本书为“十四五”高等学校新工科计算机类专业系列教材之一，面向计算机网络综合设计需要，融入安全技术，涵盖了网络设计基础、网络协议模拟和安全编程三部分。网络设计基础包括网络测量基础、局域网络设计和网络协议抓包分析；网络协议模拟包括组帧技术、CSMA/CD协议、CSMA/CA协议、透明网桥自学习算法和ARP等实现案例；网络安全编程包括IP地址校验、IP首部校验和计算、UDP报文校验和封装、TCP报文校验和封装、网络主机与端口扫描程序设计、网络抓包编程等。全书技术性和实用性强，突出工程能力培养，设计案例具有很好的参考价值。本书适合作为高等院校计算机科学与技术、网络工程、信息安全、通信工程、软件工程等专业教材，也可以作为高等院校计算机网络课程设计和专业综合实训的教材或参考书。

网络综合设计是计算机类专业的实践性教学课程，通常以两到三周的集中授课形式开展。 要真正深入掌握某一种网络协议及其数据安全传输，最好的解决办法就是开展网络应用系统的设计和实现。 基于网络安全和工程能力的不断提升要求，本书针对局域网络工程设计、协议仿真和网络安全编程都做了精心设计，主要表现为以下方面：
1. 教学思路
以网络协议的模拟设计为核心，以工程实践能力提高为目标，构建网络操作性、设计性和安全性设计项目，满足网络原理配套实验的需求，特别是网络课程设计和综合实践项目需求。
2. 体系设计
（1）网络设计基础：包括网络环境搭建和网络协议分析，给出了具体的实践案例，可以安排为计算机网络原理课的综合实验。 前者包括网络命令操作、小型局域网设计、无线网配置等。 对于网络协议分析，给出了完整的应用实例，涵盖了 ICMP、IP、TCP、UDP、FTP 等协议的数据包分析。
（2）网络协议安全编程设计项目：以数据链路层、网络层和传输层为重点，阐述了重要的网络协议模拟设计要点和安全编程技术，提供了多套设计案例。 在网络协议方面，包括组帧技术实现、ARP 程序设计、CSMA/ CD 协议模拟设计、CSMA/ CA 协议模拟设计、透明网桥算法的编程实现。 在网络协议安全实现方面，包括 IP / TCP / UDP 数据的校验程序设计、主机扫描、网络端口扫描、网络抓包程序设计等。
（3）配套资料：每章末尾都有“习题”，既与正文技术案例相呼应，又有新的设计要求，便于读者参考和选用。
3. 教学条件
一方面，本书的设计类习题具有通用性，书中所用工具软件全部来源于开放环境，便于读者自学，如 Wireshark 抓包软件、网络调试助手、抓包编程组件等都可以免费下载；另一方面，系统设计的编程环境可自由选择。 书中程序以 C#为主，同时还有 Python、C++、Java 语言和 Matlab 工具的程序示例。
本书的设计案例主要来自编著者的教学设计和实践指导。 本书也包含北京石油化工学院计算机网络课程组教师的积极实践和反馈，在此特表感谢。
尽管反复斟酌与修改，但因时间仓促、水平有限，书中仍难免存在疏漏与不足，望广大读者提出宝贵意见和建议，以便修订时更正。

编著 者
2024年12月

第1章网络测量基础11.1网络应用典型案例11.1.1高校组网案例11.1.2工业应用组网案例11.2常用网络命令及其应用31.2.1ping31.2.2tracert41.2.3netstat41.2.4ipconfig61.3网络测量概述71.3.1网络测量的含义71.3.2网络测量的研究方向81.3.3几款网络测量工具介绍91.4网络测量指标和计算方法111.4.1主要测量指标111.4.2时延计算131.4.3ICMP时间戳请求与应答15小结16习题16第2章局域网络设计172.1局域网络配置基础172.1.1局域网的拓扑结构182.1.2网络设备182.1.3传输媒体182.2基于双绞线的小型局域网设计案例202.2.1设计需求描述202.2.2局域网络拓扑设计要点202.2.3局域网络拓扑设计案例212.2.4实验室布局设计222.2.5网络工程概算案例252.3无线局域网配置272.3.1实验准备272.3.2基本配置272.3.3连通强度测试与计算2

张晓明，教授，北京石油化工学院，主讲计算机网络、计算机网络编程、计算机网络课程设计、数据库系统原理、大数据技术开发、计算机专业导论、大数据专业导论等。其中，“计算机网络”获评2020年北京高校优质本科课程。主编10余部教材，其中《计算机网络教程（第2版）》荣获2021年北京高校重点优质本科教材，《大数据技术与机器学习Python实战》获得2018年教育部产学合作协同育人项目资助。发表教学研究论文10余篇，荣获2017年北京市教学成果一等奖。2019年北京市高等学校教学名师，2019年北京市高等学校继续教育高水平教学团队带头人。

（1）以网络协议的模拟设计为核心，以工程实践能力提高为目标，构建网络操作性、设计性和安全性设计项目，满足网络原理配套实验、特别是网络课程设计和综合实践项目需要。
（2）针对网络设计基础内容给出了具体的实践案例，可以安排为计算机网络原理课的综合实验。
（3）在阐述重要的网络协议模拟设计要点和安全编程技术的同时，提供了网络协议安全编程设计示例。
（4）每章末尾设置习题，既与正文技术案例相呼应，又有新的设计要求，便于读者参考和选用。
（5）教材章节后的设计题具有通用性，文中所用工具软件全部来源于开放环境，利于读者自学。
（6）系统设计的编程环境可自由选择。文中程序以C#为主，同时还有Python、C++、Java语言和Matlab工具。