计算机网络课程教学大纲.doc

计算机网络课程教学大纲课程名称：计算机网络/ Computer Networks学时/学分：80学时/5学分（其中课内教学64学时，实验上机16学时）先修课程：计算机导论；程序设计语言（VB|VC|C+|VC#）；计算机组成原理；操作系统适用专业：信息与计算科学开课院（系、部、室）：数学与计算机科学学院一、课程的性质与任务计算机网络是信息与计算科学专业的一门理论和应用性较强的必修课程，是本专业的专业主干课，被定为校级KCP课程。课程以TCP/IP协议为主线，其任务是通过理论和实例学习，使学生掌握计算机网络的基本概念、名词及术语；计算机网络的基本原理及组成；计算机网络的体系结构（OSI模型和TCP/IP协议）、协议标准和应用技术；了解计算机网络的发展特点、设计技巧和方法；基本掌握常见网络协议性能分析的基本方法；会组建和维护计算机局域网络(Netware、Windows NT和UNIX或 Linux网络)。二、课程内容、基本要求与学时分配（一）基本要求1、计算机网络概述 4学时 熟练掌握掌握计算机网络的作用、计算机网络的分类、客户服务器方式基本掌握计算机网络的体系结构。2、物理层 6学时熟练掌握物理层的基本概念、数据通信的基础知识、数字传输、信道复用技术基本掌握物理层下面的传输媒体、模拟传输、EIA-232-E接口标准。3、数据链路层 6学时熟练掌握数据链路层的基本概念、停止等待协议连续ARQ协议、面向比特的链路控制规程HDLC、因特网的点对点传输协议基本掌握循环冗余检验的原理、停止等待协议的算法初步了解选择重传ARQ协议。4、局域网 12学时熟练掌握局域网概述、传统以太网、以太网的MAC层、扩展的局域网、高速以太网基本掌握虚拟局域网、无线局域网初步了解其他种类的高速局域网。5、广域网 6学时熟练掌握广域网的基本概念、广域网中的分组转发机制、帧中继FR基本掌握X.25网，初步了解拥塞控制。6、网络互连 12学时熟练掌握路由器在网际互连中的作用、因特网的网际协议IP、划分子网、内部网关协议RIP、IP多播的基本概念、IPv6的基本首部、地址空间基本掌握IP层转发分组的流程、无分类编址CIDR、因特网控制报文协议ICMP初步了解虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT。7、运输层 6学时熟练掌握运输层协议概述发、TCPIP体系中的运输层、TCP概要、首部、数据编号与确认、重传机制、运输连接管理基本掌握用户数据报协议UDP、TCP的流量控制与拥塞控制初步了解TCP的有限状态机8、应用层 12学时熟练掌握域名系统DNS、文件传送协议、电子邮件、万维网WWW基本掌握远程终端协议TELNET、通用因特网邮件扩充MIME、活动万维网文档、网络管理的基本概念初步了解简单文件传送协议TFTP、引导程序协议BOOTP与动态主机配置协议DHCP、SNMP（二）课程内容的重点、难点1、教学重点分组交换、电路交换、报文交换；网络分类：LAN、WAN、MAN、AN ；带宽、时延、往返时延；具有五层协议的体系结构 ；面向连接服务与无连接服务 ；应用层的客户服务器方式 ；OSI与TCP/IP体系结构的比较 。物理层的基本概念；与数据传输速率有关的两个著名公式：奈氏准则和香农定理； MODEM原理； 数字传输系统； 时分复用、频分复用、波分复用； EIA-232-E接口标准。 数据链路层的基本概念；停止等待协议；连续ARQ协议；滑动窗口；面向比特的链路控制规程HDLC；点对点协议PPP的特点和帧格式。局域网的基本概念；以太网的工作原理：以太网的两个标准、CSMA/CD协议；传统以太网使用粗同轴电缆、细同轴电缆、双绞线等的连接方法；以太网的物理地址、MAC帧格式；在物理层使用转发器和集线器扩展局域网的方法；在数据链路层使用网桥、以太网交换机扩展局域网的方法，透明网桥技术；高速以太网：100BASE-T以太网、吉比特以太网；虚拟局域网；802.11无线局域网的组成，其物理层、MAC子层。广域网的构成；数据报和虚电路；广域网中的分组转发机制；在结点交换机中查找转发表；在路由表中使用默认路由；帧中继的工作原理；帧中继的帧格式。路由器的构成；互联网与因特网；因特网的网际协议IP；分类的IP地址；IP地址与硬件地址；地址解析协议ARP；IP数据报的格式；划分子网；使用子网掩码的分组转发过程；内部网关协议RIP；解决IP地址耗尽的措施；IPv6的基本首部；IPv6的地址空间；IP层转发分组的流程；无分类编址CIDR；有关路由选择协议。 运输层协议概要；运输层中的两个协议；端口的概念；TCP概要；TCP报文段的首部；TCP的数据编号与确认；TCP的重传机制；TCP的运输连接管理；TCP的流量控制与拥塞控制。域名系统概述；因特网的域名结构；用域名服务器进行域名解析；FTP概述、FTP的基本工作原理；电子邮件概述；简单邮件传送协议SMTP；电子邮件的信息格式；邮件读取协议POP3 ；万维网概述、统一资源定位符URL；超文本传送协议HTTP；超文本标记语言HTML；万维网页面中的超链；动态万维网文档与CGI技术；动态主机配置协议DHCP 。2、教学难点各种交换技术的区别；网络体系结构；面向连接服务与无连接服务。信道的极限信息传输速率；带宽、宽带；物理层协议。变量V(S)、V(R) 、N(S）、N(R)；实用的停止等待协议要解决的问题；滑动窗口；HDLC协议；协议性能定量分析。以太网的物理层、MAC子层设置、协议及性能定量分析；透明网桥网桥的支撑树算法；无线局域网协议。广域网拥塞控制方法；帧中继网络原理；ATM协议模型、VCI和VPI的转换。层间的地址转换；划分子网中的IP地址分配和子网掩码的设置；路由聚合的概念；OSPF路由选择协议；多播地址和多播路由选择；IPV6的地址结构。TCP的重传机制；TCP的运输连接管理；TCP的流量控制与拥塞控制。域名解析；各种服务的工作原理；活动网页技术。3、教学注意通过比较来掌握分组交换、电路交换、报文交换的概念；透彻地理解分组交换、存储转发等技术，对以后章节的学习很有帮助；注意带宽这一概念的多重意义；要分清发送时延、传播时延的区别；在理解划分层次的必要性的基础上，要把物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层每一层的作用和该层要解决的问题联系起来。学习与数据传输速率有关的两个著名公式时，要跟电话线路的传输特性这些具体实例结合起来；学习各种传输媒体知识时，要跟插图描述的具体的物理形状及结构联系起来；学习基本概念时要靠充分理解，而不是死记硬背；对多种信道复用技术，可通过相互比较来加深理解。注意物理链路与数据链路的区别，针对每种实际可能发生的错误及相应的解决办法，来理解停止等待协议、连续ARQ协议；要理解N(S）、N(R) 与V(S)、V(R)的区别和联系：对于数据链路层的双方A和B，A有V(S)、V(R) 这一对变量，B也有V(S)、V(R) 这一对变量；而N(S）、N(R) 不是节点机中的变量，而是帧中携带的序号；在A向B发送数据帧时，N(R)是B发出的应答，而且是B对A发出的N(R)1号数据帧及以前数据帧的应答；仔细察看图3-7及fig k3-2、fig k3-3 、fig k3-4 、fig k3-5，有助于了解滑动窗口技术及连续ARQ协议。学习HDLC和PPP协议时，要结合作用和功能来理解它们的帧结构。要把局域网的4种分类中的每一种与具体的局域网技术联系起来，这样有助于理解；CSMA/CD协议是本章的重点和难点，首先要搞明白：为什么要进行载波监听？为什么要进行冲突检测？为什么要进行退避？之后就能较好地理解该协议及截断的二进制指数类型退避算法。在学习10BASE5、10BASE2、10BASE-T、10BASE-F 、100BASE-TX、1000BASE-X等技术时，要理解铜缆的传输距离与速率是一对矛盾，而光纤技术则能有效地解决这一矛盾；要理解转发器、集线器、网桥、以太网交换机、路由器之所以被划分成不同层次的互连设备，是因为它们具有不同层次的协议知识、在不同层次上处理PDU并对PDU进行转发；通过比较以太网和无线网在各个方面的异同，可以加深对两者的理解。广域网提供的数据报和虚电路服务的主要区别是：是否提供可靠的面向连接的网络层服务，理解这一点非常重要。X.25、帧中继、ATM等网络提供虚电路服务，TCP/IP网络的网络层提供数据包服务。要把拥塞控制的一般方法、原理与帧中继中的具体拥塞控制实例结合起来，这样才有助理解。另外要注意以下区别：帧中继的虚电路在链路层实现，而X.25的虚电路在网络层实现。 IP地址、数据报转发、路由器、路由协议等内容是网络层的主要内容，学习时要把这些内容串起来理解，并应明白：路由器必须依靠路由表才能转发数据报，而路由表是依靠路由协议建立起来并更新的；IP地址的编址方法共经过了三个历史阶段：(1)分类的IP地址，IP地址分成A、B、C、D、E共5类，1981年；(2)子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，1985年；(3)无分类编址（CIDR），1993年。这三种方法是互不兼容甚至矛盾的，这一点必须引起注意。在三种编址方法中，全0和全1的主机号都不能分配给主机或路由器；计算机网络中，很多动态建立起来的表，例如网桥的转发表、ARP Cache、RIP的路由表项、OSPF的链路状态数据库、DNS资源记录等等，都要定期作废，不能永久有效，这是一条规律。把TCP（提供端到端的可靠传输）与链路层HDLC（提供点到点的可靠传输）在各个方面的相同点与不同点进行比较，把TCP与UDP在各个方面的相同点与不同点进行比较，有助于深入理解这些协议。对TCP、UDP首部结构，要把每一字段与相应的协议功能结合起来理解，从而认识到设置这些字段的必要性，而不要靠死记硬背。TCP首部的URG位、PSH位是难点，这里要注意的是：URG位置1的报文段在发送方需要被优先（不是按正常排队）发送，PSH位置1的报文段则在接收方需要被立即（而不是等接收缓冲区满）交上层处理。分析TCP为什么要采用三次握手时，要记住“在互联网环境下，先发送的报文段比后发送的报文段迟很长时间才到达接收方”是主要原因。对于许多应用层协议及相关内容，例如DNS、FTP、TELNET、电子邮件、MIME、WWW、URL、HTML、表单、动态文档、活动文档、DHCP等，通过上机试验并验证书本知识，可帮助并加深理解相关内容；注意表单、动态文档、生成动态文档的应用程序（脚本）、活动文档的区别和联系：浏览器端的表单（一种静态文档）向服务器端的应用程序（脚本）提交用户数据，应用程序根据用户数据生成动态文档；动态文档的“动”依赖服务器提供变动的文档（即网页），而活动文档的“动”则依赖浏览器（即客户端）用户的输入，不需要服务器提供变动的文档；MIME仅仅是把非ASCII字符（例如语音、图像数据）转换为ASCII字符，引入MIME后SMTP和POP3协议传送的PDU的数据与以前一样，仍旧是ASCII字符。在教学中要求同学重点掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本协议，要着重培养学生分析、设计和模拟实验研究的能力。习题课以典型例题分析为主，并适当安排开阔思路及综合性的练习及讨论。（三）课外教学的安排或要求由于本课程理论性、实践都较强，计划学时偏少，因此，教学中注意组织学生利用课余时间对课本中的网络协议性能定量分析部分相公的数学知识和方法进行深入探讨，并上网查询研究与分析或进行实地调研。在课外应利用一切机会，如开放实验室，弥补学校实验条件的局限，尤其是时间的不足。重点加强网络组建、服务器的配置、网络管理、网络协议、服务编程实现等内容的实践。三、推荐教材和主要参考书1、推荐教材：（1）谢希仁，计算机网络，北京，电子工业出版社，2003年6月第4版。2、推荐参考书： （1）谢希仁，计算机网络，北京，电子工业出版社，1999年4月第2版。（2）冯博琴，计算机网络，北京，高等教育出版社，1999年6月第1版。（3）鲁士文，计算机网络-习题与解答，北京，清华大学出版社，2001年6月第1版。 （4）胡道元，计算机网络（高级），北京，清华大学出版社，1999年8月第1版。 大纲制订者：陈晓峰 大纲审定者：蒋万君