本书共分10章,详细介绍计算机网络的基本原理、方法、实用技术和案例。全书按照基础理论—实用技术—实际应用为主线组织编写。第一部分是基础理论,包括计算机网络概论和数据通信,它们是计算机网络的基础,既有经典内容,也有计算机网络的最新成果与进展。第二部分以较大篇幅介绍了实用技术,包括局域网、网络互联和广域网、Internet、intranet与extranet、网络安全、网络管理和网络操作系统等相关技术。第三部分是实际应用,包括网络设计与案例分析,在介绍计算机网络工程中的网络规划和网络设计两个步骤的基础上,重点分析三个案例,分别从不同的应用角度,阐述计算机网络系统的设计方法和步骤。
全书体系结构及知识结构合理,层次清楚,理论联系实际,既强调介绍基本原理和技术,又突出了实例说明和实际应用,内容新颖充实,文字简练,可读性好。
本书既可用作高等院校管理科学与工程类、工商管理类各专业学生以及MBA学生的教材,也可用作非电气信息类其他专业学生的教材,同时对于计算机网络系统开发和维护的工程技术人员、管理人员也是一本实用的参考书或培训教材。
本书作者申报的“计算机网络”获得了教育部2004年国家精品课程,到现在已过去了将近5年。由于计算机网络技术及其应用的快速发展,特别是作为国家精品课程的教材,更应与时俱进,不断更新,以尽力实现国家精品课程建设的要求,因此我们对第2版进行了重大修改。在清华大学出版社的支持和帮助下,本书经第3次修订将作为国家精品课程教材出版,在此我们首先向广大读者、教育部以及清华大学出版社表示深深的感谢。
本书第3次修订对第2版进行了重大修改。首先,删去了第2版的第9章,并对其余各章节进行了适度删节; 其次,对第2版大部分章节均进行了修改与更新; 再次,经第3次修订后的大部分章节均增加了新内容,以尽量将计算机网络的最新发展成果和教改、教研成果引入教材,并注意知识结构以及经典内容与现代内容的合理安排与统一。例如,1.5节增加了近年发展起来的大容量路由器技术,以及计算机网络系统和计算机网络应用方面的新内容; 2.1.4节增加了目前广泛应用的USB(串行通信总线); 2.10.1节增加了第三代和第四代数字蜂窝移动通信系统; 2.10.3节增加了卫星通信的多址接入方式以及宽带卫星通信技术; 3.7.7节增加了无线局域网发展趋势的内容; 5.3.2节增加了可变长度子网掩码; 5.4.9节增加了WiFi和WIMAX技术的相关内容; 5.5.6节增加了P2P技术的下载软件及Web 2.0等内容; 6.4.2节增加了VPN(虚拟专用网络)的相关内容; 7.2节增加了密码基础知识和传统密码技术; 7.3节大部分内容是新增加的; 7.5节增加了特洛伊木马和网络蠕虫等相关内容; 9.2节增加了Windows Server 2003操作系统及其新的安全技术; 10.2节为新增加的案例。
我们在第3次修订时注意了以下几点:
(1) 与第2版一样,本书主要定位于管理科学与工程类、工商管理类各专业的本科生及MBA学生,也适合非电气信息类其他专业的学生使用。管理科学与工程类、工商管理类学科不同于电气信息类学科。一方面,计算机网络教材的内容范围和深度,前者弱于后者,并要加强实际应用; 另一方面,任何应用均以理论和技术为基础,特别是计算机网络作为管理科学与工程类、工商管理类学科的专业基础课,仍应以基本概念、原理、方法和实用技术为核心内容进行组织,力求内容新颖、符合学科要求,知识结构合理,并注意学科交叉,合理统筹课程经典内容与现代内容的关系。在阐述基本原理、方法和技术时,宜伴有实例进行说明,做到理论联系实际、文字简练、概念清晰、原理讲述清楚。例如,本书第1章在介绍了计算机网络几种拓扑结构的基本概念之后,列举了相应的实例予以说明; 第3章在阐述了局域网的基本理论之后,列举了两个局域网组网实例进行说明; 第4章在讲述网络互联与广域网的基本原理之后,列举了一个广域网实例——CERNET来进一步说明; 第5章在介绍子网划分时,引用了相应的例子进行说明; 第7章在介绍RSA密码系统时,列举了简单的案例以说明RSA算法的应用; 第8章在介绍网络管理时,引用了某大学校园网管理案例进行了较详细的说明; 第10章结合本学科学生今后可能的就业场所列举了3个案例来论述计算机网络的设计与应用,力求将前述有关章节的理论与技术加以实际应用,又进行了扩展,旨在深化读者对相关理论、方法与技术的理解,以及培养学生理论与实践相结合的作风。
(2) 第3次修订仍以基础理论—实用技术—实际应用为主线展开,力求层次清楚、逻辑清晰。在基础理论方面,主要包含计算机网络概论和数据通信两章。数据通信是计算机网络的基础,既有经典内容,也有计算机网络最新的成果与进展,应特别重视,力求讲清、讲透。在实用技术方面,介绍了局域网、网络互联与广域网、Internet、intranet与extranet、网络安全、网络管理和网络操作系统。在实际应用方面,分别从不同的应用角度介绍了3个案例,即某纸业集团计算机网络信息集成系统设计简介、某市电子政务系统设计以及某金融机构容错网络的设计。
(3) 坚持理论教育与实践教育并重的原则,重视在实践教学中培养学生的实践能力和创新能力。为此,本书第3次修订对第2版的实验进行了修改和更新。第3次修订后的书末附录共有8个实验,既有设计性和探索性的实验(如局域网组网实验),又有综合性的实验(如Internet的应用实验),力求通过实验培养学生的动手能力以及创新思维和独立分析问题、解决问题的能力。
考虑到学校、专业等差异,本书内容按64学时规划。根据专业不同,计算机网络可能分为必修课和选修课。开课学时可在40~64学时范围内选择,教学内容亦可进行选择。此外,本书每章末均附有习题,便于复习思考。
课程讲授建议如下:
(1) 讲授。本书第1章~第3章、第4章的4.1节和4.2节以及第5章是重点,各专业均应讲授,第7章及第8章可根据实际情况进行选择。对于信息管理与信息系统专业、电子商务专业的学生而言,第7章及第8章也应讲授。
(2) 自学。除讲授内容之外,其余内容均以自学为主,教师可适当讲解难点。
本书主要由高阳、王坚强、高楚舒编著,参加编著的还有于湘东、胡东滨、毕文杰、郑桂玲、张忠、胡颖、王君、张坤、谭阳坡、余建伟、王润琪,8.5节由中南大学校园网中心黄家琳教授撰写,10.2节由某纸业集团信息中心欧阳健明高级工程师撰写,10.3节由某市信息中心王惜珍高级工程师撰写。全书由高阳任主编,王坚强任副主编。
由于水平有限,书中不当之处敬请读者指正。
高阳2009年5月于岳麓山
第1章计算机网络概论
1.1计算机网络发展概述
1.1.1计算机网络
1.1.2计算机网络的演变和发展
1.1.3信息社会对计算机网络技术的挑战
1.1.4信息高速公路必将促进计算机网络技术的进一步发展
1.2计算机网络的组成与功能
1.2.1计算机网络的组成
1.2.2计算机网络的功能
1.3计算机网络的类型
1.3.1按网络拓扑结构分类
1.3.2按网络控制方式分类
1.3.3按网络作用范围分类
1.3.4按通信传输方式分类
1.3.5按网络配置分类
1.3.6按使用范围分类
1.3.7其他分类方式
1.4计算机网络体系结构与协议
1.4.1引言
1.4.2网络系统的体系结构
1.4.3网络系统结构参考模型ISO/OSI
1.4.4TCP/IP协议
1.4.5OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较
1.5计算机网络的发展趋势
本章小结
习题1
第2章数据通信
2.1数据通信的基本概念
2.1.1数据、信息和信号
2.1.2通信系统模型
2.1.3数据传输方式
2.1.4串行通信与并行通信
2.1.5数据通信方式
2.1.6数字化是信息社会发展的必然趋势
2.2数字信号的频谱与数字信道的特性
2.2.1傅里叶分析
2.2.2周期矩形脉冲信号的频谱
2.2.3数字信道的特性
2.2.4基带传输、频带传输和宽带传输
2.3模拟传输
2.3.1模拟传输系统
2.3.2调制解调器
2.4数字传输
2.4.1脉码调制
2.4.2数字数据信号编码
2.4.3字符编码
目录
计算机网络原理与实用技术
2.5多路复用技术
2.5.1频分多路复用
2.5.2时分多路复用
2.5.3光波分多路复用
2.5.4频分多路复用、时分多路复用和光波分多路复用的比较
2.6数据通信媒体
2.6.1双绞线
2.6.2同轴电缆
2.6.3光缆
2.6.4自由空间
2.7数据交换方式
2.7.1线路交换
2.7.2报文交换
2.7.3分组交换
2.7.4高速交换
2.8流量控制
2.8.1流量控制概述
2.8.2流量控制技术
2.9差错控制
2.9.1差错产生的原因与差错类型
2.9.2差错检验与校正
2.10无线通信
2.10.1蜂窝无线通信概述
2.10.2数字蜂窝移动通信系统及主要通信技术
2.10.3卫星通信技术
本章小结
习题2
第3章局域网
3.1局域网的基本概念
3.1.1局域网的特点
3.1.2局域网的分类
3.1.3局域网的组成
3.1.4局域网传输介质类型与特点
3.2局域网介质访问控制方式
3.2.1载波监听多路访问/冲突检测
3.2.2令牌环访问控制
3.2.3令牌总线访问控制
3.2.4CSMA/CD与token bus、token ring的比较
3.3局域网体系结构
3.3.1局域网参考模型
3.3.2IEEE 802标准
3.4共享介质局域网和交换局域网
3.4.1共享介质局域网的工作原理及存在的问题
3.4.2交换局域网的特点
3.4.3交换局域网的工作原理
3.4.4局域网交换机技术
3.5典型局域网的组网技术
3.5.110Mbps以太网
3.5.2100Mbps以太网
3.5.31000Mbps以太网
3.5.4万兆位以太网
3.5.5光纤分布式数据接口
3.5.6异步传输模式
3.6虚拟局域网
3.6.1虚拟网络的基本概念
3.6.2虚拟局域网的实现技术
3.6.3虚拟网络的优点
3.7无线局域网
3.7.1无线局域网标准
3.7.2无线局域网的主要类型
3.7.3无线网络接入设备
3.7.4无线局域网的配置方式
3.7.5个人局域网
3.7.6无线局域网的应用
3.7.7无线局域网的发展趋势
3.8局域网应用实例
3.8.1某省劳动和社会保障网络中心组网实例
3.8.2无线局域网组网实例
本章小结
习题3
第4章网络互联与广域网
4.1网络互联概述
4.1.1网络互联的基本原理
4.1.2网络互联的类型
4.1.3网络互联的方式
4.2网络互联设备
4.2.1中继器
4.2.2网桥
4.2.3路由器
4.2.4网关
4.2.5网络互联设备的比较
4.3广域网
4.3.1广域网的结构与特点
4.3.2广域网参考模型
4.3.3广域网提供的服务
4.3.4广域网的种类
4.4ISDN
4.4.1传统ISDN
4.4.2BISDN
4.5DDN
4.5.1DDN的特点
4.5.2中国公用数字数据网
4.6CERNET
本章小结
习题4
第5章Internet
5.1Internet概述
5.1.1Internet的基本概念
5.1.2Internet的发展历程
5.1.3Internet的管理组织
5.1.4Internet的组成与功能
5.2Internet工作原理
5.2.1分组交换原理
5.2.2TCP/IP协议
5.2.3Internet的工作模式
5.3IP地址与域名
5.3.1IP地址
5.3.2子网划分
5.3.3IPv6
5.3.4域名机制
5.3.5域名解析
5.4Internet接入技术
5.4.1Internet骨干网
5.4.2Internet接入网
5.4.3电话拨号接入
5.4.4专线接入
5.4.5ISDN接入
5.4.6xDSL接入
5.4.7HFC接入
5.4.8光纤接入
5.4.9无线接入
5.4.10电力线接入
5.4.11网络连接测试
5.5Internet服务和应用
5.5.1WWW服务
5.5.2文件传输FTP服务
5.5.3电子邮件Email服务
5.5.4搜索引擎
5.5.5多媒体网络应用
5.5.6Internet的其他服务
本章小结
习题5
第6章intranet与extranet
6.1intranet概述
6.1.1intranet的发展过程
6.1.2intranet的技术要点
6.1.3intranet的特点
6.1.4intranet的功能与服务
6.2intranet体系结构与网络组成
6.2.1intranet体系结构
6.2.2intranet网络组成
6.3intranet中基于Web的数据库应用
6.3.1Web数据库应用的三层体系结构
6.3.2数据库与Web的交互
6.4extranet
6.4.1extranet简介
6.4.2虚拟专用网络技术
6.4.3Internet与intranet及extranet的比较
本章小结
习题6
第7章网络安全
7.1网络安全概述
7.1.1网络安全
7.1.2网络安全风险
7.1.3网络安全策略
7.1.4网络安全措施
7.2密码技术
7.2.1密码基础知识
7.2.2传统密码技术
7.2.3对称密钥密码技术
7.2.4公开密钥密码技术
7.2.5混合加密方法
7.3网络鉴别与认证
7.3.1鉴别概述
7.3.2数字签名
7.3.3数字证书
7.3.4公钥基础设施
7.3.5数字水印
7.3.6常用身份认证技术
7.4防火墙技术
7.4.1防火墙概述
7.4.2防火墙主要技术
7.4.3防火墙的结构
7.4.4防火墙的选择标准和发展方向
7.5反病毒技术
7.5.1计算机病毒概述
7.5.2网络病毒
7.5.3特洛伊木马
7.5.4网络蠕虫
7.5.5病毒防治技术
7.6入侵检测与防御技术
7.6.1检测技术概述
7.6.2入侵检测系统模型
7.6.3漏洞扫描技术
7.6.4入侵防护技术
7.6.5网络欺骗技术
7.7无线局域网安全技术
7.7.1无线局域网的安全问题
7.7.2无线局域网安全技术
本章小结
习题7
第8章网络管理
8.1网络管理概述
8.1.1网络管理的定义和目标
8.1.2网络管理的基本功能
8.1.3网络管理模型
8.2网络管理协议
8.2.1简单网络管理协议
8.2.2公共管理信息服务/公共管理信息协议
8.2.3公共管理信息服务与协议
8.2.4局域网个人管理协议
8.2.5电信管理网络
8.3网络管理技术与软件
8.3.1网络管理技术
8.3.2常用网络管理软件
8.3.3网络管理软件发展趋势及网络管理软件的选择
8.4局域网的管理
8.4.1局域网管理
8.4.2无线局域网管理
8.5局域网管理案例——校园网管理
8.5.1校园网的特点
8.5.2校园网安全策略体系
8.5.3网络接入认证技术的选择
8.5.4校园网络中常见的管理与安全问题
本章小结
习题8
第9章网络操作系统
9.1操作系统及网络操作系统概述
9.1.1操作系统概述
9.1.2网络操作系统概述
9.2Windows系列操作系统
9.2.1Windows系列操作系统的发展与演变
9.2.2Windows NT操作系统
9.2.3Windows 2000操作系统
9.2.4Windows Server 2003操作系统
9.3UNIX操作系统
9.3.1UNIX操作系统的发展
9.3.2UNIX操作系统的组成和特点
9.3.3UNIX操作系统的网络操作
9.4Linux操作系统
9.4.1Linux操作系统的发展
9.4.2Linux操作系统的组成和特点
9.4.3Linux的网络功能配置
本章小结
习题9
第10章网络设计与案例分析
10.1网络规划与设计
10.1.1网络规划
10.1.2网络设计
10.1.3网络测试与验收
10.1.4网络运行与维护
10.2某纸业集团计算机网络信息集成系统设计简介
10.2.1集团简介
10.2.2计算机网络信息集成系统的可行性分析
10.2.3计算机网络信息集成系统的设计思路
10.2.4计算机网络信息集成系统的设计与实施
10.2.5计算机网络信息集成系统评述
10.3某市电子政务系统设计
10.3.1需求分析
10.3.2建设目标
10.3.3网络拓扑结构设计
10.3.4网络设计
10.3.5建设评价
10.4某金融机构容错网络的设计
10.4.1网络容错
10.4.2某金融机构容错网络设计
本章小结
习题10
附录实验
实验1局域网组网
实验2因特网应用
实验3Windows网络操作系统的配置与使用
实验4Windows 2000文件系统和共享资源管理
实验5Web服务器的建立和管理
实验6活动目录的实现和管理
实验7软件防火墙和硬件防火墙的配置
实验8Linux网络服务的配置
参考文献