第1章 计算机网络和因特网

本课程锁定James F. Kurose、Keith W. Ross著，陈鸣译《计算机网络：自顶向下方法（原书第8版）》，机械工业出版社，2022年10月，ISBN 9787111712367；英文原版Pearson第8版，2020年出版、2021版权，ISBN 9780135928615。机械工业出版社官方中文目录与Pearson、作者官方第8版目录共同确认8章结构；正式分母为8个章标题和全部编号节/小节，共218个节点。课后习题、编程作业、Wireshark实验、人物专访和参考文献作为学习支持保留说明，但不重复计入核心节点。

从一条可证伪的端到端路径开始

先预测：把带宽当作传输速度或忽略排队、协议开销与瓶颈链路，会让时延和吞吐预测在负载变化时失效。把预测写成“应用意图、运输状态、数据平面、控制平面、链路/无线、安全”六行，再运行协议或抓包。若结果与预测不同，先定位首个偏差，不把后续连锁症状冒充根因。

本页主问题是：从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型。每个箭头要注明通信实体、报文、地址或标识、状态变化、定时器以及证据位置；每个性能结论要注明负载、路径、窗口和瓶颈假设。

验收不变量是：每次端到端交付都能解释接入链路、核心交换、发送与传播边界、排队与丢包、吞吐瓶颈和逐层封装。一次ping、一个HTTP状态码或一个接口up都只证明局部事实，不能独立证明名称解析、双向运输、转发、移动性与身份安全全部成立。

核心词汇与第8版边界

分组交换、排队时延、吞吐量、协议栈、封装

这些词汇固定在原书第8版语境。HTTP/2、QUIC/HTTP/3演化、CUBIC/BBR、SDN、NETCONF/YANG、4G/5G和WPA3语境属于本版；第9版重排或新增内容只能另行比较，不能修改218个节点分母。

核心机制深读

用两种描述回答什么是因特网

具体构成描述列端系统、通信链路、分组交换机和ISP；服务描述把因特网视为向分布式应用提供通信服务的平台。两者通过协议和接口连接。

动手试：先画预期报文时间线与状态变化，再抓取一次正常流和一次单变量故障流。标出首个偏差，避免用最终症状倒推任意根因。

四种时延不能混成一个数

处理时延检查首部，排队时延随负载变化，发送时延由分组长度与链路速率决定，传播时延由距离与介质传播速度决定。端到端时延要逐跳求和。

动手试：先画预期报文时间线与状态变化，再抓取一次正常流和一次单变量故障流。标出首个偏差，避免用最终症状倒推任意根因。

分组交换以统计复用换效率

突发用户共享链路可提高利用率，但瞬时到达率超过服务率就会形成队列；缓冲区满时丢包，重传又会增加负载。

动手试：先画预期报文时间线与状态变化，再抓取一次正常流和一次单变量故障流。标出首个偏差，避免用最终症状倒推任意根因。

吞吐由最窄处决定

长流的端到端吞吐不超过服务器接入、客户接入和核心路径中最小可用速率。并发流共享瓶颈时，还要说明公平或调度假设。

动手试：先画预期报文时间线与状态变化，再抓取一次正常流和一次单变量故障流。标出首个偏差，避免用最终症状倒推任意根因。

分层接口与安全威胁一起建模

封装隐藏内部实现并允许独立演化，但嗅探、伪装、拒绝服务和恶意软件可攻击不同层。安全不是最后添加的一层，而是贯穿服务链的属性。

动手试：先画预期报文时间线与状态变化，再抓取一次正常流和一次单变量故障流。标出首个偏差，避免用最终症状倒推任意根因。

原书目录逐节点重构

第1章 计算机网络和因特网

把“计算机网络和因特网”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“计算机网络和因特网”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“计算机网络和因特网”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.1 什么是因特网

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1.1.1 具体构成描述

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1.1.2 服务描述

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1.1.3 什么是协议

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可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“什么是协议”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.2 网络边缘

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1.2.1 接入网

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可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“接入网”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.2.2 物理媒介

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可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“物理媒介”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.3 网络核心

把“网络核心”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“网络核心”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“网络核心”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.3.1 分组交换

把“分组交换”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“分组交换”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“分组交换”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.3.2 电路交换

把“电路交换”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“电路交换”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“电路交换”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.3.3 网络的网络

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可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“网络的网络”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.4 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量

把“分组交换网中的时延、丢包和吞吐量”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“分组交换网中的时延、丢包和吞吐量”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“分组交换网中的时延、丢包和吞吐量”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.4.1 分组交换网中的时延

把“分组交换网中的时延”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“分组交换网中的时延”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“分组交换网中的时延”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.4.2 排队时延和丢包

从输入解析、表项匹配、交换、输出队列到调度逐步定位；保存命中规则、队列计数和丢弃原因。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“排队时延和丢包”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“排队时延和丢包”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.4.3 端到端时延

把“端到端时延”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“端到端时延”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“端到端时延”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.4.4 计算机网络中的吞吐量

把“计算机网络中的吞吐量”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“计算机网络中的吞吐量”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“计算机网络中的吞吐量”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.5 协议层次及其服务模型

把“协议层次及其服务模型”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“协议层次及其服务模型”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“协议层次及其服务模型”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.5.1 分层的体系结构

把“分层的体系结构”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“分层的体系结构”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“分层的体系结构”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.5.2 封装

把“封装”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“封装”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“封装”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.6 面对攻击的网络

把“面对攻击的网络”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“面对攻击的网络”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“面对攻击的网络”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.7 计算机网络和因特网的历史

把“计算机网络和因特网的历史”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“计算机网络和因特网的历史”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“计算机网络和因特网的历史”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.7.1 分组交换的发展：1961～1972

把“分组交换的发展：1961～1972”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“分组交换的发展：1961～1972”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“分组交换的发展：1961～1972”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.7.2 专用网络和网络互联：1972～1980

把“专用网络和网络互联：1972～1980”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“专用网络和网络互联：1972～1980”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“专用网络和网络互联：1972～1980”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.7.3 网络的激增：1980～1990

把“网络的激增：1980～1990”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“网络的激增：1980～1990”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“网络的激增：1980～1990”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.7.4 因特网爆炸：20世纪90年代

把“因特网爆炸：20世纪90年代”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“因特网爆炸：20世纪90年代”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“因特网爆炸：20世纪90年代”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.7.5 新发展

把“新发展”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“新发展”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“新发展”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

1.8 小结

把“小结”放回“从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型”的因果链，写出通信实体、输入状态、报文或算法、输出状态、性能边界和失败语义。 验收时先给出正常路径预测，再只改变一个变量，保存带统一时间戳的报文、表项、指标和日志；若实际结果不同，修正模型并说明“小结”如何影响上一层服务。

可复现核查： 固定正常端到端路径，只改变一个与“小结”有关的报文、状态、表项、链路或安全变量；保存预期、实际、首个偏差和恢复结果。

本页完整节点清单

本页承担28个原书正式节点。正文、图解、实验和题目必须能反向定位每项：

• 第1章 计算机网络和因特网
• 1.1 什么是因特网
• 1.1.1 具体构成描述
• 1.1.2 服务描述
• 1.1.3 什么是协议
• 1.2 网络边缘
• 1.2.1 接入网
• 1.2.2 物理媒介
• 1.3 网络核心
• 1.3.1 分组交换
• 1.3.2 电路交换
• 1.3.3 网络的网络
• 1.4 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量
• 1.4.1 分组交换网中的时延
• 1.4.2 排队时延和丢包
• 1.4.3 端到端时延
• 1.4.4 计算机网络中的吞吐量
• 1.5 协议层次及其服务模型
• 1.5.1 分层的体系结构
• 1.5.2 封装
• 1.6 面对攻击的网络
• 1.7 计算机网络和因特网的历史
• 1.7.1 分组交换的发展：1961～1972
• 1.7.2 专用网络和网络互联：1972～1980
• 1.7.3 网络的激增：1980～1990
• 1.7.4 因特网爆炸：20世纪90年代
• 1.7.5 新发展
• 1.8 小结

可复现实验记录

d_total = d_process + d_queue + packet_bits / link_bps + distance / propagation_speed

path_rates_mbps = [300, 1000, 80, 500]
end_to_end_throughput_mbps = min(path_rates_mbps)  # 80

arrival_rate = 900 packets/s
service_rate = 1000 packets/s
traffic_intensity = arrival_rate / service_rate  # 0.9

动手试：保存一次正常流、一次性能边界和一次单变量故障。至少记录应用消息、套接字/运输状态、路由与邻居表、链路或无线事件、安全握手、统一时间戳和恢复步骤。

独立证据门

最小证据包包含：第8版节点、正常报文时间线、地址与端口、协议状态、路由/邻居/链路表项、性能条件、单变量故障、安全策略、恢复、偏差、责任人与复核人。

练习

本章回顾

“第1章 计算机网络和因特网”的核心是从具体构成与服务定义因特网，建立网络边缘、网络核心、分组交换性能、协议分层、安全威胁和历史演化的总模型。真正掌握不是背缩写，而是能把应用意图、报文、状态、表项、性能、故障与安全证据连成可证伪的端到端模型。

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