計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)創(chuàng)新教程（模塊化+課程思政版）

課程結(jié)構(gòu)靈活

教學(xué)內(nèi)容實(shí)用

教學(xué)資源豐富

教學(xué)可操作性強(qiáng)

互聯(lián)網(wǎng)已走過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的歷程，深刻改變了人們的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、教育和生活的方方面面。目前，新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式層出不窮，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新技術(shù)與各行各業(yè)跨界融合，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迎來(lái)了更加廣闊的發(fā)展空間。與此同時(shí)，社會(huì)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才的需求越來(lái)越迫切，需要越來(lái)越多掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)的人。“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”已成為當(dāng)代大學(xué)生的一門(mén)重要課程。建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)已成為中國(guó)的重大戰(zhàn)略決策之一，而建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)必須培養(yǎng)大批的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)精英，需要大力普及網(wǎng)絡(luò)知識(shí)和技能，“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程在這一方面應(yīng)該發(fā)揮重要的作用。

為了幫助讀者掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)，編者編寫(xiě)了《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》（教育部高等學(xué)校高職高專(zhuān)計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)優(yōu)秀教材）。然而，技術(shù)發(fā)展十分迅速，教材建設(shè)也需與時(shí)俱進(jìn)，才能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展。在前書(shū)的基礎(chǔ)上，本教材的編寫(xiě)特別注重以下幾個(gè)方面（也是本教材的主要特色）：

（1）模塊化設(shè)計(jì)，教學(xué)內(nèi)容選擇靈活。本書(shū)設(shè)計(jì)了六個(gè)模塊，每個(gè)模塊規(guī)劃多個(gè)教學(xué)主題，以每個(gè)主題為授課單元，意在建構(gòu)一種能夠自主選擇、靈活組織、具有開(kāi)放性和獨(dú)立性的課程結(jié)構(gòu)模式。教師可根據(jù)教學(xué)時(shí)長(zhǎng)、專(zhuān)業(yè)方向和學(xué)生的職業(yè)興趣進(jìn)行選擇性教學(xué)，滿(mǎn)足不同專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)”課程的不同需求。本書(shū)設(shè)置“懂網(wǎng)、建網(wǎng)、管網(wǎng)、用網(wǎng)”等不同的教學(xué)定位，促使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)人才的培養(yǎng)質(zhì)量符合“應(yīng)對(duì)變化，創(chuàng)造未來(lái)”的要求，幫助學(xué)生拓展就業(yè)空間，提高就業(yè)能力。

（2）融入課程思政，落實(shí)立德樹(shù)人。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中力求簡(jiǎn)明扼要、重點(diǎn)突出，歸納出每個(gè)模塊的知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，其間融入了“立德樹(shù)人、執(zhí)著育才、錘煉精品、共享教育”的情懷，課程思政相關(guān)素材以二維碼形式提供，供教師教學(xué)參考使用。

（3）配套資源豐富，課前課中課后一體化。本書(shū)設(shè)計(jì)了“學(xué)習(xí)目標(biāo)”“課前評(píng)估”“動(dòng)手實(shí)踐”“課后檢測(cè)”等教學(xué)指導(dǎo)環(huán)節(jié)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)傾力打造豐富的教學(xué)資源，建成線(xiàn)上與線(xiàn)下學(xué)習(xí)結(jié)合、理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)一體、自學(xué)與自測(cè)兼?zhèn)涞亩嘣�化立體資源，力圖構(gòu)建“以學(xué)為中心”的課前課中課后一體化的教學(xué)模式。同時(shí)，與教材同步的課程標(biāo)準(zhǔn)、電子課件、電子教案、實(shí)踐安排及課后檢測(cè)等部分也進(jìn)行了模塊化處理及優(yōu)化，使之能與教材相匹配，進(jìn)一步體現(xiàn)教材在應(yīng)用上的整體模塊化價(jià)值。

本書(shū)由重慶電子工程職業(yè)學(xué)院唐繼勇、李旭任主編，劉思伶、孫夢(mèng)娜、羅攀、連國(guó)強(qiáng)（重慶云影眾城信息科技有限公司）任副主編。其中，模塊1由李旭編寫(xiě)，模塊2由劉思伶編寫(xiě)，模塊3由孫夢(mèng)娜編寫(xiě)，模塊4由唐繼勇編寫(xiě)，模塊5由連國(guó)強(qiáng)編寫(xiě)，模塊6由羅攀編寫(xiě)。本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中得到重慶電子工程職業(yè)學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、教研室各位老師的大力支持和幫助，同時(shí)參考了大量國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)資料，在此謹(jǐn)向這些著作作者和為本書(shū)付出辛勤勞動(dòng)的同志致以衷心的感謝！

限于編者水平，書(shū)中難免存在疏漏和不妥之處，懇請(qǐng)廣大讀者不吝賜教、以利修正。

編 者

2021年6月

前言

模塊1 走進(jìn)網(wǎng)絡(luò)精彩世界——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述 1
主題1 認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 1
1.1 信息交互方式概述 2
1.2 信息網(wǎng)絡(luò)交互的特點(diǎn) 3
1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念 3
1.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 3
1.3.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能 4
主題2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的表示 6
1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的概念 7
1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表示 7
1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分類(lèi) 8
1.6.1 總線(xiàn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 8
1.6.2 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 9
1.6.3 環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 9
1.6.4 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 10
主題3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成和分類(lèi) 13
1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理構(gòu)成 14
1.7.1 終端設(shè)備 15
1.7.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 15
1.7.3 傳輸介質(zhì) 15
1.8 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的邏輯組成 15
1.8.1 資源子網(wǎng) 15
1.8.2 通信子網(wǎng) 15
1.9 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類(lèi) 16
1.9.1 按數(shù)據(jù)傳輸方式 16
1.9.2 按覆蓋的地理范圍 17
1.9.3 按數(shù)據(jù)交換方式 19
主題4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和趨勢(shì) 22
1.10 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程 23
1.10.1 數(shù)據(jù)通信型網(wǎng)絡(luò)階段 23
1.10.2 資源共享型網(wǎng)絡(luò)階段 23
1.10.3 標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)型網(wǎng)絡(luò)階段 24
1.10.4 高速綜合型網(wǎng)絡(luò)階段 24
1.11 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì) 24
1.11.1 自帶設(shè)備 24
1.11.2 在線(xiàn)協(xié)作 24
1.11.3 視頻通信 25
1.11.4 云計(jì)算 25
1.11.5 智能家庭技術(shù) 25
模塊2 規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)宏偉藍(lán)圖——網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 28
主題1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分層結(jié)構(gòu) 28
2.1 層次結(jié)構(gòu) 30
2.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及協(xié)議棧 30
2.2.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念 30
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要素 31
2.2.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 31
2.2.4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的格式 31
2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 32
主題2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模型 35
2.4 OSI參考模型 36
2.4.1 OSI參考模型的基本概念 36
2.4.2 OSI參考模型的層次結(jié)構(gòu) 36
2.4.3 OSI參考模型的各層功能 37
2.5 TCP/IP協(xié)議模型 37
2.5.1 TCP/IP協(xié)議模型概述 38
2.5.2 TCP/IP模型各層功能 38
2.5.3 一種通用的TCP/IP模型 39
2.5.4 TCP/IP各層協(xié)議數(shù)據(jù)單元 39
主題3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)IP地址 43
2.6 IP編址方式 45
2.6.1 IP地址的表示 45
2.6.2 IP地址的結(jié)構(gòu) 45
2.7 IP地址的分類(lèi) 46
2.8 掩碼的作用 46
2.8.1 掩碼的概念 46
2.8.2 默認(rèn)掩碼 46
2.9 默認(rèn)網(wǎng)關(guān) 47
2.10 IP地址的配置管理 47
模塊3 構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)高速公路——數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 50
主題1 數(shù)據(jù)通信方式 50
3.1 并行通信與串行通信 52
3.1.1 并行通信 52
3.1.2 串行通信 52
3.2 通信雙方的交互方向 53
3.2.1 單工通信 53
3.2.2 半雙工通信 53
3.2.3 全雙工通信 54
3.3 異步傳輸與同步傳輸 54
3.3.1 異步傳輸 54
3.3.2 同步傳輸 55
主題2 常見(jiàn)傳輸介質(zhì) 58
3.4 傳輸介質(zhì)的特性 59
3.5 雙絞線(xiàn) 60
3.5.1 雙絞線(xiàn)的分類(lèi) 60
3.5.2 雙絞線(xiàn)的特性 61
3.5.3 網(wǎng)線(xiàn)連接組件 61
3.5.4 網(wǎng)線(xiàn)的制作標(biāo)準(zhǔn) 62
3.5.5 3種網(wǎng)線(xiàn)類(lèi)型及其作用 62
3.6 光纖 63
3.6.1 光電轉(zhuǎn)換 63
3.6.2 光纖分類(lèi) 63
3.6.3 光纖特性 64
3.6.4 光纖的連接組件 64
主題3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 67
3.7 基帶編碼 68
3.7.1 不歸零編碼 69
3.7.2 曼徹斯特編碼 69
3.7.3 差分曼徹斯特編碼 69
3.8 頻帶調(diào)制 69
3.8.1 幅移鍵控（ASK） 69
3.8.2 頻移鍵控（FSK） 70
3.8.3 相移鍵控（PSK） 70
主題4 信道復(fù)用技術(shù) 72
3.9 頻分多路復(fù)用 73
3.10 時(shí)分多路復(fù)用 74
3.10.1 同步時(shí)分多路復(fù)用 74
3.10.2 異步時(shí)分多路復(fù)用 75
3.11 波分多路復(fù)用 75
主題5 物理層接口標(biāo)準(zhǔn) 84
3.12 RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介 85
3.12.1 RS-232C的機(jī)械特性 85
3.12.2 RS-232C的電氣特性 86
3.12.3 RS-232C的功能特性 86
3.12.4 RS-232C的規(guī)程特性 87
主題6 寬帶接入技術(shù) 88
3.13 ADSL接入技術(shù) 89
3.13.1 ADSL接入技術(shù)的特點(diǎn) 90
3.13.2 ADSL原理和技術(shù)性能 90
3.13.3 ADSL Modem功能 90
3.13.4 ADSL的接入模型 90
模塊4 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)——局域網(wǎng)技術(shù) 96
主題1 局域網(wǎng)體系結(jié)構(gòu) 96
4.1 局域網(wǎng)概述 97
4.1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 98
4.1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù) 98
4.1.3 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)方法 98
4.2 以太網(wǎng)的發(fā)展 98
4.3 IEEE 802實(shí)現(xiàn)模型 98
4.3.1 物理層的主要功能 99
4.3.2 數(shù)據(jù)鏈路層的主要功能 99
4.3.3 IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn) 99
主題2 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)技術(shù) 101
4.4 CSMA/CD協(xié)議 102
4.4.1 CSMA/CD的工作原理 102
4.4.2 CSMA/CD的工作特點(diǎn) 103
4.5 以太網(wǎng)網(wǎng)卡簡(jiǎn)介 103
4.5.1 網(wǎng)卡與傳輸介質(zhì)的接口 103
4.5.2 網(wǎng)卡與主機(jī)的接口 104
4.5.3 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路控制器 104
主題3 幀格式與操作 105
4.6 MAC地址的基本概念 106
4.6.1 MAC地址的定義 106
4.6.2 MAC地址的組成 107
4.6.3 MAC地址的類(lèi)型 107
4.6.4 MAC地址的管理 107
4.6.5 MAC地址的作用 108
4.7 以太幀結(jié)構(gòu) 108
主題4 以太網(wǎng)技術(shù) 110
4.8 以太網(wǎng)的組網(wǎng)規(guī)范 111
4.8.1 以太網(wǎng)的命名原則 111
4.8.2 物理層組網(wǎng)設(shè)備介紹 111
4.8.3 以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn) 112
4.9 快速以太網(wǎng)技術(shù) 113
4.9.1 100Mb/s以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 113
4.9.2 100Mb/s以太網(wǎng)應(yīng)用舉例 113
4.10 1000Mb/s以太網(wǎng)技術(shù) 113
4.10.1 1000Mb/s以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 114
4.10.2 1000Mb/s以太網(wǎng)應(yīng)用舉例 114
4.11 10G以太網(wǎng)技術(shù) 114
4.12 交換式以太網(wǎng) 115
4.12.1 交換式以太網(wǎng)的基本概念 115
4.12.2 交換式以太網(wǎng)的應(yīng)用實(shí)例 115
主題5 交換式局域網(wǎng) 117
4.13 交換機(jī)的工作原理 117
4.14 交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式 118
4.14.1 直通交換 119
4.14.2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 119
4.14.3 免碎片交換 119
4.15 交換機(jī)與集線(xiàn)器的區(qū)別 119
4.15.1 工作層次不同 119
4.15.2 數(shù)據(jù)傳輸方式不同 119
4.15.3 帶寬占用方式不同 119
4.15.4 傳輸模式不同 119
4.16 交換機(jī)的連接方式 120
4.16.1 級(jí)聯(lián) 120
4.16.2 堆疊 120
4.16.3 級(jí)聯(lián)和堆疊的區(qū)別 120
主題6 虛擬局域網(wǎng) 122
4.17 沖突域與廣播域 123
4.17.1 沖突和沖突域 123
4.17.2 廣播和廣播域 123
4.17.3 沖突域與廣播域比較 124
4.18 虛擬局域網(wǎng)技術(shù) 124
4.18.1 VLAN的優(yōu)點(diǎn) 125
4.18.2 VLAN的分類(lèi) 125
主題7 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng) 127
4.19 無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)簡(jiǎn)介 128
4.19.1 WLAN的常見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn) 128
4.19.2 WLAN常用組件 128
模塊5 擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)立體空間——網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù) 133
主題1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述 133
5.1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述 134
5.2 IP簡(jiǎn)介 135
5.3 ARP 136
5.3.1 ARP的作用 136
5.3.2 ARP的工作過(guò)程 136
5.4 ICMP 138
5.4.1 ICMP報(bào)文類(lèi)型 138
5.4.2 ICMP報(bào)頭 138
5.4.3 ICMP的典型應(yīng)用 138
主題2 IP數(shù)據(jù)報(bào)格式 142
5.5 IP數(shù)據(jù)報(bào) 142
5.5.1 首部字段功能說(shuō)明 143
5.5.2 分片與重組 144
5.5.3 IP數(shù)據(jù)報(bào)分片操作舉例 144
主題3 定長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼劃分方法 149
5.6 劃分子網(wǎng)的概念 150
5.6.1 劃分子網(wǎng)的原因 151
5.6.2 劃分子網(wǎng)的定義 151
5.7 子網(wǎng)掩碼的概念 151
5.7.1 子網(wǎng)掩碼的表示方法 151
5.7.2 子網(wǎng)掩碼的作用 151
5.8 定長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼劃分方法 152
主題4 變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼劃分方法 155
5.9 變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼的基本概念 156
5.9.1 定長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼劃分方法的不足 156
5.9.2 變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼的定義 156
5.9.3 變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼劃分 157
5.10 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù) 158
主題5 IPv6地址 161
5.11 IPv4協(xié)議的主要問(wèn)題 161
5.12 IPv6協(xié)議的改進(jìn)措施 162
5.13 IPv6協(xié)議數(shù)據(jù)單元 162
5.14 IPv6地址表示 164
5.15 IPv6地址類(lèi)型 165
主題6 互聯(lián)設(shè)備 167
5.16 互聯(lián)設(shè)備比較 168
5.17 路由器的基本概念 168
5.18 路由器的組成部件 169
5.18.1 硬件組成 169
5.18.2 軟件組成 170
5.19 路由器的工作原理 170
5.19.1 路由表 170
5.19.2 路由器的工作過(guò)程 171
5.20 路由器的基本配置 171
5.20.1 路由器的配置方法 171
5.20.2 路由器的工作模式 172
主題7 靜態(tài)路由配置 175
5.21 靜態(tài)路由 176
5.21.1 靜態(tài)路由的概念 176
5.21.2 直連路由 176
5.21.3 靜態(tài)路由配置命令介紹 177
5.21.4 默認(rèn)路由 177
主題8 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 180
5.22 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 180
5.22.1 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的度量值 181
5.22.2 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的工作過(guò)程 182
5.22.3 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的分類(lèi) 182
5.22.4 距離矢量路由協(xié)議（RIP） 183
5.22.5 鏈路狀態(tài)路由協(xié)議（OSPF） 183
5.22.6 管理距離 184
模塊6 續(xù)寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)美麗傳說(shuō)——Internet的應(yīng)用 188
主題1 傳輸層概述 188
6.1 傳輸層協(xié)議概述 189
6.1.1 傳輸層的地位和上下層之間的關(guān)系 189
6.1.2 傳輸層的功能 190
6.1.3 傳輸層提供的服務(wù) 191
主題2 傳輸層協(xié)議 194
6.2 傳輸層的端口 195
6.3 傳輸控制協(xié)議（TCP） 197
6.3.1 TCP的主要功能 197
6.3.2 TCP報(bào)文段的結(jié)構(gòu) 197
6.3.3 TCP連接的建立 198
6.4 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP） 199
6.4.1 UDP概述 199
6.4.2 UDP報(bào)文格式 200
6.4.3 基于TCP、UDP的一些典型應(yīng)用 200
主題3 搭建網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái) 205
6.5 動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP） 206
6.5.1 使用DHCP的主要目的 206
6.5.2 DHCP的工作原理 206
6.6 WWW服務(wù) 207
6.6.1 WWW服務(wù)器 207
6.6.2 WWW瀏覽器 207
6.6.3 頁(yè)面地址 208
6.6.4 超文本標(biāo)記語(yǔ)言 208
6.7 域名系統(tǒng)（DNS） 208
6.7.1 域名的層次命名機(jī)構(gòu) 209
6.7.2 域名的表示方法 209
6.7.3 域名服務(wù)器和域名解析過(guò)程 210
6.7.4 域名、端口號(hào)、IP地址、MAC地址
之間的關(guān)系 210
主題4 網(wǎng)絡(luò)資源共享服務(wù) 215
6.8 E-mail服務(wù) 215
6.8.1 電子郵件系統(tǒng) 216
6.8.2 電子郵件的傳送過(guò)程 216
6.8.3 電子郵件地址 216
6.9 文件傳輸服務(wù) 217
6.9.1 FTP協(xié)議 217
6.9.2 FTP的工作過(guò)程 217
6.10 遠(yuǎn)程登錄（Telnet）服務(wù) 218
6.10.1 Telnet的工作原理 218
6.10.2 Telnet的使用 218

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