計算機網絡學習指導與習題解答

謝鈞，陸軍工程大學指揮控制工程學院教授、碩士生導師，全軍網絡技術研究中心常務副主任。1995年原南京通信工程學院指揮自動化工程專業本科畢業，1999年獲該校通信與信息系統專業碩士學位，2005年獲南京大學計算機軟件與理論專業博士學位。長期從事計算機網絡和網絡管理方面的教學與科研工作，是該校“計算機網絡原理”課程建設負責人，主講本科生“計算機網絡原理”“網絡管理”“互聯網應用與維護”，研究生“網絡中心計算”等課程，“計算機網絡原理”被評為總參精品課程和軍隊優質課程，獲軍隊教學成果二等獎一項。承擔多項軍隊重要科研項目，獲軍隊科技進步一等獎2項、三等獎3項，發表學術論文40余篇。榮立三等功兩次，享受軍隊優秀專業技術人才崗位二類津貼，獲軍隊院校育才獎銀獎。

第 1章 計算機網絡概述 1

1.1　計算機網絡的基本概念　1

1.1.1　計算機網絡的定義與分類　1

1.1.2　互聯網與互連網絡　2

1.1.3　交換方式　3

1.1.4　計算機網絡的主要性能 指標　4

1.1.5　習題　6

參考答案　8

1.2　計算機網絡體系結構　11

1.2.1　網絡協議　11

1.2.2　計算機網絡的分層體系 結構　12

1.2.3　實體、協議和服務　13

1.2.4　具有五層協議的原理體系 結構　13

1.2.5　習題　14

參考答案　16

1.3　計算機網絡概述思維導圖　18

第　2章 物理層　19

2.1　物理層的基本概念　19

2.1.1　物理層概述　19

2.1.2　習題　20

參考答案　20

2.2　數據通信的基礎知識　21

2.2.1　數據通信系統的模型　21

2.2.2　編碼與調制　22

2.2.3　信道的極限容量　23

2.2.4　傳輸方式　24

2.2.5　習題　24

參考答案　27

2.3　物理層下面的傳輸媒體　28

2.3.1　導引型傳輸媒體　28

2.3.2　非導引型傳輸媒體　29

2.3.3　習題　29

參考答案　30

2.4　信道覆用與數字傳輸系統　31

2.4.1　信道覆用技術　31

2.4.2　數字傳輸系統　32

2.4.3　習題　33

參考答案　34

2.5　互聯網接入技術　34

2.5.1　電話網撥號接入　35

2.5.2　非對稱數字用戶線接入　35

2.5.3　混合光纖同軸網接入　35

2.5.4　光纖接入　35

2.5.5　以太網接入　36

2.5.6　無線接入　36

2.5.7　習題　36

參考答案　37

2.6　物理層思維導圖　37

第3章　數據鏈路層　38

3.1　使用點對點信道的數據鏈路層　38

3.1.1　數據鏈路層的基本概念　38

3.1.2　封裝成幀　38

3.1.3　差錯檢測　39

3.1.4　可靠傳輸　40

3.1.5　習題　42

參考答案　46

3.2　點到點協議　53

3.2.1　PPP 的基本功能　53

3.2.2　PPP 的組成　53

3.2.3　PPP 的幀格式　53

3.2.4　PPP 的工作狀態　54

3.2.5　習題　54

參考答案　55

3.3　使用廣播信道的數據鏈路層　56

3.3.1　媒體接入控制　56

3.3.2　局域網　56

3.3.3　習題　58

參考答案　58

3.4　以太網　59

3.4.1　CSMA/CD 協議　59

3.4.2　使用集線器的星形拓撲　61

3.4.3　以太網的幀格式　62

3.4.4　習題　62

參考答案　65

3.5　網橋、以太網交換機和虛擬 局域網　69

3.5.1　網橋　69

3.5.2　以太網交換機　70

3.5.3　虛擬局域網　71

3.5.4　習題　72

參考答案　75

3.6　以太網的演進　77

習題　77

參考答案　78

3.7　無線局域網　78

3.7.1　無線局域網的組成　78

3.7.2　802.11 無線局域網的 MAC 協議　79

3.7.3　802.11 無線局域網的 MAC 幀　81

3.7.4　其他無線計算機網絡　81

3.7.5　習題　82

參考答案　84

3.8　蜂窩移動通信系統　87

3.8.1　蜂窩移動通信系統概述　87

3.8.2　5G 網絡體系結構　87

3.8.3　移動終端接入互聯網　87

3.8.4　習題　88

參考答案　88

3.9　數據鏈路層思維導圖　89

第4章　網絡層　90

4.1　網絡層概述　90

4.1.1　分組轉發和路由選擇　90

4.1.2　虛電路和數據報服務　91

4.1.3　虛電路網絡　91

4.1.4　習題　92

參考答案　93

4.2　互聯網協議　94

4.2.1　異構網絡互連　94

4.2.2　IP 地址的編址方式　95

4.2.3　IP 地址與物理地址　98

4.2.4　地址解析協議　99

4.2.5　IP 數據報的格式　99

4.2.6　IP 數據報的轉發　101

4.2.7　習題　102

參考答案　110

4.3　互聯網控制報文協議　116

4.3.1　ICMP 報文的種類　116

4.3.2　ICMP 的應用舉例　116

4.3.3　習題　117

參考答案　118

4.4　互聯網的路由選擇協議　118

4.4.1　路由選擇協議的幾個基本 概念　118

4.4.2　路由信息協議　119

4.4.3　開放最短路徑優先　120

4.4.4　邊界網關協議　121

4.4.5　習題　122

參考答案　124

4.5　路由器　126

4.5.1　路由器的構成　126

4.5.2　路由器與交換機的比較　127

4.5.3　三層交換機　127

4.5.4　習題　127

參考答案　128

4.6　虛擬專用網與網絡地址轉換　129

4.6.1　虛擬專用網　129

4.6.2　網絡地址轉換　130

4.6.3　習題　131

參考答案　132

4.7　IP 多播　134

4.7.1　IP 多播的基本概念　134

4.7.2　在局域網上進行硬件 多播　134

4.7.3　互聯網組管理協議與

多播路由選擇協議　134

4.7.4　互聯網組管理協議　135

4.7.5　多播路由選擇協議　135

4.7.6　習題　135

參考答案　136

4.8　移動 IP　137

4.8.1　移動 IP 的概念　137

4.8.2　移動 IP 的工作原理　138

4.8.3　習題　139

參考答案　139

4.9　下一代的互聯網協議 IPv6　141

4.9.1　IPv6 的特點　141

4.9.2　IPv6 的基本首部　141

4.9.3　IPv6 的地址　142

4.9.4　ICMPv6　142

4.9.5　無狀態地址自動配置　142

4.9.6　從 IPv4 向 IPv6 過渡　143

4.9.7　習題　143

參考答案　144

4.10　多協議標簽交換　145

4.10.1　MPLS 的概念和特點　145

4.10.2　習題　145

參考答案　146

4.11　軟件定義網絡　146

4.11.1　數據平面與控制平面分離　146

4.11.2　SDN 的數據平面　146

4.11.3　SDN 的控制平面　147

4.11.4　習題　147

參考答案　148

4.12　網絡層思維導圖　149

第5章　傳輸層　150

5.1　傳輸層協議概述　150

5.1.1　進程之間的通信　150

5.1.2　互聯網的傳輸層協議　150

5.1.3　傳輸層的覆用和分用　151

5.1.4　習題　151

參考答案　152

5.2　用戶數據報協議　153

5.2.1　UDP 概述　153

5.2.2　UDP 報文的首部格式　153

5.2.3　習題　154

參考答案　156

5.3　傳輸控制協議　156

5.3.1　TCP 的主要特點　156

5.3.2　TCP 報文段的格式　157

5.3.3　TCP 的可靠傳輸　158

5.3.4　TCP 的流量控制　160

5.3.5　TCP 的連接管理　160

5.3.6　習題　162

參考答案　169

5.4　擁塞控制　175

5.4.1　擁塞的原因與危害　175

5.4.2　擁塞控制的基本方法　175

5.4.3　TCP 的擁塞控制　176

5.4.4　習題　178

參考答案　182

5.5　傳輸層思維導圖　185

第6章　應用層　186

6.1　應用層概述　186

6.1.1　網絡應用程序體系結構　186

6.1.2　應用層協議　187

6.1.3　習題　187

參考答案　188

6.2　域名系統　188

6.2.1　域名系統概述　188

6.2.2　互聯網的域名結構　189

6.2.3　域名服務器　189

6.2.4　域名解析的過程　190

6.2.5　DNS 資源記錄　190

6.2.6　習題　191

參考答案　194

6.3　萬維網　196

6.3.1　萬維網概述　196

6.3.2　統一資源定位符　196

6.3.3　超文本傳送協議　197

6.3.4　萬維網的文檔　198

6.3.5　習題　198

參考答案　203

6.4　電子郵件　206

6.4.1　電子郵件系統的組成　206

6.4.2　簡單郵件傳送協議　207

6.4.3　電子郵件的信息格式　207

6.4.4　郵件讀取協議 POP3 和 IMAP　207

6.4.5　基於萬維網的電子郵件　207

6.4.6　多用途互聯網郵件擴展　208

6.4.7　習題　208

參考答案　211

6.5　FTP、TELNET 與 DHCP　213

6.5.1　文件傳送協議　213

6.5.2　遠程終端協議　214

6.5.3　動態主機配置協議　214

6.5.4　習題　215

參考答案　217

6.6　P2P 文件共享　219

6.6.1　P2P 文件分發　219

6.6.2　在 P2P 對等方中搜索對象　219

6.6.3　習題　220

參考答案　220

6.7　多媒體網絡應用　221

6.7.1　挑戰及應用層措施　221

6.7.2　實時傳輸協議　222

6.7.3　流式存儲音/視頻　222

6.7.4　流式實況音/視頻　223

6.7.5　實時交互音/視頻　223

6.7.6　習題　223

參考答案　224

6.8　應用層思維導圖　226

第7章　網絡安全　227

7.1　網絡安全概述　227

7.1.1　安全威脅　227

7.1.2　安全服務　227

7.1.3　習題　228

參考答案　228

7.2　機密性與密碼學　229

7.2.1　對稱密鑰密碼體制　229

7.2.2　公鑰密碼體制　230

7.2.3　習題　230

參考答案　231

7.3　完整性與鑒別　231

7.3.1　報文摘要和報文鑒別碼　231

7.3.2　數字簽名　232

7.3.3　實體鑒別　232

7.3.4　習題　233

參考答案　234

7.4　密鑰分發與公鑰認證　235

7.4.1　對稱密鑰的分發　235

7.4.2　公鑰的簽發與認證　235

7.4.3　習題　236

參考答案　236

7.5　訪問控制　237

7.5.1　基本概念　237

7.5.2　習題　237

參考答案　237

7.6　網絡各層的安全實例　238

7.6.1　物理層實例：信道加密機　238

7.6.2　數據鏈路層實例：

無線局域網安全　238

7.6.3　網絡層實例：IPsec　239

7.6.4　傳輸層實例：SSL/TLS　240

7.6.5　應用層實例：PGP　240

7.6.6　習題　241

參考答案　242

7.7　系統安全：防火墻與入侵檢測系統　243

7.7.1　防火墻　243

7.7.2　入侵檢測系統　244

7.7.3　習題　244

參考答案　244

7.8　網絡攻擊及其防範　245

7.8.1　網絡掃描　245

7.8.2　網絡監聽　246

7.8.3　拒絕服務攻擊　246

7.8.4　習題　246

參考答案　247

7.9　網絡安全思維導圖　248