第2版前言 本书是“新世纪四川省高等教育教学改革工程”的“高等教育人才培养方案及课程体系和教学内容的改革项目”之“‘计算机网络’课程教学内容体系改革与实验环境建设研究”项目的成果，2005年11月立项为西南交通大学重点教材研究课题，2010年7月由清华大学出版社出版。2014年四川省教育厅组织开展的推荐遴选工作确定本书为第二批四川省“十二五”普通高等教育本科规划教材，要求其再版工作应在“十二五”期间顺利、高质量完成。 为适应教学需求进行了一些修改。首先，根据教学的需要，特别考虑到提高学生实践和动手能力的需要，在各章开始和结束处，分别安排了教学提示、本章小结、实验及推荐阅读的文献； 其次，鉴于多数高等学校开设的“计算机网络”课程为48学时,本书第1版篇幅较大，内容偏多，故对其内容进行了适当压缩。再版定名为《计算机网络(第2版)——原理与实验》。 本书的特点是： ①重基本概念，既覆盖计算机网络的基本内容，又突出重点； ②既反映计算机网络的发展趋势，又让读者集中关注于计算机网络最基本的内容； ③具有适当深度的理论内容，有助于帮助读者理解计算机网络资源共享、链路容量优化及网络性能等问题； ④实验内容的安排有利于提高学生实践和动手能力。 在本书的编写过程中参考了国内外有关论著(见本书参考文献和各章推荐阅读的文献)，谨向论著的作者们致以深切的谢意。 感谢四川省教育厅和西南交通大学及其专家们的鼓励与支持。 我们也从采用本书第1版的教师和学生中获得了很多宝贵建议，谨致谢意。 限于编著者的水平和视野，书中定有错误和不妥之处，敬请读者指教。 本书由李成忠(第2章)、靳桅(第3~4章)、刘捷(1.1~1.3节，第5章，第7章)、白海峰(1.4节，6.1节，第8章)、王萱(6.2节，第9章)、樊林(6.3节，第10章)编著。 本书实验部分按作者如下分工协作编写： 李成忠(第2章实验)、刘捷(实验1.2，第5章实验，实验7.3)、白海峰(实验1.1，第3~4章实验、第8章实验)、王萱(第9章实验)、樊林(第6章实验，实验7.1、7.2，第10章实验)。 参与本书电子教案制作的有刘文慧、谢廷、胡一枭、王宇、潘玲、沈熠、何跃、肖丽和刘辉。 本书既可供学生使用，也可供技术人员作为参考书自学使用。作为教材，本书适用于理工类本科生使用。对教学内容加以适当的选择并对教学计划加以合适的调整后，本教材也可供专科生使用。通过本书的学习，读者应对计算机网络的体系结构和基本技术有一个初步的掌握，为进一步的学习和研究打下较为坚实的基础，这是我们所期望的。 读者可在清华大学出版社网站www.tup.com.cn免费下载与本书配套的电子课件、书中全部习题的参考答案和详细的实验指导书。关于本书资源下载中的问题，请联系责任编辑付弘宇（fuhy@tup.tsinghua.edu.cn），或联系本书作者白海峰（717539074@qq.com）。 教学建议 根据突出重点的原则，从对学生要求的角度考虑，可把“计算机网络”课程的教学内容分成三部分： 要求学生了解的内容，要求学生理解的内容，要求学生掌握的内容。 （1） “了解”。“了解”指学生应能辨认的科学事实、概念、原则、术语，知道事物的分类、过程及变化倾向，包括必要的记忆。例如，排队论是网络设计、网络性能分析、评价、配置及网络业务建模的主要理论基础，为此要求学生了解网络性能指标、M/M/1模型的报文到达及发送过程等内容。 （2） “理解”。“理解”指学生能用自己的语言把学过的知识加以叙述、解释、归纳，并能把某一事实或概念分解为若干部分，指出它们之间的内在联系或与其他事物的相互关系。例如，学生应理解计算机网络体系结构与协议(协议与服务，实体，服务访问点，服务原语，连接和无连接服务)等内容。 （3） “掌握”。“掌握”指学生能根据不同情况对某些概念、定律、原理、方法等在正确理解的基础上结合事例加以运用，包括分析和综合。例如，互连网路由选择、Internet的网络层(IP及其配套协议)、Internet的基本概念(IP地址、IP数据报寻径、子网编址)等内容就要求学生掌握。 本书用于教学的建议如表1所示。 表1本书用于教学的建议 课程名 (授课对象)计算机网络 (理工类四年制本科) 48学时 注： 三年制专科可参考此计划适当修改(例如，学时可延长到64，难度适当调低) 教学目的和要求要求学生基本掌握计算机网络的体系结构，各层涉及的技术问题及解决方法，为进一步学习和参与网络设计、建设、运行以及网络的应用奠定基础 必要的先修课程计算机原理、操作系统、概率论、通信原理 可开设的后续课程计算机网络实验、网络工程与设计、计算机网络安全、计算机网络管理、TCP/IP与网络编程、计算机网络系统性能分析与优化、工业控制网络、铁路信息网络、电子商务与网站建设等 章次 (学时) 要求学生 了解的内容 要求学生 理解的内容 要求学生 掌握的内容 第1章 计算机网络 技术概论 (3学时)计算机网络的一般概念； 计算机网络定义、功能、分类及组成； 计算机网络发展简况； 互连网的扩展。 计算机网络体系结构与协议； 协议与服务，实体，服务访问点； 服务原语，连接和无连接服务。ISO/OSI RM； TCP/IP协议族； OSI模型和TCP/IP的比较； 五层协议的体系结构； Internet的结构。 第2章 网络排队模型及其应用 (4学时)网络性能指标； M/M/1模型的报文到达及发送过程。分组交换网中的延迟； M/M/1模型排队系统参数分析； 规模经济性。利特尔(Little)定律； 计算机网络链路容量优化设计。续表 章次 (学时) 要求学生 了解的内容 要求学生 理解的内容 要求学生 掌握的内容 第3章 物理层 (3学时)数据传输系统组成； 传输介质； 常见的宽带接入技术及原理。模拟传输与数字传输； 物理层接口(DTE/DCE)特性。信道的极限容量； EIA232E接口标准。 第4章 数据链路层 (5学时)数据链路层的基本概念； 数据链路连接与物理连接的区别； HDLC产生的背景。停止等待协议； 连续ARQ协议； 信道利用率； 选择重传ARQ协议。滑动窗口概念； HDLC； 两种配置和3种数据传送方式； HDLC的帧结构； Internet中的数据链路层(PPP)。 第5章 网络层 (6学时)广域网(WAN)的基本概念； 存储转发； 广域网的构成； 包交换机； 局域网经广域网互连； 路由算法分类； 非自适应路由选择； X.25； X.25功能概述； 分组级报文格式与流量控制； 拥塞控制； 拥塞控制的一般原理； 开环拥塞控制； 闭环拥塞控制。网络层的服务； 路径选择； 下一站转发； 层次地址与路由的关系； 广域网中的路由； 缺省路由的使用； 分级路由选择； 服务质量； 通信量整形(漏桶、令牌桶)； 各种广域网技术在Internet中的位置。虚电路和数据报； 广域网的物理编址； 源地址独立性； 自适应路由选择(重点是VD算法)。 第6章 网络互连 (6学时)网络互连基本概念； IPv6的网络元素、IPv6首部、IPv6地址记法、IPv6地址空间分配、IPv6的扩展首部、ICMPv6、 IPv4向IPv6的过渡。隧道； 分段； 互连网路由选择； IP及其配套协议； 无类型编址和无类别域间选路。Internet的网络层： Internet的基本概念(IP地址、IP数据报寻径、子网编址)； IP数据报检验和的计算； 路由聚合。 第7章 运输层 (5学时)运输层概述； 运输层服务； 运输层功能； 运输服务原语； TCP的有限状态机。运输协议的要素； 寻址； 建立连接； 连接释放； 多路复用； TCP／IP体系中运输层中的两个协议； 用户数据报协议（UDP）； TCP的运输连接管理； TCP的重发机制。流量控制和缓冲策略； 端口的概念； 传输控制协议TCP； TCP的编号与确认； TCP的流量控制； TCP的拥塞控制； TCP报文段的格式； 性能问题(重点是带宽时延积)。 续表 章次 (学时) 要求学生 了解的内容 要求学生 理解的内容 要求学生 掌握的内容 第8章 局域网 (5学时)通道访问控制方法分类； 频分复用、时分复用和码分复用； 弹性分组环； IEEE 802系列标准间的关系； 局域网的参考模型、层次、局域网的数据链路层和帧格式； 快速以太网。IEEE 802标准系列间的关系； LAN的参考模型(RM)； LAN的层次； 10Mbps以太网； CSMA/CD在以太网中的工作机制； WLAN组成及CSMA/CA协议； IEEE 802.11的体系结构； IEEE 802.11标准的发展； 其他无线接入网协议。局域网的数据链路层； IEEE 802.3 CSMA/CD； IEEE 802.3与以太网帧结构的区别； 以太网的最小帧长度、时间片及冲突域； 以太网的覆盖范围(跨距)。 第9章 高层协议 (6学时)OSI高层协议的特点，各层协议间的关系，ASN.1； 区分网络应用和应用层协议； 常用Internet应用和协议； 常规密钥密码体制和公开密钥密码体制； 加密和鉴别； 密钥分配。顶级域名； 域名服务器； OSI安全体系结构； Internet的安全机制； SNMP。递归解析和反复解析； MIB中的对象是网络元素所维持的变量； 由AH指明的鉴别协议和由ESP指明的加密/鉴别混合协议； 防火墙。 第10章 网络设备 和建网 (5学时)联网设备概述； 路由器的作用； 路由器对IP数据包的处理过程。 交换机的工作原理； 交换方式； 三层交换； EGP用于自治系统之间寻径信息的交换； IGP用于自治系统内部路径信息的交换； 虚拟局域网； 计算机网络的系统集成。网桥的基本原理； 生成树算法； 路由协议(RIP)； 结构化布线； 园区网的示例(联系以太网的冲突域)。 编者 2016年6月于西南交通大学 第1版前言 “计算机网络”已经成为高等学校普遍开设的学科技术基础课程。“计算机网络”立足于电子信息基础之上，在信息技术其他学科基础课程和专业课程(如操作系统、数据库、通信技术、软件工程、程序设计等)的支持下，直接为电子商务、电子政务、金融、国防和国家安全、远程测控、MIS、远程教育及医疗等应用服务，在电子信息类专业的知识结构中起着承上启下的关键作用。 “计算机网络”课程教学方面存在的问题，从教与学两方面都有所反映。一些研究生，在学过多门计算机网络课程(如“计算机网络”、“计算机网络理论与设计”、“网络工程”、“网络通信基础”、“网络编程”和“Internet技术”等)之后，才认为真正学懂了计算机网络； 一些本科生又从另一极端反映： “计算机网络就是些概念，太简单”，但一接触实际，很多概念又不大清楚，动手能力差。而教师们则深感要在有限时间把计算机网络的概念、原理讲清楚，而又能结合实际，殊非易事。这些情况表明，除了教学方法和设施的改进之外，还迫切需要较好的计算机网络教材。 基于上述认识，在四川省实施的“新世纪四川省高等教育教学改革工程”的“高等教育人才培养方案及课程体系和教学内容的改革项目”中，我们申报并承担了“‘计算机网络’课程教学内容体系改革与实验环境建设研究”项目。本书就是上述研究项目的成果之一。 如何用有限的篇幅系统而又全面地介绍计算机网络技术全貌，使读者能在较短时间内掌握计算机网络的基本原理、体系结构和网络技术的发展趋势，这就是我们编写本书的目的。计算机技术和通信技术的快速发展使计算机网络的新技术和新标准不断面世，用技术爆炸来形容，一点也不过分。在这种技术进步日新月异的情况下，编写教材最难的就是内容的选取。通过对《中国计算机科学与技术学科教程2002》的深入领会和二十多年来从事计算机网络教学科研的实践，我们认为，重要的是在教材中把基本原理讲清楚，具体地说，就是要把计算机网络的体系结构(包括ISO/OSI RM和TCP/IP协议族)讲清楚，这是学好计算机网络的关键，这种观点正逐步被越来越多的人士所接受； 理论必须与实际相结合，但不应该把教材写成网络产品的说明书； 教材不应写成计算机网络标准文档的缩写本； 教材要强调严谨，要重视理论分析和应用； 内容要贴近教学，应该有利于教师组织课堂教学，容易转变为教师的讲稿，也应有利于学生的复习和自学； 适当介绍新的技术发展，以开阔读者的眼界。 本书的取材原则是： （1） 讲清计算机网络的原理。只要有利于读者建立起计算机网络的概念，即使是计算机网络早期的技术，也不必因其“过时”而轻易抛弃，例如，对X.25就是这样。 （2） 联系实际，但要掌握好“度”。重点关注在实际中经常用到的知识，例如，局域网的冲突域概念，在网络建设中十分重要，应该重点讨论； 又例如，路由选择在Internet的建设中也很重要，要把概念讲清楚。 （3） 对协议的介绍，重在原理和概念。面对计算机网络涉及如此广泛的技术问题，唯一的办法是选材要少而精。例如，路由选择，要讲清关键点： 物理编址、下一站转发、源地址独立性、层次地址与路由的关系、缺省路由等。面对大量具体的路由算法，只要把关键的Dijkstra算法和一个典型的VD(矢量距离)算法讲清楚就可以了。而对VD算法又可以分阶段循序渐进逐步深化。例如，可在介绍一个网络内的路由选择时，介绍VD的原理(算法)； 而在学习Internet时，再从互连网角度介绍； 最后，在学习路由器时，总结性地介绍在IP中如何具体使用VD算法。通过这样的安排，学生对路由选择的掌握普遍较好。 本书在取材方面的一些具体考虑是： 具有适当深度的理论内容。对计算机网络教学的最大误解是，把它降低为单纯网络产品的介绍和配置、使用以及操作的应用培训课程。本科生和研究生应当掌握适当深度的理论内容，否则，很难说他们真正学懂了计算机网络。为此，本书第2章介绍网络排队模型，以便为计算机网络资源共享及链路容量优化等设计问题准备适当的理论基础。有限状态机和Petri网模型，则用于对协议的理解和验证。 既要覆盖计算机网络的基本内容，但又应重点突出。例如，路由选择和局域网的冲突域就应该是重点，但又要设法将计算机网络技术的全貌展现给读者。 对计算机网络通信技术及发展，如ISDN、帧中继、ATM、MPLS、接入网技术、DWDM、RPR、NGN、软交换、主动网络和网格等进行适当的介绍。 链路容量优化、建网技术和方法等都是网络应用中的重要问题。结合我们的研究工作，对上述问题进行了简要的介绍，希望能对读者有所帮助。 本书的建议学时数为80学时，当教学时数不足时，教师可根据情况适当裁减。 本书由李成忠主编，参加编写的同志及各自完成的工作如下： 李成忠编写第1章、第2章、第6章和第8章，编写大部分习题参考答案； 靳桅编写第3~4章和第11章； 刘捷编写第5章和第7章，制作本书的电子课件； 李望编写第9章和第10章，编写部分习题参考答案。 限于编著者的水平和视野，书中定有错误和不妥之处，敬请读者指教。 感谢四川省实施的“新世纪四川省高等教育教学改革工程”的“高等教育人才培养方案及课程体系和教学内容的改革项目”对本书的支持。 在本书的编写过程中参考了国内外有关论著(见参考文献)，谨向论著的作者们致以深切的谢意。 本书的主要内容已在多届研究生和本科生的相关课程中进行了讲授，以本书作为教材的本科生和研究生在2000人以上，从学生中获得了很多宝贵建议，在此表示感谢。 向养育我们的父母和所有的亲人、向所有教导培育过我们的师长以及帮助和支持过我们的朋友、向所有的同事和学生致以真挚的谢意。 最后，谨向诸位恩师致谢。他们是何成宣、罗士杰、陈铁风、冯达福、王澄民、陈声扬、蒋南翔、曹建猷、靳蕃。在我心中，他们首先是以其高尚的人格引导我永远热爱祖国的人师，其次，他们才是传道、授业、解惑的经师。可以这样说，如果缺少了他们中间的任何一位，都不会有今天的我，学生我永怀感恩之心。 李成忠 2008年7月 于西南交通大学

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