第1章 概述 1 
1.1 信息時代的計算機網絡 1 
1.1.1 計算機網絡的各類應用  1 
1.1.2 計算機網絡帶來的負面問題  2 
1.2 因特網概述 3 
1.2.1 網絡、互聯網與因特網的區別與關繫  3 
1.2.2 因特網的發展歷程  5 
1.2.3 因特網的標準化工作和管理機構  7 
1.2.4 因特網的組成  8 
1.3 電路交換、分組交換和報文交換 9 
1.3.1 電路交換  9 
1.3.2 分組交換 10 
1.3.3 報文交換 13 
1.4 計算機網絡的定義和分類 15 
1.4.1 計算機網絡的定義 15 
1.4.2 計算機網絡的分類 15 
1.5 計算機網絡的性能指標 16 
1.5.1 速率 16 
1.5.2 帶寬 17 
1.5.3 吞吐量 18 
1.5.4 時延 19 
1.5.5 時延帶寬積 21 
1.5.6 往返時間 22 
1.5.7 利用率 23 
1.5.8 丟包率 24 
1.6 計算機網絡體繫結構 25 
1.6.1 常見的三種計算機網絡體繫結構 25 
1.6.2 計算機網絡體繫結構分層的 
   必要性 29 
1.6.3 計算機網絡體繫結構分層思想舉例 35 
1.6.4 計算機網絡體繫結構中的專用術語 39 
1.7 我國的計算機網絡發展情況 45 
1.7.1 我國的計算機網絡發展歷程 45 
1.7.2 我國互聯網發展情況相關資料的獲取 47 
第2章 物理層 48 
2.1 物理層概述 48 
2.1.1 物理層要實現的功能 48 
2.1.2 物理層接口特性 49 
2.2 物理層下面的傳輸媒體 50 
2.2.1 導向型傳輸媒體 51 
2.2.2 非導向型傳輸媒體 55 
2.3 傳輸方式60 
2.3.1 串行傳輸和並行傳輸 60 
2.3.2 同步傳輸和異步傳輸 61 
2.3.3 單向通信、雙向交替通信和雙向同時通信 62 
2.4 編碼與調制 63 
2.4.1 編碼與調制的基本概念 63 
2.4.2 常用編碼方式 64 
2.4.3 基本的帶通調制方法和混合調制方法 66 
2.5 信道的極限容量 68 
2.5.1 奈氏準則 68 
2.5.2 香農公式 70 
2.6 信道復用技術 71 
2.6.1 頻分復用 71 
2.6.2 時分復用 72 
2.6.3 波分復用 73 
2.6.4 碼分復用 73 
第3章 數據鏈路層 77 
3.1 數據鏈路層概述 77 
3.1.1 數據鏈路層在網絡體繫結構中所處的地位 77 
3.1.2 鏈路、數據鏈路和幀 78 
3.2 數據鏈路層的三個重要問題 79 
3.2.1 封裝成幀和透明傳輸 80 
3.2.2 差錯檢測 82 
3.2.3 可靠傳輸 87 
3.3 點對點協議 100 
3.3.1 PPP 協議的組成  101 
3.3.2 PPP 協議的幀格式  101 
3.3.3 PPP 協議的工作狀態  104 
3.4 共享式以太網 105 
3.4.1 網絡適配器和 MAC 地址  105 
3.4.2 CSMA/CD 協議  110 
3.4.3 使用集線器的共享式以太網  116 
3.4.4 在物理層擴展以太網  118 
3.4.5 在數據鏈路層擴展以太網  119 
3.5 交換式以太網 125 
3.5.1 以太網交換機  125 
3.5.2 共享式以太網與交換式以太網的對比  126 
3.6 以太網的 MAC 幀格式 129 
3.6.1 以太網 V2 的 MAC 幀格式  129 
3.6.2 物理層前導碼  129 
3.6.3 無效的 MAC 幀  129 
3.7 虛擬局域網 130 
3.7.1 虛擬局域網概述  130 
3.7.2 虛擬局域網的實現機制  131 
3.8 以太網的發展 138 
3.8.1 100BASE-T 以太網  138 
3.8.2 吉比特以太網  139 
3.8.3 10 吉比特以太網  140 
3.8.4 40 吉比特 /100 吉比特以太網  141 
3.9 802.11 無線局域網 142 
3.9.1 802.11 無線局域網的組成  142 
3.9.2 802.11 無線局域網的物理層  144 
3.9.3 802.11 無線局域網的數據鏈路層  145 
3.9.4 802.11 無線局域網的 MAC 幀  150 
第4章 網絡層 154 
4.1 網絡層概述 154 
4.1.1 分組轉發和路由選擇  154 
4.1.2 網絡層向其上層提供的兩種服務  155 
4.2 網際協議（IP） 157 
4.2.1 異構網絡互連  158 
4.2.2 IPv4 地址及其編址方法  159 
4.2.3 IPv4 地址的應用規劃  176 
4.2.4 IPv4 地址與 MAC 地址  181 
4.2.5 地址解析協議  183 
4.2.6 IP 數據報的發送和轉發過程  189 
4.2.7 IPv4 數據報的格式  193 
4.3 靜態路由配置 200 
4.3.1 直連路由和非直連路由  200 
4.3.2 默認路由和特定主機路由  200 
4.4 因特網的路由選擇協議 202 
4.4.1 路由選擇分類  202 
4.4.2 因特網采用分層次的路由選擇協議  202 
4.4.3 路由信息協議  203 
4.4.4 開放短路徑優先協議  211 
4.4.5 邊界網關協議  218 
4.4.6 路由器的基本工作原理  222 
4.5 網際控制報文協議 223 
4.5.1 ICMP 報文的種類  224 
4.5.2 ICMP 的典型應用  227 
4.6 虛擬專用網和網絡地址轉換 230 
4.6.1 虛擬專用網  230 
4.6.2 網絡地址轉換  233 
4.7 IP 多播 236 
4.7.1 IP 多播技術的相關基本概念  236 
4.7.2 IP 多播地址和多播組  237 
4.7.3 在局域網上進行硬件多播  238 
4.7.4 在因特網上進行 IP 多播需要的兩種協議  241 
4.7.5 網際組管理協議  243 
4.7.6 多播路由選擇協議  249 
4.8 移動 IP 技術 253 
4.8.1 移動性對因特網應用的影響  253 
4.8.2 移動 IP 技術的相關基本概念  254 
4.8.3 移動 IP 技術的基本工作原理  255 
4.8.4 蜂窩移動通信網中的移動性管理  258 
4.9 下一代網際協議 IPv6 259 
4.9.1 IPv6 引進的主要變化  259 
4.9.2 IPv6 數據報的基本  260 
4.9.3 IPv6 數據報的擴展  262 
4.9.4 IPv6 地址  262 
4.9.5 從 IPv4 向 IPv6 過渡  266 
4.9.6 網際控制報文協議 ICMPv6  268 
4.10 軟件定義網絡 269 
4.10.1 網絡層的數據層面和控制層面  270 
4.10.2 OpenFlow 協議  271 
4.10.3 SDN 體繫結構  276 
第5章 運輸層 279 
5.1 運輸層概述 279 
5.1.1 進程間基於網絡的通信  279 
5.1.2 TCP/IP 體繫結構運輸層中的 
   兩個重要協議  281 
5.1.3 運輸層端口號、復用與分用的 
   概念  282 
5.2 UDP 和 TCP 的對比 287 
5.2.1 無連接的 UDP 和面向連接的TCP  287 
5.2.2 UDP 和 TCP 對單播、多播和廣播的支持情況  288 
5.2.3 UDP 和 TCP 對應用層報文的處理  289 
5.2.4 UDP 和 TCP 對數據傳輸可靠性的支持  290 
5.2.5 UDP 和 TCP 的對比  292 
5.3 傳輸控制協議 293 
5.3.1 TCP 報文段的格式  293 
5.3.2 TCP 的運輸連接管理  298 
5.3.3 TCP 的流量控制  304 
5.3.4 TCP 的擁塞控制  308 
5.3.5 TCP 擁塞控制與網際層擁塞控制的關繫  318 
5.3.6 TCP 可靠傳輸的實現  319 
5.3.7 TCP 超時重傳時間的選擇  325 
5.3.8 TCP 的選擇確認  328 
5.3.9 TCP 窗口和緩存的關繫  330 
第6章 應用層 331 
6.1 應用層概述 331 
6.2 客戶 / 服務器方式和對等方式 332 
6.2.1 客戶 / 服務器方式  332 
6.2.2 對等方式  333 
6.3 動態主機配置協議 333 
6.3.1 動態主機配置協議的作用  333 
6.3.2 動態主機配置協議的工作過程  335 
6.4 域名繫統341 
6.4.1 域名繫統的作用  341 
6.4.2 因特網的域名結構  342 
6.4.3 因特網上的域名服務器  344 
6.4.4 因特網的域名解析過程  345 
6.4.5 域名繫統高速緩存  346 
6.5 文件傳送協議 347 
6.5.1 文件傳送協議的作用  347 
6.5.2 文件傳送協議的基本工作原理  350 
6.6 電子郵件352 
6.6.1 電子郵件的作用  352 
6.6.2 電子郵件繫統的組成  352 
6.6.3 簡單郵件傳送協議的基本工作過程  354 
6.6.4 電子郵件的信息格式  355 
6.6.5 多用途因特網郵件擴展  356 
6.6.6 常用的郵件讀取協議 POP3 和IMAP4  357 
6.6.7 基於萬維網的電子郵件  357 
6.7 萬維網 358 
6.7.1 萬維網概述  358 
6.7.2 統一資源定位符  360 
6.7.3 萬維網文檔  361 
6.7.4 超文本傳輸協議  364 
6.7.5 使用 Cookie 在服務器上記錄信息  369 
6.7.6 萬維網緩存與代理服務器  370 
第7章 網絡安全 374 
7.1 網絡安全概述 374 
7.1.1 安全威脅  374 
7.1.2 安全服務  377 
7.2 密碼學與保密性 378 
7.2.1 密碼學相關基本概念  378 
7.2.2 對稱密鑰密碼體制  379 
7.2.3 公鑰密碼體制  381 
7.3 報文完整性與鋻別 383 
7.3.1 報文摘要和報文鋻別碼  383 
7.3.2 數字簽名  386 
7.4 實體鋻別388 
7.5 密鑰分發391 
7.5.1 對稱密鑰的分發  391 
7.5.2 公鑰的分發  393 
7.6 訪問控制394 
7.6.1 訪問控制的基本概念  394 
7.6.2 訪問控制策略  395 
7.7 網絡體繫結構各層采取的安全措施 397 
7.7.1 物理層安全實例：信道加密  397 
7.7.2 數據鏈路層安全實例：802.11i  398 
7.7.3 網絡層安全實例：IPSec  400 
7.7.4 運輸層安全實例：SSL/TLS  406 
7.7.5 應用層安全實例：PGP  409 
7.8 防火牆訪問控制與入侵檢測繫統  411 
7.8.1 防火牆  411 
7.8.2 入侵檢測繫統  414 
7.9 常見的網絡攻擊及其防範 415 
7.9.1 網絡掃描  415 
7.9.2 網絡監聽  419 
7.9.3 拒絕服務攻擊  422

計算機網絡是計算機技術和通信技術相結合而成長起來的新型技術，在當今社會的各個領域得到了廣泛的應用。“計算機網絡”目前已不僅是高等院校計算機、通信與信息類專業本科生的核心基礎課程，而且正逐漸成為理工科各專業學生的公共課程，重要性日益突出，其教學目標是為後續涉及網絡的專業課程的學習和研究打下堅實基礎。 
計算機網絡理論性強、概念多、知識點瑣碎、抽像、難理解，這是廣大學習者的普遍感受，作者初是在B站上傳了自制的《計算機網絡》微課堂的學習視頻，這種動畫視頻的方式深受廣大學習者的好評，同時收到清華大學出版社王中英編輯的出版邀請。於是就誕生了你手上的這本書。 
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本書共7章，內容包括概述、物理層、數據鏈路層、網絡層、運輸層、應用層、網絡安全，覆蓋了的全國計算機專業研究生入學考試的知識點。各章末尾提供思維導圖形式的知識點總結，幫助讀者總結和加深記憶。由於很多專業術語對應的英文很常用，筆者按照知識點順序進行了整理，方便讀者查閱。此外，各章均附有本章的習題，便於讀者鞏固提升。讀者可以掃描封底“本書資源”二維碼獲取相關內容。 
本書有如下特點： 
（1）以基礎知識和核心概念為主線。根據近年來計算機網絡技術的發展，對計算機網絡的基本原理、方法和技術進行深入淺出的講解，注重內容的正確性、準確性和新穎性，以及知識體繫的邏輯性、連貫性。在內容編排上既能方便老師組織課堂教學，又能方便讀者自學。 
（2）全書配套錄制了微課視頻。微課視頻具有動畫演示生動形像、語言通俗精練、課件文案精美三大特色，讓學習者“看得懂，聽得懂，學得爽”，能夠激發學習者的學習興趣，提高學習的主動性。
（3）配套資源豐富。本書提供教學大綱、教學課件、學習思維導圖等多種教學資源，掃描封底的本書資源二維碼即可下載。 
（4）對應課程在學銀在線、中國大學MOOC等慕課平臺定時開課，方便學習者觀看學習視頻、下載資料、學習提問交流，也方便教師引用為SPOC開展線上教學或線上線下混合式教學。 
本書配套資源展示如下，另有精美思維導圖，請掃描各章末二維碼獲取。 
本書可作為高等院校電子信息工程、通信工程、物聯網工程、信息工程、電氣工程自動化、自動化、計算機科學與技術等相關專業的教材，也可供其他專業的學生、教師和從事計算機網絡工作的工程技術人員參考。 
本書由高軍、陳君、唐秀明、張劍編著。其中，高軍編寫了第3～6章，陳君編寫了第1章，唐秀明編寫了第2章，張劍編寫了第7章。全書由高軍負責統稿和審閱工作。 
在本書的編寫過程中，吳亮紅、席在芳、盧明、唐志軍教授對於本書的內容給予了熱心指點，責任編輯王中英對本書的編輯負責、細心，編者在此一並致以誠摯的謝意！書中內容參閱了謝希仁老先生的《計算機網絡》（第8版），在此對謝老先生表示致敬和感謝！ 
由於編者水平有限，書中難免存在一些缺點和錯誤，殷切希望廣大讀者批評指正。 
讀者可加QQ群524949637交流學習。 
編者 
於湖南科技大學