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作者：周舸,李昕昕

出版社：人民邮电出版社有限公司

出版时间：2017-07-01

书籍编号：30489079

ISBN：9787115459268

正文语种：中文

字数：259089

版次：1

所属分类：教材教辅-大学

版权信息

书名：计算机网络技术基础（第2版）

作者：周舸 李昕昕

ISBN：9787115459268

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内容提要

本书是一本计算机网络技术的基础教程。全书共15章，前14章系统地介绍了计算机网络基础知识、数据通信技术、计算机网络体系结构与协议、局域网、广域网接入技术、网络互连技术、Internet基础知识、Internet接入技术、Internet的应用、移动IP与下一代Internet、网络操作系统、网络安全、网络管理、云计算与网联网等内容，最后一章为实验部分。为了让读者能够及时地检查学习效果，巩固所学知识，每章最后还附有丰富的习题。

本书既可作为高等院校计算机及相关专业网络基础课程的教材，也可作为非计算机专业的网络普及教材，还可作为计算机网络培训或技术人员自学的参考资料。

前言

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。经过半个多世纪的发展，网络技术取得了长足的进步，尤其是在过去的十几年里，计算机网络已经渗透到现代社会的方方面面，并以前所未有的方式改变着人们的生活。与此同时，社会对网络人才的需求越来越迫切，要求越来越多的人掌握计算机网络的基础知识。因此“计算机网络基础”已经成为当代大学生的一门重要课程。

本书第1版自2014年出版以来，受到了众多高等院校的欢迎，为了更好地满足广大高等院校的学生对网络知识学习的需要，作者结合近几年的教学改革实践、科研成果以及广大读者的反馈意见，对本书进行了仔细的修订。这次修订的主要内容如下。

（1）补充和更新了一些新知识。例如，增加了第14章云计算与物联网，更新了教材中一些过时的内容，如Windows Server 2008操作系统、IE10.0浏览器，使本书内容更具全面性和前瞻性。

（2）增加了实验内容。全书精心设计了11个实验，包括理解网络的基本要素、双绞线接头的制作与应用、网络连接性能的测试、交换机和路由器的基本配置、交换机VLAN技术的配置、路由器的基本配置及静态路由、路由器动态路由协议的配置、WWW服务、使用电子邮件、DHCP和DNS服务器的安装与配置等内容，并在每个实验之后给出了可以进一步掌握该实验内容的练习与思考题。

（3）更新和补充了大量课后习题，并提供了习题的参考答案，有利于读者参加高水平的网络认证考试（如CCNA、CCNP等）。

在本书的修订过程中，作者始终贯彻介绍计算机网络中成熟的理论和新知识，基础理论以应用为目的，以必要、够用为度。本书经修订后，内容更全面，叙述更加准确和通俗易懂，更有利于教师的教学和读者的自学。为了让读者能够在较短的时间内掌握本书的内容，及时地检查自己的学习效果，巩固和加深对所学知识的理解，每章最后还附有丰富的习题。

全书参考总教学时数为72学时，其中理论56学时、实验16学时。各章的学时分配如下表所示。

本书由周舸和李昕昕担任主编，张志敏、唐宾徽和张慧娟担任副主编。周舸编写了第1～6章、第14～15章以及各章习题，张慧娟编写了第7～8章李昕昕编写了第9～11章，唐宾徽编写了第12～13章，全书由周舸拟定大纲并统稿。

在本书的修订过程中得到了四川大学锦城学院计算机学院相关领导的大力支持，张志敏院长，周光峦教授都对本书的编写提出了很多宝贵的意见。何敏、高天等老师完成了部分文稿的录入工作，周沁、朱镕申等老师完成了部分图片的处理工作，陈爱琦、余欣等老师完成了部分文稿的校对工作。在此，向所有关心和支持本书出版的人表示衷心的感谢！

限于作者的学术水平，书中不妥之处在所难免，敬请读者批评指正，来信请至zhou-ge@163.com。

周舸

2017年5月

第1章 计算机网络基础知识

计算机网络是当今最热门的学科之一，在过去的几十年里取得了长足的发展。近十几年来，因特网（Internet）深入到了千家万户，网络已经成为一种全社会的、经济的、快速存取信息的必要手段。因此，网络技术对未来的信息产业乃至整个社会都将产生深远的影响。

为了帮助初学者对计算机网络有一个全面的、感性的认识，本章将从介绍计算机网络的发展历程入手，对网络的功能定义、分类、应用以及在我国的发展现状等进行系统的介绍。

本章的学习目标如下。

●了解计算机网络产生的历史背景与发展的4个阶段。

●掌握计算机网络的概念、特点和目标。

●理解计算机网络的功能。

●掌握计算机网络的分类。

●理解计算机网络在当今社会的应用。

●了解计算机网络在我国的发展现状。

1.1 计算机网络的产生与发展

计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。网络技术的进步正在对当前信息产业的发展产生着重要的影响。纵观计算机网络的发展历史可以发现，计算机网络与其他事物的发展一样，也经历了从简单到复杂、从低级到高级、从单机到多机的过程。在这一过程中，计算机技术和通信技术紧密结合，相互促进，共同发展，最终产生了计算机网络。计算机网络的发展大体上可以分为4个阶段：面向终端的通信网络阶段、计算机互连阶段、网络互连阶段、Internet与高速网络阶段。

1.面向终端的通信网络阶段

1946年，世界上第一台数字计算机ENIAC的问世是人类历史上划时代的里程碑，但最初的计算机数量稀少，并且非常昂贵。当时的计算机大都采用批处理方式，用户使用计算机首先要将程序和数据制成纸带或卡片，再送到中心计算机进行处理。1954年，出现了一种被称为收发器（Transceiver）的设备，人们使用这种终端首次实现了将穿孔卡片上的数据通过电话线路发送到远地的计算机。此后，电传打字机也作为远程终端和计算机相连，用户可以利用计算机在远地电传打字机上输入自己的程序，而计算机计算出来的结果也可以传送到远地的电传打字机上并打印出来，计算机网络的基本原型就这样诞生了。

由于当初的计算机是为批处理而设计的，因此当计算机和远程终端相连时，必须在计算机上增加一个线路控制器（Line Controller）接口。随着远程终端数量的增加，为了避免一台计算机使用多个线路控制器，20世纪60年代初期，出现了多重线路控制器（Multiple Line Controller），其可以和多个远程终端相连接，这样就构成了面向终端的第一代计算机网络。

在第一代计算机网络中，一台计算机与多台用户终端相连接，用户通过终端命令以交互的方式使用计算机系统，从而将单一计算机系统的各种资源分散到了多个用户手中，极大地提高了资源的利用率，同时也极大地刺激了用户使用计算机的热情，在一段时间内计算机用户的数量迅速增加。但这种网络系统也存在着两个缺点：一是其主机系统的负荷较重，既要承担数据处理任务，又要承担通信任务，导致了系统响应时间过长；二是对远程终端来讲，一条通信线路只能与一个终端相连，通信线路的利用率较低。

后来又出现了多机连机系统。这种系统的主要特点是在主机和通信线路之间设置前端处理机（First End Processor，FEP），如图1-1所示。前端处理机承担所有的通信任务，减轻了主机的负荷，极大地提高了主机处理数据的效率。另外，在远程终端较密集处增加了一个集中器（Concentrator）。集中器的一端用低速线路与多个终端相连，另一端则用一条较高速的线路与主机相连，如图1-2所示，这样就实现了多台终端共享一条通信线路，提高了通信线路的利用率。

图1-1 引入FEP的多机连机系统

图1-2 引入集中器的多机速机系统

多机连机系统的典型代表为1963年在美国投入使用的航空订票系统（SABRAI），其中心是设在纽约的一台中央计算机，2000个售票终端遍布全国，使用通信线路与中央计算机相连。

2.计算机互连阶段

随着计算机应用的发展以及计算机的普及和价格的降低，出现了多台计算机互连的需求。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，希望将分布在不同地点且具有独立功能的计算机通过通信线路互连起来，彼此交换数据、传递信息，如图1-3所示。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）。ARPANET是世界上第一个实现了以资源共享为目的的计算机网络，所以人们往往将ARPANET作为现代计算机网络诞生的标志，现在计算机网络的很多概念都来自于ARPANET。

图1-3 计算机互连示意图

ARPRNET的研究成果对推动计算机网络发展的意义是十分深远的。在ARPANET的基础之上，20世纪70～80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，如美国加利福尼亚大学劳伦斯原子能研究所的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。

在这一阶段中，公用数据网（Public Data Network，PDN）与局部网络（Local Network，LN）技术也得到了迅速的发展。总而言之，计算机网络发展的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，所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坚实的基础，很多网络系统经过适当修改与充实后至今仍在广泛使用。目前国际上应用广泛的Internet就是在ARPANET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问题，即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。

3.网络互连阶段

计算机网络发展的第3个阶段——网络互连阶段是加速体系结构与协议国际标准化的研究与应用的时期。1984年，经过多年卓有成效的工作，国际标准化组织（International Orgnization for Standar dization，ISO）正式制定和颁布了“开放系统互连参考模型”（Open System Interconnection Reference Model，OSI RM）。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。OSI标准使各种不同的网络互连、互相通信变为现实，实现了更大范围内的计算机资源共享。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的标准。1990年6月，ARPANET停止运行。随之发展起来的国际Internet的覆盖范围已遍及全球，全球各种各样的计算机和网络都可以通过网络互连设备连入Internet，实现全球范围内的数据通信和资源共享。

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。

4.Internet与高速网络阶段

目前，计算机网络的发展正处于第4个阶段。这一阶段计算机网络发展的特点是互连、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。对用户来说，Internet是一个庞大的远程计算机网络，用户可以利用Internet实现全球范围的信息传输、信息查询、电子邮件、语音与图像通信服务等功能。实际上Internet是一个用网络互连设备实现多个远程网和局域网互连的国际网。

在Internet发展的同时，随着网络规模的增大与网络服务功能的增多，高速网络与智能网络（Intelligent Network，IN）的发展也引起了人们越来越多的关注和兴趣。高速网络技术的发展表现在宽带综合业务数据网（Broadband Integrated Service Digital Network，B-ISDN）、帧中继、异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）、高速局域网、交换式局域网与虚拟网络上。

1.2 计算机网络概述

1.2.1 计算机网络的基本概念

所谓计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。

计算机网络主要包含连接对象、连接介质、连接的控制机制和连接的方式4个方面。“对象”主要是指各种类型的计算机（如大型机、微型计算机、工作站等）或其他数据终端设备；“介质”是指通信线路（如双绞线、同轴电缆、光纤、微波等）和通信设备（如网桥、网关、中继器、路由器等）；“控制机制”主要是指网络协议和各种网络软件；“连接方式”主要是指网络所采用的拓扑结构（如星型、环型、总线型和网状型等）。

1.2.2 通信子网和资源子网

从功能上分，计算机网络系统可以分为通信子网和资源子网两大部分，计算机网络的结构如图1-4所示。通信子网提供数据通信的能力，资源子网提供网络上的资源以及访问的能力。

1.通信子网

通信子网由通信控制处理机（CommunicationControl Processor，CCP）、通信线路和其他网络通信设备组成，主要承担全网的数据传输、转发、加工、转换等通信处理工作。

通信控制处理机在网络拓扑结构中通常被称为网络节点。其主要功能一是作为主机和网络的接口，负责管理和收发主机和网络所交换的信息；二是作为发送信息、接收信息、交换信息和转发信息的通信设备，负责接收其他网络节点送来的信息，并选择一条合适的通信线路发送出去，完成信息的交换和转发功能。

图1-4 计算机网络结构示意图

通信线路是网络节点间信息传输的通道，通信线路的传输媒体主要有双绞线、同轴电缆、光纤、无线电和微波等。

2.资源子网

资源子网主要负责全网的数据处理业务，向全网用户提供所需的网络资源和网络服务。资源子网主要由主机（Host）、终端（Terminal）、终端控制器、连网外部设备以及软件资源和信息资源等组成。

主机是资源子网的重要组成单元，既可以是大型机、中型机、小型机，也可以是局域网中的微型计算机。主机是软件资源和信息资源的拥有者，一般通过高速线路和通信子网中的节点相连。

终端是直接面向用户的交互设备。终端的种类很多，如交互终端、显示终端、智能终端、图形终端等。

连网外部设备主要是指网络中的一些共享设备，如高速打印机、绘图仪和大容量硬盘等。

1.3 计算机网络的功能

社会及科学技术的发展为计算机网络的发展提供了更加有利的条件。计算机网络与通信网的结合，可以使众多的个人计算机不仅能够同时处理文字、数据、图像、声音等信息，还可以使这些信息四通八达，及时地与全国乃至全世界的信息进行交换。计算机网络的主要功能归纳起来主要有以下几点。

1.数据通信

数据通信是计算机网络最基本的功能，为网络用户提供了强有力的通信手段。计算机网络建设的主要目的之一就是使分布在不同物理位置的计算机用户相互通信和传送信息（如声音、图形、图像等多媒体信息）。计算机网络的其他功能都是在数据通信功能基础之上实现的，如发送电子邮件、远程登录、连机会议、WWW等。

2.资源共享

（1）硬件和软件的共享。计算机网络允许网络上的用户共享不同类型的硬件设备，通常有打印机、光驱、大容量的磁盘以及高精度的图形设备等。软件共享通常是指某一系统软件或应用软件（如数据库管理系统），如果占用的空间较大，则可将其安装到一台配置较高的服务器上，并将其属性设置为共享，这样网络上的其他计算机即可直接利用，极大地节省了计算机的硬盘空间。

（2）信息共享。信息也是一种宝贵的资源，Internet就像一个浩瀚的海洋，有取之不尽、用之不竭的信息与数据。每一个连入Internet的用户都可以共享这些信息资源（如，各类电子出版物、网上新闻、网上图书馆和网上超市等）。

3.均衡负荷与分布式处理

当网络中某台计算机的任务负荷太重时，可将任务分散到网络中的各台计算机上进行，或由网络中比较空闲的计算机分担负荷。这样既可以处理大型的任务，使其中一台计算机不会负担过重，又提高了计算机的可用性，起到了均衡负荷和分布式处理的作用。

4.提高计算机系统的可靠性

提高计算机系统的可靠性也是计算机网络的一个重要功能。在计算机网络中，每一台计算机都可以通过网络为另一台计算机备份以提高计算机系统的可靠性。这样，一旦网络中的某台计算机发生了故障，另一台计算机可代替其完成所承担的任务，整个网络可以照常运转。

1.4 计算机网络的分类和拓扑结构

1.4.1 计算机网络的分类

用于计算机网络分类的标准很多，如拓扑结构、应用协议、传输介质、数据交换方式等。但是，这些标准只能反映网络某方面的特征，不能反映网络技术的本质。最能反映网络技术本质特征的分类标准是网络的覆盖范围。按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（Local Area Network，LAN）、广域网（Wide Area Network，WAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）和国际互联网（Internet），如表1-1所示。

表1-1 不同类型网络之间的比较

（1）局域网。局域网的地理分布范围在几千米以内，一般局域网络建立在某个机构所属的一个建筑群内或一个学校的校园内部，甚至几台计算机也能构成一个小型局域网络。由于局域网的覆盖范围有限，数据的传输距离短，因此局域网内的数据传输速率都比较高，一般在10～100Mbit/s，现在高速的局域网传输速率可达到1000Mbit/s。

（2）广域网。广域网也称为远程网，是远距离的、大范围的计算机网络。这类网络的作用是实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享。广域网可以是跨地区、跨城市、跨国家的计算机网络，覆盖范围一般是几百千米到几千千米的广阔地理区域，通信线路大多借用公用通信网络（如公用电话网PSTN）。由于广域网涉辖的范围很大，连网的计算机众多，因此广域网上的信息量非常大，共享的信息资源极为丰富。但是广域网的数据传输速率比较低，一般在64kbit/s～2Mbit/s。

（3）城域网。城域网的覆盖范围在局域网和广域网之间，一般为几千米到几十千米，通常在一个城市内。

（4）国际互联网。Internet并不是一种具体的网络技术，而是将同类和不同类的物理网络（局域网、广域网和城域网）通过某种协议互连起来的一种高层技术。

1.4.2 计算机网络的拓扑结构

拓扑（Topology）是从图论演变而来的，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。网络拓扑结构是指用传输介质互连各种设备的物理布局，通俗地讲就是这个网络看起来是一种什么形式。将工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，网络中的通信介质抽象为“线”，从拓扑学的观点来看计算机和网络系统就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出网络系统的具体结构。网络拓扑结构并不涉及网络中信号的实际流动，而只是关心介质的物理连接形态。网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性和成本等方面具有重要的影响。

常见的计算机网络拓扑结构有星型、环型、总线型、树型和网状型。

（1）星型拓扑网络。在星型拓扑网络结构中，各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图1-5所示。中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主机，此时具有数据处理和转接的功能。星型拓扑网络的优点是很容易在网络中增加和移动节点，容易实现数据的安全性和优先级控制；缺点是属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中央节点有故障就会引起整个网络的瘫痪。

图1-5 星型拓扑结构

（2）环型拓扑网络。在环型拓扑网络中，节点通过点到点的通信线路连接成闭合环路，如图1-6所示。环中数据将沿一个方向逐站传送。环型拓扑网络结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的屏障。环中某一个节点出现故障就会造成网络瘫痪。另外，对于环型网络，网络节点的增加和移动以及环路的维护和管理都比较复杂。

（3）总线型拓扑网络。在总线型拓扑网络中，所有节点共享一条数据通道，如图1-7所示。一个节点发出的信息可以被网络上的每个节点接收。由于多个节点连接到一条公用信道上，所以必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。

总线型网络结构简单，安装方便，需要铺设的线缆最短，成本低，并且某个站点自身的故障一般不会影响整个网络，因此是普遍使用的网络之一。其缺点是实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。

（4）树型拓扑网络。在树型拓扑结构中，网络的各节点形成了一个层次化的结构，如图1-8所示。

树中的各个节点通常都为主机，树中低层主机的功能和应用有关，一般都具有明确定义功能，如数据采集、变换等；高层主机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行等。一般来说，树型拓扑网络的层次数量不宜过多，以免转接开销过大，使高层节点的负荷过重。若树型拓扑结构只有两层，就变成了星型结构，因此，可以将树型拓扑结构视为星型拓扑结构的扩展结构。

（5）网状型拓扑网络。在网状型拓扑网络中，节点之间的连接是任意的，没有规律，如图1-9所示。其主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。广域网基本上都是采用网状型拓扑结构。

图1-6 环型拓扑结构

图1-7 总线型拓扑结构

图1-8 树型拓扑结构

图1-9 网状型拓扑结构

1.5 计算机网络的应用

随着现代信息社会进程的推进及通信和计算机技术的迅猛发展，计算机网络的应用也越来越普及，如今计算机网络几乎深入到社会的各个领域。Internet已成为家喻户晓的网络名称，成为当今世界上最大的计算机网络，同时也是一条贯穿全球的“信息高速公路主干道”。计算机网络主要提供如下服务，通过这些服务人们可以将计算机网络应用于社会的方方面面。

1.计算机网络在企事业单位中的应用

计算机网络可以使企事业单位和公司内部实现办公自动化，做到各种软、硬件资源共享。如果将内部网络连入Internet还可以实现异地办公。例如，通过WWW或电子邮件，公司就可以很方便地与分布在不同地区的子公司或其他业务单位建立联系，不仅能够及时地交换信息，还实现了无纸办公。在外的员工通过网络可以与公司保持通信，得到公司的指示和帮助。企业可以通过Internet收集市场信息并发布企业产品信息。

2.计算机网络在个人信息服务中的应用

计算机网络在个人信息服务中的应用与单位网络的工作方式不同：家庭和个人一般拥有一台或几台微型计算机，通过电话交换网或光纤连到公共数据网；家庭和个人一般希望通过计算机网络获得各种信息服务。一般来说，个人通过计算机网络获得的信息服务主要有以下3类。

（1）远程信息的访问。可以通过WWW方式访问各类信息系统，包括政府、教育、艺术、保健、娱乐、科学、体育、旅游等各方面的信息，甚至是各类的商业广告。随着报纸走向在线与个人化，人们可以通过网络查看报纸或新闻，或是通过频道技术自动下载感兴趣的内容。

目前，一种很广泛的应用是个人财务服务。很多人通过网络接收账单、管理银行账户以及处理投资。通过计算机网络进行家庭购物变得越来越普遍，目前美国提供这类服务的公司有好几千家，通过网络公布各种商品的价格、规格与性能，人们可以从网上看到各种商品的照片，通过在线方式向公司定购商品。

（2）个人与个人之间的通信。20世纪个人与个人之间通信的基本工具是电话，21世纪个人与个人之间通信的基本工具则是计算机网络。电子邮件目前已被广泛应用。初期的电子邮件用于传送文本文件，后来进一步用于传送语音与图像文件。

现在Internet上存在很多新闻组，参加新闻组的人可以在网上对某个感兴趣的问题进行讨论，或是阅读有关方面的资料，这是计算机网络应用中很受欢迎的一种通信方式。

（3）家庭娱乐。家庭娱乐正在对信息服务业产生着巨大的影响，可以让人们在家里点播电影和电视节目。目前，一些发达国家已经开展了这方面的服务。新的电影可能成为交互式的，观众在看电影时可以不时地参与到电影情节中去。家庭电视也可以成为交互式的，观众可以参与到猜谜等活动之中。

家庭娱乐中最重要的应用在游戏上。目前，已经有很多人喜欢上了多人实时仿真游戏。如果使用虚拟现实的头盔与三维、实时、高清晰度的图像，就可以共享虚拟现实的很

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