互聯網已走過半個多世紀的歷程，深刻改變了人們的政治、經濟、文化、教育和生活的方方面面。目前，新技術、新產業、新業態、新模式層出不窮，云計算、大數據、人工智能、5G等新技術與各行各業跨界融合，計算機網絡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越來越迫切，需要越來越多掌握計算機網絡基礎知識的人。“計算機網絡基礎”已成為當代大學生的一門重要課程。建設網絡強國已成為中國的重大戰略決策之一，而建設網絡強國必須培養大批的網絡技術精英，需要大力普及網絡知識和技能，“計算機網絡基礎”課程在這一方面應該發揮重要的作用。

為了幫助讀者掌握計算機網絡基礎知識和技術，編者編寫了《計算機網絡基礎》（教育部高等學校高職高專計算機類專業教學指導委員會優秀教材）。然而，技術發展十分迅速，教材建設也需與時俱進，才能適應形勢發展。在前書的基礎上，本教材的編寫特別注重以下幾個方面（也是本教材的主要特色）：

（1）模塊化設計，教學內容選擇靈活。本書設計了六個模塊，每個模塊規劃多個教學主題，以每個主題為授課單元，意在建構一種能夠自主選擇、靈活組織、具有開放性和獨立性的課程結構模式。教師可根據教學時長、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“計算機網絡基礎”課程的不同需求。本書設置“懂網、建網、管網、用網”等不同的教學定位，促使計算機網絡人才的培養質量符合“應對變化，創造未來”的要求，幫助學生拓展就業空間，提高就業能力。

（2）融入課程思政，落實立德樹人。本書在編寫過程中力求簡明扼要、重點突出，歸納出每個模塊的知識目標、技能目標和素質目標，其間融入了“立德樹人、執著育才、錘煉精品、共享教育”的情懷，課程思政相關素材以二維碼形式提供，供教師教學參考使用。

（3）配套資源豐富，課前課中課后一體化。本書設計了“學習目標”“課前評估”“動手實踐”“課后檢測”等教學指導環節。教學團隊傾力打造豐富的教學資源，建成線上與線下學習結合、理論學習與實踐學習一體、自學與自測兼備的多元化立體資源，力圖構建“以學為中心”的課前課中課后一體化的教學模式。同時，與教材同步的課程標準、電子課件、電子教案、實踐安排及課后檢測等部分也進行了模塊化處理及優化，使之能與教材相匹配，進一步體現教材在應用上的整體模塊化價值。

本書由重慶電子工程職業學院唐繼勇、李旭任主編，劉思伶、孫夢娜、羅攀、連國強（重慶云影眾城信息科技有限公司）任副主編。其中，模塊1由李旭編寫，模塊2由劉思伶編寫，模塊3由孫夢娜編寫，模塊4由唐繼勇編寫，模塊5由連國強編寫，模塊6由羅攀編寫。本書在編寫過程中得到重慶電子工程職業學院人工智能與大數據學院領導、教研室各位老師的大力支持和幫助，同時參考了大量國內外計算機網絡文獻資料，在此謹向這些著作作者和為本書付出辛勤勞動的同志致以衷心的感謝！

限于編者水平，書中難免存在疏漏和不妥之處，懇請廣大讀者不吝賜教、以利修正。

編 者

2021年6月

目 錄
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 2
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
主題2 計算機網絡的表示 6
1.4 計算機網絡拓撲結構的概念 7
1.5 計算機網絡拓撲結構的表示 7
1.6 計算機網絡拓撲結構的分類 8
1.6.1 總線型拓撲結構 8
1.6.2 星型拓撲結構 9
1.6.3 環型拓撲結構 9
1.6.4 網狀拓撲結構 10
主題3 計算機網絡的組成和分類 13
1.7 計算機網絡的物理構成 14
1.7.1 終端設備 15
1.7.2 網絡設備 15
1.7.3 傳輸介質 15
1.8 計算機網絡的邏輯組成 15
1.8.1 資源子網 15
1.8.2 通信子網 15
1.9 計算機網絡的分類 16
1.9.1 按數據傳輸方式 16
1.9.2 按覆蓋的地理范圍 17
1.9.3 按數據交換方式 19
主題4 計算機網絡的發展和趨勢 22
1.10 計算機網絡的發展過程 23
1.10.1 數據通信型網絡階段 23
1.10.2 資源共享型網絡階段 23
1.10.3 標準系統型網絡階段 24
1.10.4 高速綜合型網絡階段 24
1.11 計算機網絡的發展趨勢 24
1.11.1 自帶設備 24
1.11.2 在線協作 24
1.11.3 視頻通信 25
1.11.4 云計算 25
1.11.5 智能家庭技術 25
模塊2 規劃網絡宏偉藍圖——網絡體系結構 28
主題1 計算機網絡協議分層結構 28
2.1 層次結構 30
2.2 網絡協議及協議棧 30
2.2.1 網絡協議的概念 30
2.2.2 網絡協議的要素 31
2.2.3 網絡協議棧 31
2.2.4 網絡協議的格式 31
2.3 計算機網絡體系結構 32
主題2 計算機網絡模型 35
2.4 OSI參考模型 36
2.4.1 OSI參考模型的基本概念 36
2.4.2 OSI參考模型的層次結構 36
2.4.3 OSI參考模型的各層功能 37
2.5 TCP/IP協議模型 37
2.5.1 TCP/IP協議模型概述 38
2.5.2 TCP/IP模型各層功能 38
2.5.3 一種通用的TCP/IP模型 39
2.5.4 TCP/IP各層協議數據單元 39
主題3 計算機網絡IP地址 43
2.6 IP編址方式 45
2.6.1 IP地址的表示 45
2.6.2 IP地址的結構 45
2.7 IP地址的分類 46
2.8 掩碼的作用 46
2.8.1 掩碼的概念 46
2.8.2 默認掩碼 46
2.9 默認網關 47
2.10 IP地址的配置管理 47
模塊3 構筑網絡高速公路——數據通信基礎 50
主題1 數據通信方式 50
3.1 并行通信與串行通信 52
3.1.1 并行通信 52
3.1.2 串行通信 52
3.2 通信雙方的交互方向 53
3.2.1 單工通信 53
3.2.2 半雙工通信 53
3.2.3 全雙工通信 54
3.3 異步傳輸與同步傳輸 54
3.3.1 異步傳輸 54
3.3.2 同步傳輸 55
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 光纖 63
3.6.1 光電轉換 63
3.6.2 光纖分類 63
3.6.3 光纖特性 64
3.6.4 光纖的連接組件 64
主題3 數據編碼技術 67
3.7 基帶編碼 68
3.7.1 不歸零編碼 69
3.7.2 曼徹斯特編碼 69
3.7.3 差分曼徹斯特編碼 69
3.8 頻帶調制 69
3.8.1 幅移鍵控（ASK） 69
3.8.2 頻移鍵控（FSK） 70
3.8.3 相移鍵控（PSK） 70
主題4 信道復用技術 72
3.9 頻分多路復用 73
3.10 時分多路復用 74
3.10.1 同步時分多路復用 74
3.10.2 異步時分多路復用 75
3.11 波分多路復用 75
主題5 物理層接口標準 84
3.12 RS-232C接口標準簡介 85
3.12.1 RS-232C的機械特性 85
3.12.2 RS-232C的電氣特性 86
3.12.3 RS-232C的功能特性 86
3.12.4 RS-232C的規程特性 87
主題6 寬帶接入技術 88
3.13 ADSL接入技術 89
3.13.1 ADSL接入技術的特點 90
3.13.2 ADSL原理和技術性能 90
3.13.3 ADSL Modem功能 90
3.13.4 ADSL的接入模型 90
模塊4 構建網絡共享平臺——局域網技術 96
主題1 局域網體系結構 96
4.1 局域網概述 97
4.1.1 網絡拓撲結構 98
4.1.2 網絡傳輸技術 98
4.1.3 介質訪問方法 98
4.2 以太網的發展 98
4.3 IEEE 802實現模型 98
4.3.1 物理層的主要功能 99
4.3.2 數據鏈路層的主要功能 99
4.3.3 IEEE 802系列標準 99
主題2 介質訪問技術 101
4.4 CSMA/CD協議 102
4.4.1 CSMA/CD的工作原理 102
4.4.2 CSMA/CD的工作特點 103
4.5 以太網網卡簡介 103
4.5.1 網卡與傳輸介質的接口 103
4.5.2 網卡與主機的接口 104
4.5.3 以太網數據鏈路控制器 104
主題3 幀格式與操作 105
4.6 MAC地址的基本概念 106
4.6.1 MAC地址的定義 106
4.6.2 MAC地址的組成 107
4.6.3 MAC地址的類型 107
4.6.4 MAC地址的管理 107
4.6.5 MAC地址的作用 108
4.7 以太幀結構 108
主題4 以太網技術 110
4.8 以太網的組網規范 111
4.8.1 以太網的命名原則 111
4.8.2 物理層組網設備介紹 111
4.8.3 以太網物理層標準 112
4.9 快速以太網技術 113
4.9.1 100Mb/s以太網標準 113
4.9.2 100Mb/s以太網應用舉例 113
4.10 1000Mb/s以太網技術 113
4.10.1 1000Mb/s以太網標準 114
4.10.2 1000Mb/s以太網應用舉例 114
4.11 10G以太網技術 114
4.12 交換式以太網 115
4.12.1 交換式以太網的基本概念 115
4.12.2 交換式以太網的應用實例 115
主題5 交換式局域網 117
4.13 交換機的工作原理 117
4.14 交換機數據轉發方式 118
4.14.1 直通交換 119
4.14.2 存儲轉發交換 119
4.14.3 免碎片交換 119
4.15 交換機與集線器的區別 119
4.15.1 工作層次不同 119
4.15.2 數據傳輸方式不同 119
4.15.3 帶寬占用方式不同 119
4.15.4 傳輸模式不同 119
4.16 交換機的連接方式 120
4.16.1 級聯 120
4.16.2 堆疊 120
4.16.3 級聯和堆疊的區別 120
主題6 虛擬局域網 122
4.17 沖突域與廣播域 123
4.17.1 沖突和沖突域 123
4.17.2 廣播和廣播域 123
4.17.3 沖突域與廣播域比較 124
4.18 虛擬局域網技術 124
4.18.1 VLAN的優點 125
4.18.2 VLAN的分類 125
主題7 無線局域網 127
4.19 無線局域網簡介 128
4.19.1 WLAN的常見標準 128
4.19.2 WLAN常用組件 128
模塊5 擴展網絡立體空間——網絡互聯技術 133
主題1 網絡互聯概述 133
5.1 網絡互聯概述 134
5.2 IP簡介 135
5.3 ARP 136
5.3.1 ARP的作用 136
5.3.2 ARP的工作過程 136
5.4 ICMP 138
5.4.1 ICMP報文類型 138
5.4.2 ICMP報頭 138
5.4.3 ICMP的典型應用 138
主題2 IP數據報格式 142
5.5 IP數據報 142
5.5.1 首部字段功能說明 143
5.5.2 分片與重組 144
5.5.3 IP數據報分片操作舉例 144
主題3 定長子網掩碼劃分方法 149
5.6 劃分子網的概念 150
5.6.1 劃分子網的原因 151
5.6.2 劃分子網的定義 151
5.7 子網掩碼的概念 151
5.7.1 子網掩碼的表示方法 151
5.7.2 子網掩碼的作用 151
5.8 定長子網掩碼劃分方法 152
主題4 變長子網掩碼劃分方法 155
5.9 變長子網掩碼的基本概念 156
5.9.1 定長子網掩碼劃分方法的不足 156
5.9.2 變長子網掩碼的定義 156
5.9.3 變長子網掩碼劃分 157
5.10 網絡地址轉換技術 158
主題5 IPv6地址 161
5.11 IPv4協議的主要問題 161
5.12 IPv6協議的改進措施 162
5.13 IPv6協議數據單元 162
5.14 IPv6地址表示 164
5.15 IPv6地址類型 165
主題6 互聯設備 167
5.16 互聯設備比較 168
5.17 路由器的基本概念 168
5.18 路由器的組成部件 169
5.18.1 硬件組成 169
5.18.2 軟件組成 170
5.19 路由器的工作原理 170
5.19.1 路由表 170
5.19.2 路由器的工作過程 171
5.20 路由器的基本配置 171
5.20.1 路由器的配置方法 171
5.20.2 路由器的工作模式 172
主題7 靜態路由配置 175
5.21 靜態路由 176
5.21.1 靜態路由的概念 176
5.21.2 直連路由 176
5.21.3 靜態路由配置命令介紹 177
5.21.4 默認路由 177
主題8 動態路由協議 180
5.22 動態路由協議 180
5.22.1 動態路由協議的度量值 181
5.22.2 動態路由協議的工作過程 182
5.22.3 動態路由協議的分類 182
5.22.4 距離矢量路由協議（RIP） 183
5.22.5 鏈路狀態路由協議（OSPF） 183
5.22.6 管理距離 184
模塊6 續寫網絡美麗傳說——Internet的應用 188
主題1 傳輸層概述 188
6.1 傳輸層協議概述 189
6.1.1 傳輸層的地位和上下層之間的關系 189
6.1.2 傳輸層的功能 190
6.1.3 傳輸層提供的服務 191
主題2 傳輸層協議 194
6.2 傳輸層的端口 195
6.3 傳輸控制協議（TCP） 197
6.3.1 TCP的主要功能 197
6.3.2 TCP報文段的結構 197
6.3.3 TCP連接的建立 198
6.4 用戶數據報協議（UDP） 199
6.4.1 UDP概述 199
6.4.2 UDP報文格式 200
6.4.3 基于TCP、UDP的一些典型應用 200
主題3 搭建網絡應用平臺 205
6.5 動態主機配置協議（DHCP） 206
6.5.1 使用DHCP的主要目的 206
6.5.2 DHCP的工作原理 206
6.6 WWW服務 207
6.6.1 WWW服務器 207
6.6.2 WWW瀏覽器 207
6.6.3 頁面地址 208
6.6.4 超文本標記語言 208
6.7 域名系統（DNS） 208
6.7.1 域名的層次命名機構 209
6.7.2 域名的表示方法 209
6.7.3 域名服務器和域名解析過程 210
6.7.4 域名、端口號、IP地址、MAC地址
之間的關系 210
主題4 網絡資源共享服務 215
6.8 E-mail服務 215
6.8.1 電子郵件系統 216
6.8.2 電子郵件的傳送過程 216
6.8.3 電子郵件地址 216
6.9 文件傳輸服務 217
6.9.1 FTP協議 217
6.9.2 FTP的工作過程 217
6.10 遠程登錄（Telnet）服務 218
6.10.1 Telnet的工作原理 218
6.10.2 Telnet的使用 218

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