计算机网络基础项目教程

前言
随着社会的发展，计算机网络技术已经渗透到各行各业，因此对建网、管网、用网的专业人才的需求愈加迫切。本教材正是为培养计算机网络技术方面的人才而编写的。
本教材是国家示范性骨干院校建设的重点教材，是全国农业职业教育“十三五”一般研究课题基于理论实践一体化的网络专业特色教材建设研究成果、江苏省高等教育教改研究立项课题“一聚一散两保障”专业课程体系优化与教学内容改革及探索的研究成果，也是一线教师长期教学的经验积累。
1. 编写思路
计算机网络基础是一门专业核心基础课程（职业技术课程），在理论和实践上为专业核心课程提供支撑和服务。考虑学生的特性和成长规律，照顾学生的认知水平，专业基础课的理论不宜偏深、偏难，因此，本教材不再运用以“课程理论准备说”为基础的专业课程体系，而是采取“专业能力聚合前移，专业理论分散后撤”的新模式，前移“组网技术”“网络互联技术”等专业核心课程的部分基本技能，后撤部分较深的理论知识，搭建以企业项目引导的纵制式的“理实一体化”专业课程体系，将专业理论糅合到企业项目中，实现理论为能力服务，从而达到提高学生能力的目的。
2. 主要特色
（1） 理论编排自顶向下。自底向上的传统逐层讲解教学方法对高职学生并非是方法。本教材以网络为主要学习对象，借鉴国外流行的自顶向下的教学方法，总体安排上，从应用层沿协议栈向下（应用层→传输层→网络层→数据链路层→物理层）展开网络原理的学习，符合学生认知规律，利于尽早调动学生的学习积极性，同时，便于学生尽快接触网络应用，产生应用创新。
（2） 内容组织以项目为载体。总体架构上，打破理论和实践的界限，采用企业岗位（群）项目组织全书，以项目承载理论；理论按项目逻辑重组，力求实现均衡覆盖。本教材重构出十大项目，将专业理论与实践融为一体，既考虑了一定深度，又考虑了新的内容，能提高学生专业能力，为后续课程打下良好的理论基础和实践基础。
（3） “职业资格度量”评价真实能力。摒弃每章习题主要以“巩固本章知识和技能”为目的的传统做法，以“职业资格度量”取而代之。“职业资格度量”以行业企业要求和职业资格标准为依据，对国内外知名企业面试真题、行业竞赛真题以及职业资格考试真题等进行分析、筛选、整理，并按内在逻辑分配到相关项目中，检验学生所掌握理论和技能是否达到行业企业需求，竭力为学生获取多证书开出通路，做到学以致用。
3. 主要内容分布
项目1网络认识。主要知识： 计算机网络概念、功能、组成与分类；网络体系结构，OSI/RM参考模型，TCP/IP参考模型，协议，Windows中TCP/IP参考模型对应关系；网络拓扑结构；网络运行；网络常用设备等。
项目2网络应用。主要知识： 网络计算模式概念，因特网基本知识，如搜索引擎、万维网WWW、HTML等，以及应用层常用的HTTP、FTP、POP3、SMTP等协议、即时通信、Socket、网络操作系统基本知识。
项目3服务器架构。主要知识：  Web服务、FTP服务、DNS服务、DHCP服务，以及应用层相关协议；支撑应用层的传输层TCP、UDP协议。
项目4企业网组建。主要知识： 网络层IP地址理论、子网划分与超网、网络互联基本知识；ARP、RARP、ICMP、IP、路由选择等协议。
项目5局域网组建。主要知识： 局域网参考模型；数据链路层标准、设备；物理层标准、设备；以太网以及交换机基础知识；VLAN基础知识。
项目6无线局域网组建。主要知识： 无线局域网标准、组网模式，以及胖AP与瘦AP、AC知识。
项目7Internet的接入。主要知识： 广域网、接入Internet相关知识。
项目8网络管理与安全。主要知识： 网络管理概念、SNMP；网络安全、端口、防火墙，以及计算机病毒等知识。
项目9网络新技术。主要知识： IPv6、SDN基础知识。
项目10综合实训项目。主要知识： 全书的主要知识综合运用。
4. 教学建议
本教材以学生为中心，学生以企业网络工程师（岗位）等角色完成相应项目。每一项目由知识目标、技能目标、项目导入、任务、项目回顾、职业资格度量六部分组成，每一任务由任务描述、任务分析、知识准备、工具材料、任务实施、检查评议、拓展提高七部分组成。本教材希望学生学完本课程后，不但掌握必需的基本理论和基本技能，而且能够运用它们解决实际中的一般问题。为了实现这一目标，建议在理实一体化教室进行教学，于做中学、学中做。同时，建议聘请企业工程师与校内教师共同承担课程，为学生零距离就业做好准备。
本书课件及职业资格
度量参考答案
本教材由王永红教授负责制订编写大纲及统稿工作。王永红编写项目1、项目4、项目5、项目7、项目9、项目10和附录；王诗瑶编写项目2、项目3、项目6、项目8及全部图像处理和PPT制作等。
本教材的编写得到了相关领导、教师的关心，在此表示衷心的感谢！
本教材在编写过程中，参考了大量的相关资料，汲取了许多同仁的宝贵经验，在此深表谢意。
由于编者水平所限，恳请读者批评指正。

编者2019年5月

本书内容以项目为载体，通过网络认识、网络应用、服务器架构、企业网组建、局域网组建、无线局域网组建、Internet的接入、网络管理与安全、网络新技术、综合实训等项目，突出能力培养，引导学生学习计算机网络基础知识和基本技能。项目后配有“职业资格度量”，用于评价真实能力，以检验所掌握理论和技能是否可以满足行业企业的需求。 本书内容取舍得当，图文并茂，易于理解；文字条理分明，简洁流畅，易于学习；操作有计划、有步骤，易于提高能力。 本书适合作为高职高专院校计算机类、电子信息类、通信类及相关专业的教材，也可作为职业培训的教材或自学者的参考用书。

目录
项目1网络认识1
任务1.1参观网络1
任务1.1.1体验网络1
任务1.1.2了解网络的组成7
任务1.2观察网络运行13
任务1.2.1观察PT中网络的运行13
任务1.2.2了解网络体系结构19
任务1.3识别和绘制网络拓扑结构图26
任务1.3.1识别网络拓扑结构图26
任务1.3.2绘制网络拓扑结构图31
项目回顾37
职业资格度量37
项目2网络应用39
任务2.1使用互联网39
任务2.1.1使用和配置浏览器39
任务2.1.2FTP文件传输46
任务2.1.3收发电子邮件52
任务2.2接触网络操作系统58
任务2.2.1观察虚拟机中网络的运行58
任务2.2.2安装网络操作系统62
任务2.2.3管理网络操作系统68
项目回顾73
职业资格度量73
项目3服务器架构76
任务3.1构建Intranet服务76
任务3.1.1架设和管理Web服务器76
任务3.1.2架设和管理FTP服务器86
任务3.2构建与应用DNS、DHCP服务96
任务3.2.1架设和配置DNS服务器96
任务3.2.2架设和配置DHCP服务器109
项目回顾120
职业资格度量120
项目4企业网组建128
任务4.1规划IP地址129
任务4.1.1配置IP地址129
任务4.1.2划分子网135
任务4.2配置路由139
任务4.2.1路由器的基本配置139
任务4.2.2配置静态路由143
任务4.2.3配置动态路由148
任务4.3测试网络连通性154
任务4.3.1捕获ICMP报文154
任务4.3.2分析IP数据报165
项目回顾171
职业资格度量171
项目5局域网组建180
任务5.1组建小网181
任务5.1.1制作双绞线181
任务5.1.2连通两台计算机189
任务5.2组建对等网192
任务5.2.1简单配置交换机192
任务5.2.2共享资源200
任务5.3组建办公室网207
任务5.3.1VLAN基本配置207
任务5.3.2跨交换机实现VLAN212
任务5.3.3配置VLAN间通信216
项目回顾222
职业资格度量222
项目6无线局域网组建226
任务6.1组建无线对等网226
任务6.2组建无线办公室网235
项目回顾247
职业资格度量247
项目7Internet的接入249
任务7.1ADSL接入249
任务7.2FTTx LAN接入259
项目回顾262
职业资格度量262
项目8网络管理与安全264
任务8.1安装与使用SNMP服务264
任务8.1.1安装SNMP264
任务8.1.2管理网络274
任务8.2使用网络扫描工具280
任务8.3安装和配置防火墙、防病毒软件287
任务8.3.1安装和配置个人防火墙287
任务8.3.2安装和配置杀毒软件293
项目回顾298
职业资格度量298
项目9网络新技术302
任务9.1体验IPv6网302
任务9.1.1安装IPv6协议302
任务9.1.2配置和测试连通性307
任务9.2尝试SDN软件定义网络312
任务9.2.1准备SDN软硬件312
任务9.2.2构建SDN网络318
项目回顾326
职业资格度量326
项目10综合实训项目329
任务10.1项目概述329
任务10.2任务实施331
任务10.2.1双绞线的制作与网络连接331
任务10.2.2IP地址规划332
任务10.2.3IP地址配置（PC和服务器）333
任务10.2.4同网段主机资源共享333
任务10.2.5VLAN规划334
任务10.2.6VLAN配置334
任务10.2.7VLAN间通信335
任务10.2.8路由配置336
任务10.2.9配置WLAN337
任务10.2.10配置服务器339
任务10.2.11配置SNMP网络管理339
任务10.2.12配置NAT339
附录过程考核标准340
参考文献342

本书内容以项目为载体，通过网络认识、网络应用、服务器架构、企业网组建、局域网组建、无线局域网组建、Internet的接入、网络管理与安全、网络新技术、综合实训等项目，突出能力培养，引导学生学习计算机网络基础知识和基本技能。项目后配有“职业资格度量”，用于评价真实能力，以检验所掌握理论和技能是否可以满足行业企业的需求。 本书内容取舍得当，图文并茂，易于理解；文字条理分明，简洁流畅，易于学习；操作有计划、有步骤，易于提高能力。 本书适合作为高职高专院校计算机类、电子信息类、通信类及相关专业的教材，也可作为职业培训的教材或自学者的参考用书。

1.本书内容取舍得当，图文并茂，易于理解。操作有计划、有步骤，易于提高能力。
2.本书适合作为高职高专院校计算机类、电子信息类、通信类及相关专业的教材，也可作为职业培训的教材或自学者的参考书。
3.本书为便于教学，配有教学课件，并提供“职业资格度量”参考答案及微课视频等教学资源。

项目3服务器架构知识目标
理解Web服务、FTP服务、DNS服务、DHCP服务的基础知识以及应用层相关协议；掌握支撑应用层的传输层TCP、UDP协议。
技能目标
掌握Windows Server 2008操作系统的Web服务、FTP服务、DNS服务、DHCP服务的配置和管理。
项目导入
某中小型企业网络布线及设备已经安装到位，测试连接完成。现进一步完成： ①IP地址分配，办公室几十台PC设置静态IP地址，几十台移动笔记本电脑设置动态IP地址;②提供Web服务、FTP服务; ③申请域名，提供DNS服务。
科为公司继续完成该项目。本项目有三个任务需要完成： ①安装与管理Windows Server 2008； ②构建Web服务、FTP服务； ③构建DNS服务、DHCP服务。
本项目中企业内网采用私有IP地址192.168.0.0/24。IP地址规划如下： 192.168.0.1～192.168.0.10预留出给服务器，192.168.0.254作为网关；192.168.0.11～192.168.0.100固定分配给办公室PC；192.168.0.101～192.168.0.200动态分配给移动笔记本电脑；其他IP地址备用。
任务3.1构建Intranet服务〖*2〗任务3.1.1架设和管理Web服务器一、 任务描述Windows Server 2008在服务器上安装完备。企业网页已经做好了，科为公司请工程师帮助企业架设和配置Web服务。
二、 任务分析
根据任务描述，需要在Windows Server 2008上安装Web服务器，并对Web服务器进行配置和管理，包括配置新建Web站点、设置默认首页、设置主目录、配置虚拟目录、设置安全性以及测试Web站点等。本任务选用Windows Server 2008的IIS 7作为Web服务平台。
本任务计划如下。
（1） 检查IIS服务是否安装，如果没有需要安装IIS。
（2） 创建存放网页的文件夹，并把已经制作好的网页复制到该文件夹。
（3） 新建Web站点。
（4） 配置Web站点。
三、 知识准备
Web网页的访问使用应用层的HTTP协议。HTTP协议建立在传输层的TCP协议基础上。TCP协议一般应用在可靠性要求高的地方，支持的常见应用层协议有HTTP、FTP、SMTP、Telnet等。
1. TCP协议功能
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、端到端的传输层通信协议，数据发送之前先建立连接通道。TCP协议由IETF的RFC 793规范定义。TCP在IP报文的协议号是6。
TCP协议的主要功能是提供IP环境下的数据可靠传输。完成对数据报的确认、流量控制和网络拥塞；自动检测数据报，并提供错误重发的功能；将接收的数据报按照原来发送的顺序进行排序，并对重复数据进行选择；控制超时重发，自动调整超时值；提供自动恢复丢失数据的功能。
 2. TCP协议报文格式
为了实现TCP协议报文可靠的传输，采用了特殊的报文格式，报头格式中固定部分占5行，每行32位长（4字节），共20字节，如图31所示。图中各字段含义如下。
图31TCP报头格式
（1） 源端口、目的端口： 都是16位（2字节）。分别表示发送方和接收方进程对应的端口号。端口号和IP地址构成套接字(Socket)地址。源端口和目的端口的套接字合起来地表示一条连接。网络应用程序在通信时直接向套接字发送和接收数据。
（2） 序列号： 32位（4字节）。序列号表示数据部分个字节的序列号。
（3） 确认号： 32位（4字节）。希望收到的下一个数据报的序列号。
序列号和确认号可以表示0～232-1字节的范围。
（4） TCP协议数据报头头长： 4位。表示TCP报文头的长度。长度以32位（4字节）为单位计算。所以如果选项部分的长度不是4字节的整数倍，则要加上填充(padding)。
（5） 保留域： 6位，留着扩展使用，设置为0。
（6） 6个标志位： 有很重要的作用，TCP的连接、断开和传输都受到标志位的控制。
① URG(urgent)为紧急数据标志位。它和第五行的紧急指针配合使用。如果为1，则表示本数据报中包含紧急数据。此时紧急数据指针表示的值有效。它表示在紧急数据之后的个字节的偏侈值(即紧急数据的总长度)。
② ACK(acknowledge)为确认标志位。如果ACK为1，则确认号有效；否则，确认号无效，接收端可以忽略它。
③ PSH(push)为推标志位。如果PSH为1，要求发送方的TCP协议软件马上发送该数据报，接收方在收到数据后也应该立即上交给应用程序，不必等到缓冲区装满。
④ RST(reset)为复位标志位。用来复位一条连接。RST标志置位的报文称为复位报文。一般情况下，如果TCP收到的一个报文明显不是属于该主机上的连接，则向远端发送一个复位报文。可以用于复位由于主机崩溃或其他原因而出现的错误连接；还可以用于拒绝非法的数据报或拒绝连接请求。
⑤ SYN(synchronous)为同步标志位。用来建立连接，让连接双方同步序列号。如果SYN=1而ACK=0，则表示该数据报为连接请求；如果SYN=1而ACK=1，则表示接受连接。
⑥ FIN(finish)为断开标志位。表示发送方已经没有数据要传输了，希望释放连接。
（7） 窗口大小： 16位。表示从被确认的字节开始，还可以连续发送的字节数。接收方通过设置该窗口值的大小，可以调节源端发送数据的速度，从而实现流控。
（8） 校验和(checksum)： 16位。TCP协议提供的一种检错机制，确保高可靠性。它校验头部、数据和伪TCP头部之和。
（9） 紧急指针位： 16位。和URG配合使用。
（10） 可选项（options）： 0个或多个32位。包括TCP载荷、窗口比例、TCP数据报头选择重发数据报等选项。
① TCP载荷： 允许每台主机设定其能够接受的TCP载荷能力。在建立连接期间，双方均声明其载荷能力，并选取其中较小的作为标准。如果一台主机未使用该选项，那么其载荷能力默认设置为536字节。
② 窗口比例： 允许发送方和接收方商定一个合适的窗口比例因子。这一因子使滑动窗口能够达到232字节。
③ TCP协议数据报头选择重发数据报： 这个选项允许接收方请求发送指定的一个或多个数据报。