本書講述計算機網絡技術。首先介紹計算機網絡的發(fā)展歷程、基本概念和體系結構，然后以物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層五層體系結構為主線講述計算機網絡的基本原理和核心技術，最后講述網絡安全和新型計算機網絡應用技術。全書注重講述計算機網絡的基本概念、原理和技術，它們是最重要的知識點；同時也盡量反映計算機網絡發(fā)展的新技術。本書主要針對高等學校理工科專業(yè)本科生“計算機網絡”課程的教學，也可作為其他類專業(yè)和其他授課對象的教材，還可作為工程技術人員從事相關開發(fā)研究工作的參考資料。
前沿內容：引入了5G、物聯網和云計算等新型計算機網絡技術，使教材內容更加貼近當今網絡技術的發(fā)展趨勢。全面性與深度：除了經典的計算機網絡知識，還涵蓋了新型技術的原理、架構和應用，為讀者提供了全面而深入的網絡知識。實用性與案例：注重理論與實踐相結合，提供了豐富的案例和應用實例，幫助讀者將所學知識應用于實際問題解決。更新性與性：教材內容更新及時，由清華大學出版社出版，作者團隊由計算機網絡領域的和學者組成，了教材的性和可信度。
前言
在信息技術飛速發(fā)展的浪潮中，互聯網已深度融入社會的各個層面，成為連接、推動進步的核心基礎設施。從個人日常生活到企業(yè)運營優(yōu)化，從科學研究創(chuàng)新到國家安全保障，計算機網絡無處不在，應用領域不斷拓展，技術體系也日益復雜。為幫助讀者全面掌握這一領域的知識，本書在總結前四版的基礎上，圍繞網絡技術的發(fā)展進行了全面更新，力求以科學性與實用性并重的方式為讀者提供精準指導。
近年來，計算機網絡領域經歷了劇烈的技術變革。互聯網從單純的通信工具躍升為支撐數字化、智能化轉型的核心平臺，新技術的涌現使得網絡的功能邊界持續(xù)拓展。云計算、區(qū)塊鏈、邊緣計算、混合現實和人工智能等新興技術的發(fā)展，不僅豐富了網絡應用場景，也對網絡架構、協議設計、性能優(yōu)化與安全保障提出了全新挑戰(zhàn)。與此同時，IPv6的全面普及、高性能以太網的技術突破、軟件定義網絡的實踐落地及數據中心網絡的精細化管理，均推動網絡技術朝著高效化、智能化的方向加速演進。
本書以網絡分層模型為核心框架，系統(tǒng)梳理了從物理層到應用層的關鍵知識。在基礎層面，深入解析了數據傳輸的基本原理以及鏈路層協議的優(yōu)化方法；在核心層面，系統(tǒng)講解了路由協議與交換技術的實現機制，并探討了網絡性能優(yōu)化的相關方案；在應用層面，聚焦于網絡服務的設計邏輯，全面解讀了主流應用層協議的功能與實現。通過分層剖析，幫助讀者構建對網絡體系的全面理解。
針對OSI參考模型、TCP/IP協議棧及五層體系結構模型，本書結合理論與實際案例，分層剖析各類協議的工作原理與交互機制，幫助讀者從全局視角深入理解網絡的運行邏輯及其工程實現。
本書新增了“新型計算機網絡應用技術”一章，系統(tǒng)介紹了云計算、區(qū)塊鏈、邊緣計算、混合現實技術和人工智能等領域。這一章不僅探討了上述技術的基本原理，還結合實際應用闡明了它們對計算機網絡未來發(fā)展的深遠影響，幫助讀者了解計算機網絡未來發(fā)展的熱點方向。
此外，本書還補充了數據中心網絡優(yōu)化策略以及SDN的工程化應用，通過理論與實踐相結合的方式，深入講解這些技術的實現機制與實際價值。
本書主要作為高等學校信息技術類專業(yè)本科生“計算機網絡”課程的教材，也可作為其他類專業(yè)本科生和研究生的“計算機網絡”課程的教材，還可以作為從事網絡技術研發(fā)和應用的工程技術人員的參考資料。本書中打的部分可以視不同專業(yè)的要求選擇講授。本書各章（除第1章）后附有涉及該章主要內容的思考題，可以供學生復習思考。
本書的修訂得益于廣大讀者的反饋與建議，同時也受到計算機網絡技術日新月異發(fā)展的啟發(fā)。在修訂過程中，我們始終秉持嚴謹、科學與實踐并重的態(tài)度，力求為讀者呈現一部兼具理論深度與應用廣度的高質量教材。
未來，計算機網絡領域將繼續(xù)突破傳統(tǒng)技術邊界，不斷催生新的變革。希望本書能成為讀者探索網絡世界的重要工具，也期待它為推動現代網絡技術的創(chuàng)新與應用貢獻一份微薄的力量。
作者2025年4月
目錄
第1章概述1
1.1計算機網絡的發(fā)展歷程1
1.1.1計算機網絡產生的背景1
1.1.2計算機網絡的產生2
1.1.3計算機網絡的快速發(fā)展4
1.1.4Internet時代6
1.1.5計算機網絡應用實例7
1.2計算機網絡的基本概念13
1.2.1什么是計算機網絡13
1.2.2計算機網絡的分類14
1.2.3計算機網絡的性能指標19
1.2.4計算機網絡的數據交換方式21
1.3計算機網絡體系結構22
1.3.1OSI體系結構22
1.3.2TCP/IP體系結構25
1.3.3五層體系結構26
1.4計算機網絡的標準化28
1.4.1標準化組織28
1.4.2RFC文檔29
思考題29
第2章物理層31
2.1數據通信系統(tǒng)的模型31
2.2頻帶傳輸技術33
2.2.1什么是頻帶傳輸33
2.2.2調制解調技術34
2.3基帶傳輸技術35
2.3.1什么是基帶傳輸35
2.3.2編碼解碼技術35
2.4信道復用技術39
2.4.1什么是信道復用39
2.4.2頻分復用(FDM)39
2.4.3時分復用(TDM)和統(tǒng)計時分復用(STDM)39
2.4.4波分復用(WDM)41
2.4.5碼分多路復用（CDMA）42
2.4.6數字傳輸系統(tǒng)SDH/SONET43
2.5寬帶接入技術46
2.5.1用戶計算機接入Internet的方式46
2.5.2數字用戶線xDSL47
2.5.3混合光纖同軸電纜網(HFC)49
2.5.4光纖接入FTTx52
2.6信道的傳輸性能53
2.6.1信道的帶寬和信號的波特率53
2.6.2信道的極限傳輸能力54
2.7傳輸媒體55
2.7.1電磁波及其頻譜55
2.7.2雙絞線56
2.7.3同軸電纜56
2.7.4光纖57
2.7.5無線傳輸58
思考題59
第3章數據鏈路層62
3.1數據鏈路及其傳輸中的問題62
3.1.1數據鏈路及其功能62
3.1.2數據鏈路傳輸中需要解決的主要問題63
3.2幀同步和透明傳輸64
3.2.1幀同步64
3.2.2透明傳輸64
3.3差錯檢驗66
3.3.1差錯檢驗方法66
3.3.2循環(huán)冗余檢驗(CRC)66
3.3.3糾錯編碼68
3.4高級數據鏈路控制(HDLC)69
3.5點對點協議（PPP）70
3.5.1PPP及其幀格式70
3.5.2PPP運行狀態(tài)圖71
3.5.3PPP的身份認證72
思考題72
第4章以太網74
4.1IEEE 802 LAN體系結構74
4.1.1IEEE 802 LAN標準74
4.1.2IEEE 802 LAN參考模型75
4.1.3媒體接入控制子層76
4.1.4邏輯鏈路控制子層78
4.2以太網的媒體接入控制子層78
4.2.1以太網的前世今生78
4.2.2以太網媒體接入控制機制CSMA/CD80
4.2.3以太網沖突檢測機制的必要條件82
4.2.4以太網幀格式84
4.2.5以太網的數據傳輸85
4.2.6以太網的信道利用率87
4.2.7以太網傳輸特點89
4.2.8全雙工以太網89
4.3以太網的技術演進90
4.3.1CSMA/CD引發(fā)的以太網技術演進90
4.3.2傳統(tǒng)以太網92
4.3.3100BaseT以太網96
4.3.4吉比特以太網99
4.3.510吉比特以太網102
4.3.640/100吉比特以太網105
4.3.7向太比特以太網邁進105
4.4交換式以太網106
4.4.1網橋106
4.4.2交換機108
4.4.3交換式以太網及其特點110
4.5虛擬局域網(VLAN)111
4.5.1VLAN及其特點111
4.5.2VLAN幀格式112
4.5.3VLAN內廣播113
4.5.4VLAN間訪問114
思考題116
第5章無線計算機網絡118
5.1無線局域網(WLAN)118
5.1.1IEEE 802.11 WLAN118
5.1.2IEEE 802.11物理層標準120
5.1.3IEEE 802.11 MAC層幀和幀格式124
5.1.4IEEE 802.11 MAC層DCF126
5.1.5IEEE 802.11 MAC層PCF131
5.1.6WLAN管理132
5.2無線城域網（WMAN）134
5.2.1IEEE 802.16標準和WiMAX134
5.2.2WiMAX網絡135
5.2.3IEEE 802.16 WMAN體系結構135
5.3無線個人區(qū)域網（WPAN）137
5.3.1藍牙系統(tǒng)138
5.3.2ZigBee139
5.4無線人體域網（WBAN）141
思考題141
第6章網絡層143
6.1網絡層的功能143
6.1.1網絡層核心功能——網絡互聯143
6.1.2網絡互連的關鍵設備——路由器144
6.1.3Internet網際層146
6.2網際協議（IP）146
6.2.1基本的IP地址——分類二級IPv4地址146
6.2.2劃分子網——分類三級IPv4地址149
6.2.3構造超網——無類別二級IPv4地址150
6.2.4IP數據報格式152
6.2.5IP數據報的分片與重組154
6.2.6IP數據報轉發(fā)156
6.2.7IP數據報選項161
6.3地址解析協議(ARP)162
6.3.1IP數據報傳輸中的地址轉換162
6.3.2ARP地址解析機制164
6.4因特網控制報文協議(ICMP)165
6.4.1ICMP及其報文格式165
6.4.2ICMP報文166
6.5路由選擇協議168
6.5.1路由器的動態(tài)路由選擇168
6.5.2路由信息協議(RIP)170
6.5.3開放最短路徑優(yōu)先協議(OSPF)173
6.5.4邊界網關協議(BGP)179
6.6IP多播182
6.6.1IP多播和多播協議182
6.6.2因特網組管理協議（IGMP）184
6.7下一代的網際協議IPv6186
6.7.1IPv6及其特點186
6.7.2IPv6地址186
6.7.3IPv6數據報格式188
6.7.4IPv4向IPv6過渡190
6.8IP主干網192
6.8.1基于ATM的IP傳輸機制193
6.8.2多協議標記交換197
6.8.3IP over SDH199
6.8.4IP over WDM200
6.9數據中心網絡201
6.9.1簡介201
6.9.2數據中心網絡的硬件設備201
6.9.3數據中心網絡的軟件技術203
6.9.4數據中心網絡的拓撲結構204
6.9.5數據中心網絡的負載均衡和優(yōu)化設計205
6.10軟件定義網絡技術206
6.10.1軟件定義網絡（SDN）技術概述206
6.10.2軟件定義網絡的架構207
6.10.3SDN控制器208
6.10.4OpenFlow協議210
6.10.5SDN應用程序的設計和實現212
思考題213
第7章傳輸層217
7.1傳輸層的功能217
7.2傳輸層端口218
7.2.1端口及其作用218
7.2.2端口類型219
7.3用戶數據報協議(UDP)220
7.3.1UDP用戶數據報220
7.3.2UDP偽報頭220
7.3.3UDP的特點221
7.4傳輸控制協議(TCP)221
7.4.1可靠傳輸工作原理221
7.4.2TCP報文段226
7.4.3TCP連接管理229
7.4.4TCP差錯控制232
7.4.5TCP流量控制236
7.4.6TCP擁塞控制239
思考題245
第8章應用層247
8.1網絡應用進程的工作模式247
8.1.1C/S模式和P2P模式247
8.1.2C/S模式和P2P模式的比較248
8.2域名系統(tǒng)（DNS）249
8.2.1Internet域名結構249
8.2.2域名解析250
8.3文件傳輸協議254
8.3.1文件傳輸協議的工作機制254
8.3.2FTP訪問控制255
8.4電子郵件255
8.4.1電子郵件相關標準255
8.4.2電子郵件系統(tǒng)256
8.4.3電子郵件的信息格式258
8.4.4簡單的郵件傳送協議(SMTP)260
8.4.5郵局協議POP3261
8.5萬維網(WWW)262
8.5.1什么是萬維網262
8.5.2萬維網工作機制263
8.5.3統(tǒng)一資源定位符(URL)265
8.5.4超文本傳輸協議(HTTP)266
8.5.5靜態(tài)Web文檔267
8.5.6動態(tài)Web文檔和活動Web文檔270
8.6動態(tài)主機配置協議(DHCP)274
8.6.1DHCP的功能274
8.6.2DHCP工作機制274
8.7P2P應用275
8.7.1MP3共享服務Napster 276
8.7.2文件共享服務BitTorrent277
思考題279
第9章網絡安全281
9.1網絡安全結構ISOSA281
9.2數據加密技術282
9.2.1密碼學基礎282
9.2.2對稱密鑰密碼體制與公開密鑰密碼體制284
9.2.3對稱密鑰密碼體制的經典算法DES285
9.2.4公開密鑰密碼體制的經典算法RSA289
9.3數字簽名和報文摘要291
9.3.1數字簽名291
9.3.2報文摘要292
9.4身份認證和密鑰分配294
9.4.1什么是身份認證和密鑰分配294
9.4.2基于對稱密鑰的身份認證和密鑰分配295
9.4.3基于公鑰的身份認證和公鑰分配296
9.5Internet網絡安全技術298
9.5.1網絡層安全技術298
9.5.2傳輸層安全技術301
9.5.3應用層安全技術303
9.6虛擬專用網()305
9.6.1虛擬專用網及其類型305
9.6.2虛擬專用網隧道和隧道協議306
9.7防火墻和入侵檢測系統(tǒng)308
9.7.1防火墻技術308
9.7.2防火墻系統(tǒng)309
9.7.3入侵檢測系統(tǒng)(IDS)312
思考題314
第10章新型計算機網絡應用技術316
10.1云計算316
10.1.1云計算架構316
10.1.2云計算的主要技術317
10.2區(qū)塊鏈319
10.3邊緣計算321
10.3.1邊緣計算架構321
10.3.2邊緣計算的特點322
10.4混合現實技術323
10.5人工智能325
思考題326
參考文獻327
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