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本书是作者多年教学实践与课程改革的经验总结，以计算机网络各层核心协议技术标准为主线，以提升学生学习兴趣为先导，系统深入地讲解了应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层的主要任务和相关实现协议，采用自顶向下的视角引出了TCP/IP核心协议所解决的科学问题，循序渐进地剖析了计算机网络协议三要素（语法、语义、时序）、客户服务器工作模式、域名系统、万维网、数据可靠传输、流量控制及拥塞控制、内部路由选择、透明传输、虚拟局域网等知识的重点和难点，详细阐述了通信子网中重要设备（路由器、交换机等）的配置及使用的技术细节。本书通过个人独立完成的计算机网络常规实验操作和团队协作完成的课程设计，启发和鼓励学生在解决问题的过程中锻炼及提高自己的计算机网络软/硬件开发、维护等实践能力。本书可以作为计算机科学技术、物联网工程、人工智能、软件工程等专业高年级本科生学习计算机网络技术课程参考教材使用，也可供计算机科学与技术、电子科学与技术、控制工程、通信工程、信息安全、智能科学与技术等相关专业硕、博士研究生学习选读。授课教师可以根据相关教学计划，灵活调整授课学时。本书配有以下教学资源：电子课件、习题答案、教学大纲等。欢迎选用本书作教材的老师发邮件至jinacmp@163.com索取，或登录www.cmpedu.com注册下载。
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前 言第1章 绪论1 1.1 计算机网络的历史故事1 1.1.1 燧烽守候，沧桑见证1 1.1.2 莫尔斯电码，点划世界2 1.1.3 钟摆传奇，谛悟传真2 1.2 计算机网络的发展3 1.2.1 主机多终端式的发展阶段3 1.2.2 有独立功能的多主机互联阶段4 1.2.3 计算机网络标准化阶段5 1.2.4 计算机网络的高速化、个性化、综合化、智能化阶段6 1.3 计算机网络的基本概念6 1.3.1 计算机网络的定义6 1.3.2 资源子网、通信子网和节点7 1.3.3 通信链路7 1.3.4 广域网、局域网和城域网8 1.3.5 公用网和专用网8 1.3.6 互联网 8 1.3.7 无线网8 1.3.8 虚拟和透明8 1.3.9 虚拟局域网与虚拟专用网9 1.4 计算机网络的组成9 1.4.1 基本要素9 1.4.2 系统拓扑结构描述9 1.4.3 系统组成9 1.4.4 计算机网络的功能和特点11 1.4.5 计算机网络的分类及其拓扑结构12 1.4.6 计算机网络体系结构与协议13 1.4.7 OSI参考模型中各层功能概述16 1.4.8 TCP/IP体系结构20 本章小结21 习题22 扩展阅读22第2章 应用层核心协议23 2.1 域名系统23 2.1.1 域名系统的研究历史23 2.1.2 域名系统概述24 2.1.3 Internet的域名结构24 2.1.4 域名服务器与域名解析25 2.2 文件传送协议28 2.2.1 FTP概述28 2.2.2 基本工作原理28 2.2.3 主动和被动模式29 2.2.4 FTP和网页浏览器30 2.2.5 FTP的使用30 2.3 网络文件系统31 2.3.1 NFS组成及配置过程31 2.3.2 NFS的技术优势32 2.4 简单文件传送协议32 2.4.1 TFTP的主要特点32 2.4.2 TFTP 的工作原理32 2.4.3 FTP与TFTP的区别34 2.5 远程登录协议 34 2.5.1 客户服务器工作模式34 2.5.2 TELNET的使用35 2.6 电子邮件36 2.6.1 概述36 2.6.2 电子邮件的组成构件37 2.6.3 电子邮件的发送和接收过程38 2.6.4 电子邮件的组成38 2.6.5 简单邮件传送协议39 2.6.6 邮局协议39 2.6.7 通用Internet邮件扩充协议39 2.7 万维网41 2.7.1 伯纳斯·李与万维网的创建41 2.7.2 万维网的工作原理41 2.7.3 统一资源定位符43 2.7.4 超文本传送协议44 2.7.5 超文本标记语言48 2.7.6 万维网页面中的超链49 2.7.7 万维网动态文档50 2.7.8 动态网页编程技术52 2.7.9 万维网上的搜索引擎53 2.8 引导程序协议与动态主机配置协议54目 录 目 录 2.8.1 引导程序协议54 2.8.2 动态主机配置协议55 2.9 简单网络管理56 2.9.1 网络管理的基本概念56 2.9.2 简单网络管理协议 57 2.9.3 管理信息库58 2.9.4 SNMPv1的五种协议数据单元59 2.9.5 SNMPv2和SNMPv360 2.10 网络应用进程接口61 2.10.1 应用编程接口与套接字61 2.10.2 无连接循环服务与面向连接并发服务62 本章小结64 习题64 扩展阅读65第3章 传输层核心协议66 3.1 传输层协议概述66 3.1.1 传输层协议的地位66 3.1.2 传输层与应用进程的通信66 3.1.3 传输层协议和网络层协议67 3.2 TCP/IP体系中的传输层68 3.2.1 TCP与UDP68 3.2.2 传输层网络端口69 3.3 用户数据报协议 70 3.3.1 UDP概述70 3.3.2 用户数据报首部格式70 3.4 传输控制协议 71 3.4.1 TCP服务器与客户机通信机制71 3.4.2 传输控制协议报文段的首部71 3.4.3 面向字节的数据编号与确认机制73 3.4.4 流量控制与拥塞控制73 3.4.5 重传机制76 3.4.6 采用随机早期丢弃策略进行拥塞控制77 3.4.7 TCP的传输连接管理78 3.4.8 管理信息库79 本章小结80 习题80 扩展阅读80第4章 网络层核心协议81 4.1 网络层与网络互联81 4.1.1 网络层的主要任务81 4.1.2 网络互联的基本概念81 4.2 IPv4地址82 4.2.1 IPv4地址概述82 4.2.2 IPv4地址分类82 4.2.3 几种特殊IP地址形式84 4.2.4 子网85 4.2.5 子网地址空间的划分88 4.2.6 超网90 4.2.7 无类域间路由技术91 4.2.8 网络地址转换技术92 4.3 IP分组交付和路由选择98 4.3.1 IP分组交付98 4.3.2 路由选择99 4.4 Internet的路由选择协议100 4.4.1 自治系统100 4.4.2 内部网关协议100 4.4.3 短路径优先协议105 4.4.4 外部网关协议110 4.5 IPv4协议112 4.5.1 IPv4协议的特点112 4.5.2 IPv4数据报112 4.5.3 IP数据报的分片113 4.6 地址解析协议115 4.6.1 IP地址与物理地址的映射115 4.6.2 地址解析方法的改进117 4.7 路由器与第三层交换机118 4.7.1 路由器的主要功能118 4.7.2 路由器的结构118
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近年来，随着计算机网络技术的迅速发展，企事业等用人单位对计算机专业的毕业生提出更新、更高的实践能力要求，因此“计算机网络及实验操作”课程（以下简称本课程）开设以来，受到学生们的广泛欢迎，选课人数逐年递增。“计算机网络”是计算机应用专业的重要专业必修课。为了适应计算机网络技术发展的趋势，配合作者学校国家级计算机应用特色专业建设以及相关人才培养工作的迫切需要，本书将结合作者近几年的相关教学及研究工作，以计算机网络各层核心协议技术标准为主线，以提升学习者探索兴趣为先导，从应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层，自顶向下地梳理TCP/IP的核心工作原理，使学生能够掌握通信子网中重要设备的路由器、交换机等的配置和使用；通过课程设计的形式，鼓励学生在团队协作中锻炼及提高计算机网络软/硬件开发、维护等实践能力。本课程经过多年的教学实践与积累，于2014年成为北京科技大学第四批研究型教学示范课程建设资助项目（编号：KC2014YJX25），2017年1月获得北京科技大学颁发的示范课程荣誉证书。2019年，本课程成为第一批校级精品在线开放课程（KC2019ZXKF16），经过两年多的不懈努力，课程团队完成了慕课课程建设项目，并于2020年10月上线中国大学MOOC平台，一期开课全国参与学习人数近万人。本书是作者多年教学实践的总结，注重从技术的源头出发，既从热点方面深入浅出地讲解与剖析，又从整体上系统地梳理，使学生可以用发展的眼光了解现代计算机网络核心协议的实质及其发展趋势。全书共分为8章：第1章绪论，第2章应用层核心协议，第3章传输层核心协议，第4章网络层核心协议，第5章数据链路层核心协议，第6章物理层核心协议，第7章局域网组建实验，第8章路由器组网配置与安全技术实验。其中，第1～6章由王洪泊撰写；第7章由边胜琴编写；第8章由崔晓龙编写。本书力求概念准确、论述严谨、内容新颖、图文并茂。全书围绕基本原理和技术细节进行了阐述，同时反映了相关研究的最新进展。结合本书的撰写，作者开展了研究型教学实践尝试，从扎实理论学习和动手能力培养两方面对学生进行了全面的素质培养；积极创造机会，为建设精品课程打好基础，为计算机科学及技术特色专业建设贡献力量。本书已列入北京科技大学“十四五”教材建设规划（JC2021YB028），本书的顺利出版得益于校教务处、院系各级领导的关怀和帮助，在此表示衷心感谢。本书同时是作者关于物联网智能硬件新技术科研工作和国家自然科学基金项目——物联网环境下的认知调度网络构建及其资源协调优化（项目编号：61572074）的阶段总结。鉴于该学科知识及相关技术发展迅速，以及作者水平所限，书中难免有不妥之处，诚望读者批评斧正。作 者
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