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

計算機網絡原理教學大綱

課程編號：

課程名稱：計算機網絡原理

英文名稱：Computer Network Principle

學 時：64(理論教學) 18(課程實驗)

學 分：4.5

適用專業(yè)：計算機應用，通信工程類

課程性質：必修（雙語教學）

先修課程：《計算機原理》《數據庫原理》《操作系統(tǒng)》《數據通信原理》

一、課程教學目標

《計算機網絡》是計算機科學一門重要專業(yè)課。隨著計算機技術和通信技術的不斷發(fā)展，計算機網絡的應用也越來越普及，所以本課程是從事計算機和通信專業(yè)的工程技術人員所必須掌握的一門專業(yè)課。

本課程的主要任務是：較全面地了解計算機通信網的基本概念級構成，掌握計算機通信網絡的設計基礎、計算機網絡協議的體系結構，掌握局域網和Internet 的基本內容、基本原理，了解計算機網絡的安全和管理、現代通信網絡技術在計算機通信網中的應用。

二、教學內容及基本要求

課堂教學部分

1. 緒論(2)

計算機網絡的發(fā)展與應用；什么是計算機互連網，什么是協議，什么是網絡的邊緣，什么是網絡的核心，網絡的訪問，物理媒體，網絡性能：丟包和延遲。

2. 應用層(2)

應用層協議：DNS ，SNMP ，電子郵件-SMTP/POP3，HTTP ，FTP

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)結構（UA MTA）

（3） SMTP(簡單郵件傳輸協議)

（4） POP3（郵局協議）

（5） MIME （通用因特網郵件擴充）

（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 （超文本標志語言）

（2） URL （統(tǒng)一資源定位地址）

（3） HTTP （超文本傳輸協議）

（4） WWW 工作原理(Browser/Server)

3. 運輸層(3)

理解運輸層服務的原理：多路復用多路分解，可靠的數據傳輸。

一、Internet 中的傳輸層協議

a. 分類及其作用（TCP 和UDP ） b. TCP/IP網絡的可靠性實現

c. 端口與端口號（保留端口與自由端口） d. 網絡進程間通信的Socket 機制

二、用戶數據報協議（UDP ）

a. 功能 b. 報文格式（*偽首部）

三、傳輸控制協議（TCP ）

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

4. 網絡層和選路(3)

理解網絡層服務的原理：選路算法（路徑選擇），網絡的規(guī)模的描述。

一、IP 地址構成及其分類

二、子網掩碼及其作用（子網劃分及其計算） *

三、 無分類編址CIDR 及超網的概念

四、地址解析分類（ARP 和RARP ）及ARP 工作原理

五、IP 數據報格式及其傳輸機制（封裝、分組、重組、拆封）

六、ICMP （Internet 控制報文協議）報文格式及其作用

七、Internet 中的路由選擇協議

1. 自治系統(tǒng)（AS ）

2. Internet路由選擇協議分類：IGP 和EGP

3. 兩種常用內部網關協議：RIP （基于D-V 法）和OSPF （基于L-S 法）

八、下一代互聯網協議（IPng ）

IPv6地址結構、IPv4到IPv6過渡策略。

一、廣域網基本概念

二、廣域網中的路由選擇機制

1. 結點路由表（轉發(fā)表）的組成（目的站和下一站） 2. 廣域網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系與區(qū)別

2. Internet中的常用擁塞控制方法——源抑制法實現過程

五、X.25與幀中繼兩種交換技術的比較

六、A TM 技術

基本概念、信元結構及ATM 協議參考模型。

5. 數據鏈路層和局域網(8)

理解在數據鏈路層中的服務原理：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. 局域網的定義、分類及其特點

2. 決定LAN 特性的三個主要技術

傳輸介質、拓撲結構、介質訪問控制方法（MAC ）其中MAC 最重要

3. 局域網拓撲結構

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、特點及二進制指數避讓算法。

四、IEEE802系列標準及局域網體系結構

五、LLC 層（邏輯鏈路控制子層）

1. LLC層服務訪問點（SAP ）

2.LLC 幀結構

六、MAC 層 1. MAC 地址 2. MAC 幀結構

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

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

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

1. 在物理層擴展局域網 2. 在數據鏈路層擴展局域網

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

6. 多媒體網絡(8)

多媒體網絡的應用。實時的交互應用的協議（RTP,H.323），綜合服務，資源予留和區(qū)分服務

7. 計算機網絡安全（3）

。 8. 網絡管理

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、 教學安排及方法

“計算機網絡原理”課程的課內學時為64學時，課內外學時之比為1:1.5；實驗為18學

本課程通過四方面進行考核：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、《計算機網絡（第二版）高校規(guī)劃教材》，謝希仁

第1章 計算機網絡和因特網 1

1.1 什么是因特網 1

1.1.1 具體構成描述 1

1.1.2 服務描述 3

1.1.3 什么是協議 4

1.2 網絡邊緣 6

1.2.1 端系統(tǒng)、客戶機和服務器 6

1.2.2 無連接服務和面向連接服務 8

1.3 網絡核心 9

1.3.1 電路交換和分組交換 9

1.3.2 分組交換網絡：數據報網絡和虛電路網絡 15

1.4 接入網和物理媒體 17

1.4.1 網絡接入 17

1.4.2 物理媒體 21

1.5 ISP和因特網主干 23

1.6 分組交換網絡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 因特網中的時延和路由 29

1.7 協議層次和它們的服務模型 30

1.7.1 分層的體系結構 30

1.7.2 分層、報文、報文段、數據報和幀 33

1.8 計算機網絡和因特網的歷史 34

1.8.1 分組交換的發(fā)展：1961—1972 34

1.8.2 專用網絡和網際互連：1972—1980 36

1.8.3 網絡的激增：1980—1990 36

1.8.4 因特網爆炸：20世紀90年代 37

1.8.5 最新發(fā)展 38

1.9 小結 39

本書的路線圖 39

課后習題和問題 40

復習題 40

習題 41

討論題 44

Ethereal 實驗1 45

人物專訪 46

第2章 應用層 49

2.1 應用層協議原理 49

2.1.1 網絡應用程序體系結構 50

2.1.2 進程通信 52

2.1.3 應用層協議 54

2.1.4 應用需要什么樣的服務 55

2.1.5 因特網運輸協議提供的服務 56

2.1.6 本書涉及的網絡應用 58

2.2 Web應用和HTTP 協議 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 用戶與服務器交互：Cookie 65

2.2.5 HTTP內容 67

2.2.6 Web緩存 67

2.2.7 條件GET 方法 69

2.3 文件傳送協議：FTP 70

2.4 因特網中的電子郵件 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 郵件訪問協議 78

2.5 DNS：因特網的目錄服務 82

2.5.1 DNS提供的服務 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/服務器應用程序例子 99

2.8 UDP套接字編程 104

2.9 構造一個簡單的Web 服務器 109

2.10 小結 112

課后習題和問題 113

復習題 113

習題 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 121

3.1.1 運輸層和網絡層的關系 122

3.1.2 因特網運輸層概述 123

3.2 多路復用與多路分解 124

3.3 無連接運輸：UDP 129

3.3.1 UDP報文段結構 132

3.3.2 UDP檢查和 132

3.4 可靠數據傳輸的原理 133

3.4.1 構造可靠數據傳輸協議 134

3.4.2 流水線可靠數據傳輸協議 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報文段結構 153

3.5.3 往返時延的估計與超時 156

3.5.4 可靠數據傳輸 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 網絡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 188

課后習題和問題 189

復習題 189

習題 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 網絡層 199

4.1 概述 199

4.1.1 轉發(fā)和選路 200

4.1.2 網絡服務模型 202

4.2 虛電路和數據報網絡 203

4.2.1 虛電路網絡 204

4.2.2 數據報網絡 206

4.2.3 虛電路和數據報網絡的由來 208

4.3 路由器工作原理 208

4.3.1 輸入端口 210

4.3.2 交換結構 211

4.3.3 輸出端口 212

4.3.4 何時出現排隊 213

4.4 網際協議：因特網中的轉發(fā)和編址 215

4.4.1 數據報格式 215

4.4.2 IPv4編址 219

4.4.3 ICMP：網際控制報文協議 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 因特網中的選路 247

4.6.1 因特網中自治系統(tǒng)內部選路：RIP 247

4.6.2 因特網中AS 內部選路： 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 266

課后習題和問題 267

復習題 267

習題 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 277

5.1 數據鏈路層：概述和服務 278

5.1.1 鏈路層提供的服務 278

5.1.2 適配器通信 280

5.2 差錯檢測和糾錯技術 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 多址訪問協議 285

5.3.1 信道劃分協議 287

5.3.2 隨機訪問協議 288

5.3.3 輪流協議 294

5.3.4 局域網 294

5.4 鏈路層編址 295

5.4.1 MAC地址 295

5.4.2 地址解析協議 297

5.4.3 動態(tài)主機配置協議 300

5.5 以太網 302

5.5.1 以太網幀結構 303

5.5.2 CSMA/CD：以太網的多址訪問協議 306

5.5.3 以太網技術 308

5.6 互聯：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：點對點協議 317

5.7.1 PPP數據成幀 318

5.7.2 PPP鏈路控制協議和網絡控制協議 319

5.8 鏈路虛擬化：網絡作為鏈路層 321

5.8.1 異步傳送模式 321

5.8.2 多協議標簽交換 325

5.9 小結 327

課后習題和問題 328

復習題 328

習題 328

討論題 331

Ethereal 實驗 331

人物專訪 332

第6章 無線網絡和移動網絡 335

6.1 概述 335

6.2 無線鏈路和網絡特征 338

6.3 Wi-Fi：802.11無線LAN 341

6.3.1 802.11體系結構 342

6.3.2 802.11 MAC協議 344

6.3.3 IEEE 802.11幀 347

6.3.4 在相同的IP 子網中的移動性 350

6.3.5 802.15和藍牙 351

6.4 蜂窩因特網接入 352

6.4.1 蜂窩網體系結構概述 353

6.4.2 蜂窩網標準和技術：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：對高層協議的影響 371

6.9 小結 372

課后習題和問題 372

復習題 372

習題 373

討論題 373

Ethereal 實驗 374

人物專訪 375

第7章 多媒體網絡 377

7.1 多媒體網絡應用 377

7.1.1 多媒體應用的例子 377

7.1.2 當今因特網上的多媒體障礙 379

7.1.3 因特網應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 服務器訪問音頻和視頻 384

7.2.2 從流式服務器向助手應用程序發(fā)送多媒體 385

7.2.3 實時流協議 387

7.3 充分利用盡力而為服務：一個因特網電話的例子 390

7.3.1 盡力而為服務的限制 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 394

7.3.4 流式存儲音頻和視頻 396

7.4 實時交互應用的協議 396

7.4.1 RTP 397

7.4.2 RTP控制協議 400

7.4.3 SIP 402

7.4.4 H.323 406

7.5 多媒體分發(fā)：內容分發(fā)網絡 407

7.6 超越盡力而為服務 410

7.6.1 情況1：一個1 Mb/s的音頻應用和一個FTP 傳輸 411

7.6.2 情況2：一個1 Mb/s的音頻應用和一個高優(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音頻應用 413

7.7 調度和監(jiān)管機制 414

7.7.1 調度機制 414

7.7.2 監(jiān)管：漏桶 418

7.8 綜合服務和區(qū)分服務 420

7.8.1 Intserv 420

7.8.2 區(qū)分服務 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 430

課后習題和問題 431

復習題 431

習題 431

討論題 433

編程作業(yè) 434

人物專訪 435

第8章 計算機網絡中的安全 437

8.1 什么是網絡安全 437

8.2 密碼學的原則 440

8.2.1 對稱密鑰密碼學 441

8.2.2 公開密鑰加密 445

8.3 鑒別 448

8.3.1 鑒別協議ap1.0 449

8.3.2 鑒別協議ap2.0 449

8.3.3 鑒別協議ap3.0 450

8.3.4 鑒別協議ap3.1 450