计算机网络及应用教学大纲.doc

计算机网络及应用一、课程基本情况课程编号30250093开课学期秋 春 夏学分3课程名称（中文）计算机网络及应用（英文）Computer Networks and Applications任课教师张 佐 研究员，程 朋 副教授课程类别必修 限选 任选； 1年级 2年级 3年级 4年级课程学时及其分配课内总学时课内学时分配课外学时分配48课堂讲课33课后复习28自学交流3课外自学15课堂讨论6讨论准备9实验辅导3实验预习8课内实验3课外实验12教学方式课堂讲授为主 实验为主 自学为主 专题讨论为主考核方式期末闭卷考试（45%）作业（20%）实验（15%）讨论（15%）教学参与（5%）适用院系适用专业自动化系自动化先修课程预备知识计算机程序设计，计算机原理，通信原理，概率，运筹学教材与参考文献（1）教 材： James F. Kurose，Keith W.Ross, Computer Networking：A Top-down Approach Featuring the Internet （3rd Edition）(有中译本)，2005 关敬敏，计算机网络及应用实验指示书电子课件，2006（2）参考文献： 谢希仁，计算机网络教程，人民邮电出版社，2002 Larry L. Peterson，Bruce S. Davie, Computer Networks，A Systems Approach, Morgan Kaufmann, 机械工业出版社影印, 2000 Stevens W. R, TCP/IP Illustrated，Vol.1：The Protocols, TCP/IP详解(中文版)，Addison-Wesley，1994二、课程内容简介本课程是计算机网络技术的基础入门课程，课程内容以互联网络为核心，介绍Internet发展、各种应用及应用层协议设计、传输层TCP/UDP协议和拥塞控制、网络层IP协议及路由选择算法、数据链路层及以太网技术、无线局域网技术及控制网络、多媒体网络、企业网络结构设计及网络安全等专题。在教学方法上，采用讲授、自学、讨论、实验相结合的方法；讲授中主要介绍基本概念和原理，梳理技术发展脉络；鼓励学生组成学习团队，探索网络中的新问题、新应用。三、课程教学大纲第1篇 Internet基础技术：基本要求第1章 计算机网络与Internet1.1 什么是Internet1.2 Internet概览1.2.1 网络终端1.2.2 网络交换核心1.2.3 接入网络与物理介质1.2.4 协议与服务模式1.3 Internet主要性能参数1.3.1节点延迟1.3.2 链路利用率1.4 Internet分层体系结构1.5 Internet发展与创新1.5.1 发展历史1.5.2 当前规模与发展动态1.5.3 创新赋予Internet不竭生命力第2章 应用层2.1 应用层原理2.1.1 应用层结构：C/S与P2P2.1.2 进程间通信机制：Socket 2.1.3 应用层协议规范2.1.4 应用层服务性能2.2 Web应用2.2.1 HTTP协议概述：格式、持久与非持久连接服务模式2.2.2 HTTP附加功能：用户身份识别与Cookies，Web高速缓存2.3 远程文件传输应用与FTP协议2.4 电子邮件应用2.4.1 SMTP协议2.4.2 邮件获取协议POP3与IMAP2.4.3 多媒体格式扩展MIME2.5 Internet目录服务域名系统DNS2.5.1 DNS提供的服务2.5.2 DNS工作原理2.6 对等文件共享P2P2.7 Internet应用编程原理2.7.1 Socket概述2.7.2 基于TCP协议的应用层编程2.7.3 基于UDP协议的应用层编程2.8 讨论：Internet应用设计第3章 传输层3.1 传输层概述3.1.1 传输层提供的服务3.3.2 Internet中的传输层：进程3.2 传输层寻址方式：端口号3.3 无连接的传输：UDP3.3.1 UDP数据段结构3.3.2 UDP校验和3.4 可靠传输原理与面向连接的传输：TCP3.4.1 什么是可靠传输3.4.2 可靠传输协议设计原理3.4.3 TCP数据段结构3.4.4 TCP可靠数据传输与连接管理3.5 拥塞控制3.5.1 什么是拥塞3.5.2 拥塞控制原理3.5.3 TCP拥塞控制方法3.6 讨论：Internet如何保证应用服务质量(QOS)？第4章 网络层4.1 网络层概述4.1.1 网络层提供的服务：转发与路由选择4.1.2 网络服务模型：保证质量与尽力而为4.1.3 网络层硬件路由器概述4.2 IP协议4.2.1 IP分组格式4.2.2 IPv4寻址方式4.2.3 ICMP、Ping与Tracert4.2.4 IPv6分组格式4.2.5 从IPv4到IPv64.3 路由选择4.3.1 网络结构与表达4.3.2 基于链路状态的路由选择算法：RIP4.3.3 基于距离向量的路由选择算法：OSPF4.3.4 自治系统间路由选择算法：BGP4.3.5 智能优化算法在路由选择中的应用4.3.6 基于IPv6的路由选择4.4 多点传送路由选择4.5 讨论：如何推动IPv6应用？第5章 链路层与局域网5.1 链路层概述5.1.1链路层提供的服务5.1.2 链路层硬件网卡5.2 差错检测与纠错技术5.2.1 奇偶校验5.2.2 校验和方法5.2.3 循环冗余检验（CRC）5.3 链路层多路访问控制协议5.3.1 信道划分与多路复用原理5.3.2 随机访问协议与ALOHA、CSMA5.3.3 循环访问协议与令牌环5.3.4 预约访问协议5.4 局域网地址5.4.1 MAC地址5.4.2 地址解析协议ARP5.5 以太网5.5.1 以太网帧结构5.5.2 CSMA/CD5.5.3 实用以太网组网技术5.6 链路层设备：集线器与交换机5.7 讨论：现场总线与工业以太网技术第2篇 Internet专门技术：扩展与提高第6章 无线与移动网络6.1 引言6.1.1无线技术与应用的发展6.1.2 无线链路、无线网络特性6.2 无线局域网技术6.2.1 IEEE 802.11规范6.2.2 蓝牙技术6.3 移动接入技术变迁6.4 移动性管理原理6.4.1 寻址6.4.2 移动节点路由选择6.4.3 移动IP6.5 讨论：移动技术对Internet的变革第7章 网络上的多媒体应用7.1 网络多媒体应用实例7.2 案例研究：流媒体应用7.2.1 流媒体服务性能要求及对Internet的挑战7.2.2 一种高性能流媒体服务器的设计第8章 网络安全8.1 什么是网络安全？8.2 密码学原理8.3 身份认证原理8.4 完整性控制原理8.5 访问控制与防火墙技术8.6 攻击、伪造与反抗8.7 Internet各层安全性设计四、课程实践环节课程实验（一）实验名称：基本网络操作命令实验实验目的：练习使用网络常用命令，进一步了解网络地址、子网掩码、域名、网关、路由、地址解析、协议和端口等基本概念；通过查看和测试网络状态，发现和解决网络可能存在的问题。实验内容：（1）练习使用 ipconfig 工具，检测网络配置查看并记录本地微机的IP地址、子网掩码、DNS服务器地址、缺省网关地址，网卡物理地址等；（2）使用nbtstat工具，确定本机和相邻微机的netbios信息；（3）使用netstat工具，查看并记录本机传输层协议统计信息和协议端口；（4）熟悉arp命令的基本用法，了解IP地址和物理地址间映射关系，察看本机、相邻主机或网关的IP地址和物理地址的映射关系；（5）练习使用ping命令，测试网络连通性，要求测试本机、邻居微机、默认网关、域名服务器、远程网络地址等；（6）练习使用tracert命令，检测到达目的地址8所经过的路由器的IP地址。课程实验（二）实验名称：基本网络服务的配置与管理实验实验目的：了解常见网络服务的基本原理；了解客户机/服务器的工作模式；练习常用网络服务的基本配置与管理。实验内容：（1）用Apache HTTP Server开设Http服务；（2）PHP的安装与配置；（3）架设论坛网站服务；（4）用ServU开设FTP服务（选做）。课程实验（三）实验名称：基于TCP/UDPSocket的应用编程实验实验目的：掌握使用Socket API编程技术实现基于TCP/UDP的应用通信编程。实验内容：利用各种套接字API定义，用VC、C+或者JAVA编写服务器和客户机程序，实现客户机和服务器的双向通信（如发送/接收并显示信息）。课程实验（四）实验名称：以太网组网及性能监测实验（选做）实验目的：了解以太网组网的各种标准、硬件产品和连接方式；通过捕捉以太网帧观察链路碰撞、信息安全等问题。实验内容：（1）制作网线、配置网卡、配置网络参数，组成以太网；（2）使用Sniffer工具软件捕捉以太网帧，观察和分析帧的碰撞，分析帧格式。课程实验（五）实验名称：IPv6联网配置实验（选做）实验目的：了解IPv6地址、配置方法和应用现状。实验内容：在联入校园网的一台主机上，配置IPv6协议，并联入CERNET2提供IPv6试验网；通过网络冲浪、搜索，分析IPv6应用现状与未来发展。课程实验（六）实验名称：专题研究训练实验目的：自主选择感兴趣的专题，以小组讨论与学习方式，在教师一定的指导下，提交专题研究训练报告，并做答辩。实验内容：寻找自己感兴趣的网络技术和应用的专题（如网络安全、路由算法、新型网络），35人组成小组，通过讨论、分工、交流、整合，共同完成一份5000字左右的读书报告（文献综述），或者开发一个有新意的实验，或者撰写一份基金申请书。五、课程知识单元与知识点CNA1：Internet结构与协议簇 Internet物理构成：节点/链路、网络边缘（终端主机）/网络核心、线路交换与分组交换、存储转发、路由探测 分层体系结构：应用层、传输层、网络层、链路层与物理层 协议与服务；无连接和面向连接的服务 Internet四条基本设计原则 Internet发展、标准与组织CNA2：Internet性能 Internet流量的突发Bursty特性 节点延迟：发送延迟、传播延迟、处理延迟与排队延迟、RTT定义及探测 QOS概念与Internet尽力而为(Best Effort)的服务模式 流量控制 拥塞的发生与拥塞控制CNA3：应用层与服务模式 应用层服务模式：客户机/服务器模式与对等服务模式，不同应用的可靠性、带宽占用与实时性要求 基于Socket的应用层编程技术 Web应用：HTTP1.1协议格式；无状态连接、持久连接与非持久连接、身份认证与Cookie、Web Caching 文件传输应用：数据连接与控制连接 Email应用：SMTP、MIME、POP3/IMAP DNS：域名命名规则与DNS分布结构、域名解析过程 Socket编程技术CNA4：传输层与拥塞控制 进程间寻址：端口、插口（Socket） 可靠传输原理：确认重传机制、滑动窗口控制 提供不可靠的无连接服务UDP：数据段格式、尽力而为服务 面向连接的TCP：数据段格式、TCP连接管理 TCP友好的拥塞控制算法CAN5：网络输层与路由选择 网络路由选择：问题描述、基于链路状态的路径选择算法原理与RIP、基于距离向量的路径选择算法与OSPF、基于策略的自治系统间路径选择方法 IPv4协议：编址方式、IP分组格式与含义、分片与重组 IPv6协议：编址方式、IP分组格式、IPv4向IPv6过渡方案CNA6：链路层与介质访问控制 差错控制与纠错：奇偶校验、校验和、循环冗余校验CRC 介质多路访问控制原理：随机访问、轮询、