第1章計算機網絡概論1
1.1計算機網絡的形成與發展1
1.1.1分組交換技術的研究1
1.1.2互聯網的形成7
1.1.3互聯網的高速發展8
1.1.4移動互聯網的發展9
1.1.5物聯網的發展11
1.2計算機網絡定義與分類12
1.2.1計算機網絡定義12
1.2.2人們生活與工作的網絡環境13
1.2.3計算機網絡的分類15
1.3各種類型網絡的特點15
1.3.1廣域網15
1.3.2城域網18
1.3.3局域網20
1.3.4個域網21
1.3.5體域網22
1.4計算機網絡的組成與結構23
1.4.1早期計算機網絡的組成與結構23
1.4.2ISP的層次結構23
1.4.3互聯網的網絡結構24
1.5計算機網絡拓撲結構26
1.5.1計算機網絡拓撲的定義26
1.5.2計算機網絡拓撲的分類與特點26
1.6分組交換技術的基本概念27
1.6.1數據交換方式的分類27
1.6.2線路交換28
1.6.3存儲轉發交換29
1.6.4數據報方式與虛電路方式31
1.6.5分組交換網中的延時33
1.7網絡體繫結構與網絡協議37
1.7.1網絡體繫結構的基本概念37
1.7.2OSI參考模型39
1.7.3TCP/IP參考模型44
1.7.4OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較45
1.7.5網絡協議標準化組織和管理機構46
1.7.6本書采用的參考模型48
小結49
習題49
目錄計算機網絡（第5版）第2章物理層51
2.1物理層與物理層協議的基本概念51
2.1.1物理層的基本服務功能51
2.1.2物理層協議的類型52
2.2數據通信的基本概念53
2.2.1信息、數據與信號53
2.2.2數據通信方式54
2.2.3傳輸介質類型及主要特點57
2.2.4數據編碼分類63
2.3頻帶傳輸技術64
2.3.1頻帶傳輸的基本概念64
2.3.2模擬數據編碼方法65
2.3.3波特率的基本概念66
2.4基帶傳輸技術67
2.4.1基帶傳輸的基本概念67
2.4.2數字數據編碼方法67
2.4.3脈衝編碼調制方法69
2.4.4傳輸速率的基本概念70
2.5多路復用技術71
2.5.1多路復用的基本概念71
2.5.2時分多路復用72
2.5.3頻分多路復用73
2.5.4波分多路復用73
2.6同步光纖網與同步數字體繫74
2.6.1SONET與SDH的基本概念74
2.6.2基本速率標準的制定75
2.6.3SDH速率體繫75
2.7接入技術77
2.7.1接入技術的分類77
2.7.2ADSL接入技術77
2.7.3HFC接入技術79
2.7.4光纖接入技術80
2.7.5移動通信網接入技術82
小結83
習題84
第3章數據鏈路層86
3.1差錯產生的原因與差錯控制方法86
3.1.1設計數據鏈路層的原因86
3.1.2差錯產生的原因和差錯類型86
3.1.3誤碼率的定義87
3.1.4檢錯碼與糾錯碼88
3.1.5循環冗餘編碼工作原理88
3.1.6差錯控制機制91
3.2數據鏈路層的基本概念91
3.2.1鏈路與數據鏈路91
3.2.2數據鏈路層的主要功能91
3.2.3數據鏈路層與網絡層、物理層的關繫92
3.2.4數據鏈路層協議的發展與演變93
3.2.5局域網參考模型與協議標準95
3.3以太網與IEEE 802.397
3.3.1以太網技術的發展背景97
3.3.2以太網數據發送流程分析100
3.3.3以太網數據接收流程分析104
3.3.4從計算機組成原理的角度認識以太網工作原理107
3.3.5從操作繫統的角度認識以太網工作原理110
3.4交換式局域網與虛擬局域網技術111
3.4.1交換式局域網技術111
3.4.2虛擬局域網技術113
3.5高速以太網研究與發展118
3.5.1FE118
3.5.2GE119
3.5.310GE120
3.5.440GE與100GE121
3.5.5光以太網與城域以太網122
3.6以太網組網設備與組網方法123
3.6.1以太網基本組網方法123
3.6.2交換以太網與高速以太網組網方法124
3.6.3以太網網橋125
3.7IEEE 802.11131
3.7.1無線局域網的基本概念131
3.7.2IEEE 802.11網絡拓撲類型137
3.7.3CSMA/CA的基本工作原理143
3.7.4IEEE 802.11管理幀與漫遊管理149
3.8WiFi組網方法153
3.8.1IEEE 802.11無線網卡153
3.8.2IEEE 802.11無線接入點156
小結156
習題157
第4章網絡層159
4.1網絡層與IP協議159
4.1.1網絡層的基本概念159
4.1.2IP協議的發展與演變160
4.2IPv4的基本內容161
4.2.1IP協議的主要特點161
4.2.2IPv4分組格式162
4.3IPv4地址167
4.3.1IP地址的基本概念167
4.3.2標準分類IP地址167
4.3.3劃分子網的三級地址結構172
4.3.4無類別域間路由174
4.3.5網絡地址轉換177
4.4路由選擇算法與分組交付179
4.4.1分組交付和路由選擇的基本概念179
4.4.2路由表的建立、更新與路由選擇協議185
4.4.3路由信息協議186
4.4.4短路徑優先協議189
4.4.5外部網關協議194
4.4.6路由器與第三層交換技術196
4.5互聯網控制報文協議201
4.5.1ICMP的作用與特點201
4.5.2ICMP報文類型202
4.5.3Ping與Traceroute命令204
4.6IP多播與IGMP207
4.6.1IP多播的基本概念207
4.6.2IP多播地址207
4.6.3IGMP的基本內容209
4.6.4多播路由器與IP多播中的隧道技術210
4.7MPLS協議211
4.7.1資源預留協議與區分服務211
4.7.2多協議標記交換211
4.7.3MPLS VPN的應用213
4.8地址解析協議214
4.8.1IP地址與物理地址的映射214
4.8.2地址解析的工作過程214
4.9移動IP技術216
4.9.1移動IP的基本概念216
4.9.2移動IP的設計目標與主要特征217
4.9.3移動IP的結構與基本術語217
4.9.4移動IPv4的工作原理219
4.9.5移動IPv4節點之間的通信221
4.10IPv6222
4.10.1IPv6的基本概念222
4.10.2IPv6的主要特征223
4.10.3IPv6地址224
4.10.4IPv6分組結構與基本報頭226
4.10.5IPv4過渡到IPv6的基本方法228
小結230
習題231
第5章傳輸層236
5.1傳輸層與傳輸層協議236
5.1.1傳輸層的基本功能236
5.1.2傳輸協議的概念237
5.1.3應用進程、傳輸層接口與套接字238
5.1.4網絡環境中的分布式進程標識方法239
5.1.5傳輸層的多路復用與分解241
5.1.6TCP、UDP與應用層協議的關繫241
5.2UDP242
5.2.1UDP的主要特點242
5.2.2UDP報文格式243
5.2.3UDP校驗和的概念244
5.2.4UDP的適用範圍244
5.3TCP245
5.3.1TCP的主要特點245
5.3.2TCP報文格式247
5.3.3TCP連接的建立與釋放249
5.3.4TCP滑動窗口與確認、重傳機制253
5.3.5TCP滑動窗口與流量控制、擁塞控制259
小結266
習題266
第6章應用層268
6.1互聯網應用與應用層協議268
6.1.1互聯網應用發展階段268
6.1.2C/S模式與P2P模式比較269
6.1.3應用層協議分類271
6.2域名解析應用273
6.2.1域名繫統研究背景273
6.2.2域名空間的概念275
6.2.3域名服務器的概念276
6.2.4DNS的工作過程278
6.2.5DNS性能優化280
6.3遠程登錄應用281
6.3.1遠程登錄的概念281
6.3.2TELNET協議的基本內容281
6.4文件傳輸應用282
6.4.1文件傳輸的概念282
6.4.2FTP的基本內容282
6.5電子郵件應用284
6.5.1電子郵件的概念284
6.5.2郵件發送與SMTP284
6.5.3POP3、IMAP4與基於Web的電子郵件287
6.6Web與基於Web的網絡應用289
6.6.1Web服務的概念289
6.6.2HTTP的基本內容290
6.6.3HTML293
6.6.4Web瀏覽器296
6.6.5搜索引擎技術296
6.7即時通信應用298
6.7.1即時通信的概念298
6.7.2SIP的基本內容299
6.8動態主機配置應用303
6.8.1動態主機配置的概念303
6.8.2DHCP的基本內容303
6.9網絡管理應用306
6.9.1網絡管理的概念306
6.9.2SNMP的基本內容309
6.10Web服務實現方法分析312
6.10.1實現Web服務的網絡環境312
6.10.2DHCP與動態IP地址分配314
6.10.3DNS與域名解析316
6.10.4ARP與MAC地址解析317
6.10.5瀏覽器訪問Web服務器的過程分析320
小結322
習題322
第7章網絡安全326
7.1網絡空間安全與網絡安全的概念326
7.1.1網絡空間安全概念的提出326
7.1.2網絡空間安全理論體繫327
7.1.3OSI安全體繫結構328
7.1.4網絡安全研究的主要內容332
7.2加密與認證技術333
7.2.1加密/解密算法與密碼體繫的概念334
7.2.2對稱密碼體繫336
7.2.3非對稱密碼體繫337
7.2.4公鑰基礎設施339
7.2.5數字簽名技術340
7.2.6身份認證技術342
7.3網絡安全協議343
7.3.1網絡層安全與IPSec343
7.3.2傳輸層安全與SSL、TLS345
7.3.3應用層安全與PGP、SET346
7.4網絡攻擊與防御技術349
7.4.1網絡攻擊的概念349
7.4.2DoS攻擊與DDoS攻擊350
7.5入侵檢測技術351
7.5.1入侵檢測的概念351
7.5.2入侵檢測的基本方法352
7.5.3蜜罐技術353
7.6防火牆技術354
7.6.1防火牆的概念354
7.6.2包過濾路由器355
7.6.3應用級網關357
7.6.4防火牆繫統結構359
7.6.5防火牆報文過濾規則362
7.7網絡安全發展的新動向366
小結368
習題369
第8章計算機網絡技術發展372
8.1雲計算的概念、技術與應用372
8.1.1雲計算的基本概念372
8.1.2雲計算的基本特征374
8.1.3雲計算的服務模式375
8.1.4雲計算的部署方式377
8.1.5雲計算中心網絡實現技術378
8.2移動雲計算技術的研究與應用379
8.2.1移動雲計算技術的研究背景379
8.2.2移動雲計算的定義與結構特征380
8.2.3移動雲計算應用的效益381
8.3邊緣計算與移動邊緣計算381
8.3.1邊緣計算的基本概念381
8.3.2移動邊緣計算的研究背景382
8.3.3移動邊緣計算繫統結構384
8.4QoS與QoE385
8.4.1QoE的基本概念386
8.4.2QoS與QoE的關繫387
8.4.3QoE的定義387
8.4.4影響QoE的因素388
8.5SDN/NFV技術研究與發展389
8.5.1SDN/NFV的研究背景389
8.5.2SDN的基本概念390
8.5.3NFV的基本概念394
8.5.4SDN與NFV的關繫396
小結397
習題398
參考文獻399

如果將“分組交換”概念的提出與ARPANET的出現作為計算機網絡技術發展的起點，那麼計算機網絡技術經歷了60多年的發展。2019年10月在烏鎮召開的第六屆世界互聯網大會的主題之一是紀念互聯網誕生50周年以及中國全功能接入互聯網25周年。回顧半個多世紀互聯網技術與應用的發展歷程，可以清晰地看到，計算機網絡是沿著互聯網—移動互聯網—物聯網的軌跡，由小到大逐步發展壯大，由表及裡滲透到社會的各個領域，潛移默化地改變了世界的經濟、科學、文化、教育與生活的方方面面。當前，計算機網絡為人工智能、大數據、5G等新技術與各行各業的跨界融合提供了平臺與技術支撐，基於網絡的新應用、新業態方興未艾，新一輪科技革命與產業變革加速演進，計算機網絡也迎來了更加廣闊的發展空間。
縱觀互聯網、移動互聯網與物聯網的發展歷程，可以清晰地認識到: 開放的體繫結構、協議與應用成就了互聯網，促進了全球計算機的互聯，成為世界範圍信息共享的基礎設施；移動使得互聯網與人如影隨形，大部分的移動互聯網應用都具有社交功能，使大規模、復雜社會問題的群智感知、認知與處理成為可能；物聯網將世界上萬事萬物的泛在互聯成為可能，推動了大數據、智能技術與各行各業的深度融合，使得人類在處理物理世界問題時具有更高的智慧。因此，可以用開放、互聯、共享來描述互聯網的特征，用移動、社交、群智來描述移動互聯網的特征，用泛在、融合、智慧來描述物聯網的特征。但是，無論互聯網、移動互聯網與物聯網如何發展，它們的理論與技術基礎仍然是計算機網絡。
建設網絡強國已成為中國的重大戰略決策之一，而建設網絡強國必須培養大批的網絡技術精英，需要大力普及網絡知識和技能，計算機網絡課程在這一方面應該發揮重要的作用。
出於這樣的認識，作者在本書第5版的修訂中，著力解決了以下幾個問題。
，跟蹤技術發展，研究網絡技術的“變”與“不變”的關繫。
計算機網絡技術與應用發展用日新月異來描述一點也不過分。縱觀計算機網絡發展的歷程，可以清晰地看到: 從互聯網到移動互聯網、物聯網，網絡應用繫統的功能、協議體繫與實現技術在變化，但是網絡層次結構模型、端端分析原則與進程通信方法並沒有發生本質的變化。基於這種判斷，作者在本書第5版的修訂中注意做好“減法”，壓縮、調整過渡性概念、技術與結構，騰出篇幅用於增加新技術發展的內容，處理好計算機網絡課程內容“變”與“不變”的關繫。本書第5版深入淺出地介紹了5G、雲計算與移動雲計算、邊緣計算與移動邊緣計算、QoS/QoE、SDN/NFV等新技術、新概念；在保留章節的內容上也做了適當的調整，注意處理好與網絡新技術的銜接關繫。
第二，結構清晰，環環相扣，形成完整和有機的知識體繫。
本書第5版的特點是結構清晰。在知識結構的設計中，以支撐互聯網、移動互聯網與物聯網發展的共性技術為主線，每章圍繞著一個中心問題進行討論。這些問題如下: 
第1章: 什麼是計算機網絡？
第2章: 如何實現網絡中的比特流傳輸？
第3章: 如何實現以太網與WiFi的MAC協議？
第4章: 如何實現網絡互聯？
第5章: 如何實現網絡環境中的分布式進程通信？
第6章: 如何設計和實現網絡應用繫統？
第7章: 如何保證網絡安全？
第8章: 當前計算機網絡技術有哪些重要發展？
前言計算機網絡（第5版）第三，貫徹繫統觀，用計算機專業的基礎與思維方式去解析網絡知識。
計算機專業學生需要強調計算機繫統能力的培養。計算機專業學生繫統能力的核心是培養學生具有設計和構建以計算技術為核心的新的應用繫統的能力，而網絡知識是計算機繫統能力的重要組成部分。計算機網絡課程教學改革的目標之一是如何使網絡課程與計算機專業課程體繫形成一個有機的整體。
作者結合科研實踐，在第3章，通過分析讀者常用和熟悉的以太網與WiFi的MAC算法的實現技術，解釋網卡硬件與軟件的設計方法，引導學生利用計算機組成原理、外設與接口、操作繫統與軟件編程的基礎知識，理解計算機是如何接入計算機網絡，以及計算機與網絡的硬件、軟件與協議如何協同工作，使得計算機網絡課程能夠與計算機專業的計算機組成原理、外設與接口、操作繫統與軟件編程等核心課程融為一體，消除計算機網絡課程與計算機專業課程體繫脫節的弊病。
在討論網絡應用的過程中，作者用了大量在網上抓取的協議執行過程的截圖，形像直觀地解析抽像的網絡協議的軟件實現方法。在第6章結束時，從繫統觀出發，對計算機網絡原理與實現方法從硬件與軟件實現的角度進行概括和總結。通過解析讀者熟悉的Web應用的實現過程，幫助讀者理解真實的網絡應用繫統的工作原理與協議執行過程，使讀者學會從軟件編程的角度去實現網絡服務功能，為深入學習網絡技術奠定基礎。
第四，貫徹以能力培養為導向的教學理念。
計算機網絡是一門應用性與實踐性很強的課程。學生隻有通過繫統訓練，纔有可能真正掌握和深入理解網絡技術的基本理論與方法。本教學團隊在規劃教材體繫建設時，堅持以能力培養為導向的指導思想，經過近20年的努力，基本形成了由1本主教材、4本輔助教材、1個題庫和1個電子教案構成的教材體繫。與主教材《計算機網絡（第5版）》配套的有《計算機網絡實驗指導書（第3版）》《計算機網絡軟件編程指導書（第3版）》《計算機網絡習題解析與同步練習（第3版）》和《計算機網絡教師用書（第5版）》，後3種輔助教材近期將陸續出版。
《計算機網絡實驗指導書（第3版）》編寫了16個網絡實驗。該書總結了網絡硬件實驗課程教學經驗，參考了國際著名的網絡公司的認證考試內容，設計了從物理層到數據傳輸，從網絡應用到網絡安全的網絡實驗課題，實驗內容覆蓋了從基本的組網到網絡設備配置、從簡單的網絡環境編程到網絡仿真的基本要求。每個實驗均給出了進一步掌握該實驗內容的練習與思考題。實驗所要求的設備比較簡單，目前大多數學校都具備基本的實驗條件。
《計算機網絡軟件編程指導書（第3版）》設計了13個網絡軟件編程題目。編程選題考慮了不同層次網絡協議的覆蓋，同時將編程題目分為3個難度級，老師可以參照自己的教學需要，配合教學進度，有選擇、循序漸進地完成網絡軟件編程訓練，讓學生通過實際編程問題的訓練，達到加深理解網絡基本工作原理、掌握網絡環境中軟件編程方法、提高網絡軟件編程能力的目的。
《計算機網絡習題解析與同步練習（第3版）》參考了華為、Cisco等重要網絡設備制造商認證培訓大綱與試題、計算機專業研究生入學統考大綱與試題、全國計算機等級考試（三級）網絡工程師考試大綱與試題，並且從網上收集了一些大的計算機、通信與軟件公司的人員招聘考題，在繫統地分析、比較的基礎上，按照主教材的體繫與教學要求，編寫了習題解析與同步練習。該書的特點是: 每章的習題盡可能精簡，突出基本要求。教師可以使用或參照書上的習題作為課後練習；學生可以隨著教學進度，自我檢查知識掌握情況。該書也可以作為計算機及相關專業學生參加計算機專業碩士研究生全國統考、求職考試的備考復習資料。
《計算機網絡教師用書（第5版）》具有以下3個特點: 一是分析了主教材的知識體繫以及每章的知識點結構，幫助任課教師準確把握全局與局部內容的關繫；二是作者根據多年的教學、科研經驗，針對主教材各章節的重點、難點，總結了自己在教學過程中遇到的問題，以及任課教師或學生提出的300多個問題，逐一加以解答；三是為了幫助任課教師組織好教學過程，解析了主教材每章中比較難的習題。
《計算機網絡》第1版於2003年出版，2007年出版了第2版，2011年出版了第3版，2017年出版了第4版。第2版被列入普通高等教育“十一五”規劃教材，第3版與第4版被列入“十二五”普通高等教育本科規劃教材；第2版被評為2008年普通高等教育精品教材。但是，作者自知“盛名之下，其實難副”。為了不辜負廣大讀者的期望，作者與教學團隊成員多年來一直以國內外知名大學為參照，研究其網絡課程教學內容、教材與主要參考書、作業與實驗以及教學方法改革的動向，並選擇國際上流行的教材作為參考，結合教學團隊成員的科研與教學研究體會，力求使第5版在水平與質量上與國外優秀教材具有可比性。
為了適應計算機專業研究生網絡課程的教學需要，作者與同事們編寫了《計算機網絡高級教程（第2版）》《計算機網絡高級軟件編程技術（第2版）》與《網絡安全高級軟件編程技術》，構成了覆蓋本科生、碩士研究生與博士研究生理論與能力培養的完整的計算機網絡課程教材體繫。
在第5版的修訂中，吳功宜負責第1～4章和第8章;吳英負責第5～7章與各章習題，並且修改了書中的部分插圖。
本書的編寫工作得到了南開大學徐敬東教授、張建忠教授、許昱瑋副教授、張玉副教授以及網絡教研室很多學生的支持和幫助，作者在此向他們表示感謝。
計算機網絡知識更新快，完成高質量教材寫作任務的難度很大。限於作者的學術水平，書中難免有錯誤與不妥之處，誠懇地希望讀者批評指正。作者向使用前幾版教材並提出了寶貴意見和建議的同行深表感謝，也希望諸位對本書繼續給予關注和指教，共同為提高我國計算機網絡課程的教學水平而努力。

南開大學計算機學院吳功宜wgy@nankai.edu.cn吳英wuying@nankai.edu.cn2021年3月