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XuetangX

计算机网络基础

South China Agricultural University via XuetangX

Overview

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一、 课程内容与知识体系

课程内容遵循经典的层次化结构,与国际通用的OSI参考模型和实际应用的TCP/IP协议族紧密结合,主要涵盖以下核心模块:

1. 计算机网络概述:

  • 基本概念: 介绍计算机网络的定义、发展历史、功能与目标。

  • 网络分类: 根据覆盖范围讲解个域网、局域网、城域网、广域网等。

  • 网络拓扑结构: 分析总线型、星型、环型、网状等结构的优缺点。

  • 性能指标: 深入理解带宽、吞吐量、时延、丢包率等关键术语。

  • 参考模型: 详细剖析OSI七层模型和TCP/IP四层(或五层)模型的体系结构、各层功能及两者的对应关系。这是理解整个课程知识体系的纲领。

2. 物理层:

  • 角色定位:作为数据通信的物理基础。

  • 核心内容: 学习数据通信的基本理论(如信道容量、奈奎斯特定理、香农定理)、传输介质(双绞线、同轴电缆、光纤、无线电磁波)、信道复用技术(频分、时分、波分)以及宽带接入技术(如ADSL、FTTx)。

3. 数据链路层:

  • 角色定位:负责结点到结点的可靠数据传输。

  • 核心内容:

    • 成帧、差错控制(奇偶校验、CRC)、流量控制(滑动窗口协议)。

    • 介质访问控制子层: 重点讲解CSMA/CD协议(以太网基础)和CSMA/CA协议(无线局域网基础)。

    • 局域网技术: 深入探讨以太网技术、交换机的工作原理、VLAN基本概念。

    • 数据链路层设备: 网桥与交换机的区别与联系。

4. 网络层:

  • 角色定位:实现源主机到目标主机的逻辑通信,是网络体系的“心脏”。

  • 核心内容:

    • IP协议: 详细讲解IPv4协议头格式、IPv4地址分类、子网划分、超网构成以及无类别域间路由。

    • 重要协议: 深入分析地址解析协议、网际控制报文协议的工作原理。

    • 路由选择协议: 区分静态路由与动态路由,重点介绍距离向量算法和链路状态算法,并以RIP和OSPF为例进行说明。

    • 网络层设备: 路由器的工作原理与基本配置。

    • IPv6简介: 介绍IPv6的地址格式、特点及其与IPv4的共存策略。

5. 传输层:

  • 角色定位:提供端到端的、可选的可靠通信服务。

  • 核心内容:

    • 核心服务: 复用与分用。

    • UDP协议: 分析其无连接、不可靠的特点及适用场景。

    • TCP协议: 作为重中之重,深入讲解TCP报文段结构、连接管理(三次握手与四次挥手)、可靠传输机制(确认、超时重传)、流量控制机制(滑动窗口)、拥塞控制机制(慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复)。

6. 应用层:

  • 角色定位:面向用户,提供具体的网络应用服务。

  • 核心内容: 学习各种应用层协议的原理和工作过程,包括:

    • 域名系统: 分布式数据库,完成域名到IP地址的解析。

    • 万维网: 超文本传输协议的工作原理(请求/响应模型、状态码)。

    • 电子邮件: 简单邮件传输协议、邮局协议的工作流程。

    • 文件传输: 文件传输协议的基本原理。

    • 动态主机配置协议: 如何自动为网络中的设备分配IP地址。

7. 网络安全基础(可选/简介):

  • 介绍网络安全的基本概念,如机密性、完整性和可用性。

  • 简要讲解对称加密与非对称加密、数字签名、防火墙等基本技术。

二、 课程特点与学习方法

本课程具有概念抽象、协议繁多、理论与实践紧密结合的特点。学习过程中,学生可能会感到协议细节枯燥难记。因此,有效的学习方法至关重要:

  1. 理解优于记忆: 不要死记硬背协议格式,而要理解每个协议字段、每种控制机制是为了解决什么问题而设计的(例如,TCP的序列号是为了解决包乱序,确认号是为了可靠交付)。

  2. 层次化思维: 始终用分层的思想分析网络问题。当遇到网络故障时,学会从应用层开始,逐层向下排查。

  3. 理论联系实际: 积极利用网络模拟器和抓包工具。通过配置虚拟网络、捕获并分析真实的数据包,可以将抽象的理论转化为直观的认知,极大地加深理解。

  4. 知识串联: 将各层知识联系起来。例如,理解一次普通的网页访问,是如何从应用层的HTTP,到传输层的TCP,到网络层的IP,再到数据链路层的以太网帧和物理层的比特流,层层封装、传递的过程。


Syllabus

  • 概述
    • 1.1计算机网络在信息时代中的作用
    • 1.2互联网概述
    • 1.3互联网的组成
    • 1.4计算机网络在我国的发展
    • 1.5计算机网络的类别
    • 1.6计算机网络的性能
    • 1.7计算机网络体系结构
  • 物理层
    • 2.1物理层的基本概念
    • 2.2数据通信的基础知识
    • 2.3物理层下面的传输媒体
    • 2.4信道复用技术
    • 数字传输系统
    • 宽带接入技术
  • 数据链路层
    • 3.1数据链路层的几个共同问题
    • 3.2点对点协议 PPP
    • 3.3使用广播信道的数据链路层
    • 3.4扩展的以太网
    • 3.5高速以太网
  • 网络层
    • IPv6
    • 网际控制报文协议 ICMP
    • 网际协议 IP
    • IP 多播
    • 多协议标签交换 MPLS
    • 互联网的路由选择协议
    • IP 层转发分组的过程
    • 软件定义网络 SDN 简介
    • 网络层的几个重要概念
    • 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT
  • 运输层
    • TCP 的运输连接管理
    • TCP 的拥塞控制
    • TCP 的流量控制
    • TCP 报文段的首部格式
    • 传输控制协议 TCP 概述
    • 运输层协议概述
    • 用户数据报协议 UDP
    • TCP 可靠传输的实现
    • 可靠传输的工作原理
  • 应用层
    • 文件传送协议
    • P2P 应用1
    • P2P 应用2
    • P2P 应用3
    • 简单网络管理协议 SNMP
    • 万维网 WWW
    • 电子邮件
    • 动态主机配置协议 DHCP
    • 域名系统 DNS
    • 应用进程跨越网络的通信
    • 远程终端协议 TELNET
  • 网络安全
    • 网络安全问题概述
    • 鉴别
    • 两类密码体制
    • 系统安全:防火墙与入侵检测
    • 密钥分配
    • 互联网使用的安全协议
    • 一些未来的发展方向
  • 互联网上的音频视频服务
    • 交互式音频视频
    • 改进 “尽最大努力交付” 的服务
    • 概述
    • 流式存储音频 / 视频
  • 无线网络和移动网络
    • 无线局域网 WLAN
    • 蜂窝移动通信网
    • 无线个人区域网 WPAN
    • 移动 IP
    • 移动通信的展望
  • 期末考试

    Taught by

    weiqing JIA

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