计算机网络理论(theory of computer network)，研究计算机网路在规划、设计、实施、测试、运行、应用、维护、管理等过程中的典型性问题及其解决方式的理论。它是一门综合性应用科学，除直接借助通讯理论与技术、计算机科学与技术之外，还涉及逻辑学、运筹学、统计学、模型论、图论、信息论、控制论、仿真模拟、人工智能、认知科学、神经网路等多种学科。
优化设计
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鉴于计算机网路规模巨大、联系面广、涉及诱因多，通常要界定成各类特定问题，突出主要诱因、忽略或弱化次要诱因，并进行概括、抽象，建立典型化模型来加以研究
组建计算机网路时，首先要解决的具体问题和理论问题。
目的是在满足应用需求和客观约束条件下，以最少的投入(包括人力 、物力、财力、时间等)，设计、建造一个安全、可靠 、有效、运行良好 、适应性强、易管理、易维护、易改建、易扩展的计算机网路，并预计回答资金回收年限以及可能获得的最大的社会效益和经济效益等问题。
优化设计分为 3个阶段 ：① 需求分析与规划阶段。应对需求和环境进行调查 ，收集 、整理必要的资料与数据，包括应用目的、信息格式、通信量、响应时间、差错率、可靠性要求、选用的标准，以及现有设备、用户分布、地理环境、自然条件 、气象特点、外界影响等 ，目的是明晰需求、找出关键环节、规划项目的总体轮廓。
②网络总体设计阶段。在调查剖析的基础上，应依照应用需求，确定网路的总体框架和重要的网路参数，必须对一些重要的关键问题作出取舍，如选用何种拓扑结构，设备的选型、安置和联接方式，通信介质的选择、线路布局和容量分配，通信规程以及路由、流量和差错控制技术，网络业务的种类、服务质量及高层合同的选择等。
③设计方案评测阶段。根据评测目标。建立各类物理模型(如预测模型、优化模型、性能评价模型等)，以便对网路的性能、费用、工期期限、效益概算、资金回收年限等进行剖析与评价，给出技术与经济可行性推论。如果推论达不到预计要求，应视情况，部分或全部进行重新网络优化设计。
网络体系结构
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计算机网路体系结构是一组用于规划、设计、组建计算机网路所需遵守的原则和根据，包括层次结构、功能界定、协议规范、过程描述等内容。对计算机网路发展最有影响的网路体系结构是国际标准化组织(ISO)建议的开放系统互连(OSI)参考模型 。
它是通过体系模型、服务定义和合同规范3 个具象级别，逐步深入、逐步细化加以制订和描述的。体系结构模型是OSI 最高级别的具象，它从功能和概念级上建造了一个具象的、具有层次结构的体系模型，刻画了开放系统的整体性能 、结构要素 、行为特点、层次关系 、数据格式等内容 。
OSI 体系结构模型由应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层和化学层等7层组成。服务定义是OSI低一级别的具象，它更详尽地定义每层提供的服务，规定各层的外特性和层间具象插口，但不涉及是否实现和怎样实现的细节。协议规范是 OSI最低级别的具象，它精确地定义某层实体为了协同工作和交互活动所需传送控制信息的语义和句型，以及采用什么样的规程去剖析、解释和加工它们。
体系结构模型进一步发展趋于是研究、制定网路应用体系结构模型，目的是为网路用户创造良好的运行环境和开发环境。例如，一些网路专家在 OSI模型的基础上，提出开放应用体系结构(OAA)模型的构想。OAA由操作环境和开发维护环境两部份组成。
路径选择
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早期计算机领域中几个热门研究课题，成果多、文献量大。
路径选择的主要目的是在网路中选择最佳路径 ，将源站点发送的报文信息高速、有效地传送到目的站点，其优缺是提升网路服务质量、减少延后时间、降低传输费用。衡量路径选择算法优劣的标准包括：①报文信息以最短的时间、最短的路径或最少的费用，传送到目的地。
②算法简单、易于实现、适应性强(能适应网路故障和结构变化所带来的影响)。③不过重降低网路和结点的开支(包括处理机时间、存储容量 、信息传输量等)。④有助于改善网路性能、保持稳定的吞吐率、降低平均传输延后时间、均衡网路负载等。典型路径选择算法有扩散式路径选择、随机式路径选择、固定路径选择、自适应路径选择等。
控制内容
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流量控制和拥挤控制
流量控制和拥挤控制的目的是控制网路和各条通信线路上的信息流通量，保持网路处于稳定的工作状态，以便提升网路吞吐率、减少平均延后时间，其优缺是改善网路工作效率和资源利用率，防止串扰和死锁现象发生。
流量控制可分为相邻结点间流控、源结点与目的结点间流控、主机与结点间流控、主机与主机间流控四种类型。常用的控制方式有限定传输速度、拒收重传、暂停发送、限定接收发送窗口大小、预约缓冲区等。用于拥挤控制的方式有预约缓冲区、限制管线流量、入网许可证、反向抑制等。
差错控制
也是网路设计中的重要研究课题，其目的是按照应用要求、线路质量、设备性能和外界环境等诱因，选择适当的控制机制和技巧，查出并纠正信息传输中的差错，将其降低到容许程度之内。计算机网络中，通常采用两种基本策略来处理信息传输中的差错：①使用纠错码。
即在要发送的信息报文中附加上足够多的冗余信息，使接收方除了才能查出、而且还能纠正信息报文中的差错。因信息冗余量过大，且控制复杂，通常用于双向传输场合，或用作辅助举措。②使用检错码。即在要发送的信息报文中附加一定的冗余信息，使接收方才能查出信息报文中的差错(但不知什么样的差错)，并通知发送方重传原先的信息报文。
通信规程和网路合同一般采用这些技巧。
协议工程
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计算机网路领域中最活跃的研究课题之一 ，目的是把软件工程的原理和方式用于计算机网路合同的描述、实现和验证工作 。协议工程的主要研究内容包括3 个方面：①协议形式化描述及其形式化描述语言。
②协议软件的手动生成技术及其开发维护工具。③协议一致性测试技术及其测试工具 。协议工程的研究有助于加深理解计算机网络协议，有助于提升合同软件的生产效率，有助于改善网路合同软件的维护管理水平。但是，协议工程与软件工程相比，无论在研究、开发、应用的深度和广度上说，均有距离，尚有宽广的开拓、发展前景。
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