本書(shū)講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。首先介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念、發(fā)展概況和體系結(jié)構(gòu)，然后以物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層五層體系結(jié)構(gòu)為主線，講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和核心技術(shù)，*后講述網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。 全書(shū)注重講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、原理和技術(shù)，它們是學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)*重要的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也盡量反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新技術(shù)。 本書(shū)主要針對(duì)高等院校理工科專(zhuān)業(yè)本科生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)，也可作為其他類(lèi)專(zhuān)業(yè)和其他授課對(duì)象的教材，還可作為工程技術(shù)人員從事相關(guān)開(kāi)發(fā)研究工作的參考資料。
內(nèi)容上，本書(shū)以因特網(wǎng)為中心，重點(diǎn)講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理、核心技術(shù)和協(xié)議規(guī)范，這是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程講授的看家本領(lǐng)，同時(shí)也跟蹤計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新技術(shù)；思路上，以因特網(wǎng)五層體系結(jié)構(gòu)為主線，自下而上逐層進(jìn)行介紹。2. 以太網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程重點(diǎn)內(nèi)容之一，本書(shū)推導(dǎo)了CSMA/CD以太網(wǎng)組網(wǎng)的必要條件，并執(zhí)此牛耳講述以太網(wǎng)的演進(jìn)，其技術(shù)發(fā)展的邏輯思路更加明晰，這在作者閱讀過(guò)的相關(guān)書(shū)籍中尚未見(jiàn)過(guò)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)史上具有劃時(shí)代的意義，因特網(wǎng)已經(jīng)連通了全世界，其應(yīng)用深入到人們工作和生活的方方面面。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)越來(lái)越受到高度重視，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已成為大學(xué)理工科教學(xué)的一門(mén)必修課程。
作者多年在清華大學(xué)承擔(dān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)等方面教學(xué)、科研和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)了《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》教材，于2003年出版第1版并且后續(xù)不斷改版，其中，第2版被評(píng)為2006年北京高等教育精品教材；第3版列入清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程系列教材，其編寫(xiě)工作屬于清華大學(xué)985項(xiàng)目計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)系列課程與實(shí)驗(yàn)室基地建設(shè)，該項(xiàng)目獲北京市教育教學(xué)成果（高等教育）一等獎(jiǎng)和高等教育國(guó)家級(jí)教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。
本書(shū)在前3版的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步梳理了章節(jié)安排，精簡(jiǎn)了部分內(nèi)容，增加了網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)，更加注重網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)的分析和深入淺出的講解。
本書(shū)圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)理、核心技術(shù)和重要應(yīng)用組織內(nèi)容。全書(shū)共分9章：
第1章介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、發(fā)展歷程和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，使讀者對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的總體層次結(jié)構(gòu)和各層的功能有一個(gè)全局性的了解，邁進(jìn)網(wǎng)絡(luò)世界的大門(mén)。
第2章到第8章以物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層五層體系結(jié)構(gòu)為主線，講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原理和核心技術(shù)，這是目前國(guó)際上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教材章節(jié)安排的主流結(jié)構(gòu)。其中第2、3章分別講述五層體系結(jié)構(gòu)的下兩層（物理層和數(shù)據(jù)鏈路層）的各種通用技術(shù)；第4、5章分別介紹以太網(wǎng)和以WLAN為主的無(wú)線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，主要涉及五層體系結(jié)構(gòu)的下兩層技術(shù)，實(shí)際上是第2、3章的延續(xù)，是物理層和數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)的典型案例；第6～8章則分別講述五層體系結(jié)構(gòu)的上三層（網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層）的協(xié)議和技術(shù)，涵蓋了基于TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的核心技術(shù)。
第9章介紹網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來(lái)，網(wǎng)絡(luò)安全是人們面對(duì)的巨大挑戰(zhàn)。
本書(shū)注重講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和原理。雖然網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，各種技術(shù)層出不窮，但是其基本概念和原理是學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最重要的知識(shí)點(diǎn)和基礎(chǔ)。同時(shí)，本書(shū)也反映了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的新技術(shù)并跟蹤技術(shù)飛速發(fā)展的潮流。
本書(shū)主要針對(duì)高等院校理工科專(zhuān)業(yè)本科生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)編寫(xiě)，也可作為其他類(lèi)專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)課的教材，還可以作為工程技術(shù)人員從事相關(guān)開(kāi)發(fā)研究工作的參考資料。本書(shū)每章之后配有思考題，供復(fù)習(xí)思考本章重點(diǎn)內(nèi)容。
教學(xué)中可以根據(jù)授課對(duì)象的專(zhuān)業(yè)需求和學(xué)時(shí)安排等具體情況，對(duì)本書(shū)內(nèi)容進(jìn)行篩選。為此，本書(shū)目錄中沒(méi)有標(biāo)注的節(jié)和小節(jié)，建議作為基本授課內(nèi)容，而標(biāo)注的部分，可以不講或少講，以上建議僅供參考，教師可以根據(jù)具體情況自行決定。
本書(shū)的重要專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)，依據(jù)全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審查委員會(huì)公布的《計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)名詞（第二版）》（科學(xué)出版社，2002年）給出中文，并注明英文。
本書(shū)編寫(xiě)得到清華大學(xué)信息技術(shù)研究院院長(zhǎng)、研究員吉吟東老師的熱情幫助，吉老師對(duì)本書(shū)的結(jié)構(gòu)安排和內(nèi)容組織等提出了寶貴的建議，在此致以誠(chéng)摯的謝意。
由于作者的學(xué)識(shí)和水平有限，加之計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，書(shū)中難免存在疏漏之處，期盼廣大讀者斧正。
作者
2019年春 于清華園
清華大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，從事有關(guān)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)網(wǎng)等方面的教學(xué)和科研工作。承擔(dān)科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目多項(xiàng)，在國(guó)內(nèi)外期刊、會(huì)議發(fā)表學(xué)術(shù)論文150多篇，編寫(xiě)出版教材5本。獲國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家教委科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，北京市優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)2項(xiàng)，2006年北京高等教育精品教材1本，清華大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)成果獎(jiǎng)多項(xiàng)。
第1章概述1
1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程1
1.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的背景1
1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生2
1.1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展4
1.1.4Internet時(shí)代6
1.1.5物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生7
1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念8
1.2.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)8
1.2.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi)9
1.2.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)15
1.2.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換方式16
1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)18
1.3.1OSI體系結(jié)構(gòu)18
1.3.2TCP/IP體系結(jié)構(gòu)21
1.3.3五層體系結(jié)構(gòu)21
1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化24
1.4.1標(biāo)準(zhǔn)化組織24
1.4.2RFC文檔25
思考題25
第2章物理層27
2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型27
2.2頻帶傳輸技術(shù)29
2.2.1什么是頻帶傳輸29
2.2.2調(diào)制解調(diào)技術(shù)30
2.3基帶傳輸技術(shù)31
2.3.1什么是基帶傳輸31
2.3.2編碼解碼技術(shù)32
2.4信道復(fù)用技術(shù)35
2.4.1什么是信道復(fù)用35
2.4.2頻分復(fù)用(FDM)36
2.4.3時(shí)分復(fù)用(TDM)和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用(STDM)36
2.4.4波分復(fù)用(WDM)37
2.4.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)SDH/SONET38
2.5寬帶接入技術(shù)42
2.5.1用戶計(jì)算機(jī)接入Internet的方式42
2.5.2數(shù)字用戶線xDSL43
2.5.3混合光纖同軸電纜網(wǎng)（HFC）45
2.5.4光纖接入FTTx47
2.6信道的傳輸性能49
2.6.1信道的帶寬和信號(hào)的波特率49
2.6.2信道的極限傳輸能力50
2.7傳輸媒體51
2.7.1電磁波及其頻譜51
2.7.2雙絞線52
2.7.3同軸電纜52
2.7.4光纖53
2.7.5無(wú)線傳輸54
思考題56
第3章數(shù)據(jù)鏈路層58
3.1數(shù)據(jù)鏈路及其傳輸中的問(wèn)題58
3.1.1數(shù)據(jù)鏈路及其功能58
3.1.2數(shù)據(jù)鏈路傳輸中需要解決的主要問(wèn)題58
3.2幀同步和透明傳輸60
3.2.1幀同步60
3.2.2透明傳輸61
3.3差錯(cuò)檢驗(yàn)62
3.3.1差錯(cuò)檢驗(yàn)方法62
3.3.2循環(huán)冗余檢驗(yàn)(CRC)63
3.4高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制(HDLC)64
3.5點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議（PPP）65
3.5.1PPP及其幀格式65
3.5.2PPP運(yùn)行狀態(tài)圖66
3.5.3PPP的身份認(rèn)證67
思考題67
第4章以太網(wǎng)68
4.1IEEE 802 LAN體系結(jié)構(gòu)68
4.1.1IEEE 802 LAN標(biāo)準(zhǔn)68
4.1.2IEEE 802 LAN參考模型69
4.1.3媒體接入控制子層70
4.1.4邏輯鏈路控制子層72
4.2以太網(wǎng)的媒體接入控制子層73
4.2.1以太網(wǎng)的前世今生73
4.2.2以太網(wǎng)媒體接入控制機(jī)制CSMA/CD75
4.2.3以太網(wǎng)沖突檢測(cè)機(jī)制的必要條件77
4.2.4以太網(wǎng)幀格式79
4.2.5以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸80
4.2.6以太網(wǎng)的信道利用率82
4.2.7以太網(wǎng)傳輸特點(diǎn)83
4.2.8全雙工以太網(wǎng)84
4.3以太網(wǎng)的技術(shù)演進(jìn)85
4.3.1CSMA/CD引發(fā)的以太網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)85
4.3.2傳統(tǒng)以太網(wǎng)87
4.3.3100BaseT以太網(wǎng)91
4.3.4吉比特以太網(wǎng)95
4.3.510吉比特以太網(wǎng)98
4.3.640/100吉比特以太網(wǎng)101
4.3.7向太比特以太網(wǎng)邁進(jìn)101
4.4交換式以太網(wǎng)102
4.4.1網(wǎng)橋102
4.4.2交換機(jī)104
4.4.3交換式以太網(wǎng)及其特點(diǎn)105
4.5虛擬局域網(wǎng)(VLAN)107
4.5.1VLAN及其特點(diǎn)107
4.5.2VLAN幀格式108
4.5.3VLAN內(nèi)廣播109
4.5.4VLAN間訪問(wèn)110
思考題112
第5章無(wú)線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)114
5.1無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)114
5.1.1IEEE 802.11 WLAN114
5.1.2IEEE 802.11物理層標(biāo)準(zhǔn)116
5.1.3IEEE 802.11 MAC層幀和幀格式120
5.1.4IEEE 802.11 MAC層DCF122
5.1.5IEEE 802.11 MAC層PCF128
5.1.6WLAN管理129
5.2無(wú)線城域網(wǎng)（WMAN）131
5.2.1IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)和WiMax131
5.2.2WiMax網(wǎng)絡(luò)132
5.2.3IEEE 802.16 WMAN體系結(jié)構(gòu)132
5.3無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）134
5.3.1藍(lán)牙系統(tǒng)135
5.3.2ZigBee137
5.4無(wú)線人體區(qū)域網(wǎng)（WBAN）138
思考題139
第6章網(wǎng)絡(luò)層140
6.1網(wǎng)絡(luò)層的功能140
6.1.1網(wǎng)絡(luò)層核心功能網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)140
6.1.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的關(guān)鍵設(shè)備路由器141
6.1.3Internet網(wǎng)際層143
6.2網(wǎng)際協(xié)議(IP)144
6.2.1基本的IP地址分類(lèi)二級(jí)IPv4地址144
6.2.2劃分子網(wǎng)分類(lèi)三級(jí)IPv4地址146
6.2.3構(gòu)造超網(wǎng)無(wú)類(lèi)別二級(jí)IPv4地址147
6.2.4IP數(shù)據(jù)報(bào)格式149
6.2.5IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片與重組151
6.2.6IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)154
6.2.7IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)159
6.3地址解析協(xié)議(ARP)160
6.3.1IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸中的地址轉(zhuǎn)換160
6.3.2ARP地址解析機(jī)制162
6.4因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議(ICMP)163
6.4.1ICMP及其報(bào)文格式163
6.4.2ICMP報(bào)文164
6.5路由選擇協(xié)議166
6.5.1路由器的動(dòng)態(tài)路由選擇166
6.5.2路由信息協(xié)議(RIP)168
6.5.3開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF)172
6.5.4邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(BGP)178
6.6IP多播181
6.6.1IP多播和多播協(xié)議181
6.6.2因特網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）183
6.6.3距離矢量多播路由選擇協(xié)議(DVMRP)185
6.7下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6188
6.7.1IPv6及其特點(diǎn)188
6.7.2IPv6地址189
6.7.3IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式191
6.7.4IPv4向IPv6過(guò)渡193
6.8IP主干網(wǎng)195
6.8.1IP over ATM196
6.8.2多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）200
6.8.3IP over SDH203
6.8.4IP over WDM203
思考題204
第7章傳輸層208
7.1傳輸層的功能208
7.2傳輸層端口209
7.2.1端口及其作用209
7.2.2端口類(lèi)型210
7.3用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP)211
7.3.1UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)211
7.3.2UDP偽報(bào)頭211
7.3.3UDP的特點(diǎn)212
7.4傳輸控制協(xié)議(TCP)212
7.4.1可靠傳輸工作原理212
7.4.2TCP報(bào)文段217
7.4.3TCP連接管理221
7.4.4TCP差錯(cuò)控制224
7.4.5TCP流量控制228
7.4.6TCP擁塞控制231
7.5多媒體傳輸及其協(xié)議237
7.5.1多媒體傳輸?shù)奶攸c(diǎn)和問(wèn)題237
7.5.2多媒體傳輸和播放系統(tǒng)238
7.5.3實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議(RTP)240
7.5.4實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議(RTCP)242
7.5.5實(shí)時(shí)流式協(xié)議(RTSP)243
思考題244
第8章應(yīng)用層247
8.1網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)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(jié)構(gòu)249
8.2.2域名解析250
8.3文件傳輸協(xié)議254
8.3.1文件傳輸協(xié)議的工作機(jī)制254
8.3.2FTP訪問(wèn)控制255
8.4電子郵件256
8.4.1電子郵件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)256
8.4.2電子郵件系統(tǒng)257
8.4.3電子郵件的信息格式258
8.4.4簡(jiǎn)單的郵件傳送協(xié)議(SMTP)261
8.4.5郵局協(xié)議POP3262
8.5萬(wàn)維網(wǎng)(WWW)262
8.5.1什么是萬(wàn)維網(wǎng)262
8.5.2萬(wàn)維網(wǎng)工作機(jī)制263
8.5.3統(tǒng)一資源定位符(URL)266
8.5.4超文本傳輸協(xié)議(HTTP)266
8.5.5靜態(tài)Web文檔268
8.5.6動(dòng)態(tài)Web文檔和活動(dòng)Web文檔271
8.5.7互聯(lián)網(wǎng)上的社交媒體275
8.6動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)278
8.6.1DHCP的功能278
8.6.2DHCP工作機(jī)制278
8.7SNMP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)280
8.7.1網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的功能280
8.7.2SNMP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及規(guī)范280
8.7.3簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議(SNMP)282
8.7.4管理信息結(jié)構(gòu)(SMI)285
8.7.5管理信息庫(kù)(MIB)288
8.8網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)290
8.8.1TCP/IP網(wǎng)絡(luò)APISocket機(jī)制290
8.8.2Socket網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)概要292
8.9P2P應(yīng)用295
8.9.1MP3共享服務(wù)Napster 295
8.9.2文件共享服務(wù)BitTorrent296
思考題298
第9章網(wǎng)絡(luò)安全301
9.1網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)ISOSA301
9.2數(shù)據(jù)加密技術(shù)302
9.2.1密碼學(xué)基礎(chǔ)302
9.2.2對(duì)稱(chēng)密鑰密碼體制與公開(kāi)密鑰密碼體制304
9.2.3對(duì)稱(chēng)密鑰密碼體制的經(jīng)典算法DES305
9.2.4公開(kāi)密鑰密碼體制的經(jīng)典算法RSA310
9.3數(shù)字簽名和報(bào)文摘要312
9.3.1數(shù)字簽名312
9.3.2報(bào)文摘要313
9.4身份認(rèn)證和密鑰分配315
9.4.1什么是身份認(rèn)證和密鑰分配315
9.4.2基于對(duì)稱(chēng)密鑰的身份認(rèn)證和密鑰分配315
9.4.3基于公鑰的身份認(rèn)證和公鑰分配317
9.5Internet網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)318
9.5.1網(wǎng)絡(luò)層安全技術(shù)319
9.5.2傳輸層安全技術(shù)322
9.5.3應(yīng)用層安全技術(shù)324
9.6虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（VPN）326
9.6.1VPN及其類(lèi)型326
9.6.2VPN隧道和隧道協(xié)議328
9.6.3L2TP VPN329
9.6.4IPSec VPN332
9.7防火墻和入侵檢測(cè)系統(tǒng)334
9.7.1防火墻技術(shù)334
9.7.2防火墻系統(tǒng)335
9.7.3入侵檢測(cè)系統(tǒng)（IDS）338
思考題340
參考文獻(xiàn)342
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