荐教材与参考资料

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

1、Computer Network (3rd edition), ANDREW S. TANENBAUM 2、《计算机网络（第二版）高校规划教材》，谢希仁

第1章 计算机网络和因特网 1

1.1 什么是因特网 1

1.1.1 具体构成描述 1

1.1.2 服务描述 3

1.1.3 什么是协议 4

1.2 网络边缘 6

1.2.1 端系统、客户机和服务器 6

1.2.2 无连接服务和面向连接服务 8

1.3 网络核心 9

1.3.1 电路交换和分组交换 9

1.3.2 分组交换网络：数据报网络和虚电路网络 15

1.4 接入网和物理媒体 17

1.4.1 网络接入 17

1.4.2 物理媒体 21

1.5 ISP和因特网主干 23

1.6 分组交换网络中的时延和分组丢失 25

1.6.1 时延的类型 25

1.6.2 排队时延和分组丢失 27

1.6.3 因特网中的时延和路由 29

1.7 协议层次和它们的服务模型 30

1.7.1 分层的体系结构 30

1.7.2 分层、报文、报文段、数据报和帧 33

1.8 计算机网络和因特网的历史 34

1.8.1 分组交换的发展：1961—1972 34

1.8.2 专用网络和网际互连：1972—1980 36

1.8.3 网络的激增：1980—1990 36

1.8.4 因特网爆炸：20世纪90年代 37

1.8.5 最新发展 38

1.9 小结 39

本书的路线图 39

课后习题和问题 40

复习题 40

习题 41

讨论题 44

Ethereal 实验1 45

人物专访 46

第2章 应用层 49

2.1 应用层协议原理 49

2.1.1 网络应用程序体系结构 50

2.1.2 进程通信 52

2.1.3 应用层协议 54

2.1.4 应用需要什么样的服务 55

2.1.5 因特网运输协议提供的服务 56

2.1.6 本书涉及的网络应用 58

2.2 Web应用和HTTP 协议 58

2.2.1 HTTP概况 59

2.2.2 非持久连接和持久连接 60

2.2.3 HTTP报文格式 62

2.2.4 用户与服务器交互：Cookie 65

2.2.5 HTTP内容 67

2.2.6 Web缓存 67

2.2.7 条件GET 方法 69

2.3 文件传送协议：FTP 70

2.4 因特网中的电子邮件 72

2.4.1 SMTP 74

2.4.2 与HTTP 的对比 76

2.4.3 邮件报文格式和MIME 76

2.4.4 邮件访问协议 78

2.5 DNS：因特网的目录服务 82

2.5.1 DNS提供的服务 82

2.5.2 DNS工作机理概述 84

2.5.3 DNS记录和报文 87

2.6 P2P文件共享 90

2.7 TCP套接字编程 97

2.7.1 TCP套接字编程 98

2.7.2 一个Java 客户机/服务器应用程序例子 99

2.8 UDP套接字编程 104

2.9 构造一个简单的Web 服务器 109

2.10 小结 112

课后习题和问题 113

复习题 113

习题 114

讨论题 117

套接字编程作业 117

Ethereal 实验 119

人物专访 120

第3章 运输层 121

3.1 概述和运输层服务 121

3.1.1 运输层和网络层的关系 122

3.1.2 因特网运输层概述 123

3.2 多路复用与多路分解 124

3.3 无连接运输：UDP 129

3.3.1 UDP报文段结构 132

3.3.2 UDP检查和 132

3.4 可靠数据传输的原理 133

3.4.1 构造可靠数据传输协议 134

3.4.2 流水线可靠数据传输协议 141

3.4.3 Go-Back-N 143

3.4.4 选择重传 147

3.5 面向连接的运输：TCP 151

3.5.1 TCP连接 151

3.5.2 TCP报文段结构 153

3.5.3 往返时延的估计与超时 156

3.5.4 可靠数据传输 158

3.5.5 流量控制 163

3.5.6 TCP连接管理 164

3.6 拥塞控制原理 168

3.6.1 拥塞原因与开销 169

3.6.2 拥塞控制方法 173

3.6.3 网络辅助的拥塞控制例子：ATM ABR拥塞控制 174

3.7 TCP拥塞控制 175

3.7.1 公平性 180

3.7.2 TCP时延建模 182

3.8 小结 188

课后习题和问题 189

复习题 189

习题 190

讨论题 194

编程作业 195

Ethereal 实验室：探究TCP 195

人物专访 196

第4章 网络层 199

4.1 概述 199

4.1.1 转发和选路 200

4.1.2 网络服务模型 202

4.2 虚电路和数据报网络 203

4.2.1 虚电路网络 204

4.2.2 数据报网络 206

4.2.3 虚电路和数据报网络的由来 208

4.3 路由器工作原理 208

4.3.1 输入端口 210

4.3.2 交换结构 211

4.3.3 输出端口 212

4.3.4 何时出现排队 213

4.4 网际协议：因特网中的转发和编址 215

4.4.1 数据报格式 215

4.4.2 IPv4编址 219

4.4.3 ICMP：网际控制报文协议 228

4.4.4 IPv6 229

4.5 选路算法 233

4.5.1 链路状态选路算法 236

4.5.2 距离向量选路算法 238

4.5.3 层次选路 244

4.6 因特网中的选路 247

4.6.1 因特网中自治系统内部选路：RIP 247

4.6.2 因特网中AS 内部选路： OSPF 250

4.6.3 自治系统间的选路：BGP 252

4.7 广播和多播选路 256

4.7.1 广播选路算法 256

4.7.2 多播 260

4.8 小结 266

课后习题和问题 267

复习题 267

习题 269

讨论题 274

编程作业 275

Ethereal 实验 275

人物专访 276

第5章 链路层和局域网 277

5.1 数据链路层：概述和服务 278

5.1.1 链路层提供的服务 278

5.1.2 适配器通信 280

5.2 差错检测和纠错技术 281

5.2.1 奇偶校验 282

5.2.2 检查和方法 283

5.2.3 循环冗余检测 284

5.3 多址访问协议 285

5.3.1 信道划分协议 287

5.3.2 随机访问协议 288

5.3.3 轮流协议 294

5.3.4 局域网 294

5.4 链路层编址 295

5.4.1 MAC地址 295

5.4.2 地址解析协议 297

5.4.3 动态主机配置协议 300

5.5 以太网 302

5.5.1 以太网帧结构 303

5.5.2 CSMA/CD：以太网的多址访问协议 306

5.5.3 以太网技术 308

5.6 互联：集线器和交换机 309

5.6.1 集线器 309

5.6.2 链路层交换机 311

5.7 PPP：点对点协议 317

5.7.1 PPP数据成帧 318

5.7.2 PPP链路控制协议和网络控制协议 319

5.8 链路虚拟化：网络作为链路层 321

5.8.1 异步传送模式 321

5.8.2 多协议标签交换 325

5.9 小结 327

课后习题和问题 328

复习题 328

习题 328

讨论题 331

Ethereal 实验 331

人物专访 332

第6章 无线网络和移动网络 335

6.1 概述 335

6.2 无线链路和网络特征 338

6.3 Wi-Fi：802.11无线LAN 341

6.3.1 802.11体系结构 342

6.3.2 802.11 MAC协议 344

6.3.3 IEEE 802.11帧 347

6.3.4 在相同的IP 子网中的移动性 350

6.3.5 802.15和蓝牙 351

6.4 蜂窝因特网接入 352

6.4.1 蜂窝网体系结构概述 353

6.4.2 蜂窝网标准和技术：简要回顾 354

6.5 移动管理：原理 356

6.5.1 寻址 358

6.5.2 移动节点的选路 359

6.6 移动IP 363

6.7 蜂窝网中的移动性管理 366

6.7.1 对移动用户呼叫的选路 367

6.7.2 GSM中的切换 368

6.8 无线和移动性：对高层协议的影响 371

6.9 小结 372

课后习题和问题 372

复习题 372

习题 373

讨论题 373

Ethereal 实验 374

人物专访 375

第7章 多媒体网络 377

7.1 多媒体网络应用 377

7.1.1 多媒体应用的例子 377

7.1.2 当今因特网上的多媒体障碍 379

7.1.3 因特网应该如何演化才能更好地支持多媒体 380

7.1.4 音频和视频压缩 381

7.2 流式存储音频和视频 383

7.2.1 通过Web 服务器访问音频和视频 384

7.2.2 从流式服务器向助手应用程序发送多媒体 385

7.2.3 实时流协议 387

7.3 充分利用尽力而为服务：一个因特网电话的例子 390

7.3.1 尽力而为服务的限制 390

7.3.2 在接收方消除音频的时延抖动 392

7.3.3 从分组丢失中恢复 394

7.3.4 流式存储音频和视频 396

7.4 实时交互应用的协议 396

7.4.1 RTP 397

7.4.2 RTP控制协议 400

7.4.3 SIP 402

7.4.4 H.323 406

7.5 多媒体分发：内容分发网络 407

7.6 超越尽力而为服务 410

7.6.1 情况1：一个1 Mb/s的音频应用和一个FTP 传输 411

7.6.2 情况2：一个1 Mb/s的音频应用和一个高优先级FTP 传输 411

7.6.3 情况3：一个异常的音频应用和一个FTP 传输 412

7.6.4 情况4：在一条过载的1.5Mb/s链路上的两个1 Mb/s音频应用 413

7.7 调度和监管机制 414

7.7.1 调度机制 414

7.7.2 监管：漏桶 418

7.8 综合服务和区分服务 420

7.8.1 Intserv 420

7.8.2 区分服务 422

7.9 RSVP 426

7.9.1 RSVP的要点 426

7.9.2 一些简单的例子 427

7.10 小结 430

课后习题和问题 431

复习题 431

习题 431

讨论题 433

编程作业 434

人物专访 435

第8章 计算机网络中的安全 437

8.1 什么是网络安全 437

8.2 密码学的原则 440

8.2.1 对称密钥密码学 441

8.2.2 公开密钥加密 445

8.3 鉴别 448

8.3.1 鉴别协议ap1.0 449

8.3.2 鉴别协议ap2.0 449

8.3.3 鉴别协议ap3.0 450

8.3.4 鉴别协议ap3.1 450