本书以五层协议的参考模型为基础，较系统地介绍了计算机网络的基本理论、网络技术、网络应用及网络安全。全书分为理论篇和实验篇，理论篇共7章，分别为概论、物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、网络安全，各章均配有习题并在书后给出了参考答案，以便于读者进行自我检验。实验篇给出了5个实验，分别为网线制作与对等网构建，网络适配器资源测试与常用网络命令，网络状况、资源共享与子网划分，TCP-IP协议分析，PGP加密技术。为方便读者独立进行实验，给出了详细的实验操作步骤和过程。
本书既注重对计算机网络基本理论的阐述，同时也对计算机网络的新技术进行了介绍，突出了应用型人才培养的要求。
本书适合作为应用型高等院校计算机类专业的计算机网络教材，也可作为相关专业学生学习计算机网络技术的参考书。

计算机网络是计算机技术和通信技术高度发展、紧密结合的产物。它的出现给整个世界带来了翻天覆地的变化，从根本上改变了人们的工作与生活方式。计算机网络在当今社会中起着非常重要的作用，已经成为人们社会生活中的重要组成部分。随着计算机网络技术的飞速发展，计算机网络教学越来越受到高度重视，计算机网络已成为计算机及相关专业教学的一门必修课程。为此，我们在多年计算机网络课程教学的基础上，依据应用型人才培养的需求，组织编写了本书。
本书以五层协议的参考模型为基础，分为理论篇和实验篇两部分。理论篇较系统地介绍了计算机网络的基本理论、网络技术、网络应用及网络安全，实验篇根据应用需求编写了五个相关实验。本书既注重对计算机网络基本理论的阐述，同时也对计算机网络的新技术进行了介绍，突出了应用型人才培养的要求。
理论篇共分七章，各章内容如下：
第 1 章概论，本章是全书的概要，首先介绍计算机网络的概念、组成、功能、分类、拓扑结构和分组交换技术，讨论了计算机网络的性能指标并简要介绍了计算机网络的标准化及相关知识；然后论述了理论性较强，但非常重要的计算机网络体系结构；最后， 介绍了网络新技术。
第 2 章物理层，物理层是计算机网络 OSI 模型中最低的一层，它确保原始数据可在各种物理媒体上传输。本章介绍了物理层的基本概念、数据通信的基础知识、物理层下面的传输媒体、信息利用技术以及物理层设备。
第 3 章数据链路层，数据链路层最基本的功能是向该层用户提供透明的和可靠的数据传送基本服务。本章介绍了数据链路层的基本概念、数据链路层的相关协议、以太网、无线局域网和数据链路层设备。
第 4 章网络层，网络层最基本的功能是实现从源到目的端的数据包传输。本章介绍了网络层的基本概念、IP 协议、IP 地址、VLSM、CIDR 等概念、各种路由协议的相关特点及原理、NAT 与 VPN 技术。
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第 5 章传输层，传输层最基本的功能是实现端到端的数据传输。本章介绍了传输层的基本概念、传输层的两个主要协议 TCP 和 UDP 及其相关特点。
第 6 章应用层，应用层协议是网络和用户之间的接口，本章在介绍应用层的概念后， 主要介绍了在网络上广泛使用的几个应用层协议：域名系统、文件传输协议 FTP、远程登录协议 Telnet、电子邮件协议 SMTP、POP3 及 IMAP4、超文本传输协议 HTTP、动态主机配置协议 DHCP 等。
第 7 章网络安全，本章对网络安全相关问题进行了讨论，主要介绍了网络安全概念、数据加密技术、密钥管理、防火墙系统和入侵检测技术等。
实验篇共有 5 个实验，分别为：网线制作与对等网构建，网络适配器资源测试与常用网络命令，网络状况、资源共享与子网划分，TCP-IP 协议分析，PGP 加密技术。
本书由赵文、何小平任主编，谢文兰、陈伟、廖金祥任副主编。编写分工如下：理论篇第 1 章、第 6 章和第 7 章由赵文编写，第 2 章和第 3 章由谢文兰编写，第 4 章和第
5 章由何小平编写，各章的习题及参考答案由陈伟编写，实验篇由廖金祥编写。全书由赵文总体规划并负责统稿。
本书的出版得到了广东培正学院教材立项资助和中国铁道出版社有限公司的大力支持，在此表示衷心感谢。本书在编写过程中，阅读和参考了大量相关文献资料和互联网资料，在此向相关作者深表谢意。由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处， 恳请读者和同行不吝指正，赐教邮箱：pzcczw@foxmail.com。



编 者
2020 年 1 月

第 1 章 概论 2
1.1 计算机网络概述 2
1.1.1 计算机网络的概念 2
1.1.2 计算机网络的组成 3
1.1.3 计算机网络的功能 4
1.1.4 计算机网络的分类 4
1.1.5 计算机网络的拓扑结构 5
1.1.6 分组交换技术概述 8
1.1.7 计算机网络的性能指标 9
1.1.8 计算机网络的标准化及相关组织 11
1.2 计算机网络体系结构 12
1.2.1 网络体系结构的基本概念 12
1.2.2 OSI 参考模型 13
1.2.3 TCP/IP 参考模型 14
1.2.4 OSI 与 TCP/IP 参考模型的比较 14
1.2.5 五层协议的参考模型 15
1.3 网络新技术 16
1.3.1 网络存储 16
1.3.2 网格计算与云计算 18
1.3.3 无线传感器网络与物联网 19
1.3.4 软件定义网络与网络功能虚拟化 20
习题 21
第2章 物理层 23
2.1 物理层的基本概念 23
2.2 数据通信的基础知识 24
2.2.1 数据通信系统的模型 24
2.2.2 有关信道的几个基本概念 25
I
 
   




计算机网络

2.2.3 信道的极限容量 26
2.3 物理层下面的传输媒体 28
2.3.1 导向传输媒体 28
2.3.2 非导向传输媒体 31
2.4 信道复用技术 34
2.4.1 频分复用 35
2.4.2 时分复用 35
2.4.3 波分复用 37
2.4.4 码分复用 37
2.5 因特网接入技术 38
2.5.1 数字用户线接入 38
2.5.2 光纤同轴混合网接入 39
2.5.3 光纤接入 40
2.5.4 以太网接入 41
2.5.5 无线接入 42
2.6 物理层的设备 43
2.6.1 中继器 43
2.6.2 集线器 43
习题 44
第 3 章 数据链路层 47
3.1   概述 47
3.1.1 数据链路层的基本概念 47
3.1.2 数据链路层的简化模型 48
3.1.3 数据链路层向网络层提供的服务 49
3.2 数据链路层协议 52
3.2.1 点对点协议（PPP） 53
3.2.2 PPPoE 协议 56
3.2.3 CSMA/CD 协议 58
3.3 传统以太网 60
3.3.1 局域网和以太网 60
3.3.2 以太网的拓扑结构 62
3.3.3 以太网的两个标准 63
3.3.4 以太网的 MAC 层 63
3.3.5 以太网的信道利用率 65
3.4 以太网的演进 66
II
 
   




目   录
3.4.1 100BASE-T 以太网 66
3.4.2 吉比特以太网 66
3.4.3 10 吉比特以太网和 100 吉比特以太网 67
3.4.4 使用以太网进行宽带接入 68
3.5 无线局域网 68
3.5.1 无线局域网的组成 69
3.5.2 无线局域网的物理层 72
3.5.3 无线局域网的 MAC 层 74
3.6 数据链路层的设备 76
3.6.1 在物理层上扩展以太网 76
3.6.2 用网桥在数据链路层扩展以太网 78
3.6.3 用交换机在数据链路层扩展以太网 80
习题 82
第4章 网络层 84
4.1   概述 84
4.1.1 网络层的功能 84
4.1.2 网络层提供的两种服务 85
4.2 IP 协议 87
4.2.1 IP 协议简介 87
4.2.2 IP 地址及编址方式 87
4.2.3 IP 地址与物理地址 89
4.2.4 地址解析协议 92
4.2.5 IP 数据报的格式 96
4.3 无分类的 IP 地址 98
4.3.1 划分子网的基本概念 99
4.3.2 无分类域间路由选择（构成超网） 102
4.4 网际控制报文协议 105
4.4.1 ICMP 报文的种类 105
4.4.2 ICMP 的应用举例 ping 109
4.5 因特网的路由选择协议 110
4.5.1 几个基本概念 110
4.5.2 内部网关协议 RIP 113
4.5.3 内部网关协议 OSPF 115
4.5.4 外部网关协议 BGP 119
4.6 VPN 与 NAT 122
III
 
   



计算机网络
4.6.1 虚拟专用网 122
4.6.2 网络地址转换 124
4.7 IP 多播 125
4.7.1 IP 多播的基本概念 125
4.7.2 IP 多播路由及其协议 126
4.8 IPv6 协议 130
4.8.1 IPv6 的基本首部 131
4.8.2 IPv6 的编址 133
4.8.3 IPv4 到 IPv6 的过渡技术 135
4.8.4 ICMPv6 136
4.9 网络层的设备 138
4.9.1 路由器 138
4.9.2 三层交换机 141
习题 143
第5章 传输层 146
5.1   概述 146
5.1.1 进程之间的通信 146
5.1.2 传输层的两个主要协议 147
5.1.3 传输层的端口 147
5.2 用户数据报协议 148
5.2.1 用户数据报协议概述 148
5.2.2 UDP 报文结构 149
5.3 传输控制协议 150
5.3.1 传输控制协议概述 150
5.3.2 TCP 报文结构 151
5.3.3 TCP 的可靠传输 153
5.3.4 TCP 的流量控制 156
5.3.5 TCP 的拥塞控制 157
5.3.6 TCP 的连接管理 160
习题 164
第6章 应用层 167
6.1 应用层的基本概念 167
6.1.1 主要的应用层协议 167
6.1.2 网络应用模式 168
IV
 
   




目   录
6.2 域名系统 168
6.2.1 Internet 的域名结构 169
6.2.2 中文网址与中文域名 171
6.2.3 域名服务器 172
6.2.4 域名解析过程 173
6.3 文件传输协议 175
6.3.1 FTP 的工作原理 176
6.3.2 简单文件传输协议 177
6.4 远程登录协议 Telnet 178
6.4.1 Telnet 简介 178
6.4.2 Telnet 工作过程 178
6.5 电子邮件协议 179
6.5.1 电子邮件的收发原理 179
6.5.2 电子邮件地址格式与工作过程 181
6.6  万 维网 181
6.6.1 万维网基本概念 182
6.6.2 统一资源定位符 183
6.6.3 超文本传输协议 184
6.7 动态主机配置协议 185
6.7.1 DHCP 相关概念 185
6.7.2 DHCP 实现原理 185
习题 187
第 7 章 网络安全 190
7.1 网络安全概述 190
7.1.1 网络安全概念 190
7.1.2 网络安全威胁 191
7.1.3 网络安全策略 192
7.2 数据加密技术 195
7.2.1 数据加密概念 195
7.2.2 数据加密技术 195
7.2.3 数字签名技术 196
7.3 密钥管理 198
7.3.1 密钥管理流程 198
7.3.2 对称密钥管理 199
7.3.3 公开密钥管理 200
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计算机网络
7.4 防火墙系统 200
7.4.1 防火墙概述 200
7.4.2 防火墙的功能 200
7.4.3 防火墙的主要类型 201
7.4.4 防火墙的关键技术 202
7.4.5 防火墙的部署方式 203
7.5 入侵检测技术 203
7.5.1 入侵检测简介 203
7.5.2 入侵检测系统的分类 204
7.5.3 入侵检测系统的部署 204
习题 205


实验一 网线制作与对等网构建（Windows 7 系统） 208
实验二 网络适配器资源测试与常用网络命令（Windows 7 系统） 218
实验三 网络状况、资源共享与子网划分（Windows 7 系统） 233
实验四 TCP-IP 协议分析（Windows 7 系统） 249
实验五 PGP 加密技术（Windows 7 系统） 284
习题参考答案 304
参考文献 306

赵文，广东培正学院；何小平，广东培正学院

本书的编写从物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层、网络安全视角出发，让学生理解网络的架构，网络的互联，知道怎样设计和实现满足企业需求的网络。本书增加网络实践案例教学，其教学目标是零距离和实际工作接轨。