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计算机网络：自顶向下方法 cover

计算机科学

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计算机网络：自顶向下方法

James F. Kurose; Keith W. Ross

英文原名: Computer Networking: A Top-Down Approach

从应用层开始，逐步讲解传输层、网络层、链路层和物理层，并以互联网协议说明设计取舍。第 8 版全球版涵盖软件定义网络和移动网络。适合具备基础编程知识的学生；结合抓包练习可加深理解。

需要的基础: 基础编程；作者表示几乎不需要高中以上的数学，也不要求事先了解网络。

难度等级
中级
学术层次
本科
computer networksinternet protocolsapplication layertransport layerwireless networking

01 / 导读

导读

引用

Kurose, J. F., & Ross, K. W. (2025). Computer Networking: A Top-Down Approach (9th ed.). Pearson.

章节概要

第九版由 Pearson 于2025年6月出版，共八章：按互联网分层体系结构每层一章，另有无线与移动网络、网络安全两章。出版社介绍说，本书自顶向下讲授网络，从应用层逐步走向物理层；比其他入门教材更精确、更具分析性，却很少用到高中以外的数学。本版回应了 Wi-Fi 6、5G 蜂窝网络和蜂窝网络“软件化”的出现，并更新了全书许多部分，新增 HTTP/3 与 QUIC，补充内容分发网络和流媒体服务的新材料，并更新了网络安全。每章末都有小结、课后习题与问答以及动手作业，并附有对该领域人物的访谈。

第1章：计算机网络与因特网

从组成部分和服务两个角度描述因特网，介绍协议，并讲网络边缘（接入网、物理媒体）和网络核心（分组交换、电路交换、网络的网络）。内容还包括时延、丢包与吞吐量，协议分层与封装，遭受攻击的网络，以及1961年至新千年的计算机网络史。访谈对象是 Leonard Kleinrock。

第2章：应用层

先讲网络应用的原理（体系结构、通信进程、可用的传输服务），再讲万维网与 HTTP（持久连接、报文格式、cookie、缓存、HTTP/2、HTTP/3 与 QUIC）、电子邮件、DNS、视频流与内容分发网络（DASH、CDN，以 Netflix 和 YouTube 为案例），以及基于 UDP、TCP 和 QUIC 的套接字编程。

第3章：传输层

涵盖传输层服务、多路复用与多路分解、UDP、可靠数据传输原理（构建协议、流水线、回退N步、选择重传）、TCP（报文段结构、往返时间估计、流量控制、连接管理）、拥塞控制原理与 TCP 拥塞控制（包括较新的端到端算法、显式拥塞通告和公平性），以及传输层功能演进一节。访谈对象是 Van Jacobson。

第4章：网络层：数据平面

区分转发与路由，剖析路由器内部（输入输出端口、交换、排队、分组调度），并讲 IP：IPv4 数据报与编址、NAT 和 IPv6。随后介绍通用转发和软件定义网络（匹配加动作、OpenFlow、中间盒）以及因特网的体系结构原则。访谈对象是 Vinton Cerf。

第5章：网络层：控制平面

涵盖路由算法（链路状态和距离向量）、OSPF、BGP（通告路由、确定最佳路由、IP 任播、路由策略）、带 OpenFlow 的 SDN 控制平面、ICMP，以及用 SNMP 和 NETCONF/YANG 进行的网络管理。作业包括 ICMP ping 和一个路由编程作业，访谈对象是 Jennifer Rexford。

第6章：链路层与局域网

涵盖链路层服务、差错检测与纠正（奇偶校验、校验和、CRC）、多路访问协议（信道划分、随机接入、轮流）、交换局域网（链路层编址与 ARP、以太网、交换机、VLAN）、用 MPLS 和 VXLAN 进行的链路虚拟化、数据中心网络，以及回顾性的一节“一个网页请求的一天”，它跟随一次请求经过 DHCP、DNS、ARP、路由、TCP 和 HTTP 的全过程。

第7章：无线与移动网络

各节依次讲无线物理层（信道特性、编码与调制）、无线接入网（信道共享、Wi-Fi 802.11、5G 无线接入网、发现、调度、能耗）、无线核心网（5G 核心网、用户面功能、身份与会话建立）、原理上以及在 Wi-Fi 和 5G 中的移动性，以及蓝牙、卫星和物联网网络。一个编程作业是实现 4G/5G 无线接入网调度器。

第8章：计算机网络中的安全

涵盖什么是网络安全、密码学原理（对称密钥和公钥）、报文完整性与数字签名、端点认证、电子邮件安全（包括 PGP）、TLS（包括 TLS 1.3）、用 IPsec 和 VPN 实现的网络层安全、无线局域网与 4G/5G 的安全，以及用防火墙和入侵检测系统实现的运行安全。

核心概念

第1–2章

  • 分组交换与分层：数据以分组形式经过网络的网络，功能分属相互封装的各层。
  • 时延、丢包与吞吐量：描述性能的定量词汇。
  • HTTP、DNS 与内容分发：万维网的协议、目录服务，以及大规模传送视频的系统。

第3–5章

  • 可靠数据传输与拥塞控制：在不可靠信道上建立可靠性，并限制发送方速率。
  • 数据平面与控制平面：每台路由器中的转发与路由的计算，包括软件定义的版本。
  • AS 内与 AS 间路由：网络内部的 OSPF 与 ISP 之间的 BGP。

第6–8章

  • 多路访问与交换局域网：共享广播信道、ARP、以太网、交换机和 VLAN。
  • Wi-Fi 与 5G：无线接入、蜂窝核心网与移动性。
  • 密码学构件与安全协议：加密、哈希、签名及其在 TLS 和 IPsec 中的应用。

评析

优点

  • 方法一以贯之。 自顶向下的顺序从学生已经使用的应用出发向下展开，章节结构和章末作业都贯彻了这一选择。
  • 内置动手环节。 目录列出了针对 HTTP 和 DNS、TCP 和 UDP、IP、ICMP、以太网、Wi-Fi 与蜂窝网络、TLS 和 IPsec 的 Wireshark 实验，以及套接字编程作业、路由作业和 4G/5G 调度器作业。
  • 预备要求低。 出版社称本书很少用到高中以外的数学，并说明无需丰富的编程或数学知识也能读懂。
  • 无线和应用层内容较新。 第九版的无线一章围绕物理层、Wi-Fi 以及 5G 接入网和核心网组织，第2章则包含 HTTP/3、QUIC 和流媒体。
  • 贯通全书的回顾。 第6.7节跟随一次网页请求走过第2至6章的协议。

局限

  • 没有专门的物理层一章。 物理媒体是第1章的一节，无线物理层在第7章之内；没有关于信号与传输的章节，需要这方面内容的读者应另选教材。
  • 重广度轻深度。 出版社强调易懂，性能建模和协议内部细节留给专门的教材。
  • 版本差异。 第九版更新了许多部分，其无线一章的组织方式与第八版不同，因此第八版的节号和习题并不总能对应。

在课程中的定位

Kurose 和 Ross 是网络课程自然的第一部完整教材。Tanenbaum、Feamster 和 Wetherall 的 Computer Networks 从物理层向上讲授类似的内容，可作替代，也可搭配阅读。Forouzan 的 Data Communications and Networking with TCP/IP Protocol Suite 同样自底向上，从信号和传输媒体讲到应用；Comer 的 The Internet Book 是不涉及数学的入门书，适合想先看概貌的读者。

读完本书后，Fall 和 Stevens 的 TCP/IP Illustrated, Volume 1 通过抓包分析每个协议，适合喜欢 Wireshark 实验的读者；Varghese 和 Xu 的 Network Algorithmics 是关于如何让路由器和端系统更快的研究生教材，以第4章的路由器内容为基础。

如何使用本书

本书适合计算机、电气工程和信息系统专业学生的第一门网络课程、研究生一年级学生，以及想了解套接字和 HTTP 库之下究竟是什么的开发者。会一种常用编程语言即可。

实用的阅读计划：

  • 核心： 按顺序读第1至6章。第3章是概念核心，值得最慢读；第5章中，先手算链路状态和距离向量算法，再读 OSPF 和 BGP。
  • 按侧重选读： 第7章讲移动与无线网络，第8章讲安全。
  • 贯通： 读完第6章后读6.7节，并在抓包中追踪同一次请求。
  • 练习： 结合相应章节做 Wireshark 实验，并写出第2章中的 UDP 和 TCP 套接字程序。