计算机网络原理创新教程

【实例简介】
计算机网络原理创新教程
内容提要 本书讲解计算机网络通信详细过程以及计算机网络通信用到的协议。第1章讲解网络概 述以及计算机通信分层,后面的章节按着计算机通信分层从低层到高层逐层讲解,以物理层 数据链路层、网络层、传输层和应用层的顺序安排内容。本书内容有缩有放,将网络层拆分 成三章(IP地址和子网划分、静态路由和动态路由、网络层协议)来详细讲解。 本书所讲的计算机理论超越了思科网络工程师和华为网络工程师课程,为了让学生能够 验证所学理论,专门安排第3章讲解使用思科网络设备模拟软件GNS3搭建本书学习环境。 本书虽然专注于计算机网络原理教程,但每章都在合适的位置安排相应的实验来验证所学理 论。全书图示到位,力求让瞬息万变的通信过程静止展现在你的面前。 本书适合作为高校计算机网络原理课程的教材,同样也适合作为计算机专业考研教材。 本书提供配套PPT、部分练习题答案,并超值附赠两章电子版内容(“网络安全”和 “IPv6”),读者可以从中国水利水电出版社以及万水书苑网站下载,网址为:htp:/w waterpub.com.cn/softdown/ehttp://www.wsbookshow.com/bookshow/jc/bkjsjwlytx/12679.html 图书在版编目(CIP)数据 计算机网络原理创新教程/韩立刚主编.一北京: 中国水利水电出版社,2017.1 ISBN978-7-5170-5039-1 ①计…Ⅱ.①韩…Ⅲ.①计算机网络一高等学校 教材Ⅳ.①TP393 中国版本图书馆CIP数据核字(2017)第006780号 责任编辑:周春元李炎 封面设计:李佳 书名计算机网络原理创新教程 JISUANJI WANGLUO YUANLI CHUANGXIN JIAOCHENG 作者主编韩立刚 副主编马青王艳华韩利辉 出版发行中国水利水电出版社 (北京市海淀区玉渊潭南路1号D座100038) 网址:www.waterpub.com.cn E-mail:ichannel@263.net(万水) sales@waterpub.com.cn 电话:(010)68367658(营销中心)、82562819(万水) 经售全国各地新华书店和相关出版物销售网点 排版北京万水电子信息有限公司 印刷三河市鑫金马印装有限公司 规格184mm×260mm16开本30.5印张785千字 版次2017年1月第1版2017年1月第1次印刷 印数0001-3000册 定价68.00元 凡购买我社图书,如有缺页、倒页、脱页的,本社营销中心负责调换 版权所有·侵权必究 前 言 我不知道社会上有多少人想学精通计算机网络原理,也不知道我讲的计算机网络原理有 什么过人之处。直到有一天,我把在软件学院随堂录制的计算机网络视频放到51CTO学院, 看到了几十万访问量和众多的好评,才知道原来有那么多人在互联网上苦苦寻找好的教程 才知道学生喜欢我的这种授课方式。 髙校计算机专业的学生大多需要学习“计算机网络原理”这门课程,很多学校还是必修 课。很多非计算机专业的学生,想转行进入IT领域发展,想打好扎实的基础,也都知道应该 掌握计算机网络原理。 当前有关计算机网络的图书分两大类,一类是网络设备厂商考证的教程,比如思科网络 工程师教程CCNA、CCNP,华为认证网络工程师HCNA、HCNE等;另一类就是高校的计算 机网络原理的教材,代表教材就是谢希仁编著的《计算机网络》。 然而这些厂商认证的教材,其目的只是为了培养能够熟练操作和配置其网络设备的工程 师,对计算机网络通信原理和过程并没有进行深入细致的讲解,重点是如何配置网络设备。 而高校计算机网络原理教材,则深入讲解了计算机通信过程和各层协议,并没给学生讲解如 何使用具体的网络设备配置来验证所学的理论,更没有进一步扩展这些理论可以应用在哪些 场景,让学生感觉空洞和学无所用,只感觉到这些理论的抽象。很多老师在讲授这门课程时, 不但学生感觉没意思,自己也觉得没意思。 我从事IT企业培训和企业IT技术支持15年,积累了大量的实战经验,在河北师大软 件学院以谢希仁编著的《计算机网络》为教程讲授计算机网络原理η年,在授课过程中增加 了大量的案例,设计了合适的实验来验证所学的理论。不仅给学生讲清楚了计算机各层通信 协议,还捕获了数据包,让学生看到数据包的结构,看到每一层的封装;网络层不仅教会网 络畅通的条件,还能在思科路由器上配置静态路由和动态路由;不仅教会传输层协议和应用 层协议之间的关系,还能设置 Windows服务器实现网络安全;不仅讲解了常见的应用层协 议,还能使用抓包工具捕获客户端和服务器之间交互的数据包,会分析各种应用层协议数据 包格式。 2016年,时机成熟,我决心编写计算机网络原理教程,以谢希仁编著的《计算机网络》 第六版)为蓝本,绘制大量插图展示所讲理论,每一段理论结束后,紧跟着就是如何使用 这些理论来解决实际中的问题,对知识进一步扩展。力求对书中内容的安排恰到好处,设计 了经典的实验,做到了让理论不再抽象,让课程充满趣味,让学习充满乐趣 本书主要内容 第1章本章是整本书的概览,先介绍计算机网络在当今信息时代的作用,接着介绍了网 络和互联网以及最大的互联网 Internet。为了让大家感觉网络不那么抽象,以一个企业的网络为 例给大家展示了局域网和广域网。接着介绍了国际标准化组织对计算机通信过程的分层,即OS (开放系统互连)参考模型,同时列举了一些案例以加深大家对OSI参考模型的理解和应用。 第2章本章讲解计算机网络通信的物理层,先讲解通信方面的知识,也就是如何在 各种介质(光纤,铜线)中更快地传递数字信号和模拟信号。涉及到的通信概念有:模拟 信号、数字信号、全双工通信、半双工通信、单工通信、常用编码方式和调制方式,信道 的极限容量。 第3章本章不属于计算机网络原理的内容,但要想更好地理解后面讲到的计算机网络 原理,更具体地探索计算杋通信过程,还需要捕获数据包,分析数据包的数据链路层首部、 网络层首部、传输层首部以及应用层协议。这就需要使用网络设备来搭建学习环境。本章讲 解如何在 Windows7操作系统上安装GNS3,设置GNS3运行环境,搭建学习环境。 第4章不同的网络类型有不同的通信机制(即数据链路层协议),数据包在传输过程中 通过不同类型的网络,就要使用该网络使用的通信协议,同时数据包也要重新封装成该网络 的帧格式。本章先讲述数据链路层要解决的三个基本问题:封装成帧、透明传输、差错检验; 再讲述两种类型的数据链路层:点到点链路的数据链路层和广播信道的数据链路层,这两种 数据链路层的通信机制不一样,使用的协议也不一样,点到点链路使用PPP协议( Point to point Protocol),广播信道使用带冲突检测的载波侦听多路访问( CSMA/CD)协议。 第5章本章讲解IP地址格式、子网掩码的作用、IP地址的分类以及一些特殊的地址。 介绍什么是公网地址和私网地址,以及私网地址如何通过NAT访问 Internet;讲解如何进行等 长子网划分和变长子网划分。当然,如果一个网络中的计算机数量非常多,有可能一个网段 的地址块容纳不下,我们也可以将多个网段合并成一个大的网段,这个大的网段就是超网。 最后还讲了子网划分的规律和合并网络的规律。 第6章网络层的功能是为薮据包选择转发路径。本章讲述网络畅通的条件,给路由器 配置静态路由和动态路由,通过合理规划I地址可以使用路由汇总和默认路由简化路由表。 作为扩展知识,本章还讲解排除网络故障的方法,使用ping命令测试网络是否畅通,使用 pathping和 tracert命令跟踪数据包的路径。同时也讲解了 Windows操作系统中的路由表,以 及给 Windows系统添加路由。 第7章本章讲解网络层第三部分内容——网络层协议。讲解网终层,当然要讲网终层 首部,路由器就是根据网络层首部转发数据包的,可见网络层首部各字段就是为了实现网络 层功能。除了讲解网络层首部,还讲解TCP/P协议栈网络层的4个协议:IP协议、ICMP协 议、IGMP协议和ARP协议。 第8章本章讲解TCP/P协议栈传输层的两个协议TCP和UDP,首先介绍这两个协议 的应用场景,再讲解传输层协议和应用层协议之间的关系、端口和服务之间的关系。搞清这 些关系后,自然就会明白设置服务器防火墙实现网络安全的道理。传输层首部要实现传输层 的功能,而TCP和UDP两个协议实现的功能不同,因此这两个协议的传输层首部也不同,需 要分别讲解。本章的重点是τCP协议,将详细讲解TCP协议如何实现可靠传输、流量控制、 拥塞避免和连接管理。 第9章本章讲解应用层,就是讲几种标准的应用层协议,应用层协议定义了服务器和 客户机之间如何交换信息、服务器和客户端之间进行哪些交互、命令的交互顺序,规定了信 息的格式以及每个字段的意义。不同的应用实现的功能不一样,比如访问网站和收发电子邮 件实现的功能就不一样,因此就需要有不同的应用层协议。 本书适合于 计算机专业的大学生。 想从事T方面的工作,系统学习m技术的有梦想的人。 打算考取思科或华为网络工程师认证的人。 学生评价 5lCTO学院韩立刚老师计算机网络原理视频教程: http://edu.5lcto.com/course/courseid-7313.html 下面是5lCTO学院学生听完韩老师计算机网络原理后的评价: 课程目录课程介绍课程问答学员笔记课程评价资料下载 ★★★大5分 学了一半了,感觉还不错,能把抽象的概念或晦涩难懂的内容通过直白的语言讲出来,难能可贵啊! ★★★★★5分 这套课程很适合那些刚接触网络,或者还没开始学但想学网络的。总而言之,这套课程对阏络基础讲解 的很详细。 ★★★★★5分 韩老师的课讲的很有条理,而且有很强的实用价值,对于我们这些对计算机感兴趣,又找不到好的教程 的人来说,简直是如鱼得水。国家也都关注网络安全的时期,也是全民用网的时期,网络方面的知识是 大家都需要的,希望韩老师出更多优秀视频,使更多网民学会安全用网。 ★★★★★5分 讲得真好!因为实践经验太丰富了。 ★★★★★5分 老师讲的太妤了,原来书里不妤理解的经老师讲解一下就懂了 ★★★★★5分 真心不错的老师!要是遇到这样的老师,哪儿还有逃课的学生呢。韩老师厉害。 ★★★★★5分 韩老师的课程侧重于实际应用,没有那么多的专业术语,讲解的也浅显易懂,但要是为了考取证书还需」 要学习一下别的视频,韩老师很给力,顶!! ★★★★★5分 很给力!要是中国的高校软件类的专业都讲的这么好,哪儿还有培训基地的生存空间? 技术支持 技术交流和资料索取请联系 韩老师QQ458717185 技术支持QQ群韩立刚T技术交流群301678170 韩老师视频教学网站htp:/ww.9 I xueit com 韩老师微信 hanligangdongqing,微信支付书费,韩老师签名寄书。 韩老师微信公众号han9 I xueit 致谢 河北师范大学软件学院一直采用“校企合作”的办学模式,在课程体系设置上与市场接 轨;在教师的使用上,大量聘用来自企业一线的工程师;在教材及实验手册建设上,结合国 内优秀教材的知识体系,大胆创新,开发了一系列理论与实践相结合的教材(本教材即是其 中一本)。在学院新颖办学模式的培养下,百余名学生进入知名企业实习或已签订就业合同, 得到了用人企业的广泛认可。这些改革成果的取得,首先要感谢河北师范大学校长蒋春澜教 授的大力支持和鼓励,同时还要感谢河北师范大学校党委对这一办学模式的肯定与关心。 在本书整理完成的过程中,河北师范大学数信学院院长邓明立教授、软件学院副院长赵 书良教授以及李文斌副教授为本书的写作提供了一个良好的环境,是他们为本书内容的教学 实践保驾护航,他们与作者关于教学的沟通与交流为本书提供了丰富的案例和建议,在此对 他们表示真诚的谢意。感谢河北师范大学软件学院教学团队的每一位成员,感谢河北师范大 学软件学院每一位学生,是他们的友好、热情、帮助和关心促使本书的形成 最后,感谢我的家人在本书创作过程中给予我的支持与理解。 韩立刚 2016年10月 目录 前言 第1章计算机网络和协议 1.8.1二层结构的局域网……………37 182三层结构的局域网 38 1.1计算机网络在当今社会的作用… 习题1…………… …38 1.2认识网络 第2章物理层 1.2.1网络和互联网络………… 122最大的互联网—因特网………3 2.1物理层的基本概念 1.2.3企业组建的互联网… 5 2.,2数据通信基础… 41 1.24家庭组建的互联网…… 2.2.1数据通信模型 …………41 1.3开放系统互连模型—OSI参考模型 8 222数据通信一些常用术语 42 1.3.1分层的方法 223模拟信号和数字信号……………43 1.3.2OSI参考模型详解… …………10 224模拟信号转换成数字信号 …45 1.3.3计算机通信分层的好处… …12 23信道和调制… …………46 1.4理解OSI参考模型………………13 2.3.1信道…………………………………46 14.1理解表示层 14 232单工和半双工以及全双工通信………47 1.4,2安装抓包工具查看数据包内容 2.33调制…………………………47 1.4.3学以致用—传输层连接… 234信道极限容量 144用分层的思想考虑问题 21 24传输媒体… ……51 1.4.5OSI参考模型与排错……… 21 2.4.1导向传输媒体……… 52 1.5TCP/P协议… 24 242非导向传输媒体………………55 1.5.1通信协议… ……24 2.5信道复用技术………………………59 1.5,2TCPP通信过程… 25 2.5.1频分复用………… 1.5.3网络设备和分层 ………27 252时分复用……… 1.6计算机网络的性能指标 28 2.53波分复用………… 16.1速率 28 254码分复用… 63 1.62带宽 ………………29 2.6宽带接入技术…………………65 1.6.3吞吐量………………31 26.1铜线接入技术 65 1.6.4时延……………………32 262HFC技术……………………68 1.6.5时延带宽积 …34 263光纤接入技术……… 1.6.6往返时间………………………35 2.64移动互联网接入技术………………69 167利用率…… 36 习题2 71 1.7网络分类 …36 第3章GNS3网络模拟器 1.7.1按网络的范围进行分类 ……36 1.7.2按网络的使用者进行分类…………37 3.1安装和配置GNS3… …74 18企业局域网设计……………………37 3.1.1GNS3概述 ……………74 31.2安装抓包工具 …74 44.1集线器 …135 31.3安装GNS3……………76 44.2计算机数量和距离上的扩展………136 3.1.4启动和配置GNS3……………………78 44.3使用网桥优化以太网…… 137 3.2搭建学习环境…………………………83 444网桥自动构建MAC地址表………139 3.2.1路由器和虚拟机的网络连接 84 44.5多接口网桥——交换机…………140 3.22规划虚拟机网络的IP地址… 85 44.6实战:查看交换机MAC地址表…142 3.2.3添加路由器设备……………88 44.7实战:验证交换机端口安全………146 324添加交换机设备 90 44.8实战:验证集线器不安全 147 3.2.5连接网络设备 94 44.9生成树协议… 149 3.2.6显示接口编号 95 4.5高速以太网……………………………152 3.2.7增加注释和区域标识… 96 45.1100M以太网……………………152 3.2.8配置路由器接口地址……………97 4.52吉比特以太网……………………153 3.3配置虚拟机网络…… ……100 45310吉比特以太网 ………155 34捕获数据包 104 习题4…………………………………156 3.5给项目快照和保存项目…………107 第5章IP地址和子网划分 第4章数据链路层 51学习IP地址预备知识…………………158 4.1数据链路层三个基本问题 ……………110 51.l二进制和十进制… ∴……159 4.1.1数据链路和帧………… …110 51.2二进制数的规律………………160 41.2数据链路层三个基本问题………111 5.2理解IP地址…… ……………16 4.2点到点信道的数据链路………………115 521MAC地址和IP地址 ……16l 421PPP协议的特点 5.22IP地址的组成…………………………162 422PPP协议的组成 ………117 523IP地址格式 ………163 42.3同步传输和异步传输… …l17 5.24子网掩码的作用………………163 42.4抓包查看PPP的帧首部 …119 53IP地址分类…………………166 4.2.5PPP协议帧格式…………………121 5.31A类地址… …166 4.2.6PPP帧填充方式…………121 5.32B类地址………………………167 4.3广播信道的数据链路… 123 533C类地址……………167 43.1广播信道的局域网… 123 534D类和E类地址… …167 43.2以太网标准…………………124 53.5保留的IP地址……………168 433 CSMA/CD协议 125 536实战:本地环回地址… ……169 43.4以太网最短帧……… 25 537实战:给本网段发送广播………171 4.3.5冲突解决方法——退避算法 127 54私网地址和公网地址………………172 43.6以太网帧格式……………128 541公网地址…… 437以太网信道利用率… 131 542私网地址 ………174 438网卡的作用 132 5.5子网划分… ………175 4.39MAC地址………………………………133 551地址浪费………………………175 43.10实战:查看和更改MAC地址……134 552等长子网划分… 175 4.4扩展以太网 135 553B类网络子网划分… 179 554A类地址子网划分……………………180 647 Windows上的默认路由和网关 212 56变长子网划分……………………………181 6.5网络排错案例…… 216 56.1变长子网划分……………………181 65.1站在全局的高度排除网络故障……216 5.62点到点网络的子网掩码…………182 6.52计算机网关也很重要……………217 56.3子网掩码另一种表示方法 6.6动态路由—RIP协议………………218 CIDR……… 66.1RIP协议……… ………219 56.4判断IP地址所属的网段………184 6.6.2RIP协议工作原理… 219 565子网划分需要注意几个问题………185 6.6.3在路由器上配置RIP协议……220 57超网合并网段 186 6.64査看路由表 222 571合并网段 186 6.6.5观察RIP协议路由更新活动……224 572不是任何连续的网段都能合并……188 6.6.6测试RIP协议健壮性 225 5.7.3哪些连续的网段能够合并…… 6.6.7RIP协议排错…………………226 574网段合并的规律…………190 6.6.8RIP协议数据包报文格式……227 575判断一个网段是超网还是子网……190 6.7动态路由OSPF协议………………229 习题5………… …………………191 6.7.1什么是最短路径优先… 229 第6章静态路由和动态路由 6.72OSPF术语… …231 673OSPF协议工作过程………………232 6.1路由—网络层实现的功能 95 6.74OSPF的5种报文 233 6.1.1网络畅通的条件……………196 6.7.5OSPF支持多区域………234 6.1.2静态路由 197 6.8配置OSPF协议…… ……………235 6.2实战:配置静态路由………………199 6.8.1配置OSPF协议………… 235 62.1查看路由表………………200 6.82查看OSPF协议三张表 ……237 62.2添加静态路由……… 200 6.8.3监控OSPF协议的活动 241 6.2.3测试网络是否畅通………………202 6.84验证OSPF协议健壮性… 242 62.4删除静态路由 ………202 6.8.5OSPF协议配置排错 …243 6.3路由汇总∴………………………203 习题6 …244 6.3.1通过路由汇总简化路由表……203 第7章网络层协议 632路由汇总例外……………………205 633无类域间路由(CIDR)…………206 7.1网络层首部… …………251 64默认路由… 207 71.1抓包查看网络层首部………………251 6.4.1全球最大的网段………………207 7.1.2网络层首部格式…… 252 642使用默认路由作为指向 Internet 71.3实战:查看协议版本和 的路由… 20 首部长度 254 64.3让默认路由代替大多数网段 7.14实战:给数据包设置区分 的路由… 208 服务字段 ……258 644默认路由和环状网络……………209 7.1.5数据分片详解……………………262 64.5默认路由造成的往复转发………210 71.6实战:捕获并观察数据包分片……263 64.6使用默认路由和路由汇总简化 7.1.7实战:查看和配置链路MTU……267 路由表…… 7.1.8数据包生存时间(TTL)详解………268 【实例截图】
【核心代码】