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作者：徐立新编

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2012-09-01

书籍编号：30470922

ISBN：9787115291615

正文语种：中文

字数：458568

版次：1

所属分类：教材教辅-中职/高职

版权信息

书名：计算机网络技术

作者：徐立新

ISBN：9787115291615

版权所有 · 侵权必究

前言

本书被评为教育部高职高专计算机类专业教学指导委员会优秀教材。

随着计算机技术和通信技术的飞速发展，计算机网络及其技术日新月异，计算机网络的应用逐步普及，人们的工作和生活已离不开网络，学习和掌握计算机网络技术的基本知识和应用技能已成为高等学校各专业学生的基本素质和能力需求。本书依据高等职业院校计算机类专业的培养目标及非计算机专业的计算机网络技术基本知识和能力的需求，结合目前国内外计算机网络发展的最新动态和成果，基于工作过程导向，结合典型项目驱动，以能力培养为本位，以职业技能训练为核心，突出理论与实践的深度融合，力争使学生了解和掌握计算机网络技术的基础知识和基本技能，满足高素质应用性、技能型计算机网络技术人才培养的职业和岗位需求。

本书是作者在结合近20 年从事计算机类专业和非计算机类专业所讲授的计算机网络技术及组网技术与工程等课程的理论和实践教学的经验基础上精心编写而成的。全书共分上下两篇。上篇为网络技术基础篇，力求计算机网络基础知识体系的完整和实际够用，下篇为网络技术实践篇，突出网络技术典型项目和任务的实践性。

上篇包括计算机网络概论、数据通信基础知识、计算机网络体系结构、局域网技术、广域网技术与Internet、计算机网络应用、无线局域网技术、IPv6 技术、网络安全这9 章内容，侧重于计算机网络方面的基本知识和典型技术，使学生在知识结构上具备职业或岗位群所需的基础知识，为培养高素质技能型人才奠定理论基础。下篇包括网络互连技术及项目综合实训这2 章内容，侧重于计算机网络的组网技术与工程，锻炼学生的实践技能，使其在能力结构上更好地满足职业或岗位所需，为培养高素质技能型人才奠定能力基础。

本书的编写力求体现课程教学目标的职业性、内容选取的实用性、教学过程的实践性等高等职业教育特点。

1．从职业岗位的细分出发，依据实际工作任务进行课程内容的职业化设计，体现课程教学目标的职业性。

编写组依据我们近几年对企业“计算机网络技术”相关岗位人才所应具备的职业能力和技能要求的调研，结合岗位能力和技能的实际需求和学生认知的特点，按照规划、建设、测试、维护和管理等工作过程和任务的需要来选择本教材编写的必要知识点，以典型项目为中心整合理论与实践，做到理论必需和够用，突出课程知识的实用性、综合性和先进性，达到着重培养学生的职业能力和职业素养，真正实现课程教学目标的职业性要求。

2．从职业岗位的需要出发，对职业与岗位所需的网络知识和能力进行重构和排序，体现课程教学内容的实用性。

作为计算机网络的最基础理论和知识，包括计算机网络概述、数据通信基础、计算机网络体系结构三章，我们以后续应用够用为标准，简化了详细且难学的原理分析，如ISO/OSI 七层模型，我们做了以讲授各层的功能、作用及相关的标准、协议和设备为主，淡化了原理与协议分析的改革。作为计算机网络的基本技术，我们依据当前网络应用的现状，重新编写了局域网技术、广域网技术、Internet 技术、无线局域网技术、网络安全技术等章节，删去了过时和不必要的内容，使得教材内容更新，更贴近实际，更反映当前的应用要求。同时，全书补充了截止到2012 年5 月已正式发布的许多新标准、技术和产品。

3．从学生的能力培养出发，以真实且典型的项目为实训平台，体现课程教学过程的实践性。

高等职业院校应将理论实践适度结合，过分强调理论，就会使培养的学生动手能力较差，与高等职业教育人才培养的目标不相符；过分强调实践，又会使培养的学生无发展后劲，与社会技能培训无差别。本书在上篇讲述计算机网络技术基本知识和理论的基础上，下篇主要涵盖了局域网组网工程中所需掌握的网络传输介质使用、网络互连设备使用及典型网络工程项目分解实训和综合项目实施等内容，较好地体现了理论和实践上的结合，突出了高素质技能型人才培养的实践能力要求，力争实现人才培养与职业岗位需求的对接。

为方便教师教学，本书配备了PPT 电子教案、教学大纲等丰富的教学资源。任课教师可登录人民邮电出版社教学服务与资源网（www.ptpedu.com.cn）免费下载使用。

本书由河南机电高等专科学校主持编写。徐立新负责全书的构思、统稿工作，并撰写了第10章，吕书波负责撰写第5 章、第8 章，邵明珠负责撰写第1 章、第3 章，马同伟负责撰写第7 章、第9 章，解瑞云负责撰写第2 章，赵开新负责撰写第4 章、第11 章，王明婓负责撰写第6 章。广州番禺职业技术学院的贺平教授担任本书的主审。在全书构思和编写的过程中，甘勇教授、徐久成教授等提出了许多宝贵的意见和建议，在此表示衷心的感谢。同时我们也恳请广大教师和读者，对本书的不足之处，提出宝贵的意见。

编者

2012年7月

上篇　计算机网络技术基础

第1章　计算机网络概述

计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，它的诞生使计算机体系结构发生了巨大变化，在当今社会经济中起着非常重要的作用，它对人类社会的进步做出了巨大贡献。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术水平，而且已经成为衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。本章将从计算机网络的形成和发展开始，介绍计算机网络的基本概念、计算机网络拓扑结构分类等知识。

本章主要学习内容

●计算机网络的发展过程。

●计算机网络定义、组成、分类等基本概念。

●计算机网络常见的网络拓扑结构。

1.1　计算机网络形成与发展

1.1.1　计算机网络的形成过程

任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：即强烈的社会需求与先期技术的成熟。计算机网络技术的形成与发展也证实了这条规律。

一般来讲，计算机网络的发展可分为四个阶段。

第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成传统意义上的计算机网络，主要特征为：单主机的远程联机系统。

第二阶段：在计算机通信网络的基础上，完成网络体系结构与协议的研究，形成了现代意义的计算机网络，主要特征为：以资源共享为目的的多主机、多终端的互连通信网络。

第三阶段：在解决计算机连网与网络互联标准化问题的背景下，提出开放系统互联参考模型与协议，形成了现代意义上标准化的计算机网络，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展，主要特征为：面向全球范围的开放式、标准化计算机网络。

第四阶段：计算机网络向互联、高速、智能化方向发展，并获得广泛的应用，主要特征为：面向更多新应用的高速、智能化的计算机网络。

1.1.2　单主机远程联机系统

1946 年世界上第一台电子数字计算机ENIAC 在美国诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系。20 世纪50 年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统SAGE 进行了计算机技术与通信技术相结合的尝试。它将远程雷达与其他测量设施测到的信息通过总长度达到241 万千米的通信线路与一台IBM 计算机连接，进行集中的防空信息处理与控制。要实现这样的目的，首先要完成数据通信技术的基础研究。在这项研究的基础上，人们完全可以将地理位置分散的多个终端通信线路连到一台中心计算机上。用户可以在自己的办公室内的终端输入程序，通过通信线路传送到中心计算机，分时访问和使用其资源进行信息处理，处理结果再通过通信线路回送到用户终端显示或打印。人们把这种以单个为中心的联机系统称作面向终端的远程联机系统。

当时，计算机主机昂贵，而通信线路和通信设备的价格相对便宜，为了共享主机资源和进行信息的采集及综合处理，联机终端网络是一种主要的系统结构形式，这种以单计算机为中心的联机系统如图1-1 所示。

图1-1　单计算机为中心的远程联机系统

在单处理机联机的网络中，已涉及多种通信技术、多种数据传输设备和数据交换设备等。从计算机技术上来看，这是由单用户独占一个系统发展到分时多用户系统，即多个终端用户分时占用主机上的资源，这种结构被称为第一代网络。在单处理机联机网络中，主机既要承担通信工作又要承担数据处理，因此，主机的负荷较重，且效率低。另外，每一个分散的终端都要单独占用一条通信线路，线路利用率低，且随终端用户的增多，系统费用也在增加。因此，为了提高通信线路的利用率并减轻主机的负担，便使用了多点通信线路、集中器以及通信控制主机。多点通信线路就是在一条通信线路上连接多个终端，如图1-2 所示，多个终端可以共享同一条通信线路与主机进行通信。由于主机与终端间的通信具有突发性和高带宽的特点，所以各个终端与主机间的通信可以分时地使用同一高速通信线路。相对于每个终端与主机之间都设立专用通信线路的配置方式，这种多点线路能极大地提高信道的利用率。

图1-2　多点通信线路

通信控制处理机（Communication Control Processor，CCP）或称前端处理机（Front End Processor，FEP）的作用就是要完成全部的通信任务，让主机专门进行数据处理，以提高数据处理的效率，如图1-3 所示。

图1-3　使用通信控制处理机和集中器的通信系统

上图就是为减轻中心计算机的负载，在通信线路和计算机之间设置了一个前端处理机FEP 或通信控制器CCU 专门负责与终端之间的通信控制，使数据处理和通信控制分工。在终端机较集中的地区，采用了集中管理器（集中器或多路复用器）用低速线路把附近群集的终端连起来，通过Modem 及高速线路与远程中心计算机的前端机相连。这样的远程联机系统既提高了线路的利用率，又节约了远程线路的投资。

20 世纪60 年代初美国航空公司建成的由一台计算机与分布在全美国的2 000 多个终端组成的航空订票系统SABRE-1 就是这种计算机通信网络。

1.1.3　多主机互联系统

随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互联的需求。这种需求主要来自军事、科学研究、地区与国家经济信息分析决策、大型企业经营管理。用户希望将分布在不同地点的计算机通过通信线路互联成为计算机—计算机网络。网络用户可以通过计算机使用本地计算机的软件、硬件与数据资源，也可以使用连网的其他地方的计算机软件、硬件与数据资源，以达到计算机资源共享的目的。这一阶段研究的典型代表是美国国防部高级研究计划局（Advanced Research Projects Agency，ARPA）的ARPAnet（通常称为ARPA 网）。1969 年美国国防部高级研究计划局提出将多个大学、公司和研究所的多台计算机互联的课题。1969 年ARPA 网只有4 个节点，1973 年发展到40 个节点，1983 年已经达到100 多个节点。ARPA 网通过有线、无线与卫星通信线路，使网络覆盖了从美国本土到欧洲与夏威夷的广阔地域。ARPR 网是计算机网络技术发展的一个重要的里程碑，它对发展计算机网络技术的主要贡献表现在以下几个方面。

（1）完成了对计算机网络的定义、分类与子课题研究内容的描述。

（2）提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念。

（3）研究了报文分组交换的数据交换方法。

（4）采用了层次结构的网络体系结构模型与协议体系。

ARPR 网络研究成果对推动计算机网络发展的意义是深远的。在它的基础之上，20 世纪七八十年代计算机网络发展十分迅速，出现了大量的计算机网络，仅美国国防部就资助建立了多个计算机网络。同时还出现了一些研究试验性网络、公共服务网络、校园网，例如，美国加利福尼亚大学劳伦斯原子能研究所研究的OCTOPUS 网、法国信息与自动化研究所的CYCLADES 网、国际气象监测网WWWN、欧洲情报网EIN 等。

计算机网络的资源子网与通信子网的结构使网络的数据处理与数据通信有了清晰的功能界面。计算机网络可以分成资源子网与通信子网来组建。通信子网可以是专用的，也可以是公用的。为每一个计算机网络都建立一个专用通信子网的方法显然是不可取的，因为专用通信子网造价很高、线路利用率低，重复组建通信子网投资很大，同时也没有必要。随着计算机网络与通信技术的发展，20 世纪70 年代中期世界上便出现了由国家邮电部门统一组建和管理的公用通信子网，即公用数据网PDN。早期的公用数据网采用模拟通信的电话通信网，新型的公用数据网采用数字传输技术和报文分组交换方法。典型的公用分组交换数据有美国的TELENET、加拿大的DATAPAC、法国的TRANSPAC、英国的PSS、日本的DDX 等。公用分组交换网的组建为计算机网络的发展提供了良好的外部通信条件。

以上所讲的是利用远程通信线路组建的远程计算机网络，也称为广域网（WAN，Wide Area Network）。随着计算机的广泛应用，局部地区计算机连网的需求日益强烈。20 世纪70 年代初，一些大学和研究所为实现实验室或校园内多台计算机共同完成科学计算和资源共享的目的，开始了局部计算机网络的研究。1972 年美国加州大学研制了Newhall 环网；1976 年美国Xerox 公司研究了总线拓扑的实验性Ethernet 网；1974 年英国剑桥大学研制了Cambridge ring 环网。这些都为20 世纪80 年代多种局部网产品的出现提供了理论研究与实现技术的基础，对局部网络技术的发展起到了十分重要的作用。

与此同时，一些大的计算机公司纷纷开展了计算机网络研究与产品开发工作，提出了各种网络体系结构与网络协议，如IBM 公司的SNA（System Network Architecture）、DEC 公司的DNA （Digital Network Architecture）与UNIVAC 公司的DCA（Distributed Computer Architecture）。

计算机网络发展第二阶段所取得的成果对推动网络技术的成熟和应用极其重要，它研究的网络体系结构与网络协议的理论成果为以后网络理论的发展奠定了基础。很多网络系统经过适当修改与充实后仍在广泛使用。目前国际上应用广泛的Internet 网络就是在ARPA 网的基础上发展起来的。但是，20 世纪70 年代后期人们已经看到了计算机网络发展中出现的危机，那就是网络体系结构与协议标准的不统一限制了计算机网络自身的发展和应用。网络体系结构与网络协议标准必须走国际标准化的道路。

1.1.4　标准化计算机网络

计算机网络发展的第三阶段是加速体系结构与协议国际标准化的研究与应用。国际标准化组织ISO 的计算机与信息处理标准化技术委员会TC97 成立了一个分委员会SC16，研究网络体系结构与网络协议国际标准化问题。经过多年卓有成效的工作，ISO 正式制订、颁布了“开放系统互联参考模型”（OSI RM，Open System Interconnection Reference Model），即ISO/IEC 7498 国际标准。ISO/OSI RM 已被国际社会所公认，成为研究和制订新一代计算机网络标准的基础。20 世纪80 年代，ISO 与CCITT（国际电话电报咨询委员会）等组织为参考模型的各个层次制订了一系列的协议标准，组成了一个庞大的OSI 基本协议集。我国也于1989 年在《国家经济系统设计与应用标准化规范》中明确规定选定OSI 标准作为我国网络建设标准。ISO/OSI RM 及标准协议的制定和完善正在推动计算机网络朝着健康的方向发展。很多大的计算机厂商相继宣布支持OSI 标准，并积极研究和开发符合OSI 标准的产品。各种符合OSI RM 与协议标准的远程计算机网络、局部计算机网络与城市地区计算机网络已开始广泛应用。随着研究的深入，OSI 标准将日趋完善。

如果说远程计算机网络扩大了信息社会中资源共享的范围，那么局部网络则是增强了信息社会中资源共享的深度。局部网络是继远程网之后又一个网络研究与应用的热点。远程网技术与微型机的广泛应用推动了局部网络技术研究的发展。局域网络可分为局部区域网（LAN）、高速局部网（HSLN）和计算机交换机（CBX）三类。到了20 世纪八九十年代，局域网技术发生了突破性进展。在局域网领域中，采用Ethernet、Token Bus、Token Ring 原理的局域网产品形成了三足鼎立之势，采用光纤传输介质的FDDI 产品在高速与主干环网应用方面起到了重要作用。20 世纪90 年代局域网技术在传输介质、局域网操作系统与客户/服务器（Client/Server）应用方面取得了重要的进展。由于数据通信技术的发展，在Ethernet 网中用非屏蔽双绞线实现了10Mbit/s 的数据传输。在此基础上形成了网络结构化布线技术，使Ethernet 网在办公自动化环境中得到更为广泛的应用。局域网操作系统Novell NetWare、Windows NT Server、IBM LAN Server 使局域网应用进入成熟的阶段。客户/服务器应用使网络服务功能达到更高水平。

1.1.5　计算机网络的发展

目前计算机网络的发展正处于第四阶段。这一阶段计算机网络发展的特点是：互联、高速、智能与更为广泛的应用。

Internet 是覆盖全球的信息基础设施之一，对于用户来说，它像是一个庞大的远程计算机网络。用户可以利用Internet 实现全球范围的电子邮件、电子传输、信息查询、话音与图像通信服务功能。实际上Internet 是一个用路由器（Router）实现多个远程网和局域网互联的网际网，到1998年连入Internet 的计算机数量已达4 000 万台之多。它将对推动世界经济、社会、科学、文化的发展产生不可估量的作用。

在互联网发展的同时，高速与智能网的发展也引起人们越来越多的注意。高速网络技术发展表现在宽带综合业务数据网B-ISDN、帧中继、异步传输模式（ATM）、高速局域网、交换局域网与虚拟网络上。随着网络规模的增大与网络服务功能的增多，各国正在开展智能网络（IN，Intelligent Network）的研究。

计算机网络技术的迅速发展和广泛应用必将对21 世纪的经济、教育、科技、文化的发展产生重要影响。

1.2　计算机网络的基本概念

1.2.1　计算机网络的定义

对计算机网络的定义没有统一的标准，根据计算机网络发展的阶段或侧重点的不同，对计算机网络有几种不同的定义。根据目前计算机网络的特点，侧重资源共享和通信的计算机网络定义更准确地描述了计算机网络的特点。

计算机网络是通过通信设备和通信线路，将分布在不同地理位置且功能独立的多个计算机系统相互连接起来，按照相同的通信协议，在网络操作系统的管理和控制下，实现资源共享和高速通信的系统。

一般来讲，计算机网络构成的要素有4 点。

（1）两台或两台以上功能独立的计算机互连接起来，以达到相互通信的目的。

（2）计算机之间要用通信设备和传输介质连接起来。

（3）计算机之间通信要遵守相同的网络通信协议。

（4）具备网络软件、硬件资源管理功能，以达到资源共享的目的。

1.2.2　计算机网络的组成

1．计算机网络的逻辑组成

计算机网络按逻辑功能可分为资源子网和通信子网两部分。

资源子网是计算机网络中面向用户的部分，负责数据处理工作，相当于OSI 模型中的高四层的功能，有关OSI 模型会在本书第3 章讲授。它包括网络中独立工作的计算机及其外围设备、软件资源和整个网络共享数据。

通信子网是网络中的数据通信系统，它由用于信息交换的网络节点处理机和通信链路组成，主要负责通信处理工作，相当于OSI 模型中的低三层的功能。如网络中的数据传输、加工、转发和变换等。

若只是访问本地计算机，则只在资源子网内部进行，无须通过通信子网。若要访问异地计算机资源，则必须通过通信子网。为了使网络内各计算机之间的通信可靠、有效，通信各方必须共同遵守统一的通信规则，即通信协议。通过它可以使各计算机之间相互理解会话、协调工作，如OSI 参考模型和TCP/IP 协议等。

2．计算机网络的物理组成

计算机网络按物理结构可分为网络硬件和网络软件两部分，一个计算机网络的物理组成如图1-4 所示。

图1-4　计算机网络的物理组成

在计算机网络中，网络硬件对网络的性能起着决定性作用，它是网络运行的实体。而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。

（1）计算机网络硬件。计算机网络硬件是计算机网络的物质基础，一个计算机网络就是通过网络设备和通信线路将不同地点的计算机及其外围设备在物理上实现连接。因此，网络硬件主要由可独立工作的计算机、网络设备和传输介质等组成。

①计算机。可独立工作的计算机是计算机网络的核心，也是用户主要的网络资源。根据用途的不同可将其分为服务器和网络工作站。

●服务器。一般由功能强大的计算机担任，如小型计算机、专用PC 服务器或高档微机。它向网络用户提供服务，并负责对网络资源进行管理。一个计算机网络系统至少要有一台或多台服务器，根据服务器所担任的功能不同又可将其分为文件服务器、通信服务器、备份服务器和打印服务器等。

●网络工作站。一台供用户使用网络的本地计算机，对它没有特别要求。工作站作为独立的计算机为用户服务，同时又可以按照被授予的一定权限访问服务器。各工作站之间可以相互通信，也可以共享网络资源。在计算机网络中，工作站是一台客户机，即网络服务的一个用户。

②网络设备。网络设备是构成计算机网络的一些部件，如网卡、调制解调器、集线器、中继器、网桥、交换机、路由器和网关等。独立工作的计算机是通过网络设备访问网络上的其他计算机。

●网卡（NIC）。 又称网络接口适配器，是计算机与传输介质的接口。每一台服务器和网络工作站都至少配有一块网卡，通过传输介质将它们连接到网络上。网卡的工作是双重的，一方面它负责接收网络上传过来的数据包，解包后将数据通过主板上的总线传输给本地计算机；另一方面它将本地计算机上的数据打包后送入网络。

●调制解调器（Modem）。 是利用调制解调技术来实现数据信号与模拟信号在通信过程中的相互转换。确切地说，调制解调器的主要工作是将数据设备送来的数据信号转换成能在模拟信道（如电话交换网）的模拟信号，反之，它也能将来自模拟信道的模拟信号转换为数据信号的一种信号变换设备。

●集线器（Hub）。是对网络进行集中管理的重要设备，其主要作用是将信号再生转发。接口数是集线器的一个重要参数，它是指集线器所能连接的计算机的数目。集线器是一个共享设备，其实质是一个多端口的中继器。

●中继器（Repeater）。是最简单的局域网延伸设备，其主要作用是放大传输介质上传输的信号，以便在网络上传输的更远。不同类型的局域网采用不同的中继器。

●网桥（Bridge）。用于连接使用相同通信协议、传输介质和寻址方式的网络。网桥可以连接不同的局域网，也可以将一个大网分成多个子网，均衡各网段的负荷，提高网络的性能。

●交换机（Switch）。有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。所有端口由专用处理器进行控制，并经过控制管理总线转发信息。

●路由器（Router）。是连接局域网和广域网，它有判断网络地址和选择路径的功能。其主要工作是为经过路由器的报文寻找一条最佳路径，并将数据传送到目的站点。

●网关（Gateway）。不仅具有路由功能，而且还能实现不同网络协议之间的转换，并将数据重新分组后传送。

③传输介质。在计算机网络中，要使不同的计算机能够相互访问对方的资源，必须有一条通路使它们能够相互通信。传输介质是网络通信用的信号线路，它提供了数据信号传输的物理通道。

传输介质按其特征可分为有线通信介质和无线通信介质两大类，有线通信介质包括双绞线、同轴电缆和光缆等，无线通信介质包括无线电、微波、卫星通信和移动通信等。它们具有不同的传输速率和传输距离，分别支持不同的网络类型。

（2）计算机网络软件。计算机网络软件是一种在网络环境下运行、使用、控制和管理网络工作和通信双方交流信息的计算机软件。根据网络软件的功能和作用，可将其分为网络系统软件和网络应用软件两大类。

①网络系统软件。网络系统软件是控制和管理网络运行，提供网络通信，管理和维护共享资源的网络软件，它包括网络操作系统、网络通信和协议软件、网络管理软件和网络编程等。

●网络操作系统是网络系统软件中的核心软件，其他网络软件都需要网络操作系统的支持才能运行。网络操作系统是使网络上各计算机能方便而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关规程的集合。除具有一般操作系统的功能外，网络操作系统还应具有网络通信能力和多种网络服务功能。目前常用的网络操作系统有：Windows、UN

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