服務國家戰略，產教融合校企雙元，編寫陣容強

強化素質教育，目標聚焦同向同行，協同效應好

創新編寫體例，從扶到放循序漸進，借鑒價值高

創新教材形態，多元結合資源立體，使用價值高

前 言

黨的二十大報告提出：堅持把發展經濟的著力點放在實體經濟上，推進新型工業化，加快建設制造強國、質量強國、航天強國、交通強國、網絡強國、數字中國。2024 年，是網絡強國戰略目標提出10周年，也是我國全功能接入國際互聯網30周年。今天，計算機網絡與各個行業有機融合，新產業、新技術、新業態不斷涌現，計算機網絡也迎來了更加廣闊的發展空間。與此同時，社會對計算機網絡人才的需求也越來越迫切。我國要實現從“網絡大國”到“網絡強國”的飛躍，人才是關鍵，而教育又是人才培養的關鍵。計算機網絡基礎課程在網絡人才的教育中發揮著重要作用，它已成為計算機類專業及相關專業的學生必須掌握的基礎知識，同時也是廣大從事計算機應用和信息管理的人員應該掌握的基本知識。

本書依據“面向基礎、面向實際應用、面向未來發展”的理念，立足于高層次技術技能人才的培養需求。本書主要內容包括計算機網絡的基本概念、協議與體系結構、局域網技術、網絡互聯與路由等，覆蓋全國研究生入學考試計算機學科專業基礎綜合考試（408）計算機網絡課程的考核點。全書規劃為6個模塊，具體如下：

模塊1：介紹計算機網絡的基本概念、性能、組成、分類和發展趨勢，這是全書的基本內容。

模塊2：介紹計算機網絡的體系結構，對OSI參考模型與TCP/IP參考模型進行了比較和分析，介紹了IP地址的基本概念，使學生對計算機網絡體系結構有一個初步了解。

模塊3：介紹數據通信的基本概念、數據傳輸介質、數據編碼技術、信道復用技術、寬帶接入技術等，為初學者學習數據通信技術奠定基礎。

模塊4：介紹局域網、以太網、介質訪問控制、可靠傳輸機制、虛擬局域網、無線局域網技術等，為學生構建主流網絡提供了保障。

模塊 5：介紹網絡互聯的基本概念、類型、互聯網絡協議TCP/IP、虛擬網絡的概念及與之配合使用的ARP、ICMP等協議的作用，重點介紹了IP地址與硬件地址的關系、IP層轉發分組的流程、子網與子網掩碼等關鍵技術，以及NAT、IPv6、移動IP、SDN等擴展IP技術等，學生可以切實地了解因特網是怎樣工作的。

模塊6：介紹傳輸層的基本概念，比較深入地討論了TCP和UDP這兩種協議，詳細地闡述了應用層的服務及其工作原理，主要包括Web服務、FTP服務、Telnet、DHCP、電子郵件、SNMP等服務類型，為學生提供系統的網絡應用技術知識和應用指導。

本書的編寫團隊在進行課程研究的同時，探索出一種讓課程素養新理念“進教材、進課堂、進頭腦”的教學思路，以全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人的根本任務，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。本書在編寫過程中體現了以下4個特色。

1．服務國家戰略，產教融合校企雙元，編寫陣容強

教材由學校和企業共同開發，深化產教融合，強調從理論知識到實踐案例再到遷移應用，適合職業院校學生認知水平。學習模塊設計的學習情境、學習提示（含學習路線）、學習目標、課前評估、課堂同步、動手實踐、課后檢測、拓展提高等環節，實現了素質、知識、能力培養的有機統一。

2．強化素質教育，目標聚焦同向同行，協同效應好

以習近平新時代中國特色社會主義思想為引領，落實立德樹人的根本任務和社會主義核心價值觀“三進”要求。本書結合“網絡的產生源于生產生活的實際需求，其原理與生活中的各種道理息息相通”的課程特點，引導學生從中華優秀文化思想和哲學思維的高度去認識計算機網絡，不僅利于學生掌握網絡知識和網絡技術，還能夠幫助學生樹立正確的價值觀。

3．創新編寫體例，從扶到放循序漸進，借鑒價值高

本書構建了 6 個模塊，內容上從介紹一個最簡單的網絡—雙機互聯開始，涵蓋了計算機網絡規劃、建設、應用和管理的全過程。每個模塊規劃多個教學主題，以每個主題為授課單元。教師可以根據教學時長、專業方向和學生的職業興趣進行選擇性教學，滿足不同專業學習“計算機網絡原理”“計算機網絡基礎”課程的不同需要。

4．創新教材形態，多元結合資源立體，使用價值高

運用現代信息技術創新教材呈現形式，將傳統教材、課堂、教學資源融合為新形態一體化教材，建立了線上與線下學習有機結合、理論學習與實踐學習一體、自學與自測兼備的多元立體資源。對于比較抽象的知識點、技能點，制作短小精煉的動畫、微課視頻，將這些信息化資源以二維碼形式嵌入教材，幫助學生更好地理解知識，直觀體驗復雜的工作過程，滿足其隨時隨地進行自主學習的需要，為學生提供可聽可看可感的學習體驗。

本書由重慶電子科技職業大學唐繼勇、葉坤、孫夢娜任主編，重慶電子科技職業大學劉思伶、北京神州數碼云科信息有限公司吳翰青、重慶電子科技職業大學龔云平、何云乾任副主編。其中，模塊1由何云乾編寫，模塊2由劉思伶編寫，模塊3由孫夢娜編寫，模塊4由吳翰青、龔云平編寫，模塊5由唐繼勇編寫，模塊6由葉坤編寫。

限于編者水平，書中難免存在不妥之處，懇請廣大讀者不吝賜教，以便編者對本書進行修正。編者聯系方式：[email protected]。

編 者

2024年8月

前言

模塊1 走進網絡精彩世界—計算機網絡概述 1
主題1 認識計算機網絡 1
1.1 信息交互方式概述 3
1.2 信息網絡交互的特點 3
1.3 計算機網絡的概念 3
1.3.1 計算機網絡的定義 3
1.3.2 計算機網絡的功能 4
1.4 計算機網絡的性能指標 5
1.4.1 速率 5
1.4.2 帶寬 6
1.4.3 吞吐量 7
1.4.4 時延 7
1.4.5 往返時間 8
1.4.6 時延帶寬積 8
1.4.7 利用率 9
主題2 計算機網絡的表示 10
1.5 計算機網絡拓撲結構的概念 11
1.6 計算機網絡拓撲結構的表示 11
1.7 計算機網絡拓撲結構的分類 13
1.7.1 總線拓撲結構 13
1.7.2 星形拓撲結構 14
1.7.3 環形拓撲結構 14
1.7.4 網狀拓撲結構 15
主題3 計算機網絡的組成和分類 15
1.8 計算機網絡的物理構成 17
1.8.1 終端設備 17
1.8.2 中間設備 17
1.8.3 傳輸介質 17
1.9 計算機網絡的邏輯組成 17
1.9.1 資源子網 18
1.9.2 通信子網 18
1.10 Internet的網絡組成 18
1.10.1 邊緣部分 19
1.10.2 核心交換部分 19
1.11 計算機網絡的分類 19
1.11.1 按數據傳輸方式 19
1.11.2 按覆蓋的地理范圍 20
1.11.3 按數據交換方式 23
主題4 計算機網絡的發展和趨勢 25
1.12 計算機網絡的發展過程 26
1.12.1 數據通信型網絡階段 26
1.12.2 資源共享型網絡階段 26
1.12.3 標準系統型網絡階段 26
1.12.4 高速綜合型網絡階段 26
1.13 因特網的標準化工作和管理機構 27
1.13.1 標準化委員會 27
1.13.2 因特網的標準化工作 27
1.13.3 因特網的管理機構 27
1.14 計算機網絡的發展趨勢 28
1.14.1 超高清視頻與互聯網融合
催生新的應用場景 28
1.14.2 互聯網虛擬現實與增強現實
技術豐富用戶體驗 29
1.14.3 無線傳輸介質成為主流 29
1.14.4 智能化網絡的構建 30
模塊2 規劃網絡宏偉藍圖—網絡體系結構 32
主題1 計算機網絡協議分層結構 33
2.1 層次結構 34
2.2 網絡協議及協議棧 35
2.2.1 網絡協議的概念 35
2.2.2 網絡協議的要素 35
2.2.3 網絡協議棧 36
2.2.4 網絡協議的格式 37
2.3 計算機網絡體系結構 37
主題2 計算機網絡模型 38
2.4 OSI參考模型 39
2.4.1 OSI參考模型的基本概念 40
2.4.2 OSI參考模型的層次結構 40
2.4.3 OSI參考模型的各層功能 41
2.5 TCP/IP模型 41
2.5.1 TCP/IP模型概述 41
2.5.2 TCP/IP模型各層功能 42
2.5.3 5層參考模型 43
2.5.4 5層參考模型的各層協議
數據單元 43
主題3 計算機網絡IP地址 44
2.6 IP編址方式 46
2.6.1 IP地址的表示 46
2.6.2 IP地址的結構 46
2.7 IP地址的分類 47
2.8 掩碼的作用 48
2.8.1 掩碼的概念 48
2.8.2 默認掩碼 48
2.9 默認網關 49
2.10 IP地址的配置管理 49
模塊3 構筑網絡高速公路—數據通信基礎 51
主題1 數據通信方式 52
3.1 并行通信與串行通信 53
3.1.1 并行通信 53
3.1.2 串行通信 54
3.2 通信雙方的交互方向 55
3.2.1 單工通信 55
3.2.2 半雙工通信 55
3.2.3 全雙工通信 56
3.3 異步傳輸與同步傳輸 56
3.3.1 異步傳輸 56
3.3.2 同步傳輸 57
主題2 常見傳輸介質 58
3.4 傳輸介質的特性 59
3.5 雙絞線 60
3.5.1 雙絞線的分類 60
3.5.2 雙絞線的特性 61
3.5.3 網線連接組件 61
3.5.4 網線的制作標準 62
3.5.5 3種網線類型及其作用 62
3.6 同軸電纜 63
3.6.1 基帶同軸電纜 63
3.6.2 寬帶同軸電纜 63
3.7 光纖 64
3.7.1 光電轉換 64
3.7.2 光纖分類 64
3.7.3 光纖特性 65
3.7.4 光纖的連接組件 65
主題3 數據編碼技術 66
3.8 基帶編碼 68
3.8.1 不歸零編碼 68
3.8.2 曼徹斯特編碼 69
3.8.3 差分曼徹斯特編碼 69
3.9 頻帶調制 69
3.9.1 幅移鍵控 70
3.9.2 頻移鍵控 70
3.9.3 相移鍵控 70
3.10 混合調制 70
3.10.1 多進制調制 70
3.10.2 正交振幅調制 71
3.11 信道的極限容量 72
3.11.1 奈奎斯特定理 72
3.11.2 香農定理 73
主題4 信道復用技術 74
3.12 頻分多路復用 75
3.13 時分多路復用 76
3.13.1 同步時分多路復用 76
3.13.2 異步時分多路復用 76
3.14 波分多路復用 77
3.15 碼分復用 78
3.15.1 CDM的工作原理 78
3.15.2 CDM的特性 79
主題5 網絡互聯實體 80
3.16 RS-232C接口標準簡介 81
3.16.1 RS-232C的機械特性 82
3.16.2 RS-232C的電氣特性 82
3.16.3 RS-232C的功能特性 82
3.16.4 RS-232C的規程特性 83
3.17 組幀 83
3.17.1 字節計數法 83
3.17.2 帶字節填充的首位標識法 84
3.17.3 帶比特填充的首位標識法 84
3.17.4 編碼違例法 85
3.18 高級數據鏈路控制 86
3.18.1 HDLC概述 86
3.18.2 HDLC幀格式 87
3.19 點到點協議 88
3.19.1 PPP幀格式 88
3.19.2 PPP的工作原理 89
3.20 以太網上的點到點協議 89
主題6 寬帶接入技術 90
3.21 傳統電話接入技術 91
3.22 ADSL接入技術 92
3.23 混合光纖同軸接入技術 93
3.24 光纖接入技術 94
3.25 以太網接入技術 95
3.26 無線接入技術 95
模塊4 構建網絡共享平臺—局域網技術 97
主題1 局域網體系結構 98
4.1 局域網概述 99
4.1.1 網絡拓撲結構 99
4.1.2 網絡傳輸技術 99
4.1.3 介質訪問方法 99
4.2 以太網的發展 99
4.3 IEEE 802實現模型 100
4.3.1 物理層的主要功能 100
4.3.2 數據鏈路層的主要功能 101
4.3.3 IEEE 802系列標準 101
主題2 介質訪問技術 102
4.4 CSMA/CD協議 104
4.4.1 CSMA/CD的工作原理 104
4.4.2 CSMA/CD的工作流程 106
4.4.3 總線以太網的信道利用率 107
4.4.4 CSMA/CD的應用場合 107
4.5 以太網網卡簡介 108
4.5.1 網卡與傳輸介質的接口 108
4.5.2 網卡與主機的接口 108
4.5.3 以太網數據鏈路控制器 108
4.6 MAC地址的基本概念 108
4.6.1 MAC地址的定義 109
4.6.2 MAC地址的組成 109
4.6.3 MAC地址的類型 110
4.6.4 MAC地址的管理 110
4.6.5 MAC地址的作用 110
主題3 以太網幀格式與操作 111
4.7 以太網幀結構 112
4.8 差錯控制 113
4.8.1 差錯控制方法 113
4.8.2 海明碼 114
4.8.3 奇偶校驗碼 116
4.8.4 循環冗余碼 117
4.9 流量控制 118
4.9.1 基本停—等流量控制 118
4.9.2 滑動窗口流量控制 119
4.10 可靠傳輸控制 120
4.10.1 差錯控制停—等協議 121
4.10.2 連續ARQ協議 122
4.10.3 選擇重傳ARQ協議 123
主題4 以太網技術 125
4.11 以太網的組網規范 125
4.11.1 以太網的命名原則 126
4.11.2 物理層組網設備介紹 126
4.11.3 以太網物理層標準 127
4.12 快速以太網技術 127
4.12.1 100Mbit/s以太網標準 128
4.12.2 100Mbit/s以太網應用舉例 128
4.13 1000Mbit/s以太網技術 128
4.13.1 1000Mbit/s以太網標準 129
4.13.2 1000Mbit/s以太網應用舉例 129
4.14 10Gbit/s以太網技術 129
4.15 40/100Gbit/s以太網技術 130
4.15.1 40/100Gbit/s以太網的特點 130
4.15.2 40/100Gbit/s以太網技術的應用 130
4.16 交換式以太網 130
4.16.1 交換式以太網的基本概念 130
4.16.2 交換式以太網的應用實例 131
主題5 交換式局域網 132
4.17 交換機的工作原理 133
4.18 交換機的數據轉發方式 133
4.18.1 直通交換 134
4.18.2 存儲轉發交換 134
4.18.3 無（免）碎片交換 134
4.19 交換機與集線器的區別 134
4.19.1 工作層次不同 135
4.19.2 轉發機制不同 135
4.19.3 帶寬分配方式不同 135
4.19.4 通信方式不同 135
4.20 交換機的連接方式 135
4.20.1 級聯 135
4.20.2 堆疊 135
4.20.3 級聯和堆疊的區別 136
主題6 虛擬局域網 137
4.21 沖突域與廣播域 137
4.21.1 沖突和沖突域 137
4.21.2 廣播和廣播域 138
4.21.3 沖突域與廣播域比較 138
4.22 虛擬局域網技術 139
4.22.1 VLAN的優點 140
4.22.2 VLAN的分類 140
主題7 無線局域網 141
4.23 無線局域網簡介 142
4.23.1 WLAN協議棧 142
4.23.2 CSMA/CA的工作原理 144
4.23.3 WLAN的常用組件 146
4.23.4 WLAN實現舉例 147
模塊5 擴展網絡立體空間—網絡互聯技術 149
主題1 網絡互聯 150
5.1 網絡互聯概述 151
5.2 IP協議簡介 152
5.3 ARP 153
5.3.1 ARP的作用 153
5.3.2 ARP的工作過程 154
5.4 ICMP 155
5.4.1 ICMP報文類型 156
5.4.2 ICMP報文格式 156
5.4.3 ICMP的典型應用 156
主題2 IP數據包格式 158
5.5 IP數據包 159
5.5.1 首部字段功能說明 159
5.5.2 分片與重組 161
5.5.3 IP數據包分片操作舉例 162
主題3 定長子網掩碼劃分 164
5.6 劃分子網的概念 165
5.6.1 劃分子網的原因 165
5.6.2 劃分子網的定義 166
5.7 子網掩碼的概念 166
5.7.1 子網掩碼的表示方法 166
5.7.2 子網掩碼的作用 167
5.8 定長子網掩碼劃分方法 167
主題4 變長子網掩碼劃分 170
5.9 變長子網掩碼的基本概念 171
5.9.1 定長子網掩碼劃分方法的不足 171
5.9.2 變長子網掩碼的定義 171
5.9.3 變長子網掩碼劃分方法 171
5.10 CIDR技術 173
5.10.1 CIDR的表示方法 173
5.10.2 CIDR的使用條件 174
5.11 網絡地址轉換技術 175
5.11.1 NAT的工作過程 176
5.11.2 NAT的實現方式 176
5.12 移動IP技術 177
5.12.1 移動IP的概念 177
5.12.2 移動IP的通信過程 177
主題5 擴展IP技術 179
5.13 IPv4協議的主要問題 179
5.14 IPv6協議的改進措施 180
5.15 IPv6協議數據單元 181
5.16 IPv6地址表示 182
5.17 IPv6地址類型 183
5.18 IPv6過渡技術 184
5.18.1 雙棧技術 185
5.18.2 隧道技術 185
5.19 IP多播技術 186
5.19.1 IP多播技術的概念 186
5.19.2 IP多播地址 187
5.19.3 局域網上的硬件多播 187
5.19.4 IP多播需要的兩種協議 188
5.20 軟件定義網絡 188
5.20.1 SDN概述 189
5.20.2 SDN架構 189
5.20.3 SDN的工作流程 190
主題6 互聯設備 192
5.21 互聯設備比較 193
5.22 路由器的基本概念 193
5.23 路由器的組成部件 194
5.23.1 硬件組成 194
5.23.2 軟件組成 195
5.24 路由器的工作原理 196
5.24.1 路由表 196
5.24.2 路由器的工作過程 196
5.25 路由器的基本配置 197
5.25.1 路由器的配置方法 197
5.25.2 路由器的工作模式 198
主題7 靜態路由配置 199
5.26 靜態路由 200
5.26.1 靜態路由的概念 200
5.26.2 直連路由 201
5.26.3 靜態路由配置命令介紹 201
5.26.4 默認路由 202
主題8 動態路由協議 202
5.27 動態路由協議概述 203
5.27.1 動態路由協議的度量值 204
5.27.2 動態路由協議的工作過程 205
5.27.3 動態路由協議的分類 205
5.27.4 距離矢量路由協議 206
5.27.5 鏈路狀態路由協議 206
5.27.6 邊界網關協議 208
5.27.7 管理距離 210
模塊6 續寫網絡美麗篇章—Internet的應用 213
主題1 傳輸層概述 214
6.1 傳輸層協議概述 215
6.1.1 傳輸層的地位和上下層之間的
關系 215
6.1.2 傳輸層的功能 215
6.1.3 傳輸層提供的服務 216
主題2 傳輸層的連接管理和控制技術 218
6.2 傳輸層的端口 219
6.3 傳輸控制協議 221
6.3.1 TCP的主要功能 221
6.3.2 TCP數據段的格式 222
6.3.3 TCP連接的建立 223
6.3.4 TCP連接的釋放 224
6.4 用戶數據報協議 225
6.4.1 UDP概述 225
6.4.2 UDP報文格式 225
6.4.3 基于TCP與UDP的一些
典型應用 226
6.5 TCP的可靠傳輸 226
6.5.1 序號機制 226
6.5.2 確認機制 227
6.5.3 重傳機制 227
6.6 TCP流量控制 228
6.6.1 滑動窗口機制 229
6.6.2 發送方緩存與窗口之間的關系 229
6.6.3 接收方緩存與窗口之間的關系 229
6.6.4 利用滑動窗口機制實現流量
控制的過程 230
6.6.5 可能出現的死鎖問題 231
6.7 TCP的擁塞控制機制 232
6.7.1 擁塞控制概述 232
6.7.2 擁塞控制機制 233
主題3 搭建網絡應用平臺 236
6.8 C/S工作模式與P2P工作模式 237
6.8.1 C/S工作模式 237
6.8.2 P2P工作模式 238
6.9 動態主機配置協議 238
6.9.1 使用DHCP的主要目的 238
6.9.2 DHCP的工作過程 239
6.10 Web服務 240
6.10.1 Web服務器 240
6.10.2 Web瀏覽器 240
6.10.3 頁面地址 241
6.10.4 超文本標記語言 241
6.11 域名系統 241
6.11.1 域名的層次命名結構 242
6.11.2 域名的表示方法 243
6.11.3 域名服務器和域名解析過程 243
6.11.4 域名、端口號、IP地址、MAC
地址之間的關系 244
主題4 網絡資源共享服務 245
6.12 E-mail服務 245
6.12.1 電子郵件系統 245
6.12.2 電子郵件的傳送過程 246
6.12.3 電子郵件地址 246
6.13 文件傳送服務 247
6.13.1 FTP 247
6.13.2 FTP的工作過程 247
6.14 遠程登錄服務 248
6.14.1 Telnet的工作原理 248
6.14.2 Telnet的使用 249

1. Java面向對象程序設計 [主編 姜春磊 陳虹潔]
2. 信息技術基礎（Windows 10+WPS Office）（微課版） [主編　石利平　田輝平　謝盛嘉]
3. 人工智能應用 [主編　陳　萍　劉培培　陳孟軍]
4. 大學生職業發展與就業指導 [主編　劉志堅]
5. 高級辦公應用項目教程 [主編 屈晶 趙成麗]
6. 微信小程序開發項目實戰（微課版） [主編 黃龍泉 郭峰 朱倩]
7. 企業檔案工作實戰寶典百問百答 [華俊 盧秀英 邵甜甜 著]
8. 大學生創業基礎 [主編 王麗莉 王 楊]
9. 船舶輔機 [主編 王連海 于洋 姜淑翠]
10. 大學生就業指導 [主編 王麗莉 董宴廷]
11. 系統架構設計師章節習題與考點特訓 [主編 薛大龍 鄒月平]
12. 高校學生工作探索與實踐 [郭亮 著]
13. 大學生情商管理 [方雄 著]
14. 2023年長沙市會展業發展報告 [主編 周棟良]
15. 2023年長沙市金融業發展報告 [主編 任璐 王志輝]
16. 2023年長沙市軟件業發展報告 [主編　肖玉朝 胡伏湘]
17. 久久回響——那些有溫度的課堂故事 [主編 薛麗霞]
18. 職業教育專業大數據分析 [鄧子云 著]
19. 微信小程序開發項目實戰（微課版） [黃龍泉 郭峰 朱倩]
20. 美國家庭親子英文52周 [劉胄　編著]
21. 瑞恩熊AI英語自然拼讀黃金法則 [科大訊飛學習機英語團隊　編著]
22. 網絡運維管理從基礎到實戰 [許成剛 阮曉龍 杜宇飛 劉海濱]
23. 用英語介紹中國高頻100話題 [創想外語 編著]
24. 信息系統項目管理師（適用第4版大綱）一站通關 [指尖瘋]
25. Photoshop平面設計（微課版）（第二版） [主編　趙艷莉]
26. 大學英語1 [主編　蔣戴麗　呂瑋]
27. 用英語介紹中國經典小故事 [青閏　編譯]
28. 新概念英語單詞循環速記1：14天刻意練習 [宋德偉　編著]
29. 新能源場站繼電保護傳動作業指導書 [內蒙古北方龍源風力發電有限責任]
30. 高職院校“德技并修·三育協同”的育人模式研究 [童世華 鄧丹楓 彭韓柳依 周葉]