于MAC地址这样的唯一标识行吗
1 分类IP地址
不能分配给主机的特殊IP 地址
常用的三种类别的 IP 地址
2 划分子网
从两级 IP 地址到三级 IP 地址
两级的 IP 地址不够灵活。
划分子网的基本思路
从主机号借用若干个位作为子网号subnet-id，而主机号
host-id 也就相应减少了若干个位。
划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。
IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>} (4-
2)
3. 无分类编址
划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难。
但还是 不够灵活，仍然有大量地址空间不能被充分利用，大量C
类地址块由于容纳主机数太小而无法充分被利用 。
提出构成超网方法：将多个C类地址块合起来形成一个更大
的地址块分配给某个组织的网络。
解决办法(1993年)：32位IP地址中的网络号的长度可以占
任意比例－－网络前缀。
无分类编址方式：无分类域间路由选择 CIDR (Classless
Inter- Domain Routing)
无分类的两级编址的记法是：
IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>} (4-3)
CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址
块”，每块中的地址个数是2的乘方。





此处板书

















此处板书

通过提问
启发学生
思考如何
设计IP地
址的结构
从而理解
分类IP地
址

此处板书
仅简单介
绍
重点是分
析特点和
缺点

此处板书



仅简单介
绍

重点是分
将“CIDR 地址块”分 配给一个组织，该组织还可以将该地
析特点和
址块划分为多个更小的地址块（前缀更长）分配给 组织内的小单
缺点

位。


用不定长的网络前缀来替代原来分类IP地址中的网络号，


路由器按目的地址块进行选路和转发。


子网掩码

在划分子网和无分类编址方式中，从一个 IP 数据报的首部


并无法判断目的IP地址的网络前缀网络号。
此处板书

使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的网络部


分(网络前缀)。
为什么要
CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码” 或“子网掩
提出无分
类编址
码”这一名词。


用32位的子网掩码来表示网络前缀的长度

CIDR 还使用“斜线记法” ，它又称为CIDR记法，即在 IP



地址面加上一个斜线“”，然后写上网络前缀所占的位数。


CIDR 地址块

20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20


是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。


20 表示的地址（212 个地址）


CIDR 地址块划分举例


IP 地址的编址方法
通过黑板
分类IP地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过
练习来说
明CIDR地
了相应的标准协议。
址块的计
子网划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC
算

950]在 1985 年通过。


无分类编址。即构成超网，这是比较新的无分类编址方法。

1993 年提出后很快就得到推广应用。

作业与思考题：
1. 比较虚电路和数据报网络的特点。
2. 4-10
预习4.2.5节，回答：
1. 什么情况下IP报文会被分片
2.为什么路由器有多个IP地址

参考资料：
1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4
版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

第9讲
内 容 备 注

讲课题目：IP协议（续）


目的要求：理解ARP协议的工作原理和作用范围，理解IP报


文的转发过程和IP报文的格式。


重点难点：IP报文的转发过程和IP报文分片

方法步骤：课堂讲解与实例介绍


器材保障：电脑、投影


时间地点：







教学内容与时间安排:


内容回顾与本次课内容介绍

互连网协议IP（续）


IP地址及编址方式(续)

此处板书
课堂练习：IP地址的分配
此处板书

通过课堂
练习让学
生掌握计
算方法，
并及时纠
正错误






4.2.3 IP 地址与硬件地址


IP地址与硬件地址关系



板书

首部
IP 地址
首部
硬件地址
首部
应用层数据
运输层报文段
网络层及以上
使用I P 地址
IP 数据报
尾部
MAC 帧
链路层及以下
使用硬件地址

IP数据报通过不同类型的网络
主机H
1
IP 数据报
路由器R
1
IP
3
IP
4
路由器R
2
IP
1
→IP
2
IP< br>5
IP
6
IP
1
→IP
2
IP
2< br>主机H
2
IP
1
IP
1
→IP
2
I P 层上的互联网
HA
1
从HA
1
到HA
3
MAC 帧
HA
3
HA
4
HA
5
HA
6
从 HA
6
到HA
2
HA
2
从HA
4
到HA< br>5
ATM网络
以太网
卫星网

地址解析协议ARP（续）
1. ARP的工作过程
每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，缓存已
知的IP 地址到硬件地址的映射。
当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报
时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。
如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入
MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。否则，
执行ARP。
2. 应当注意的问题
ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬
件地址的映射问题。
如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要
通过 ARP 找到一个位于本局域 网上的某个路由器的硬件地址，
然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一







通过图示
说明IP报
文和数据
链路层帧
的关系























板书
通过提问
引出ARP
协议，使
学生理解
为何需要
ARP协议



通过图例
讲解

个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。


课堂讨论题



将自己想象成一个路由器


仅知道直接连接的网络

网1
关键是强

可以和 邻居交流
调ARP的
R1

如何知道其他网络？
作用范围
网2
R3
网3

通过图例
网4
R2
网6< br>说明路由
器转发IP
网5

报文的过
程
作业与思考题：


1. 考虑图中的网络。假设开始时所有计算机的AR P表为空，
启发学生
交换机的转发表也为空，不考虑其他通信的进程。现在计算机D
自 己去设
上一个程序发送一个IP报文给C，问计算机A, F和H的网卡分别
计一个简
单的路由
能检测到哪些分组（什么报文，IP地址和MAC地址和内容）而计
选择协议

算机A, F和H的协议软件能接收到哪些分组接着，计算机C上的


一个程序发送一个IP报文给D，问计算机A, F和H的网卡分别能

检测到哪些分组而计算机A, F和H的协议软件能接收到哪些分组




Router
Switch


Hub1
Hub2
Hub3

A
B C
D E
F
G
H
I

2. 4-22

预习作业：
1.预习节，回答：划分子网和构造超网解决什么问题子网掩码
是干什么的

参考资料：

1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第 4
版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

第10讲
内 容 备 注

讲课题目：划分子网和构造超网


目的要求：划分子网、构造超网和无分类IP编址的概念，掌


握IP地址的分配。


重点难点：IP地址的分配

方法步骤：课堂讲解与实例介绍


器材保障：电脑、投影


时间地点：







教学内容与时间安排:


内容回顾与本次课内容介绍

4.2.5 IP 数据报的格式


位

版本
首部长度
区分服务总长度

固
标识片偏移
标志
定
板书
首
部
生存时间协议首部检验和

部
分
源地址
板书
目的地址

可变
可选字段（长度可变）填充

部分

数据部分
主要让学
生理解为
首部数据部分
何要提出
IP 数据报
划分子网
发送在前



1. 首部长度


2. 总长度


3. 区分服务


4. 生存时间


提问：以太网交换机是如何解决环路问题的

5. 协议

提问：与以太网帧中的哪个字段有相似的功能
6. 首部校验和
7. 源地址和目的地址
8. IP报文的分片
(1)为什么要分片
(2)如何分片和重新组装
数据部分共3800 字节
需分片的
数据报首部
字节0
14002800
3799
首部1
字节0
数 据报片1
偏移= 08 = 0
MF = 1
1399
首部2
1400
数据报片2
偏移= 14008 = 175
MF = 1
2799
首部3
2800
数据报片3
偏移= 28008 = 350
MF = 0
3799


IP数据报的转发
1. 路由表和IP报文转发
10.0.0.4
网1
10.0.0.020.0.0.7
R
1
20.0.0.9
0
网2
20. 0.0.0
30.0.0.230.0.0.140.0.0.4
R
2
R3
网3网4
40.0.0.0
1
30.0.0.0
路由器R2
的路由表
目的主机所在的网络
20.0.0.0
30.0.0.010.0.0.0
40.0.0.0
10.0.0.4
链路1
R
1
下一跳地址
直接交付，接口0
直接交付，接口1
20.0.0.7
30.0.0.1
20.0.0.720.0.0.930.0.0.230.0.0.140.0.0 .4
R
2
R
3
链路2链路3链路4
第5章网络层
1
2. 默认路由















通过板书
画图说明

让学生上
黑板进行
计算














板书



板书

R
2
路由表


目的网络下一跳
R
1

N
1
直接
N
1
因特网

N
2
R
2

默认R
1




3. 分组转发算法


(1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目

的网络地址为 N。


(2) 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付


目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。

(3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数


据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。


(4) 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给


路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。

板书
(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表

让学生归
中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。
纳出IP分
(6) 报告转发分组出错。
组转发的
过程



4. 路由聚合

路由聚合举例










5. 最长前缀匹配


使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下


一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结


果。

N
2

应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长 前缀
匹配(longest-prefix matching)。
网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体(more
specific) 。
最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。
6. CIDR 最主要的特点
CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网
的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。
CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network- prefix)来代替
分类地址中的网络号和子网号。
CIDR虽然形式上是二级编址，但实 际上可实现多级编址，大
的地址块还可以划分为更小的地址块进行分配。
等级结构的CIDR地址块分配便于实现路由聚合。

作业与思考题：
1. 4-20
2. 4-29

参考资料：
1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4
版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：


板书

通过实例
讲解
让学生来
填写路由
表






板书



启发学生
思考为什
么会存 在
多个匹配
结果，为
何要最长
前缀匹配







总结

第11讲
内 容
讲课题目：ICMP和路由选择
目的要求：理解ICMP的作用、掌握常用ICMP功能、理解路由
选择协议的基本工作原理。
重点难点：路由选择协议
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：

备 注





















板书

介绍ICMP
的基本概
念和作用









板书

图例说明
ICMP报文
的基本格
式。强调
ICMP报文
是封装在
IP 报文中


教学内容与时间安排:
内容回顾与本次课内容介绍
网际控制报文协议ICMP
由于IP不提供可靠数据传输服务，在网际层使用网际控制
报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol) 允许主
机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
4.3.1 ICMP报文的种类
ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP
询问报文。
1. ICMP差错报告报文
(1)终点不可达
包括协议不可达、主机不可达、端口不可达、不能分片等
(2)源点抑制(Source quench)
网络层拥塞控制，实际中很少使用
(3)时间超时
包括TTL为0和分片超时
(4)参数问题

(5)改变路由（重定向）(Redirect)
举例说明重定向的作用。

2. ICMP询问报文
(1)回送请求和回答报文
(2)时间戳请求和回答报文

4.4.2 ICMP的应用举例
1. PING程序
PING 用来测试两个主机之间的连通性。
PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。
PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过
运输层的 TCP 或UDP。
PING程序执行实例。
2. Tracerout(Tracert)
Tracerout程序基本原理和工作流程。
(1)源向目的地发送一系列UDP段
第一个 TTL =1
第二个 TTL=2, 等
不可达的端口号
(2)当第n个数据报到达第n个路由器:
路由器丢弃数据报
并向源发送一个ICMP差错报文 (超时报文)
报文包含该路由器的IP地址
源根据收到的ICMP报文计算RTT
Traceroute执行上述过程3次
(3)停止规则
传输的


举例说明



板书画
图，通过
图例来说
明ICMP重
定向报文
的用途。

板书






板书

板书


通过例子
和演示来
说明PING
程序的用
途。





板书

通过板书
画图和实
例来说 明
Tracerout
程序是如
何利用
ICMP报文
和IP报文的TTL字

UDP段最终到达目的主机
目的地返回ICMP “终点不可达”分组(由于无进程接收该分
组)
当源得到该ICMP, 停止

因特网的路由选择协议
1. 引入问题
组织1
组织2
140 .23.1.024
140.23.2.024
140.23.3.024
m1
m2
m0
R
140.23.3.132
R
12
m3
m4m0
m1
组织3
因特网
组织4
140.23.4.024掩码网络地址下一跳接口
24
24
24
24
0
140. 23.1.0
140.23.2.0
140.23.3.0
140.23.4.00.0.0.0
--
--
--
--
R2
m0
m 1
m2
m3
m4
R1
路
由
表

2. 静态路由选择和动态路由选择
静态路由选择——即非自适应路由选择，其特点是简单和 路
由器开销较小，但不能及时适应网络状态的变化，只能用于简单
的小型网络。
动 态路由选择——对于复杂多变的大型网络必须采用动态路
由选择。动态路由选路能适应网络状态的不断变 化，但实现起来
较为复杂，路由器的开销也比较大。
4.5.1 有关路由选择协议的几个基本概念
1. 理想的路由算法
算法必须是正确的和完整的。
算法在计算上应简单。
算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自
适应性。
算法应具有稳定性。
段实现
Tracert
程序的。

























板书

图例讲解
通过静态< br>路由引出
动态路由
以及动态
路由要解
决的问
题。

算法应是公平的。
算法应是最佳的。
2. 动态路由选择的基本方法
路由器之间要互相不断交换网络拓扑和状态信息，然后根据
这些信息 求出到所有目的地的最佳路由
路由选择协议要解决的5个问题
Best，什么是最佳路由
Who，和谁进行交换信息
What，交换什么信息
When，何时进行交换信息
How，如何计算和更新路由表
课堂讨论




将自己想象成一个路由器
仅知道直接连接的网络
可以和邻居交流
如何知 道其他网络？
R3
如何选择最
好的路径？
网6
网1
R1网2
网3
网4
R2
网5

4.5.2 路由选择协议实例：RIP
1. RIP协议中的最佳路由
一条好的路由是经过路由器少的路由。
RIP中“距离”的定义：
从一个路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。
从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路
由器数加 1。
RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”，因为每经过一个路
由器，跳数就加 1。
2. RIP协议的基本工作原理













板书

板书


关键是强
调任何一
种算法都
不可能是
理想的，
但都需要
考虑这些
问题，可
能各有侧
重




板书

启发学生
理解为什
么需要解
决这些问
题。

RIP协议的基本思想：
.
.
.
网络N
R
.
.
.
RIP协议的基本工作原理：
(1)仅和相邻路由器交换信息。

(2)交换的信息是本路由器当前知道的到所 有目的地的距离
（最短距离），即自己的路由表（含距离）。
(3)按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。
当路由表变化时也及时向相邻路由器通告路由信息。
(4)每个路由器根据收到的路由信息更新自己的路由表。
路由器更新路由表实例：
Z
我到网N的距离为d
网N
Y
Y的路由表：
目的下一站
N
N
Z
X
X
路由器Y通过X到网N的距离为d+1
距离
b
d+1 (若d+1

3.“坏消息传播得慢”问题
“坏消息传播得慢”问题实例：




课前根据
学生提交
的讨论课
件，选择
3个典型
案例，各< br>10分钟，
并引导学
生发现问
题、提出
问题并解
决问题

板书

板书

针对路由
选择协议
要 解决的
5个问题
讲解RIP
协议是如
何考虑
的。








板书






通过图例
启发学生
思考并自< /p>

己提出
R
1
R
2
RIP协议
的基本思
网A 2
网A 16
路并引出
网A 3
网A 4
RIP协议
网A 5
的基本工
网A 16
作原理
网A 16


[提问]：这种情况会导致什么后果出现该问题的原因是什么


如何解决该问题


水平分割：如果R2到某网络的下一站为R1，则R2不向R1


通告它到该网络的距离。


[提问]：水平分割能彻底解决该问题吗

水平分割不能彻底解决该问题的实例：


网A网B网C

R
1
R
2

网E网F



R
3



4. RIP2 协议的报文格式

4 字节

路由标记
地址族标识符

网络地址
4 字节

子网 掩码
命令
必为0
版本
本次课的
下一跳路由器地址
重点 距离(1-16)
通过实例
讲解RIP
首部路由部分
协议中路
路 由信息
（20 字节路由）
由器更新
RIP 报文
可重复出现
路由表的
IP UDP
最多25 个
算法
首部首部
UDP 用户数据报

IP 数据报



协议的优缺点


(1)RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。
板书

(2)RIP 存在的一个问题 是当网络出现故障时，要经过比较
通过实例
引出“坏
长的时间才能将此信息传送到所有 的路由器。
消息传播
网A网B网C
……

得慢”问
(3)RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15（16
题

表示不可达）。


(4)路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，

因而随着网络规模的扩大，开销也就增加，收敛慢。




通过提问
作业与思考题：
引出“水
平分割”
1. 4-26

2. 4-30(广域网WAN是点到点链路)





参考资料：
该问题留
给有余力
1．《计算机网络—自 顶向下方法与Internet特色》（第4
的学生课
版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
后继续思
考
工业出版社。

2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民


译，清华大学出版社；





本次课教学体会：

第12讲
内 容
讲课题目：OSPF和路由器
目的要求：理解ICMP的作用、掌握常用ICMP功能、理解路由
选择协议的基本工作原理。
重点难点：路由选择协议
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：

备 注






















板书
板书
针对路由
选择协议
要解决的
5个问题
讲解OSPF
协议是如
何考虑
的。










板书



教学内容与时间安排:
内容回顾与本次课内容介绍
4.5.3 内部网关协议 OSPF
1. OSPF 协议的基本特点
是分布式的链路状态协议。
(1)向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法
是洪泛法（广播）。
( 2)发送的信息就是与相邻路由器间的所有链路的状态，但
这只是路由器所知道的部分信息。“链路状态 ”就是说明本路由
器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。
(3)只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有
路由器发送此信息。
2. 链路状态数据库
由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路
由 器最终都能建立一个链路状态数据库。
这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的（这称为链路状态数据库的同步）。

3. 层次OSPF
边 界路由器
主干路由器
主干区域
区域边
界路由
器
内部
路由器
区域3
区域1

4. OSPF 的五种分组类型
类型1，问候(Hello)分组。
类型2，数据库描述(Database Description)分组。
类型3，链路状态请求(Link State Request)分组。
类型4，链路状态更新(Link State Update)分组，
用洪泛法对全网更新链路状态。
类型5，链路状态确认(Link State Acknowledgment)
分组。
5. OSPF 的特点
OSPF 对不同的链路可根据 IP 分组的不同服务类型 TOS 而
设置成不同的代价。因此，OSPF 对于不同类型的业务可计算出
不同的路由。
如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那 么可以将
通信量分配给这几条路径。这叫作多路径间的负载平衡。
支持可变长度的子网划分和无分类编址 CIDR。
OSPF支持域内层次路由，因此当互联网规模很大时，OSPF
协议要比距离向量协议 RIP 好得多。
OSPF 没有“坏消息传播得慢”的问题，据统计，其响应网
络变化的时间小于 100 ms。









板书
通过图例
讲解边界
路由器、
主干路由
器、内部
路由器和
区 域边界
路由器的
作用









板书
理解各报
文的作用
即可













板书
通过与
RIP比较

讲解
由于OSPF每个路由器获得的是全局信息并独立计算路由，

不易因故障或攻击导致整个路由错误，因此比RIP更加具有健壮



性。


4.5.4 外部网关协议 BGP

1. 分层次的路由选择协议


因特网采用分层次的路由选择协议。


因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络

应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而


所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通


信链路饱和。


许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门


所采用的路由选择协议（这属于本部门内部的事情），但同时还


希望连接到因特网上。

板书
分层路由和自治系统（图例）
首先是要
内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol) ：具体
强调为什
么要进行
的协议有多种，如RIP、OSPF
分层路由
外部网关协议 EGP (External Gateway Protocol) ：目前


使用的协议就是BGP-4


2．BGP 使用的环境不同

因特网的规模太大，使得自治系统之间路由选择非常困难。


对于自治系统之间的路由选择，要寻找最佳路由是很不现实的。


当一条路径通过几个不同 AS 时，要想对这样的路径计算出


有意义的代价是不太可能的。


比较合理的做法是在 AS 之间交换“可达性”信息。


自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略。

图例讲解
因此，边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目
通过图例
的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳
讲解IGP
和 EGP的

关系
路由。


3．BGP 发言人和自治系统 AS


（1）BGP 交换路由信息

一个 BGP 发言人与其他自治系统中的 BGP 发言人要交换路


由信息，就要先建立 TCP 连接，然后在此连接上交换 BGP 报文
为什么
BGP不精
以建立 BGP 会话(session)，利用 BGP 会话交换路由信息。
确求解
“最佳”
使用 TCP 连接能提供可靠的服务，也简化了路由选择协
路由
议。


使用 TCP 连接交换路由信息的两个 BGP 发言人，彼此成为


对方的邻站或对等站。


BGP发言人向邻站通告到所有已知网络的最短路径（包含经

过的所有AS号）


（2）BGP 发言人交换路径向量 （图例）


[提问]BGP有“坏消息传播得慢”的问题吗


（3）AS 的连通图举例 （图例）

BGP 所交换的网络可达性的信息就是要到达某个网络所要经
关键是要
理解BGP
过的一系列 AS。
发言人的
作用，BGP
各 BGP 发言人根据收到的路由信息中找出到达各 网络的较
路由通告
好路由（经过AS最少且无环路的路径），这些路由构成了一个
中的 内容

树状拓扑。


BGP 协议的特点

BGP 协议交换路由信息的结点数量级是自治系统数的量级，



这要比这些自治系统中的网络数少很多。

每一个自治系统中 BGP 发言人（或边界路由器）的数目是


很少的。这样就使得自治系统之间的路由选择不致过分复杂。


4．BGP 协议的特点

BGP 支持 CIDR，因此 BGP 的路由表也就 应当包括目的网络
通过提问
启发学生

前缀、下一跳路由器，以及到达该 目的网络所要经过的各个自治
系统序列。
在BGP 刚刚运行时，BGP 的邻站是交换整个的 BGP 路由
表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销方面都有好处。
是一个路径向量算法（类似距离向量算法），但没有“坏消
息传播得慢的问题”
4.5.5 路由器的结构
路由器的结构图
3——网络层
2——数据链 路层
1——物理层
输入端口
1
2
3
分组处理
转发表
3
3
路由选择处理机
路由选择协议
路由表
输出端口
2
1
路由
选择
输入端口
1
2
输出端口
32
1
分组
转发
交换结构

1. 输入端口
数据链路 层剥去帧首部和尾部后，将分组送到网络层的队列
中排队等待处理。这会产生一定的时延。
2. 交换结构
(1) 通过存储器
(2) 通过总线
(3) 通过互连网络
3. 输出端口
当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层处理模< br>块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线
路。

思考BGP
与RIP的
本质区别
























理解路径
向量算法
















板书
结合图例
讲解路由
器的组成
…
…

作业：
1. 4-41
2. 4-42
预习作业
1. 预习4.5.4回答：BGP为什么不存在“坏消息传播得慢”的
问题（路由环路问题）

参考资料：
1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4
版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：


及其各部
分的关系














关键强调
是查找路
由表是在
输入队列
中完成的


三种交换
结构的比
较





关键是理
解排队时
延的产生
原因

第13讲
内 容
讲课题目：多播、VPN和IPv6
目的要求：理解多播的概念、理解VPN和IP隧道技术、了解
IPv6的特点。
重点难点：IP隧道技术
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：

备 注



















板书






通过图例
说明IP多
播的用途
和重要性






简单介绍
IP多播的
特点和优
点






教学内容与时间安排:
IP 多播
1.
IP 多播的一些特点
(1) 多播使用组地址—— IP 使用 D 类地址支持多播。多
播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址。
(2) 任何主机可以发送多播分组给一个多播组。
(3) 动态的组成员，能够支持任意多的组成员，主机能随时
加入或离开组。
(4) 在局域网上利用硬件多播功能。

2. 在局域网上进行硬件多播
D类IP地址与以太网多播地址的映射关系
3. IGMP和多播路由选择协议
为了使路由器知道多播组成员的信息，需要利用网际组管理
协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)。
IGMP的作用范围

连接在局域网上的多播路由器还必须和因特网上的其他多播< br>路由器协同工作，以便把多播数据报用最小代价传送给所有的组
成员。这就需要使用多播路由选择 协议。

VPN 和NAT
4.7.1 虚拟专用网 VPN
全球地址——全球唯一的IP地址，必须向因特网的管理机
构申请。












理解IGMP
和多播选
路的各自
的作用









通过图例
讲解IGMP
的作用和
作用范围













通过图例
说明多播
路由选择
协议的作
用

本地地址——仅在机构内部使用的 IP 地址，可以由本机构
自行分配，而不 需要向因特网的管理机构申请。在因特网中的所
有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发 。
10.0.0.0 到
到
到
用专线实现专用网（图例）

用隧道技术实现虚拟专用网（图例）

远程接入VPN（图例）


下一代的网际协议 IPv6








板书
板书

通过例子
说明为何
需要虚拟
专用网，
虚拟专用
网 实现中
的隧道技
术和协议
封装
















通过图例
讲解，关
键是让学
生理解IP
隧道技术
的原理

IPv6 仍支持无连接的传送所引进的主要变化如下：


更大的地址空间。IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位 增大到了


128 位。


扩展的地址层次结构。

灵活的首部格式。

改进的选项。


允许协议继续扩充。


支持即插即用（即自动配置）


支持资源的预分配。


1．IPv6首部







编址

128位

板书
IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之


一：

让学生了
(1) 单播(unicast) 单播就是传统的点对点通信。
解IPv6的
(2) 多播(multicast) 多播是一点对多点的通信。
引入的变
化
(3) 任播(anycast) 这是 IPv6 增加的一种类型。任播

的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个，


通常是距离最近的一个。


从 IPv4 向 IPv6 过渡


用双协议栈







强调IPv6

使用隧道技术从 IPv4 到 IPv6 过渡


作业
1. 5-08
2. 5-11
课堂讨论题
两台计算机通过一条双向不可靠（可能出现比特差错、分组
丢失）信道连 接，请设计一个方法实现发送方到接收方的单向可
靠数据通信（无差错、无丢失、不失序、不重复）。
先解决以上基本问题，再考虑若发送方和接收方之间的往返
传播时延很大，你的方法效率如何如 何改进
首部的简
洁性





强调地址
空间的大
小















让学生了
解双栈和
隧道的区
别

发送方
双向不可靠信道
接收方


参考资料：
1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4
版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

第14讲
内 容
讲课题目：运输层概述
目的要求：理解运输层的作用、理解运输层复用与分用、理解
端口号。
重点难点：运输层复用与分用
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：

备 注























板书
板书

根据图例
讲解运输
层的作用
和进程间
的通信
















教学内容与时间安排:
§5 运输层
运输层协议概述
5.1.1 进程之间的通信
运输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信
5
4
3
2
1
主机A
AP
1
AP
2
路由器1
LAN
1< br>WAN
IP 协议的作用范围
运输层协议TCP 和UDP 的作用范围
路由器 2
LAN
2
主机B
AP
3
AP
4
IP 层
AP
1
AP
2
应用进程应用进程
端口
运输层提供应 用进程间的逻辑通信
端口
AP
3
AP
4
5
4
3
2
1
两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通
信。
应用进程之间的通信又称为端到端的通信。
运输层的一个很重要的功能就是复用和分用。应用层不同进

程的报文通过不同的端口向下交到运输层，再往下就共用网络层


提供的服务。

“运输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”的意


思是：运输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上


这两个运输层之间并没有一条水平方向的物理连接。

5.1.2 运输层的两个主要协议


1. TCPIP 的运输层有两个不同的协议：
强调“逻
辑通信”
(1) 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)
的概念
TCP 传送的协议数据单元是 TCP 报文段


(2) 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)

板书
UDP 传送的协议数据单元是 UDP 报文

突出UDP
2. TCP 与 UDP的区别
和TCP的
UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收
区别
到 UDP 报文后，不需要给出任何确认。虽然 UDP 不提供可靠交



付，但在某些情况下 UDP 是一种最有效的工作方式。

TCP 则提供面向连接的服务。TCP 不提供广播或多播服务。


由于 TCP 要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免


地增加了许多的开销。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，


还要占用许多的处理机资源。


5.1.3 运输层的端口


端口号(protocol port number)

在运输层使用协议端口号(protocol port number)，或通常


简称为端口(port)，来帮助标识目的或源应用进程。


端口号可以看作是应用进程的运输层地址。


在协议栈层间的抽象的协议端口是软件端口。


路由器或交换机上的端口是硬件端口。

硬件端口是不同硬件设备进行交互的接口，而软件端口是应

用层的各种协议进程与运输实体进行层间交互的一种地址。
端口用一个 16 位端口号进行标志。
端口号只具有本地意义，即端口号只是为了标志本计算机应
用层中 的各进程。在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联
系的。
三类端口：
(1) 熟知端口，数值一般为 0~1023。
(2) 登记端口号，数值为1024~4 9151，为没有熟知端口号的
应用程序使用的。使用这个范围的端口号必须在 因特网号码管
理局 登记，以防止重复。
(3) 客户端口号或短暂端口号，数值为4915 2~65535，留给
客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时，
就知道了 客户进程所使用的动态端口号。通信结束后，这个端口
号可供其他客户进程以后使用。
用户数据报协议 UDP
5.2.1 UDP 概述
UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了很少一点的功能，即
端口的功能和差错检测的功能。
虽然 UDP 用户数据报只能提供不可靠的交付，但 UDP 在某
些方面有其特殊的优点。
UDP 的主要特点
(1) UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
(2) UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也
不使用拥塞控制。
(3) UDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体
通信的要求。
(4) UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通
板书

理解端口
就是运输
层地址的
概念
让学生理
解为什么
需要端口
号




































板书

板书

信。
UDP与IP
的不同
(5) UDP 的首部开销小，只有 8 个字节。


5.2.2 UDP 的首部格式

44112
字节

源IP 地址目的IP 地址017UDP长度


12
2222
字节

伪首部源端口目的端口
长度
检验和

强调为何
UDP 用户数据报
首部
需要UDP
数据

发送在前

首部数据

IP 数据报



传输控制协议 TCP 概述


5.3.1 TCP 最主要的特点


TCP 是面向连接的运输层协议。

每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP


板书
连接只能是点对点的（一对一）。
图例讲解
TCP 提供可靠交付的服务。
关键是端
口号和校
TCP 提供全双工通信。
验和
面向字节流。


TCP 面向流的概念


发送方接收方

H
表示TCP 报文段的首部
应用进程
应用进程

x
表示序号为x 的数据字节

0
字节流
21
字节流

1
从接收缓存
20
2
把字节写入
读取字节

19
3
发送缓存

TCP
TCP
加上TCP 首部

构成TCP 报文段
54
1817161514


发送TCP 报文段
131211H876H
109H
板书
TCP 连接


板书
应当注意

关键是让
TCP 连接是一条虚连接而不是一条真正的物理连接。


学生理解
TCP 对应用进程一次把多长的报文发送到TCP 的缓存中是不
连接的概
念
关心的。

TCP 根据网络情况决定一次发送多少个字节（一个报文段）


UDP 发送的报文长度是应用进程给出的。


TCP 可把太长的数据块划分短一些再传送。TCP 也可等待积


累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。


5.3.2 TCP 的连接
通过图例
TCP 把连接作为最基本的抽象。
讲解字节
流的概念
每一条 TCP 连接有两个端点。


TCP 连接的端点不是主机，不是主机的IP 地址，不是应用


进程，也不是运输层的协议端口。TCP 连接的端点叫做套接字

(socket)或插口。


端口号拼接到(contatenated with) IP 地址即构成了套接


字。


套接字 (socket)


套接字 socket = (IP地址: 端口号)

每一条 TCP 连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套


接字）所确定。即：


TCP 连接 ::= {socket1, socket2}


= {(IP1: port1), (IP2: port2)}


补充： 网络地址转换 NAT (Network Address


Translation)

1. 概念


网络地址转换 NAT 方法于1994年提出。


需要在专用网连接到因特网的路由器上安装 NAT 软件。装
板书

有 NAT 软件的路由器叫做 NAT路由器，它至少有一个有效的外
与UDP比
部全球地址 IPG。
较讲解面< br>向连接和

无连接复
所有使用本地地址的主机在和外界通信时都要在 NAT 路由
用的区别

器上将其本地地址转换成 IPG 才能和因特网连接。




2. NAT: 网络地址转换例子


S: 10.0.0.1
D: 128.119.40.186

10.0.0.1

1
2
S: 138.76.29.7
D: 128.119.40.186

10.0.0.4
10.0.0.2


138.76.29.1~9

S: 128.119.40.186
S: 128.119.40.186
4
3
10.0.0.3
D: 138.76.29.7
D: 10.0.0.1

板书

内网IP地址外网IP地址

10.0.0.1 138.76.29.7


关键是讲
清楚为什

么需要
NAT
3. 使用端口号的NAT
NAT解决
NAT 转换表
1:主机10.0.0.1
2:NAT路由器改变
WAN 侧地址LAN 侧地址
什么问题
发送数据报到
数据报源地址从
138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345
128.119.40, 80

10.0.0.1, 3345 到
…… ……
138.76.29.7, 5001,

更新表
S: 10.0.0.1, 3345

D: 128.119.40.186, 80
10.0.0.1

1
S: 138.76.29.7, 5001

2
D: 128.119.40.186, 80
10.0.0.4
10.0.0.2

S: 128.119.40.186, 80
138.76.29.7

4
D: 10.0.0.1, 3345
S: 128.119.40.186, 80

3
D: 138.76.29.7, 5001
10.0.0.3
4:NAT 路由器改变数据报

3:到达的应答的目的地址:
目的地址从138.76.29.7,
138.76.29.7, 5001

5001到10.0.0.1, 3345




图示讲解

4. NAT的特点 通过例子
对所有本地网络主机只用少数几个对外IP地址（节省IP地
讲解NAT
的基本工
址）
作原理

能够改变本地网络中的设备地址，而不必通知外部


本地网络中的设备不显式地可寻址、由外部所见(增强安全


性)

通信必须由内部发起，专网主机不能充当因特网服务器

作业
1. 5-08
2. 5-11
课堂讨论题
两台计算机 通过一条双向不可靠（可能出现比特差错、分组
丢失）信道连接，请设计一个方法实现发送方到接收方的 单向可
靠数据通信（无差错、无丢失、不失序、不重复）。
先解决以上基本问题，再考虑若发 送方和接收方之间的往返
传播时延很大，你的方法效率如何如何改进
发送方
双向不可靠信道
接收方


参考资料：
1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4
版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：










图示讲解
通过例子
讲解使用
端口号的
NAT
要使学生
理解为何
要使用端
口号











要突出讲
解NAT的
跨层特性
和某些对
应用的影
响

通过课堂
讨论题让
学生自己
设计一个
简单的可
靠传输协
议 ，有助
于理解下
次课内
容，激发
学生的创
新意识

第15讲
内 容
讲课题目：TCP的可靠数据传输
目的要求：掌握TCP可靠传输原理、流量控制和超时时间的计
算。
重点难点：可靠传输原理和流量控制
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：

备 注


























板书
板书
先简单介
绍一下
TCP可靠
传输的主
要机制













教学内容与时间安排:
回顾与引入
连续 ARQGBN协议与累积确认

TCP 可靠传输的实现
1. TCP可靠传输机制
TCP 连接的每一端都必须设有两个窗口
一个发送窗口和一个接收窗口。
TCP 的可靠传输机制用字节的序号进行控制。TCP 所有的确
认都是基于序号而不是基于报文段。
TCP 两端的四个窗口经常处于动态变化之中。
TCP连接的往返时间 RTT 也不是固定不变的。需要使用特定
的算法估算较为合理的重传时间。
TCP 面向流的概念
2. TCP报文首部字段中可靠传输相关字段

源端口目的端口
板书
序号
介绍TCP
20< br>报文首部
字节
确认号
TCP
固定
字段中可
首部
首部
UAPRSF
数据
靠传输相
RCSSYI
窗口
保留< br>偏移
GKHTNN
关字段
检验和紧急指针


选项（长度可变）填充




3. 举例

主机A
主机B






X

loss








通过举例
时间

说明TCP
的可靠传

输
4. TCP与GBN的区别


接收窗口大小不为1，发送窗口和接收窗口大小动态变化。


TCP 标准没有规定对不按序到达的数据应如何处理。通常是

先临时存放在接收窗口中，等到字节流中所缺少的字节收到后，



再按序交付上层的应用进程。

TCP 要求接收方必须有累积确认的功能。


发生超时，TCP发送方仅对超时的分组重传。


5. TCP的发送窗口与接收窗口


位0 8 16 24 31
超
时

A 发送了11 个字节的数据
A 的发送窗口位置不变
可用窗口
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
3 6
37
38
39
40
41
42
43
44< br>45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
5556
已发送并
收到确认
已发送但未收到确认
P
1
允许发送但尚未发送
P
2
不允许发送
P
3B 的接收窗口
26
27
28
29
30
31
3 2
33
34
35
36
37
38
39
40< br>41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
5556
已发送确认
并交付主机
允许接收
未按序收到
不允许接收
先假设接收窗口与发送窗 口一样大
P
3
–P
1
= A 的发送窗口
P
2
–P
1
= 已发送但尚未收到确认的字节数
P
3
–P
2
= 允许发送但尚未发送的字节数

6. 发送缓存
发送应用程序
TCP发送缓存
发送窗口
已发送
最后被确认
的字节
最后发送
的 字节
序号增大
7. 接收缓存
接收应用程序
TCP
下一个读取的字节
接收缓存
接收窗口
已收到
下一个期望收到的
字节（确认号 ）
序号增大




与GBN比
较学习
















要让学生
理解发送
窗口和接
收窗口的
作用




















关键是发
送缓存与

发送窗口
的关系

TCP 的流量控制


利用滑动窗口实现流量控制

一般说来，我们总是希望数据传输得更快一些。但如果发送


方把数据发送得过快，接收方就可能来不及接收，这就会造成数


据的丢失。

流量控制(flow control)就是让发送方的发送速率不要太


快，要让接收方来得及接收。

关键是接
利用滑动窗口机制可以很方便地在 TCP 连接上实现流量控
收缓存与
制。
接收窗口
主机A主机B
的关系
SEQ = 1
A 还能发送300 字节

SEQ = 101

A 还能发送200 字节

SEQ = 201
丢失！
应用程序取走100 字节

ACK = 201, WIN = 300
允许A 再发送300 字节（序号201 至500）

SEQ = 301

A 还能发送100 字节（序号401 至500）
SEQ = 401

A 不能再发送500 以后的数据

SEQ = 201
A 超时重发（选择重传），但不能继续发送
应用程序取走100 字节

ACK = 501, WIN = 100
允许A 再发送100 字节（序号501 至600）

SEQ = 501

A 不能再发送600以后的数据

ACK = 601, WIN = 0
不允许A 再发送（到序号600 的数据都已收到）

板书
板书
选择确认 SACK（不要求） (Selective ACK)

累积确认的缺点是无法对已正确到达接收方但失序的数据，



可能会因超时导致这些数据的无效重传。

一些TCP实现采用选择确认


接收方收到序号在接收窗口内的失序字节时，在TCP首部


SACK选项中准确告诉发送方收到了哪些失序的数据块，使发送方


不要再重复发送这些已收到的数据。


超时重传时间的选择

重传机制是 TCP 中最重要和最复杂的问题之一。


1. 往返时延的方差很大


由于 TCP 的下层是一个互联网环境，IP 数据报所选择的路

通过实
由变化很大。因而运输层的往返时间的方差也很大。
例，结合
往返时间的
图示与板
概率分布
书讲解流
量控制

数据链路层

运输层


时间

T
1
T
2
T
3



2. 加权平均往返时间


新的RTT
S
(1)(旧的RTT
S
)(新的RTT样本)

(5-4)
简单提一
下提一下

SACK要解
决的问题
3. 超时重传时间 RTO (RetransmissionTime-Out)

RTO 应略大于上面得出的加权平均往返时间 RTTS。


RTO RTT
S
+ 4 RTT
D
(5-5)


RTTD 是 RTT 的偏差的加权平均值：


新的 RTT
D
= (1 ) (旧的RTT
D
)

+ RTT
S
新的 RTT 样本


(5-6)


4. Karn 算法
板书
板书
重传时无法正确测量RTT


板书
通过图示
讲解说明
为什么超
时重传时< br>间的选择
在TCP中
很重要

主机A
主机B
X
时间
丢失确认的情况

Karn 算法
在计算平均往返时间 RTT 时，只要报文段重传了，就不采
用其往返时间样本。
报文段每重传一次，就把RTO增大一些：
新的 RTO (旧的 RTO)

作业
1. 5-23
2. 5-26
3. 5-30

预习作业
预习、（不要求），回答以下问题：
1. 什么是拥塞控制
2. TCP拥塞控制的基本思想是什么（用3句话总结）

参考资料：
1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4






板书
突出加权
平均的物
理意义





板书
超时重传
时间 RTO
与RTTD的
关系









图示讲解
为什么不
能对重传
报文段进
行估计往
返时延













超
时

版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

第16讲
内 容
讲课题目：TCP连接管理与拥塞控制机制
目的要求：理解 TCP为何需要建立连接、掌握TCP建立连接和
释放连接的过程；掌握拥塞控制的基本概念和TCP的 拥塞控制机
制的基本原理。
重点难点：三次握手、TCP的拥塞控制机制
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：

拥塞控制
目的要求：
备 注
























板书
关键是让
学生理解
为何要建
立连接，< br>连接的建
立过程中
通信双方
作了哪些
准备工作












教学内容与时间安排:
TCP 的运输连接管理1. 运输连接的三个阶段
运 输连接就有三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释
放。运输连接的管理就是使运输连接的建立和释 放都能正常地进
行。
连接建立过程中要解决以下三个问题：
要使每一方能够确知对方的存在。
要允许双方协商一些参数（如最大报文段长度，最大窗口大
小，服务质量等）。
能够对运输实体资源（如缓存大小，连接表中的项目等）进
行分配。
客户服务器方式
TCP 连接的建立都是采用客户服务器方式。
主动发起连接建立的应用进程叫做客户(client)。

被动等待连接建立的应用进程叫做服务器(server)。

2. TCP报文段首部中与TCP连接管理相关的字段
位0 8 16 24 31
源端口
序号
目的端口
T CP
首部
确
数据
偏移
保留
认号
窗口
紧急指 针
UAPRSF
RCSSYI
GKHTNN
20
字节
固定< br>首部
检验和
选项（长度可变）填充

3. TCP建立连接的过程（三次握手）
客户机
SYN, seq= x
服务器
SYN, seq = y, ack = x + 1
seq = x+1,ack = y + 1

三次握手的原因

4. TCP释放连接的过程















板书
图示讲解
介绍与连

接管理相
关的字段














板书
图示讲解

介绍TCP
建立连接
的基本过
程






分析为什

么要进行
三次握手

板书












提问：为何要超时等待



图示讲解

TCP 的有限状态机(不要求)
突出TCP
连接的关
每台机器都要对每个TCP连接维护其状态。
闭是两个
TCP 连接表对每个连接都登记了其连接信息。除本地和远地
方向分别
关闭的
的 IP 地址和端口号外，还要记录每一个连接所处的状态。


TCP的拥塞控制

拥塞控制的一般原理


1. 拥塞控制的概念


在某段时间，若对网络中某资源的需求超过了该资源所能提


供的可用部分，网络的性能就要变坏——产生拥塞

提问
(congestion)。

出现资源拥塞的条件：


对资源需求的总和 > 可用资源 (5-7)





2. 网络拥塞的危害




板书

A
B
100M
100M
100M10M
100M
C
D

理想吞吐量为100M
不加任何控制只能达到60M
当分组丢失时, 任何用于传输该分组的上游传输能力都被浪
费!
3. 拥塞控制所起的作用
吞吐量
理想的拥塞控制
实际的拥塞控制
无拥塞控制
死锁（吞吐量= 0）
提供的负载
0
轻度
拥塞
拥塞

4. 拥塞控制与流量控制的关系
拥塞控制是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、所有的
路由 器，以及与降低网络传输性能有关的所有因素。
流量控制往往指在给定的发送端和接收端之间的点对点通信
量的控制。
流量控制所要做的就是抑制发送端发送数据的速率，以便使
接收端来得及接收。
5. 拥塞控制方法
网络辅助的拥塞控制:
路由器为端系统提供反馈
端到端的拥塞控制:
不能从网络得到明确的反馈
板书

板书












板书
通过实例
讲解网络
拥塞所带
来的危害，以及
为什么会
有这样的
危害











板书

突出辩证
思维

从端系统根据观察到的时延和丢包现象推断出拥塞
这是TCP所采用的方法
几种拥塞控制方法(TCP的拥塞控制机制)
1. 拥塞窗口
发送方维持一个叫做拥塞窗口 cwnd (congestion window)
的状态变量。拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态
地在变化。发送窗口不能大于拥塞窗口 。
发送方控制拥塞窗口的原则是：只要网络没有出现拥塞，拥
塞窗口就再增大一些，以便把更 多的分组发送出去。但只要网络
出现拥塞，拥塞窗口就减小一些，以减少注入到网络中的分组
数 。
2. 慢开始
刚建立连接准备发送数据时不知道网络可用带宽情况，先慢
慢发 送，再逐步提高发送速率，试探网络可用带宽
在主机刚刚开始发送报文段时可先设置拥塞窗口 cwnd = 1
（一个最大报文段 MSS 的数值）。
在每收到一个对新的报文段的确认后，将拥塞窗口加 1，即
增加一个 MSS 的数值。
用这样的方法逐步增大发送端的拥塞窗口 cwnd，可以使分
组注入到网络的速率更加合理。


板书

本质区别
和联系











板书













板书
板书


理解TCP
控制流量
的基本方
法









板书

通过板书
发送M
1
cwnd = 1
讲解
轮次1
确认M
1


cwnd = 2
发送M
2
~M
3

确认M
2
~M
3
轮次2


cwnd = 4
发送M
4
~M
7

确认M
4
~M
7

轮次3



cwnd = 8 发送M
8
~M
15


tt


注意：虽然初始拥塞窗口很小，但随时间以指数方式增长。





3. 拥塞避免


由于慢开始窗口增长很快，为避免很快又导致网络拥塞，在
关键是让
接近上次发生拥塞的地方 就放慢窗口的增长速度，进入拥塞避免
学生理解
虽然初始
阶段
拥塞窗口很小，但
当发生拥塞时，将当时的拥塞窗口的一半（但不能小于2）
随时间以
设置 为从慢开始到拥塞避免的门限： ssthresh
指数方式
增长。
当 cwnd < ssthresh 时，使用慢开始算法。


当 cwnd > ssthresh 时，停止使用慢开始算法而改用拥塞

避免算法，即使拥塞窗口 cwnd 按线性规律缓慢增长，即每经过


一个往返时间 RTT 就把发送方的拥塞窗口 cwnd 加 1 ，而不是


加倍 。


当 cwnd = ssthresh 时，既可使用慢开始算法，也可使用
板书

拥塞避免算法。

当网络出现拥塞时
突出为何
需要拥塞
无论在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网
避免
络出现拥塞（其根据就是没有按时收到确认），就要把慢开始门


限 ssthresh 设置为出现拥塞时的发送方窗口值的一半（但不能

发送方
接收方
…

小于2）。


然后把拥塞窗口 cwnd 重新设置为 1，执行慢开始算法。

这样做的目的就是要迅速减少主机发送到网络中的分组数，



使得发生拥塞的路由器有足够时间把队列中积压的分组处理完

毕。

慢开始和拥塞避免算法的实现举例

拥塞窗口cwnd

拥塞避免
网络拥塞
“加法增大”

24
拥塞避免
“加法增大”

20
“乘法减小”

ssthresh 的初始值
16

新的ssthresh 值
12

8

指数规律增长
4
慢开始
传输轮次

0
6182022

慢开始
慢开始




通过冗余ACK发现分组丢失

发送方
接收方

发送M
1


发送M
2
确认M
1

确认M
2
发送M
3

丢失
？

发送M
4

重复确认M
2
发送M
5


收到三个连续的
重复确认M
2
发送M
6
对M
2
的重复确认

重复确认M
2
发送M
7

立即重传M
3


tt

通过实例

讲解拥塞
控制的过
4. 快重传和快恢复
程
发送方只要一连收到三个重复确认就认为有报文段丢失，应


当立即重传该报文段。


快重传并非取消重传计时器，而是在某些情况下可更早地重


传丢失的报文段。

发现分组丢失，说明网络拥塞，应采取行动


快恢复算法

(1) 当发送端收到连续三个重复的确认时，就执行“乘法减
通过实例
引出快速小”算法，把慢开始门限 ssthresh 减半。(但不执行慢开始算
重传

法)。


(2)发送方认为网络拥塞不严重，因此不执行慢开始算法，


即拥塞窗口 cwnd 现在不设置为 1，而是设置为慢开始门限


ssthresh 减半后的新数值，然后开始执行拥塞避免算法（“加

法增大”），使拥塞窗口缓慢地线性增大。


连续收到三个重复的确认转入拥塞避免

收到3 个重复的确认

执行快重传算法
拥塞窗口cwnd

接着块恢复

24

拥塞避免
TCP Reno
拥塞避免
20
“加法增大”

版本
“加法增大”
“乘法减小”

ssthresh 的初始值
16
板书
新的ssthresh 值
12
TCP Tahoe 版本
快恢复

8
(已废弃不用）

4
慢开始
慢开始

传输轮次
0

6182022





作业


1. 5-39


预习作业

通过提问
预习（理解图5-315-32, 不要求），回答以下问题：
让学生理
TCP为什么要在传输数据前先要建立连接
解对待拥
塞现象为
如何判断一个TCP报文段是一个连接请求报文
何要采取
不同的控
如何判断一个TCP报文段是一个释放连接请求的报文
制行为



参考资料：


1．《计算机网络—自顶向下方法与Internet特色》（第4

版），（美）James F. Kurose Keith W. Ross着陈鸣译，机械
工业出版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
译，清华大学出版社；

本次课教学体会：

第17讲
内 容
讲课题目：应用层协议原理、因特网目录服务DNS
目的要求：理解应用层协议原理，包括网 络应用程序体系结
构、进程通信、应用层协议的功能和作用、以及应用所需的服务
和因特网运输 层提供的服务。掌握DNS的功能和作用，理解其工
作过程和原理。
重点难点：DNS的工作原理
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：
备 注





























此处板书


幻灯并讲
解：强调
应用层位
于网络的
端系统
中。


此处板书
幻灯并讲
解：
此处重点


教学内容与时间安排:
§6 应用层
内容回顾与本次课内容介绍
一、应用层协议原理(§
(一)概述
1、网络应用程序例子；
2、在端系统之间的网络应用通信示意图。

(二)网络应用程序体系结构
1、应用程序体系结构；
2、客户机服务器体系结构（图例）；
3、P2P体系结构（图例）；
4、混合体系结构。

(三)进程通信

1、客户机和服务器进程；
2、套接字；
3、应用进程、套接字和运输协议的关系图；
4、端进程寻址。

(四)应用层协议
1、应用层协议定义的内容；
2、应用层协议和网络应用的区别（实例说明）。

(五)应用需要什么服务
1、可靠数据传输；
2、实时性；
3、部分应用对服务的要求对照表。

(六)因特网运输协议提供的服务
1、TCP服务；
2、UDP服务；
3、部分应用使用的运输协议。

二、DNS：因特网目录服务(§ 45 分钟
1.
2.

(一)DNS提供的服务
1.
2.
3.
DNS及其功能；
举例说明访问网页时如何利用DNS获得IP地址；
DNS提供的一些重要服务。
主机名和IP地址；
为何需要DNS。
强调客户
机服务器
体系结
构，其他
略讲。



此处板书
幻灯并讲
解：使学
生理解客
户机服务
器的概
念，理解
套接字接
口的作
用。



此处板书
幻灯并讲
解：重点
是应用层
协议要规
定什么。


此处板书
幻灯并讲
解：使学
生理解不
同应用 对
网络传输
有不同的
要求。


此处板书
幻灯并讲
解：从服
务的角度
介绍TCP
和UDP。

(二)DNS工作机理概述
1.
2.
3.
4.

(三)DNS记录和报文
1.
2.
3.

回顾与小结： 5 分钟
1、网络应用程序体系结构、进程通信；
2、应用层协议的功能和作用；
3、应用所需的服务和因特网运输层提供的服务；
4、为何需要DNS；
5、DNS的工作原理。

作业与思考题：
1．简述应用层协议定义的内容。
2．DNS有哪两种查询方式，简述这两种方式。

参考资料：
1．《计算机网络》（第4版），谢希仁编着，电子工业出
版社。
2．《计算机网络》（第4版），（美）特南鲍姆着潘爱民
DNS记录4元组；
DNS报文格式；
在DNS数据库中插入记录。
分布式、层次数据库；
DNS服务器；
递归查询和迭代查询（图例）；
DNS缓存。


此处板书

幻灯并讲
解：使学
生理解
DNS的目
的。


此处板书
幻灯并讲
解：使学
生理解
DNS能干
什么。



此处板书
幻灯并讲
解：使学
生掌握
DNS工作
原理，各
DNS服务
器的作
用。



此处板书
幻灯并讲
解：使学
生理解
DNS是如
何维护信
息的。

译，清华大学出版社；
3．《计算机网络与互联网》，（美）Douglas E. Comer着
徐良贤等译，电子工业出版社。

本次课教学体会：

第18讲
内 容
讲课题目：Web应用和HTTP协议
目的要求：掌握Web应用的基本工作原理，掌握HT TP的三种
连接方式，掌握Cookie的用途和基本工作原理，掌握Web缓存
的工作原理和 作用。
重点难点：HTTP的三种连接方式
方法步骤：课堂讲解与实例介绍
器材保障：电脑、投影
时间地点：
备 注
























此处板书
幻灯并讲
解：让学
生对Web
应用的基
本工作原
理有一个
整体的认
识。



此处板书
幻灯并讲
解：比较
不同连接
方式的效
率。



教学内容与时间安排:
内容回顾与本次课内容介绍
一、Web应用和HTTP协议(§
(一) Web应用和HTTP概述
1.
2.
等；
2.

(二)非持久连接和持久连接
1.
2.
3.
4.

(三)HTTP报文格式
非持久连接的工作过程（图例）；
并行连接；
持久连接的工作过程（图例）；
非流水线方式和流水线方式。
HTTP请求与响应（图例）
Web应用的地位
术语：对象、基本HTML文件、浏览器、Web服务器