《计算机网络及应用》以满足读者学习网络基础知识、网络构建和网络应用的需要为出发点，系统阐述了计算机网络的基本概念、原理、数据通信基础、网络体系结构、OSI/RM与TCP/IP模型及协议体系结构、局域网技术、网络互联技术和计算机网络发展的新技术等内容。全书共分11章，各章相对独立但又存在内在的逻辑关系，这使得该教材在知识体系上浑然一体。每章最后都附有小结和习题，便于对所学内容的理解与巩固。

    《计算机网络及应用》适合作为高校信息管理与信息系统专业等非计算机专业和理工类相关专业计算机网络及应用课程的教材，也可供从事计算机与信息技术应用的研究人员和工程技术人员参考。

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前    言 

计算机网络及应用是计算机技术、通信技术和信息技术相融合的产物，从20世纪50年代起步至今已经历了近70年的发展历史。自1957年苏联发射人类第一颗人造地球卫星Sputnik起，网络技术就开始应用于科学研究领域。1969年美国国防部高级研究计划署构建的阿帕网(ARPANET)以及20世纪80年代中期后建立的NSFNet使得计算机网络及应用技术得到了快速发展。随着“数据时代”的来临，以及社会发展对网络的强烈需求和IT技术的快速进步，计算机网络及应用技术更是得到了空前的发展，以前所未有的速度深入到社会生活的各个领域。伴随着移动网络的快速发展，网络及应用无处不在。世界已经无法脱离网络而独立存在，计算机网络及应用已成为人们生活不可或缺的组成部分。在我们所熟知的所有学科领域中，还无法找到哪一门学科能有如此迅猛的发展速度和如此广博的应用范围。

计算机网络及应用是多学科相互渗透、相互融合、相互促进的一门交叉性学科。近年来，计算机网络及应用已成为全球数字化、网络化、信息化的重要技术基础支撑。基于网络的电子政务、电子商务、远程医疗、远程教育、现实模拟、超容量信息存储、超级计算处理能力的获取等应用服务，已成为科学研究与社会发展等各个方面实现资源共享的重要手段。计算机网络及应用已经前所未有地改变着整个社会的历史进程，改变着人们日常的学习、工作和生活方式。

计算机网络及应用技术的快速更迭，信息技术与信息产业的飞速发展，云技术、区块链以及新型智能网络的发展等，对计算机网络及应用理论研究和实践应用人才的需求日益迫切。高等学校作为科技创新的高地和高素质人才培养的摇篮，无疑是为社会进步、经济发展持续提供大量人才和智力支持的重要场所。有鉴于此，计算机网络及应用不但已成为计算机及信息类学科专业的一门主干课程，而且也是各个行业领域专业技术人员应该学习并掌握的重要知识技能。

作为一门交叉性学科，计算机网络及应用主要涉及计算机网络基础理论与网络应用领域的知识。其概念的繁杂性、理论的抽象性和课程固有的实践性是区别于其他学科课程的重要特征。因此，要使学生在学习过程中能很好地理解计算机网络及应用的基本概念，把握计算机网络及应用的基本理论知识，掌握基本应用技能，合理的教材篇章结构，科学的教学组织体系，清晰的教材内容与层次关系，循序渐进式的课堂教学方法是关键。这也是笔者多年从事本科生、研究生计算机网络及应用等相关课程教学的经验与感悟。

正是基于这样的认识，我们汇聚了一批多年从事计算机网络及应用课程教学与应用实践的同仁们，共同编著了旨在供在校的计算机专业、信息管理与信息系统专业及相关学科专业的本科生和研究生学习使用的教材。当然，《计算机网络及应用》也可作为计算机网络工程技术人员的学习参考资料。全书共分11章，参考学时为48~56个学时，各章主要内容如下。

第1章：计算机网络概述。主要介绍计算机网络的形成与发展，定义与分类，功能与特点，计算机网络体系结构等基本知识。

第2章：数据通信基础。主要介绍数据通信的基本概念，传输介质及其特性，数据编码与数据传输，数据通信与交换方式，差错控制方法等有关通信领域的基础知识。

第3章：物理层。主要介绍物理层模型和功能，物理层协议、接口及特点，多路复用技术，调制解调器以及物理层互联设备等内容。

第4章：数据链路层。主要介绍数据链路层的功能、链路配置和控制，流量控制、差错校验与控制，HALC、PPP协议以及数据链路层互联设备等内容。

第5章：网络层。主要介绍网络层服务及其实现，路由选择，网络层协议以及拥塞控制等内容。

第6章：传输层。主要介绍传输层功能及服务，UDP/TCP协议，TCP可靠传输的实现，TCP流量控制、TCP拥塞控制、TCP差错控制以及相关协议的比较等内容。

第7章：高层协议。主要介绍高层(会话层、表示层、应用层)的功能及提供的服务和相关协议，域名系统，SNMP以及Web服务、HTTP、SIP、DHCP等相关内容。

第8章：局域网技术。主要介绍局域网的基本概念、参考模型，令牌网，以太网，IP地址以及局域网组网等内容。

第9章：广域网、网络互联及综合布线。主要介绍X.25及公共数据网，广域网的基本理论和知识，各种类型的网络互联技术以及网络综合布线系统等内容。

第10章：网络安全与网络管理。主要介绍网络安全基础知识，网络安全技术，云计算及云安全，Web安全以及网络管理技术等内容。

第11章：计算机网络发展的新技术。主要介绍IPv6，多协议标签交换，P2P应用，物联网技术以及虚拟现实技术等内容。

各章最后均附有相应的小结和习题，供读者融会贯通和巩固所学的知识。

《计算机网络及应用》由陕西学前师范学院校长邵必林教授，西安建筑科技大学骆正山教授、张新生教授共同组织编写。全书由邵必林教授统稿。《计算机网络及应用》在编写、统稿以及书稿的修订和完善过程中，得到了笔者所在单位的专家教授、学术同仁，以及出版社编辑等诸多朋友的关心和支持，在此，一并表示衷心的感谢！

《计算机网络及应用》的出版工作，得到了西安建筑科技大学和陕西学前师范学院教育教学改革专业建设项目资金资助，全书所有编者谨此深表谢意！

计算机网络及应用技术的发展日新月异，尤其是移动互联网技术及其应用的快速发展使得网络知识的更新加速，对如何编写一本知识结构合理，符合学生学习实际，体现理论基础与实践训练有机融合的教材提出了很高的要求。限于编者水平有限，书中难免存在许多缺陷和不足，殷切期望广大读者批评指正，我们将不胜感激。我们的电话是010-62796045，信箱是huchenhao@263.net。

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2019年3月于西安

目    录 

第1章  计算机网络概述   1

1.1  计算机网络的形成与发展   1

1.1.1  早期的计算机网络   1

1.1.2  ARPANET时期   3

1.1.3  计算机网络标准化阶段   5

1.2  计算机网络的定义和构成   9

1.2.1  计算机网络的定义   9

1.2.2  计算机网络的构成   10

1.3  计算机网络的功能与分类   13

1.3.1  计算机网络的功能   13

1.3.2  计算机网络的分类   15

1.4  计算机网络的拓扑结构   18

1.4.1  计算机网络拓扑结构的定义   18

1.4.2  计算机网络拓扑结构的分类   18

1.5  计算机网络的性能   20

1.5.1  计算机网络的性能指标   20

1.5.2  计算机网络的非性能特征   25

1.6  计算机网络体系结构   26

1.6.1  计算机网络体系结构的基本概念   26

1.6.2  OSI/RM体系结构(分层原则与协议)   27

1.6.3  TCP/IP体系结构   33

1.6.4  五层体系结构   34

1.6.5  实体、协议、服务和服务访问点   36

1.6.6  体系结构的对应关系   39

1.7  本章小结   41

1.8  习题      42

第2章  数据通信基础   45

2.1  数据通信的基本概念   45

2.1.1  数据、信息与信号   45

2.1.2  数据传输类型   46

2.2  数字信号的频谱和信道带宽   46

2.2.1  傅里叶分析   46

2.2.2  周期矩形脉冲信号的频谱   47

2.3  数字信道的特性   49

2.3.1  波特率、数据速率和信道容量   49

2.3.2  误码率   50

2.3.3  信道时延   50

2.4  传输介质   50

2.4.1  有线介质   51

2.4.2  无线介质   56

2.4.3  介质类型间的权衡   59

2.5  数据编码技术   61

2.5.1  数据编码类型   61

2.5.2  数字数据的数字信号编码   61

2.5.3  数字数据的模拟信号调制编码   63

2.5.4  模拟数据的数字信号编码   64

2.6  数据通信方式和交换方式   66

2.6.1  数据通信方式   66

2.6.2  数据交换方式   66

2.7  差错控制机制与技术   71

2.7.1  差错控制机制   71

2.7.2  差错控制技术   72

2.7.3  检错码   77

2.8  本章小结   81

2.9  习题      82

第3章  物理层   83

3.1  物理层模型和功能   83

3.1.1  物理层模型   83

3.1.2  物理层的功能   83

3.1.3  物理层的特性   84

3.2  物理层协议及特点   85

3.3  物理层接口及特点   86

3.3.1  EIARS-232-C接口及其特点   86

3.3.2  CCITT X.21接口及其特点   89

3.4  多路复用技术   91

3.4.1  复用技术的分类   91

3.4.2  频分多路复用技术   92

3.4.3  波分多路复用技术   92

3.4.4  时分多路复用技术   93

3.4.5  码分多路复用技术   95

3.5  调制解调器(MODEM)   97

3.5.1  MODEM的组成原理   97

3.5.2  智能MODEM   98

3.6  物理层互联设备   99

3.7  本章小结   103

3.8  习题      103

第4章  数据链路层   105

4.1  数据链路层的功能   105

4.2  链路配置和控制   106

4.2.1  点对点链路   106

4.2.2  多点链路   107

4.3  流量控制   107

4.3.1  停等协议   107

4.3.2  滑动窗口协议   109

4.4  差错检测与控制   109

4.4.1  自动请求重发(ARQ)技术   110

4.4.2  协议的性能分析   112

4.5  高级数据链路控制(HDLC)协议   114

4.5.1  HDLC概念   114

4.5.2  HDLC帧结构   115

4.5.3  HDLC帧类型   116

4.5.4  HDLC帧的操作   117

4.6  点对点协议(PPP)   118

4.6.1  点对点协议的概念   118

4.6.2  点对点协议的特点   118

4.7  数据链路层设备   119

4.7.1  网桥   119

4.7.2  局域网交换机   121

4.8  本章小结   122

4.9  习题      122

第5章  网络层   125

5.1  网络层的功能   125

5.2  网络层服务及其实现   126

5.2.1  面向连接的服务和无连接的服务   126

5.2.2  数据报和虚电路   127

5.3  路由选择   129

5.3.1  路由选择算法   130

5.3.2  路由选择策略   132

5.3.3  路由选择算法实例   135

5.4  网络层协议   140

5.4.1  网际协议(IP)   140

5.4.2  因特网信报控制报文协议(ICMP)   143

5.4.3  地址解析协议(ARP)   144

5.4.4  逆向地址解析协议(RARP)   144

5.4.5  路由信息协议(RIP)   144

5.4.6  开放最短路径优先(OSPF)   144

5.4.7  边界网关路由协议(BGP)   145

5.5  拥塞控制算法   146

5.6  本章小结   149

5.7  习题      149

第6章  传输层   151

6.1  传输层的功能及服务   151

6.1.1  传输层的功能   151

6.1.2  传输层提供的服务   152

6.2  用户数据报协议(UDP)   152

6.2.1  UDP概述   152

6.2.2  UDP的首部格式   152

6.2.3  UDP伪首部   153

6.3  传输控制协议(TCP)   153

6.3.1  TCP的协议特点   153

6.3.2  TCP的段格式   154

6.3.3  TCP的连接管理机制   155

6.4  TCP可靠传输的实现   156

6.5  TCP的流量控制   159

6.6  TCP的拥塞控制   160

6.6.1  拥塞控制的一般原理   160

6.6.2  拥塞控制策略的技术思路   161

6.6.3  几种拥塞控制方法   161

6.6.4  随机早期检测   162

6.7  TCP的差错控制   163

6.7.1  重传时间的估算   163

6.7.2  SACK   164

6.8  TCP与UDP协议的比较   165

6.9  流控制传输协议   166

6.9.1  SCTP相关概念   166

6.9.2  SCTP功能   167

6.9.3  SCTP分组   168

6.9.4  SCTP基本信令流程   169

6.10  套接字   170

6.10.1  Windows Socket简介   170

6.10.2  套接字的编程原理   172

6.10.3  网络字节顺序   172

6.11  本章小结   173

6.12  习题      173

第7章  高层协议   175

7.1  会话层   175

7.1.1  会话层的功能   175

7.1.2  会话层提供的服务   176

7.1.3  会话层协议   177

7.2  表示层   179

7.2.1  表示层的功能   179

7.2.2  表示层的服务和协议   179

7.3  应用层   180

7.3.1  应用层服务元素   180

7.3.2  虚拟终端协议(Telnet)   180

7.3.3  文件传输协议(FTP)   181

7.3.4  简单邮件传输协议(SMTP)   181

7.3.5  通用互联网邮件扩展(MIME)   182

7.4  域名系统(DNS)   183

7.5  相关协议   184

7.5.1  简单网络管理协议   184

7.5.2  Web服务与HTTP协议   185

7.5.3  即时通信与SIP协议   186

7.5.4  主机配置与动态主机配置协议   186

7.6  本章小结   188

7.7  习题      189

第8章  局域网技术   191

8.1  局域网的基本概念   191

8.1.1  局域网的主要特点   191

8.1.2  局域网的传输技术   192

8.1.3  局域网的设计标准   192

8.2  局域网模型   194

8.2.1  IEEE 802局域网模型   194

8.2.2  信道的多点共享访问控制   195

8.3  令牌网   197

8.3.1  令牌环网   197

8.3.2  令牌总线网   199

8.4  以太网   200

8.4.1  CSMA/CD   200

8.4.2  10Mb/s以太网   204

8.4.3  高速以太网   205

8.4.4  千兆以太网   206

8.4.5  万兆以太网   207

8.4.6  各种以太网性能的比较   208

8.5  Internet地址   209

8.5.1  IP地址的分类   209

8.5.2  IP地址的分配   212

8.5.3  子网与子网掩码   213

8.6  局域网组网   217

8.6.1  组成局域网的主要硬件   217

8.6.2  组成局域网的主要软件   219

8.6.3  设备连接   220

8.7  本章小结   223

8.8  习题      224

第9章  广域网、网络互联及综合布线   225

9.1  广域网概述   225

9.1.1  广域网的特点与构成   226

9.1.2  广域网提供的服务   227

9.1.3  广域网服务类型和带宽   228

9.1.4  广域网与OSI模型   234

9.2  网络互联   236

9.2.1  网络互联的类型   237

9.2.2  网络互联的层次   239

9.2.3  网络互联的要求   241

9.2.4  网络互联技术   242

9.3  综合布线系统   244

9.3.1  综合布线系统的定义   244

9.3.2  综合布线系统的发展   245

9.3.3  综合布线系统的特点   246

9.3.4  综合布线系统适用的范围   247

9.3.5  综合布线系统的运用场合   248

9.3.6  结构化布线系统的构成   248

9.4  本章小结   251

9.5  习题      251

第10章  网络安全与网络管理   253

10.1  网络安全概述   253

10.1.1  网络安全的重要性   253

10.1.2  网络安全研究的主要问题   254

10.1.3  网络安全策略   255

10.1.4  网络的安全标准   257

10.2  网络安全技术   260

10.2.1  防火墙技术   260

10.2.2  网络加密技术   263

10.2.3  网络病毒防范   264

10.2.4  身份认证技术   267

10.2.5  网络隔离技术   272

10.3  云计算及云安全   278

10.3.1  云计算概述   278

10.3.2  云计算体系架构   279

10.3.3  云安全及参考模型   283

10.3.4  云安全防护的新形式   285

10.4  Web安全   288

10.4.1  客户端脚本安全   288

10.4.2  服务器端应用安全   289

10.5  网络管理技术   289

10.5.1  网络管理概述   290

10.5.2  网络管理功能   292

10.5.3  网络管理协议   295

10.6  本章小结   297

10.7  习题      298

第11章  计算机网络发展的新技术   299

11.1  IPv6      299

11.1.1  IPv6概述   299

11.1.2  IPv6的基本首部   300

11.1.3  IPv6的扩展首部   303

11.1.4  IPv6地址   303

11.1.5  ICMPv6   307

11.1.6  从IPv4到IPv6过渡   311

11.2  多协议标签交换(MPLS)   313

11.2.1  MPLS的产生背景   313

11.2.2  MPLS的工作原理   314

11.2.3  MPLS首部的位置与格式   316

11.2.4  MPLS技术的应用   317

11.3  P2P应用   317

11.3.1  P2P工作方式概述   317

11.3.2  eMule   320

11.3.3  比特洪流   321

11.3.4  P2P文件分发   322

11.4  物联网技术   325

11.5  虚拟现实技术   326

11.6  本章小结   329

11.7  习题      329

参考文献   331

全书既注重计算机基础知识和基本理论知识，又突出其应用和技术知识，将理论与实践有机地结合起来，适用于复合型人才培养。

教材编排方式新颖，内容丰富，概念清晰，逻辑严谨，图文并茂，可读性强。教学实例源于生活中的网络应用，实用性强。

章后均附有与该章内容相对应的习题，供读者练习及巩固所学知识。

全书既注重计算机基础知识和基本理论知识，又突出其应用和技术知识，将理论与实践有机地结合起来，适用于复合型人才培养。

教材编排方式新颖，内容丰富，概念清晰，逻辑严谨，图文并茂，可读性强。教学实例源于生活中的网络应用，实用性强。

章后均附有与该章内容相对应的习题，供读者练习及巩固所学知识。