现代计算机网络原理与技术

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，最终实现理论、应用、技术的三位一体。

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近期新发展。
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。

第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
第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
第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
第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
第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
第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地址与物理地址映射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基本首部164
6.6.2IPv6扩展首部165
习题167
第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
第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的首部格式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超时重传时间选择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
第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超文本传输协议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
第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云计算平台管理312
10.3.7信息安全315
10.4主流云平台315
10.4.1国外云平台315
10.4.2国内典型云平台319
习题323
附录A网络协议分析器Wireshark 325