本书深入浅出地讲解计算机网络知识。全书共分为7章：第1章为概述，从整体上介绍计算机网络及其发展历史；第2～6章以计算机网络的五层体系结构为基础，分别介绍物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层的概念、工作原理、相关协议等；第7章讲述网络安全基础知识。本书的特点是注重分析各种技术背后的原理和方法，注重内容的正确性、准确性和新颖性。 为方便读者学习和理解，全书配套录制了微课视频。该视频具有动画演示生动形象、语言通俗精练、配套文案精美三大特色。本书还为读者提供PPT课件、学习大纲、习题、知识点思维导图等资源。 本书适合作为高等院校电子信息工程、通信工程、物联网工程、信息工程、电气工程自动化、自动化、计算机科学与技术等相关专业的教材，也可供其他专业的学生、教师和从事计算机网络工作的工程技术人员参考，还可作为考研者的复习用书。
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计算机网络是计算机技术和通信技术相结合而成长起来的新型技术，在当今社会的各个领域得到了广泛的应用。计算机网络目前已不仅是高等院校计算机、通信与信息类专业本科生的核心基础课程，而且正逐渐成为理工科各专业学生的公共课程，重要性日益突出，其教学目标是为后续涉及网络的专业课程的学习和研究打下坚实基础。
计算机网络理论性强、概念多、知识点琐碎、抽象、难理解，这是广大学习者的普遍感受，作者最初是在B站上传了自制的《计算机网络》微课堂的学习视频，这种动画视频的方式深受广大学习者的好评，同时收到清华大学出版社王中英编辑的出版邀请。于是就诞生了你手上的这本书。
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本书共7章，内容包括概述、物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层、网络安全，覆盖了最新的全国计算机专业研究生入学考试的知识点。各章末尾提供思维导图形式的知识点总结，帮助读者总结和加深记忆。由于很多专业术语对应的英文很常用，笔者按照知识点顺序进行了整理，方便读者查阅。此外，各章均附有本章的习题，便于读者巩固提升。读者可以扫描封底本书资源二维码获取相关内容。
本书有如下特点：
（1）以基础知识和核心概念为主线。根据近年来计算机网络技术的发展，对计算机网络的基本原理、方法和技术进行深入浅出的讲解，注重内容的正确性、准确性和新颖性，以及知识体系的逻辑性、连贯性。在内容编排上既能方便老师组织课堂教学，又能方便读者自学。
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本书可作为高等院校电子信息工程、通信工程、物联网工程、信息工程、电气工程自动化、自动化、计算机科学与技术等相关专业的教材，也可供其他专业的学生、教师和从事计算机网络工作的工程技术人员参考。
本书由高军、陈君、唐秀明、张剑编著。其中，高军编写了第3～6章，陈君编写了第1章，唐秀明编写了第2章，张剑编写了第7章。全书由高军负责统稿和审阅工作。
在本书的编写过程中，吴亮红、席在芳、卢明、唐志军教授对于本书的内容给予了热心指点，责任编辑王中英对本书的编辑负责、细心，编者在此一并致以诚挚的谢意！书中内容参阅了谢希仁老先生的《计算机网络》（第8版），在此对谢老先生表示致敬和感谢！
由于编者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，殷切希望广大读者批评指正。
读者可加QQ群524949637交流学习。
编者
于湖南科技大学
第1章 概述 1
1.1 信息时代的计算机网络 1
1.1.1 计算机网络的各类应用 1
1.1.2 计算机网络带来的负面问题 2
1.2 因特网概述 3
1.2.1 网络、互联网与因特网的区别与关系 3
1.2.2 因特网的发展历程 5
1.2.3 因特网的标准化工作和管理机构 7
1.2.4 因特网的组成 8
1.3 电路交换、分组交换和报文交换 9
1.3.1 电路交换 9
1.3.2 分组交换 10
1.3.3 报文交换 13
1.4 计算机网络的定义和分类 15
1.4.1 计算机网络的定义 15
1.4.2 计算机网络的分类 15
1.5 计算机网络的性能指标 16
1.5.1 速率 16
1.5.2 带宽 17
1.5.3 吞吐量 18
1.5.4 时延 19
1.5.5 时延带宽积 21
1.5.6 往返时间 22
1.5.7 利用率 23
1.5.8 丢包率 24
1.6 计算机网络体系结构 25
1.6.1 常见的三种计算机网络体系结构 25
1.6.2 计算机网络体系结构分层的
必要性 29
1.6.3 计算机网络体系结构分层思想举例 35
1.6.4 计算机网络体系结构中的专用术语 39
1.7 我国的计算机网络发展情况 45
1.7.1 我国的计算机网络发展历程 45
1.7.2 我国互联网发展情况相关资料的获取 47
第2章 物理层 48
2.1 物理层概述 48
2.1.1 物理层要实现的功能 48
2.1.2 物理层接口特性 49
2.2 物理层下面的传输媒体 50
2.2.1 导向型传输媒体 51
2.2.2 非导向型传输媒体 55
2.3 传输方式60
2.3.1 串行传输和并行传输 60
2.3.2 同步传输和异步传输 61
2.3.3 单向通信、双向交替通信和双向同时通信 62
2.4 编码与调制 63
2.4.1 编码与调制的基本概念 63
2.4.2 常用编码方式 64
2.4.3 基本的带通调制方法和混合调制方法 66
2.5 信道的极限容量 68
2.5.1 奈氏准则 68
2.5.2 香农公式 70
2.6 信道复用技术 71
2.6.1 频分复用 71
2.6.2 时分复用 72
2.6.3 波分复用 73
2.6.4 码分复用 73
第3章 数据链路层 77
3.1 数据链路层概述 77
3.1.1 数据链路层在网络体系结构中所处的地位 77
3.1.2 链路、数据链路和帧 78
3.2 数据链路层的三个重要问题 79
3.2.1 封装成帧和透明传输 80
3.2.2 差错检测 82
3.2.3 可靠传输 87
3.3 点对点协议 100
3.3.1 PPP 协议的组成 101
3.3.2 PPP 协议的帧格式 101
3.3.3 PPP 协议的工作状态 104
3.4 共享式以太网 105
3.4.1 网络适配器和 MAC 地址 105
3.4.2 CSMA/CD 协议 110
3.4.3 使用集线器的共享式以太网 116
3.4.4 在物理层扩展以太网 118
3.4.5 在数据链路层扩展以太网 119
3.5 交换式以太网 125
3.5.1 以太网交换机 125
3.5.2 共享式以太网与交换式以太网的对比 126
3.6 以太网的 MAC 帧格式 129
3.6.1 以太网 V2 的 MAC 帧格式 129
3.6.2 物理层前导码 129
3.6.3 无效的 MAC 帧 129
3.7 虚拟局域网 130
3.7.1 虚拟局域网概述 130
3.7.2 虚拟局域网的实现机制 131
3.8 以太网的发展 138
3.8.1 100BASE-T 以太网 138
3.8.2 吉比特以太网 139
3.8.3 10 吉比特以太网 140
3.8.4 40 吉比特 /100 吉比特以太网 141
3.9 802.11 无线局域网 142
3.9.1 802.11 无线局域网的组成 142
3.9.2 802.11 无线局域网的物理层 144
3.9.3 802.11 无线局域网的数据链路层 145
3.9.4 802.11 无线局域网的 MAC 帧 150
第4章 网络层 154
4.1 网络层概述 154
4.1.1 分组转发和路由选择 154
4.1.2 网络层向其上层提供的两种服务 155
4.2 网际协议（IP） 157
4.2.1 异构网络互连 158
4.2.2 IPv4 地址及其编址方法 159
4.2.3 IPv4 地址的应用规划 176
4.2.4 IPv4 地址与 MAC 地址 181
4.2.5 地址解析协议 183
4.2.6 IP 数据报的发送和转发过程 189
4.2.7 IPv4 数据报的首部格式 193
4.3 静态路由配置 200
4.3.1 直连路由和非直连路由 200
4.3.2 默认路由和特定主机路由 200
4.4 因特网的路由选择协议 202
4.4.1 路由选择分类 202
4.4.2 因特网采用分层次的路由选择协议 202
4.4.3 路由信息协议 203
4.4.4 开放最短路径优先协议 211
4.4.5 边界网关协议 218
4.4.6 路由器的基本工作原理 222
4.5 网际控制报文协议 223
4.5.1 ICMP 报文的种类 224
4.5.2 ICMP 的典型应用 227
4.6 虚拟专用网和网络地址转换 230
4.6.1 虚拟专用网 230
4.6.2 网络地址转换 233
4.7 IP 多播 236
4.7.1 IP 多播技术的相关基本概念 236
4.7.2 IP 多播地址和多播组 237
4.7.3 在局域网上进行硬件多播 238
4.7.4 在因特网上进行 IP 多播需要的两种协议 241
4.7.5 网际组管理协议 243
4.7.6 多播路由选择协议 249
4.8 移动 IP 技术 253
4.8.1 移动性对因特网应用的影响 253
4.8.2 移动 IP 技术的相关基本概念 254
4.8.3 移动 IP 技术的基本工作原理 255
4.8.4 蜂窝移动通信网中的移动性管理 258
4.9 下一代网际协议 IPv6 259
4.9.1 IPv6 引进的主要变化 259
4.9.2 IPv6 数据报的基本首部 260
4.9.3 IPv6 数据报的扩展首部 262
4.9.4 IPv6 地址 262
4.9.5 从 IPv4 向 IPv6 过渡 266
4.9.6 网际控制报文协议 ICMPv6 268
4.10 软件定义网络 269
4.10.1 网络层的数据层面和控制层面 270
4.10.2 OpenFlow 协议 271
4.10.3 SDN 体系结构 276
第5章 运输层 279
5.1 运输层概述 279
5.1.1 进程间基于网络的通信 279
5.1.2 TCP/IP 体系结构运输层中的
两个重要协议 281
5.1.3 运输层端口号、复用与分用的
概念 282
5.2 UDP 和 TCP 的对比 287
5.2.1 无连接的 UDP 和面向连接的TCP 287
5.2.2 UDP 和 TCP 对单播、多播和广播的支持情况 288
5.2.3 UDP 和 TCP 对应用层报文的处理 289
5.2.4 UDP 和 TCP 对数据传输可靠性的支持 290
5.2.5 UDP 首部和 TCP 首部的对比 292
5.3 传输控制协议 293
5.3.1 TCP 报文段的首部格式 293
5.3.2 TCP 的运输连接管理 298
5.3.3 TCP 的流量控制 304
5.3.4 TCP 的拥塞控制 308
5.3.5 TCP 拥塞控制与网际层拥塞控制的关系 318
5.3.6 TCP 可靠传输的实现 319
5.3.7 TCP 超时重传时间的选择 325
5.3.8 TCP 的选择确认 328
5.3.9 TCP 窗口和缓存的关系 330
第6章 应用层 331
6.1 应用层概述 331
6.2 客户 / 服务器方式和对等方式 332
6.2.1 客户 / 服务器方式 332
6.2.2 对等方式 333
6.3 动态主机配置协议 333
6.3.1 动态主机配置协议的作用 333
6.3.2 动态主机配置协议的工作过程 335
6.4 域名系统341
6.4.1 域名系统的作用 341
6.4.2 因特网的域名结构 342
6.4.3 因特网上的域名服务器 344
6.4.4 因特网的域名解析过程 345
6.4.5 域名系统高速缓存 346
6.5 文件传送协议 347
6.5.1 文件传送协议的作用 347
6.5.2 文件传送协议的基本工作原理 350
6.6 电子邮件352
6.6.1 电子邮件的作用 352
6.6.2 电子邮件系统的组成 352
6.6.3 简单邮件传送协议的基本工作过程 354
6.6.4 电子邮件的信息格式 355
6.6.5 多用途因特网邮件扩展 356
6.6.6 常用的邮件读取协议 POP3 和IMAP4 357
6.6.7 基于万维网的电子邮件 357
6.7 万维网 358
6.7.1 万维网概述 358
6.7.2 统一资源定位符 360
6.7.3 万维网文档 361
6.7.4 超文本传输协议 364
6.7.5 使用 Cookie 在服务器上记录信息 369
6.7.6 万维网缓存与代理服务器 370
第7章 网络安全 374
7.1 网络安全概述 374
7.1.1 安全威胁 374
7.1.2 安全服务 377
7.2 密码学与保密性 378
7.2.1 密码学相关基本概念 378
7.2.2 对称密钥密码体制 379
7.2.3 公钥密码体制 381
7.3 报文完整性与鉴别 383
7.3.1 报文摘要和报文鉴别码 383
7.3.2 数字签名 386
7.4 实体鉴别388
7.5 密钥分发391
7.5.1 对称密钥的分发 391
7.5.2 公钥的分发 393
7.6 访问控制394
7.6.1 访问控制的基本概念 394
7.6.2 访问控制策略 395
7.7 网络体系结构各层采取的安全措施 397
7.7.1 物理层安全实例：信道加密 397
7.7.2 数据链路层安全实例：802.11i 398
7.7.3 网络层安全实例：IPSec 400
7.7.4 运输层安全实例：SSL/TLS 406
7.7.5 应用层安全实例：PGP 409
7.8 防火墙访问控制与入侵检测系统 411
7.8.1 防火墙 411
7.8.2 入侵检测系统 414
7.9 常见的网络攻击及其防范 415
7.9.1 网络扫描 415
7.9.2 网络监听 419
7.9.3 拒绝服务攻击 422
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