本书按照以TCP/IP协议栈为基础的五层网络体系结构，自下而上地系统介绍了计算机网络的基础理论和技术，并通过新型网络架构和网络前沿专题部分向读者介绍了近年来计算机网络领域的前沿技术和研究成果，并尽可能地提供了详尽的参考文献。本书内容兼顾计算机网络理论的系统性和前沿性、图文并茂、层次清晰。可作为计算机科学与技术、软件工程、通信工程等相关专业的本科生教材，还可供从事计算机网络相关领域的科学研究及工程技术等人员参考。

前　　言在当今社会向信息化和进一步开放方向发展的过程中，计算机网络也以空前的速度、广度和深度进一步发展。计算机网络应用已遍及政治、经济、军事、科技、生活等几乎人类活动的一切领域，并对社会发展、生产结构乃至人们的日常生活方式产生深刻的影响和强烈的冲击。可见，充分了解和研究下一代互联网中，满足国家和社会对下一代互联网的需求，已经成为我们当前的紧迫任务。
国务院于2015年7月印发的《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》中指出，将互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合的“互联网+”具有广阔前景和无限潜力，对推动我国经济社会发展产生战略性和全局性的影响。“互联网+”涉及很多课程，其中计算机网络就是一门重要的基础课程。它既是高等学校软件工程及计算机相关专业的一门核心专业基础课程，也是非计算机专业学生学习和掌握计算机应用技术的一门专业基础课程，同时还是软件工程及计算机相关专业研究生入学考试全国统考课程。
笔者在大连理工大学软件学院教授本科生“计算机网络”课程多年，有丰富的教学实践经验和计算机网络相关的科研积累。近年来，无论是在学术界还是工业界，计算机网络均有着飞速的发展，以SDN、NFV、DTN等为代表的技术层出不穷，并在实际中有了广泛的应用。为了让学生能够紧跟计算机网络发展前沿，笔者基于教学、科研经验，并在查阅了大量英文文献和走访思科、华为、华三等公司的基础上编写了本书。
本书根据计算机网络中公认的五层体系结构由浅入深、循序渐进地介绍了计算机网络的内容。全书共分为九章，章节内容具体安排如下。
第1章对计算机网络的基本概念进行简单的介绍，包括计算机网络的定义和分类、发展历程、组成、性能指标以及国际标准化组织。
第2章对计算机网络体系结构进行深入介绍，包括计算机网络体系结构的发展历程、OSI/RM体系结构、TCP/IP体系结构、五层体系结构以及其他重要的网络体系结构。
第3章介绍物理层相关概念以及技术，包括物理层提供的服务、数据传输方式、传输媒体，以及通信中的调制解调技术、编码解码技术、信道复用技术。最后解释宽带接入网相关技术。
第4章讲述数据链路层的基本技术，首先简要介绍数据链路层提供的服务，然后详细介绍差错检测与纠错方法、高级数据链路控制协议以及点对点协议，最后介绍以太网、虚拟局域网以及无线局域网的关键技术。
第5章介绍网络层，首先介绍网络层提供的服务，然后介绍网际协议、地址解析协议和逆地址解析协议、路由算法和路由协议、因特网组管理协议，最后介绍下一代网际协议IPv6、网络地址转换以及多协议标签交换。
第6章讲述传输层的基本概念，主要包括传输层提供的服务、用户数据报协议，然后介绍TCP的基本原理、可靠传输的实现、流量控制以及拥塞控制。
第7章讲述应用层的基本概念，首先介绍应用层提供的服务，然后详细介绍域名系统、文件传输协议和简单文件传输协议、远程登录协议、电子邮件、简单网络管理协议、动态主机配置协议、万维网、多媒体传输的基本原理。
第8章对目前计算机网络的新型网络架构进行简要介绍，重点介绍内容分发网络、延时容忍网络和软件定义网络。
第9章介绍了计算机网络的前沿专题，包括网络安全、软交换技术、网络虚拟化和移动自组织网络。
本书在编写过程中得到了多位高校教师和企业工程师的指导以及宝贵的意见，大连理工大学软件学院的很多同学为本书提供了素材或参加了校对，在此深表感谢。笔者所在的大连理工大学阿尔法实验室的同学为本书的编写做出了巨大的贡献，他们是蔡丽伟、杜宏壮、冯玉凡、侯杰、侯轲、康文杰、李梦琳、李世璞、刘嘉莹、刘雷、刘明亮、刘鑫童、马凯、毛梦依、石雅洁、谢佳楠、袁宇渊、张凯源、郑文青，在此表示衷心的感谢！
本书内容参考了很多现有书籍、文献资料和网络资源，再次对这些资料的原著者表示感谢。本书的编写工作得到了国家自然科学基金（61572106）、辽宁省自然科学基金（201602154）等项目的资助，在此向相关部门表示感谢！
由于编写水平有限，书中难免存在一些不足和错误，恳请广大读者批评指正。
编者2018年2月

目　　录
前言
教学建议
第1章　计算机网络的基本概念 1
1.1　计算机网络的定义 1
1.2　计算机网络的分类 2
1.2.1　按地理分布范围分类 2
1.2.2　按交换方式分类 3
1.2.3　按传输媒体分类 7
1.2.4　按拓扑结构分类 8
1.3　计算机网络的发展历程 9
1.4　计算机网络的组成 12
1.4.1　网络边缘 13
1.4.2　网络核心 15
1.4.3　Internet的通信方式 17
1.5　计算机网络的性能指标 19
1.5.1　速率 19
1.5.2　带宽 19
1.5.3　吞吐量 19
1.5.4　时延 19
1.5.5　其他性能指标 20
1.6　计算机网络的国际标准化组织 20
本章小结 22
思考题 23
第2章　计算机网络体系结构 24
2.1　计算机网络体系结构发展历程 24
2.2　OSI/RM体系结构 26
2.2.1　OSI/RM的基本概念 26
2.2.2　OSI/RM各层基本功能 27
2.3　TCP/IP体系结构 30
2.3.1　TCP/IP的发展 30
2.3.2　TCP/IP四层模型 31
2.4　五层体系结构 33
2.4.1　五层参考模型 33
2.4.2　三种体系结构的对比 34
2.5　其他网络体系结构 35
2.5.1　IEEE 802局域网体系结构 35
2.5.2　开放可编程网络体系结构 37
2.5.3　面向服务的新型网络体系结构 39
2.5.4　内容中心网络体系结构 41
2.5.5　面向移动性的新型网络体系结构 42
本章小结 43
思考题 43
第3章　物理层 44
3.1　物理层提供的服务 44
3.2　数据传输方式 44
3.2.1　单工、双工和半双工数据传输 44
3.2.2　异步传输和同步传输 45
3.2.3　频带传输和基带传输 45
3.3　传输媒体 46
3.3.1　双绞线 46
3.3.2　同轴电缆 46
3.3.3　光纤 47
3.3.4　无线传输 48
3.4　调制解调技术 49
3.4.1　ASK 50
3.4.2　FSK 51
3.4.3　PSK 52
3.4.4　多级调制 53
3.5　编码解码技术 54
3.5.1　不归零制编码 54
3.5.2　曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 55
3.5.3　mB/nB编码 55
3.6　信道复用技术 56
3.6.1　频分复用 57
3.6.2　时分复用 58
3.6.3　码分复用 59
3.6.4　波分复用 60
3.6.5　准同步数字系列（PDH）和同步数字系列（SDH） 61
3.7　宽带接入网 63
3.7.1　xDSL技术 63
3.7.2　FTTx技术 65
3.7.3　EPON+LAN技术 67
3.7.4　光纤接入 68
本章小结 70
思考题 70
第4章　数据链路层 71
4.1　数据链路层提供的服务 71
4.2　差错检测与纠错 72
4.2.1　奇偶校验 73
4.2.2　校验和方法 74
4.2.3　循环冗余检测 75
4.3　高级数据链路控制协议 76
4.3.1　HDLC工作原理 76
4.3.2　HDLC帧格式和传输控制 77
4.4　点对点协议 79
4.4.1　PPP的特点 79
4.4.2　PPP的帧格式 81
4.4.3　PPP的工作状态 82
4.5　以太网 83
4.5.1　以太网的发展 83
4.5.2　以太网MAC子层协议CSMA/CD 86
4.5.3　以太网MAC帧的格式和数据封装 87
4.5.4　传统以太网和高速以太网 90
4.6　虚拟局域网 92
4.6.1　VLAN概述 92
4.6.2　VLAN的帧格式 94
4.6.3　VLAN的运行 96
4.7　无线局域网 97
4.7.1　WLAN网络结构 97
4.7.2　WLAN协议 98
4.7.3　其他种类的无线局域网 101
本章小结 103
思考题 103
第5章　网络层 105
5.1　网络层提供的服务 105
5.2　网际协议 106
5.2.1　IPv4地址分类 107
5.2.2　CIDR和VLSM 108
5.2.3　IP数据报的格式 109
5.2.4　IP数据报转发流程 113
5.2.5　因特网控制报文协议 113
5.2.6　IP地址与硬件地址 116
5.3　地址解析协议和逆地址解析协议 117
5.3.1　ARP 117
5.3.2　数据报格式 118
5.3.3　RARP 118
5.4　路由算法和路由协议 118
5.4.1　概述 119
5.4.2　最短路径优先算法 120
5.4.3　内部网关协议RIP 121
5.4.4　内部网关协议OSPF 122
5.4.5　外部网关协议BGP 123
5.5　因特网组管理协议 124
5.6　下一代网际协议IPv6 126
5.6.1　IPv6地址格式 126
5.6.2　IPv6地址类型 126
5.6.3　IPv6的数据报格式 126
5.6.4　IPv6路由选择机制 128
5.6.5　IPv4向IPv6过渡 129
5.7　网络地址转换 130
5.7.1　NAT的由来 130
5.7.2　NAT的工作模型和特点 131
5.7.3　NAT的限制与解决方案 132
5.7.4　NAT的应用和实现 136
5.8　多协议标签交换 138
5.8.1　MPLS的基本概念 138
5.8.2　MPLS的工作原理 139
5.8.3　MPLS的实际应用 141
本章小结 141
思考题 142
第6章　传输层 143
6.1　传输层提供的服务 143
6.1.1　进程到进程的通信 143
6.1.2　寻址 144
6.1.3　封装与解封装 144
6.1.4　多路复用与多路分解 145
6.1.5　流量控制与差错控制 146
6.2　用户数据报协议 148
6.2.1　UDP的用途 149
6.2.2　UDP的数据报格式 149
6.2.3　UDP的特点 150
6.3　TCP概述 151
6.3.1　TCP报文段的首部格式 151
6.3.2　TCP的编号与确认 153
6.3.3　TCP的连接管理 154
6.4　TCP可靠传输的实现 159
6.4.1　TCP重传相关概念 159
6.4.2　TCP重传机制 161
6.4.3　TCP可靠传输示例 162
6.5　TCP流量控制 164
6.6　TCP拥塞控制 166
6.6.1