计算机网络技术

本书内容选取上遵循了“必要、适度、够用”的应用型人才教育原则 

为进一步适应高等院校培养高质量人才的需要，编者借鉴近年来国外计算机科学技术领域的教育成果，结合计算机网络技术的应用现状和发展趋势，以及近几年的教学改革实践，精心编写了本书。
本书深入浅出地介绍了计算机网络的基本理论与工作原理及应用、计算机数据通信的基础知识、计算机网络体系结构、物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层等，还有一章典型的实验，包括详尽的实验操作步骤及内容。通过加强实践环节，使读者对计算机网络技术的理解进一步深化。每章zui后都附有丰富的习题。
本书既可以作为高等院校计算机类、信息技术类相关专业的教材，也可以作为从事相关专业工作科研和工程技术人员的参考用书。

张继成，广西大学计算机系统结构硕士。长期从事计算机科学与技术专业教学工作，主要讲授讲授《计算机网络技术》、《无线局域网技术》、《网络工程与网络管理》、《网页设计基础》等。发表教科研论文10余篇，主持并已结题长江大学工程技术学院院级教学基金项目《计算机科学与技术专业课程体系优化的研究》、院级科研项目《无线Mesh网络信道分配策略研究》、主持结题湖北省教育科学规划2016年度课题《基于数据挖掘的课堂教学评价研究》，获得第二届长江大学工程技术学院教学成果一等奖，目前正在主持学院精品课程《计算机网络技术》一项。

第1章 计算机网络概论 1
1.1 计算机网络的定义 1
1.2 计算机网络的功能 2
1.3 计算机网络的发展历程 3
1.3.1 网络的发展历程 3
1.3.2 网络在我国的发展 6
1.4 互联网的概念和构成 7
1.4.1 网络 7
1.4.2 互联网的发展 8
1.4.3 互联网的标准化 9
1.4.4 互联网的组成 13
1.5 计算机网络领域的新技术 14
1.5.1 云计算 14
1.5.2 大数据 16
1.5.3 物联网 19
1.5.4 互联网 21
1.5.5 区块链 23
本章小结 26
习 题 26
第2章 计算机网络的性能
及体系结构 27
2.1 计算机网络的分类 27
2.2 计算机网络的性能 35
2.2.1 计算机网络的性能指标 35
2.2.2 计算机网络的
非性能特征 38
2.3 OSI七层参考模型 39
2.3.1 网络协议的分层 39
2.3.2 分层的问题 40
2.3.3 面向连接与无连接服务 41
2.3.4 七层参考模型 43
2.4 TCP/IP四层参考模型 46
2.5 五层参考模型 48
2.6 OSI与TCP/IP参考模型的比较 49
本章小结 49
习 题 50
第3章 物 理 层 51
3.1 物理层的基本概念 51
3.2 数据通信的理论基础 52
3.2.1 模拟数据和数字数据 52
3.2.2 信道的基本概念 54
3.3 常用的传输媒体 57
3.3.1 双绞线 57
3.3.2 同轴电缆 60
3.3.3 光缆 61
3.3.4 无线与卫星通信技术 64
3.3.5 传输媒体的选择 68
3.4 数据传输技术 68
3.4.1 频分复用 69
3.4.2 时分复用 70
3.4.3 波分复用 71
3.4.4 码分复用 71
3.5 宽带接入技术 73
3.5.1 ADSL 73
3.5.2 HFC 75
3.5.3 光纤接入技术 76
3.5.4 宽带无线接入
技术的趋势 77
本章小结 78
习 题 79
第4章 数据链路层 80
4.1 数据链路层的基本概念及功能 81
4.1.1 基本概念 81
4.1.2 四个基本功能 82
4.2 点对点协议PPP 86
4.2.1 PPP的特点 86
4.2.2 帧的格式 88
4.2.3 PPP协议的工作过程 90
4.3 局域网与广播信道 90
4.3.1 局域网技术简介 90
4.3.2 局域网的拓扑结构 92
4.3.3 CSMA/CD协议 95
4.3.4 使用集线器的星形网 101
4.3.5 以太网的信道利用率 102
4.3.6 以太网的MAC层 103
4.4 以太网的扩展 107
4.4.1 在物理层扩展以太网 107
4.4.2 在数据链路层扩展
以太网 108
4.4.3 虚拟局域网VLAN 111
4.5 高速以太网技术 113
4.5.1 100BASE-T以太网 113
4.5.2 吉比特以太网 113
4.5.3 10吉比特以太网及更快
以太网 114
本章小结 115
习 题 115
第5章 网 络 层 118
5.1 网络层概述 119
5.1.1 提供给传输层的服务 119
5.1.2 两种服务的比较 120
5.1.3 网络层功能 121
5.2 IP协议 122
5.2.1 IP协议的主要特点 122
5.2.2 IP地址及其表示方法 123
5.2.3 IP地址的特点 125
5.2.4 IP地址与硬件地址的
关系 127
5.2.5 IPv4数据报格式 129
5.2.6 地址解析协议ARP 133
5.3 子网划分 135
5.3.1 子网掩码 136
5.3.2 子网划分 138
5.3.3 IP层转发分组的过程 142
5.3.4 使用子网时的分组
转发过程 143
5.4 无分类编址CIDR 145
5.4.1 CIDR的概念 145
5.4.2 CIDR的应用 146
5.4.3 zui长前缀匹配与
二叉线索 151
5.5 ICMP协议 152
5.5.1 ICMP的作用与特点 152
5.5.2 ICMP报文的分类 152
5.5.3 ICMP报文的封装 156
5.5.4 ICMP的应用举例 156
5.6 路由协议 158
5.6.1 路由算法 158
5.6.2 分层次的路由选择协议 162
5.6.3 RIP协议 163
5.6.4 OSPF协议 166
5.6.5 BGP协议 170
5.6.6 路由器的组成 173
5.7 虚拟专用网VPN 179
5.7.1 虚拟专用网技术概述 179
5.7.2 隧道技术 180
5.7.3 VPN的应用类型 181
5.8 网络地址转换NAT 183
5.8.1 相关概念 183
5.8.2 网络地址转换的
工作过程 184
5.8.3 网络地址端口
转换NAPT 184
5.9 IPv6简介 186
5.9.1 IPv6对IPv4的改进 186
5.9.2 IPv6的 186
5.9.3 IPv6的编址 187
5.9.4 IPv6过渡技术 188
5.9.5 ICMPv6 189
5.9.6 IPv6地址配置协议 190
本章小结 191
习 题 191
第6章 传 输 层 193
6.1 传输层服务 194
6.1.1 传输层提供的服务 194
6.1.2 传输层协议 195
6.1.3 端口号 196
6.2 UDP协议 199
6.2.1 UDP的特点 199
6.2.2 UDP的格式 200
6.3 TCP协议 201
6.3.1 TCP协议的特点 201
6.3.2 套接字 202
6.3.3 TCP的格式 203
6.4 可靠传输协议 206
6.4.1 停止等待协议 206
6.4.2 连续ARQ协议 210
6.5 TCP可靠传输的实现 211
6.5.1 TCP的滑动窗口 212
6.5.2 超时重传时间的计算 216
6.5.3 选择确认SACK 218
6.5.4 TCP的流量控制 218
6.6 TCP的拥塞控制 219
6.6.1 拥塞控制的概念 219
6.6.2 拥塞控制的算法 222
6.6.3 主动队列管理AQM 227
6.7 TCP的连接管理 228
6.7.1 TCP连接的建立 229
6.7.2 TCP连接的释放 230
6.7.3 TCP的有限状态机 231
本章小结 232
习 题 233
第7章 应 用 层 235
7.1 应用层概述 236
7.1.1 提供服务 236
7.1.2 应用层协议模式 237
7.2 DNS服务 238
7.2.1 DNS的引入背景 239
7.2.2 域名的结构组成 239
7.2.3 域名服务器的分类 241
7.2.4 域名解析过程 242
7.2.5 DNS服务器的安装 243
7.3 远程登录服务 246
7.3.1 Telnet的基本概念 246
7.3.2 Telnet的基本原理 246
7.3.3 Windows下使用
远程登录 247
7.4 FTP服务 248
7.4.1 基本概念 248
7.4.2 FTP协议特点与
交互命令 249
7.4.3 FTP协议的工作原理 249
7.5 WWW服务 250
7.5.1 Web的基本概念 250
7.5.2 URL 251
7.5.3 超文本传输协议HTTP 252
7.5.4 超文本标记语言HTML 255
7.5.5 万维网搜索引擎应用 258
7.6 电子邮件服务 259
7.6.1 电子邮件服务的基本
概念及功能 259
7.6.2 基于万维网的电子
邮件及信息格式 260
7.6.3 SMTP协议 260
7.6.4 POP3和IMAP协议 261
7.6.5 MIME协议 262
7.7 DHCP服务 263
7.7.1 DHCP服务功能 263
7.7.2 DHCP客户与服务器的
交互过程 263
7.8 SNMP协议 264
7.8.1 网络管理的基本概念 264
7.8.2 SNMP协议 265
本章小结 265
习 题 266
第8章 实 验 267
8.1 网络拓扑结构图的绘制 268
8.2 网线的制作 270
8.3 交换机的连接和基本配置 272
8.4 交换机VLAN之间的通信 278
8.5 路由器连接与静态路由配置 282
8.6 RIP路由协议的应用 289
8.7 网络地址转换技术的应用 292
8.8 DHCP服务器的安装与配置 295
本章小结 299
参考文献 300

计算机网络是20世纪对人类社会产生zui深远影响的科技成就之一。随着Internet技术的发展和信息基础设施的完善，计算机网络正在改变人们的生活、学习和工作方式，推动社会文明的进步。计算机网络已经成为人们获取和交流信息的一种十分重要、便捷的手段。计算机网络是计算机技术和通信技术密切结合形成的一个新技术领域，是当今计算机界公认的主流技术之一，也是迅速发展并在信息社会中得到广泛应用的一门综合性学科。尽管计算机网络技术与应用的发展十分迅猛，但是当我们深入网络技术体系中系统地研究和总结就会发现，计算机网络技术经过几十年的发展，已经形成了相对成熟的知识体系与处理问题的思维方式，这是学习计算机网络技术体系、掌握系统原理以及网络分析设计的基础。本书从计算机网络技术的应用、分析与设计角度去介绍网络系统原理和体系结构，采用从物理层到应用层的“自底向上”的内容组织形式，结合未来计算机网络新的技术和潮流，循序渐进，内容上突出新技术和实用性。全书内容分为8章，第1～7章为理论知识，第8章为实验内容。第1章主要介绍计算机网络的定义、功能、发展历程，互联网的构成，计算机网络领域的新技术。第2章主要介绍计算机网络的分类、性能，OSI七层参考模型和TCP/IP四层参考模型。第3章主要介绍计算机网络中用到的通信基础知识，包括数据编码与调制、数据传输方式、多路复用技术等，以及常用的传输媒体、宽带接入技术。第4章主要介绍数据链路层概念，如PPP协议、数据链路层相关技术以及以太网扩展方式。第5章主要介绍网络层提供的服务、功能，IP协议，ICMP协议，子网划分，无分类编制CIDR，路由协议，网络地址转换NAT以及虚拟专用网VPN等。第6章主要介绍传输层的功能及TCP、UDP协议的原理和工作流程，TCP流量控制、拥塞控制机制。第7章主要介绍应用层的功能及常见的应用层服务：DNS服务、FTP服务、远程登录服务、WWW服务、电子邮件服务、DHCP服务以及SNMP协议。第8章主要介绍一些经典的实验，主要有网络拓扑图的绘制，网线的制作，交换机的连接、基本配置和VLAN之间的通信，路由器的连接、静态路由、RIP路由协议的配置、DHCP服务器的安装与配置等。本书内容选取上遵循了“必要、适度、够用”的应用型人才教育原则，按照计算机网络的体系结构进行讲解，同时注意在介绍计算机网络的zui新成果、zui新技术方面做到突出应用、内容适度、叙述简明。每章的案例丰富，既注重基本知识、基本原理，又密切联系实际，突出实践技能的培养。还有一章实验，进一步把理论和实践相结合，进一步锻炼、提高学生的实践动手能力、创新能力。本书由张继成担任主编，张路、申文杰、杜松江担任副主编。张继成负责全书的策划、大纲的制定与统稿。各章编写分工如下：张继成编写第5、7、8章；张路编写第4、6章；申文杰编写第1、2、3章；杜松江参与编写第8章。本书适合于作为普通高等院校计算机网络的教材和主要教学参考书，建议学时为56学时左右（含实验），各个院校可以根据实际情况进行删减，选择部分章节内容进行讲解。本书是编者结合多年讲授计算机网络课程的工作经验编写而成。编者张继成目前正在主持长江大学工程技术学院的院级“计算机网络技术”精品课程建设项目，得到了学校“计算机网络技术”精品课程建设项目资助，本书是该精品课程建设项目的成果之一。在本书编写过程中，参考了国内外许多公开发表的相关资料，在此对所涉及的各位专家、学者表示诚挚的感谢，同时也得到了学院领导的大力支持和帮助，特别感谢课程组老师对本书提出的建设性意见。由于时间仓促，编者水平有限，本书不妥之处在所难免，欢迎广大读者批评指正。
编  者   2018年11月