网络基础（第2版）

本书是《网络工程师教育丛书》第1册，主要介绍计算机网络的基本概念，以及在计算机之间如何通过网络实现信息的传送。全书分为6章，分别介绍计算机系统组成和结构、计算机网络的基本概念、数据通信基础、计算机网络体系结构、网络设备，以及组建简单计算机网络的相关技术。为帮助读者更好地掌握基础理论知识和应对认证考试，各章均附有小结、练习及小测验，并对典型题型给出解答提示。

刘化君：南京工程学院通信学院教授、院长，电子工业出版社优秀作者。长期从事计算机网络与通信的教学与科研工作。主持完成江苏省高校自然科学基金等项目3项，以及多项省市重点计算机网络项目；发表学术论文60余篇，出版专著和教材30多部；获***教学成果二等奖1项，山东省教育厅科技进步奖著作二等奖1项。

目 录

第一章 计算机系统组成与结构 （1）
第一节 计算机系统的组成 （1）
计算机的基本概念 （2）
计算机硬件系统组成 （5）
计算机软件系统 （7）
计算机的类型 （12）
练习 （14）
第二节 计算机运算基础 （15）
数制 （16）
定点数与浮点数 （23）
信息的几种编码 （25）
练习 （26）
第三节 中央处理器（CPU） （27）
CPU的功能 （28）
CPU的组成 （28）
指令系统 （29）
流水线技术 （32）
中央处理器的性能 （34）
典型问题解析 （35）
练习 （37）
第四节 存储器系统 （38）
主存储器 （40）
辅助存储器 （44）
独立冗余磁盘阵列（RAID） （45）
相变存储器 （46）
练习 （46）
第五节 输入输出系统 （48）
输入输出原理 （48）
扩展槽和适配卡（网卡） （50）
系统总线 （51）
I/O接口 （53）
小型计算机系统接口（SCSI） （54）
练习 （54）
本章小结 （56）
第二章 计算机网络的基本概念 （59）
第一节 何谓计算机网络 （59）
计算机网络的诞生与发展 （60）
计算机网络的定义 （61）
计算机网络的功能 （62）
计算机网络的组成 （64）
练习 （66）
第二节 网络的类型 （66）
网络的分类方法 （67）
个域网 （69）
局域网 （69）
城域网 （70）
广域网 （71）
互联网 （72）
练习 （72）
第三节 传输介质 （73）
双绞线 （74）
同轴电缆 （78）
光纤光缆 （79）
无线传输 （82）
练习 （86）
第四节 网络拓扑结构 （87）
总线拓扑 （87）
星状拓扑 （88）
环状拓扑 （88）
广域拓扑 （89）
网络主干 （91）
练习 （92）
第五节 网络实例 （93）
因特网 （93）
移动电话网络 （94）
物联网 （95）
家庭网络 （97）
云计算 （98）
软件定义网络（SDN） （99）
练习 （99）
本章小结 （99）
第三章 数据通信基础 （102）
第一节 数据通信的基本概念 （102）
基本概念 （102）
数据通信系统的组成 （104）
数据通信性能指标 （106）
练习 （109）
第二节 数据编码技术 （110）
数字信号的传输 （110）
模拟信号传输模拟数据 （112）
模拟信号传输数字数据 （112）
数字信号传输数字数据 （114）
数字信号传输模拟数据 （117）
典型问题解析 （119）
练习 （120）
第三节 数据传输方式 （121）
数据通信方式 （121）
数据同步方式 （123）
练习 （125）
第四节 数据交换技术 （125）
电路交换 （126）
存储转发交换 （127）
光交换 （130）
练习 （132）
第五节 信道复用技术 （133）
概述 （133）
频分复用 （134）
时分复用 （135）
波分复用 （137）
码分复用（码分多址） （138）
练习 （140）
第六节 差错控制技术 （141）
概述 （141）
奇偶校验 （143）
海明码 （144）
循环冗余校验 （145）
练习 （147）
本章小结 （148）
第四章 计算机网络体系结构 （152）
第一节 网络协议 （152）
什么是网络协议 （153）
网络协议三要素 （154）
练习 （154）
第二节 协议的分层和服务 （155）
计算机网络协议层 （155）
分层的网络通信系统 （157）
协议层间的差别 （161）
层间协调工作 （161）
练习 （163）
第三节 网络通信 （164）
请求本地数据 （164）
配置客户机 （164）
通过网络驱动器请求数据资源 （165）
网络编程与套接字 （166）
练习 （168）
第四节 OSI参考模型 （169）
OSI协议栈 （169）
物理层 （170）
数据链路层 （171）
网络层 （174）
传输层 （177）
会话层 （179）
表示层 （181）
应用层 （183）
典型问题解析 （186）
练习 （187）
第五节 TCP/IP模型 （188）
TCP/IP协议栈 （188）
TCP/IP协议栈的特点 （190）
使用TCP/IP的分层模型 （191）
典型问题解析 （193）
练习 （194）
本章小结 （194）
第五章 网络设备 （198）
第一节 中继器和集线器 （198）
中继器 （199）
集线器 （200）
练习 （202）
第二节 网桥 （203）
网桥与桥接 （203）
网桥的类型 （205）
分布式生成树 （205）
练习 （206）
第三节 交换机 （207）
交换机的基本功能 （207）
交换机的分类 （210）
交换机的级联和堆叠 （210）
练习 （211）
第四节 路由器 （212）
路由器的功能 （213）
多协议路由器 （216）
路由器的优缺点 （216）
练习 （217）
第五节 网关 （217）
网关的类型 （217）
网关和协议转换器 （218）
练习 （219）
本章小结 （219）
第六章 计算机网络的组建 （222）
第一节 构建小型计算机网络 （223）
组建网络的基本要求 （223）
在Windows 7中设置家庭网络 （224）
组建一个对等网络 （228）
利用蓝牙组网 （230）
练习 （232）
第二节 扩展小型网络 （232）
服务器和网络操作系统（NOS） （233）
网络中的数据流量分隔 （235）
练习 （237）
第三节 网络互连 （238）
LAN到LAN的互连 （238）
家庭用户拨号访问因特网 （239）
路由与交换设备的配置使用 （240）
练习 （244）
第四节 网络中的数据流 （245）
通用网络配置 （246）
本地子网段中的信息流 （246）
交换主干网中的信息流 （246）
跨越广域网的信息流 （247）
协议栈数据包分析 （248）
练习 （251）
本章小结 （252）
附录A 课程测验 （254）
附录B 术语表 （257）
参考文献 （272）

出 版 说 明

　　人类已进入互联网时代，以物联网、云计算、移动互联网和大数据为代表的新一轮信息技术革命，正在深刻地影响和改变经济社会各领域。随着信息技术的发展，网络已经融入社会生活的方方面面，与人们的日常生活密不可分。我国已成为网络大国，网民数量位居世界第一；但我国要成为网络强国，推进网络强国建设，迫切需要大量的网络工程师人才。然而据估计，我国每年网络工程师缺口约20万人，现有网络人才远远无法满足建设网络强国的需求。

　　为适应网络工程技术人才教育、培养的需要，电子工业出版社组织本领域专家学者和工作在一线的网络专家、工程师，按照网络工程师所应具备的知识、能力要求，参考新的网络工程师考试大纲（2018年审定通过），共同修订、编撰了这套《网络工程师教育丛书》。

　　本丛书全面规划了网络工程师应该掌握的技术，架构了一个比较完整的网络工程技术知识体系。丛书的编写立足于计算机网络技术的最新发展，以先进性、系统性和实用性为目标：

? 先进性——?全面地展示近年来计算机网络技术领域的新成果，做到知识内容的先进性。例如，对软件定义网络（SDN）、三网融合、IPv6、多协议标签交换（MPLS）、云计算、云存储、大数据、物联网、移动互联网等进行介绍。

? 系统性——?加强学科基础，拓宽知识面，各册内容之间密切联系、有机衔接、合理分配、重点突出，按照“网络基础→局域网→城域网与广域网→TCP/IP基础→网络互连与互联网→网络安全与管理→大数据技术→网络设计与应用”的进阶式顺序分为8册，形成系统的知识结构体系。

? 实用性——?注重工程能力的培养和知识的应用。遵循“理论知识够用，为工程技术服务”的原则，突出网络系统分析、设计、实现、管理、运行维护和安全方面的实用技术；书中配有大量网络工程案例、配置实例和实验示例，以提高读者的实践能力；每章还安排有针对性的练习和近年网络工程师考试题，并对典型试题和练习给出解答提示，以帮助读者提高应试能力。

　　本丛书从一开始就搭建了一个真实的、接近网络工程实际的网络，丛书各册均基于这个实例网络的拓扑和IP地址进行介绍，逐步完成对路由器、交换机、客户端和服务器的配置、应用设计等，灵活、生动地展现各种网络技术。

　　本丛书在编写时力求文字简洁，通俗易懂，图文并茂；在内容编排上既系统全面，又切合实际；在知识设计上层次分明、由浅入深，读者可根据自己的需要选择相应的图书进行学习，然后逐步进阶。

　　鉴于网络技术仍在不断地飞速发展，本丛书将根据需要和读者要求适时更新、完善。热忱欢迎广大读者多提宝贵意见和建议。联系方式：zhangls@phei.com.cn。

　　 电子工业出版社

第2版前言

　　计算机网络作为信息社会的基础设施，在各行各业起着十分重要的作用，已与人们的日常生活、工作、学习密不可分。当人们通过计算机进行通信时，就需要用到计算机网络。本书在第1版的基础上进行了较为全面的修订，主要讲述计算机网络的基本概念以及计算机之间（最终是人与人之间）如何通过网络实现信息的传输。本书作为网络工程师教育丛书的第1册，是一个基础知识教程，可为掌握计算机网络技术提供宽厚而扎实的知识基础。

　　计算机网络技术日新月异。5年乃至更短的时间就足可以使一个新兴的前沿技术由萌发走向凋谢，例如ATM、令牌环或FDDI等。为回应广大读者的建议，鉴于目前网络领域的发展变化，对本书的相关内容进行了修订、更新、补充。比较明显的修订内容包括：

? 贯穿每个章节的更新，并给出一个真实的、接近网络工程实际的网络实例；

? 为更好地解释基本概念，补充、更改了一批插图；

? 重新阐述了TCP/IP模型，融合了IPv4和IPv6；

? 改写了组建计算机网络所需的网络设备，并简介了网络设备的基本配置方法；

? 引入了网络通信领域的最新发展及应用，例如第四、第五代移动电话网络，云计算，软件定义网络（SDN）等内容；

? 增补了网络通信技术领域的一些理论基础知识及手段，例如：网络编程与套接字，协议栈数据包分析等。

　　本书是《网络工程师教育丛书》的第1册，全书分为6章：第一章简介计算机系统组成与结构，第二章介绍计算机网络的基本概念，第三章介绍数据通信基础，第四章讨论计算机网络体系结构，第五章介绍组建计算机网络常用的网络设备，第六章给出组建计算机网络的基本技术。为帮助读者更好地掌握基础理论知识和应对认证考试，针对某些典型问题进行了解析，同时各章均附有小结、练习及小测验，并对典型题型给出解答提示。

　　本书内容适于计算机网络和通信领域的教学、科研和工程设计应用参考，适用范围较广，既可以用作网络工程师教育用书，也可作为本科及职业技术教育相关课程的教材或参考书，也可供网络技术人员、管理人员以及网络爱好者阅读。

　　本书由刘化君、李广林、刘枫、解玉洁编著。在编写过程中，得到了许多同志的支持和帮助，在此一并表示衷心感谢！

　　由于计算机网络技术发展很快，囿于编著者的理论水平和实践经验，书中可能存在不妥之处，恳请广大读者不吝赐教，以便再版予以订正。

　　编著者

　　2019年9月10日

第1版前言

　　当人们通过计算机进行通信时，就需要用到计算机网络。本书讲述计算机网络的概念以及计算机之间（最终是人与人之间）如何通过网络实现信息的传输。本书作为网络基础教程，学习之后可为掌握计算机网络知识提供宽厚而扎实的基础。

　　网络可定义为相互连接起来的两台以上计算机设备，用以共享数据和其他资源。独立的计算机若没有相互连接，则只能通过便携的存储介质（如U盘和磁带）来交换数据。但当计算机之间通过某种物理连接进行通信时，则除了数据之外，它们还可以共享其他很多资源，如：应用程序；外设，包括打印机、扫描仪和CD-ROM驱动器等；存储器；数据链路，如因特网（Internet）连接。

　　在网络上进行通信的设备通常是计算机，但网络中也可包括能够发送或接收电子信息的任何其他设备，如：打印机；调制解调器（Modem）；控制网络流量流动的设备；无线接入设备。

　　一般来说，任何进行通信的网络设备都称为“结点”。一个网络的规模，可以小至同一房间的两台计算机，也可以大至全球数百万台计算机。不管其规模有多大，所有网络都具有以下共同的特点：（1）将信息从一个结点传输到另一个结点的信令机制；（2）传输信号的物理通信介质；（3）给出信号含义的通信规则（称为“协议”）；（4）控制对通信介质的访问，以保证正确通话；（5）寻址方法。

　　随着计算机系统性能的不断提高，以及价格的逐步下降，计算机和网络都已成为人们常用的工具。同时，因特网已成为一个全球范围的通信系统和功能强大的娱乐媒介。多数家庭用户也已经建立了小型网络，以便传输文件和共享因特网连接。

　　每天都有数百万计算机用户（甚至一些高级用户）登录到公司网络和因特网，但他们很少了解这些系统运行的原理。为此，本书的主要目的就是让读者了解计算机之间是如何跨越一个房间、一座大楼、一个城市乃至整个地球进行通信的，学会构建一个简单的家庭网络或办公室网络，比大多数计算机用户懂得更多有关网络的知识，为以后学习网络系统的设计、管理、运行维护打下坚实的基础。

　　本书是《网络工程师教育丛书》的第1册，全书分为6章：第一章简介计算机系统组成与结构，第二章比较系统、全面地介绍计算机网络的基本概念，第三章简单介绍数据通信基础，第四章讨论计算机网络体系结构，第五章介绍组建计算机网络常用的网络组件，第六章给出组建简单计算机网络的基本技术。为帮助读者理解基础理论知识，针对某些典型问题进行了解析，同时每章还附有小结、练习题和测验题。

　　由于计算机网络技术发展很快，囿于编著者理论水平和实践经验，书中可能存在不妥之处，恳请广大读者不吝赐教，批评斧正。

　　 编著者

　　 2015年3月18日