第1章網絡協議概述/1
1.1網絡體繫結構及網絡互聯1
1.1.1網絡協議2
1.1.2分層的網絡體繫結構2
1.1.3服務與協議的關繫4
1.1.4網絡互聯6
1.2OSI/RM參考模型7
1.3因特網體繫結構9
1.4因特網標準12
第2章網絡協議分析/15
2.1網絡協議分析概述15
2.2GNS3簡介16
2.2.1GNS3安裝16
2.2.2GNS3的簡單使用16
2.3Wireshark簡介26
2.3.1分組嗅探器的工作原理26
2.3.2GNS3中Wireshark的使用27
2.3.3過濾器28
2.4NS3簡介35
2.4.1NS3網絡模型35
2.4.2NS3安裝36
2.4.3NS3網絡模擬過程39
2.4.4日志繫統和追蹤繫統43
第3章數據鏈路層協議/47
3.1數據鏈路層協議概述47
3.2PPP協議分析48
3.2.1PPP協議概述48
3.2.2PPP協議分析61
3.2.3PPP協議仿真72
3.3以太網協議分析77
3.3.1以太網概述77
3.3.2以太網協議分析81
3.3.3以太網協議仿真83
3.4IEEE 802.11協議分析88
3.4.1IEEE 802.11協議概述88
3.4.2IEEE 802.11仿真94
網絡協議——分析、設計與仿真目錄第4章IP層協議/102
4.1IP層協議概述102
4.1.1IP協議在網絡互聯中的地位和作用102
4.1.2IPv4協議102
4.1.3IPv6協議103
4.2IPv4協議分析103
4.2.1IPv4地址結構103
4.2.2IPv4分組格式105
4.2.3IPv4協議分析110
4.2.4IPv4協議模擬117
4.3IPv6協議分析121
4.3.1IPv6地址結構121
4.3.2IPv6分組格式125
4.3.3IPv6協議分析131
4.3.4IPv6協議模擬134
4.4ARP協議分析140
4.4.1ARP協議概述140
4.4.2ARP協議分析142
4.4.3ARP協議模擬144
4.5ICMP協議分析147
4.5.1ICMPv4協議147
4.5.2ICMPv6協議150
4.5.3IPv6鄰居發現協議153
4.5.4IPv6路徑MTU發現協議162
4.5.5ICMPv4協議分析163
4.5.6ICMPv6協議分析169
4.5.7ICMPv4協議模擬173
4.5.8ICMPv6協議模擬176
第5章IP路由協議/182
5.1路由協議概述182
5.1.1IP路由原理及路由表182
5.1.2IP路由協議分類182
5.2RIP協議分析183
5.2.1RIP基本工作原理184
5.2.2距離向量算法184
5.2.3RIP協議的改進185
5.2.4RIP2報文格式187
5.2.5RIP2協議分析189
5.3OSPF協議分析192
5.3.1鏈路狀態選路算法192
5.3.2OSPF協議工作原理193
5.3.3OSPF2協議報文格式199
5.3.4OSPF2協議分析208
5.4BGP協議分析228
5.4.1BGP協議工作原理228
5.4.2BGP4報文格式229
5.4.3BGP協議分析234
第6章傳輸層協議/242
6.1傳輸層協議概述242
6.1.1傳輸層的地位和作用242
6.1.2傳輸層的兩個主要協議243
6.1.3端口243
6.1.4多路復用和多路分解244
6.2UDP協議分析244
6.2.1UDP協議概述244
6.2.2UDP協議分析246
6.2.3UDP協議仿真249
6.3TCP協議分析254
6.3.1TCP協議概述254
6.3.2TCP協議分析262
6.3.3TCP協議仿真266
第7章應用層協議/283
7.1因特網應用繫統服務283
7.2DNS繫統協議分析284
7.2.1DNS繫統組成及工作過程284
7.2.2DNS協議分析292
7.3DHCP繫統協議分析294
7.3.1DHCP繫統組成及工作過程294
7.3.2DHCP協議分析301
7.4FTP繫統協議分析305
7.4.1FTP繫統組成及工作過程305
7.4.2FTP協議分析310
7.5郵件繫統協議分析313
7.5.1郵件繫統組成及工作過程314
7.5.2SMTP協議分析328
7.5.3POP3協議分析331
7.6WWW繫統協議分析334
7.6.1WWW繫統組成及工作過程335
7.6.2HTTP協議分析341
第8章網絡管理SNMP協議/344
8.1網絡管理概述344
8.2SNMP體繫結構345
8.2.1網絡管理者和被管網絡實體346
8.2.2SNMP管理組件346
8.3SMI347
8.3.1管理對像命名規則348
8.3.2管理對像的數據類型348
8.3.3編碼方法350
8.4MIB352
8.4.1MIB概述352
8.4.2MIB變量的訪問355
8.4.3字典式排序357
8.5SNMP358
8.5.1PDU概述358
8.5.2PDU格式362
8.5.3SNMP報文格式365
8.5.4SNMP端口367
8.5.5SNMP安全策略369
8.6SNMP協議分析369
8.6.1總體思路369
8.6.2網絡環境搭建369
8.6.3數據捕獲371
第9章網絡協議設計技術/374
9.1網絡協議設計的基本內容374
9.1.1網絡協議的通信環境374
9.1.2網絡協議提供的服務376
9.1.3網絡協議功能377
9.1.4網素380
9.1.5網絡協議組織382
9.1.6網絡協議文本383
9.2網絡協議設計的基本方法383
9.2.1網絡協議設計原則383
9.2.2分層次的網絡協議設計384
9.2.3自頂向下的網絡協議設計385
9.2.4自底向上的網絡協議設計385
9.3差錯控制技術的設計386
9.3.1差錯類型386
9.3.2差錯檢測技術387
9.3.3差錯控制技術391
9.3.4差錯控制的網絡層次393
9.4流量控制技術的設計394
9.4.1Xon/Xoff協議395
9.4.2滑動窗口協議395
第10章網絡協議形式化描述技術/397
10.1網絡協議形式化描述的基本概念397
10.2有限狀態機與網絡協議形式化描述398
10.2.1有限狀態機的基本概念398
10.2.2有限狀態機的簡化400
10.2.3有限狀態機的合並401
10.2.4擴展的有限狀態機（EFSM）403
10.3Petri網與網絡協議形式化描述404
10.3.1Petri網的基本概念404
10.3.2Petri網的擴充407
10.3.3Petri網的性質408
10.3.4Petri網在協議描述中的應用410
10.4SDL語言與網絡協議形式化描述411
10.4.1SDL語言概述411
10.4.2SDL的結構413
10.4.3SDL的進程行為415
10.4.4SDL的通信機制415
10.4.5SDL的數據416
10.4.6SDL在協議描述中的應用420
參考文獻/424

進入21世紀以來，人類社會的信息化程度不斷升級。信息技術的高度應用與信息資源的高度共享，為工業、經濟和人類社會向更高層次發展提供了良好的環境支撐。信息成為社會活動的戰略資源和重要財富，信息技術成為推動社會進步的主導技術，信息技術人員成為領導社會變革的中堅力量。“充分利用信息技術，開發利用信息資源，促進信息交流和知識共享，提高經濟增長質量，推動經濟社會發展轉型”成為我國新時期國家信息化發展戰略的主要目標。以因特網為核心的計算機網絡技術在信息化進程中扮演著非常重要的角色，培養掌握計算機網絡基礎理論和關鍵技術的高水平人纔是高等學校責無旁貸的任務，“計算機網絡”也成為國內外各個高校不同專業培養方案中的主要課程。
國內講述計算機網絡原理的教材非常豐富，這些教材從理論角度很好地解釋了各種網絡協議的設計思想、工作原理及其所解決的問題，但是原理解釋太過抽像，導致學習者無法在短時間內領會網絡協議的精髓。為此，有少量教材試圖通過分析偽代碼達到對網絡協議的深層次解釋，但對讀者的算法和程序設計基礎有較高要求。筆者通過長期的教學和科研實踐發現，計算機網絡學習的關鍵在於理解網絡協議在真實網絡中的實現細節和運行過程。為了使廣大計算機網絡技術學習者能夠快速、低成本地對因特網核心協議有更加深入的理解，對網絡協議認識完成從抽像到具像的轉變，筆者在對西安郵電大學課程建設項目成果總結的基礎上編寫了本書。
本書在內容選取和編排上充分考慮了學習的遞進性和應用的廣泛性。在內容上，考慮到網絡協議的復雜性和多變性，選取了因特網中基礎、使用較多、代表性的協議，采用理論和實踐相結合的形式進行描述。在編排上，由淺入深按照3個層次遞進展開: ①學習仿真和分析工具，掌握網絡環境建模和網絡協議的分析及性能測試方法； ②自底向上進行因特網網絡模型構建，使用協議分析工具完成對真實網絡中數據包的捕獲、（統計）分析及協議流的跟蹤； ③學習協議設計的準則和一般方法。
全書共10章，第1章對網絡體繫結構、典型的參考模型及因特網標準進行概述;第2章對本書用到的3款工具（GNS3、Wireshark和NS3）的安裝和使用方法進行詳細講解，目的是讓讀者對網絡協議概念及仿真分析方法有初步了解，以利於後續章節內容的學習；第3～8章圍繞因特網核心協議展開，首先參考相關標準對各層協議內容進行解釋，然後采用工具逐層構建模擬網絡，並演示和講解協議運行的細節。具體包括數據鏈路層的PPP、以太網和IEEE 802.11等協議，互聯網層用於分組傳遞的IP、ARP、ICMP、NDP、PMTU等協議和用於路由管理的RIP2、OSPF2和BGP4等協議，傳輸層的UDP和TCP協議，以及DNS、DHCP、FTP、SMTP、POP3和HTTP等經典的應用服務協議和SNMP網絡管理協議；第9章簡單介紹網絡協議設計的基本內容、基本方法及差錯和流量控制設計；第10章簡單介紹使用有限狀態機、Petri網和SDL語言進行網絡協議形式化描述的一般方法。
本書的建議講授課時為32～48學時，並建議在計算機網絡基礎或原理課程學習完成後進行，也可以根據需要直接設課。本書對於理論課或集中實踐課都是適合的教材。
本書根據編者多年的教學經驗編寫，其的特色在於選擇了開源軟件作為搭建模擬環境平臺的工具，使讀者不用擔心工具軟件的獲取和版權問題。此外，教材中的所有案例都由編者親自設計並完成測試，不用擔心實驗的可復現問題。為方便采用本書教學，編者還制作了PPT和微課視頻，建立了測試題庫，讀者可以在清華大學出版社官網搜索下載。此外，編者還在超星學習通平臺建立了教學示範包，可以聯繫作者索取使用。
參與本書編寫的有西安郵電大學的謝曉燕、孫韓林、李剛和王曉梅4位老師，其中謝曉燕編寫第1章，孫韓林編寫第2、4和5章，李剛編寫第6、8、9和10章，王曉梅編寫第3、7章，全書由謝曉燕和李剛統稿。
計算機網絡是一個飛速發展的技術領域，網絡協議在工業界也有不同的解釋方法。由於編者水平有限，書中可能存在欠妥或不足之處，懇請各位專家和讀者批評指正。我們將在吸取大家的意見和建議的基礎上，在適當的時候進行修訂和補充。

編者2021年3月