计算机网络是计算机专业的一门重要的专业课程，国内外关于计算机网络的教材品种众多、
各具特色，本书的特点在于不仅着重讲解计算机网络基础理论知识，同时又重视实训和应用，重
视培训学生的技能。
全书共分为9 章，主要内容有计算机网络的发展、定义、体

据中国互联网络信息中心（CNNIC）发布第40次《中国互联网络发展状况统计报告》
显示，截至2017年6月，中国网民规模达7.51亿。目前中国计算机网络发展迅速，已
经成为应用为活跃的领域，也是支撑全球信息交流互通的重要支柱。在当今的信息时
代，计算机网络正保持着快速的发展，各类应用规模呈上升趋势，即时通信、搜索引擎、
网络新闻、网络支付等大大丰富了人们的生活，同时也在逐步改变着人们的生活方式、
工作方式与思维方式，必将对人类社会的进步产生重要而深远的影响。
计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学
科，涉及的知识点多且复杂，但经过几十年的发展，目前已经形成了比较完善的体系，
并带动了移动互联网、物联网等相关技术的高速发展。因此，针对计算机网络技术发
展迅速、应用广、知识多、更新快的特点，同时也作为一门高等院校重要的计算机专
业类课程，仍然需要不断地建设和完善相关教材来充实和提升其内容、技术、应用和
发展。
近年来，我国在互联网技术、产业应用以及跨界融合等方面取得了积极进展，已具
备加快推进“互联网+”发展的坚实基础，为了顺应世界“互联网+”发展趋势，本书以
培养计算机网络高级技能人才为目标，力图将互联网思维的理念和方法融入到各章内容
中。在内容结构的组织上，以计算机网络应用模块化为导向来讲述网络基本的工作原
理和知识点，同时加入当前网络技术发展的新技术和关注热点，保证知识的先进性和
系统性。另外，通过实训练习来巩固读者知识掌握和提升具体应用技能，力求使读者在
掌握计算机网络工作原理和相关技术的同时，能进行网络系统的规划、设计和网络设备
的软硬件安装调试工作，能进行网络系统的运行、维护和管理，能高效、可靠、安全地
管理网络资源，学会解决网络出现的基本问题，并且还能持续不断地对迅速发展的网络
新技术具备自主学习能力。本书也考虑了全国计算机等级考试及网络管理员考试所要求
的基本内容，有助于读者通过相关科目的认证考试。
全书共分9章：
第1 章计算机网络概述，介绍了计算机网络的发展、定义、基本概念、拓扑结构
和接入方式以及相关的数据通信基础知识。
第2 章网络体系结构与网络协议，重点讨论了网络体系结构与网络协议的基本概
念，详细介绍了计算机网络参考模型及各个模型的不同层次的主要功能，重点介绍了
OSI 模型七层协议的作用和TCP/IP 模型四层协议的作用，并对OSI 参考模型和TCP/IP
参考模型进行了比较与分析。
第3 章典型企业网络架构，重点讨论了常见的企业网络架构模式，不同工作环境
FOREWORD
前 言
·2·
计算机网络基础
中使用的不同传输媒体，同时介绍了常用的网络设备。
第4章IP网络基础，讨论了以太网的帧结构，分层模型中数据传输过程，并介绍了IP
编址及相关概念，重点讨论了NAT技术、ARP协议、传输层协议、HDLC协议和PPP协议。
第5 章交换技术，先介绍经典的局域网交换技术，再扩展开来，讲解在物理层和
数据链路层上扩展以太网，进一步阐述生成树协议（STP）的作用和工作原理，再进行
传统局域网与虚拟局域网的比较，让读者清楚虚拟局域网的作用。
第6 章路由技术，讨论了网络层的主要设备——路由器，先介绍路由器的作用、
路由的选择和分组数据转发原理；再进行路由算法的介绍，包括优化原则、短路
径算法、距离矢量路由算法和链路状态路由算法，进一步加深读者对路由器的认识和
掌握。另外，还讨论了内部和外部网关的相关协议。
第7章典型的应用层协议，讨论了常用域名系统DNS 的工作原理、远程终端协议
Telnet 的工作过程、主机配置与动态主机配置DHCP 的应用、文件传输协议FTP 的作用，
通过学习这些常见的应用层协议，加大读者对应用层特点的理解。
第8章网络新技术，讨论了计算机网络在不断发展和变化中较为流行的新技术——移
动互联网技术和物联网技术，着重对两种网络新技术的起源、定义、体系结构和关键技术
的概要性知识作介绍。
第9 章网络安全，主要介绍了网络安全的基本概念和重要性，及网络安全研究的
基本问题和主要网络安全技术，重点介绍了加密技术、数字签名、VPN 技术、防火墙技
术以及入侵检测技术等。
在本书的编写过程中，编者参考了近年来比较新的文献资料，在写作中力求做到
层次清晰、论述严谨、循序渐进、内容丰富、应用性强。
本文由蔡龙飞、许喜斌任主编，林虹虹、陈科桦、赵小蕾、何洁、何芳任副主编。
其中：第1章由何洁编写，第2、3 章由林虹虹（企业工程师）编写，第4 章由蔡龙飞
编写，第5、6 章由赵小蕾编写，第7 章由陈科桦编写，第8 章由何芳编写，第9 章由
许喜斌编写。全书由蔡龙飞、许喜斌统稿。
在本书的编写过程中，中国铁道出版社的编辑给予了很大的支持，在此表示衷心
的感谢。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中难免存在疏漏与不足之处，敬请广大读
者和同仁不吝赐教、拨冗指正。
编 者
2017 年8 月

第1 章 计算机网络概述........................1
1.1 计算机网络的产生与发展.......... 1
1.1.1 面向终端的计算机网络——第
一代计算机网络........................ 1
1.1.2 分组交换网——第二代计算机
网络........................................... 2
1.1.3 标准化的计算机网络——第三
代计算机网络........................... 4
1.1.4 Internet——第四代计算机
网络........................................... 4
1.2 计算机网络的功能..................... 5
1.3 计算机网络的定义、组成与
分类............................................. 6
1.3.1 计算机网络的定义.................... 6
1.3.2 计算机网络的组成.................... 6
1.3.3 计算机网络的分类.................... 8
1.4 计算机网络拓扑结构............... 10
1.4.1 总线网络................................. 10
1.4.2 星状网络................................. 10
1.4.3 环状网络................................. 11
1.4.4 树状网络................................. 11
1.4.5 网状网络................................. 12
1.5 网络交换技术........................... 13
1.6 Internet 接入方式...................... 14
1.6.1 电信网接入............................. 14
1.6.2 局域网接入............................. 16
1.6.3 有线电视网接入...................... 17
实训练习............................................ 17
实训1 认识实训室网络及设备....... 17
实训2 学习制作双绞线................... 18
小结 .................................................. 21
习题 .................................................. 21
第2 章 网络体系结构与网络协议.......23
2.1 网络协议................................... 23
2.2 计算机网络体系结构的基本
概念.......................................... 24
2.2.1 邮政通信系统.......................... 24
2.2.2 计算机网络体系结构.............. 25
2.3 参考模型................................... 26
2.3.1 OSI 参考模型.......................... 27
2.3.2 TCP/IP 参考模型..................... 29
2.3.3 OSI 参考模型和TCP/IP 参考
模型的比较.............................. 30
2.3.4 本书使用的模型...................... 31
2.3.5 面向连接服务与无连接服务... 32
2.4 网络标准化............................... 33
2.4.1 电信领域有影响力的组织...... 33
2.4.2 国际标准领域有影响力的
组织.......................................... 34
2.4.3 Internet 标准领域有影响力的
组织.......................................... 34
实训练习............................................ 34
实训1 学习ipconfig/ping命令的功能
及作用................................... 34
实训2 学习使用tracert 命令........... 38
小结 .................................................. 40
习题 .................................................. 40
第3 章 典型企业网络架构..................43
3.1 常见企业网络架构................... 43
3.2 传输媒介................................... 44
3.2.1 导引型传输媒介...................... 45
3.2.2 非导引型传输媒介.................. 47
3.3 网络设备................................... 49
3.3.1 集线器...................................... 49
3.3.2 交换机...................................... 50
CONTENTS
目 录
·2·
计算机网络基础
3.3.3 路由器..................................... 51
3.3.4 防火墙..................................... 51
3.3.5 无线接入点............................. 52
实训练习............................................ 52
实训1 认识Packet Tracer 的使用
方法...................................... 52
实训2 实现交换机局域网构建....... 55
小结 .................................................. 58
习题 .................................................. 58
第4 章 IP 网络基础............................59
4.1 以太网的帧结构....................... 59
4.1.1 分层模型中数据传输过程...... 59
4.1.2 以太网帧结构......................... 60
4.1.3 数据链路层帧校验.................. 62
4.2 IP 编址...................................... 63
4.2.1 IP 地址的分类......................... 63
4.2.2 子网地址与子网掩码.............. 65
4.2.3 超网与CIDR........................... 66
4.2.4 IP 报文结构与首部格式......... 67
4.3 NAT 技术.................................. 69
4.3.1 NAT 术语................................. 70
4.3.2 NAT 实现方式......................... 71
4.3.3 NAT 实例分析......................... 71
4.4 下一代网际协议IPv6............... 73
4.4.1 IPv6 的首部............................. 74
4.4.2 IPv6 寻址................................. 75
4.4.3 IPv4 到IPv6 的过渡技术........ 76
4.5 ARP 协议.................................. 77
4.5.1 ARP 数据包格式..................... 77
4.5.2 ARP 工作过程......................... 78
4.5.3 ARP 代理................................. 79
4.5.4 免费ARP................................. 80
4.6 传输层协议............................... 81
4.6.1 端口号的分配方法.................. 81
4.6.2 TCP、UDP 协议与应用层
协议的关系............................. 82
4.6.3 TCP 协议................................. 83
4.6.4 UDP 协议................................. 90
4.7 HDLC 协议............................... 91
4.7.1 HDLC 协议相关概念.............. 92
4.7.2 HDLC 协议帧结构.................. 93
4.7.3 HDLC 协议的帧类型.............. 94
4.7.4 HDLC 协议工作实例.............. 95
4.7.5 HDLC 协议的优点.................. 97
4.8 PPP 协议................................... 97
4.8.1 PPP 协议的组成...................... 98
4.8.2 PPP 协议的帧结构.................. 98
4.8.3 PPP 协议的协商过程.............. 99
4.8.4 PPP 协议身份验证方式........ 100
实训练习.......................................... 101
实训1 实现NAT 配置................... 101
实训2 学习ARP 工作过程........... 103
小结 ................................................ 105
习题 ................................................ 105
第5 章 交换技术..............................108
5.1 经典局域网的交换技术......... 108
5.1.1 CSMA/CD 协议..................... 108
5.1.2 二进制指数退避技术............ 110
5.2 扩展局域网..............................111
5.2.1 在物理层扩展以太网............ 112
5.2.2 在数据链路层扩展以太网.... 113
5.3 生成树协议..............................114
5.3.1 环路引起的问题.................... 114
5.3.2 生成树协议的工作原理........ 116
5.4 交换式以太网..........................116
5.5 虚拟局域网..............................117
5.5.1 传统局域网与虚拟局域网.... 117
5.5.2 VLAN 帧结构........................ 119
实训练习.......................................... 120
实训1 实现虚拟局域网VLAN 基本
配置.................................... 120
实训2 学习快速生成树RSTP
配置.................................... 123
小结 ................................................ 125
·3·
目 录
习题 ................................................ 126
第6 章 路由技术..............................128
6.1 路由选择及分组转发............. 128
6.2 路由算法................................. 130
6.2.1 优化原则........................... 130
6.2.2 短路径算法....................... 130
6.2.3 距离矢量路由算法................ 132
6.2.4 链路状态路由算法................ 133
6.3 内部网关协议和外部网关
协议......................................... 135
实训练习.......................................... 137
实训1 实现RIP 路由协议配置..... 137
实训2 实现路由器OSPF协议单区域
配置.................................... 140
小结 ................................................ 142
习题 ................................................ 142
第7 章 典型的应用层协议................144
7.1 域名系统DNS ........................ 144
7.1.1 域名系统概述....................... 145
7.1.2 因特网的域名空间................ 145
7.1.3 域名服务器........................... 147
7.1.4 域名解析的过程.................... 149
7.2 远程终端协议Telnet .............. 151
7.2.1 Telnet 协议概述..................... 151
7.2.2 Telnet 协议基本工作原理..... 152
7.2.3 Telnet 协议工作过程............. 154
7.3 主机配置与动态主机
配置DHCP ............................. 156
7.3.1 DHCP 报文类型.................... 156
7.3.2 DHCP 的工作流程................ 157
7.3.3 DHCP 的报文格式................ 158
7.4 文件传输协议......................... 159
7.4.1 FTP 基本工作原理................ 159
7.4.2 FXP 文件交换协议............... 161
7.4.3 简单文件传输协议................ 161
实训练习.......................................... 163
实训1 DNS 服务器的配置............ 163
实训2 FTP 服务器的配置............. 166
小结 ................................................ 171
习题 ................................................ 171
第8 章 网络新技术...........................172
8.1 移动互联网技术..................... 172
8.1.1 移动互联网的定义................ 172
8.1.2 移动互联网的体系结构与参考
模型........................................ 173
8.1.3 移动互联网的关键技术........ 174
8.1.4 移动IP 技术.......................... 175
8.2 物联网技术............................. 176
8.2.1 物联网的起源与发展............ 176
8.2.2 物联网的定义........................ 178
8.2.3 物联网的层次结构................ 179
8.2.4 物联网的关键技术................ 180
实训练习.......................................... 185
实训1 学习配置和规划WLAN .... 185
实训2 实现无线局域网的配置及
组建..................................... 188
小结 ................................................ 196
习题 ................................................ 196
第9 章 网络安全..............................198
9.1 网络安全概述......................... 198
9.2 加密技术................................. 200
9.2.1 密码学概述............................ 200
9.2.2 对称密钥算法........................ 201
9.2.3 公钥密码算法........................ 207
9.2.4 密码协议................................ 210
9.2.5 数字签名................................ 211
9.3 VPN 技术................................ 212
9.3.1 VPN 概述............................... 212
9.3.2 VPN 的组网方式................... 213
9.3.3 VPN 的体系结构................... 215
·4·
计算机网络基础
9.3.4 VPN 的关键技术................... 215
9.3.5 IPSec VPN............................. 219
9.4 防火墙技术............................. 221
9.4.1 防火墙的设计策略................ 222
9.4.2 包过滤技术........................... 223
9.4.3 代理服务技术....................... 225
9.4.4 状态监视技术....................... 226
9.5 入侵检测技术......................... 227
9.5.1 入侵检测的概念.................... 227
9.5.2 入侵检测的分类.................... 228
9.5.3 通用入侵检测框架................ 231
实训练习.......................................... 233
实训1 学习防火墙的设置及
使用..................................... 233
实训2 杀毒软件的安装与使用..... 235
小结 ................................................ 237
习题 ................................................ 237
参考文献.............................................239

蔡龙飞，男，教授，硕士生导师。软件技术专业带头人，就职于广东工程职业技术学院，2012年主持软件技术专业成功申报广东省示范性软件学院建设项目，2013年主持成功申报省级校外实践基地"软件技术专业群蓝盾校外实训基地"，2014年主持成功申报省级实训基地"软件技术专业实训基地"，2009年主持广东省科学技术厅高新技术产业化项目"基于移动存储和软件关联互控的加密和自毁技术"研发（2012年已结项），参与国家自然科学基金项目1项、广东省自然科学基金项目1项、广东省科技计划项目1项，对外技术服务项目4项，近5年主持省级教育教学改革项目2项，校内项目8项。

许喜斌，讲师，就职于广东工程职业技术学院，大学毕业至今一直在高等院校从事计算机教学与科研工作，具有多年的计算机基础教育工作经验，主持、参与多项教研与科研工作，发表多篇学术论文，主编、参编多部教材。