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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EGP3. 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IEEE802.32. 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 Managementintroduction to network managementmotivationmajor components Internet network management frameworkMIB: management information baseSMI: data definition languageSNMP: 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13Network Introductionwhats the Internetwhats a protocol?network edgenetwork coreaccess net, physical mediaperformance: loss, delayprotocol layers, service modelsbackbones, NAPs, ISPshistoryATM network12,3,5,6,723,533Application Layerspecific protocols: http ftp smtp pop dnsprogramming network applicationssocket programming2socket1,4,543,5Pop3/smtp53Transport Layerunderstand principles behind transport layer services:multiplexing/demultiplexingreliable data transferflow controlcongestion control31,9,13,16,17,21,2263,5173Network Layer: runderstand principles behind network layer services:routing (path selection)dealing with scalehow a router worksadvanced topics: IPv6, multicast43,4,683,5Sliding window protocal93The Data Link Layer: understand principles behind data link layer services:error detection, correction sharing a broadcast channel: multiple accesslink layer addressingreliable data transfer, flow control: done!5Ns-21,4,8,12103,5113The Data Link LayerLan Network5Protocol 1-62123,5133 Physical Layer143,5153Network Managementintroduction to network managementmotivationmajor components Internet network management frameworkMIB: management information baseSMI: data definition languageSNMP: protocol for network managementsecurity and administrationpresentation services: ASN.1firewalls8163,5Review 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. TANENBAUM2、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 11.1 什么是因特网 11.1.1 具体构成描述 11.1.2 服务描述 31.1.3 什么是协议 41.2 网络边缘 61.2.1 端系统、客户机和服务器 61.2.2 无连接服务和面向连接服务 81.3 网络核心 91.3.1 电路交换和分组交换 91.3.2 分组交换网络：数据报网络和虚电路网络 151.4 接入网和物理媒体 171.4.1 网络接入 171.4.2 物理媒体 211.5 ISP和因特网主干 231.6 分组交换网络中的时延和分组丢失 251.6.1 时延的类型 251.6.2 排队时延和分组丢失 271.6.3 因特网中的时延和路由 291.7 协议层次和它们的服务模型 301.7.1 分层的体系结构 301.7.2 分层、报文、报文段、数据报和帧 331.8 计算机网络和因特网的历史 341.8.1 分组交换的发展：19611972 341.8.2 专用网络和网际互连：19721980 361.8.3 网络的激增：19801990 361.8.4 因特网爆炸：20世纪90年代 371.8.5 最新发展 381.9 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 44Ethereal实验1 45人物专访 46第2章 应用层 492.1 应用层协议原理 492.1.1 网络应用程序体系结构 502.1.2 进程通信 522.1.3 应用层协议 542.1.4 应用需要什么样的服务 552.1.5 因特网运输协议提供的服务 562.1.6 本书涉及的网络应用 582.2 Web应用和HTTP协议 582.2.1 HTTP概况 592.2.2 非持久连接和持久连接 602.2.3 HTTP报文格式 622.2.4 用户与服务器交互：Cookie 652.2.5 HTTP内容 672.2.6 Web缓存 672.2.7 条件GET方法 692.3 文件传送协议：FTP 702.4 因特网中的电子邮件 722.4.1 SMTP 742.4.2 与HTTP的对比 762.4.3 邮件报文格式和MIME 762.4.4 邮件访问协议 782.5 DNS：因特网的目录服务 822.5.1 DNS提供的服务 822.5.2 DNS工作机理概述 842.5.3 DNS记录和报文 872.6 P2P文件共享 902.7 TCP套接字编程 972.7.1 TCP套接字编程 982.7.2 一个Java客户机/服务器应用程序例子 992.8 UDP套接字编程 1042.9 构造一个简单的Web服务器 1092.10 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 117Ethereal实验 119人物专访 120第3章 运输层 1213.1 概述和运输层服务 1213.1.1 运输层和网络层的关系 1223.1.2 因特网运输层概述 1233.2 多路复用与多路分解 1243.3 无连接运输：UDP 1293.3.1 UDP报文段结构 1323.3.2 UDP检查和 1323.4 可靠数据传输的原理 1333.4.1 构造可靠数据传输协议 1343.4.2 流水线可靠数据传输协议 1413.4.3 Go-Back-N 1433.4.4 选择重传 1473.5 面向连接的运输：TCP 1513.5.1 TCP连接 1513.5.2 TCP报文段结构 1533.5.3 往返时延的估计与超时 1563.5.4 可靠数据传输 1583.5.5 流量控制 1633.5.6 TCP连接管理 1643.6 拥塞控制原理 1683.6.1 拥塞原因与开销 1693.6.2 拥塞控制方法 1733.6.3 网络辅助的拥塞控制例子：ATM ABR拥塞控制 1743.7 TCP拥塞控制 1753.7.1 公平性 1803.7.2 TCP时延建模 1823.8 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 195Ethereal实验室：探究TCP 195人物专访 196第4章 网络层 1994.1 概述 1994.1.1 转发和选路 2004.1.2 网络服务模型 2024.2 虚电路和数据报网络 2034.2.1 虚电路网络 2044.2.2 数据报网络 2064.2.3 虚电路和数据报网络的由来 2084.3 路由器工作原理 2084.3.1 输入端口 2104.3.2 交换结构 2114.3.3 输出端口 2124.3.4 何时出现排队 2134.4 网际协议：因特网中的转发和编址 2154.4.1 数据报格式 2154.4.2 IPv4编址 2194.4.3 ICMP：网际控制报文协议 2284.4.4 IPv6 2294.5 选路算法 2334.5.1 链路状态选路算法 2364.5.2 距离向量选路算法 2384.5.3 层次选路 2444.6 因特网中的选路 2474.6.1 因特网中自治系统内部选路：RIP 2474.6.2 因特网中AS内部选路： OSPF 2504.6.3 自治系统间的选路：BGP 2524.7 广播和多播选路 2564.7.1 广播选路算法 2564.7.2 多播 2604.8 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 275Ethereal实验 275人物专访 276第5章 链路层和局域网 2775.1 数据链路层：概述和服务 2785.1.1 链路层提供的服务 2785.1.2 适配器通信 2805.2 差错检测和纠错技术 2815.2.1 奇偶校验 2825.2.2 检查和方法 2835.2.3 循环冗余检测 2845.3 多址访问协议 2855.3.1 信道划分协议 2875.3.2 随机访问协议 2885.3.3 轮流协议 2945.3.4 局域网 2945.4 链路层编址 2955.4.1 MAC地址 2955.4.2 地址解析协议 2975.4.3 动态主机配置协议 3005.5 以太网 3025.5.1 以太网帧结构 3035.5.2 CSMA/CD：以太网的多址访问协议 3065.5.3 以太网技术 3085.6 互联：集线器和交换机 3095.6.1 集线器 3095.6.2 链路层交换机 3115.7 PPP：点对点协议 3175.7.1 PPP数据成帧 3185.7.2 PPP链路控制协议和网络控制协议 3195.8 链路虚拟化：网络作为链路层 3215.8.1 异步传送模式 3215.8.2 多协议标签交换 3255.9 小结 327课后习题和问题 328复习题 328习题 328讨论题 331Ethereal实验 331人物专访 332第6章 无线网络和移动网络 3356.1 概述 3356.2 无线链路和网络特征 3386.3 Wi-Fi：802.11无线LAN 3416.3.1 802.11体系结构 3426.3.2 802.11 MAC协议 3446.3.3 IEEE 802.11帧 3476.3.4 在相同的IP子网中的移动性 3506.3.5 802.15和蓝牙 3516.4 蜂窝因特网接入 3526.4.1 蜂窝网体系结构概述 3536.4.2 蜂窝网标准和技术：简要回顾 3546.5 移动管理：原理 3566.5.1 寻址 3586.5.2 移动节点的选路 3596.6 移动IP 3636.7 蜂窝网中的移动性管理 3666.7.1 对移动用户呼叫的选路 3676.7.2 GSM中的切换 3686.8 无线和移动性：对高层协议的影响 3716.9 小结 372课后习题和问题 372复习题 372习题 373讨论题 373Ethereal实验 374人物专访 375第7章 多媒体网络 3777.1 多媒体网络应用 3777.1.1 多媒体应用的例子 3777.1.2 当今因特网上的多媒体障碍 3797.1.3 因特网应该如何演化才能更好地支持多媒体 3807.1.4 音频和视频压缩 3817.2 流式存储音频和视频 3837.2.1 通过Web服务器访问音频和视频 3847.2.2 从流式服务器向助手应用程序发送多媒体 3857.2.3 实时流协议 3877.3 充分利用尽力而为服务：一个因特网电话的例子 3907.3.1 尽力而为服务的限制 3907.3.2 在接收方消除音频的时延抖动 3927.3.3 从分组丢失中恢复 3947.3.4 流式存储音频和视频 3967.4 实时交互应用的协议 3967.4.1 RTP 3977.4.2 RTP控制协议 4007.4.3 SIP 4027.4.4 H.323 4067.5 多媒体分发：内容分发网络 4077.6 超越尽力而为服务 4107.6.1 情况1：一个1 Mb/s的音频应用和一个FTP传输 4117.6.2 情况2：一个1 Mb/s的音频应用和一个高优先级FTP传输 4117.6.3 情况3：一个异常的音频应用和一个FTP传输 4127.6.4 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 4137.7 调度和监管机制 4147.7.1 调度机制 4147.7.2 监管：漏桶 4187.8 综合服务和区分服务 4207.8.1 Intserv 4207.8.2 区分服务 4227.9 RSVP 4267.9.1 RSVP的要点 4267.