前言
計算機網路是20世紀對人類社會產生最深遠影響的科技成就之一。隨著Internet技術的發展和信息基礎設施的完善，計算機網路正在改變人們的生活、學習和工作方式，推動社會文明的進步。計算機網路已經成為人們獲取和交流信息的一種十分重要、快捷的手段。
進入21世紀之後，信息化社會對巨量信息快速處理、存儲、交換能力的迫切需求，計算機技術得到飛速發展，網路新概念、新思想、新技術、新型信息服務不斷湧現，隨著網際網路套用需求的不斷發展，目前的網際網路在實際套用中越來越暴露出其不足之處，已經成為制約網際網路發展的主要障礙。下一代網際網路技術和發展將從根本上解決未來網路發展的技術挑戰，並逐漸成為衡量一個國家綜合實力的重要標誌。
儘管計算機網路技術與套用的發展十分迅猛，但是我們深入到網路技術體系中系統地研究和總結會發現，計算機網路技術經過幾十年的發展，已經形成了相對成熟的知識體系與處理問題的思維方式，這是學習計算機網路技術體系、掌握系統原理以及網路分析設計的基礎。眾所周知，計算機網路與網際網路從技術上是密不可分的，未來網際網路套用是現代網路技術最有影響力的套用。本教材從計算機網路技術的套用、分析與設計角度去介紹網路系統原理和體系結構，採用從套用層到物理層的“自頂向下”的內容組織形式。從介紹網際網路套用開始，從高層協定到底層協定、從網際網路體系到具體物理網結構；從下一代網際網路概念、系統體系與套用，結合未來計算機網路新的技術和潮流，循序漸進，內容上突出新技術和實用性。
全書內容分為12章，第1～7章為基礎篇，第8～12章為提高篇。基礎篇自頂向下系統介紹了計算機網路與網際網路技術基本概念、體系結構、協定標準，以及現代網路技術的發展潮流。提高篇則從下一代網際網路技術與套用出發，重點介紹下一代網際網路體系結構的層次模型、服務質量控制、IP組播技術，以及無線網路協定體系和關鍵技術、網路安全協定以及安全解決方案等重點問題。
本書適合於作為普通高等院校計算機網路課的教材和主要教學參考書，建議學時數為72學時（含實驗），基礎篇為必修內容，提高篇則可根據實際情況，選擇部分章節內容進行講解。
目錄
第1章計算機網路概論
1.1計算機網路的產生與發展1
1.1.1計算機網路的產生1
1.1.2計算機網路各個發展階段的特點6
1.1.3網際網路套用的高速發展7
1.1.4網際網路發展面臨的挑戰與下一代網際網路9
1.2新興網路形態介紹12
1.2.1物聯網12
1.2.2雲計算13
1.2.3數據中心網路15
1.3現代網路技術發展的三大趨勢16
1.3.1現代網路技術發展趨勢16
1.3.2從傳統網際網路到下一代網際網路17
1.3.3從無線分組網到無線自組網與無線感測器網17
1.3.4網路安全技術18
1.4計算機網路基礎知識18
1.4.1計算機網路的定義和功能18
1.4.2計算機網路的分類20
1.4.3計算機網路的結構和組成21
1.4.4計算機網路分組交換技術22
1.4.5計算機網路的拓撲結構與特點26
1.5網路體系結構的基本概念27
1.5.1網路協定與網路體系結構27
1.5.2ISOOSI參考模型32
1.5.3TCP/IP參考模型32
1.5.4網際網路管理機構34
習題34
第2章套用層協定與網際網路套用技術
2.1網際網路套用技術發展與工作模式36
2.1.1網際網路套用技術發展的3個階段36
2.1.2網際網路端系統與核心交換的基本概念37
2.1.3套用進程間的相互作用模式39
2.1.4套用層C/S工作模式與P2P工作模式40
2.1.5網路套用與套用層協定43
2.1.6網路套用對傳輸層協定的選擇44
2.1.7網路套用對低層提供服務的要求46
2.2Web服務與HTTP協定47
2.2.1Web服務的基本概念47
2.2.2HTTP的工作機制50
2.2.3HTTP報文格式54
2.2.4超文本標記語言HTML61
2.2.5Web瀏覽器64
2.3基於Web的網路套用66
2.3.1電子商務套用66
2.3.2電子政務套用69
2.3.3MOOC套用71
2.3.4遠程醫療套用73
2.3.5搜尋引擎套用75
2.4電子郵件服務與協定體系79
2.4.1電子郵件服務的基本概念79
2.4.2電子郵件系統基本功能81
2.4.3電子郵件系統結構與工作原理81
2.4.4郵件報文交付的3個階段84
2.4.5SMTP協定的基本內容85
2.4.6MIME協定的基本內容89
2.4.7POP3、IMAP4協定與基於Web的電子郵件89
2.5網路檔案傳輸與FTP/TFTP協定90
2.5.1檔案傳輸的基本概念91
2.5.2FTP協定特點92
2.5.3FTP協定工作原理93
2.5.4FTP互動命令與協定執行過程94
2.6域名系統與DNS服務95
2.6.1DNS服務的概念96
2.6.2域名結構97
2.6.3DNS服務的實現99
2.6.4域名解析的基本原理100
2.6.5域名系統的高速快取102
2.7遠程登錄服務與TELNET協定102
2.7.1遠程登錄服務102
2.7.2TELNET協定的工作原理103
2.7.3Windows下使用遠程登錄104
2.8網路配置服務與網路管理協定105
2.8.1動態主機配置協定DHCP105
2.8.2網路管理108
2.8.3SNMP協定的基本內容111
習題116
第3章傳輸層協定與進程通信
3.1傳輸層的基本概念118
3.1.1傳輸層的基本功能118
3.1.2傳輸層與套用層、網路層之間的關係119
3.1.3套用進程、傳輸層接口與套接字120
3.1.4網路環境中的套用進程標識121
3.1.5傳輸層的多路復用與多路分解123
3.2傳輸層協定的特點與比較124
3.2.1TCP協定與UDP協定的比較124
3.2.2TCP協定、UDP協定與套用層協定的關係125
3.3用戶數據報協定UDP125
3.3.1UDP協定的主要特點125
3.3.2UDP數據報格式126
3.3.3UDP校驗和計算127
3.3.4UDP協定適用的範圍129
3.4傳輸控制協定TCP129
3.4.1TCP協定的主要特點129
3.4.2TCP報文格式131
3.4.3TCP連線建立與釋放134
3.4.4TCP滑動視窗與確認重傳機制136
3.4.5TCP視窗與流量控制、擁塞控制142
習題151
第4章網路層與IP協定
4.1IPv4協定的演變與發展152
4.2IPv4協定的主要特點153
4.3IPv4地址結構154
4.3.1IP位址概念與地址劃分方法154
4.3.2標準分類IP位址157
4.3.3劃分子網的三級地址結構161
4.3.4無類別域間路由CIDR164
4.3.5專用IP位址與內部網路地址規劃方法167
4.3.6網路地址轉換技術168
4.4IPv4分組格式170
4.4.1IPv4分組結構170
4.4.2IPv4分組頭格式171
4.4.3IP分組的分段與組裝173
4.4.4IP分組頭選項175
4.5路由選擇算法與分組轉發176
4.5.1分組轉發和路由選擇的基本概念176
4.5.2路由表的建立、更新與路由選擇協定182
4.5.3路由信息協定RIP184
4.5.4最短路徑優先協定OSPF186
4.5.5外部網關協定BGP190
4.5.6路由器與第三層交換技術192
4.6網際網路控制報文協定ICMP197
4.6.1ICMP的作用與特點197
4.6.2ICMP報文類型和報文格式198
4.6.3ICMP差錯報文199
4.6.4ICMP查詢報文203
4.6.5ICMP報文的封裝206
4.7地址解析協定ARP206
4.7.1IP位址與物理地址的映射206
4.7.2地址解析協定207
4.7.3ARP分組格式與封裝207
4.7.4地址解析的工作過程208
4.7.5ARP欺騙與防範210
4.8移動IP協定212
4.8.1移動IP協定的基本概念212
4.8.2移動IP的設計目標與主要特徵213
4.8.3移動IP的結構與基本術語214
4.8.4移動IPv4的工作原理215
4.8.5移動結點和通信對端的基本操作220
習題220
第5章數據鏈路層協定與區域網路交換技術
5.1數據鏈路層的基本概念222
5.1.1鏈路與數據鏈路222
5.1.2數據鏈路層的主要功能223
5.1.3數據鏈路層向網路層提供的服務223
5.2差錯產生與差錯控制方法223
5.2.1設計數據鏈路層的原因223
5.2.2差錯產生的原因和差錯類型224
5.2.3誤碼率的定義225
5.2.4檢錯碼與糾錯碼225
5.2.5海明碼工作原理226
5.2.6循環冗餘碼工作原理228
5.2.7差錯控制機制230
5.3數據鏈路層的流量與擁塞控制231
5.3.1數據鏈路層協定模型231
5.3.2單幀停止等待協定231
5.3.3連續傳送ARQ協定233
5.3.4滑動視窗協定234
5.4點對點PPP協定237
5.4.1網際網路數據鏈路層協定237
5.4.2PPP協定的基本內容237
5.5區域網路參考模型與乙太網工作原理239
5.5.1IEEE 802參考模型239
5.5.2乙太網基本工作原理241
5.5.3乙太網卡與物理地址247
5.6現代乙太網技術249
5.6.1交換式區域網路技術249
5.6.2快速乙太網251
5.6.3千兆乙太網253
5.6.4十千兆乙太網254
5.6.5虛擬區域網路技術255
5.6.6乙太網設備與組網方法256
5.7區域網路互連與網橋258
5.7.1區域網路互連的基本概念258
5.7.2網橋的層次結構259
5.7.3網橋的路由選擇策略260
習題263
第6章物理層協定與數據通信
6.1物理層的基本概念264
6.1.1物理層的主要服務功能264
6.1.2物理層協定的類型264
6.2信息、數據與信號265
6.2.1信息與數據265
6.2.2信號與信道267
6.3數據編碼技術267
6.3.1數據編碼類型267
6.3.2模擬數據編碼方法268
6.3.3數字數據編碼方法270
6.3.4脈衝編碼調製方法271
6.4數據通信系統結構與通信方式273
6.4.1數據通信系統結構273
6.4.2數據通信方式273
6.5傳輸介質的主要類型276
6.5.1雙絞線的主要特性276
6.5.2同軸電纜的主要特性277
6.5.3光纖電纜的主要特性277
6.5.4無線與衛星通信技術278
6.6數據傳輸速率的定義與信道速率的極限281
6.6.1數據傳輸速率的定義281
6.6.2信道頻寬與香農定理282
6.7多路復用技術283
6.7.1多路復用的基本概念283
6.7.2時分多路復用284
6.7.3頻分多路復用286
6.7.4波分多路復用286
習題287
第7章IPv6與下一代網際網路
7.1IPv6技術與下一代網際網路288
7.1.1IPv4存在的問題288
7.1.2IPv6產生與發展290
7.1.3IPv6的主要特徵294
7.1.4IPv6與IPv4的區別295
7.1.5IPv6與下一代網際網路的特徵與發展296
7.2IPv6地址格式與分類301
7.2.1IPv6地址格式301
7.2.2IPv6前綴格式302
7.2.3IPv6地址分類302
7.3IPv6分組結構304
7.3.1IPv6分組頭部格式304
7.3.2IPv6擴展頭部306
7.3.3IPv6協定細節309
7.4ICMPv6控制報文311
7.4.1ICMPv4報文回顧311
7.4.2ICMPv6差錯報文312
7.4.3ICMPv6信息報文314
7.5IPv6地址配置協定318
7.5.1無狀態地址自動配置協定318
7.5.2IPv6動態主機配置協定320
7.6IPv6過渡技術322
7.6.1關於過渡問題322
7.6.2IPv6過渡技術要點325
7.6.3雙棧技術329
7.6.4翻譯技術331
7.6.5隧道技術334
7.6.6過渡技術面臨的問題337
習題339
第8章IP組播與IGMP協定
8.1IP組播的基本概念340
8.1.1IP組播與單播的區別340
8.1.2IP組播技術的優缺點342
8.2IP組播地址344
8.2.1IPv4組播地址344
8.2.2組播MAC地址344
8.3網際網路組播管理協定IGMP345
8.4組播分組轉發347
8.4.1源樹347
8.4.2共享樹348
8.4.3源樹和共享樹的比較349
8.4.4組播轉發349
8.5組播路由協定351
8.5.1域內組播路由協定352
8.5.2域間組播路由協定360
8.6IPv6組播368
8.6.1IPv6組播地址369
8.6.2IPv6組成員關係協定370
8.6.3IPv6組播路由協定370
8.6.4CNGI大規模可控組播370
習題372
第9章QoS與服務質量控制協定
9.1QoS的基本概念373
9.2QoS服務框架375
9.2.1流量分類與標記375
9.2.2流量監管與整形375
9.2.3佇列調度376
9.3集成服務與區分服務378
9.3.1集成服務IntServ378
9.3.2區分服務DiffServ383
9.3.3多協定標記交換MPLS389
習題395
第10章無線網路技術與套用
10.1無線網路的基本概念396
10.1.1無線網路的分類與無線電頻譜396
10.1.2無線分組網與無線自組網398
10.1.3無線自組網與無線感測器網路398
10.1.4無線自組網與無線網狀網398
10.2無線區域網路與802.11協定399
10.2.1無線區域網路概述399
10.2.2無線區域網路層次結構與組成403
10.2.3無線區域網路層次模型結構405
10.2.4IEEE 802.11的CSMA/CA工作原理406
10.3無線城域網與無線廣域網408
10.3.1無線城域網概述408
10.3.2無線廣域網概述409
10.3.3IEEE 802.16系列協定標準與體系結構410
10.3.4IEEE 802.20技術標準414
10.3.5無線城域網WiMax的套用418
10.4無線自組網與無線網狀網419
10.4.1無線自組織網路的特點419
10.4.2Ad Hoc網路體系結構420
10.4.3無線網狀網WMN的特點422
10.4.4無線自組網的主要套用領域427
10.4.5無線自組網關鍵技術的研究428
10.5無線感測器網與物聯網技術430
10.5.1無線感測器網路發展背景和特點430
10.5.2無線感測器網路的基本結構431
10.5.3物聯網發展和特點434
10.5.4物聯網體系結構440
10.5.5物聯網典型協定443
習題447
第11章P2P體系結構與套用
11.1P2P技術發展與套用448
11.2P2P的體系結構450
11.2.1P2P與套用層網路450
11.2.2無結構的P2P網路452
11.2.3有結構的P2P網路456
11.2.4P2P研究展望463
11.3P2P的典型套用與系統分析464
11.3.1BitTorrent464
11.3.2CoolStreaming467
11.3.3PPLive469
11.3.4PPVA474
習題476
第12章網路安全與安全協定
12.1網路安全產生的背景477
12.2網路安全概述478
12.2.1網路安全威脅的因素478
12.2.2網路安全的目標與安全機制479
12.2.3網路安全的評估標準481
12.3加密技術及其套用481
12.3.1加密技術的歷史481
12.3.2密碼學的基本概念483
12.4IP層安全協定IPSec485
12.4.1IPSec協定的作用485
12.4.2IPSec體系結構486
12.4.3鑑別首部協定487
12.4.4封裝安全載荷協定489
12.4.5IPSec傳輸模式491
12.5拒絕服務攻擊防範491
12.5.1拒絕服務攻擊的危害491
12.5.2拒絕服務攻擊的基本方式492
12.5.3拒絕服務攻擊的防範496
12.6惡意軟體和殭屍網路498
12.6.1惡意軟體的發展狀況498
12.6.2傳統計算機病毒498
12.6.3蠕蟲500
12.6.4特洛伊木馬501
12.6.5殭屍網路502
習題503
