现代计算机网络原理与技术 9787302585268

互联网已经极大地改变了人们的生产、生活方式。今天，人们根本无法想象回到一个没有网络，不能随时随地与朋友聊天、展示图片、观看视频或者在线购物的时代将会是什么样子。在计算机网络已经成为社会基础设施的这个时代，对计算机网络的理论、技术和应用的了解、学习和掌握成为人们的基本需求，计算机网络课程也成为高等学校IT类专业的核心专业基础课，以及理工类和经济管理类专业的必修课。
应用型本科人才培养强调实践性、应用性和技术性。应用型本科计算机网络教学的主要任务是讲授计算机网络的基本原理、相关技术与应用，在学生对计算机网络基本原理和协议掌握的基础上，提高学生的网络分析能力和工程应用能力，培养学生成为知识与能力并重的一专多能的复合型人才，实现理论、应用、技术三位一体的计算机网络教学。
作者从事应用型本科计算机网络教学近二十年，选用过多本国内教材，在教学过程中发现学生在学习过程中普遍感觉到计算机网络课程过于理论化，并不能真正地理解计算机网络课程中的理论知识的实际应用价值。因此，在讲授过程中，作者力图增加大量案例。在讲授各层协议原理时，利用协议分析软件捕获数据包，目的是让学生看到各层数据包结构，看到每一层的封装，加深学生对各层协议及网络原理的理解，培养学生的网络分析与纠错能力。在实践教学内容上，通过融入网络工程实例，培养学生网络工程的应用能力，实现理论、应用、技术三位一体的计算机网络教学。作者基于对应用型本科计算机网络的知识模块、教学目标、教学内容的理解，参照国内部分计算机网络经典教材，编写了本书。
本书主要内容如下。
第1 章是计算机网络概述。首先介绍计算机网络的定义、计算机网络的性能指标以及计算机网络的分类。接着介绍了互联网的概念、互联网的组成以及分组交换网的原理。后讨论了计算机网络的几个性能指标。
第2章讨论了计算机网络协议、体系结构以及相关的基本概念。简要介绍了国际标准化组织和TCP/IP对计算机网络的分层结构。讨论了五层体系结构的基本功能，分析了数据在五层体系结构之间的传递过程。
第3章介绍了计算机网络通信的物理层。主要介绍了物理层的基本概念、数据通信的基础知识和各种传输介质，讨论了几种常用的宽带接入技术。介绍了双绞线RJ45头的制作方法和步骤。
第4章首先介绍数据链路层基础知识和需要解决的三个基本问题： 封装成帧、透明传输、差错检测。接着讲述两种类型的数据链路层，即点到点链路的数据链路层和广播信道的数据链路层。这两种数据链路层的通信机制不一样，使用协议也不一样： 点到点链路使用PPP；广播信道使用带冲突检测的载波侦听多路访问协议（CSMA/CD协议）。本章重点介绍了基于广播信道的以太网技术，包括以太网标准、以太网原理、虚拟局域网及以太网相关配置技术。
第5章主要介绍了IPv4和IPv6地址。针对IPv4，主要讲述了IPv4地址格式、子网掩码的作用、IPv4地址分类以及子网划分，还介绍了公网地址和私网地址；基于IPv6，讲述了IPv6地址结构、类型以及一些特殊的IPv6的地址。
第6章讲述了网络层。讲解网络层首先要理解虚拟网络的概念，因此首先介绍了虚拟网的概念。由于路由器是根据网络层转发数据包的，可见网络层各字段是为了实现网络层功能。除了讲解网络层，本章还讲解了TCP/IP协议栈网络层的四个协议： IP、ICMP、IGMP和ARP。
第7章讲述了路由选择。路由选择是网络层的一个重要功能，在本章的学习中既要理解路由选择的含义、功能及相关原理，又要掌握基本路由配置技术。本章主要讲述了路由器功能、路由选择概念、自治系统概念、静态路由及动态路由选择协议。为了更深入地理解相关概念和原理，基于思科路由器，本章还介绍了静态路由和动态路由的相关配置技术。
第8章讲解了TCP/IP运输层的两个协议TCP和UDP。首先讲述了传输层与应用层之间的关系、端口与服务之间的关系，根据它们之间的关系，进一步让学生明白设置防火墙实现网络安全的道理。运输层有 TCP和UDP两个协议，本章讲解了这两个协议的和功能，重点介绍了TCP如何实现可靠传输、流量控制、拥塞避免和连接管理。
第9章介绍了应用层。应用层定义了服务器和客户机之间如何交换信息、服务器和客户端之间进行哪些交互、命令的交互顺序，规定了信息的格式以及每个字段的意义。本章讲述了几种标准的应用层协议，由于不同的应用实现的功能不一样，如访问网站和收发电子邮件的实现功能不一样，因此需要不同的应用层协议。
第10章讲解了云计算。本章为网络技术的应用扩展。作为一种新兴的网络技术和商业计算模型，云计算是基于网络将计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使用户能够借助网络按需获取计算力、存储空间和信息服务。云计算融合了大量的革新技术，它不仅是技术革新驱动商业模式变革的产物，也是用户需求驱动的结果。本章主要介绍了云计算的基本概念、云计算服务架构、云计算关键技术和国内外主流的云平台技术，目的是让读者对云平台有一个初步认识。
由于计算机网络知识和内容十分丰富，为便于读者理解基础的网络知识，本书力求与身边的计算机网络应用相联系，把计算机网络的原理、技术与应用融合在一起；通过捕获和分析协议包，使读者感受网络协议，理解网络协议的功能，感觉到计算机网络和网络协议不再抽象；在数据链路层、网络层及应用层引入相关网络技术，使读者真正体会网络的应用，目的是让读者从理论、技术与应用三方面理解计算机网络原理。
本书由山东交通学院王守强教授主笔，在编写过程中得到了山东交通学院信息科学与电气工程学院和齐鲁工业大学计算机学院的大力支持。齐鲁工业大学的唐为方编写了第1、2章，山东交通学院的史士英编写了第3章，王守强编写了第4～7章，山东交通学院的亓江涛编写了第8章，山东交通学院的杨光编写了第9章，齐鲁工业大学的王新刚编写了第10章。
由于作者水平有限，书中难免存在疏漏或不妥之处，恳请读者批评指正，并对阅读和使用本书的任课教师、学生和读者表示感谢。

作者2021年10月

本书以计算机网络五层体系结构为基础，对现代计算机网络原理和应用进行了介绍。全书共分为10章，分别介绍了计算机网络基础、网络体系结构、局域网技术、TCP/IP、网络系统与服务及云计算等内容。本书引入网络工程技术和协议分析技术，验证所学理论，帮助读者理解网络原理。本书还力图反映与计算机网络相关技术的一些**发展。 本书适合作为高等院校计算机科学与技术、软件工程、电子信息技术、物联网等相关专业的计算机网络相关课程教材，也可作为计算机网络业内人士、信息技术爱好者和考研者的参考用书。

王守强，山东交通学院信息科学与电气工程学院教授，博士。中国计算机学会高级会员。长期从事计算机网络、Linux操作系统、网络工程、WEB框架技术等本科生教学工作。参与国家自然科学基金3项，主持山东省自然科学基金1项，主持山东省高校科技项目2项，获山东省高校科技成果三等奖2项。

1章计算机网络概述1

1.1计算机网络的概述1

1.1.1计算机网络概念1

1.1.2计算机网络发展的阶段2

1.1.3计算机网络在信息时代的作用3

1.1.4计算机网络的硬件和软件4

1.1.5计算机网络的分类5

1.2互联网概述6

1.2.1互联网概念6

1.2.2互联网的边缘部分7

1.2.3互联网的核心部分9

1.3计算机网络性能指标11

1.3.1速率11

1.3.2带宽12

1.3.3吞吐量12

1.3.4时延12

1.3.5时延带宽积14

1.3.6往返时间14

1.3.7利用率15

习题16

2章计算机网络协议和体系结构18

2.1计算机网络协议18

2.1.1计算机网络协议概念18

2.1.2计算机网络协议分层与协议簇19

2.1.3计算机网络协议的格式21

2.2计算机网络的体系结构21

2.2.1计算机网络体系结构的定义21

2.2.2具有五层协议的体系结构22

2.2.3实体、协议、服务和访问点24

2.3网络中传输数据25

2.3.1数据在各层之间传递过程25

2.3.2数据封装与解封26

2.4TCP/IP体系结构26

习题27

3章物理层29

3.1物理层的基本概念29

3.2数据通信基础知识30

3.2.1数据通信模型30

3.2.2数据通信的一些常用术语31

3.2.3物理层信号和编码31

3.2.4信道和调制33

3.3物理层下面传输媒体35

3.3.1导向型传输媒体35

3.3.2非导向型传输媒体39

3.4宽带接入技术43

3.4.1光纤接入技术43

3.4.2移动互联技术44

3.4.3HFC技术45

习题46

4章数据链路层48

4.1数据链路层概述48

4.1.1数据链路层基础知识48

4.1.2链路、数据链路和帧50

4.1.3数据链路层的三个基本问题51

4.2点对点协议55

4.2.1点对点协议的特点56

4.2.2点对点协议的组成57

4.2.3同步传输和异步传输57

4.2.4点对点协议的帧格式59

4.2.5点对点帧的填充方式59

4.3广播信道数据链路层60

4.3.1广播信道局域网60

4.3.2以太网标准62

4.3.3CSMA/CD协议62

4.3.4以太网信道利用率66

4.3.5以太网MAC层67

4.4扩展以太网73

4.4.1在物理层扩展以太网73

4.4.2基于交换机以太网扩展75

4.5虚拟局域网82

4.5.1虚拟局域网概念82

4.5.2划分虚拟局域网优点82

4.5.3VLAN划分方法83

4.6高速以太网85

4.6.1100BASET以太网86

4.6.2吉比特以太网86

4.6.310吉比特以太网88

4.7企业局域网89

4.7.1二层结构的局域网89

4.7.2三层网络90

习题91

5章IP地址95

5.1IP编址简介95

5.1.1理解IP地址95

5.1.2IP地址组成965.2IPv4地址97

5.2.1分类的IP地址97

5.2.2IPv4 单播、广播和组播101

5.2.3子网划分103

5.2.4子网掩码105

5.2.5无分类域间路由选择109

5.3私网地址与公网地址113

5.3.1公网地址113

5.3.2私网地址114

5.3.3网络地址转换NAT115

5.4IPv6地址117

5.4.1IPv6地址简介117

5.4.2IPv6单播地址120

5.4.3IPv6单播地址配置123

5.4.4IPv6组播地址128

习题130

6章网络层134

6.1网络层概述134

6.1.1网络层功能134

6.1.2网络层协议136

6.2IPv4 数据报138

6.2.1IPv4数据报格式138

6.2.2IP层转发分组流程142

6.3ARP146

6.3.1IP地址与物理地址映146

6.3.2地址解析协议148

6.3.3ARP使用举例150

6.4互联网控制报文协议152

6.4.1ICMPv4协议格式及类型153

6.4.2ICMPv6154

6.4.3ICMP应用举例157

6.5IGMP159

6.5.1多播及多播IP地址160

6.5.2多播MAC地址162

6.5.3互联网多播管理协议163

6.6IPv6报文格式164

6.6.1IPv6基本164

6.6.2IPv6扩展165

习题167

7章路由与路由选择协议170

7.1路由器170

7.1.1路由器结构170

7.1.2路由器在网络互联中的作用171

7.2路由选择协议概念174

7.2.1路由及路由表174

7.2.2路由选择协议的几个基本概念176

7.3静态路由177

7.3.1静态路由概念177

7.3.2配置静态路由180

7.4动态路由选择协议184

7.4.1RIP185

7.4.2在路由器上配置RIP188

7.5OSPF协议193

7.5.1OSPF协议工作原理193

7.5.2在路由器上配置OSPF协议199

7.6外部网关协议204

习题208

8章运输层213

8.1运输层概述213

8.1.1运输层功能213

8.1.2运输层的两个协议214

8.1.3运输层端口216

8.1.4端口和服务的关系217

8.1.5端口和网络安全的关系218

8.2用户数据报协议219

8.2.1UDP的特点219

8.2.2UDP的格式220

8.3TCP概述222

8.3.1TCP的特点222

8.3.2TCP的报文段格式223

8.4可靠传输227

8.4.1停止等待协议227

8.4.2连续ARQ协议229

8.4.3以字节为单位的滑动窗口230

8.4.4选择确认SACK232

8.4.5时重传时间选择234

8.5流量控制235

8.6拥塞控制236

8.6.1拥塞控制的原理236

8.6.2慢开始与拥塞避免238

8.6.3快重传和快恢复240

8.6.4发送窗口的上限242

8.7TCP连接管理242

8.7.1TCP连接的建立242

8.7.2TCP连接的释放244

习题247

9章应用层251

9.1域名系统251

9.1.1域名系统结构252

9.1.2域名服务器254

9.1.3域名解析过程256

9.2动态主机配置协议258

9.2.1DHCP258

9.2.2DHCP地址租约259

9.2.3DHCP地址租约更新261

9.2.4DHCP中继代理261

9.3万维网与HTTP262

9.3.1万维网概述262

9.3.2统一资源定位符263

9.3.3文本传输协议264

9.3.4HTTP请求与响应报文268

9.3.5状态信息和Cookie270

9.4文件传输协议271

9.4.1FTP概述271

9.4.2FTP工作原理272

9.4.3客户端应用程序275

9.5电子邮件276

9.5.1电子邮件概述276

9.5.2SMTP279

9.5.3邮件读取协议POP3和IMAP283

9.5.4基于万维网的邮件284

9.5.5通用邮件扩充MIME285

9.6Telnet协议289

习题290

10章云计算技术294

10.1云计算基本概念与特征294

10.1.1云计算定义294

10.1.2云计算基本特征295

10.2云计算架构296

10.2.1云架构基本层次296

10.2.2云架构的服务层次298

10.3云计算核心技术299

10.3.1虚拟化技术299

10.3.2分布式数据存储技术302

10.3.3编程模式306

10.3.4大规模数据管理307

10.3.5分布式资源管理技术309

10.3.6云计算ping台管理312

10.3.7信息安全315

10.4主流云ping台315

10.4.1国外云ping台315

10.4.2国内典型云ping台319

习题323

附录A网络协议分析器Wireshark 325

本教材面向应用型本科学生，以工程教育为导向，以培养学生网络知识与网络分析和工程应用能力为指导思想，将网络理论与网络工程技术和网络协议分析相结合。具体说，将交换机和路由器配置技术引入到教材，使得学生在学习网络时将理论与技术相结合，培养学生网络工程技术能力。引入协议捕获软件来捕获网络各层数据包，让学生看到数据包结构并分析数据包结构，看到每一层封装，加深学生对各层协议及网络原理的理解，进一步培养学生的网络分析与纠错能力。本教材特色：将网络理论与网络工程技术、网络协议分析相结合， 使学生在学习网络理论同时，能够了解网络的应用，培养学生的学习兴趣，同时通过网络工程技术的应用和网络协议的分析，帮助学生理解网络原理，终实现理论、应用、技术的三位一体。