本书共分5章,以计算机网络的主要内容即计算机网络基础、局域网基础、因特网基础、因特网应用和网络安全为基础,通过对网络中多个基本概念的剖析和常见应用的熟悉,除让读者掌握计算机网络的主要内容外,还能让读者更好地了解和掌握其中包含的计算思维内涵。
丛书序
满足社会(包括就业)需要的专业与创新型人才应有的计算机应用能力已成为合格的大学毕业生必须具备的素质。
文科类专业与信息技术的相互结合、交叉、渗透,是现代科学技术发展趋势的重要方面,是不可忽视的新学科的一个生长点。加强文科类(包括文史哲法教类、经济管理类与艺术类)专业的计算机教育,开设具有专业特色的计算机课程是培养能够满足信息化社会对文科类人才要求的重要举措,是培养跨学科、复合型、应用型的文科通才的重要环节。
为了更好地指导文科类各专业的计算机教学工作,教育部高等教育司组织编写的《高等学校文科类专业大学计算机教学要求》(下面简称《教学要求》)把大文科的本科计算机教学,按专业门类分为文史哲法教类、经济管理类与艺术类等三个系列。大文科计算机教学的知识体系由计算机软硬件基础、办公信息处理、多媒体技术、计算机网络、数据库技术、程序设计、美术与设计类计算机应用,以及音乐类计算机应用8个知识领域组成。知识领域分为若干知识单元,知识单元再分为若干知识点。
大文科各专业对计算机知识点的需求是相对稳定、相对有限的。由属于一个或多个知识领域的知识点构成的课程则是不稳定、相对活跃、难以穷尽的。课程若按教学层次可分为计算机大公共课程(也就是大学计算机公共基础课程)、计算机小公共课程和计算机背景专业课程三个层次。
第一层次的教学内容是文科各专业学生应知应会的。这些内容可为文科学生在与专业紧密结合的信息技术应用方面进一步深入学习打下基础。这一层次的教学内容是对文科大学生信息素质培养的基本保证,起着基础性与先导性的作用。
第二层次是在第一层次之上,为满足同一系列某些专业的共同需要(包括与专业相结合而不是某个专业所特有的)而开设的计算机课程。其教学内容,或者在深度上超过第一层次的教学内容中的某一相应模块,或者拓展到第一层次中没有涉及的领域。这是满足大文科不同专业对计算机应用需要的课程。这部分教学内容在更大程度上决定了学生在其专业中应用计算机解决问题的能力与水平。
第三层次,也就是使用计算机工具,以计算机软、硬件为背景而开设的为某一专业所特有的课程。其教学内容就是专业课。如果没有计算机作为工具支撑,这门课就开不起来。这部分教学内容显示了学校开设特色专业的能力与水平。
清华大学出版社推出的面向高等院校大文科各类专业的大学计算机规划教材,就是根据《教学要求》编写而成的。它可以满足大文科各类专业计算机各层次教学的基本需要。
对教材中的不足或错误之处,敬请同行和读者批评指正。
卢湘鸿
于北京中关村科技园
卢湘鸿北京语言大学信息科学学院计算机科学与技术系教授、原教育部高等学校文科计算机基础教学指导委员会副主任、秘书长,现任教育部高等学校文科计算机基础教学指导分委员会顾问,全国高等院校计算机基础教育研究会名誉常务理事、全国高等院校计算机基础教育研究会文科专业委员会常务副主任兼秘书长。前言
计算机技术和网络技术的飞速发展,对我们的学习、工作和生活的各个方面都产生了深远的影响,也推动着各行各业的快速发展,由此,计算机教育的重要性也日益突显,且随着计算机技术的发展不断调整着教学内容和形式。而计算思维一经提出,就引起了国内外众多专家学者的极大关注,明确了计算机不仅是一种工具,而且还是一种独特的分析问题和解决问题的思维方式,这对大学阶段的计算机教育提出了新的改革思路要求和挑战。由于学科特点的不同,文科大学生相对理工科大学生来说其逻辑推理能力较弱,但对人文类大学生进行计算思维的培养十分必要,将来他们与计算机科学工作者或其他专业人员合作以及进行重要任务的决策时,其计算思维的意识和运用显得尤为重要。
本书是教育部课题“基于计算思维培养的人文类计算机系列课程及教材建设”的成果,旨在根据文科大学生的特点,以计算思维能力培养为目标重新确定计算机网络课程的性质,课程内容中不仅在一些段落中将计算思维的概念显式提出,且通过对计算思维表述体系的研究,将其深入浅出地融入网络课程教学的各部分内容中,使人文类大学生从计算机网络的学习应用过程中体会和领悟计算思维,进而培养计算思维的能力,并能在将来的学习和工作中加以灵活运用。
全书共分5章,第1章介绍计算机网络基础知识,第2章介绍局域网基础知识,第3章介绍因特网基础知识,第4章介绍因特网应用,第5章介绍网络安全,每章均包含计算思维在相应内容中的分析和理解。在内容选择方面,我们既侧重介绍计算机网络的基础知识,又力图反映网络新技术和新发展,同时考虑到文科大学生的特点,尽量通过案例来阐述概念;另一方面,将计算机网络中最能体现计算思维的若干概念和技术进行深入剖析,力图让文科大学生更好地理解和掌握计算思维的内涵。
本书由多名教学经验丰富、多年来工作在计算机基础教育第一线的老师编写,其中第1章由张萍完成,第2章由陶烨完成,第3章和第5章由黄达明完成,第4章由张莉完成,全书由张莉统稿,金莹和张洁参与了本书部分内容的策划。
限于编者水平,书中难免有一些不当之处,敬请读者批评指正。
编者
2014年5月
第1章计算机网络基础1
1.1计算机网络给现代社会带来
的变化3
1.2计算机网络的基本概念6
1.2.1计算机网络的组成6
1.2.2计算机网络的类型7
1.2.3计算机网络的功能9
1.2.4计算机网络的性能指标10
1.3计算机网络体系结构10
1.3.1网络协议与网络体系
结构10
1.3.2TCP/IP与因特网体系
结构13
1.4数据通信18
1.4.1数据通信系统的组成18
1.4.2调制解调技术与模拟
信号数字化技术24
1.4.3信道复用与多址接入
技术26
1.4.4交换技术31
1.4.5数据通信系统的性能
指标34
习题35
第2章局域网基础36
2.1局域网概述36
2.1.1局域网的组成37
2.1.2局域网的标准与分类38
2.1.3局域网的典型应用40
2.2以太网43
2.2.1以太网概述43
2.2.2以太网分类45
2.3无线局域网51
2.3.1无线局域网概述51
2.3.2无线局域网协议53
2.3.3无线局域网体系58
2.4小型局域网组建方案60
2.4.1双绞线直连法61
2.4.2使用无线网卡组网62
2.4.3星型网络62
2.5局域网故障检测64
2.5.1局域网故障概述64
2.5.2常用网络故障检测命令64
2.5.3常见网络故障以及处理70
习题71
第3章因特网基础73
3.1因特网和TCP/IP概述73
3.2传输层75
3.2.1传输层概述75
3.2.2TCP77
3.2.3UDP78
3.3网络层79
3.3.1IP79
3.3.2IP地址80
3.3.3地址解析协议85
3.3.4路由器和路由协议87
3.3.5IPv694
3.4域名与域名系统96
3.4.1域名系统概述96
3.4.2域名结构97
3.4.3域名服务器和域名
数据库98
3.4.4域名查询过程99
3.4.5高速缓存102
3.4.6DNS设置103
3.5因特网接入及ISP服务104
3.5.1PSTN电话拨号接入104
3.5.2ADSL接入104
3.5.3光纤混合同轴接入
——Cable Modem接入106
3.5.4光纤接入技术107
3.5.5无线接入技术109
习题110
第4章因特网应用111
4.1因特网的应用模式111
4.1.1对等模式111
4.1.2客户端/服务器模式112
4.2WWW浏览与网站建设113
4.2.1WWW浏览113
4.2.2网页制作与网站建设127
4.3网络通信132
4.3.1电子邮件传送132
4.3.2远程文件传输134
4.3.3网络交流136
4.4电子商务与电子政务140
4.4.1电子商务140
4.4.2电子政务149
4.5间接访问因特网153
4.5.1通过代理服务器访问153
4.5.2通过VPN服务器访问155
4.6远程计算机管理156
4.6.1远程桌面控制157
4.6.2远程协助159
4.7物联网159
4.7.1物联网简介159
4.7.2关键技术161
4.7.3情景案例161
4.7.4发展162
习题163
第5章网络安全164
5.1网络安全概述164
5.2网络安全威胁166
5.2.1系统漏洞166
5.2.2恶意代码168
5.2.3网络攻击174
5.3密码学176
5.3.1密码学基础176
5.3.2对称密钥算法177
5.3.3公开密钥算法178
5.3.4数字签名179
5.4网络防护180
5.4.1恶意代码查杀180
5.4.2防火墙182
5.4.3入侵检测184
5.5无线和移动互联安全186
5.5.1无线安全187
5.5.2移动互联安全190
5.6安全管理和应急响应191
5.7容灾备份技术193
习题195
参考文献196