《计算机网路原理》是一本採用全新体系结构的计算机网路基础教材。全书共分为3篇，分别从3个角度观察计算机网路，理解计算机网路的工作原理：第1篇是在平面上观察计算机网路，把计算机网路看做由节点、链路和协定三个元素组成的系统，并介绍了链路和节点上的基本通信技术；第2篇是立体地观察计算机网路，认识计算机网路体系结构，介绍了ISO/OSI参考模型和IEEE 802、TCP/IP两种计算机网路主流体系结构；第3篇介绍计算机网路应用程式的C/S工作模式和基于C/S模式的计算机网路应用程式的开发方法。这3篇将计算机网路的基本原理分解成相对独立的3个层次。每完成一个层次内容的学习，对计算机网路工作原理的认识就会上升到一个新的高度，并最后归结到计算机网路套用层的实现上来。

第1篇计算机网路组成

第1章计算机网路概述

1．1 计算机网路及其分类

计算机网路，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连线起来，在网路作业系统，网路管理软体及网路通信协定的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

关于计算机网路的最简单定义是：一些相互连线的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合。

另外，从逻辑功能上看，计算机网路是以传输信息为基础目的，用通信线路将多个计算机连线起来的计算机系统的集合。一个计算机网路组成包括传输介质和通信设备。

从用户角度看，计算机网路它是这样定义的：存在着一个能为用户自动管理的网路作业系统。有它调用完成用户所调用的资源，而整个网路像一个大的计算机系统一样，对用户是透明的。

一个比较通用的定义是：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连线起来，以功能完善的网路软体及协定实现资源共享和信息传递的系统。

从整体上来说计算机网路就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬体、软体、数据信息等资源。简单来说，计算机网路就是由通信线路互相连线的许多自主工作的计算机构成的集合体。

计算机网路就是通过线路互连起来的、资质的计算机集合，确切的说就是将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连线起来，并配置网路软体，以实现计算机资源共享的系统。

计算机网路就是由大量独立的、但相互连线起来的计算机来共同完成计算机任务。这些系统称为计算机网路（computer networks）

1．1．1计算机网路及其功能

1．1．2计算机网路的分类

1．1．3通信与计算机网路相关标準化组织

1．2 计算机网路组成

1．2．1计算机网路的拓扑结构

1．2．2链路

所谓链路就是从一个节点到相邻节点的一段物理线路，而中间没有任何其他的交换节点。

补充：在进行数据通信时，两个计算机之间的通信路逕往往要经过许多段这样的链路。可见链路只是一条路径的组成部分。

1．2．3网路节点

节点是指一台电脑或其他设备与一个有独立地址和具有传送或接收数据功能的网路相连。节点可以是工作站、客户、网路用户或个人计算机，还可以是伺服器、印表机和其他网路连线的设备。每一个工作站﹑伺服器、终端设备、网路设备，即拥有自己唯一网路地址的设备都是网路节点。整个网路就是由这许许多多的网路节点组成的，把许多的网路节点用通信线路连线起来，形成一定的几何关係，这就是计算机网路拓扑。

各个网路节点通过网卡那里获得唯一的地址。每一张网卡在出厂的时候都会被厂家固化一个全球唯一的媒体介质访问层（Media Access Control）地址﹐使用者是不可能变更此地址的。这样的地址安排就如我们日常的家庭地址一样﹐是用来区分各自的身份的。您的网路必须有能力去区别这一个地址有别于其它的地址。在网路里面﹐有很多资料封包会由一个网路节点传送到另一个网路节点﹐同时要确定封包会被正确的传达目的地﹐而这个目的地就必须依靠这个网卡地址来认定了。

1．2．4协定

网路协定，也可简称协定，由三要素组成：

(1)语法：即数据与控制信息的结构或格式；

(2)语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种回响；

(3)时序，即事件实现顺序的详细说明。

计算机通信网是由许多具有信息交换和处理能力的节点互连而成的。要使整个网路有条不紊地工作, 就要求每个节点必须遵守一些事先约定好的有关数据格式及时序等的规则。 这些为实现网路数据交换而建立的规则、约定或标準就称为网路协定。 协定是通信双方为了实现通信而设计的约定或通话规则。

协定总是指某一层的协定。準确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协定，例如物理层协定、传输层协定、套用层协定。

是一系列的步骤： 它包括两方或多方，设计它的目的是要完成一项任务！

是对数据格式和计算机之间交换数据时必须遵守的规则的正式描述。简单的说，网路中的计算机要能够互相顺利的通信，就必须讲同样的语言，语言就相当于协定，它分为Ethernet、NetBEUI、IPX/SPX以及TCP/IP协定。

协定还有其他的特点：

1） 协定中的每个人都必须了解协定，并且预先知道所要完成的所有的步骤。

2） 协定中的每个人都必须同意并遵循它。

3） 协定必须是清楚的，每一步必须明确定义，并且不会引起误解。

在计算机网路中用于规定信息的格式以及如何传送和接收信息的一套规则称为网路协定或通信协定

协定也可以这样说,就是连入网路的计算机都要遵循的一定的技术规範,关于硬体、软体和连线埠等的技术规範。

网路是一个信息交换的场所，所有接入网路的计算机都可以通过彼此之间的物理连设备进行信息交换，这种物理设备包括最常见的电缆、光缆、无线WAP和微波等，但是单纯拥有这些物理设备并不能实现信息的交换，这就好像人类的身体不能缺少大脑的支配一样，信息交换还要具备软体环境，这种“软体环境”是人类事先规定好的一些规则，被称作“协定”，有了协定，不同的电脑可以遵照相同的协定使用物理设备，并且不会造成相互之间的“不理解”。

这种协定很类似于“摩尔斯电码”，简单的一点一横，经过排列可以有万般变化，但是假如没有“对照表”，谁也无法理解一新产生的协定也大多是在基层协定基础上建立的，因而协定相对来说具有较高的安全机制，黑客很难发现协定中存在的安全问题直接入手进行网路攻击。但是对于某些新型协定，因为出现时间短、考虑欠周到，也可能会因安全问题而被黑客利用。

对于网路协定的讨论，更多人则认为：现今使用的基层协定在设计之初就存在安全隐患，因而无论网路进行什幺样的改动，只要现今这种网路体系不进行根本变革，就一定无法消除其潜在的危险性。

数据在IP网际网路中传送时会被封装为报文或封包。IP协定的独特之处在于：在报文交换网路中主机在传输数据之前，无须与先前未曾通信过的目的主机预先建立好一条特定的“通路”。网际网路协定提供了一种“不可靠的”数据包传输机制（也被称作“尽力而为”）；也就是说，它不保证数据能準确的传输。数据包在到达的时候可能已经损坏，顺序错乱（与其它一起传送的封包相比），产生冗余包，或者全部丢失。如果 套用需要保证可靠性，一般需要採取其他的方法，例如利用IP的上层协定控制。

网路协定通常由语法，语义和定时关係3部分组成。网路传输协定或简称为传送协定(Communications Protocol)，是指计算机通信的共同语言。现在最普及的计算机通信为网路通信，所以“传送协定”一般都指计算机通信的传送协定，如：TCP/IP、NetBEUI等。然而，传送协定也存在于计算机的其他形式通信，例如：面向对象编程里面对象之间的通信；作业系统内不同程式之间的讯息，都需要有一个传送协定，以确保传信双方能够沟通无间。

协商：双方协定提高价格 对共同达到统一目的 可制定协定。

通俗概念：协定是做某些事情之前共同协商，共同达到统一目的，对统一达成问题作为书面形式共同约束。

协商好了就点仁义、仗义。协定要是用上了，那就是没意义了，也就是证明即将要结束协定。

协定（protocol）是指两个或两个以上实体为了开展某项活动，经过协商后达成的一致意见。协定总是指某一层的协定。準确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协定，例如物理层协定、传输层协定、套用层协定。

1．3课外实践参考——构建一个简单的区域网路

1．3．1双绞线

双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以逆时针缠绕）在一起而製成的一种通用配线，属于信息通信网路传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数位讯号的传输。

双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。

双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合而成。採用这种方式，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，而且可以降低自身信号的对外干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字也是由此而来。

双绞线一般由两根22-26号绝缘铜导线相互缠绕而成，实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。典型的双绞线有四对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的。这些我们称之为双绞线电缆。在双绞线电缆（也称双扭线电缆）内，不同线对具有不同的扭绞长度，一般地说，扭绞长度在3.81cm至14cm内，按逆时针方向扭绞。相邻线对的扭绞长度在1.27cm以上，一般扭线的越密其抗干扰能力就越强，与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道宽度和数据传输速率等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。

1．3．2集线器

1．3．3 网卡

习题

第2章 中间节点上的通信技术

2．1交换技术的演变

2．1．1 电路交换

2．1．2存储-转发交换

2．1．3分组交换网路中的最佳帧长度

2．2虚电路与数据报

2．2．1分组交换的虚电路服务

2．2．2分组交换的数据报服务

2．2．3电路交换、虚电路与数据报的比较

2．3交换机

2．3．1交换机的功能

2．3．2交换单元分类

2．4路由节点上的通信

2．4．1路由器与路由表

2．4．2路由器的组成

2．4．3路由器技术的演进

习题

第3章链路上的数据传送技术

3．1基本通信方式

3．1．1通信工作模式

3．1．2并行传输与串列传输

3．1．3串列通信中的同步控制

3．2数据信号分析与信道特性

3．2．1信息、数据与信号

3．2．2数据信号分析

3．2．3信道的频率特性

3．3基带传输、频带传输与数据信号变换

3．3．1基带传输与频带传输

3．3．2数位讯号的模拟调製

3．3．3模拟信号的数字编码——PCM技术

3．3．4数字编码

3．4信道的多路复用技术

3．4．1频分多路复用技术

3．4．2时分多路复用技术

3．4．3码分多路复用技术

3．4．4波分多路复用技术

3．5数据的可靠传输

3．5．1差错产生的原因与基本对策

3．5．2差错检测

3．5．3差错控制

3．6流量控制

3．6．1流量控制及其基本策略

3．6．2滑动视窗协定

习题

第2篇计算机网路体系结构

第4章ISO/OSI参考模型

4．1概述

4．1．1计算机网路的层次结构

4．1．2计算机网路层次结构中各层的基本功能

4．1．3计算机网路层次结构的多样性

4．1．4 ISO/OSI参考模型框架

4．2 ISO/OSI参考模型分层介绍

4．2．1物理层

4．2．2数据链路层

4．2．3网路层

4．2．4运输层

4．2．5会话层、表示层和套用层

4．3 ISO/OSI参考模型的进一步分析

4．3．1 OSI参考模型各层中的数据流动

4．3．2网路实体——服务与协定

4．3．3 ISO/OSl服务原语

习题

第5章区域网路与IEEE 802模型

5．1区域网路的技术特点与体系结构

5．1．1区域网路概述

5．1．2区域网路的MAC技术

5．1．3 IEEE 802模型

5．2乙太网技术

5．2．1 CSMA/CD协定

5．2．2 IEEE 802．3与10 Mbps乙太网

5．3无线区域网路

5．3．1无线区域网路的特点

5．：3．2 IEEE 802．11

5．3．3 CSMA/CA

5．3．4 Wi-Fi

5．4交换式区域网路

5．4．1 网桥

5．4．2交换式乙太网

5．4．3交换机工作机理

5．4．4虚拟区域网路

5．4．5课外实践参考——交换机配置

5．5 i岛速乙太网

5．5．1高速乙太网的发展及特点

5．5．2 100 Base-T乙太网

5．5．3千兆乙太网

5．5．4万兆乙太网

习题

第6章Internet与TCP/IP体系结构

6．1 概述

6．1．1 Internet

6．1．2 TCP/IP协定栈

6．1．3 TCP/IP与OSI参考模型的比较

6．2 IP协定

6．2．1有分类的IP位址结构

6．2．2 IP位址的无分类编址CIDR

6．2．3 IPv4分组格式

6．2．4课外实践参考——网路的TCP/IP参数设定

6．3网路接口层相关协定

6．3．1点对点协定PPP

6．3．2 IP位址解析协定

6．4网际控制讯息协定ICMP

6．4．1 ICMP提供的服务

6．4．2 ICMP分组

6．4．3基于ICMP的套用

6．4．4课外实践参考——常用网路测试命令

6．5 IP路由

6．5．1路由器工作概述

6．5．2路由信息协定RIP

6．5．3开放式最短路径优先协定OSPF

6．5．4边界网关协定BGP

6．5．5课外实践参考——路由器的配置

6．5．6第三层交换

6．6 IPV6

6．6．1 IPv6及其目标

6．6．2 IPv6分组结构

6．6．3 IPv6地址

6．6．4从IPv4向IPv6的过渡

6．7 TCP/UDP协定

6．7．1 TCP服务的特徵

6．7．2 TCP连线的可靠建立与释放

6．7．3 TcP传输的滑动视窗规则

6．7．4 TCP报文格式

6．7．5 UDP协定

6．7．6 TCP/UDP连线埠号的分配方法

习题

第3篇计算机网路套用及其开发

第7章套用层实体及其工作模式

7．1客户-伺服器工作模式

7．1．1客户-伺服器模式概述

7．1．2客户-伺服器的套用方式

7．1．3中间件

7．2客户-伺服器模式套用举例

7．2．1远程登录

7．2．2档案传输协定

7．2．3电子邮件传送协定

7．2．4简单网路管理协定

7．2．5超文本传输协定

习题

第8章计算机网路应用程式设计

8．1套接口API的有关概念

8．1．1 网路套用编程接口

8．1．2 socket编程模型及其类型

8．1．3 socket地址——套用进程的标识

8．1．4通信进程的阻塞与非阻塞方式

8．2基本socket函式

8．2．1初始化套接口——服务绑定socket()

8．2．2本地地址绑定bind()

8．2．3建立套接口连线——绑定远地伺服器地址connect()

8．2．4套接口被动转换listen()

8．2．5从被动套接口的完成伫列中接受一个连线请求accept()

8．2．6基本套接口I/O函式

8．2．7关闭套接口通道与撤销套接口

8．3基于TCP的socket程式设计

8．3．1 TCP有限状态机

8．3．2 TCP的C/s模型时序图

8．3．3一个简单的TCP网路通信程式

8．3．4阻塞模式下的TCP输入输出与逾时控制

8．3．5非阻塞模式下的TcP输入输出

8．4基于UDP的socket程式设计

8．4．1 uDP编程模式

8．4．2一个简单的UDP客户一伺服器程式

8．4．3非阻塞模式下的UDP客户一伺服器程式

8．5输入输出多路复用

8．5．1输入输出多路复用的基本原理

8．5．2 select()函式及其套用

8．6并发伺服器程式设计

8．6．1多进程并发伺服器程式设计

8．6．2多执行绪并发伺服器程式设计

习题

附录英文缩略语辞彙表

参考文献

本课程是计算机科学与技术专业学生的一门专业核心课程。通过本课程的学习和实验，使学生能够深入理解计算机网路系统的基本概念和工作机制，掌握Internet採用的TCP/IP体系结构及各层主要协定的基本内容及工作原理。

1．实验目的：通过实验培养学生对TCP/IP体系结构各层主要协定的内容，数据报文结构及功能的分析能力，加深对计算机网路工作过程和原理的理解。

2．实验要求：利用网路协定分析软体，构造产生各种协定数据单元，捕捉各种数据包并进行协定分析，理解各种协定的报文结构，功能及各层协定间的相互关係，提高对网路通信过程的认识与理解。

本课程所有实验均需上机进行，每个实验都有明确的实验目的和内容。学生根据实验要求独立完成每个实验项目。具体要求如下：

1. 学生按照实验要求，上机前要认真研读实验指导书，了解实验的目的、内容、实验步骤；

2. 上机实验时按实验要求完成实验任务，并对实验过程中遇到的问题、解决办法和实验结果进行记录；