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课程教学大纲
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01
课程基本信息
1．课程英文名称：Computer Networks
2．课程类别：专业基础课
3．课程性质：必修课
4．学时/学分：总学时：48
5．适用专业：计算机科学、网络空间安全、电子信息等
授课语言：中文
授课语言：中文
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课程简介
本课程依据 “101 计划” 理念，选用吴建平、徐明伟、崔勇编写的《计算机网络》教材，围绕计算机网络体系结构，从物理层到应用层，系统介绍各层的功能、协议及核心技术，注重基础知识讲解与实践能力培养，通过实验教学环节，让学生深入理解并掌握计算机网络的基本原理、设计方法和应用场景，为后续专业课程奠定基础。
03
课程教学内容与学时分配
04
课程教学方法
（一）体系结构引领，多元融合教学法
在理论讲授中，系统讲解计算机网络体系结构等知识，结合各层功能深入剖析原理，并融入课程思政元素，培养学生的使命感和责任感。同时，依托教材特色，结合校园网、教育网实际运营经验，通过案例分析阐述理论在实践中的应用。此外，兼顾网络核心功能与新技术，引入SDN、QUIC协议等，通过案例分析和实验教学，提升学生创新意识与解决实际问题能力，教学中还融入标准化组织知识，拓宽学生国际化视野。
（二）实验教学
介绍实验具体要求，提供实验指南，主要包括实验介绍，步骤解释等。要求完成四项实验内容，并进行结果演示和总结汇报。
05
课程考核环节
课程成绩构成：
课程成绩=实验（30%）+作业（20%）+期末考试（50%）
终结性考试形式：闭卷
各项及总评成绩的级制：百分制
06
本课程与其它课程的联系与分工
本课程的先修课程为其他计算机大类或信息类本科生专业基础课，例如：《计算机原理》、《数据结构》、《操作系统》等，也是后续《计算机网络专题训练》、《高级计算机网络》等课程的先修课程。
07
建议教材及教学参考书
现用教材：
[1]吴建平，徐明伟，崔勇，计算机网络，清华大学出版社
主要参考资料及课外文献阅读：
[1] Computer Networks, 6th edition, (美)Andrew S. Tanenbaum, Prentice-Hall, 2020
[2] Computer Networking: A Top-Down Approach，7th edition，(美) James F. Kurose，Keith W. Ross，Addison Wesley，2018
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参考书籍
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《计算机网络》
作者：吴建平、徐明伟、崔勇
定价：69.00元
内容简介
本书是教育部“101计划”的“计算机网络”课程建设配套教材，主要介绍计算机网络基本技术原理和网络协议。全书共9章，第1章主要介绍计算机网络的功能、组成及其发展历史；第2章深入阐述网络体系结构的设计原则、功能划分，以及分层协作等关键问题；第3章详解数据通信基本原理与物理层技术；第4章深入介绍数据链路层的主要功能、实现机制和典型协议；第5章专注于介绍介质访问控制子层的基本原理及局域网协议；第6章详细阐述网络层核心协议和路由算法；第7章深入探讨传送层的机制、协议和端到端通信；第8章概述网络应用层的基本概念和典型应用；第9章介绍网络空间安全的关键技术。每章末尾均配有习题，便于读者进行深入学习。 本书可作为计算机、软件工程、网络空间安全、电子工程、通信和自动化等信息类相关专业的“计算机网络”课程教材，也可供信息领域的工程技术人员参考使用。
目录
第1章引言1
1.1计算机网络简介1
1.2计算机网络组成2
1.2.1硬件及软件组成2
1.2.2网络边缘3
1.2.3网络核心6
1.3计算机网络历史9
1.3.1国际计算机网络发展历史9
1.3.2中国计算机网络发展历史12
1.4互联网治理16
1.4.1互联网治理体系16
1.4.2中国互联网治理情况17
1.5计算机网络未来18
1.6本章总结19
习题119
第2章计算机网络体系结构21
2.1计算机网络的功能和体系结构21
2.1.1计算机网络的功能分层21
2.1.2计算机网络体系结构的概念24
2.2互联网体系结构设计目标和原则25
2.2.1互联网体系结构设计目标25
2.2.2互联网体系结构设计原则27
2.3典型的计算机网络参考模型32
2.3.1ISO OSI参考模型32
2.3.2TCP/IP参考模型36
2.3.3OSI和TCP/IP的历史经验与教训37
2.4其他网络体系结构38
2.4.1X.25分组交换数据网38
2.4.2帧中继39
2.4.3ATM40
2.4.4MPLS41
2.4.5SDN42
2.5计算机网络的标准化45
2.5.1互联网标准化组织45
2.5.2其他标准化组织47
2.6本章总结48
习题249
第3章数据通信基本原理与物理层51
3.1数据通信的理论基础51
3.1.1傅里叶分析51
3.1.2有限带宽信号52
3.1.3信道的最大数据传输速率54
3.2数据通信技术55
3.2.1数据通信系统的基本结构55
3.2.2数据编码技术56
3.2.3多路复用技术58
3.2.4交换技术59
3.3物理层的功能与特性62
3.4传输介质63
3.4.1同轴电缆63
3.4.2双绞线64
3.4.3光纤65
3.4.4无线信号68
3.5物理层数据传输技术69
3.5.1光传输69
3.5.2无线传输71
3.5.3卫星传输73
3.6物理层设备76
3.6.1中继器76
3.6.2集线器76
3.7本章总结77
习题378
第4章点到点无差错传输和数据链路层79
4.1数据链路层的定义和功能79
4.1.1成帧81
4.1.2检错84
4.1.3纠错86
4.1.4流量控制89
4.2基本数据链路层协议90
4.2.1无约束单工协议90
4.2.2单工停等协议90
4.2.3有噪声信道的单工协议91
4.3滑动窗口协议92
4.3.1滑动窗口设计原理93
4.3.21比特滑动窗口协议94
4.3.3回退N帧协议94
4.3.4选择重传协议96
4.4典型链路层协议98
4.4.1高级数据链路控制协议98
4.4.2点对点协议100
4.5本章总结101
习题4102
第5章介质访问控制和局域网105
5.1信道分配问题105
5.2多路访问协议106
5.2.1ALOHA协议106
5.2.2载波监听多路访问协议109
5.2.3无冲突协议110
5.2.4有限竞争协议112
5.3IEEE 802.3协议和以太网113
5.3.1以太网简介113
5.3.2经典以太网MAC子层协议114
5.3.3经典以太网帧结构115
5.3.4以太网标准的演进与创新探索117
5.4IEEE 802.11协议和无线局域网121
5.4.1无线局域网简介121
5.4.2IEEE 802.11介质访问控制122
5.4.3IEEE 802.11帧结构126
5.4.4无线局域网构建与管理128
5.4.5新技术探索: 无线局域网WiFi 6（IEEE 802.11ax）130
5.4.6无线局域网应用131
5.5蓝牙和ZigBee132
5.5.1蓝牙技术132
5.5.2ZigBee技术136
5.6网桥技术和交换机139
5.6.1数据链路层交换原理139
5.6.2生成树网桥141
5.6.3链路层交换机144
5.6.4虚拟局域网145
5.7本章总结148
习题5149
第6章路由选择和网络层153
6.1网络层概述154
6.1.1基于存储转发的分组交换模型154
6.1.2网络层提供的服务154
6.2路由算法157
6.2.1最优化原则158
6.2.2最短路径路由算法160
6.2.3泛洪路由算法162
6.2.4静态路由163
6.2.5距离向量路由算法163
6.2.6链路状态路由算法166
6.2.7组播路由算法169
6.3流量管理与服务质量171
6.3.1网络拥塞概述171
6.3.2拥塞控制的基本原理172
6.3.3虚电路交换网络的流量管理173
6.3.4分组交换网络的流量管理173
6.3.5网络服务质量176
6.4网络互连177
6.4.1网络互连概述178
6.4.2级联虚电路179
6.4.3无连接网络互连179
6.4.4隧道技术与虚拟网络180
6.4.5分片和重组技术181
6.4.6分层路由与互联网路由182
6.4.7移动主机的路由184
6.5网络层协议185
6.5.1IPv4和IPv4地址186
6.5.2IPv6和IPv6地址194
6.5.3IPv4至IPv6的过渡198
6.5.4网络层控制协议200
6.5.5互联网路由协议204
6.6路由器体系结构和关键技术213
6.6.1路由器概述213
6.6.2路由器体系结构的发展历程216
6.6.3路由器关键技术218
6.7软件定义网络221
6.7.1SDN的基本思想222
6.7.2典型的SDN技术223
6.8本章总结223
习题6225
第7章端到端访问和传送层229
7.1传送层概述229
7.1.1传送层的功能和提供的服务230
7.1.2传输服务原语231
7.1.3传输编址232
7.2连接管理233
7.2.1建立连接233
7.2.2释放连接235
7.3可靠传输237
7.3.1流控制和缓冲237
7.3.2数据重传机制240
7.4拥塞控制241
7.4.1拥塞原因与代价241
7.4.2拥塞检测243
7.4.3拥塞控制分析244
7.5UDP247
7.5.1UDP概述247
7.5.2UDP数据报格式248
7.5.3实时传输协议249
7.6TCP251
7.6.1TCP概述252
7.6.2TCP段格式252
7.6.3TCP连接管理254
7.6.4TCP可靠传输257
7.6.5TCP流量控制258
7.6.6TCP拥塞控制259
7.7QUIC协议260
7.7.1QUIC协议概述261
7.7.2QUIC协议结构设计262
7.7.3QUIC协议的连接建立265
7.7.4QUIC协议的多路复用267
7.7.5用户态协议268
7.7.6QUIC 协议的其他优势与设计268
7.8MPTCP270
7.8.1MPTCP概述270
7.8.2MPTCP设计目标271
7.8.3MPTCP连接管理271
7.8.4MPTCP数据调度与拥塞控制272
7.9数据中心网络传输协议273
7.9.1数据中心网络概述273
7.9.2数据中心拥塞控制275
7.9.3传输开销优化277
7.10本章总结279
习题7279
第8章网络应用283
8.1应用层基本模式283
8.1.1网络应用程序体系结构283
8.1.2网络应用需求与传输协议选择285
8.1.3数据传输与应用层协议287
8.1.4套接字编程288
8.2域名服务290
8.2.1域名服务概述291
8.2.2DNS工作原理292
8.2.3域名的层次结构294
8.2.4DNS记录和报文296
8.3电子邮件298
8.3.1电子邮件概述298
8.3.2消息格式299
8.3.3电子邮件协议300
8.4WWW与HTTP303
8.4.1Web的历史发展及其结构概述303
8.4.2Web文档306
8.4.3HTTP310
8.4.4Web缓存技术和Web代理318
8.4.5内容分发网络319
8.4.6典型Web应用321
8.5搜索引擎323
8.5.1搜索引擎的发展历史323
8.5.2搜索引擎的基本原理324
8.5.3作用和意义326
8.6流式音视频326
8.6.1流媒体概述326
8.6.2流媒体压缩技术327
8.6.3流式存储媒体329
8.6.4直播与实时流媒体330
8.6.5流媒体动态自适应传输331
8.6.6流媒体应用发展333
8.7网络管理334
8.7.1网络管理概述334
8.7.2简单网络管理协议335
8.7.3管理信息结构337
8.7.4管理信息库338
8.7.5SNMP的协议数据单元和报文340
8.8本章总结342
习题8342
第9章网络空间安全347
9.1网络空间安全体系347
9.1.1网络空间安全基础348
9.1.2密码学及应用348
9.1.3系统安全349
9.1.4网络安全350
9.1.5应用安全352
9.2密码学基础353
9.2.1对称加密354
9.2.2公钥加密357
9.2.3消息认证360
9.2.4数字签名363
9.3源地址验证366
9.3.1接入网源地址验证366
9.3.2域内源地址验证369
9.3.3域间源地址验证371
9.4路由安全375
9.4.1路由威胁376
9.4.2路由异常预防378
9.4.3路由异常检测383
9.4.4路由异常缓解383
9.5DNS安全384
9.5.1DNS威胁384
9.5.2域名系统安全扩展390
9.5.3加密DNS394
9.6防火墙和入侵检测系统394
9.6.1防火墙395
9.6.2入侵检测系统399
9.7本章总结401
习题9402
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