深入浅出计算机网络

　　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。

　　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　HTTP 5
1.2.1　HTTP的主要内容 5
1.2.2　抓包分析HTTP 8
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　FTP 16
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　DHCP 35
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DHCP 39
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POP3 46
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POP3 52
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 UDP 76
2.2.1 UDP的主要特点 76
2.2.2 UDP报文的格式 77
2.3 TCP 79
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—— RIP 170
4.5.1　RIP 170
4.5.2　RIP的工作原理 171
4.5.3 在路由器上配置RIP 172
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 ICMP 214
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 ARP 222
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 IGMP 225
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—— Internet 306
8.1.2　中国的ISP 308
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/IP 315
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　IPv6 331
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 RIPng 354
9.4.3 OSPFv3 355
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IPSec 380
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