用“能看到”的方式講解計算機網絡通信詳細過程及協議

用最明白的方法徹底講述復雜的網絡技術問題

項目教學+案例教學+校企合作的完美實踐

配套優質教學用PPT

一本真正好教、好學、實用的優秀網絡技術教材

前 言

我不知道社會上有多少人想學精計算機網絡，也不知道我講的計算機網絡課程有什么過人之處。當我把在軟件學院隨堂錄制的計算機網絡視頻放到51CTO學院網站后，看到了幾十萬訪問量和眾多的好評，才知道原來有那么多人在互聯網上苦苦搜尋優秀的計算機網絡教程，才知道學生喜歡我這種講故事一樣的講課方式。

高校計算機專業的學生大多需要學習“計算機網絡”這門課程，很多學校還是必修課。很多非計算機專業的學生，想轉行進入IT領域發展，想打好扎實的基礎，也都應該掌握計算機網絡。

當前，有關計算機網絡圖書大致可分為兩大類：一類是網絡設備廠商考證相關的教程，比如思科網絡工程師教程CCNA、CCNP，華為認證網絡工程師HCIA、HCIE、HCIP等；另一類就是高校的計算機網絡相關教材，代表作就是謝希仁老師編著的《計算機網絡》。

然而，這些廠商認證的教程，其目的只是培養能夠熟練操作和配置其網絡設備的工程師，對計算機網絡通信原理和過程并沒有進行深入細致的講解，其重點是如何配置網絡設備。而高校計算機網絡原理相關的教材，則深入講解了計算機通信過程和各層協議，并沒給學生講解如何使用具體的網絡設備對所學的理論進行驗證，更沒有進一步擴展這些理論可以應用在哪些場景。死記硬背式的學習，除了應付考試，很難解決實際問題。很多老師在講授這門課程時，不但學生感覺沒意思，自己也覺得沒意思。

我從事IT企業培訓和企業IT技術支持20年，積累了大量的實戰經驗，同時，在河北師范大學軟件學院以謝希仁老師編著的《計算機網絡》為教程講授計算機網絡原理12年，在授課過程中增加了大量的案例，設計了合適的實驗來驗證所講的理論。通過理論結合實踐，不僅給學生講清楚了計算機各層通信協議，還通過捕獲數據包，讓學生看到數據包的結構、每一層的封裝。通過網絡層的教學，不僅教會學生理解網絡暢通的必要條件，還能在華為路由器上配置靜態路由和動態路由；在傳輸層，不僅能讓大家理解傳輸層協議和應用層協議之間的關系，還能讓大家通過設置Windows服務器實現網絡安全；在應用層，不僅講解了常見的應用層協議，還能使用抓包工具捕獲客戶端和服務器之間交互的數據包，會分析各種應用層協議數據包格式……

2016年，時機成熟，我決心編寫計算機網絡原理教程，以謝希仁老師編著的《計算機網絡》（第六版）為藍本，繪制大量插圖展示所講理論，每一段理論結束后，緊跟著就是如何使用這些理論來解決實際問題，對知識進一步擴展。力求對書中內容的安排恰到好處，設計了經典的實驗，做到了讓理論不再抽象，讓課程充滿趣味，讓學習充滿樂趣。

《計算機網絡原理創新教程》經過幾年的教學檢驗，受到了廣大授課老師及同學的熱烈好評。通過這本書，老師們對理論的講解更加輕松自如，同學們的學習積極性、接受的程度、學以致用的能力都得到了大幅度提高。

在新的人才培養目標指引下，立足于“自主可控”，《計算機網絡創新教程》從實驗設備到虛擬化實驗軟件，都進行了國產化改版，網絡設備的講解都以華為系列設備為案例進行教學，虛擬化實驗環境搭建軟件也由GNS3改為了華為的eNSP。此外，本書還加入了計算機網絡領域的最新知識、本人最新的講課方法，同時更正了《計算機網絡原理創新教程》中的不足或錯誤之處、優化了部分內容的講述方式。

本書適合的讀者對象

計算機專業的大學生。

想從事IT方面的工作、系統學習IT技術的有夢想的人。

打算考取思科或華為網絡工程師認證的人。

學生評價

51CTO學院韓立剛老師計算機網絡原理視頻教程：

https://edu.51cto.com/course/25988.html

下面是51CTO學院學生聽完韓老師計算機網絡原理后的評價：

★★★★★5分

學了一半了，感覺還不錯，能把抽象的概念或晦澀難懂的內容通過直白的語言講出來，難能可貴��！

★★★★★5分

這套課程很適合那些剛接觸網絡，或者還沒開始學但想學網絡的�？偠�言之，這套課程對網絡基礎講解的很詳細。

★★★★★5分

韓老師的課講的很有條理，而且有很強的實用價值，對于我們這些對計算機感興趣，又找不到好的教程的人來說，簡直是如魚得水。國家也都關注網絡安全的時期，也是全民用網的時期，網絡方面的知識是大家都需要的，希望韓老師出更多優秀視頻，使更多網民學會安全用網。

★★★★★5分

講得真好！因為實踐經驗太豐富了。

★★★★★5分

老師講的太好了，原來書里不好理解的經老師講解一下就懂了。

★★★★★5分

真心不錯的老師！要是遇到這樣的老師，哪兒還有逃課的學生呢。韓老師厲害。

★★★★★5分

韓老師的課程側重于實際應用，沒有那么多的專業術語，講解的也淺顯易懂，但要是為了考取證書還需要學習一下別的視頻，韓老師很給力，頂�。。�

★★★★★5分

很給力！要是中國的高校軟件類的專業都講的這么好，哪兒還有培訓基地的生存空間？

技術支持

技術交流和資料索取請聯系：

韓老師QQ：458717185。

技術支持QQ群韓立剛IT技術交流群：301678170。

韓老師視頻教學網站：http://www.91xueit.com。

韓老師微信公眾號：han_91xueit。

致謝

河北師范大學軟件學院一直采用“校企合作”的辦學模式，在課程體系設置上與市場接軌；在教師的選用上，大量聘用來自企業一線的工程師；在教材及實驗手冊的建設上，結合國內優秀教材的知識體系，大膽創新，開發了一系列理論與實踐相結合的教材（本書即是其中一本）。在學院新穎辦學模式的培養下，百余名學生進入知名企業實習或已簽訂就業合同，得到了用人企業的廣泛認可。這些改革成果的取得，首先要感謝河北師范大學校長蔣春瀾教授的大力支持和鼓勵，同時還要感謝河北師范大學校黨委對這一辦學模式的肯定與關心。

在本書整理完成的過程中，河北師范大學數信學院院長鄧明立教授、軟件學院副院長趙書良教授以及李文斌副教授為本書的寫作提供了一個良好的環境，是他們為本書內容的教學實踐保駕護航，他們與作者關于教學的溝通與交流為本書提供了豐富的案例和建議，在此對他們表示真誠的感謝。感謝河北師范大學軟件學院教學團隊的每一位成員，感謝河北師范大學軟件學院的每一位學生，是他們的友好、熱情、幫助和關心促使了本書的出版。

最后，感謝我的家人在本書創作過程中給予的支持與理解。

希望本書能帶給廣大老師及學生更多的教學和學習樂趣，同時也誠懇地歡迎廣大師生批評指正，多提寶貴意見。

前言

第1章 計算機網絡和協議 1
1.1 計算機網絡在當今社會的作用 1
1.2 認識網絡 2
1.2.1 網絡和互聯網 2
1.2.2 最大的互聯網—因特網 3
1.2.3 企業組建的互聯網 4
1.2.4 家庭組建的互聯網 5
1.3 理解TCP/IP協議 7
1.3.1 理解協議 7
1.3.2 計算機通信協議 9
1.3.3 TCP/IP協議各層的功能 11
1.3.4 封裝和解封 12
1.4 理解OSI參考模型 13
1.4.1 OSI參考模型和TCP/IP協議的關系 13
1.4.2 計算機通信分層的優點 15
1.5 OSI參考模型學以致用 17
1.5.1 學以致用—表示層 17
1.5.2 學以致用—安裝抓包工具并查看
數據包內容 19
1.5.3 學以致用—傳輸層連接 21
1.5.4 學以致用—用分層的思想考慮
問題 23
1.5.5 學以致用—OSI參考模型與排錯 23
1.6 計算機網絡的性能指標 25
1.6.1 速率 25
1.6.2 帶寬 27
1.6.3 吞吐量 28
1.6.4 時延 29
1.6.5 時延帶寬積 31
1.6.6 往返時間 32
1.6.7 利用率 32
1.7 網絡分類 33
1.7.1 按網絡的范圍進行分類 33
1.7.2 按網絡的使用者進行分類 33
1.8 企業局域網設計 34
1.8.1 二層結構的局域網 34
1.8.2 三層結構的局域網 35
習題1 35
第2章 物理層 37
2.1 物理層的基本概念 38
2.2 數據通信基礎 38
2.2.1 數據通信模型 38
2.2.2 數據通信中的常用術語 39
2.2.3 模擬信號和數字信號 40
2.2.4 模數轉換 42
2.3 信道和調制 43
2.3.1 信道 43
2.3.2 單工、半雙工及全雙工通信 44
2.3.3 調制 44
2.3.4 信道極限容量 45
2.4 傳輸媒體 48
2.4.1 導向傳輸媒體 48
2.4.2 非導向傳輸媒體 52
2.5 信道復用技術 55
2.5.1 頻分復用 56
2.5.2 時分復用 57
2.5.3 波分復用 58
2.5.4 碼分復用 59
2.6 寬帶接入技術 61
2.6.1 銅線接入技術 61
2.6.2 HFC技術 64
2.6.3 光纖接入技術 65
2.6.4 移動互聯網接入技術 65
習題2 67
第3章 管理華為設備 69
3.1 VRP簡介 69
3.2 介紹eNSP 70
3.2.1 安裝eNSP 71
3.2.2 華為設備型號 71
3.3 VRP命令行 73
3.3.1 命令行的基本概念 73
3.3.2 命令行的使用方法 76
3.4 登錄設備 78
3.4.1 用戶界面配置 79
3.4.2 通過Console口登錄設備 81
3.4.3 通過Telnet登錄設備 83
3.5 基本配置 84
3.5.1 配置設備名稱 85
3.5.2 配置設備IP地址 85
3.6 配置文件的管理 86
3.6.1 華為設備配置文件 86
3.6.2 保存當前配置 86
3.6.3 設置下一次啟動加載的配置文件 88
3.6.4 文件管理 89
習題3 91
第4章 數據鏈路層 94
4.1 數據鏈路層的概念和三個基本問題 95
4.1.1 數據鏈路和幀 95
4.1.2 數據鏈路層的三個基本問題 96
4.2 點到點信道的數據鏈路 100
4.2.1 PPP原理 101
4.2.2 PPP基本工作流程 103
4.2.3 配置PPP協議：PAP身份驗證模式 106
4.2.4 配置PPP協議：CHAP身份驗證
模式 107
4.2.5 通過抓包觀察PPP的工作過程 108
4.2.6 PPP幀填充方式 111
4.3 廣播信道的數據鏈路 112
4.3.1 廣播信道的局域網 112
4.3.2 以太網標準 113
4.3.3 CSMA/CD協議 114
4.3.4 以太網最短幀 115
4.3.5 沖突解決方法—退避算法 116
4.3.6 以太網幀格式 117
4.3.7 以太網信道利用率 121
4.3.8 網卡的作用 122
4.3.9 MAC地址 123
4.3.10 實戰：查看和更改MAC地址 125
4.4 擴展以太網 126
4.4.1 集線器 127
4.4.2 計算機數量和距離上的擴展 127
4.4.3 使用網橋優化以太網 129
4.4.4 網橋自動構建MAC地址表 130
4.4.5 多接口網橋—交換機 132
4.4.6 查看交換機MAC地址表 134
4.4.7 生成樹協議 135
4.5 高速以太網 138
4.5.1 100M以太網 138
4.5.2 吉比特以太網 139
4.5.3 10吉比特以太網 141
習題4 142
第5章 IP地址和子網劃分 144
5.1 學習IP地址預備知識 144
5.1.1 二進制和十進制 145
5.1.2 二進制數的規律 146
5.2 理解IP地址 146
5.2.1 MAC地址和IP地址 147
5.2.2 IP地址的組成 147
5.2.3 IP地址格式 148
5.2.4 子網掩碼的作用 149
5.2.5 子網掩碼另一種表示方法 152
5.3 IP地址詳解 152
5.3.1 IP地址分類 152
5.3.2 特殊的IP地址 154
5.4 公網地址和私網地址 156
5.4.1 公網地址 156
5.4.2 私網地址 157
5.5 子網劃分 157
5.5.1 子網劃分的目的 157
5.5.2 等長子網劃分 158
5.5.3 等長子網劃分示例 161
5.6 變長子網劃分 162
5.6.1 變長子網劃分示例 162
5.6.2 點到點網絡的網絡掩碼 163
5.6.3 判斷IP地址所屬的網段 164
5.6.4 子網劃分需要注意的幾個問題 165
5.7 使用超網合并網段 165
5.7.1 合并網段 166
5.7.2 合并網段的規律 167
5.7.3 判斷一個網段是超網還是子網 169
習題5 169
第6章 靜態路由和動態路由 174
6.1 路由的基本概念 174
6.1.1 什么是路由 174
6.1.2 路由信息的來源 176
6.1.3 路由優先級 178
6.1.4 網絡暢通的條件 179
6.1.5 配置靜態路由示例 179
6.2 路由匯總 181
6.2.1 通過路由匯總簡化路由表 181
6.2.2 路由匯總例外 183
6.2.3 無類域間路由（CIDR） 183
6.3 默認路由 184
6.3.1 全球最大的網段 184
6.3.2 使用默認路由作為指向Internet的路由 185
6.3.3 使用默認路由和路由匯總簡化路由表 186
6.3.4 默認路由造成的路由環路 188
6.3.5 讓默認路由代替大多數網段的路由 189
6.3.6 Windows上的默認路由和網關 190
6.4 網絡排錯案例 193
6.4.1 站在全局的高度排除網絡故障 193
6.4.2 計算機網關也很重要 194
6.5 動態路由—RIP協議 195
6.5.1 RIP協議特點 195
6.5.2 RIP協議工作原理 196
6.5.3 在路由器上配置RIP協議 197
6.5.4 查看路由表 199
6.5.5 觀察RIP協議路由更新活動 200
6.5.6 RIP協議數據包報文格式 201
6.6 動態路由—OSPF協議 202
6.6.1 什么是最短路徑優先算法 203
6.6.2 OSPF協議概述 204
6.6.3 OSPF區域 205
6.6.4 OSPF協議相關術語 206
6.6.5 OSPF協議的工作過程 207
6.7 配置OSPF協議 208
6.7.1 OSPF多區域配置 208
6.7.2 查看OSPF協議的三張表 211
6.7.3 在區域邊界路由器上進行路由
匯總 212
習題6 214
第7章 網絡層協議 222
7.1 IP協議 223
7.1.1 抓包查看網絡層首部 223
7.1.2 網絡層首部格式 224
7.1.3 實戰：查看協議版本和首部長度 227
7.1.4 數據分片詳解 230
7.1.5 實戰：捕獲并觀察數據包分片 231
7.1.6 數據包生存時間（TTL）詳解 236
7.2 ICMP協議 237
7.2.1 抓包分析ICMP報文 237
7.2.2 ICMP報文格式 239
7.2.3 ICMP差錯報告報文—TTL過期 240
7.2.4 ICMP差錯報告報文—目標主機
不可到達 241
7.2.5 ICMP差錯報告報文—路由
重定向 242
7.2.6 ICMP差錯報告報文—給程序
返回錯誤消息 244
7.3 使用ICMP排除網絡故障案例 245
7.3.1 使用ping診斷網絡故障 245
7.3.2 使用ping斷定哪一段鏈路出現
故障 246
7.3.3 使用tracert跟蹤數據包路徑 248
7.3.4 使用pathping跟蹤數據包路徑 250
7.4 ARP協議 251
7.4.1 ARP協議的作用 251
7.4.2 ARP協議的工作過程和安全隱患 253
7.4.3 ARP欺騙之“網絡執法官”與
“P2P終結者” 254
7.4.4 判斷和防止ARP欺騙的方法 254
7.5 IGMP協議 255
7.5.1 什么是組播 255
7.5.2 組播IP地址 256
7.5.3 組播MAC地址 257
7.5.4 組播管理協議（IGMP） 258
7.6 實戰：跨網段觀看組播視頻 259
習題7 259
第8章 傳輸層 262
8.1 傳輸層的兩個協議 263
8.1.1 TCP和UDP協議的應用場景 263
8.1.2 傳輸層協議和應用層協議之間
的關系 264
8.1.3 服務和端口之間的關系 266
8.1.4 實戰：服務器端口沖突造成服務
啟動失敗 267
8.1.5 實戰：更改服務使用的默認端口 268
8.1.6 端口和網絡安全的關系 269
8.1.7 實戰：Windows防火墻和TCP/IP
篩選實現網絡安全 270
8.2 用戶數據報協議（UDP） 271
8.2.1 UDP協議的特點 271
8.2.2 UDP的首部格式 272
8.3 傳輸控制協議（TCP） 274
8.3.1 TCP協議的主要特點 274
8.3.2 TCP報文的首部格式 275
8.4 可靠傳輸 280
8.4.1 TCP可靠傳輸的實現—停止
等待協議 280
8.4.2 連續ARQ協議和滑動窗口協議
—改進的停止等待協議 282
8.4.3 以字節為單位的滑動窗口技術
詳解 283
8.4.4 改進的確認—選擇確認
（SACK） 285
8.4.5 超時重傳的時間調整 287
8.5 流量控制 289
8.6 擁塞控制 290
8.6.1 擁塞控制的原理 290
8.6.2 擁塞控制方法—慢開始和擁塞
避免 291
8.6.3 擁塞控制方法—快重傳和快
恢復 294
8.6.4 發送窗口的上限 295
8.7 TCP連接管理 296
8.7.1 TCP的連接建立 296
8.7.2 TCP的連接釋放 299
8.7.3 實戰：查看TCP釋放連接的
數據包 301
8.7.4 實戰：SYN攻擊 302
習題8 303
第0章 應用層 308
9.1 域名系統DNS 309
9.1.1 什么是域名 309
9.1.2 域名的結構 310
9.1.3 Internet中的域名服務器 312
9.1.4 域名解析過程 314
9.1.5 實戰1：搭建企業內網的DNS
服務 316
9.1.6 實戰2：測試域名解析 318
9.1.7 實戰3：抓包分析域名解析
的過程 322
9.2 動態主機配置協議DHCP 323
9.2.1 靜態地址和動態地址應用場景 324
9.2.2 DHCP地址租約 325
9.2.3 DHCP租約生成過程 325
9.2.4 DHCP地址租約更新 326
9.2.5 實戰1：安裝和配置DHCP服務 327
9.2.6 實戰2：查看、刷新、釋放租約 329
9.2.7 實戰3：跨網段分配IP地址 331
9.3 Telnet協議 332
9.3.1 Telnet協議工作方式 332
9.3.2 實戰：Telnet管理網絡設備和
Windows系統 333
9.4 超文本傳輸協議HTTP 334
9.4.1 網頁 334
9.4.2 統一資源定位符URL 335
9.4.3 絕對路徑和相對路徑 336
9.4.4 HTTP的主要內容 337
9.4.5 抓包分析HTTP 340
9.4.6 實戰：使用Windows 2016創建
Web站點 342
9.4.7 通過代理服務器訪問網站 342
9.5 文件傳輸協議FTP 343
9.5.1 FTP主動模式和被動模式 344
9.5.2 實戰：安裝FTP服務和創建
FTP站點 346
9.6 電子郵件 348
9.6.1 電子郵件發送和接收過程 348
9.6.2 電子郵件信息格式 351
9.6.3 SMTP協議 352
9.6.4 POP3協議和IMAP協議 355
9.6.5 部署企業內部郵件服務器 355
9.7 實戰：在內網部
署郵件服務器向Internet發送郵件 356
9.7.1 安裝郵件服務器向Internet發送
電子郵件 357
9.7.2 抓包分析SMTP和POP3協議的
工作過程 358
9.8 總結 359
習題9 360
部分習題答案 364
參考文獻 372

1. 輸水管線工程風險管理 [張勇 黨亥生 著]
2. 民用航空飛機標準線路施工 [主編　王志敏　陳明]
3. 不息的水脈—大運河講談錄 [趙珩　著]
4. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
5. 三峽梯級電站水資源決策支持系統研究與開發 [姚華明 潘紅忠 湯正]
6. 海南黎族民俗文化鑒賞 [龐國華　著]
7. 石墨烯在太赫茲及中紅外頻段電磁器件設計中的應用 [李艷秀 莊華偉 著]
8. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
9. 辦公自動化高級應用 [陳萍 朱曉玉]
10. 信息處理技術員考試32小時通關 [薛大龍]
11. 電子產品設計案例教程（微課版）—基于嘉立創EDA（專業版） [王靜 莫志宏 陳學昌 丁紅]
12. C程序設計實踐教程 [劉衛國]
13. C程序設計（慕課版） [劉衛國]
14. Web技術開發教程（基于.NET開源MVC框架） [王合闖 韓紅玲 王青正 陳海蕊]
15. 商務英語翻譯教程（筆譯）（第四版） [主編 王軍平]
16. 智慧零售技術與應用 [洪旭 著]
17. 建設工程法規實務 [主編 余瀅]
18. 商務秘書理論與實務（第三版） [主編 張同欽]
19. 程序設計基礎實踐教程（C/C++語言版） [張桂芬 葛麗娜]
20. C++案例項目精講 [主編 楊國興]
21. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
22. 工程數學 [主編 郭立娟 王海]
23. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
24. 信息系統項目管理師章節習題與考點特訓（第二版） [主編 薛大龍]
25. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
26. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
27. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
28. HCIA-Datacom認證題庫分類精講 [主 編 韓立剛]
29. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
30. 網絡規劃設計師備考一本通 [夏杰 編著]