前言

第1章  計算機網絡和協議  1

   1.1  計算機網絡在當今社會的作用  1

   1.2  認識網絡  2

1.2.1  網絡和互聯網  2

1.2.2  的互聯網—因特網  3

1.2.3  企業組建的互聯網  4

1.2.4  家庭組建的互聯網  5

   1.3  理解TCP/IP協議  7

1.3.1  理解協議  7

1.3.2  計算機通信協議  9

1.3.3  TCP/IP協議各層的功能  11

1.3.4  封裝和解封  12

   1.4  理解OSI參考模型  13

1.4.1  OSI參考模型和TCP/IP協議的關繫  13

1.4.2  計算機通信分層的優點  15

   1.5  OSI參考模型學以致用  17

1.5.1  學以致用—表示層  17

1.5.2  學以致用—安裝抓包工具並查看數據包內容  19

1.5.3  學以致用—傳輸層連接  21

1.5.4  學以致用—用分層的思想考慮問題  23

1.5.5  學以致用—OSI參考模型與排錯  23

   1.6  計算機網絡的性能指標  25

1.6.1  速率  25

1.6.2  帶寬  27

1.6.3  吞吐量  28

1.6.4  時延  29

1.6.5  時延帶寬積  31

1.6.6  往返時間  32

1.6.7  利用率  32

   1.7  網絡分類  33

1.7.1  按網絡的範圍進行分類  33

1.7.2  按網絡的使用者進行分類  33

   1.8  企業局域網設計  34

1.8.1  二層結構的局域網  34

1.8.2  三層結構的局域網  35

   習題1  35

第2章  物理層  37

   2.1  物理層的基本概念  38

   2.2  數據通信基礎  38

2.2.1  數據通信模型  38

2.2.2  數據通信中的常用術語  39

2.2.3  模擬信號和數字信號  40

2.2.4  模數轉換  42

   2.3  信道和調制  43

2.3.1  信道  43

2.3.2  單工、半雙工及全雙工通信  44

2.3.3  調制  44

2.3.4  信道極限容量  45

   2.4  傳輸媒體  48

2.4.1  導向傳輸媒體  48

2.4.2  非導向傳輸媒體  52

   2.5  信道復用技術  55

2.5.1  頻分復用  56

2.5.2  時分復用  57

2.5.3  波分復用  58

2.5.4  碼分復用  59

   2.6  寬帶接入技術  61

2.6.1  銅線接入技術  61

2.6.2  HFC技術  64

2.6.3  光纖接入技術  65

2.6.4  移動互聯網接入技術  65

   習題2  67

第3章  管理華為設備  69

   3.1  VRP簡介  69

   3.2  介紹eNSP  70

3.2.1  安裝eNSP  71

3.2.2  華為設備型號  71

   3.3  VRP命令行  73

3.3.1  命令行的基本概念  73

3.3.2  命令行的使用方法  76

   3.4  登錄設備  78

3.4.1  用戶界面配置  79

3.4.2  通過Console口登錄設備  81

3.4.3  通過Telnet登錄設備  83

   3.5  基本配置  84

3.5.1  配置設備名稱  85

3.5.2  配置設備IP地址  85

   3.6  配置文件的管理  86

3.6.1  華為設備配置文件  86

3.6.2  保存當前配置  86

3.6.3  設置下一次啟動加載的配置文件  88

3.6.4  文件管理  89

   習題3  91

第4章  數據鏈路層  94

   4.1  數據鏈路層的概念和三個基本問題  95

4.1.1  數據鏈路和幀  95

4.1.2  數據鏈路層的三個基本問題  96

   4.2  點到點信道的數據鏈路  100

4.2.1  PPP原理  101

4.2.2  PPP基本工作流程  103

4.2.3  配置PPP協議：PAP身份驗證模式  106

4.2.4  配置PPP協議：CHAP身份驗證模式  107

4.2.5  通過抓包觀察PPP的工作過程  108

4.2.6  PPP幀填充方式  111

   4.3  廣播信道的數據鏈路  112

4.3.1  廣播信道的局域網  112

4.3.2  以太網標準  113

4.3.3  CSMA/CD協議  114

4.3.4  以太網短幀  115

4.3.5  衝突解決方法—退避算法  116

4.3.6  以太網幀格式  117

4.3.7  以太網信道利用率  121

4.3.8  網卡的作用  122

4.3.9  MAC地址  123

4.3.10  實戰：查看和更改MAC地址  125

   4.4  擴展以太網  126

4.4.1  集線器  127

4.4.2  計算機數量和距離上的擴展  127

4.4.3  使用網橋優化以太網  129

4.4.4  網橋自動構建MAC地址表  130

4.4.5  多接口網橋—交換機  132

4.4.6  查看交換機MAC地址表  134

4.4.7  生成樹協議  135

   4.5  高速以太網  138

4.5.1  100M以太網  138

4.5.2  吉比特以太網  139

4.5.3  10吉比特以太網  141

   習題4  142

第5章  IP地址和子網劃分  144

   5.1  學習IP地址預備知識  144

5.1.1  二進制和十進制  145

5.1.2  二進制數的規律  146

   5.2  理解IP地址  146

5.2.1  MAC地址和IP地址  147

5.2.2  IP地址的組成  147

5.2.3  IP地址格式  148

5.2.4  子網掩碼的作用  149

5.2.5  子網掩碼另一種表示方法  152

   5.3  IP地址詳解  152

5.3.1  IP地址分類  152

5.3.2  特殊的IP地址  154

   5.4  公網地址和私網地址  156

5.4.1  公網地址  156

5.4.2  私網地址  157

   5.5  子網劃分  157

5.5.1  子網劃分的目的  157

5.5.2  等長子網劃分  158

5.5.3  等長子網劃分示例  161

   5.6  變長子網劃分  162

5.6.1  變長子網劃分示例  162

5.6.2  點到點網絡的網絡掩碼  163

5.6.3  判斷IP地址所屬的網段  164

5.6.4  子網劃分需要注意的幾個問題  165

   5.7  使用超網合並網段  165

5.7.1  合並網段  166

5.7.2  合並網段的規律  167

5.7.3  判斷一個網段是超網還是子網  169

   習題5  169

第6章  靜態路由和動態路由  174

   6.1  路由的基本概念  174

6.1.1  什麼是路由  174

6.1.2  路由信息的來源  176

6.1.3  路由優先級  178

6.1.4  網絡暢通的條件  179

6.1.5  配置靜態路由示例  179

   6.2  路由彙總  181

6.2.1  通過路由彙總簡化路由表  181

6.2.2  路由彙總例外  183

6.2.3  無類域間路由（CIDR）  183

   6.3  默認路由  184

6.3.1  全球的網段  184

6.3.2  使用默認路由作為指向Internet的路由  185

6.3.3  使用默認路由和路由彙總簡化

路由表  186

6.3.4  默認路由造成的路由環路  188

6.3.5  讓默認路由代替大多數網段的路由  189

6.3.6  Windows上的默認路由和網關  190

   6.4  網絡排錯案例  193

6.4.1  站在全局的高度排除網絡故障  193

6.4.2  計算機網關也很重要  194

   6.5  動態路由—RIP協議  195

6.5.1  RIP協議特點  195

6.5.2  RIP協議工作原理  196

6.5.3  在路由器上配置RIP協議  197

6.5.4  查看路由表  199

6.5.5  觀察RIP協議路由更新活動  200

6.5.6  RIP協議數據包報文格式  201

   6.6  動態路由—OSPF協議  202

6.6.1  什麼是短路徑優先算法  203

6.6.2  OSPF協議概述  204

6.6.3  OSPF區域  205

6.6.4  OSPF協議相關術語  206

6.6.5  OSPF協議的工作過程  207

   6.7  配置OSPF協議  208

6.7.1  OSPF多區域配置  208

6.7.2  查看OSPF協議的三張表  211

6.7.3  在區域邊界路由器上進行路由彙總  212

   習題6  214

第7章  網絡層協議  222

   7.1  IP協議  223

7.1.1  抓包查看網絡層  223

7.1.2  網絡層格式  224

7.1.3  實戰：查看協議版本和長度  227

7.1.4  數據分片詳解  230

7.1.5  實戰：捕獲並觀察數據包分片  231

7.1.6  數據包生存時間（TTL）詳解  236

   7.2  ICMP協議  237

7.2.1  抓包分析ICMP報文  237

7.2.2  ICMP報文格式  239

7.2.3  ICMP差錯報告報文—TTL過期  240

7.2.4  ICMP差錯報告報文—目標主機不可到達  241

7.2.5  ICMP差錯報告報文—路由

重定向  242

7.2.6  ICMP差錯報告報文—給程序返回錯誤消息  244

   7.3  使用ICMP排除網絡故障案例  245

7.3.1  使用ping診斷網絡故障  245

7.3.2  使用ping斷定哪一段鏈路出現故障  246

7.3.3  使用tracert跟蹤數據包路徑  248

7.3.4  使用pathping跟蹤數據包路徑  250

   7.4  ARP協議  251

7.4.1  ARP協議的作用  251

7.4.2  ARP協議的工作過程和安全隱患  253

7.4.3  ARP欺騙之“網絡執法官”與“P2P終結者”  254

7.4.4  判斷和防止ARP欺騙的方法  254

   7.5  IGMP協議  255

7.5.1  什麼是組播  255

7.5.2  組播IP地址  256

7.5.3  組播MAC地址  257

7.5.4  組播管理協議（IGMP）  258

   7.6  實戰：跨網段觀看組播視頻  259

   習題7  259

第8章  傳輸層  262

   8.1  傳輸層的兩個協議  263

8.1.1  TCP和UDP協議的應用場景  263

8.1.2  傳輸層協議和應用層協議之間

的關繫  264

8.1.3  服務和端口之間的關繫  266

8.1.4  實戰：服務器端口衝突造成服務啟動失敗  267

8.1.5  實戰：更改服務使用的默認端口  268

8.1.6  端口和網絡安全的關繫  269

8.1.7  實戰：Windows防火牆和TCP/IP篩選實現網絡安全  270

   8.2  用戶數據報協議（UDP）  271

8.2.1  UDP協議的特點  271

8.2.2  UDP的格式  272

   8.3  傳輸控制協議（TCP）  274

8.3.1  TCP協議的主要特點  274

8.3.2  TCP報文的格式  275

   8.4  可靠傳輸  280

8.4.1  TCP可靠傳輸的實現—停止等待協議  280

8.4.2  連續ARQ協議和滑動窗口協議—改進的停止等待協議  282

8.4.3  以字節為單位的滑動窗口技術詳解  283

8.4.4  改進的確認—選擇確認（SACK）  285

8.4.5  超時重傳的時間調整  287

   8.5  流量控制  289

   8.6  擁塞控制  290

8.6.1  擁塞控制的原理  290

8.6.2  擁塞控制方法—慢開始和擁塞避免  291

8.6.3  擁塞控制方法—快重傳和快恢復  294

8.6.4  發送窗口的上限  295

   8.7  TCP連接管理  296

8.7.1  TCP的連接建立  296

8.7.2  TCP的連接釋放  299

8.7.3  實戰：查看TCP釋放連接的數據包  301

8.7.4  實戰：SYN攻擊  302

   習題8  303

第9章  應用層  308

   9.1  域名繫統DNS  309

9.1.1  什麼是域名  309

9.1.2  域名的結構  310

9.1.3  Internet中的域名服務器  312

9.1.4  域名解析過程  314

9.1.5  實戰1：搭建企業內網的DNS服務  316

9.1.6  實戰2：測試域名解析  318

9.1.7  實戰3：抓包分析域名解析

的過程  322

   9.2  動態主機配置協議DHCP  323

9.2.1  靜態地址和動態地址應用場景  324

9.2.2  DHCP地址租約  325

9.2.3  DHCP租約生成過程  325

9.2.4  DHCP地址租約更新  326

9.2.5  實戰1：安裝和配置DHCP服務  327

9.2.6  實戰2：查看、刷新、釋放租約  329

9.2.7  實戰3：跨網段分配IP地址  331

   9.3  Telnet協議  332

9.3.1  Telnet協議工作方式  332

9.3.2  實戰：Telnet管理網絡設備和Windows繫統  333

   9.4  超文本傳輸協議HTTP  334

9.4.1  網頁  334

9.4.2  統一資源定位符URL  335

9.4.3  路徑和相對路徑  336

9.4.4  HTTP的主要內容  337

9.4.5  抓包分析HTTP  340

9.4.6  實戰：使用Windows 2016創建Web站點  342

9.4.7  通過代理服務器訪問網站  342

   9.5  文件傳輸協議FTP  343

9.5.1  FTP主動模式和被動模式  344

9.5.2  實戰：安裝FTP服務和創建FTP站點  346

   9.6  電子郵件  348

9.6.1  電子郵件發送和接收過程  348

9.6.2  電子郵件信息格式  351

9.6.3  SMTP協議  352

9.6.4  POP3協議和IMAP協議  355

9.6.5  部署企業內部郵件服務器  355

9.7  實戰：在內網部署郵件服務器向Internet發送郵件  356

9.7.1  安裝郵件服務器向Internet發送電子郵件  357

9.7.2  抓包分析SMTP和POP3協議的工作過程  358

   9.8  總結  359

   習題9  360

部分習題答案  364

參考文獻  372

我不知道社會上有多少人想學精計算機網絡，也不知道我講的計算機網絡課程有什麼過人之處。當我把在軟件學院隨堂錄制的計算機網絡視頻放到51CTO學院網站後，看到了幾十萬訪問量和眾多的好評，纔知道原來有那麼多人在互聯網上苦苦搜尋優秀的計算機網絡教程，纔知道學生喜歡我這種講故事一樣的講課方式。

高校計算機專業的學生大多需要學習“計算機網絡”這門課程，很多學校還是必修課。很多非計算機專業的學生，想轉行進入IT領域發展，想打好扎實的基礎，也都應該掌握計算機網絡。

當前，有關計算機網絡圖書大致可分為兩大類：一類是網絡設備廠商考證相關的教程，比如思科網絡工程師教程CCNA、CCNP，華為認證網絡工程師HCIA、HCIE、HCIP等；另一類就是高校的計算機網絡相關教材，代表作就是謝希仁老師編著的《計算機網絡》。

然而，這些廠商認證的教程，其目的隻是培養能夠熟練操作和配置其網絡設備的工程師，對計算機網絡通信原理和過程並沒有進行深入細致的講解，其重點是如何配置網絡設備。而高校計算機網絡原理相關的教材，則深入講解了計算機通信過程和各層協議，並沒給學生講解如何使用具體的網絡設備對所學的理論進行驗證，更沒有進一步擴展這些理論可以應用在哪些場景。死記硬背式的學習，除了應付考試，很難解決實際問題。很多老師在講授這門課程時，不但學生感覺沒意思，自己也覺得沒意思。

我從事IT企業培訓和企業IT技術支持20年，積累了大量的實戰經驗，同時，在河北師範大學軟件學院以謝希仁老師編著的《計算機網絡》為教程講授計算機網絡原理12年，在授課過程中增加了大量的案例，設計了合適的實驗來驗證所講的理論。通過理論結合實踐，不僅給學生講清楚了計算機各層通信協議，還通過捕獲數據包，讓學生看到數據包的結構、每一層的封裝。通過網絡層的教學，不僅教會學生理解網絡暢通的必要條件，還能在華為路由器上配置靜態路由和動態路由；在傳輸層，不僅能讓大家理解傳輸層協議和應用層協議之間的關繫，還能讓大家通過設置Windows服務器實現網絡安全；在應用層，不僅講解了常見的應用層協議，還能使用抓包工具捕獲客戶端和服務器之間交互的數據包，會分析各種應用層協議數據包格式……

2016年，時機成熟，我決心編寫計算機網絡原理教程，以謝希仁老師編著的《計算機網絡》（第六版）為藍本，繪制大量插圖展示所講理論，每一段理論結束後，緊跟著就是如何使用這些理論來解決實際問題，對知識進一步擴展。力求對書中內容的安排恰到好處，設計了經典的實驗，做到了讓理論不再抽像，讓課程充滿趣味，讓學習充滿樂趣。

《計算機網絡原理創新教程》經過幾年的教學檢驗，受到了廣大授課老師及同學的熱烈好評。通過這本書，老師們對理論的講解更加輕松自如，同學們的學習積極性、接受的程度、學以致用的能力都得到了大幅度提高。

在新的人纔培養目標指引下，立足於“自主可控”，《計算機網絡創新教程》從實驗設備到虛擬化實驗軟件，都進行了國產化改版，網絡設備的講解都以華為繫列設備為案例進行教學，虛擬化實驗環境搭建軟件也由GNS3改為了華為的eNSP。此外，本書還加入了計算機網絡領域的知識、本人的講課方法，同時更正了《計算機網絡原理創新教程》中的不足或錯誤之處、優化了部分內容的講述方式。

本書適合的讀者對像

計算機專業本專科教材。

需要對計算機網絡原理進行“回爐”IT人

想從事IT方面的工作、繫統學習IT技術的有夢想的人。

打算考取思科或華為網絡工程師認證的人。

技術支持

技術交流和資料索取請聯繫：

韓老師QQ：458717185。

技術支持QQ群韓立剛IT技術交流群：301678170。

韓老師視頻教學網站：。

韓老師微信公眾號：han_91xueit。

致謝

河北師範大學軟件學院一直采用“校企合作”的辦學模式，在課程體繫設置上與市場接軌；在教師的選用上，大量聘用來自企業一線的工程師；在教材及實驗手冊的建設上，結合國內優秀教材的知識體繫，大膽創新，開發了一繫列理論與實踐相結合的教材（本書即是其中一本）。在學院新穎辦學模式的培養下，百餘名學生進入知名企業實習或已簽訂就業合同，得到了用人企業的廣泛認可。這些改革成果的取得，首先要感謝河北師範大學校長蔣春瀾教授的大力支持和鼓勵，同時還要感謝河北師範大學校黨委對這一辦學模式的肯定與關心。

在本書整理完成的過程中，河北師範大學數信學院院長鄧明立教授、軟件學院副院長趙書良教授以及李文斌副教授為本書的寫作提供了一個良好的環境，是他們為本書內容的教學實踐保駕護航，他們與作者關於教學的溝通與交流為本書提供了豐富的案例和建議，在此對他們表示真誠的感謝。感謝河北師範大學軟件學院教學團隊的每一位成員，感謝河北師範大學軟件學院的每一位學生，是他們的友好、熱情、幫助和關心促使了本書的出版。

後，感謝我的家人在本書創作過程中給予的支持與理解。

希望本書能帶給廣大老師及學生更多的教學和學習樂趣，同時也誠懇地歡迎廣大師生批評指正，多提寶貴意見。