全书共分 8 章，主要介绍计算机网络的概念、发展和相关性能指标，数据通信技术的基础知识，网络体系结构中的 OSI 参考模型、TCP/IP 参考模型，局域网的组成、体系结构以及组网技术，广域网中的数据交换技术以及分组交换网、ISDN、FR、DDN、ATM 及网络互联，Internet 技术与应用，网络管理和网络安全的基础知识、数字签名和数字证书、因特网的安全协议、网络入侵检测以及防火墙和病毒的相关知识，最后介绍了许多计算机网络发展的新技术。
本书适合作为普通高等院校本科计算机网络教材，也可作为计算机网络爱好者的参考用书。

，计算机网络应用几乎已遍及政治、经济、军事、科技、生活等人类活动的各个领
域，并正在对社会发展、生产结构以至人们的日常生活方式产生着深刻的影响和冲击。
计算机网络将成为 21 世纪全球信息社会的重要支柱和基础设施。
计算机网络既是高等院校计算机科学与技术及其他相关专业的一门核心专业基础
课程，也是非计算机专业的学生学习和掌握计算机应用技术的一门专业基础课程，同时
也是计算机类专业研究生入学考试全国统考课程。为了适应应用型人才培养和研究生入
学考试发展的需求，作者根据多年从事本科学生网络课程教学实践与科研工作的经验编
写了本书。
本书融入团队成员最新的科研成果，坚持实用技术和工程实践相结合的原则，注重
能力和技能培养，全面系统地介绍了计算机网络的基本原理、技术与网络应用。编写过
程中，我们根据相关课程的教学要求和特点，从实际出发，力求做到：
（1）内容全面，层次分明，结构合理。
（2）突出重点、难点并全面解读，力求解决实践性问题。
（3）示例丰富，实用性强，并配备大量习题以加强读者的掌握程度。
（4）反映当前网络技术发展最新成果，概念准确，层次清晰，易于学习。
本书共分 8 章。第 1 章讨论了计算机网络的概念、发展和相关性能指标、计算机网
络的分类、计算机网络的性能。第 2 章主要介绍了有关数据通信技术的基础知识，从传
输介质、传输方式、编码技术、多路复用、差错控制及检错等方面展开讨论。第 3 章主
要介绍了网络体系结构中的 OSI 参考模型、TCP/IP 参考模型，并对各层功能做了详细分
析和研究。第 4 章介绍了局域网的组成、体系结构以及组网技术，并且融入了最新的操
作系统。第 5 章主要介绍了广域网中的数据交换技术以及分组交换网、ISDN、FR、DDN、
ATM 以及网络互连。第 6 章 Internet 技术与应用，介绍了 Internet 的常用技术以及接入
方式、Internet 的地址、域名与域名系统、Internet 基本服务、Internet 基本应用等知识。
第 7 章讨论了网络管理和网络安全的基础知识、数字签名和数字证书、因特网的安全协
议、网络入侵检测、防火墙和病毒的相关知识。第 8 章主要介绍了许多计算机网络发展
的新技术，如因特网的音频和视频服务、无线网络、下一代互联网等。
本书由张彬、段国云任主编，杜丹蕾、廖文芳、李娅菲任副主编。具体编写分工：
第 1 章、第 2 章、第 3 章由张彬编写；第 7 章、第 8 章由段国云编写；第 4 章由杜丹蕾
编写；第 5 章由廖文芳编写；第 6 章由李娅菲编写，全书由张彬、杜丹蕾、李娅菲统稿。
前 言
肖可、欧红星、唐亚纯等人参与了本书的编写工作。
本书得到了下列科研项目的资助：湖南省教育厅 2015 年教学改革课题，“工程认
证模式下 IT 课程虚拟仿真实验平台的研究与实践”，湘教通[2015]291 号；永州市科技
局规划课题，“一种 PDA 投递辅助系统的研究”，永财企指[2014]33 号（序号 27）；
湖南省教育厅 2014 年教学改革项目，“面向校企合作的计算机类应用技术人才培养模
式的改革与研究”，湘教通[2014]247 号；永州市科技局课题，“基于 Android 平台的农
超对接信息服务平台”，永财企指[2015]25 号（序号 5）；湖南科技学院 2015 年课题，
“移动社交网络中基于区域互换的位置隐私保护模型研究”，项目编号：110391005；永
州市科技局 2015 年课题，“轨迹隐私保护在新型 4G 网络中的应用研究”，项目编号：
110371018；永州市科技局 2015 年课题，“六足机器人位姿控制及步态规划研究”，项
目编号：110371013；湖南科技学院 2015 年课题，“基于 Arduino 的多足机器人运动控
制系统研究”，项目编号：110391001。在此感谢这些课题的主持人。
由于时间紧迫，编者水平有限，加之计算机网络技术发展迅速，书中难免存在疏漏
和不妥之处，恳请广大读者不吝赐教。
编 者
2016 年 12 月

第1章 计算机网络概述 ....................................................................... 1
1.1 计算机网络的基础知识 ..............................................................................................1
1.1.1 计算机网络的基本概念........................................................................................1
1.1.2 计算机网络的基本功能.......................................................................................1
1.1.3 计算机网络的组成..............................................................................................3
1.2 计算机网络的产生和发展历程.................................................................................4
1.2.1 面向终端的计算机网络......................................................................................5
1.2.2 以资源共享为目标的计算机网络 .....................................................................5
1.2.3 标准化网络.........................................................................................................6
1.2.4 计算机网络的发展历程 .....................................................................................7
1.3 计算机网络分类 .......................................................................................................10
1.3.1 按网络覆盖的地理范围分类.............................................................................10
1.3.2 按网络的拓扑结构分类 .................................................................................... 11
1.3.3 按网络协议分类................................................................................................12
1.3.4 按传输介质分类................................................................................................12
1.3.5 按传播技术分类................................................................................................13
1.3.6 按网络操作系统分类 ........................................................................................13
1.4 计算机网络的性能 ...................................................................................................13
1.4.1 计算机网络的性能指标.....................................................................................13
1.4.2 计算机网络的非性能特征 ................................................................................17
1.5 计算机网络的发展趋势............................................................................................18
1.5.1 计算机网络发展现状.........................................................................................18
1.5.2 计算机网络发展方向 ........................................................................................19
小结...................................................................................................................................21
习题...................................................................................................................................21
第2章 数据通信基础..........................................................................22
2.1 数据通信基本知识 ..................................................................................................22
2.1.1 信息、数据、信号和信道................................................................................22
2.1.2 数据通信系统...................................................................................................24
2.2 数据传输介质..........................................................................................................24
目 录
2
计算机网络
2.2.1 双绞线...............................................................................................................25
2.2.2 同轴电缆 ..........................................................................................................27
2.2.3 光纤..................................................................................................................28
2.2.4 无线介质 ..........................................................................................................30
2.3 数据传输方式..........................................................................................................32
2.3.1 模拟传输与数字传输 .......................................................................................32
2.3.2 串行通信与并行通信.......................................................................................33
2.3.3 数据传输方向 ..................................................................................................34
2.3.4 同步传输与异步传输.......................................................................................34
2.3.5 基带传输与频带传输.......................................................................................35
2.4 数据编码技术..........................................................................................................36
2.4.1 数字信号模拟化时的编码方式 .......................................................................36
2.4.2 模拟信号数字化时的编码方式.......................................................................38
2.4.3 数字数据编码 ..................................................................................................39
2.5 多路复用技术..........................................................................................................40
2.5.1 频分多路复用...................................................................................................40
2.5.2 时分多路复用 ...................................................................................................41
2.5.3 波分多路复用技术 ..........................................................................................42
2.6 差错控制方法..........................................................................................................43
2.6.1 差错的产生原因...............................................................................................43
2.6.2 差错控制 ..........................................................................................................43
2.6.3 差错控制编码 ..................................................................................................44
小结...................................................................................................................................46
习题...................................................................................................................................46
第3章 计算机网络体系结构 ................................................................47
3.1 网络体系结构 ..........................................................................................................47
3.1.1 网络体系结构的发展........................................................................................47
3.1.2 协议与划分层次...............................................................................................48
3.1.3 网络体系结构相关概念 ...................................................................................50
3.2 网络体系结构参考模型...........................................................................................51
3.2.1 OSI参考模型.......................................................................................................51
3.2.2 OSI各层功能介绍.............................................................................................53
3.2.3 TCP/IP参考模型................................................................................................68
3.2.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较...........................................................72
3.2.5 具有五层协议的参考模型...............................................................................73
3.3 网际协议（IP）和IP地址........................................................................................74
3.3.1 网际协议...........................................................................................................74
3
目 录
3.3.2 IP地址 ...............................................................................................................76
3.3.3 IP地址的映射 ...................................................................................................77
3.3.4 子网掩码 ..........................................................................................................78
3.3.5 无分类编址方法CIDR.......................................................................................80
小结...................................................................................................................................81
习题...................................................................................................................................81
第4章 局域网...................................................................................82
4.1 局域网概述 ..............................................................................................................82
4.1.1 局域网的定义....................................................................................................82
4.1.2 局域网的分类...................................................................................................83
4.2 局域网介质访问控制方式......................................................................................84
4.2.1 载波侦听多路访问/冲突检测法（CSMA/CD）..............................................85
4.2.2 令牌环访问控制方式（Token Ring）.............................................................86
4.2.3 令牌总线访问控制方式（Token Bus）..........................................................87
4.3 局域网体系结构......................................................................................................88
4.3.1 局域网参考模型...............................................................................................88
4.3.2 IEEE 802标准.....................................................................................................89
4.4 局域网组网技术......................................................................................................90
4.4.1 以太网...............................................................................................................90
4.4.2 快速以太网 ......................................................................................................92
4.4.3 千兆位以太网 ..................................................................................................93
4.4.4 令牌环网络 ......................................................................................................95
4.4.5 FDDI光纤环网...................................................................................................96
4.4.6 ATM局域网.......................................................................................................97
4.5 局域网操作系统......................................................................................................98
4.5.1 网络操作系统概述...........................................................................................98
4.5.2 局域网操作系统的分类...................................................................................99
4.5.3 局域网操作系统的基本功能......................................................................... 100
4.5.4 几种典型的局域网操作系统..........................................................................101
小结.................................................................................................................................102
习题.................................................................................................................................103
第5章 广域网.................................................................................104
5.1 广域网概述 ............................................................................................................ 104
5.1.1 广域网简介...................................................................................................... 104
5.1.2 广域网与局域网的区别 ................................................................................. 105
5.1.3 数据交换技术................................................................................................. 106
4
计算机网络
5.2 公共传输系统及其接入技术..................................................................................111
5.2.1 公共交换电话网...............................................................................................111
5.2.2 公共传输系统接入方式...................................................................................111
5.3 X.25分组交换网......................................................................................................111
5.4 综合业务数字网.....................................................................................................113
5.5 数字数据网.............................................................................................................115
5.6 帧中继FR.................................................................................................................118
5.6.1 帧中继的工作原理..........................................................................................118
5.6.2 帧中继的帧格式 .............................................................................................121
5.6.3 帧中继的拥塞控制 ........................................................................................ 122
5.7 异步传输模式........................................................................................................ 124
5.7.1 ATM的基本概念.............................................................................................. 124
5.7.2 ATM的协议参考模型和信元结构 ................................................................. 125
5.7.3 ATM的逻辑连接机制..................................................................................... 130
5.7.4 AAL层举例：AAL5.......................................................................................... 133
5.8 网络互连................................................................................................................ 134
5.8.1 网络互连概述................................................................................................. 134
5.8.2 因特网接入技术 ............................................................................................ 136
5.8.3 网络互联实例 .................................................................................................137
小结.................................................................................................................................138
习题.................................................................................................................................138
第6章 Internet技术与应用................................................................139
6.1 Internet简介............................................................................................................ 139
6.2 Internet的组成....................................................................................................... 139
6.3 Internet的连接方式................................................................................................141
6.4 Internet的地址....................................................................................................... 146
6.4.1 IP地址.............................................................................................................. 146
6.4.2 域名与域名系统 ............................................................................................ 146
6.5 Internet基本服务....................................................................................................147
6.5.1 电子邮件E-mail...............................................................................................147
6.5.2 远程登录Telnet .............................................................................................. 149
6.5.3 BBS.................................................................................................................. 150
6.5.4 文件传输协议 .................................................................................................151
6.5.5 文件共享 ........................................................................................................ 153
6.5.6 Intranet技术.................................................................................................... 153
6.6 Internet基本应用................................................................................................... 158
6.6.1 WWW服务....................................................................................................... 158
5
目 录
6.6.2 即时通信软件 ................................................................................................ 159
6.6.3 电子商务 ........................................................................................................ 160
6.6.4 交互性社交网络 ............................................................................................ 165
小结.................................................................................................................................167
习题.................................................................................................................................168
第7章 网络管理与网络安全 ..............................................................169
7.1 网络管理 ................................................................................................................ 169
7.1.1 网络管理功能.................................................................................................. 169
7.1.2 网络管理协议 ..................................................................................................172
7.1.3 网络的日常管理和维护 ..................................................................................174
7.2 网络安全基础.........................................................................................................179
7.2.1 网络安全概述 ..................................................................................................179
7.2.2 密码学 ............................................................................................................ 180
7.3 数字签名................................................................................................................ 184
7.3.1 数字签名的基本原理 ..................................................................................... 184
7.3.2 数字签名的要求............................................................................................. 185
7.3.3 数字签名的分类............................................................................................. 185
7.3.4 数字签名的使用............................................................................................. 186
7.3.5 数字签名与手写签名的区别......................................................................... 188
7.4 数字证书................................................................................................................ 188
7.4.1 数字证书概述 ................................................................................................. 189
7.4.2 认证机构 .........................................................................................................191
7.5 因特网的安全协议................................................................................................ 193
7.5.1 SSL安全套接层协议........................................................................................ 193
7.5.2 SET安全电子交易协议 ................................................................................... 195
7.5.3 IPSec.................................................................................................................197
7.6 防火墙技术............................................................................................................ 199
7.6.1 防火墙概念..................................................................................................... 199
7.6.2 防火墙的特点.................................................................................................200
7.6.3 防火墙的类型.................................................................................................200
7.6.4 防火墙的实现方式.........................................................................................202
7.6.5 防火墙的选择.................................................................................................203
7.7 网络入侵检测........................................................................................................204
7.7.1 网络入侵检测的原理 .....................................................................................205
7.7.2 网络入侵检测的主要方法.............................................................................206
7.8 病毒防治................................................................................................................209
7.8.1 计算机病毒的概念 .........................................................................................209
6
计算机网络
7.8.2 计算机病毒的分类......................................................................................... 212
7.8.3 计算机病毒的传播途径及中毒症状............................................................. 214
7.8.4 计算机病毒防治措施..................................................................................... 215
小结.................................................................................................................................216
习题.................................................................................................................................217
第8章 计算机网络新技术 .................................................................218
8.1 因特网上的音频/视频服务................................................................................... 218
8.1.1 概述.................................................................................................................. 218
8.1.2 多媒体应用分类............................................................................................. 218
8.1.3 音频和视频压缩............................................................................................. 218
8.1.4 存储式音频和视频流媒体 ............................................................................. 219
8.2 无线网络................................................................................................................ 221
8.2.1 无线局域网概述............................................................................................. 221
8.2.2 无线局域网的特点及应用.............................................................................222
8.2.3 无线局域网的拓扑结构.................................................................................223
8.2.4．IEEE 802.11系列标准.......................................................................................224
8.3 下一代互联网........................................................................................................225
8.3.1 IP地址资源不足 ..............................................................................................225
8.3.2 IPv6的功能......................................................................................................227
8.3.3 IPv6的地址结构..............................................................................................227
8.3.4 从IPv4向IPv6过渡........................................................................................... 231
8.3.5 下一代互联网 ................................................................................................233
8.4 VPN接入.................................................................................................................236
8.5 Web3D技术 ...........................................................................................................239
8.5.1 Web3D技术的特点.........................................................................................240
8.5.2 基于Web的3D技术 ........................................................................................ 241
8.5.3 Web3D技术应用与发展 ................................................................................244
8.6 VOD技术................................................................................................................245
8.7 VoIP ........................................................................................................................248
8.7.1 VoIP概述..........................................................................................................248
8.7.2 VoIP控制协议 .................................................................................................248
8.7.3 VoIP的关键技术 .............................................................................................250
8.7.4 VoIP技术的优点 .............................................................................................250
8.7.5 VoIP应用现存的问题及解决办法.................................................................. 251
小结.................................................................................................................................252
习题.................................................................................................................................252
参考文献.........................................................................................253

张彬，湖南科技学院电子与信息工程学院实验实训部主任，湖南省计算机基础课示范中心副主任，湖南省电子信息与通信系统虚拟仿真实验中心副主任，中南大学计算机应用技术硕士学位毕业，承担多门计算机专业核心课程的教学工作，深受师生好评。主持、参与省级课题3项，主持市级课题4项，发表论文20余篇，出版教材1部，参编教材2部，自编教材3部，指导学生获校级以上奖励5次。获得“湖南省优秀实验（实践）教师”、“永州市青年岗位能手”、“湖南科技学院青年教学能手”、“湖南科技学院优秀教学奖”，“湖南科技学院优秀党员标兵”、“湖南科技学院服务育人好员工”等荣誉称号。目前研究方向：智能信息处理、网络与网络安全、嵌入式系统。

段国云（1982—），男，汉族，中共党员，硕士，副教授/工程师，湖南永州人。主要研究方向为网络与信息安全、Web技术。主持和参加国家级、省级课题多项。主持及参与编写教材四本，获国家三项专利，在国家核心刊物和省级以上刊物发表科研论文20余篇。