2022年2022年计算机网络原理教学大纲 .pdf

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）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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、 ATM 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 帧结构名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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 学时，教学安排如下表：日节周星期内容 章节实验作业辅导答疑备注1 3 Network Introduction what s the Internetwhat s a protocol?network edge network core access net, physical media performance: loss, delay 1 2,3,5,6,7 2 3,5 3 3 Application Layer specific protocols: http ftp smtp pop dns 2 socket 1,4,5 4 3,5 Pop3/smtp 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 12 页 - - - - - - - - - 5 3 Transport Layerunderstand principles behind transport layer services: multiplexing/demultiplexingreliable data transfer flow control 3 1,9,13,16,17,21,22 6 3,5 1 7 3 Network Layer:understand principles behind network layer services: routing (path selection) dealing with scale how a router works 4 3,4,6 8 3,5 Sliding window protocal 9 3 The Data Link Layer:understand principles behind data link layer services:error detection, correction sharing a 5 Ns-2 1,4,8,12 10 3,5 11 3 The Data Link Layer Lan Network5 Protocol 1-62 12 3,5 13 3 Physical Layer14 3,5 15 3 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 8 16 3,5 Review for all 四、考核方法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 ，谢希仁名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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：19611972 34 1.8.2 专用网络和网际互连：19721980 36 1.8.3 网络的激增：19801990 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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 12 页 - - - - - - - - - 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 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 12 页 - - - - - - - - - 8.3.5 鉴别协议ap4.0 451 8.3.6 鉴别协议ap5.0 451 8.4 完整性454 8.4.1 生成数字签名454 8.4.2 报文摘要455 8.4.3 散列函数算法457 8.5 密钥分发和认证458 8.5.1 密钥分发中心459 8.5.2 公钥认证460 8.6 访问控制：防火墙463 8.6.1 分组过滤464 8.6.2 应用程序网关466 8.7 攻击和对策468 8.7.1 映射468 8.7.2 分组嗅探468 8.7.3 哄骗469 8.7.4 拒绝服务攻击和分布式拒绝服务攻击470 8.7.5 劫持471 8.8 多个层次中的安全性：案例研究471 8.8.1 安全电子邮件472 8.8.2 安全套接字层和运输层安全性476 8.8.3 网络层安全性：IPsec 478 8.8.4 IEEE 802.11 的安全性481 8.9 小结484 课后习题和问题485 复习题485 习题486 讨论题487 人物专访488 第 9 章 网络管理491 9.1 什么是网络管理491 9.2 网络管理的基础设施494 9.3 因特网标准的管理框架497 9.3.1 管理信息结构：SMI 498 9.3.2 管理信息库：MIB 500 9.3.3 SNMP 协议运行和传输映射502 9.3.4 安全性和管理504 9.4 ASN.1 506 9.5 小结510 课后习题和问题510 复习题510 习题511 讨论题511 人物专访512 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 12 页 - - - - - - - - - 参考文献515 索引543名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 12 页 - - - - - - - - -