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；
内容简介
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作者简介
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目录
前言
第1章 ； 计算机网络和协议
1.1 ； 计算机网络在当今社会的作用1
1.2 ； 认识网络2
1.2.1 ； 网络和互联网络2
1.2.2 ； 最大的互联网—因特网3
1.2.3 ； 企业组建的互联网5
1.2.4 ； 家庭组建的互联网6
1.3 ； 开放系统互连模型—OSI参考模型8
1.3.1 ； 分层的方法8
1.3.2 ； OSI参考模型详解10
1.3.3 ； 计算机通信分层的好处12
1.4 ； 理解OSI参考模型13
1.4.1 ； 理解表示层14
1.4.2 ； 安装抓包工具查看数据包内容16
1.4.3 ； 学以致用—传输层连接19
1.4.4 ； 用分层的思想考虑问题21
1.4.5 ； OSI参考模型与排错21
1.5 ； TCP/IP协议24
1.5.1 ； 通信协议24
1.5.2 ； TCP/IP通信过程25
1.5.3 ； 网络设备和分层27
1.6 ； 计算机网络的性能指标28
1.6.1 ； 速率28
1.6.2 ； 带宽29
1.6.3 ； 吞吐量31
1.6.4 ； 时延32
1.6.5 ； 时延带宽积34
1.6.6 ； 往返时间35
1.6.7 ； 利用率36
1.7 ； 网络分类36
1.7.1 ； 按网络的范围进行分类36
1.7.2 ； 按网络的使用者进行分类37
1.8 ； 企业局域网设计37
1.8.1 ； 二层结构的局域网37
1.8.2 ； 三层结构的局域网38
习题1 ； 38
第2章 ； 物理层
2.1 ； 物理层的基本概念41
2.2 ； 数据通信基础41
2.2.1 ； 数据通信模型41
2.2.2 ； 数据通信一些常用术语42
2.2.3 ； 模拟信号和数字信号43
2.2.4 ； 模拟信号转换成数字信号45
2.3 ； 信道和调制46
2.3.1 ； 信道46
2.3.2 ； 单工和半双工以及全双工通信47
2.3.3 ； 调制47
2.3.4 ； 信道极限容量49
2.4 ； 传输媒体51
2.4.1 ； 导向传输媒体52
2.4.2 ； 非导向传输媒体55
2.5 ； 信道复用技术59
2.5.1 ； 频分复用60
2.5.2 ； 时分复用60
2.5.3 ； 波分复用62
2.5.4 ； 码分复用63
2.6 ； 宽带接入技术65
2.6.1 ； 铜线接入技术65
2.6.2 ； HFC技术68
2.6.3 ； 光纤接入技术69
2.6.4 ； 移动互联网接入技术69
习题2 ； 71
第3章 ； GNS3网络模拟器
3.1 ； 安装和配置GNS374
3.1.1 ； GNS3概述74
3.1.2 ； 安装抓包工具74
3.1.3 ； 安装GNS376
3.1.4 ； 启动和配置GNS378
3.2 ； 搭建学习环境83
3.2.1 ； 路由器和虚拟机的网络连接84
3.2.2 ； 规划虚拟机网络的IP地址85
3.2.3 ； 添加路由器设备88
3.2.4 ； 添加交换机设备90
3.2.5 ； 连接网络设备94
3.2.6 ； 显示接口编号95
3.2.7 ； 增加注释和区域标识96
3.2.8 ； 配置路由器接口地址97
3.3 ； 配置虚拟机网络100
3.4 ； 捕获数据包104
3.5 ； 给项目快照和保存项目107
第4章 ； 数据链路层
4.1 ； 数据链路层三个基本问题110
4.1.1 ； 数据链路和帧110
4.1.2 ； 数据链路层三个基本问题111
4.2 ； 点到点信道的数据链路115
4.2.1 ； PPP协议的特点116
4.2.2 ； PPP协议的组成117
4.2.3 ； 同步传输和异步传输117
4.2.4 ； 抓包查看PPP的帧首部119
4.2.5 ； PPP协议帧格式121
4.2.6 ； PPP帧填充方式121
4.3 ； 广播信道的数据链路123
4.3.1 ； 广播信道的局域网123
4.3.2 ； 以太网标准124
4.3.3 ； CSMA/CD协议125
4.3.4 ； 以太网最短帧125
4.3.5 ； 冲突解决方法—退避算法127
4.3.6 ； 以太网帧格式128
4.3.7 以太网信道利用率131
4.3.8 网卡的作用132
4.3.9 MAC地址133
4.3.10 实战：查看和更改MAC地址134
4.4 扩展以太网135
4.4.1 集线器135
4.4.2 计算机数量和距离上的扩展136
4.4.3 使用网桥优化以太网137
4.4.4 网桥自动构建MAC地址表139
4.4.5 多接口网桥—交换机140
4.4.6 实战：查看交换机MAC地址表142
4.4.7 实战：验证交换机端口安全146
4.4.8 实战：验证集线器不安全147
4.4.9 生成树协议149
4.5 高速以太网152
4.5.1 100M以太网152
4.5.2 吉比特以太网153
4.5.3 10吉比特以太网155
习题4 156
第5章 IP地址和子网划分
5.1 学习IP地址预备知识158
5.1.1 二进制和十进制159
5.1.2 二进制数的规律160
5.2 理解IP地址161
5.2.1 MAC地址和IP地址161
5.2.2 IP地址的组成162
5.2.3 IP地址格式163
5.2.4 子网掩码的作用163
5.3 IP地址分类166
5.3.1 A类地址166
5.3.2 B类地址167
5.3.3 C类地址167
5.3.4 D类和E类地址167
5.3.5 保留的IP地址168
5.3.6 实战：本地环回地址169
5.3.7 实战：给本网段发送广播171
5.4 私网地址和公网地址172
5.4.1 公网地址172
5.4.2 私网地址174
5.5 子网划分175
5.5.1 地址浪费175
5.5.2 等长子网划分175
5.5.3 B类网络子网划分179
5.5.4 A类地址子网划分180
5.6 变长子网划分181
5.6.1 变长子网划分181
5.6.2 点到点网络的子网掩码182
5.6.3 子网掩码另一种表示方法—CIDR183
5.6.4 判断IP地址所属的网段184
5.6.5 子网划分需要注意几个问题185
5.7 超网合并网段186
5.7.1 合并网段186
5.7.2 不是任何连续的网段都能合并188
5.7.3 哪些连续的网段能够合并188
5.7.4 网段合并的规律190
5.7.5 判断一个网段是超网还是子网190
习题5 191
第6章 静态路由和动态路由
6.1 路由—网络层实现的功能195
6.1.1 网络畅通的条件196
6.1.2 静态路由197
6.2 实战：配置静态路由199
6.2.1 查看路由表200
6.2.2 添加静态路由200
6.2.3 测试网络是否畅通202
6.2.4 删除静态路由202
6.3 路由汇总203
6.3.1 通过路由汇总简化路由表203
6.3.2 路由汇总例外205
6.3.3 无类域间路由（CIDR）206
6.4 默认路由207
6.4.1 全球最大的网段207
6.4.2 使用默认路由作为指向Internet的路由207
6.4.3 让默认路由代替大多数网段的路由208
6.4.4 默认路由和环状网络209
6.4.5 默认路由造成的往复转发210
6.4.6 使用默认路由和路由汇总简化路由表211
6.4.7 Windows上的默认路由和网关212
6.5 网络排错案例216
6.5.1 站在全局的高度排除网络故障216
6.5.2 计算机网关也很重要217
6.6 动态路由—RIP协议218
6.6.1 RIP协议219
6.6.2 RIP协议工作原理219
6.6.3 在路由器上配置RIP协议220
6.6.4 查看路由表222
6.6.5 观察RIP协议路由更新活动224
6.6.6 测试RIP协议健壮性225
6.6.7 RIP协议排错226
6.6.8 RIP协议数据包报文格式227
6.7 动态路由—OSPF协议229
6.7.1 什么是最短路径优先229
6.7.2 OSPF术语231
6.7.3 OSPF协议工作过程232
6.7.4 OSPF的5种报文233
6.7.5 OSPF支持多区域234
6.8 配置OSPF协议235
6.8.1 配置OSPF协议235
6.8.2 查看OSPF协议三张表237
6.8.3 监控OSPF协议的活动241
6.8.4 验证OSPF协议健壮性242
6.8.5 OSPF协议配置排错243
习题6 244
第7章 网络层协议
7.1 网络层首部251
7.1.1 抓包查看网络层首部251
7.1.2 网络层首部格式252
7.1.3 实战：查看协议版本和首部长度254
7.1.4 实战：给数据包设置区分服务字段258
7.1.5 数据分片详解262
7.1.6 实战：捕获并观察数据包分片263
7.1.7 实战：查看和配置链路MTU267
7.1.8 数据包生存时间（TTL）详解268
7.1.9 实战：指定ping命令发送数据包的TTL值270
7.1.10 实战：抓包查看数据包的
TTL变化272
7.2 ICMP协议274
7.2.1 抓包查看ICMP报文格式274
7.2.2 ICMP报文格式277
7.2.3 ICMP差错报告报文—TTL过期277
7.2.4 ICMP差错报告报文—目标主机不可到达279
7.2.5 ICMP差错报告报文—路由重定向279
7.2.6 ICMP差错报告报文—给程序返回错误消息282
7.3 使用ICMP排除网络故障案例284
7.3.1 使用ping命令诊断网络故障284
7.3.2 使用ping断定哪一段链路出现故障285
7.3.3 使用tracert跟踪数据包路径287
7.3.4 使用pathping跟踪数据包路径289
7.4 ARP协议289
7.4.1 ARP协议的工作过程和安全隐患291
7.4.2 ARP欺骗之“网络执法官”292
7.4.3 判断和防止ARP欺骗的方法296
7.5 IGMP协议297
7.5.1 什么是组播298
7.5.2 组播IP地址298
7.5.3 组播MAC地址299
7.5.4 组播管理协议（IGMP）300
7.6 实战：跨网段观看组播视频301
7.6.1 搭建流媒体服务器301
7.6.2 点播视频304
7.6.3 访问多播视频306
7.6.4 跨网段多播314
习题7 318
第8章 传输层
8.1 传输层的两个协议322
8.1.1 TCP和UDP协议的应用场景322
8.1.2 传输层协议和应用层协议之间的关系324
8.1.3 服务和端口之间的关系326
8.1.4 实战：服务器端口冲突造成服务启动失败336
8.1.5 实战：更改服务使用的默认端口337
8.1.6 端口和网络安全的关系340
8.1.7 实战：Windows防火墙和TCP/IP筛选实现网络安全342
8.2 用户数据报协议（UDP）347
8.2.1 UDP协议的特点347
8.2.2 UDP的首部格式348
8.3 传输控制协议（TCP）350
8.3.1 TCP协议的主要特点350
8.3.2 TCP报文的首部格式351
8.4 可靠传输356
8.4.1 TCP可靠传输的实现—停止等待协议356
8.4.2 连续ARQ协议和滑动窗口协议—改进的停止等待协议358
8.4.3 以字节为单位的滑动窗口技术详解359
8.4.4 改进的确认—选择确认（SACK）361
8.4.5 超时重传的时间调整361
8.5 流量控制365
8.6 拥塞控制367
8.6.1 拥塞控制的原理367
8.6.2 拥塞控制方法—慢开始和拥塞避免367
8.6.3 拥塞控制方法—快重传和快恢复371
8.6.4 发送窗口的上限372
8.7 TCP连接管理373
8.7.1 TCP的连接建立373
8.7.2 TCP连接释放376
8.7.3 实战：查看TCP释放连接的数据包378
8.7.4 实战：SYN攻击379
习题8 381
第9章 应用层
9.1 域名系统DNS386
9.1.1 什么是域名386
9.1.2 域名的结构387
9.1.3 Internet中的域名服务器390
9.1.4 域名解析过程391
9.1.5 实战1：搭建企业内网的DNS服务393
9.1.6 实战2：测试域名解析399
9.1.7 实战3：抓包分析域名解析的过程402
9.2 动态主机配置协议DHCP403
9.2.1 静态地址和动态地址应用场景403
9.2.2 DHCP地址租约404
9.2.3 DHCP租约生成过程405
9.2.4 DHCP地址租约更新406
9.2.5 实战1：安装和配置DHCP服务407
9.2.6 实战2：查看、刷新、释放租约412
9.2.7 实战3：跨网段分配IP地址414
9.3 Telnet协议415
9.3.1 Telnet协议工作方式416
9.3.2 实战：Telnet管理Windows系统417
9.3.3 实战：Telnet管理网络设备420
9.4 远程桌面协议RDP421
9.5 超文本传输协议HTTP424
9.5.1 创建网页424
9.5.2 统一资源定位符URL426
9.5.3 绝对路径和相对路径426
9.5.4 创建Web站点427
9.5.5 HTTP协议版本431
9.5.6 HTTP请求报文和响应报文433
9.5.7 HTTP响应报文436
9.5.8 Cookie437
9.5.9 通过代理服务器访问网站439
9.6 文件传输协议FTP443
9.6.1 FTP主动模式和被动模式443
9.6.2 安装和创建FTP站点445
9.6.3 访问FTP服务器447
9.6.4 FTP命令访问FTP服务器448
9.7 电子邮件450
9.7.1 电子邮件发送和接收过程450
9.7.2 电子邮件信息格式452
9.7.3 SMTP协议453
9.7.4 POP3协议和IMAP协议456
9.7.5 部署企业内部邮件服务器457
9.8 实战：在内网部署邮件服务器向Internet发送邮件458
9.8.1 安装邮件服务器459
9.8.2 在DNS服务器上添加MX记录460
9.8.3 为用户创建邮箱462
9.8.4 配置SMTP服务允许向Internet发送电子邮件463
9.8.5 配置邮件客户端连接邮件服务器465
9.8.6 向Internet发送电子邮件468
9.9 总结471
习题9 471
参考文献475
前沿
我不知道社会上有多少人想学精通计算机网络原理，也不知道我讲的计算机网络原理有什么过人之处。直到有一天，我把在软件学院随堂录制的计算机网络视频放到51CTO学院，看到了几十万访问量和众多的好评，才知道原来有那么多人在互联网上苦苦寻找好的教程，才知道学生喜欢我的这种授课方式。
高校计算机专业的学生大多需要学习“计算机网络原理”这门课程，很多学校还是必修课。很多非计算机专业的学生，想转行进入IT领域发展，想打好扎实的基础，也都知道应该掌握计算机网络原理。
当前有关计算机网络的图书分两大类，一类是网络设备厂商考证的教程，比如思科网络工程师教程CCNA、CCNP，华为认证网络工程师HCNA、HCNE等；另一类就是高校的计算机网络原理的教材，代表教材就是谢希仁编著的《计算机网络》。
然而这些厂商认证的教材，其目的只是为了培养能够熟练操作和配置其网络设备的工程师，对计算机网络通信原理和过程并没有进行深入细致的讲解，重点是如何配置网络设备。而高校计算机网络原理教材，则深入讲解了计算机通信过程和各层协议，并没给学生讲解如何使用具体的网络设备配置来验证所学的理论，更没有进一步扩展这些理论可以应用在哪些场景，让学生感觉空洞和学无所用，只感觉到这些理论的抽象。很多老师在讲授这门课程时，不但学生感觉没意思，自己也觉得没意思。
我从事IT企业培训和企业IT技术支持15年，积累了大量的实战经验，在河北师大软件学院以谢希仁编著的《计算机网络》为教程讲授计算机网络原理7年，在授课过程中增加了大量的案例，设计了合适的实验来验证所学的理论。不仅给学生讲清楚了计算机各层通信协议，还捕获了数据包，让学生看到数据包的结构，看到每一层的封装；网络层不仅教会网络畅通的条件，还能在思科路由器上配置静态路由和动态路由；不仅教会传输层协议和应用层协议之间的关系，还能设置Windows服务器实现网络安全；不仅讲解了常见的应用层协议，还能使用抓包工具捕获客户端和服务器之间交互的数据包，会分析各种应用层协议数据包格式。
2016年，时机成熟，我决心编写计算机网络原理教程，以谢希仁编著的《计算机网络》（第六版）为蓝本，绘制大量插图展示所讲理论，每一段理论结束后，紧跟着就是如何使用这些理论来解决实际中的问题，对知识进一步扩展。力求对书中内容的安排恰到好处，设计了经典的实验，做到了让理论不再抽象，让课程充满趣味，让学习充满乐趣。
本书主要内容
第1章 本章是整本书的概览，先介绍计算机网络在当今信息时代的作用，接着介绍了网络和互联网以及最大的互联网Internet。为了让大家感觉网络不那么抽象，以一个企业的网络为例给大家展示了局域网和广域网。接着介绍了国际标准化组织对计算机通信过程的分层，即OSI（开放系统互连）参考模型，同时列举了一些案例以加深大家对OSI参考模型的理解和应用。
第2章 本章讲解计算机网络通信的物理层，先讲解通信方面的知识，也就是如何在各种介质（光纤，铜线）中更快地传递数字信号和模拟信号。涉及到的通信概念有：模拟信号、数字信号、全双工通信、半双工通信、单工通信、常用编码方式和调制方式，信道的极限容量。
第3章 本章不属于计算机网络原理的内容，但要想更好地理解后面讲到的计算机网络原理，更具体地探索计算机通信过程，还需要捕获数据包，分析数据包的数据链路层首部、网络层首部、传输层首部以及应用层协议。这就需要使用网络设备来搭建学习环境。本章讲解如何在Windows 7操作系统上安装GNS3，设置GNS3运行环境，搭建学习环境。
第4章 不同的网络类型有不同的通信机制（即数据链路层协议），数据包在传输过程中通过不同类型的网络，就要使用该网络使用的通信协议，同时数据包也要重新封装成该网络的帧格式。本章先讲述数据链路层要解决的三个基本问题：封装成帧、透明传输、差错检验；再讲述两种类型的数据链路层：点到点链路的数据链路层和广播信道的数据链路层，这两种数据链路层的通信机制不一样，使用的协议也不一样，点到点链路使用PPP协议（Pointto Point Protocol），广播信道使用带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）协议。
第5章 本章讲解IP地址格式、子网掩码的作用、IP地址的分类以及一些特殊的地址。介绍什么是公网地址和私网地址，以及私网地址如何通过NAT访问Internet；讲解如何进行等长子网划分和变长子网划分。当然，如果一个网络中的计算机数量非常多，有可能一个网段的地址块容纳不下，我们也可以将多个网段合并成一个大的网段，这个大的网段就是超网。最后还讲了子网划分的规律和合并网络的规律。
第6章 网络层的功能是为数据包选择转发路径。本章讲述网络畅通的条件，给路由器配置静态路由和动态路由，通过合理规划IP地址可以使用路由汇总和默认路由简化路由表。作为扩展知识，本章还讲解排除网络故障的方法，使用ping命令测试网络是否畅通，使用pathping和tracert命令跟踪数据包的路径。同时也讲解了Windows操作系统中的路由表，以及给Windows系统添加路由。
第7章 本章讲解网络层第三部分内容—网络层协议。讲解网络层，当然要讲网络层首部，路由器就是根据网络层首部转发数据包的，可见网络层首部各字段就是为了实现网络层功能。除了讲解网络层首部，还讲解TCP/IP协议栈网络层的4个协议：IP协议、ICMP协议、IGMP协议和ARP协议。
第8章 本章讲解TCP/IP协议栈传输层的两个协议TCP和UDP，首先介绍这两个协议的应用场景，再讲解传输层协议和应用层协议之间的关系、端口和服务之间的关系。搞清这些关系后，自然就会明白设置服务器防火墙实现网络安全的道理。传输层首部要实现传输层的功能，而TCP和UDP两个协议实现的功能不同，因此这两个协议的传输层首部也不同，需要分别讲解。本章的重点是TCP协议，将详细讲解TCP协议如何实现可靠传输、流量控制、拥塞避免和连接管理。
第9章 本章讲解应用层，就是讲几种标准的应用层协议，应用层协议定义了服务器和客户机之间如何交换信息、服务器和客户端之间进行哪些交互、命令的交互顺序，规定了信息的格式以及每个字段的意义。不同的应用实现的功能不一样，比如访问网站和收发电子邮件实现的功能就不一样，因此就需要有不同的应用层协议。
本书适合于：
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