電腦網絡基礎

本書是智慧職教平臺課程的配套教材，系統地介紹了電腦網絡通信的基本原理，內容以 TCP/IP協議棧為主線，巧妙地融入家國情懷、工匠精神、團隊協作、安全意識等思政元素。全書共 10章，包括電腦網絡和互聯網、物理層及數據通信技術、數據鏈路層、局域網技術、網絡的互連、 IP編址和子網劃分、傳輸層、應用層、無線網絡和移動網絡、網絡安全。本書專註於介紹電腦網絡通信的基本原理，通過 eNSP搭建實驗環境、Wireshark軟件分析 TCP/IP協議棧各層協議，可以幫助讀者更好地理解電腦網絡通信的基本原理。本書提供了視頻、動畫、 PPT、習題、技能訓練等豐富的學習資源，方便讀者學習。本書以“基本原理 +項目實訓”為主線，每章都配有習題和技能訓練等模塊，以幫助讀者掌握每章的重點知識並提高其實踐能力。本書概念簡潔、結構清晰、圖文並茂，內容由淺入深、易學易用、實用性強。通過對本書的學習，讀者可以較系統地掌握電腦網絡通信的基本原理。本書可作為職業本科網絡工程、高職高專電腦網絡技術等專業“電腦網絡基礎”課程的教材，也可作為相關培訓機構的培訓資料和網絡技術愛好者的參考書。

第1章　電腦網絡和互聯網 1
1.1　全球聯網 2
1.1.1　當今網絡 2
1.1.2　身邊的網絡 2
1.1.3　電腦網絡的概念 3
1.2　互聯網概述 3
1.2.1　網絡的網絡 3
1.2.2　互聯網結構經歷的3個階段 4
1.2.3　互聯網的標準化工作 5
1.2.4　我國互聯網的發展狀況 6
1.3　互聯網的組成 8
1.3.1　邊緣部分 8
1.3.2　核心部分 9
1.4　電腦網絡的組成及分類 12
1.4.1　電腦網絡的組成 12
1.4.2　電腦網絡的功能 13
1.4.3　電腦網絡的分類 13
1.4.4　電腦網絡的拓撲結構 14
1.5　電腦網絡的性能 14
1.5.1　電腦網絡的性能指標 14
1.5.2　電腦網絡的非性能特徵 16
1.6　電腦網絡的體系結構 17
1.6.1　
電腦網絡的協議與
分層體系結構 17
1.6.2　OSI/RM 18
1.6.3　TCP/IP參考模型 19
1.6.4　具有5層協議的體系結構 20
1.6.5　數據通信過程 21
1.7　
技能訓練1：eNSP軟件的安裝、
啟動和使用 23
1.7.1　訓練目的 23
1.7.2　訓練準備 23
1.7.3　訓練步驟 23
1.8　
技能訓練2：Cisco Packet Tracer
軟件的安裝、啟動和使用 27
1.8.1　訓練目的 28
1.8.2　訓練準備 28
1.8.3　訓練步驟 28
1.9　
技能訓練3：Wireshark軟件的安裝、啟動和使用 29
1.9.1　訓練目的 29
1.9.2　訓練準備 29
1.9.3　訓練步驟 29
習題 35
第2章　物理層及數據通信技術 36
2.1　物理層 36
2.1.1　物理層的連接 36
2.1.2　物理層的基本概念 37
2.2　數據通信的基礎知識 38
2.2.1　數據通信模型 38
2.2.2　模擬信號和數字信號 39
2.2.3　通道 40
2.2.4　調制和編碼 41
2.2.5　通道的極限容量 42
2.2.6　並行傳輸與串行傳輸 43
2.3　物理層下麵的傳輸媒體 44
2.3.1　對絞電纜 44
2.3.2　同軸電纜 46
2.3.3　光纜 47
2.3.4　非導引型傳輸媒體 48
2.4　通道復用技術 50
2.4.1　頻分復用技術 50
2.4.2　時分復用技術 51
2.4.3　波分復用技術 51
2.4.4　碼分復用技術 51
2.5　寬帶接入技術 52
2.5.1　寬帶接入的概念 52
2.5.2　ADSL接入技術 52
2.5.3　光纖接入技術 53
2.5.4　HFC接入技術 54
2.5.5　以太網接入技術 55
2.5.6　無線接入技術 55
2.6　技能訓練：製作對絞電纜 56
2.6.1　訓練任務 56
2.6.2　訓練目的 57
2.6.3　訓練設備 57
2.6.4　對絞電纜的製作步驟 57
2.6.5　實訓平臺整理 58
習題 58
第3章　數據鏈路層 60
3.1　數據鏈路層概述 61
3.1.1　數據鏈路和幀 61
3.1.2　封裝成幀 62
3.1.3　透明傳輸 63
3.1.4　差錯檢測 64
3.1.5　可靠傳輸 65
3.2　點對點協議 70
3.2.1　PPP的特點 71
3.2.2　同步傳輸和異步傳輸 72
3.2.3　PPP幀格式 73
3.2.4　PPP幀格式及其填充方式 74
3.2.5　PPP的工作狀態 75
3.3　技能訓練：PPP配置與分析 76
3.3.1　訓練目的 76
3.3.2　訓練準備 76
3.3.3　模擬環境 76
3.3.4　實施過程 77
習題 79
第4章　局域網技術 81
4.1　局域網概述 81
4.1.1　局域網的特點 82
4.1.2　局域網的層次結構 82
4.1.3　媒體接入控制 83
4.1.4　網絡適配器 84
4.1.5　MAC地址 85
4.2　共享式以太網 86
4.2.1　廣播通道的局域網 86
4.2.2　CSMA/CD協議概述 87
4.2.3　以太網的通道利用率 90
4.2.4　以太網技術 91
4.2.5　以太網的幀格式 92
4.3　以太網的擴展 94
4.3.1　以太網中繼器 94
4.3.2　以太網集線器 95
4.3.3　使用網橋優化以太網 96
4.3.4　多接口網橋——以太網交換機 97
4.4　高速以太網技術 100
4.4.1　100Mbit/s以太網 100
4.4.2　吉比特以太網 102
4.4.3　10吉比特以太網 105
4.4.4　40吉比特/100吉比特以太網 107
4.5　虛擬局域網技術 108
4.5.1　VLAN的概念 108
4.5.2　VLAN的組網方法 109
4.6　
技能訓練1：以太網二層交換機
原理實驗 110
4.6.1　訓練目的 110
4.6.2　訓練準備 110
4.6.3　模擬環境 110
4.6.4　實施過程 110
4.7　
技能訓練2：交換機中交換表的
自學習功能 113
4.7.1　訓練目的 113
4.7.2　訓練準備 113
4.7.3　模擬環境 113
4.7.4　實施過程 113
習題 117
第5章　網絡的互連 120
5.1　網絡層概述 120
5.1.1　虛電路和數據報網絡 120
5.1.2　異構網絡互連 122
5.2　IP地址 124
5.2.1　分類編址 124
5.2.2　劃分子網 126
5.2.3　無分類編址 126
5.2.4　IP地址的特點 128
5.2.5　IP地址與MAC地址 128
5.3　網際協議IP 130
5.3.1　IP數據報的格式 131
5.3.2　ARP 135
5.4　網際控制報文協議 140
5.4.1　ICMP報文的格式 140
5.4.2　ICMP差錯報告報文格式 141
5.4.3　ICMP請求報文格式 142
5.4.4　
技能訓練1：使用ping命令
診斷網絡故障 144
5.5　互聯網的路由選擇協議 146
5.5.1　路由器的結構 147
5.5.2　基本概念 148
5.5.3　網絡層轉發分組的過程 153
5.5.4　路由信息協議 155
5.5.5　開放最短路徑優先協議 158
5.6　IP多播 162
5.6.1　基本概念 162
5.6.2　多播IP和多播MAC地址 163
5.6.3　IP多播需要兩種協議 164
5.7　技能訓練2：網絡層常用命令 165
5.7.1　ipconfig命令 166
5.7.2　tracert命令 167
5.7.3　pathping命令 168
5.7.4　route命令 169
5.7.5　arp命令 170
5.8　技能訓練3：網絡層報文分析 171
5.8.1　捕獲並分析ARP報文 172
5.8.2　捕獲並分析ICMP報文 172
5.8.3　捕獲並分析IP數據報分片 173
習題 177
第6章　IP編址和子網劃分 180
6.1　IP編址 180
6.1.1　公網地址和私網地址 180
6.1.2　等長子網劃分 181
6.1.3　可變長子網劃分 186
6.1.4　超網 189
6.2　下一代網際協議IPv6 190
6.2.1　IPv6概述 190
6.2.2　IPv6數據報格式 191
6.2.3　IPv6編址方式 193
6.2.4　IPv6地址分類 194
6.2.5　ICMPv6報文 197
6.2.6　給電腦配置IPv6地址 199
6.2.7　IPv4和IPv6互通 201
6.3　技能訓練1：等長子網劃分 202
6.3.1　訓練任務 202
6.3.2　訓練目標 203
6.3.3　實施過程 203
6.4　技能訓練2：可變長子網劃分 205
6.4.1　訓練任務 205
6.4.2　訓練目標 205
6.4.3　實施過程 206
6.5　技能訓練3：路由聚合 208
6.5.1　訓練任務 208
6.5.2　訓練目標 208
6.5.3　實施過程 208
6.6　
技能訓練4：給電腦配置
IPv6地址 210
6.6.1　訓練任務 210
6.6.2　訓練目標 210
6.6.3　實施過程 210
習題 212
第7章　傳輸層 215
7.1　傳輸層協議 215
7.1.1　傳輸層的作用 215
7.1.2　進程之間的通信 216
7.1.3　傳輸層的兩個主要協議 217
7.1.4　傳輸層的復用與分用 218
7.2　UDP 220
7.2.1　UDP概述 220
7.2.2　UDP的首部格式 220
7.2.3　
技能訓練1：使用Wireshark軟件
分析UDP用戶數據報 222
7.3　TCP概述 224
7.3.1　TCP的特點 224
7.3.2　TCP報文段首部的格式 225
7.4　TCP的可靠傳輸 230
7.4.1　以字節為單位的滑動窗口 230
7.4.2　超時重傳時間的選擇 232
7.4.3　選擇確認 233
7.5　TCP的流量控制 235
7.6　TCP的擁塞控制 236
7.6.1　引起擁塞的原因 236
7.6.2　擁塞控制的方法 238
7.7　TCP的連接管理 238
7.7.1　TCP連接的建立 239
7.7.2　TCP連接的釋放 240
7.7.3　
技能訓練2：使用Wireshark軟件
分析TCP 241
7.8　技能訓練3：常用命令 245
7.8.1　netstat命令 245
7.8.2　nbtstat命令 248
習題 249
第8章　應用層 252
8.1　應用層概述 252
8.1.1　網絡應用程序體系結構 252
8.1.2　應用層協議 254
8.1.3　選擇傳輸層協議 254
8.2　域名系統 254
8.2.1　域名系統概述 254
8.2.2　互聯網的域名結構 255
8.2.3　域名服務器 257
8.2.4　域名解析 259
8.2.5　DNS報文和資源記錄 261
8.2.6　技能訓練1：域名查詢 263
8.2.7　
技能訓練2：使用Wireshark軟件
分析DNS報文 266
8.3　萬維網 269
8.3.1　萬維網概述 269
8.3.2　URL 271
8.3.3　HTTP 272
8.3.4　萬維網的文檔 276
8.3.5　
技能訓練3：使用Wireshark軟件
分析HTTP報文 278
8.4　文件傳送協議 280
8.4.1　文件傳送協議概述 280
8.4.2　FTP的工作原理 281
8.4.3　簡單文件傳送協議 283
8.4.4　
技能訓練4：使用Wireshark軟件
分析FTP報文 283
8.5　動態主機配置協議 286
8.5.1　DHCP的概念 286
8.5.2　DHCP分配IP地址的機制 286
8.5.3　DHCP分配IP地址的過程 287
8.5.4　DHCP中繼代理 289
8.5.5　
技能訓練5：使用Wireshark軟件
分析DHCP報文 289
8.6　電子郵件 294
8.6.1　電子郵件系統 294
8.6.2　郵件傳送協議 296
8.6.3　基於萬維網的電子郵件 297
8.7　遠程終端協議 297
8.7.1　遠程登錄 297
8.7.2　STelnet 298
習題 298
第9章　無線網絡和移動網絡 301
9.1　無線網絡基礎知識 301
9.1.1　無線網絡的基本概念 301
9.1.2　無線網絡的分類 301
9.2　無線局域網 304
9.2.1　無線局域網的概念 304
9.2.2　IEEE 802.11協議標準 304
9.2.3　無線電頻譜與AP天線 308
9.2.4　常見的無線網絡設備 310
9.2.5　無線局域網組網結構 310
9.2.6　兩種不同的無線上網方式 313
9.3　
技能訓練：構建基礎結構無線
局域網 313
9.3.1　訓練任務 313
9.3.2　設備清單 313
9.3.3　網絡拓撲 313
9.3.4　實施過程 314
習題 315
第10章　網絡安全 318
10.1　網絡安全概述 318
10.1.1　網絡安全的定義 318
10.1.2　網絡安全的特徵 319
10.2　數據密碼技術 319
10.2.1　數據加密模型 319
10.2.2　兩種密碼體制 320
10.2.3　密鑰分配 321
10.2.4　數字簽名 322
10.2.5　鑒別 322
10.3　網絡安全威脅技術 324
10.3.1　掃描技術 324
10.3.2　網絡嗅探 325
10.3.3　網絡協議欺騙 325
10.3.4　誘騙式攻擊 326
10.3.5　軟件漏洞攻擊利用技術 327
10.3.6　拒絕服務攻擊 327
10.3.7　Web腳本攻擊 328
10.3.8　遠程控制 328
10.4　網絡安全防護技術 329
10.4.1　防火牆 329
10.4.2　
入侵檢測系統和入侵
防禦系統 330
10.5　互聯網使用的安全協議 330
10.5.1　網絡層安全協議 331
10.5.2　傳輸層安全協議 332
10.5.3　應用層安全協議 334
10.6　
技能訓練：通過Windows Defender
防火牆實現網絡安全 336
10.6.1　訓練目標 336
10.6.2　實施過程 336
習題 339
參考文獻 341