第1章緒論1
1.1計算機網絡概述1
1.1.1計算機網絡的產生和發展1
1.1.2我國的網絡發展情況4
1.1.3計算機網絡的定義5
1.1.4計算機網絡的組成6
1.2計算機網絡的分類7
1.2.1按拓撲結構分類7
1.2.2按地理範圍分類8
1.2.3無線網絡10
1.2.4其他分類11
1.3計算機網絡的體繫結構12
1.3.1分層體繫結構及協議12
1.3.2OSI模型14
1.3.3TCP/IP協議18
習題120
第2章物理層22
2.1數據通信概述22
2.1.1數據通信模型22
2.1.2數據通信繫統的技術指標23
2.2傳輸媒體27
2.2.1雙絞線28
2.2.2同軸電纜28
2.2.3光纜29
2.2.4無線通信30
2.3數據傳輸方式31
2.3.1並行傳輸與串行傳輸32
2.3.2異步傳輸與同步傳輸33
2.3.3單工、半雙工和全雙工傳輸34
2.3.4模擬傳輸與數字傳輸34
2.3.5共享通信和點對點通信35
2.4數據編碼技術36
2.4.1數字數據調制為模擬信號36
2.4.2數字數據編碼為數字信號37
2.4.3模擬數據編碼為數字信號39
2.5多路復用技術39
2.5.1頻分多路復用（FDM）40
2.5.2時分多路復用(TDM)40
2.5.3波分多路復用(WDM)42
2.5.4碼分多路復用(CDM)42
2.6數據交換技術43
2.6.1線路交換44
2.6.2報文交換44
2.6.3分組交換45
2.7物理層協議與設備46
2.7.1物理層的接口特性46
2.7.2物理層的設備47
習題248
第3章數據鏈路層49
3.1數據鏈路層的功能49
3.1.1為網絡層提供服務49
3.1.2組幀50
3.1.3差錯控制50
3.1.4流量控制50
3.2組幀技術51
3.2.1字節計數法51
3.2.2字符填充法51
3.2.3零比特填充法52
3.2.4違例編碼法52
3.3差錯控制53
3.3.1奇偶校驗碼53
3.3.2循環冗餘校驗碼54
3.3.3漢明碼56
3.4流量控制58
3.4.1停等協議59
3.4.2滑動窗口機制61
3.4.3後退N幀協議64
3.4.4選擇重傳協議66
3.5高級數據鏈路控制(HDLC)協議67
3.5.1HDLC的基本特點68
3.5.2HDLC的幀結構68
3.5.3HDLC的幀類型69
3.6點對點協議(PPP)71
3.6.1PPP協議的特點與組成71
3.6.2PPP協議的幀結構72
3.6.3PPP協議的工作狀態73
習題373
第4章局域網75
4.1局域網概述75
4.1.1IEEE 802參考模型和協議75
4.1.2局域網的分類77
4.2傳統以太網78
4.2.1CSMA/CD協議的工作原理78
4.2.2傳統以太網的連接方法81
4.2.3以太網的MAC層和幀結構82
4.3高速以太網85
4.3.1100BaseT以太網85
4.3.2千兆以太網86
4.3.3萬兆以太網87
4.4虛擬局域網88
4.4.1基於端口的VLAN88
4.4.2基於MAC地址的VLAN89
4.4.3基於第三層協議的VLAN89
4.4.4基於用戶使用策略的VLAN89
4.5無線局域網89
4.5.1無線局域網的結構分類90
4.5.2無線局域網的工作原理91
4.5.3無線局域網的幀結構93
4.6局域網的擴展94
4.6.1在物理層擴展局域網94
4.6.2在數據鏈路層擴展局域網95
4.7透明網橋及其算法98
4.7.1透明網橋的體繫結構98
4.7.2幀轉發規則98
4.7.3地址學習99
4.7.4生成樹算法100
習題4102
第5章網絡層105
5.1網絡層概述105
5.1.1數據報網絡服務106
5.1.2虛電路網絡服務107
5.1.3數據報網絡和虛電路網絡的比較108
5.2標準分類的IP地址109
5.2.1特殊IP地址110
5.2.2專用地址110
5.2.3標準分類IP地址111
5.3子網與超網編址方法112
5.3.1IP子網劃分113
5.3.2CIDR115
5.4IP和ICMP協議118
5.4.1IP協議119
5.4.2ICMP協議121
5.5ARP協議123
5.5.1IP地址與MAC地址的映射方法123
5.5.2ARP的工作原理124
5.6路由選擇協議和路由器125
5.6.1IP分組轉發126
5.6.2內部網關協議（RIP）129
5.6.3開放短路徑優先（OSPF）協議133
5.6.4邊界網關協議（BGP）140
5.6.5路由器141
5.7IP多播142
5.7.1IP多播概述142
5.7.2IP多播協議與路由選擇144
5.8VPN和NAT145
5.8.1VPN145
5.8.2NAT147
5.9IPv6協議150
5.9.1IPv6編址150
5.9.2IPv6的基本格式152
習題5154
第6章傳輸層157
6.1傳輸層協議概述157
6.1.1進程之間的通信157
6.1.2端口及其作用158
6.2UDP協議161
6.2.1UDP協議的特點161
6.2.2UDP報文格式161
6.2.3UDP的校驗和計算162
6.3TCP協議概述164
6.3.1TCP協議的基本特點164
6.3.2TCP報文段的格式165
6.4TCP的連接管理167
6.4.1連接建立167
6.4.2連接釋放168
6.4.3連接重置169
6.5可靠傳輸170
6.5.1TCP校驗和170
6.5.2確認機制170
6.5.3定時器171
6.6TCP的流量控制173
6.7TCP的擁塞控制174
習題6176
第7章應用層178
7.1網絡應用模式178
7.1.1集中應用模式178
7.1.2客戶機/服務器應用模式179
7.1.3基於Web的瀏覽器/服務器應用模式180
7.1.4P2P模式180
7.2域名繫統(DNS)181
7.2.1域名與域名空間181
7.2.2域名服務器與域名解析183
7.3文件傳輸協議(FTP)185
7.3.1FTP的工作原理與模式185
7.3.2FTP協議的規範187
7.3.3FTP的登錄方式189
7.3.4簡單文件傳輸協議(TFTP)190
7.4電子郵件191
7.4.1電子郵件繫統的組成191
7.4.2SMTP協議194
7.4.3POP3和IMAP4協議198
7.5WWW服務199
7.5.1統一資源定位符200
7.5.2HTTP協議201
7.5.3HTML204
7.5.4HTTPS協議206
7.6SNMP協議207
7.6.1SNMP概述207
7.6.2SNMP的配置208
7.6.3管理信息庫209
7.6.4SNMP報文格式210
7.7RTP/RTCP協議212
7.7.1RTP/RTCP的協議層次212
7.7.2RTP的報頭格式213
7.7.3RTCP的報頭格式213
7.7.4RTP的會話過程215
7.8主機配置協議216
7.8.1BOOTP216
7.8.2DHCP217
7.9MQTT協議218
7.9.1MQTT的服務質量218
7.9.2MQTT協議的規範219
7.9.3MQTT的報文示例221
習題7223
第8章網絡安全225
8.1網絡安全概述225
8.1.1網絡安全的含義225
8.1.2網絡安全威脅227
8.1.3網絡安全體繫228
8.2數據加密技術229
8.2.1傳統加密方法230
8.2.2對稱加密技術231
8.2.3非對稱加密技術231
8.2.4數字信封233
8.2.5數字簽名234
8.2.6報文摘要235
8.3防火牆技術235
8.3.1防火牆的功能與特點235
8.3.2防火牆的分類237
8.3.3常見的防火牆結構238
8.3.4防火牆的發展243
8.4網絡安全協議244
8.4.1IPSec協議244
8.4.2SSL/TLS協議245
8.4.3PGP協議246
8.4.4SSH協議248
8.4.5SET協議249
習題8250
附錄A2021年全國碩士研究生入學統考計算機學科專業基礎綜合考試計算機
網絡大綱252附錄B全國碩士研究生入學統考計算機學科專業基礎計算機網絡部分綜合題
與解析(2009—2019)257
參考文獻271

第3版前言

本書自第1版出版以來，一直在北京石油化工學院8個專業和其他部分高校使用。第2版獲評2021年北京高校重點優質本科教材，基於該教材的計算機網絡課程獲評2020年北京市優質本科課程。面對新時代網絡技術的新發展，需要不斷開展教育教學改革，將創新教學成果融入教材中。本次改版的重點是對部分章節進行了修訂和補充，新增國內外網絡通信技術與應用成果，補充附錄研究生入學統考綜合題內容，並修改第2版中的錯誤。
除傳輸層、網絡安全兩章保持不變外，其餘各章內容都做了修訂，具體如下。
（1）緒論： 新增星鏈技術和衛星互聯網；補充廣域網以及我國互聯網連接帶寬情況；新增無線網絡的5G技術，體現我國自主技術和創新標準；補充我國十大公用骨干網絡和國內網絡應用情況；修改習題1。
（2）物理層： 刪減少量內容（如信號的概念、光纖接口介紹）；更正了香農定理中的信噪比描述；在通信技術應用方面，新增我國2020年“嫦娥5號”的微波通信、深海探測奮鬥者號的無線通信技術；新增集線器實物圖。
（3）數據鏈路層： 更正漢明碼的公式，並新增漢明碼的應用示例。
（4）局域網： 刪除集線器介紹內容；更正透明網橋示例中的部分操作，由轉發改為擴散；新增一個MAC幀應用示例。
（5）網絡層： 對CIDR例題方案選擇，新增了設計思路說明；更正了路由表生成圖表中的IP地址問題，由原來的D類地址改為C類地址；BGP協議版本修改為2006年的RFC4271。
（6）應用層： 補充MQTT到圖71應用層協議中；修改FTP服務器實例，改用有效的ftp.cc.ac.cn和ftp.scene.org進行應用描述；簡化SNMP協議內容，刪除細節；簡化RTP/RTCP協議，刪除RTP轉換器和混合器；新增了7.9節的MQTT協議；修改部分習題，並新增一個網絡抓包分析的習題。
附錄內容調整為如下。
（1）2021年全國碩士研究生入學統考計算機學科專業基礎綜合考試計算機網絡大綱。
（2）全國碩士研究生入學統考計算機學科專業基礎計算機網絡部分綜合題與解析（2009—2019）。
本次改版仍然繼承了原稿的8章結構，內容包括緒論、物理層、數據鏈路層、局域網、網絡層、傳輸層、應用層和網絡安全。在基本原理方面力求講透，精心設計了200多幅圖例和40多個數據表格，原理闡述生動，內容豐富，避免其枯燥的陳述。同時，精選了40多道典型例題及其解析，覆蓋了概念和原理的理解、求解和運算、工程演練和證明等多種題型，使其具有很好的代表性。另外，MQTT協議在物聯網工程項目中得到了廣泛應用，值得學習。
本書既面向非計算機類的理工科專業，又照顧計算機專業的深入需求，並及時更新附錄中的全國碩士生入學統考計算機網絡大綱和綜合題解析，為學生能力自測和提高提供方便。
另外，有關網絡綜合設計和編程實例，請參考作者編寫的《計算機網絡課程設計》和《C#網絡通信程序設計》等教材。
本書配有PPT教學課件和習題參考答案，可在清華大學出版社官方網站下載。
本書改版由張曉明統一規劃和撰寫。在編寫過程中，得到了清華大學出版社謝琛編輯的大力幫助。本書還引用了某些國內外同行的工作成果，在此一並表示感謝。
由於作者水平有限，書中難免存在錯誤與不妥之處，殷切希望廣大讀者批評指正。

張曉明 2021年9月

第2版前言

本書第1版自出版以來，一直在北京石油化工學院和部分高校使用，受到了廣大師生的關注。隨著網絡技術的飛速發展，教材也需要不斷更新。本次改版的重點是新增了部分網絡協議和算法，同步新增了習題，調整了附錄內容，並修改了第1版中的錯誤。
主要擴充內容如下。
(1) 緒論： 補充了協議和服務的關繫描述。
(2) 物理層： 增加了網絡時延計算原理圖；補充了調相和相對調相內容；刪除了光纖傳輸繫統結構內容，增加了光纖連接器的描述。
(3) 數據鏈路層： 增加了漢明碼糾錯知識及其應用示例。
(4) 局域網： 增加了透明網橋的體繫結構、工作流程和生成樹算法，補充了例題的解析內容，增加了透明網橋轉發表生成的過程描述。
(5) 網絡層： 補充了RIP協議報文格式、算法描述和示例；補充了OSPF協議內容，增加了鏈路狀態算法和SPF算法，增加了OSPF報文格式及其示例。
(6) 應用層： 增加了HTTPS協議內容；增加了SNMP協議內容；增加了RTP/RTCP協議內容解析。
附錄內容調整如下。
(1) 2016年全國碩士研究生入學統考計算機學科專業基礎綜合考試計算機網絡大綱。
(2) 全國碩士研究生入學統考計算機學科專業基礎計算機網絡部分綜合題與解析(2009—2014)。
本次改版仍然繼承了第1版的8章結構，內容包括緒論、物理層、數據鏈路層、局域網、網絡層、傳輸層、應用層和網絡安全。在闡述基本原理和應用方法時，設計了大量生動的圖例和實例說明，避免了枯燥的陳述。同時，對每章的例題和習題都進行了精選，使其具有更好的代表性，體現“例題、習題、考題”的一致性。有關綜合實驗和網絡課程設計環節，請讀者參考作者編寫的另一部教材《計算機網絡課程設計》。
本書提供配套PPT教學課件和習題參考答案，可在清華大學出版社的官方網站下載。
本書改版由張曉明統一規劃和撰寫。在編寫過程中，得到了清華大學出版社謝琛編輯的大力幫助。本書還引用了一些國內外同行的工作成果，在此一並表示感謝。
由於作者水平有限，書中難免存在錯誤與不妥之處，殷切希望廣大讀者批評指正。

張曉明 2017年4月

第1版前言

隨著計算機網絡的廣泛應用和技術發展，對各層次的人纔需求非常迫切。本書定位於應用型學科專業的計算機網絡教學，強調了基礎知識和應用技術的統一。
全書采用典型的網絡層次化模型，共分為8章，內容包括緒論、物理層、數據鏈路層、局域網、網絡層、傳輸層、應用層和網絡安全。本書在闡述基本原理和應用方法時，設計了大量生動的圖例和實例說明，避免枯燥的陳述。同時，對每章的例題和習題都做了精選，使其具有更好的代表性，體現了“例題、習題、考題”的一致性。
為了真實展現網絡協議的結構，本書采用了網絡協議分析工具Wireshark，在多個層次進行網絡數據抓包並顯示，使原理性內容在實踐性環節中得到驗證。
本書末尾包含了3個附錄，分別是2010年全國碩士研究生入學統考計算機學科專業基礎綜合考試大綱、2009年和2010年的全國碩士研究生入學統考計算機學科專業試題及答案。為有志參加碩士研究生入學考試的學生提供重要資料，也為學生測驗所學網絡知識提供參考。
本書有配套的PPT教學課件和習題參考答案，可在清華大學出版社的相關網站下載。
本書同時面向計算機專業和非計算機理工科專業的學生，在內容編排上融合了不同的需求。書中有部分帶有號的內容，屬於比較深入和擴展的知識，主要針對計算機專業的學生。
本書由張曉明統一規劃和撰寫，陳明教授審查了大綱。還有部分教師參與了研討和部分章節的編寫，杜天蒼、趙國慶、王淑芳和張世博分別參與了局域網、網絡安全、應用層和無線網絡內容的編寫，向勝軍參與了初稿的審查。本書在編寫過程中，始終得到清華大學出版社的大力幫助。本書還引用了某些國內外同行的工作成果，在此一並表示感謝。
由於作者水平有限，書中難免存在錯誤與不妥之處，殷切希望廣大讀者批評指正。

張曉明 2010年6月