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計算機網路：由上而下方法 cover

電腦科學

電腦科學

計算機網路：由上而下方法

James F. Kurose; Keith W. Ross

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

從應用層開始，逐步講解傳輸層、網路層、鏈路層和實體層，並以網際網路協定說明設計取捨。第 8 版全球版涵蓋軟體定義網路與行動網路。適合具備基礎程式設計知識的學生；搭配封包分析練習有助理解。

需要的基礎: 基礎程式設計；作者表示幾乎不需要高中以上的數學，也不要求事先了解網路。

難度等級
中級
學術層次
大學部
computer networksinternet protocolsapplication layertransport layerwireless networking

01 / 導讀

導讀

引用

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

章節概要

第九版由 Pearson 於2025年6月出版，共八章：按網際網路分層架構每層一章，另有無線與行動網路、網路安全兩章。出版社介紹說，本書自頂向下講授網路，從應用層逐步走向物理層；比其他入門教材更精確、更具分析性，卻很少用到高中以外的數學。本版回應了 Wi-Fi 6、5G 行動蜂巢式網路和行動蜂巢式網路「軟體化」的出現，並更新了全書許多部分，新增 HTTP/3 與 QUIC，補充內容傳遞網路和串流媒體服務的新材料，並更新了網路安全。每章末都有小結、課後習題與問答以及動手作業，並附有對該領域人物的訪談。

第1章：電腦網路與網際網路

從組成部分和服務兩個角度描述網際網路，介紹協定，並講網路邊緣（存取網路、物理媒體）和網路核心（封包交換、電路交換、網路的網路）。內容還包括延遲、封包遺失與吞吐量，協定分層與封裝，遭受攻擊的網路，以及1961年至新千年的電腦網路史。受訪者是 Leonard Kleinrock。

第2章：應用層

先講網路應用的原理（架構、通訊行程、可用的傳輸服務），再講全球資訊網與 HTTP（持久連線、訊息格式、cookie、快取、HTTP/2、HTTP/3 與 QUIC）、電子郵件、DNS、影片串流與內容傳遞網路（DASH、CDN，以 Netflix 和 YouTube 為案例），以及基於 UDP、TCP 和 QUIC 的Socket 程式設計。

第3章：傳輸層

涵蓋傳輸層服務、多路複用與多路分解、UDP、可靠資料傳輸原理（構建協定、流水線、回退N步、選擇重傳）、TCP（區段結構、往返時間估計、流量控制、連線管理）、擁塞控制原理與 TCP 擁塞控制（包括較新的端到端演算法、顯式擁塞通告和公平性），以及傳輸層功能演進一節。受訪者是 Van Jacobson。

第4章：網路層：資料平面

區分轉發與路由，剖析路由器內部（輸入輸出埠、交換、排隊、封包排程），並講 IP：IPv4 資料包與編址、NAT 和 IPv6。隨後介紹通用轉發和軟體定義網路（匹配加動作、OpenFlow、中間盒）以及網際網路的架構原則。受訪者是 Vinton Cerf。

第5章：網路層：控制平面

涵蓋路由演算法（鏈結狀態和距離向量）、OSPF、BGP（通告路由、確定最佳路由、IP 任播、路由策略）、帶 OpenFlow 的 SDN 控制平面、ICMP，以及用 SNMP 和 NETCONF/YANG 進行的網路管理。作業包括 ICMP ping 和一個路由程式設計作業，受訪者是 Jennifer Rexford。

第6章：鏈結層與區域網

涵蓋鏈結層服務、差錯檢測與糾正（奇偶校驗、校驗和、CRC）、多路訪問協定（通道劃分、隨機接入、輪流）、交換區域網（鏈結層編址與 ARP、乙太網路、交換機、VLAN）、用 MPLS 和 VXLAN 進行的鏈結虛擬化、資料中心網路，以及回顧性的一節「一個網頁請求的一天」，它跟隨一次請求經過 DHCP、DNS、ARP、路由、TCP 和 HTTP 的全過程。

第7章：無線與行動網路

各節依次講無線物理層（通道特性、編碼與調變）、無線存取網路（通道共享、Wi-Fi 802.11、5G 無線存取網路、發現、排程、能耗）、無線核心網（5G 核心網、使用者面功能、身份與會話建立）、原理上以及在 Wi-Fi 和 5G 中的移動性，以及藍牙、衛星和物聯網網路。一個程式設計作業是實現 4G/5G 無線存取網路排程器。

第8章：電腦網路中的安全

涵蓋什麼是網路安全、密碼學原理（對稱金鑰和公鑰）、訊息完整性與數字簽名、端點認證、電子郵件安全（包括 PGP）、TLS（包括 TLS 1.3）、用 IPsec 和 VPN 實現的網路層安全、無線區域網與 4G/5G 的安全，以及用防火牆和入侵檢測系統實現的執行安全。

核心概念

第1–2章

  • 封包交換與分層：資料以封包形式經過網路的網路，功能分屬相互封裝的各層。
  • 延遲、封包遺失與吞吐量：描述效能的定量詞彙。
  • HTTP、DNS 與內容傳遞：全球資訊網的協定、目錄服務，以及大規模傳送影片的系統。

第3–5章

  • 可靠資料傳輸與擁塞控制：在不可靠通道上建立可靠性，並限制傳送方速率。
  • 資料平面與控制平面：每臺路由器中的轉發與路由的計算，包括軟體定義的版本。
  • AS 內與 AS 間路由：網路內部的 OSPF 與 ISP 之間的 BGP。

第6–8章

  • 多路訪問與交換區域網：共享廣播通道、ARP、乙太網路、交換機和 VLAN。
  • Wi-Fi 與 5G：無線接入、蜂巢式核心網路與移動性。
  • 密碼學構件與安全協定：加密、雜湊、簽名及其在 TLS 和 IPsec 中的應用。

評析

優點

  • 方法一以貫之。 自頂向下的順序從學生已經使用的應用出發向下展開，章節結構和章末作業都貫徹了這一選擇。
  • 內建動手環節。 目錄列出了針對 HTTP 和 DNS、TCP 和 UDP、IP、ICMP、乙太網路、Wi-Fi 與行動蜂巢式網路、TLS 和 IPsec 的 Wireshark 實驗，以及Socket 程式設計作業、路由作業和 4G/5G 排程器作業。
  • 預備要求低。 出版社稱本書很少用到高中以外的數學，並說明無需豐富的程式設計或數學知識也能讀懂。
  • 無線和應用層內容較新。 第九版的無線一章圍繞物理層、Wi-Fi 以及 5G 存取網路和核心網組織，第2章則包含 HTTP/3、QUIC 和串流媒體。
  • 貫通全書的回顧。 第6.7節跟隨一次網頁請求走過第2至6章的協定。

侷限

  • 沒有專門的物理層一章。 物理媒體是第1章的一節，無線物理層在第7章之內；沒有關於訊號與傳輸的章節，需要這方面內容的讀者應另選教材。
  • 重廣度輕深度。 出版社強調易懂，效能建模和協定內部細節留給專門的教材。
  • 版本差異。 第九版更新了許多部分，其無線一章的組織方式與第八版不同，因此第八版的節號和習題並不總能對應。

在課程中的定位

Kurose 和 Ross 是網路課程自然的第一部完整教材。Tanenbaum、Feamster 和 Wetherall 的 Computer Networks 從物理層向上講授類似的內容，可作替代，也可搭配閱讀。Forouzan 的 Data Communications and Networking with TCP/IP Protocol Suite 同樣自底向上，從訊號和傳輸媒體講到應用；Comer 的 The Internet Book 是不涉及數學的入門書，適合想先看概貌的讀者。

讀完本書後，Fall 和 Stevens 的 TCP/IP Illustrated, Volume 1 通過抓包分析每個協定，適合喜歡 Wireshark 實驗的讀者；Varghese 和 Xu 的 Network Algorithmics 是關於如何讓路由器和端系統更快的研究生教材，以第4章的路由器內容為基礎。

如何使用本書

本書適合電腦、電氣工程和資訊系統專業學生的第一門網路課程、研究生一年級學生，以及想了解 Socket 和 HTTP 庫之下究竟是什麼的開發者。會一種常用程式語言即可。

實用的閱讀計劃：

  • 核心： 按順序讀第1至6章。第3章是概念核心，值得最慢讀；第5章中，先手算鏈結狀態和距離向量演算法，再讀 OSPF 和 BGP。
  • 按側重選讀： 第7章講移動與無線網路，第8章講安全。
  • 貫通： 讀完第6章後讀6.7節，並在抓包中追蹤同一次請求。
  • 練習： 結合相應章節做 Wireshark 實驗，並寫出第2章中的 UDP 和 TCP Socket 程式。