本书讲解了计算机网络通信的详细过程和计算机网络通信中的相关协议。与当前大多数的计算机网络图书不同，本书首先从应用程序通信使用的协议着手，使用抓包分析了应用层的工作过程、请求报文格式和响应报文格式，让读者对计算机通信使用的协议有一个具体的认识；然后介绍传输层协议、网络层协议、数据链路层协议和物理层；后讲解比较抽象的OSI参考模型，及其和TCP/IP之间的关系。

本书所讲的计算机理论不同于思科网络工程师和华为网络工程师课程。为了让学生能够验证所学的理论，本书使用华为eNSP模拟器搭建学习环境。本书虽然专注于计算机网络原理，但每章提供了相应的案例来验证所学理论。本书将网络层这一重点内容拆分成3章（IP地址和子网划分、静态路由和动态路由、网络层协议）来详细讲解；图示详细，力求将瞬息万变的通信过程事无巨细地展现在读者的面前。

本书可作为高校计算机网络原理相关课程的参考用书，也可作为计算机专业的考研教程。

1.本书作者韩立刚老师是华为HCIA认证图书作者，具有20年微软、思科、Linux教学经验，现任IT在线教育网站51CTO学院讲师，听课人次达1600万。

2.本书虽然专注于计算机网络，但每章都提供了相应的案例来验证所学的理论，通过大量图示讲解计算机网络通信的详细过程。

3.本书适合计算机专业大学生、考研人群、IT技术从业人员以及思科或华为认证网络工程师考生进行参考学习。

4.提供丰富的学习资源：配套PPT、习题答案以及本书的实验环境，更有视频教学网站和技术交流群供大家进行学习。

韩立刚，华为HCIA认证图书作者，微软有价值专家（MVP）。他具有20年微软、思科、Linux教学经验，现任IT在线教育网站51CTO学院金牌讲师，听课人次达1600万次。 他在IT教育领域倡导视频教学 QQ答疑和终身师徒关系的教学模式 ,是多本计算机图书的作者。 他共录制了100余门课程，其中有从零起点到能够胜任企业高端IT运维职位的系列课程，还有部分课程涵盖了网络、网络安全、Windows和Linux服务器、虚拟化和云计算、数据库等主流的IT技术。 韩利辉，思科网络工程师CCNP，华为网络工程师。他精通计算机网络、Windows服务器、微软数据库管理和设计。他先后在国内大型上市软件公司、IT集成商、500强外企担任资深技术专家、技术总监等职务。 王艳华，计算机应用硕士，工信部认证网络工程师，微软认证IT专家。她在河北师范大学软件学院从事一线教学十余年，主讲了多门课程，如数据结构操作系统计算机网络计算机组成原理和计算机导论等。 马青，就职于河北工业职业技术学院信息中心，是网络技术讲师，擅长路由交换、网络安全等技术领域。

目　　录





第 1章　应用层协议1

1.1　理解应用程序通信使用的协议2

1.1.1　理解协议2

1.1.2　Internet中常见的应用协议4

1.2　HTTP5

1.2.1　HTTP的主要内容5

1.2.2　抓包分析HTTP8

1.2.3　高级防火墙和应用层协议的方法12

1.3　使用Wireshark抓包工具筛选数据包13

1.3.1　显示过滤器13

1.3.2　协议筛选和表达式筛选14

1.3.3　复合过滤表达式15

1.3.4　常见的显示过滤需求及其对应表达式16

1.4　FTP16

1.4.1　FTP的工作细节17

1.4.2　使用FTP命令访问FTP服务器19

1.4.3　抓包分析FTP的工作过程20

1.5　DNS协议27

1.5.1　什么是域名27

1.5.2　域名的结构28

1.5.3　Internet中的域名服务器30

1.5.4　域名解析的过程32

1.5.5　抓包分析DNS协议34

1.6　DHCP35

1.6.1　静态地址和动态地址的应用场景36

1.6.2　DHCP地址租约37

1.6.3　DHCP服务器分配IP地址的过程37

1.6.4　DHCP地址租约更新38

1.6.5　抓包分析DHCP39

1.7　Telnet协议41

1.7.1　Telnet协议的工作方式41

1.7.2　使用Telnet管理Windows操作系统42

1.8　SMTP和POP346

1.8.1　SMTP和POP3的功能47

1.8.2　电子邮件发送和接收的过程47

1.8.3　使用Telnet命令发送电子邮件49

1.8.4　抓包分析SMTP和POP352

1.8.5　电子邮件信息格式58

1.9　习题59

第 2章　传输层协议61

2.1　传输层的两个协议62

2.1.1　TCP和UDP的应用场景62

2.1.2　传输层协议和应用层协议的关系63

2.1.3　服务和端口的关系66

2.1.4 实战：更改服务使用的默认端口68

2.1.5 端口和网络安全的关系70

2.1.6 实战：通过Windows防火墙和TCP/IP筛选实现网络安全72

2.2 UDP76

2.2.1 UDP的主要特点76

2.2.2 UDP报文的格式77

2.3 TCP79

2.3.1 TCP的主要特点79

2.3.2 TCP报文的格式81

2.4 可靠传输85

2.4.1 TCP可靠传输的实现停止等待协议85

2.4.2 连续ARQ协议和滑动窗口协议改进的停止等待协议87

2.4.3 以字节为单位的滑动窗口技术详解88

2.4.4 改进的确认选择确认（SACK）90

2.4.5 超时重传的时间调整92

2.5 TCP流量控制94

2.6 TCP拥塞控制96

2.6.1 拥塞控制的原理96

2.6.2 拥塞控制方法慢开始和拥塞避免97

2.6.3 拥塞控制方法快重传和快恢复100

2.6.4 发送窗口的上限102

2.7 TCP连接管理102

2.7.1 建立TCP连接102

2.7.2 释放TCP连接106

2.7.3 实战：查看TCP释放连接的数据包107

2.7.4 实战：SYN攻击108

2.8　习题110

第3章　IP地址和子网划分114

3.1 学习IP地址预备知识114

3.1.1 二进制和十进制115

3.1.2 二进制数的规律116

3.2 理解IP地址116

3.2.1 MAC地址和IP地址117

3.2.2 IP地址的组成117

3.2.3 IP地址格式118

3.2.4 子网掩码的作用119

3.3 IP地址详解122

3.3.1 IP地址分类122

3.3.2 保留的IP地址124

3.3.3 实战：本地环回地址125

3.3.4　实战：给本网段发送广播126

3.4 公网地址和私网地址127

3.4.1 公网地址127

3.4.2 私网地址129

3.5 子网划分130

3.5.1 地址浪费130

3.5.2 等长子网划分131

3.5.3 B类网络子网划分134

3.5.4 A类网络子网划分135

3.6 变长子网划分137

3.6.1 变长子网划分实例137

3.6.2 点到点网络的子网掩码138

3.6.3 子网掩码的另一种表示方法139

3.6.4 判断IP地址所属的网段140

3.7 超网141

3.7.1 合并网段141

3.7.2 合并网段的规律143

3.7.3 判断一个网段是超网还是子网145

3.8　习题146

第4章　静态路由和动态路由150

4.1　路由网络层实现的功能150

4.1.1　网络畅通的条件151

4.1.2　静态路由152

4.2　配置静态路由154

4.2.1 查看路由表154

4.2.2 添加静态路由155

4.2.3 测试网络是否畅通156

4.2.4 删除静态路由156

4.3 路由汇总157

4.3.1 使用路由汇总简化路由表157

4.3.2 路由汇总例外159

4.3.3 无类域间路由160

4.4 默认路由160

4.4.1 全球的网段160

4.4.2 使用默认路由作为指向Internet的路由161

4.4.3 让默认路由代替大多数网段的路由162

4.4.4 默认路由和环状网络163

4.4.5 使用默认路由和路由汇总简化路由表164

4.4.6 默认路由造成的往复转发166

4.4.7 Windows操作系统中的默认路由和网关166

4.5　动态路由 RIP170

4.5.1　RIP170

4.5.2　RIP的工作原理171

4.5.3 在路由器上配置RIP172

4.5.4 查看路由表174

4.5.5 观察RIP的路由更新活动176

4.5.6 测试RIP的健壮性177

4.5.7 RIP数据包报文格式179

4.5.8 RIP定时器180

4.6　动态路由OSPF协议181

4.6.1 短路径优先181

4.6.2 OSPF术语182

4.6.3 OSPF协议的工作过程184

4.6.4 OSPF协议的5种报文185

4.6.5 OSPF协议支持多区域185

4.7 配置OSPF协议187

4.7.1 在路由器上配置OSPF协议187

4.7.2 查看OSPF协议的3张表189

4.7.3 OSPF协议配置排错192

4.8　习题193

第5章　网络层协议202

5.1 网络层203

5.1.1 抓包查看网络层203

5.1.2 网络层格式204

5.1.3 数据分片详解207

5.1.4　捕获并观察数据包分片208

5.1.5 数据包生存时间（TTL）详解212

5.1.6　指定ping命令发送数据包的TTL值213

5.2 ICMP214

5.2.1 抓包查看ICMP报文格式214

5.2.2 ICMP报文格式216

5.2.3 ICMP差错报告报文TTL过期217

5.2.4　几种ICMP差错报告报文218

5.3 使用ICMP排除网络故障的案例220

5.3.1　使用ping命令诊断网络故障220

5.3.2 使用tracert命令跟踪数据包路径221

5.4 ARP222

5.4.1　ARP的作用223

5.4.2 ARP的工作过程和安全隐患224

5.5 IGMP225

5.5.1 什么是组播225

5.5.2 组播IP地址226

5.5.3 组播MAC地址227

5.5.4 组播管理协议（IGMP）228

5.6　习题229

第6章　数据链路层协议232

6.1 数据链路层的3个基本w问题233

6.1.1 数据链路和帧233

6.1.2 数据链路层的3个基本问题详解234

6.2 点到点信道的数据链路238

6.2.1 PPP的特点238

6.2.2 PPP的组成239

6.2.3 同步传输和异步传输240

6.2.4 抓包查看PPP的帧242

6.2.5 PPP帧格式243

6.2.6 PPP帧填充方式244

6.3 广播信道的数据链路245

6.3.1 广播信道的局域网245

6.3.2 以太网标准246

6.3.3 CSMA/CD协议247

6.3.4 以太网短帧248

6.3.5 冲突解决方法截断二进制指数退避算法249

6.3.6 以太网帧格式250

6.3.7 以太网信道利用率252

6.3.8 网卡的作用253

6.3.9 MAC地址254

6.3.10 查看和更改MAC地址255

6.4 扩展以太网257

6.4.1 集线器257

6.4.2 计算机数量和距离上的扩展258

6.4.3 使用网桥优化以太网259

6.4.4 网桥自动构建MAC地址表260

6.4.5 多接口网桥交换机262

6.4.6 查看交换机的MAC地址表264

6.4.7 生成树协议264

6.5 高速以太网268

6.5.1 100Mbit/s以太网268

6.5.2 吉比特以太网268

6.5.3 10吉比特以太网270

6.6　习题271

第7章　物理层273

7.1 物理层的基本概念274

7.2 数据通信基础274

7.2.1 数据通信模型274

7.2.2 数据通信的一些常用术语275

7.2.3 模拟信号和数字信号276

7.2.4 模拟信号转换成数字信号278

7.3 信道和调制279

7.3.1 信道279

7.3.2 单工、半双工和全双工通信279

7.3.3 调制280

7.3.4 信道的极限容量281

7.4 传输媒体284

7.4.1 导向传输媒体284

7.4.2 非导向传输媒体288

7.5 信道复用技术291

7.5.1 频分复用292

7.5.2 时分复用293

7.5.3 波分复用295

7.5.4 码分复用295

7.6 宽带接入技术298

7.6.1 铜线接入技术298

7.6.2 HFC技术300

7.6.3 光纤接入技术302

7.6.4 移动互联网接入技术302

7.7　习题303

第8章　计算机网络和协议306

8.1　认识网络306

8.1.1　的互联网 Internet306

8.1.2　中国的ISP308

8.1.3 企业组建的互联网309

8.2 开放系统互连（OSI）参考模型310

8.2.1 分层的方法和好处310

8.2.2 OSI参考模型详解311

8.2.3　计算机通信分层的好处314

8.3　TCP/IP315

8.3.1 通信协议三要素315

8.3.2 TCP/IP通信过程316

8.3.3 网络设备和分层318

8.4 计算机网络的性能指标319

8.4.1 速率319

8.4.2 带宽320

8.4.3 吞吐量321

8.4.4 时延322

8.4.5 时延带宽积325

8.4.6 往返时间325

8.4.7 网络利用率326

8.5 网络分类326

8.5.1 按网络的范围分类327

8.5.2 按网络的使用者分类327

8.6 企业局域网设计327

8.6.1 二层结构的局域网327

8.6.2　三层结构的局域网328

8.7　习题329

第9章　IPv6331

9.1 IPv6详解331

9.1.1 IPv4的不足之处332

9.1.2 IPv6的改进333

9.1.3 IPv6协议栈333

9.1.4 ICMPv6的功能334

9.1.5 IPv6的基本335

9.1.6 IPv6的扩展336

9.2 IPv6编址338

9.2.1 IPv6地址概述338

9.2.2 IPv6地址分类339

9.3 给计算机配置IPv6地址的方法342

9.3.1 设置静态IPv6地址342

9.3.2　自动配置IPv6地址的两种方法343

9.3.3 IPv6地址无状态自动配置344

9.3.4 抓包分析RA和RS数据包346

9.3.5 IPv6地址有状态自动配置349

9.4 配置IPv6路由351

9.4.1 IPv6静态路由352

9.4.2 RIPng354

9.4.3 OSPFv3355

9.5 IPv6和IPv4共存技术356

9.6 习题359

第 10章　网络安全361

10.1 网络安全概述361

10.1.1 计算机网络通信面临的安全威胁362

10.1.2 一般的数据加密模型366

10.2 对称加密和非对称加密367

10.2.1 对称密钥密码体制367

10.2.2 公钥密码体制368

10.2.3 非对称加密细节369

10.2.4 数字签名细节370

10.2.5 数字证书颁发机构（CA）371

10.2.6 证书颁发机构层次372

10.2.7 使用CA颁发的证书签名和验证签名374

10.3 实战：发送数字签名和数字加密的邮件375

10.4 安全套接字层376

10.4.1 安全套接字层（SSL）和传输层安全

（TLS）377

10.4.2 安全套接字层工作过程378

10.5 实战：配置网站使用HTTPS通信379

10.6 网络层安全IPSec380

10.6.1 IPSec协议380

10.6.2 实战：在Windows操作系统上配置IPSec实现安全通信381

10.6.3 实战：查看安全关联和加密数据包381

10.7　习题382