《TCP/IP》教學大綱（學時 60課時 ）一、課程的性質與任務本課程是嵌入式網絡開發(fā)的基礎課程之一，主要應用在網絡程序的編寫和網絡結構的分析和網絡服務的搭建和優(yōu)化，學員必須熟悉linux 操作

《TCP/IP》教學大綱

（學時 60課時 ）

一、課程的性質與任務

本課程是嵌入式網絡開發(fā)的基礎課程之一，主要應用在網絡程序的編寫和網絡結構的分析和網絡服務的搭建和優(yōu)化，學員必須熟悉linux 操作系統(tǒng)，并且對C 語言熟悉。本課程主要從理論出發(fā)，以實踐展示具體的實現(xiàn)和機制，使學員具備TCP/IP的網絡應用、網絡程序開發(fā)和維護的技能。

二、培訓目標

使學員具備網絡理論知識，熟悉網絡開發(fā)環(huán)境，具備網絡通訊程序的設計和編寫能力。能夠進行網絡程序的總體設計和服務器應用軟件的開發(fā)

三、課程內容、基本要求與學時分配

主要是對各項理論知識的掌握，并且利用已有的知識解決實際工作中遇到的問題，學員對各知識點要有不同的掌握程度（掌握；理解；了解）。

(一) 網絡基本概念和計算機網絡體系結構

1. 了解分層的意義，理解為什么使用層次管理計算機體系

2. 掌握TCP/IP的分層的結構和依托關系，理解在各個層次上的軟件和硬件的具體實現(xiàn)

3. 了解互聯(lián)網的地址，理解地址的分類和范圍規(guī)定

4. 了解域名系統(tǒng)結構和域名的組成，掌握如何解析域名

5. 了解封裝概念，理解頭部封裝和尾部封裝的區(qū)別和各自的優(yōu)缺點

6. 理解分用概念，理解多種分用的依據

7. 了解客戶-服務器模型的兩種形式，理解兩種模型各自的服務方式和進程調度方法

8. 理解端口號和入口地址間的關系，理解系統(tǒng)為什么使用端口號分離服務

9. 理解RFC 概念，掌握如何獲取最新的RFC

10. 了解應用編程接口，了解常見的應用程序編程接口的差異

(二) 鏈路層

1. 掌握以太網和IEEE 802封裝以及之間8位的差異性

2. 掌握尾部封裝的方法，了解常見的尾部封裝的協(xié)議包

3. 了解SLIP （串行線路IP ），掌握SLIP 的包封裝格式

4. 理解壓縮的SLIP ，掌握壓縮的SLIP 的包封裝格式

5. 了解PPP ：點對點協(xié)議，了解常見的PPP 協(xié)議設備以及掌握PPP 設備的撥號方式

6. 理解環(huán)回接口，掌握換回接口發(fā)送和接收數(shù)據的流程，理解IP 的輸出和輸入緩沖池

7. 理解最大傳輸單元MTU ，了解主機MTU 值的確定和發(fā)現(xiàn)

8. 理解路徑MTU ，掌握使用應用程序發(fā)現(xiàn)路徑MTU

9. 掌握串行線路吞吐量計算 4課時 2課時

(三) IP ：網際協(xié)議

1. 理解IP 協(xié)議的封裝形式和頭部參數(shù)，掌握頭部中各種參數(shù)的值項

2. 理解IP 路由選擇的過程，了解IP 的選路機制

3. 理解子網掩碼的含義，掌握使用子網掩碼劃分網絡

4. 了解特殊情況的IP 地址，掌握特殊IP 地址的應用和分類

5. 掌握使用ifconfig 命令發(fā)現(xiàn)和修改網絡配置參數(shù)

6. 掌握使用netstat 命令發(fā)現(xiàn)網絡狀態(tài)

7. 了解IP 的未來發(fā)展方向，了解多種IPV4升級方案的不同 2課時

(四) ARP ：地址解析協(xié)議

1. 理解ARP 高速緩存的作用，掌握如何獲取高速緩存數(shù)據

2. 了解ARP 的分組格式，

3. 掌握對不存在主機的ARP 請求時數(shù)據幀的發(fā)送和接收規(guī)則

4. 掌握ARP 高速緩存超時設置

5. 理解ARP 代理以及代理的應用環(huán)境

6. 掌握arp 命令，進行添加和刪除arp 緩存和信息傳遞 1課時

(五) RARP ：逆地址解析協(xié)議

1. 了解RARP 的分組格式

2. 理解反向地址解析協(xié)議的應用環(huán)境

3. 掌握RARP 服務器的設計 1課時

(六) ICMP ：Internet 控制報文協(xié)議 2課時

1. 理解ICMP 的應用環(huán)境，了解ICMP 報文的類型，理解各種ICMP 報文的應用和結構

2. 掌握ICMP 地址掩碼請求與應答的工作過程

3. 掌握ICMP 時間戳請求與應答的工作過程

4. 掌握ICMP 端口不可達差錯的工作過程

5. 理解ICMP 報文的4.4BSD 處理，理解源程序的設計

(七) Ping 程序

1. 掌握使用C 語言進行網絡探測程序ping 的編寫，理解PING 程序的設計

2. 掌握PING 在LAN 、WAN 、線路SLIP 、撥號SLIP 上的輸出

3. 理解IP 記錄路由選項，掌握使用PING 程序獲取路由信息，理解PING 獲取路由的缺陷

4. 理解異常的PING 輸出

5. 掌握IP 時間戳選項

(八) Traceroute 程序

1. 掌握使用Traceroute 程序進行路由跟蹤

2. 掌握使用Traceroute 的局域網、廣域網輸出

3. 理解IP 源站選路選項和源站選路的優(yōu)點和缺點

4. 掌握寬松的源站選路的traceroute 2課時 2課時

5. 掌握嚴格的源站選路的traceroute

6. 掌握寬松的源站選路traceroute 程序的往返路由

(九) IP 選路

1. 理解選路的原理和IP 選路的不確定性

2. 理解路由表的組成和編寫簡單路由表，掌握初始化路由表，編寫較復雜的路由表

3. 理解沒有到達目的地的路由的處理方式，掌握ICMP 主機與網絡不可達差錯、轉發(fā)或不轉發(fā)、

ICMP 重定向差錯、ICMP 路由器發(fā)現(xiàn)報文的工作方法

4. 掌握路由器操作，掌握利用ROUTE 程序操作主機路由表

(十) 動態(tài)選路協(xié)議

1. 理解動態(tài)選路概念，理解路由器學習能力

2. 理解Unix 選路守護程序，掌握如何終止和開始守護程序

3. 理解RIP ：選路信息協(xié)議的包格式，理解包中參數(shù)概念

4. 了解多種動態(tài)選路協(xié)議的不同和包格式（RIP 版本2，OSPF ：開放最短路徑優(yōu)先，BGP ：邊

界網關協(xié)議，CIDR ：無類型域間選路）

(十一) UDP ：用戶數(shù)據報協(xié)議 4課時 2課時 2課時

1. 掌握UDP 首部格式，掌握各種參數(shù)的含義和取值范圍，理解校驗和的產生和運算，理解UDP

校驗和和IP 首部校驗和的不同

2. 掌握使用tcpdump 應用程序抓取數(shù)據報并分析UDP 包的傳輸過程和IP 分片過程及原理

3. 掌握使用Traceroute 確定路徑MTU 和采用UDP 的路徑MTU 發(fā)現(xiàn)

4. 理解UDP 和ARP 之間的交互作用

5. 掌握確認最大UDP 數(shù)據報長度和ICMP 源站抑制差錯

6. 理解UDP 服務器的設計原理

(十二) 廣播和多播 2課時

1. 了解廣播含義，了解廣播的分類（受限的廣播、指向網絡的廣播、指向子網的廣播、指向所

有子網的廣播），

2. 掌握如何實現(xiàn)廣播和避免廣播風暴的產生

3. 了解多播含義，掌握多播組地址結構

4. 掌握多播組地址到以太網地址的轉換

5. 了解FDDI 和令牌環(huán)網絡中的多播

(十三) IGMP ：Internet 組管理協(xié)議 2課時

1. 理解組管理協(xié)議的包結構，掌握組管理協(xié)議的實現(xiàn)，掌握包頭的分析和參數(shù)概念

2. 掌握IGMP 報告和查詢

3. 理解生存時間字段和生存時間的運算

(十四) DNS ：域名系統(tǒng) 2課時

1. 理解DNS 系統(tǒng)的概念和報文格式，掌握域名結構體

2. 理解域名系統(tǒng)的工作過程，應用服務程序實現(xiàn)DNS 服務

3. 理解DNS 查詢報文中的問題部分、DNS 響應報文中的資源記錄部分

4. 掌握指針查詢，理解逆向查詢的適用環(huán)境

5. 理解資源記錄和高速緩存的形成，掌握如何高效利用高速緩存信息

6. 理解用UDP 還是用TCP 實現(xiàn)DNS 協(xié)議時遇到的問題和解決方法

(十五) TFTP ：簡單文件傳送協(xié)議 1課時

1. 了解TFTP 的報文格式和傳輸方式

2. 理解該協(xié)議的安全以及應用環(huán)境

3. 掌握使用應用服務程序實現(xiàn)該服務協(xié)議

(十六) BOOTP: 引導程序協(xié)議和DHCP 動態(tài)主機配置協(xié)議 2課時

1. 了解BOOTP 的分組格式

2. 掌握BOOTP 服務器的設計，掌握如何使使用UDP 的BOOTP 穿越路由器

3. 了解DHCP 的分組格式

4. 理解DHCP 服務的工作過程，掌握DHCP 服務器的設計以及如何實現(xiàn)DHCP PROXY

5. 理解兩種網絡配置參數(shù)傳送協(xié)議的差異，理解協(xié)議的跨路由傳播方式，應用服務程序實現(xiàn) (十七) TCP ：傳輸控制協(xié)議 4課時

1. 理解TCP 協(xié)議的工作方式和首部字段

2. 掌握TCP 的雙工、連接、可靠數(shù)據流等特性

3. 掌握狀態(tài)變遷過程中的觸發(fā)事件

4. 掌握服務器的設計和端口的操作

5. 掌握TCP 連接的建立與終止過程，以及發(fā)送包格式

6. 掌握使用tcpdump 的輸出進行TCP 數(shù)據包的分析

7. 理解服務類型字段

8. 理解TCP 的全雙工工作方式，以及如何實現(xiàn)半連接，檢測半打開連接

(十八) TCP 的數(shù)據流 2課時

1. 理解實現(xiàn)交互數(shù)據流輸入的Nagle 算法

2. 理解窗口的實現(xiàn)和探測

3. 理解成塊數(shù)據流的傳送過程和帶寬吞吐量窗口大小通告

4. 掌握計算成塊數(shù)據的吞吐量和帶寬時延乘積

5. 了解擁塞的產生，了解如何使系統(tǒng)及線路避免擁塞

(十九) TCP 的超時與重傳 2課時

1. 理解超時重傳機制的實現(xiàn)方式

2. 掌握如何估算和探測超時時間，掌握定時器時鐘嘀嗒的計算

3. 理解擁塞避免算法、快速重傳與快速恢復算法

4. 理解TCP 的堅持定時器、TCP 的?；疃〞r器

5. 了解TCP 的未來和性能路徑[MTU發(fā)現(xiàn)，大分組還是小分組，長肥管道，窗口擴大，時間戳

選項，PAWS ：防止回繞的序號]

(二十) SNMP ：簡單網絡管理協(xié)議 1課時

1. 掌握網絡管理協(xié)議的工作模式

2. 理解網絡管理協(xié)議的包頭格式

3. 理解管理信息結構、對象標識符、管理信息庫基本概念

4. 了解SNMPv2的改進和安全性

5. 掌握snmp 包中實例標識、簡單變量、表格、字典式排序、get-next 操作、表格的訪問等操作 (二十一) Telnet和Rlogin ：遠程登錄

1. 了解Rlogin 和Telnet 的報頭格式

2. 掌握NVT 的工作過程，掌握使用應用服務程序實現(xiàn)遠程登陸的服務器端和客戶端

3. 理解客戶的轉義符使用，NVT 的工作原理

4. 理解選項協(xié)商、子選項協(xié)商的基本意義

5. 掌握半雙工、一次一字符、一次一行或行方式的工作過程

(二十二) FTP：文件傳送協(xié)議

1. 了解FTP 協(xié)議的包托格式和連接過程

2. 理解FTP 服務的多端口工作模式

3. 掌握FTP 服務器的搭建和客戶端的命令操作

4. 理解臨時數(shù)據端口和默認數(shù)據端口的分用依據

5. 理解使用NVT ASCII：文本文件傳輸

6. 理解匿名FTP 的構成和掌握使用匿名用戶登錄anonymous 服務器進行文件操作

(二十三) SMTP：簡單郵件傳送協(xié)議

1. 理解郵件傳輸協(xié)議的格式和工作模式

2. 理解郵件（信封、首部和正文）的組成和投遞過程

3. 掌握使用服務軟件實現(xiàn)主機間投遞郵件和服務器的搭建

4. 掌握使用SMTP 命令在客戶端發(fā)送和接收郵件

5. 理解中繼代理和郵件交換的規(guī)則，理解郵件重新投遞的重試間隔

(二十四) 網絡文件系統(tǒng)

1. 理解網絡文件系統(tǒng)得實現(xiàn)機制

2. 理解Sun 遠程過程調用的產生背景和當前存在問題

3. 掌握服務器實現(xiàn)NFS 文件服務，了解NFS 的工作流程

4. 了解第3版的NFS 2課時 2課時 2課時 2課時

(二十五) TCP/IP軟件體系結構

1. 了解TCP/IP協(xié)議的實現(xiàn)——操作系統(tǒng)實現(xiàn)

2. 掌握進程間通信的基本方式（信號燈，中斷）

3. 掌握進程間的通信過程和進程狀態(tài)的控制，掌握進程的創(chuàng)建和終止 4課時

4. 掌握幾種通信機制的使用和算法實現(xiàn)計數(shù)信號燈(counting semaphores)、端口(ports)、消息傳

遞(message passing)

5. 掌握應用程序編程接口，berkeley software distribution UNIX 的Socket 接口、windows 的接

口定義winsock 接口、system V的接口定義TLI 接口

6. 理解進程的同步和互斥以及掌握同步和互斥采用的算法

7. 理解網絡數(shù)據輸入與輸出的順序

8. 理解系統(tǒng)調用的含義，掌握各種系統(tǒng)調用的不同以及調用的時序關系

9. 掌握用socket 實現(xiàn)并發(fā)服務器

10. 掌握如何調用操作系統(tǒng)外提供的庫函數(shù)

(二十六) 程序設計

1. 理解插口程序的編寫原則

2. 掌握進程、描述符和插口、socket 系統(tǒng)調用、socreate 等函數(shù)的使用

3. 掌握使用系統(tǒng)調用編寫插口程序

4. 理解常見的網絡層，傳輸層插口程序的設計

5. 掌握添加IP 和UDP 首部、IP 輸出/輸入、以太網輸出/輸入、UDP 輸出/輸入程序的編寫 6課時

四、課程的其它教學環(huán)節(jié)（試驗，全部在linux 平臺下實現(xiàn)）

(一) 試驗一：WWW 服務器的搭建和配置 4課時

理解客戶-服務器的兩種運行模式，理解端口，分用，網絡地址的概念，掌握使用apache 搭建www 發(fā)布服務器和如何優(yōu)化www 服務器

(二) 試驗二：網絡配置參數(shù)的探測和設定

理解網絡配置參數(shù)的設定規(guī)則和獲取，掌握使用實用程序設定

(三) 試驗三：閱讀、改進并編譯ping 程序代碼 4課時 2課時

理解PING 程序的工作原理，理解ICMP 報文的工作方式，掌握編寫TCP/IP程序的基本原則

(四) 試驗四：閱讀、改進并編譯Traceroute 程序代碼

理解Traceroute 程序的工作原理，掌握使用Traceroute 程序探測路徑

(五) 試驗五：路由器操作 4課時 4課時

理解靜態(tài)路由表和具有自動學習功能的動態(tài)路由更新的方式，掌握如何使用遠程控制方式操作路由器選項，掌握修改主機路由表

(六) 試驗六：使用代理服務器和NAT 方式實現(xiàn)網絡互聯(lián) 4課時

理解網絡間數(shù)據包的傳送和網關的作用，理解使用高層代理服務器和網絡層網關的數(shù)據包轉發(fā)技術的差異，掌握使用linux 自己的路由轉發(fā)功能實現(xiàn)NAT 以及使用squid 實現(xiàn)代理服務器

(七) 試驗七：域名系統(tǒng)的實現(xiàn)和維護 4課時

理解域名系統(tǒng)的現(xiàn)實應用，理解域的構成，掌握域名系統(tǒng)的工作方式，掌握使用名字服務守護程序bind 進行域的管理

(八) 試驗八：DHCP 服務的配置和管理 4課時

理解DHCP 和BOOTP 協(xié)議的差異，理解DHCP 的工作過程中數(shù)據包的傳送順序，掌握使用守護程序建立DHCP 服務器和使用DHCP 客戶端

(九) 試驗九：使用sock 程序探測TCP 連接 4課時

理解sock 程序的組成，掌握使用sock 程序探測TCP 連接的建立和關閉，察看TCP 工作的雙工狀態(tài)和分析狀態(tài)變遷

(十) 試驗十：TFTP 和FTP 服務，以及存在的差異性 4課時

理解TFTP 和FTP 協(xié)議的不同，掌握使用TCP 和UDP 協(xié)議傳送文件的工作方式的差異，理解FTP 使用雙端口進行服務的優(yōu)點，掌握使用FTP 和TFTP 服務器端以及客戶端進行數(shù)據傳遞

(十一) 試驗十一：SMTP 配置和管理 4課時

了解SMTP 的工作方式和郵件交換的規(guī)則，掌握建立SMTP 服務器的方式和如何使用SMTP 客戶端

(十二) 試驗十二：NFS 的配置與管理 4課時

理解網絡文件系統(tǒng)得實現(xiàn)機制，掌握服務器實現(xiàn)NFS 文件服務，了解NFS 的工作流程，掌握如何在網絡內共享文件

(十三) 試驗十三：使用偽代碼實現(xiàn)進程通信的思想 4課時

掌握進程間通信的基本方式（信號燈，中斷），掌握進程間的通信過程和進程狀態(tài)的控制，掌握進程的創(chuàng)建和終止，理解進程的同步和互斥以及掌握同步和互斥采用的算法，掌握使用偽代碼的形式編寫進程通信程序

(十四) 試驗十四：編寫網絡層插口程序 4課時

掌握編寫網絡層程序的能力，理解網絡層工作協(xié)議和上層以及下層溝通的接口，掌握如何控制IP 包的首部子段

(十五) 試驗十五：編寫傳輸層插口程序 6課時

掌握編寫傳輸層程序的能力，理解傳輸層工作協(xié)議和上層以及下層溝通的接口，掌握如何控制傳輸層包的首部子段，特別要區(qū)分使用TCP 和UDP 的數(shù)據包的封裝

五、說明

本課程需要部分網絡設備，如防火墻、路由器、交換機、專業(yè)服務器、撥號上網條、ADSL 上網條件

1．本課程的先修課程為《LINUX 》、《C 語言程序設計》《計算機網絡基礎》

2．每課都附帶試驗，并且在整個課程結束后進行考試，可以采用開卷的形式。。

六、課程使用的教材和主要參考書

使 用 教 材： 《TCP/IP詳解卷1：協(xié)議》W.Richard Stevens 著 機械工業(yè)出版社 出版社

主要參考書： 1．《高效配置TCP/IP》Gray Govanus 著 電子工業(yè)出版社 出版社

2．《TCP/IP詳解卷2：實現(xiàn)》W.Richard Stevens 著 機械工業(yè)出版社 出版社

3．《TCP/IP詳解卷3：TCP 事務協(xié)議、HTTP 、NNT 和UNI 域協(xié)議》W.Richard Stevens 著 機械工業(yè)出版社 出版社

教學大綱制訂者：王占峰

2013年7月10日