计算机网络教程

(第6版 微课版)传承经典匠心之作,贴合一线教学需求,微课视频教学,配套资源丰富,覆盖考研大纲
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谢钧 , 谢希仁 (作者)

关于本书的内容有任何问题,请联系 孙澍

1.传承经典,打造精品
陆军工程大学网络技术教学示范中心教学团队潜心躬耕网络技术科研与课程教学40余年,先后出版了多个版本的“计算机网络”教材,斩获全国优秀教材奖、电子工业部优秀教材特等奖、“十二五”国家级规划教材、部委规划教材(工信部“十二五”规划教材)等多个荣誉与奖项。
2.全面覆盖考研新大纲
内容覆盖全国硕士研究生招生考试计算机网络考试新大纲,采用“自底向上”方式阐述计算机网络的基本原理与概念,注重分析各种技术背后的原理和方法。全书概念准确、讲解透彻、论述严谨、图文并茂、容易理解。
3.配套资源丰富
配套实验指导与学习辅导教材,提供PPT、多种学时的教学大纲、典型教学案例、课后习题答案、试卷及答案,以及重点、难点、各章串讲微课视频。
4.服务与交流
本书提供教师在线交流研讨QQ群(QQ群号:710804135),欢迎加入。

内容摘要

本书按照自底向上的顺序介绍计算机网络的相关知识。全书共7章,主要内容包括概述、物理层、数据链路层(包括局域网)、网络层、运输层、应用层、网络安全,覆盖了全国计算机专业研究生入学考试的知识点。
本书概念准确、论述严谨、图文并茂、容易理解,以通俗易懂的方式阐述计算机网络最基本的原理与概念,注重分析各种技术背后的原理和方法。
为方便读者学习和理解相关内容,本书所有知识点录制了微课视频,读者可通过扫描书中相应二维码进行观看。
本书可供计算机、通信与信息类各专业的大学本科生使用,对从事信息技术领域的工程技术人员也有学习参考价值。

前言

计算机网络技术的发展日新月异,希望在一本教材中囊括不断涌现的新概念、新技术、新协议和新应用显然是不现实的。实际上,只要具备了计算机网络的基础理论知识,学生就有能力不断学习各种新的网络技术。因此,本书以计算机网络中最基础和最关键的问题为核心知识点,以流行的网络技术为实例,讲解和分析计算机网络的基本原理、方法和技术精髓,尽可能使学生获得“长保质期”的知识,具备深入学习和研究相关技术的能力。本书可供计算机、通信与信息类各专业的大学本科生使用,对从事信息技术领域的工程技术人员也具有学习参考价值。
第6版保持了第5版的主要结构,同时根据近年来计算机网络技术和教学理念的发展及作者的教学经验,对各章内容进行了扩充,调整了部分结构,修改了部分文字,使本书更能体现计算机网络技术的发展,更能满足理工科各专业本科生的教学需要,内容结构更便于教师组织教学和学生自学。
本次修订主要调整的内容如下。
第1章调整了部分结构,并重写了计算机网络在我国的发展。
第2章对非导引型传输媒体内容进行了扩充。
第3章删除了无线城域网,增加了蜂窝互联网接入一节。
第4章增加了对IPv6无状态地址自动配置和软件定义网络SDN的介绍。
第6章删除了万维网一节中的博客与微博,增加了UDP套接字编程。
另一个改动就是“Internet”的译名不再使用推荐译名“因特网”,而改为大家已普遍使用的“互联网”。

本书特色:
1.概念清晰、讲解透彻、深入浅出、通俗易懂
本书在写作上力求概念准确、论述严谨以及简洁明了,不罗列各种技术细节,而是努力讲清楚各种技术背后的原理和方法,让读者明白“是什么”的同时也理解了“为什么”,尽可能使学生获得 “长保质期”的知识。
2.全面覆盖考研大纲
本书内容全面覆盖全国硕士研究生招生考试计算机网络考试大纲,内容结构逻辑性强,便于老师组织教学和学生自学。
3.紧跟技术发展
本书紧跟计算机网络技术的最新发展,认真权衡计算机网络知识体系中的“变”与“不变”,推陈出新,精选“长保质期”的知识,将物联网、云计算、SDN等影响计算机网络技术发展的内容及时引入教材。
4.支持混合式教学模式
为方便读者学习和理解相关内容,编者针对全书各章节所有知识点都录制了高质量微课视频,读者通过扫描对应的二维码,即可进行自主学习,教师可利用该资源实施线上线下混合式教学。
5.教学资源丰富
为了帮助高校一线教师更好地开展教学工作,本书配套了丰富的教学资源,如全书所对应的课程教案、PPT、针对不同学时的教学大纲、实验指导书及配套实验工具软件、习题参考答案等。
本书共7章,授课教师可按模块化结构组织教学,同时可以根据所在学校关于本课程的学时安排情况,对部分章节的内容进行灵活取舍。本书在“学时建议表”中给出了针对不同总学时的理论与实践教学的学时建议。本书附录给出了配套实验的建议,学校还可以根据学生的具体情况开展相应的实验教学。
此外,各位选用了本书的授课教师,可以通过人邮教育社区(www.ryjiaoyu.com),免费下载本书配套的丰富教学资源。
本书的修订一直得到谢希仁教授的悉心指导。陈鸣、胡谷雨教授对于本书的内容给予了热心指点,刘鹏、赵洪华、仇小锋、张国敏、邢长友、缪志敏、袁恩等课程组老师以及烟台大学的韩明峰教授对本次的修改提出了很多宝贵的意见。编者由衷感谢本书编写过程中在各次线上/线下评审会上提出宝贵修改建议的专家学者与院校老师;感谢人民邮电出版社邹文波老师在书稿整理、全书校对等工作中所付出的辛勤劳动。
限于作者水平有限,书中不当和疏漏之处在所难免,敬请读者不吝斧正。


编 者
2021年9月
于中国人民解放军陆军工程大学,南京

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目录


第1章 计算机网络概述
1.1 计算机网络在信息时代中的作用 1
1.2 计算机网络的定义与分类 3
1.2.1 计算机网络的定义 3
1.2.2 计算机网络的分类 4
1.3 互联网概述 4
1.3.1 网络的网络 5
1.3.2 互联网结构发展的三个阶段 6
1.3.3 互联网的标准化工作 9
1.4 电路交换与分组交换 9
1.4.1 电路交换 10
1.4.2 分组交换 11
1.5 计算机网络的主要性能指标 14
1.6 计算机网络体系结构 18
1.6.1 网络协议 18
1.6.2 计算机网络的分层体系结构 19
1.6.3 具有五层协议的原理体系结构 22
1.6.4 实体、协议和服务 24
1.6.5 TCP/IP的体系结构 25
1.7 两个重要的新兴网络技术 26
1.7.1 云计算 26
1.7.2 物联网 27
1.8 计算机网络在我国的发展 28
第2章 物理层
2.1 物理层的基本概念 33
2.2 数据通信的基础知识 34
2.2.1 数据通信系统的模型 34
2.2.2 编码与调制 35
2.2.3 信道的极限容量 37
2.2.4 传输方式 39
2.3 物理层下面的传输媒体 40
2.3.1 导引型传输媒体 40
2.3.2 非导引型传输媒体 44
2.4 信道复用技术 46
2.4.1 频分复用 47
2.4.2 时分复用 48
2.4.3 波分复用 49
2.4.3 码分复用 50
2.5 数字传输系统 52
2.5.1 PCM速率体制 52
2.5.2 SONET/SDH 52
2.5.3 光网络 54
2.6 互联网接入技术 54
2.6.1 电话网拨号接入 54
2.6.2 数字用户线接入 55
2.6.3 光纤同轴混合网接入 57
2.6.4 光纤接入 58
2.6.5 以太网接入 59
2.6.6 无线接入 59
第3章 数据链路层
3.1 使用点对点信道的数据链路层 63
3.1.1 数据链路层所处的地位 63
3.1.2 数据链路和帧 64
3.1.3 封装成帧 65
3.1.4 差错检测 68
3.1.5 可靠传输 70
3.2 点对点协议(PPP) 77
3.2.1 PPP的特点 78
3.2.2 PPP的组成 78
3.2.3 PPP的帧格式 79
3.2.4 PPP的工作状态 80
3.3 使用广播信道的数据链路层 81
3.3.1 媒体接入控制 81
3.3.2 局域网 82
3.4 共享式以太网 86
3.4.1 CSMA/CD协议 87
3.4.2 共享式以太网的信道利用率 91
3.4.3 使用集线器的星形拓扑 92
3.4.4 以太网的帧格式 92
3.5 网桥和以太网交换机 94
3.5.1 在物理层扩展以太网 94
3.5.2 在数据链路层扩展以太网 95
3.5.3 以太网交换机 99
3.5.4 虚拟局域网(VLAN) 101
3.6 以太网的演进 103
3.6.1 100BASE-T以太网 104
3.6.2 吉比特以太网 104
3.6.3 10吉比特及更高速率以太网 105
3.6.4 使用以太网进行宽带接入 107
3.7 无线局域网 108
3.7.1 无线局域网的组成 108
3.7.2 802.11局域网的物理层 111
3.7.3 802.11局域网的MAC协议 112
3.7.4 802.11局域网的MAC帧 115
3.7.5 无线个域网 118
3.8 蜂窝互联网接入 119
3.8.1 蜂窝移动通信系统概述 119
3.8.2 蜂窝移动通信系统体系结构 121
3.8.3 移动终端接入互联网 122
第4章 网络层
4.1 网络层概述 131
4.1.1 分组转发和路由选择 131
4.1.2 虚电路和数据报服务 132
4.1.3 虚电路网络 134
4.2 网际协议(IP) 136
4.2.1 异构网络互连 136
4.2.2 IP地址及编址方式 138
4.2.3 IP地址与物理地址 146
4.2.4 地址解析协议(ARP) 149
4.2.5 IP数据报的格式 151
4.2.6 IP数据报的转发 156
4.3 互联网控制报文协议(ICMP) 160
4.3.1 ICMP报文的种类 161
4.3.2 ICMP的应用举例 163
4.4 互联网的路由选择协议 164
4.4.1 路由选择协议的几个基本概念 164
4.4.2 路由信息协议(RIP) 167
4.4.3 开放最短路径优先(OSPF) 170
4.4.4 边界网关协议(BGP) 174
4.5 路由器的工作原理 178
4.5.1 路由器的构成 178
4.5.2 路由器与交换机的比较 181
4.5.3 三层交换机 182
4.6 VPN与NAT 183
4.6.1 虚拟专用网(VPN) 183
4.6.2 网络地址转换(NAT) 186
4.7 IP多播 188
4.7.1 IP多播的基本概念 188
4.7.2 在局域网上进行硬件多播 190
4.7.3 IP多播需要两种协议 190
4.7.4 互联网组管理协议(IGMP) 192
4.7.5 多播路由选择协议 193
4.8 移动IP 196
4.8.1 移动性对网络应用的影响 197
4.8.2 移动IP的工作原理 197
4.8.3 移动IP的标准 200
4.9 下一代的网际协议IPv6 200
4.9.1 IPv6的特点 201
4.9.2 IPv6的基本首部 201
4.9.3 IPv6的地址 203
4.9.4 ICMPv6 206
4.9.5 无状态地址自动配置 207
4.9.6 从IPv4向IPv6过渡 208
4.10 多协议标签交换 210
4.11 软件定义网络 212
4.11.1 数据平面与控制平面分离 212
4.11.3 SDN的数据平面 213
4.11.3 SDN的控制平面 215
第5章 运输层
5.1 运输层协议概述 226
5.1.1 进程之间的通信 226
5.1.2 互联网的运输层协议 228
5.1.3 运输层的复用与分用 229
5.2 用户数据报协议(UDP) 230
5.2.1 UDP概述 230
5.2.2 UDP报文的首部格式 231
5.3 传输控制协议(TCP) 232
5.3.1 TCP的主要特点 233
5.3.2 TCP报文段的格式 234
5.3.3 TCP的可靠传输 237
5.3.4 TCP的流量控制 243
5.3.5 TCP的连接管理 245
5.4 拥塞控制 250
5.4.1 拥塞的原因与危害 250
5.4.2 拥塞控制的基本方法 251
5.4.3 TCP的拥塞控制 252
第6章 应用层
6.1 应用层概述 262
6.1.1 网络应用程序体系结构 263
6.1.2 应用层协议 265
6.1.3 选择运输层协议 265
6.2 域名系统(DNS) 266
6.2.1 域名系统概述 266
6.2.2 互联网的域名结构 267
6.2.3 域名服务器 268
6.2.4 域名解析的过程 270
6.2.5 DNS资源记录 272
6.3 万维网(WWW) 272
6.3.1 万维网概述 272
6.3.2 统一资源定位符(URL) 274
6.3.3 超文本传送协议(HTTP) 275
6.3.4 万维网的文档 282
6.3.5 移动Web 284
6.3.6 万维网搜索引擎 286
6.4 电子邮件 288
6.4.1 电子邮件系统的组成 288
6.4.2 简单邮件传送协议(SMTP) 290
6.4.3 电子邮件的信息格式 291
6.4.4 邮件读取协议POP3和IMAP 292
6.4.5 基于万维网的电子邮件 293
6.4.6 通用互联网邮件扩展(MIME) 294
6.5 文件传送协议(FTP) 297
6.6 远程终端协议(TELNET) 299
6.7 动态主机配置协议(DHCP) 300
6.8 P2P文件共享 302
6.8.1 P2P文件分发 302
6.8.2 在P2P对等方中搜索对象 304
6.8.3 案例:BitTorrent 307
6.9 多媒体网络应用 308
6.9.1 挑战及应用层措施 308
6.9.2 实时运输协议(RTP) 310
6.9.3 流式存储音频/视频 311
6.9.4 流式实况音频/视频 314
6.9.5 实时交互音频/视频 315
6.10 网络应用编程接口 317
6.10.1 TCP套接字编程 318
6.10.2 UDP套接字编程 321
第7章 网络安全
7.1 网络安全概述 328
7.1.1 安全威胁 328
7.1.2 安全服务 330
7.2 机密性与密码学 330
7.2.1 对称密钥密码体制 331
7.2.2 公钥密码体制 332
7.3 完整性与鉴别 333
7.3.1 报文摘要和报文鉴别码 333
7.3.2 数字签名 335
7.3.3 实体鉴别 336
7.4 密钥分发与公钥认证 337
7.4.1 对称密钥的分发 337
7.4.2 公钥的签发与认证 338
7.5 访问控制 339
7.5.1 访问控制的基本概念 339
7.5.2 访问控制策略 340
7.6 网络各层的安全实例 341
7.6.1 物理层实例:信道加密机 342
7.6.2 数据链路层实例:802.11i 342
7.6.3 网络层实例:IPsec 345
7.6.4 运输层实例:SSL/TLS 347
7.6.5 应用层实例:PGP 349
7.7 系统安全:防火墙与入侵检测系统 350
7.7.1 防火墙 350
7.7.2 入侵检测系统 353
7.8 网络攻击及其防范 354
7.8.1 网络扫描 354
7.8.2 网络监听 356
7.8.3 拒绝服务攻击 357
参考文献



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作者介绍

谢钧 陆军工程大学教授、计算机网络领域专家、博士生导师,军用网络技术国家级实验教学示范中心常务副主任。长期从事网络技术研究和本科生《计算机网络原理》、研究生《无线网络》等课程的教学工作。获军队科技进步一等奖2项、二等奖1项、三等奖3项,军队教学成果二等奖1项。
谢希仁 陆军工程大学教授、计算机网络领域专家、博士生导师。1952年毕业于清华大学电机系,此后长期在军事通信院校任教。1981年任教授,1986年任博士生导师。任教近50年,为军队和国家高级科技人才的培养做出了重要贡献。他针对不同读者的需求,编著出版了几种不同版本的《计算机网络》,被列为普通高等教育“九五”“十五”“十一五”“十二五”国家级规划教材,累计发行百万册以上,成为计算机网络的经典教材之一,曾两次荣获国家级优秀教材奖。

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