计算机网络教学大纲

课程教学目标

“计算机网络”是计算机类专业本科生的一门核心专业基础课程，通过本课程的教学，使学生对计算机网络从整体上有一个较清晰的了解，了解计算机网络的基本概念，了解网络新技术的新发展，从网络层次结构模型的应用层到链路层来对计算机网络体系结构进行描述，掌握计算机网络各层协议的基本工作原理及其所采用的技术，对当前计算机网络的主要种类和常用的网络协议有较清晰的概念，学会计算机网络的一些基本设计方法，对典型计算机网络（Internet）的特点和具体实现有基本印象，初步培养在 TCP/IP协议工程和LAN上的实际工作能力，学会计算机网络操作和日常管理和维护的最基本方法，为以后计算机网络及其应用的专题学习和研究打下基础。

教学内容及基本要求

1.教学理念

教学时应围绕问题教学与互动教学两个关键点。主要原则是重视对学生的自主性、独立性和创造性的培养，使学生经过质疑、判断、比较以及相应的分析、综合、概括等认识活动得出结论。

课程讲授是教学模式中的一个重要环节。课程讲授重点在引导学生把握该课程所属学科的思维方式和研究方法，讲授最核心的知识点，对最具有迁移价值的学科基本原理进行阐述。讲授内容应少而精、宽而新。少而精是指一门课的课堂讲授不宜过多，要留有足够的学习时间和思维空间给学生自学研究；课堂讲授要重点突出，对重点、难点讲深讲透，引导学生多角度、深层次地理解基本原理，而对学生易于通过自学掌握的事实性知识点，则可少讲或不讲。宽而新是指课程讲授的内容应以学科的发展为大背景，使学生了解课程在大学科中的定位，了解课程基本原理与学科最新发展的联系。

计算机网络原理是一门理论和实践性都比较强的选修课程，因此在强调课堂教学的同时，我们会设计一些开放性的课程实验，通过这些实验，鼓励学生动手和积极思考，强化对重要知识点的理解。

2.理论教学部分

1.计算机网络和因特网

1.1 什么是因特网

1.1.1 具体构成描述

1.1.2 服务描述

1.1.3 什么是协议

本节强调：计算机网络的学习，最关键的是协议的学习和认知。协议的标准的制定和讨论是科学家制定协议和协议成功应用在实际网络中的进程。重点引导学生认识、记住IETF（Internet Engineering Task Force）的标准文档RFC(Request For Comment)。在学习网络和将来从事网络的研究都离不开对RFC的参考和引用。RFC是进行网络研究的重要基础。在此要求和提醒学生在第三章学习TCP协议的时候，将重点学习TCP的RFC 793,并写学习报告。

告知学生可以参考的RFC的网站：

__http://www.ietf.org/rfc.html__ （英文原址）

__http://www.cnpaf.net/class/RFC/__ （中国协议网-同时告知此网涵盖大量的网络协议介绍和讨论，网络协议分析工具下载和学习，为实践教学和引导学生主动学习做准备。）

1.2 网络边缘

1.2.1 端系统、客户机和服务器

1.2.2 无连接服务和面向连接服务

强调无连接服务和面向连接服务的基本特征，尤其是面向连接服务的基本特征，举例说明面向连接的连接只存在于端系统中。

1.3 网络核心

1.3.1 电路交换和分组交换

1.3.2 分组交换网络：数据报网络和虚电路网络

电路交换和分组交换是本节主要的概念。

引导学生评价这两种方法的有效性讨论。使学生明确这样的道理：任何方法和机制的提出都有适用范围，哲学的某些思想在我们 IT科学中也适用。任何事情都有都可以在学术界讨论和争论。在2002年Molinero-Fernandez就对这个问题学文章进行了分析和有趣的讨论（Circuit Switching in the Internet, Molinero-Fernandez     《Stanford University》）。http://service.ilib.cn/Search/QikanSearchList.aspx?Query=http://service.ilib.cn/Search/QikanSearchList.aspx?Query=http://service.ilib.cn/Search/QikanSearchList.aspx?Query=中国学者也对这个问题做了评价：基于TCP交换的电路交换与分组交换融合方法，«微电子学与计算机 »2005年05期
刘飞 , 周建林 , 吴灏

尝试理解分组在Internet 端到端的传输路径：使用Traceroute程序：__http://www.traceroute.org__

1.4 接入网和物理媒体 
1.4.1 网络接入
1.4.2 物理媒体 
1.5 ISP和因特网主干 
1.6 分组交换网络中的时延和分组丢失 
1.6.1 时延的类型 
1.6.2 排队时延和分组丢失 
1.6.3 因特网中的时延和路由

分组交换网络的延迟问题

延时问题是Internet网络中评价网络性能的主要参数。

此处的结点处理延迟、排队延迟、发送延迟、传播延迟是我们平常感觉网络速度快慢的原因。引导学生分析这四个延时在什么网络中起主导作用。如有线和无线甚至卫星网络中的场景。

初步讨论引起延时的原因及如减少延时以提高网络传输的速度，进而提升网络的性能问题。要尤其帮助学生正确理解传输时延和传播时延的基本关系，理解清楚我们平常提出的提高数据发送速率实际上指的是降低发送时延而不是排队时延。从研究的角度来看，节点时延问题是最为复杂和令人感兴趣的排队延时。有数以千计的论文和大量的专著讨论这个问题。引入流量工程的问题。关注统计的方法看待长链接的过程的排队延时和事件发生的概率问题。说明在网络行为的分析过程中我们经常使用的数学基础就是统计学和概率论。进而说明数学基础的好坏是决定网络研究的重要因素。

1.7 协议层次和它们的服务模型 
1.7.1 分层的体系结构 
1.7.2 分层、报文、报文段、数据报和帧

这一节的内容构成整个课程的基础，应重点向学生介绍网络的体系结构划分的原理和依据，进而探讨服务、接口和协议的概念和应用范围，最后以一次实际的数据通信过程详细描述封装－传递－解封的过程。

1.8 计算机网络和因特网的历史 
1.8.1 分组交换的发展：1961—1972 
1.8.2 专用网络和网际互连：1972—1980 3
1.8.3 网络的激增：1980—1990 
1.8.4 因特网爆炸：20世纪90年代

1.8.5 最新发展

本节增加介绍网页：Hobbes' Internet Timeline - the definitive ARPAnet & Internet history

__http://www.zakon.org/robert/internet/timeline/#Sources__

引导学生关注Internet网络发展至今的重要事件和相关的研究成果，因为有大量的连接，是检索知识和术语的著名的网页。

习题：2，5，6，10，14，20

本章教学的出发点，是引导学生学习过程中的学习和拓展研究的方法。强调学习过程中思维方法的训练，对重要知识点问题进行讨论启发式学习来加深理解。初步理解本课程教学的理念和老师教学的风格。最重要的是引导学生的对网络课的兴趣。

强调网络原理是实践科学，需要实验来验证和理解。介绍常用的协议分析工具：Etherreal 、Sniffer等。

要求学生关注教材作者的网站：__http://www.awl.com/kurose-ross__

查教学辅助资料。这部分在光盘中提供。

“不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之”

变革中的IT世界也许会给我们带来精彩的人生。

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2.应用层

2.1 应用层协议原理 
2.1.1 网络应用程序体系结构 
2.1.2 进程通信 
2.1.3 应用层协议
2.1.4 应用需要什么样的服务 
2.1.5 因特网运输协议提供的服务 
2.1.6 本书涉及的网络应用

这一节的所有内容构成了本章的重要知识点，重点对运行在不同主机上的进程通信、网络应用程序和应用层协议之间的关系以及应用层协议定义的具体内容（要求学生记住这四个单词：types、syntax、symantics和rules）的这些基本原理的理解上。

进程通信依赖的Socket , API(application programming interface)

借助操作系统的知识帮助学生理解这个概念。通过实验来彻底领悟Socket的方法。光盘实验一的指导书帮助学生通过验证和调试Chat下程序对Socket编程及C++中的网络编程方法有个入门级的了解。学生对此很有兴趣，自己能做个简单的双机聊天程序。

Internet需要什么样的服务？

利用上表讨论为了应用中对应用程序服务要求来理解数据丢失率、带宽、定时。

讨论引出数据传输可靠要求，数据传输对带宽的要求，数据传输对时间的敏感性要求。

进而引出我们网络服务模型中是利用什么协议来支持这些要求。从而在我们编制应用程序时决定选择哪个协议来实现你的目标。重要的2个运输层的协议UDP和TCP的简单介绍引入。

同时告知我们大家目前经常使用的应用层协议与传输层协议的关系。

2.2 Web应用和HTTP协议 
2.2.1 HTTP概况 
2.2.2 非持久连接和持久连接
2.2.3 HTTP报文格式 
2.2.4 用户与服务器交互：Cookie 
2.2.5 HTTP内容 
2.2.6 Web缓存 
2.2.7 条件GET方法

任何上网的人都知道的协议，从专业角度怎么理解呢？学习2个版本的HTTP，讨论有效地从WEB服务器上获取HTTP对象。加深TCP协议作用的印象。特别是面向连接的概念的理解，如何从客户端向服务器端的发出连接请求，三次握手的过程的概念性的描述。引导学生讨论提高网页显示效率，关注流水线方式。坚持与非坚持的操作观察TCP链接中的时间占用问题。认知RTT（Round-trip time） 的意义，加强传播时间延迟的理解。

建议学生用Telnet命令方式来登陆WEB网站，以熟悉HTTP版本和文档格式。

通过对这个使用最广泛的网络应用程序的学习，引导学生第一次从实践的角度理解协议的概念。

2.3 文件传送协议：FTP 
2.4 因特网中的电子邮件 
2.4.1 SMTP 
2.4.2 与HTTP的对比 
2.4.3 邮件报文格式和MIME 
2.4.4 邮件访问协议

2.5 DNS：因特网的目录服务 
2.5.1 DNS提供的服务
2.5.2 DNS工作机理概述 
2.5.3 DNS记录和报文

本节的讲授应该从学生的一个具体的域名访问的通信过程开始，认识到DNS是一个非常重要的应用层协议，可以结合域名查询和注册网络域名的实例来讲授基本原理，提高学习兴趣。说明在学习DNS的同时，讨论网络是分层的。为将来的网络路由协议的学习、IP协议的学习提供准备，从点到面，拓宽学生的视野。
2.6 P2P文件共享

引导性的简单描述当前流行的P2P软件构建的实际原理
2.7 TCP套接字编程 
2.7.1 TCP套接字编程 
2.7.2 一个Java客户机/服务器应用程序例子 
2.8 UDP套接字编程

在课堂上演示程序实例，重点要说明TCP套接字编程和UDP套接字编程的区别。
2.9 构造一个简单的Web服务器

本节的内容学习依靠实验过程得到，由于本教材是JAVA的方法来学习Socket，我们的实验指导是C++的。在此跟学生讨论这两种编程语言的各自特点，以及大学中学多少编程语言的利弊问题。告之学生熟悉一门编程语言和精通的时间、经验和实践的关系。

2.10 小结

应用需求是协议研究的基础，协议研究为应用服务。学习协议过程就是不断地实践的过程，在实验中体会协议的精神。在此提醒学生开始关注评价协议性能好坏的问题。

作业：1, 6, 16 21

3.运输层

开始真正了解协议的本质，更多的思考和研究指导。
3.1 概述和运输层服务 
3.1.1 运输层和网络层的关系（利用教材上的案例描述） 
3.1.2 因特网运输层概述

3.2 多路复用与多路分解

Port Number的使用是我们了解进程的通信需要指定服务的定义，内涵。应用程序都有特定的端口号。而操作系统对多进程的支持使我们关注多路复用与多路分解问题。指导学生在网上查找常用端口号定义和作用的网页，学习更多的端口知识。讨论端口的范围：2的16次方。

引申的知识是端口带来的安全问题。讨论端口的开放与关闭对应用系统的影响。

TCP UDP Port Numbers

TCP and UDP are both transport protocols above the IP layer, which are interfaces between IP and upper-layer processes. TCP and UDP protocol port numbers are designed to distinguish multiple applications running on a single device from one another.

3.3 无连接运输：UDP 
3.3.1 UDP报文段结构 
3.3.2 UDP检查和

帮助学生理解：UDP报文的作用，UDP的报文格式。给出接纳它的关键词：无连接,TCP的镜子（TCP有的特性它没有），8Byte的报文长度（很小，简单），适用流媒体等。

在教材的PPT讲解完，增加补充的内容。

UDP的熟知端口号

讨论：课堂练习下题。记忆一个UDP的报头要有个过程。该题先让学生做。根据课堂观察学生的困难展开讨论。帮助学生理解UDP报文头的结构，UDP的端口号，通信的双向性，效验和的问题等等，都在这个简单的练习中体现。

练习：下面是打印出的十六进制格式的UDP首部

    06 32 00 0D 00 1C E2 17

a.源端口是什么？

b.目的端口是什么？

c.用户数据报的总长度是多少？

e.数据的总长度是多少？

d.该分组是从客户发给服务器还是反过来？

f.客户进程是什么？

兴趣引导实例讨论：让学生看看实际的协议分析工具捕获的UDP报文的内容，再次鼓励学生学习和使用协议分析工具：

Internet Protocol

Version(MSB 4 bits): 4

Header length(LSB 4 bits): 5 (32-bit word)

Service type: 0x00

Total length: 74 (Octets)

Fragment ID: 30720

Flags summary: 0x00

Time to live: 128 seconds/hops

IP protocol type: UDP (0x11)

Checksum: 0x32C1

IP address 140.113.207.48 →140.113.167.206

No option

User Datagram Protocol

Port 01b2 —

> 01b2 (434)