计算机网络（第4版）

近几年高等职业教育得到了迅速发展和普及，特别是计算机专业的高等职业教育成为高等职业教育中的热门专业，而计算机网络则是计算机专业的主干课程之一。
随着计算机网络技术和应用的深入，各出版单位纷纷推出各种形式的计算机网络教材，为计算机网络技术人才的培养起到了积极的作用。但是，纵观这些教材，有的以高深的理论知识为主，很少谈及理论知识的具体应用；有的以操作层面的实践为主，很少谈及这些操作背后蕴含的理论知识。在总结多年理论教学和实践教学经验的基础上，作者完成了这本适应高等职业教育培养技术应用型人才要求、具有职业特色的计算机网络教材。
本书是一本面向高等职业教育、高等专科教育和成人高等教育的计算机网络教材，同时也是一本引导人们一步步走进计算机网络殿堂的工具书。在内容组织上将计算机网络基础知识与实际应用相结合，在讲解基础知识的同时，介绍相应知识在网络组网、网络操作系统中的具体应用，使学生能够对网络的基本原理、网络协议有一个直观认识，并能应用到实际中去。整本教材强调基础理论知识与实验实践相结合，使学生在了解计算机网络基本理论、基本知识的同时，掌握网络组网方法、网络操作系统的管理和维护、互联网服务的使用和配置等网络操作技能。
全书共分为16章，除了讲述基础知识外，各主要章节都提供了具体的实验实例。这些实验要求的环境相对简单和统一，大部分可以在个人计算机或局域网中完成。每章的后还附有练习题，通过回答和动手实践这些题目，可以检查学习效果。
本书的第1章回答了什么是计算机网络、为什么计算机网络要采用分层结构等网络基本问题，同时，对著名的ISO/OSI参考模型和TCP/IP体系结构进行了介绍。
第2~4章介绍了以太局域网、无线局域网的组网方法，同时对虚拟局域网技术及组网方法进行了详细的描述。
第5~10章对互联网技术进行了介绍，特别是对TCP/IP互联网进行了详细的讲解，其中包括IP提供的服务、路由器与路由选择算法、IPv6的基本思想、TCP与UDP等具体内容。
第11~16章介绍互联网提供的主要服务和应用类型。第11章介绍了应用进程交互模型实现过程中需要解决的问题；第12章讲述了域名系统的基本原理和配置方法；第13章讨论了电子邮件系统及其使用的协议；第14章介绍了Web服务及其服务的配置过程；第15章讲述了安全服务、网络攻击、加密与签名等与网络安全有关的问题；第16章讨论了网络接入技术和接入控制方法。
本书将实体实验与虚拟实验相结合，使读者既能在真实环境下感受网络的魅力，又能在仿真环境下进行复杂的、大规模的网络验证。对于本书中的每个实验，作者都在实验室中亲自动手完成，以保证实验内容的正确性和可重复性。在写作中力求做到层次清楚，语言简洁流畅，内容丰富，既便于读者循序渐进地系统学习，又能使读者了解网络技术新的发展，希望本书对读者掌握网络基础知识和应用网络有一定的帮助。
计算机网络(第4版)本书前几版出版后，受到了学生和广大读者的认可和欢迎。在第2版的修订中，删除了局域网拓扑、FDDI网络等知识的讲解，增加了无线局域网、网络地址转换等内容。在第3版的修订中，增加了IPv6、网络接入控制等内容。同时，对实验内容和实验环境进行了升级。
本书为第4版，在继续坚持“基础理论知识与实验实践相结合”的理念基础上，结合计算机网络技术的发展，对内容进行了进一步的修订。①采用实体实验与虚拟实验相结合的方式，进一步简化实验环境。对于实验环境要求简单的实验，采用实体实验环境，而后将实体实验映射到仿真虚拟环境；对于实验环境要求复杂或规模庞大的实验，直接采用仿真实验环境。②对共享式以太网进行了删减，只保留了必要的相关内容。加强了交换式以太网的讨论，增加了三层交换等相关内容。③按照虚实结合的实验方式，对实验内容进行了重新改造和设计,同时增加了网络数据包捕获等实验内容。④编程环境由VB修改为Python。另外，第4版还对文字和插图进行了修订和更新。
限于编著者的学术水平，在本书的选材、内容和安排上如有不妥之处，恳请广大读者和同行批评指正。

编者2021年1月于南开园

本书是一本面向高等职业教育、高等专科教育和成人高等教育的计算机网络教材。全书共分16章，主要介绍了计算机网络的基本概念、局域网组网方法、网络互联技术、网络接入技术、网络安全，以及互联网提供的主要服务类型和应用类型等内容。本书强调基础理论知识与实践实验内容的结合，因此在大部分章节设置实验和实践内容。实验和实践环节采取虚实结合方式，实体实验和虚拟实验要求的实验环境简单。在内容组织上将计算机网络基础知识与实际应用相结合，使读者能够对网络原理和网络协议有比较直观的认识，具有很强的实用性。 本书内容丰富，结构合理，可操作性强。读者可在边学边干中快速掌握网络基础知识，增强处理实际问题的能力。本书不仅可以作为应用本科和大专院校相关专业的教材，而且可以作为工程人员和广大网络爱好者的自学参考书。 本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。

徐敬东，工学博士，现任南开大学计算机学院教授、博士生导师。曾主持了多项科研项目，发表多篇高水平的学术论文。多年来一直承担计算机网络方面的教学工作，出版和多次再版了规划教材。

第1章计算机网络的基本概念1

1.1计算机网络的概念1

1.1.1认识计算机网络1

1.1.2计算机网络的组成部件2

1.1.3物理网络与互联网络3

1.2分组交换、网络协议与网络的网络的层次结构4

1.2.1分组交换4

1.2.2网络协议5

1.2.3网络的层次结构6

1.3OSI参考模型6

1.3.1OSI参考模型的结构6

1.3.2OSI参考模型各层的主要功能7

1.3.3数据的封装与传递8

1.4TCP/IP体系结构11

1.4.1TCP/IP体系结构的层次划分11

1.4.2TCP/IP体系结构中各层的功能12

1.4.3TCP/IP中的协议栈13

练习题14

第2章以太网组网技术16

2.1以太网的帧结构16

2.2共享式以太网的收发过程18

2.2.1CSMA/CD的发送流程19

2.2.2CSMA/CD的接收流程20

2.3交换式以太网的提出21

2.3.1共享式以太网的主要问题21

2.3.2交换局域网的提出21

2.4交换式以太网的工作原理22

2.4.1以太网交换机的转发机制22

2.4.2数据交换方式24

2.4.3地址学习24

2.5以太网组网技术25

2.5.1组网涉及的主要设备和器件25

2.5.2UTP电缆与RJ45接口27

2.6多交换机组网30

2.6.1多交换机级联结构31

2.6.2多交换机以太网中的生成树协议32

2.6.3多交换机以太网中的数据转发32

2.7实验： 以太网组网34

2.7.1设备、器件的准备和安装34

2.7.2网络软件的安装和连通性测试36

2.7.3交换机级联实验39

2.7.4查看交换机的接口/MAC地址映射表39

2.7.5Packet Tracer与以太网组网42

练习题47

第3章虚拟局域网49

3.1VLAN的提出49

3.1.1交换式以太网的主要问题49

3.1.2VLAN的特性51

3.2VLAN的工作原理52

3.2.1基于接口的静态VLAN52

3.2.2基于MAC地址的动态VLAN53

3.2.3跨越交换机的VLAN54

3.3实验： 交换机的配置与VLAN组网56

3.3.1交换机的配置命令57

3.3.2VLAN的配置58

3.3.3仿真环境中的简化配置方法64

3.3.4在“模拟”方式下观察数据包的收发过程66

练习题67

第4章无线局域网组网技术69

4.1无线局域网的传输介质69

4.2无线局域网与CSMA/CA70

4.3无线局域网的组网模式73

4.3.1自组无线局域网73

4.3.2基础设施无线局域网74

4.4无线局域网组网标准75

4.5组网所需的设备和器件76

4.5.1无线网卡76

4.5.2无线访问接入点76

4.5.3天线77

4.6实验： 动手组装无线局域网77

练习题82

第5章互联网的基本概念84

5.1互联网络84

5.2互联网解决方案86

5.2.1面向连接的解决方案86

5.2.2面向非连接的解决方案86

5.3IP与IP层服务87

5.3.1IP互联网的工作机理88

5.3.2IP层服务89

5.3.3IP互联网的特点89

练习题90

第6章IP地址与ARP91

6.1IP地址的作用91

6.2IP地址的类别92

6.2.1IP地址的层次结构92

6.2.2IP地址的类别区分93

6.2.3IP地址的直观表示法95

6.3无类别IP地址95

6.3.1无类别IP的编址方法95

6.3.2掩码表示法与斜杠标记法97

6.3.3特殊的IP地址形式98

6.3.4多层次划分99

6.4地址解析协议101

6.4.1ARP的基本思想101

6.4.2ARP的改进102

6.4.3完整的ARP工作过程102

6.5实验： IP地址规划与配置103

6.5.1IP地址规划103

6.5.2在物理网络上划分逻辑网络104

6.5.3IP地址的配置105

练习题113

第7章IP数据报114

7.1IP数据报的格式114

7.2IP封装、分片与重组115

7.2.1MTU与分片116

7.2.2重组117

7.2.3分片控制118

7.3IP数据报选项118

7.4差错与控制报文119

7.4.1ICMP差错控制119

7.4.2ICMP控制报文120

7.4.3ICMP请求/应答报文对121

7.5实验： ping命令剖析与数据包捕获122

7.5.1ping命令剖析与使用123

7.5.2网络数据包捕获与分析125

练习题133

第8章路由器与路由选择135

8.1路由选择136

8.1.1间接投递和直接投递136

8.1.2路由选择的基本方法137

8.1.3基本路由选择算法137

8.1.4路由聚合139

8.1.5#长匹配原则141

8.1.6路由表中的特殊路由142

8.1.7无类别域间路由143

8.1.8IP数据报传输与处理过程144

8.2路由表的建立与刷新146

8.2.1静态路由146

8.2.2动态路由147

8.3路由选择协议148

8.3.1RIP与向量—距离算法149

8.3.2OSPF与链路—状态算法153

8.4部署和选择路由协议154

8.5实验： 配置路由155

8.5.1局域网环境下的路由配置155

8.5.2仿真环境下的路由器配置164

8.5.3三层交换机的配置167

练习题172

第9章IPv6174

9.1IPv6的新特征174

9.2IPv6地址175

9.2.1IPv6地址表示法176

9.2.2IPv6地址类型177

9.3IPv6数据报179

9.3.1IPv6基本头180

9.3.2IPv6扩展头180

9.4IPv6差错与控制报文181

9.4.1组播侦听者发现181

9.4.2邻居发现182

9.5地址自动配置与路由选择184

9.5.1地址自动配置184

9.5.2路由选择185

9.6实验： 配置IPv6187

练习题190

第10章TCP与UDP191

10.1端对端通信191

10.2传输控制协议192

10.2.1TCP提供的服务192

10.2.2TCP的可靠性实现193

10.2.3TCP的缓冲、流控与窗口195

10.2.4TCP连接与端口196

10.3用户数据报协议197

10.4实验： 端口的应用——网络地址转换198

10.4.1使用NAT的动机198

10.4.2NAT的主要技术类型199

10.4.3在仿真环境实现网络地址转换202

练习题205

第11章应用程序进程交互模式207

11.1客户—服务器模式207

11.1.1认识客户—服务器模式207

11.1.2客户与服务器的特性208

11.1.3实现中需要解决的主要问题209

11.2对等计算模式210

11.2.1认识对等计算211

11.2.2对等网络的分类212

11.2.3对等计算模式的特点216

11.3实验： 编写简单的客户—服务器程序217

11.3.1Python中的UDP编程218

11.3.2编写UDP客户—服务器程序220

练习题224

第12章域名系统225

12.1互联网的命名机制225

12.1.1无层次命名机制225

12.1.2层次型命名机制226

12.1.3TCP/IP互联网域名227

12.1.4Internet域名227

12.2域名解析229

12.2.1TCP/IP域名服务器与解析算法229

12.2.2提高域名解析的效率231

12.2.3域名解析的完整过程233

12.3域名数据234

12.3.1资源记录234

12.3.2资源数据库235

12.4实验： 配置DNS服务器235

12.4.1配置域名服务器236

12.4.2测试配置的DNS239

练习题242

第13章电子邮件系统243

13.1认识电子邮件系统243

13.1.1TCP/IP互联网上电子邮件的传输过程244

13.1.2电子邮件地址245

13.2电子邮件传递协议246

13.2.1简单邮件传输协议246

13.2.2邮局协议247

13.3电子邮件的报文格式249

13.3.1RFC822249

13.3.2多用途Internet邮件扩展协议250

13.4实验： 编写简化的邮件服务器251

13.4.1Python中的TCP编程252

13.4.2编写简化的SMTP服务器256

练习题260

第14章Web服务261

14.1Web的基本概念261

14.1.1Web服务系统261

14.1.2Web服务器262

14.1.3Web浏览器263

14.1.4页面地址URL264

14.2Web系统的传输协议265

14.2.1HTTP信息交互过程265

14.2.2HTTP报文格式266

14.3Web系统的页面表示方式267

14.4实验： 配置Web服务器270

14.4.1IIS的安装270

14.4.2IIS的配置271

14.4.3测试配置的Web服务器281

练习题282

第15章网络安全284

15.1网络安全的基本概念284

15.1.1网络提供的安全服务284

15.1.2网络攻击285

15.2数据加密和数字签名286

15.2.1数据加密286

15.2.2数字签名289

15.2.3数据加密和数字签名的区别291

15.2.4密钥的分发291

15.3保证网络安全的几种具体措施293

15.3.1防火墙293

15.3.2安全套接层协议295

15.4实验： 利用路由器实现简单的包过滤防火墙296

15.4.1访问控制列表296

15.4.2访问控制列表实验过程298

练习题302

第16章接入互联网303

16.1常用的接入技术303

16.1.1借助电话网接入304

16.1.2利用ADSL接入305

16.1.3使用HFC接入306

16.1.4通过数据通信线路接入308

16.2接入控制与PPPoE308

16.2.1PPPoE309

16.2.2PPPoE的应用310

16.3实验： 在路由器上配置PPPoE服务器311

16.3.1PPPoE接入服务器的配置311

16.3.2验证配置的PPPoE接入服务器315

练习题316

参考文献318

本书是一本面向高等职业教育、高等专科教育和成人高等教育的计算机网络教材，同时也是一本引导人们一步步走进计算机网络殿堂的工具书。在内容组织上将计算机网络基础知识与实际应用相结合，在讲解基础知识的同时，介绍相应知识在网络组网、网络操作系统中的具体应用，使学生能够对网络的基本原理、网络协议有一个直观认识，并能应用到实际中去。在整本书中强调基础理论知识与实验实践相结合，使学生在了解计算机网络基本理论、基本知识的同时，掌握网络组网方法、网络操作系统的管理和维护、互联网服务的使用和配置等网络操作技能。