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本書(shū)依據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的三條主線——互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)安全，系統(tǒng)地介紹網(wǎng)絡(luò)的基本概念、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與分布式進(jìn)程通信、Internet應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)；在系統(tǒng)討論網(wǎng)絡(luò)基本工作原理的同時(shí)，注重網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方法的學(xué)習(xí)；貼近技術(shù)發(fā)展的前沿，對(duì)當(dāng)前研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)——無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的討論。

　　作者吳功宜在40年前大學(xué)畢業(yè)留校參加工作時(shí)，曾經(jīng)向一位老先生請(qǐng)教如何教好一門(mén)課。老先生送給作者的一句話是：“你要給學(xué)生一勺水，那么你自己就需要準(zhǔn)備一桶水”。多年的教學(xué)實(shí)踐使作者深刻地體會(huì)到：要教好一門(mén)課，教師需要通過(guò)教學(xué)研究，深入理解課程的精髓，掌握教學(xué)規(guī)律；通過(guò)科研來(lái)提高自身的學(xué)術(shù)水平，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。有以上兩點(diǎn)還不夠，還需要在教學(xué)的過(guò)程中，不斷地向?qū)W生學(xué)習(xí)，了解初學(xué)者對(duì)某些問(wèn)題的認(rèn)識(shí)過(guò)程與規(guī)律，搞懂初學(xué)者對(duì)哪些問(wèn)題不容易掌握，以及為什么不容易掌握。

　　在規(guī)劃教材體系建設(shè)時(shí)，注意到理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)際能力培養(yǎng)的關(guān)系問(wèn)題。主教材內(nèi)容定位與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的總體水平，力求做到知識(shí)體系設(shè)計(jì)合理，難易程度適中，配套教材齊全，能夠適應(yīng)我國(guó)不同地區(qū)、不同學(xué)校和專業(yè)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的基本要求。經(jīng)過(guò)十多年的努力，基本形成了由“一本主教材、四本輔助教材和一個(gè)電子教案”構(gòu)成的教材體系，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)改革提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。

　　主教材《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第4版）》的特點(diǎn)是：

　　*，打牢網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

　　在知識(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，堅(jiān)持以支撐互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的共性技術(shù)為主線，每一章內(nèi)容力求集中回答其中一個(gè)基本的問(wèn)題。

　　通過(guò)剖析常用的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例，對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行討論，幫助讀者漸進(jìn)、潛移默化地接受前人成熟的研究方法與成果，為繼續(xù)學(xué)習(xí)和研究網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

　　第二，貼近技術(shù)發(fā)展前沿。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中發(fā)展*為迅速的技術(shù)之一，也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中一個(gè)空前活躍的領(lǐng)域。作者潛心研讀了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要著作、文獻(xiàn)，并結(jié)合個(gè)人與科研團(tuán)隊(duì)的研究工作，貼近技術(shù)發(fā)展前沿，探討計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系中“變”與“不變”的關(guān)系，分析學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中“難點(diǎn)”和為什么會(huì)成為難點(diǎn)的問(wèn)題,突出計(jì)算機(jī)專業(yè)的特點(diǎn),對(duì)相關(guān)章節(jié)內(nèi)容做出了適當(dāng)?shù)厝∩?相對(duì)較多地增加了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的份量,形成第4版的知識(shí)體系。

　　第三，以“系統(tǒng)觀”的思路組織網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系。

　　計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生需要更強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力的核心是培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計(jì)和構(gòu)建以計(jì)算技術(shù)為核心、新的應(yīng)用系統(tǒng)的能力，而網(wǎng)絡(luò)知識(shí)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的重要組成部分。因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力的培養(yǎng)要將計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)有機(jī)的整體，引導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，去理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本工作原理，學(xué)會(huì)用軟件編程的方法去實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，使得學(xué)生能夠準(zhǔn)確描述與構(gòu)建出真實(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的模型，以及有效地構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。教程在組織每一章、每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，以及習(xí)題、網(wǎng)絡(luò)軟件編程與硬件訓(xùn)練，都力求做到這一點(diǎn)。

　　第四，貫徹“以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向”的教學(xué)理念。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一門(mén)應(yīng)用性與實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。學(xué)生只有通過(guò)系統(tǒng)地訓(xùn)練，才有可能真正掌握和深入理解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本理論與方法。教學(xué)團(tuán)隊(duì)在規(guī)劃教材體系建設(shè)時(shí)，堅(jiān)持“以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向”的指導(dǎo)思想，經(jīng)過(guò)近二十年的努力，形成了由“一本主教材、四本輔助教材和一個(gè)電子教案”構(gòu)成的教材體系。

　　清華大學(xué)出版社為《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第4版）》在線教學(xué)版配套開(kāi)發(fā)了豐富的在線教學(xué)資源，可以在清華大學(xué)出版社的在線教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行練習(xí)與測(cè)試，實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)、智能學(xué)習(xí)。

　　本書(shū)可以供計(jì)算機(jī)、軟件工程、信息安全、物聯(lián)網(wǎng)工程、傳感網(wǎng)技術(shù)、通信工程與電子信息等相關(guān)專業(yè)的本科與碩士研究生作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程的教材或教學(xué)參考書(shū)，也可以作為從事信息技術(shù)的工程技術(shù)人員與技術(shù)管理人員學(xué)習(xí)、研究網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的參考書(shū)。

　　如果將“分組交換”概念的提出與ARPANET的出現(xiàn)作為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起點(diǎn)，那么計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展歷程�；仡櫨W(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展的歷程，可以清晰地看到它是沿著“互聯(lián)網(wǎng)—移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)—物聯(lián)網(wǎng)”的軌跡，“由小到大”一步一步地發(fā)展、壯大，“由表及里”地滲透到社會(huì)的各行各業(yè)與各個(gè)領(lǐng)域。

　　作者記得1984年*次在南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)系開(kāi)設(shè)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程時(shí)，計(jì)算機(jī)系一屆的百名學(xué)生中只有7位學(xué)生選修了這門(mén)課程，人們對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都很陌生。30多年過(guò)去了，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)*成功的應(yīng)用——互聯(lián)網(wǎng)——已經(jīng)成為人們生活與工作環(huán)境的重要組成部分。互聯(lián)網(wǎng)正在改變著人們的生活方式、工作方式與思維方式，也正在改變著世界經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程。現(xiàn)在談到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí),人們自然會(huì)聯(lián)想到當(dāng)前社會(huì)熱議的幾個(gè)關(guān)鍵詞——“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”“互聯(lián)網(wǎng)+” 與“網(wǎng)絡(luò)空間安全”。

　　作者在多年的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與科研工作中，跟蹤著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究與應(yīng)用的發(fā)展，見(jiàn)證了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展過(guò)程。1995年作者參與研究并起草“天津市信息港工程規(guī)劃綱要”，至今也是20年前的事了。在這20多年里，作者見(jiàn)證了我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、社會(huì)信息化與信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程；在參與和主持城市信息化建設(shè)“九五”、“十五”與“十一五”發(fā)展規(guī)劃的研究工作中，作者見(jiàn)證了我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的快速增長(zhǎng)與互聯(lián)網(wǎng)概念逐漸被社會(huì)大眾接受的過(guò)程，學(xué)會(huì)從宏觀的角度去認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，體會(huì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)信息產(chǎn)業(yè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大影響。這些經(jīng)歷使得作者逐漸對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有了更加深刻、全面的認(rèn)識(shí)。我國(guó)是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的大國(guó)，但不是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)強(qiáng)國(guó)。要實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”之夢(mèng)，要通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”的路徑來(lái)推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)型，要捍衛(wèi)我國(guó)“網(wǎng)絡(luò)空間安全”，就必須培養(yǎng)出大批的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)精英，大學(xué)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)應(yīng)該在培養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高水平人才方面發(fā)揮重要的作用。

　　出于這樣的認(rèn)識(shí)，作者在修訂《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》的第4版時(shí)，注意解決以下幾個(gè)的問(wèn)題。

　　*，打牢網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)基礎(chǔ)。

　　根據(jù)作者科研和教學(xué)工作體會(huì)，在第4版的寫(xiě)作中力求做到“結(jié)構(gòu)清晰，環(huán)環(huán)相扣，逐步遞進(jìn)；語(yǔ)言流暢，圖文并茂，易讀易懂”。在知識(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，堅(jiān)持每一章內(nèi)容力求集中回答計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中一些基本的問(wèn)題。這些問(wèn)題是：

　　第1章基本概念：什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？

　　第2章物理層：網(wǎng)絡(luò)中比特流傳輸是如何實(shí)現(xiàn)的？

　　第3章數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性是如何保證的？前言計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第4版）第4章介質(zhì)訪問(wèn)子層： *常用的Ethernet與WiFi的網(wǎng)絡(luò)功能是如何實(shí)現(xiàn)的？

　　第5章網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是如何實(shí)現(xiàn)的？

　　第6章傳輸層：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中分布式進(jìn)程通信是如何實(shí)現(xiàn)的？

　　第7章應(yīng)用層：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)是如何設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的？

　　第8章網(wǎng)絡(luò)安全：如何保證網(wǎng)絡(luò)安全？

　　為了達(dá)到“打牢網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)基礎(chǔ)”的目標(biāo)，本書(shū)堅(jiān)持加強(qiáng)“基礎(chǔ)與方法論”的教學(xué)，在后續(xù)章節(jié)不斷深化，并通過(guò)剖析常用的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例，對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行總結(jié)，幫助讀者漸進(jìn)地、潛移默化地接受前人成熟的研究方法與成果，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究網(wǎng)絡(luò)技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

　　第二，貼近技術(shù)發(fā)展前沿。

　　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科中發(fā)展*為迅速的技術(shù)之一，也是計(jì)算機(jī)應(yīng)用中一個(gè)空前活躍的領(lǐng)域。如果說(shuō)廣域網(wǎng)擴(kuò)大了信息社會(huì)中資源共享的廣度，城域網(wǎng)擴(kuò)大了用戶接入互聯(lián)網(wǎng)的范圍，局域網(wǎng)擴(kuò)大了信息資源共享的深度，個(gè)人區(qū)域網(wǎng)與人體區(qū)域網(wǎng)增強(qiáng)了人類共享信息資源的靈活性，那么物聯(lián)網(wǎng)就是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用RFID和各種感知技術(shù)自動(dòng)獲取物理世界的信息，構(gòu)建覆蓋世界上人與人、人與物、物與物的各種智能信息系統(tǒng)。今后計(jì)算機(jī)與各種智能手機(jī)、PDA、傳感器、射頻標(biāo)簽(RFID)與移動(dòng)智能終端設(shè)備都會(huì)連接到網(wǎng)絡(luò)之中。

　　隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)+、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也面臨著一個(gè)快速變化的局面。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與知識(shí)更新的速度也會(huì)進(jìn)一步加快，這就給從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)的教師提供了更大的發(fā)展空間，要求我們更快地改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)課程的教學(xué)內(nèi)容與方法。這是一個(gè)艱苦的過(guò)程。因?yàn)樽觥凹臃ā钡那疤崾且龊谩皽p法”。增加新技術(shù)的內(nèi)容比較容易，但是做“減法”時(shí)，刪除過(guò)渡性技術(shù)與陳舊內(nèi)容的過(guò)程的確很難。作者潛心研讀了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要文獻(xiàn)，并結(jié)合個(gè)人與科研團(tuán)隊(duì)的研究工作，認(rèn)真探討計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系中“變”與“不變”的關(guān)系，分析學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中“難點(diǎn)”和為什么會(huì)成為難點(diǎn)的問(wèn)題。對(duì)相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容做出了適當(dāng)取舍。

　　第三，以“系統(tǒng)觀”的思路組織網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系。

　　計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生需要更強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的培養(yǎng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的核心是培養(yǎng)學(xué)生具有設(shè)計(jì)和構(gòu)建以計(jì)算技術(shù)為核心、新的應(yīng)用系統(tǒng)的能力，而網(wǎng)絡(luò)知識(shí)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能力的重要組成部分。因此，計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生系統(tǒng)能力的培養(yǎng)要將計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)視為一個(gè)有機(jī)的整體，引導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算機(jī)組成原理、操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，去理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本工作原理，學(xué)會(huì)用軟件編程的方法去實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，使得學(xué)生能夠準(zhǔn)確描述與構(gòu)建出真實(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的模型，以及有效地構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能力。本書(shū)在組織每一章、每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，以及習(xí)題、網(wǎng)絡(luò)軟件編程與硬件訓(xùn)練都力求做到這一點(diǎn)。在第7章“應(yīng)用層”中，作者選取了代表性的Internet應(yīng)用——Email、Web，尤其是FTP應(yīng)用，從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、軟件編程與操作系統(tǒng)進(jìn)程通信交互過(guò)程的角度，采用“系統(tǒng)觀”的方法對(duì)前5章描述的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念、原理與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了概括和總結(jié)。

　　第四，貫徹“以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向”的教學(xué)理念。

　　“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”是一門(mén)應(yīng)用性與實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。學(xué)生只有通過(guò)系統(tǒng)地訓(xùn)練，才有可能真正掌握和深入理解網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本理論與方法。教學(xué)團(tuán)隊(duì)在規(guī)劃教材體系建設(shè)時(shí)，堅(jiān)持“以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向”的指導(dǎo)思想，經(jīng)過(guò)20多年的努力，基本形成了由“1本主教材、4本輔助教材、1個(gè)電子教案和1個(gè)題庫(kù)”構(gòu)成的教材體系。與主教材配套的有《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教師用書(shū)》(第4版)、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》(第3版)、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件編程指導(dǎo)》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)習(xí)題集與習(xí)題解析》(第2版)和“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)題庫(kù)”。

　　《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》(第3版)編寫(xiě)了16個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。該書(shū)作者總結(jié)了多年指導(dǎo)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)硬件實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，參考了國(guó)際著名的網(wǎng)絡(luò)公司的認(rèn)證考試內(nèi)容，設(shè)計(jì)了覆蓋物理層到數(shù)據(jù)傳輸，從網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)安全的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)課題，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容覆蓋了從基本的組網(wǎng)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置，簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境編程到網(wǎng)絡(luò)仿真的基本要求。每個(gè)實(shí)驗(yàn)給出了進(jìn)一步掌握該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的練習(xí)與思考題。實(shí)驗(yàn)所要求的設(shè)備相對(duì)比較簡(jiǎn)單，目前大多數(shù)學(xué)校都具備基本的實(shí)驗(yàn)要求。

　　《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件編程指導(dǎo)》構(gòu)思了13個(gè)網(wǎng)絡(luò)軟件編程題目。網(wǎng)絡(luò)軟件編程的選題考慮到不同層次網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的覆蓋，同時(shí)將編程題目分為三個(gè)難度級(jí)，讀者可以參考選題指導(dǎo)，根據(jù)不同的要求和不同的基礎(chǔ)，有選擇地、循序漸進(jìn)地完成網(wǎng)絡(luò)軟件編程訓(xùn)練，配合主教材的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生“通過(guò)實(shí)際編程問(wèn)題的訓(xùn)練，達(dá)到加深理解網(wǎng)絡(luò)基本工作原理，掌握網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中軟件編程方法，提高網(wǎng)絡(luò)軟件編程能力”的目的。

　　《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)習(xí)題集與習(xí)題解析》(第2版)主要研究和參考了Cisco等重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商認(rèn)證培訓(xùn)大綱與試題、計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生入學(xué)統(tǒng)考大綱與試題、全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試(四級(jí))網(wǎng)絡(luò)工程師考試大綱與試題，并從網(wǎng)上收集了一些計(jì)算機(jī)、通信與軟件產(chǎn)業(yè)人員的招聘考題，在系統(tǒng)地分析、比較的基礎(chǔ)上，按照主教材的體系與教學(xué)要求，編寫(xiě)了習(xí)題解析與同步練習(xí)。該書(shū)的特點(diǎn)是：教師可以使用或參考書(shū)中提供的習(xí)題作為課后練習(xí)；學(xué)生可以隨著教學(xué)進(jìn)度，自我檢查知識(shí)掌握情況；可以作為計(jì)算機(jī)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生準(zhǔn)備參加計(jì)算機(jī)專業(yè)碩士研究生全國(guó)統(tǒng)考、求職考試的復(fù)習(xí)參考書(shū)。

　　《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教師用書(shū)》(第4版)具有三個(gè)特點(diǎn)：一是對(duì)主教材的知識(shí)體系及每一章的知識(shí)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)均做出了分析，幫助任課教師對(duì)全局與局部?jī)?nèi)容的關(guān)系有準(zhǔn)確地把握；二是作者根據(jù)多年的教學(xué)、科研積累，針對(duì)主教材各章節(jié)重要的知識(shí)點(diǎn)、難點(diǎn)，總結(jié)出300多道任課教師或?qū)W生曾經(jīng)提出的問(wèn)題，并逐一做出了解答；三是為了幫助教師組織好教學(xué)過(guò)程，教師用書(shū)將主教材每一章中較難的練習(xí)題都給出了解析，供任課教師參考。

　　按照主教材的體系，作者在“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)題庫(kù)”中收集、整理和補(bǔ)充了1000多道網(wǎng)絡(luò)習(xí)題，并進(jìn)行了詳細(xì)的解析。

　　《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》的第1版于2003年出版，經(jīng)過(guò)多年的努力，形成了比較完備的教學(xué)與教學(xué)資源體系。主教材于2007年修訂出版了第2版；2011年修訂出版了第3版。其中，第2版被評(píng)為普通高等教育“十一五”*規(guī)劃教材；第3版被評(píng)為“十二五”普通高等教育本科*規(guī)劃教材；第2版被評(píng)為2008年度“普通高等教育精品教材”。但是，作者自知“盛名之下，其實(shí)難符”。為了不辜負(fù)廣大讀者的期望，作者與團(tuán)隊(duì)成員多年來(lái)參照國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)教材，研究知名大學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)內(nèi)容、教材與主要參考書(shū)、作業(yè)與實(shí)驗(yàn)，以及教學(xué)方法改革的動(dòng)向；選擇國(guó)際上*流行的教材為參照系，結(jié)合團(tuán)隊(duì)成員的科研與教學(xué)研究體會(huì)，使修訂出版的《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》(第4版)在水平與質(zhì)量上具有可比性。

　　教材的寫(xiě)作得到南開(kāi)大學(xué)劉瑞挺教授、徐敬東教授、張建忠教授、吳英副教授、張玉副教授和許昱瑋老師以及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室很多學(xué)生的幫助。吳英副教授編著完成了書(shū)中的插圖與習(xí)題，修改了第7章、第8章。劉立新老師幫助在網(wǎng)上查找了很多習(xí)題，作者在此表示感謝。同時(shí)，作者也非常感謝夫人牛秀卿教授，正是有她的理解和支持，才使作者能夠安心研究和寫(xiě)作。

　　面對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速更新和發(fā)展，要完成這樣一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)的寫(xiě)作任務(wù)，作者感到壓力很大。限于作者的學(xué)術(shù)水平，書(shū)中難免有錯(cuò)誤與不妥之處，誠(chéng)懇地希望讀者批評(píng)指正。對(duì)于在使用前幾版教材并提出過(guò)寶貴意見(jiàn)和建議的老師們深表感謝，也希望諸位繼續(xù)關(guān)注和指教，共同為提高我國(guó)“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程的教學(xué)水平而努力。

　　吳功宜

　　2017年1月

　　吳功宜，南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。長(zhǎng)期從事互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)與信息安全方向的教學(xué)與研究工作。歷任南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)系主任、研究生院常務(wù)副院長(zhǎng)、信息技術(shù)科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)。從1984年開(kāi)始為本科生和研究生講授“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”等課程，連續(xù)從事“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”課程教學(xué)30年；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全方向招收和指導(dǎo)碩士、博士研究生；主持和參加完成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全方向的科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇；參加編著和出版的教材、專著共30余部，其中《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》被評(píng)為教育部高等教育精品教材、教育部“十二五”高等教育本科*規(guī)劃教材；《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高級(jí)教程（第2版）》、《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高級(jí)軟件編程技術(shù)（第2版）》與《網(wǎng)絡(luò)安全高級(jí)軟件編程技術(shù)》為“十一五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科前沿叢書(shū)與研究生系列教材（中文版）；《物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論》為“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書(shū)、教育部“十二五”高等教育本科*規(guī)劃教材；主持教育部考試中心《全國(guó)計(jì)算機(jī)等級(jí)考試（四級(jí)）網(wǎng)絡(luò)工程師》大綱制定與教材編寫(xiě)任務(wù)。2000年獲南開(kāi)大學(xué)優(yōu)秀教師特等獎(jiǎng)；2003年獲天津市“十五”立功獎(jiǎng)?wù)拢?009年“以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)體系建設(shè)”項(xiàng)目獲天津市教學(xué)成果一等獎(jiǎng)；享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。

　　吳英，南開(kāi)大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制工程學(xué)院副教授、博士，碩士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，主持與參加科研項(xiàng)目8項(xiàng)，近年發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇；編著與出版教材、譯著共10部。多年來(lái)一直從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論與軟件編程教學(xué)工作；曾獲天津市教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

　　第3章數(shù)據(jù)鏈路層

　　本章將從差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)控制方法入手，討論基于點(diǎn).點(diǎn)通信線路的數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念與服務(wù)功能，以及典型的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。本章教學(xué)要求

　　理解: 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與性質(zhì)。

　　掌握: 誤碼率的定義與差錯(cuò)控制方法。

　　掌握: 數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念。

　　了解: 數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的分類方法。

　　掌握: 典型的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議——PPP基本工作原理。

　　3.1差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)控制方法[*4/5]3.1.1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的原因在討論數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念與協(xié)議前，需要討論一個(gè)問(wèn)題，那就是為什么要設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層？這個(gè)問(wèn)題可以從以下三個(gè)方面來(lái)回答。

　�。�1）物理線路由傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備組成。在物理線路上傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是存在差錯(cuò)的。誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中被傳錯(cuò)的概率。在實(shí)際物理線路的傳輸過(guò)程中，人們需要進(jìn)行大量測(cè)試，求出各種物理線路的平均誤碼率，或者給出某些特殊情況下的平均誤碼率。測(cè)試結(jié)果表明: 電話線路的傳輸速率在300～2400bps時(shí)，平均誤碼率在10-4～10-6之間；傳輸速率在4800～9600bps時(shí)，平均誤碼率在10-2～10-4之間。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求是平均誤碼率必須低于10-9，因此普通電話線路不采取差錯(cuò)控制措施就不能滿足計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的要求。

　　（2）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈路層的主要目的是在有差錯(cuò)的物理線路的基礎(chǔ)上，采取差錯(cuò)檢測(cè)、差錯(cuò)控制與流量控制等方法，將有差錯(cuò)的物理線路改進(jìn)成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路，向網(wǎng)絡(luò)層提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

　�。�3）從參考模型的角度來(lái)看，物理層以上的各層都有改善數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的責(zé)任，數(shù)據(jù)鏈路層是*重要的一層。

　　3.1.2差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型

　　我們將通過(guò)物理線路傳輸之后接收數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為傳輸差錯(cuò)（簡(jiǎn)稱差錯(cuò)）。差錯(cuò)的產(chǎn)生是不可避免的，我們的任務(wù)是分析差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與類型，研究檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)的差錯(cuò)控制方法。

　　差錯(cuò)的產(chǎn)生過(guò)程如圖3.1所示。其中，圖3.1（a）表示的是數(shù)據(jù)通過(guò)通信信道的過(guò)程；圖3.1（b）表示的是數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中噪聲的影響。

　　圖3.1差錯(cuò)的產(chǎn)生過(guò)程

　　數(shù)據(jù)鏈路層第 3 章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第4版）當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)從發(fā)送端出發(fā)經(jīng)過(guò)物理線路時(shí)，由于物理線路存在著噪聲，因此數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)物理線路傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，接收信號(hào)必然是數(shù)據(jù)信號(hào)與噪聲信號(hào)電平的疊加。在接收端接收電路在取樣時(shí)對(duì)疊加后的信號(hào)進(jìn)行判斷，以確定數(shù)據(jù)的0、1值。如果噪聲對(duì)信號(hào)疊加的結(jié)果在電平判決時(shí)引起錯(cuò)誤，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生傳輸數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。

　　物理線路的噪聲分為兩類: 熱噪聲和沖擊噪聲。其中，熱噪聲是由傳輸介質(zhì)導(dǎo)體的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。熱噪聲的特點(diǎn)是: 時(shí)刻存在，幅度較小，強(qiáng)度與頻率無(wú)關(guān)，但是頻譜很寬。熱噪聲是一種隨機(jī)的噪聲，由熱噪聲引起的差錯(cuò)是一種隨機(jī)差錯(cuò)。

　　沖擊噪聲是由外界電磁干擾引起的。與熱噪聲相比，沖擊噪聲的幅度比較大，它是引起傳輸差錯(cuò)的主要原因。沖擊噪聲持續(xù)時(shí)間與數(shù)據(jù)傳輸中每比特的發(fā)送時(shí)間相比可能較長(zhǎng)，因此沖擊噪聲引起的相鄰多個(gè)數(shù)據(jù)位出錯(cuò)呈突發(fā)性。沖擊噪聲引起的傳輸差錯(cuò)是一種突發(fā)差錯(cuò)。引起突發(fā)差錯(cuò)比特位的長(zhǎng)度稱為突發(fā)長(zhǎng)度。通信過(guò)程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。

　　3.1.3誤碼率的定義

　　誤碼率是指二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，它在數(shù)值上近似等于Pe = Ne/N。其中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)，Ne為被傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)。

　　在理解誤碼率的定義時(shí)，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

　　（1）誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)。數(shù)據(jù)信號(hào)在物理線路傳輸過(guò)程中一定會(huì)因?yàn)樵肼�、干擾等原因出現(xiàn)錯(cuò)誤，傳輸錯(cuò)誤是正常并且是不可避免的，但是一定要控制在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。

　�。�2）對(duì)于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說(shuō)誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求。在數(shù)據(jù)傳輸速率確定后，要求傳輸系統(tǒng)的誤碼率越低，則傳輸系統(tǒng)的設(shè)備就會(huì)越復(fù)雜，相應(yīng)造價(jià)也就越高。

　�。�3）對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制數(shù)，需要折合成二進(jìn)制數(shù)來(lái)計(jì)算。

　�。�4）差錯(cuò)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)際測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)，只有被測(cè)量的傳輸二進(jìn)制位數(shù)越大，才會(huì)越接近真實(shí)的誤碼率值。

　　3.1.4檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼

　　在計(jì)算機(jī)通信中，研究檢測(cè)與糾正比特流傳輸錯(cuò)誤的方法稱為差錯(cuò)控制。差錯(cuò)控制的目的是減少物理線路的傳輸錯(cuò)誤，目前還不可能做到檢測(cè)和校正所有的差錯(cuò)。人們?cè)谠O(shè)計(jì)差錯(cuò)控制方法時(shí)提出以下兩種策略。

　�。�1） *種策略是采用糾錯(cuò)碼。糾錯(cuò)碼為每個(gè)傳輸單元加上足夠多的冗余信息，以便接收端能夠發(fā)現(xiàn)，并能夠自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。

　�。�2）第二種策略采用檢錯(cuò)碼。檢錯(cuò)碼為每個(gè)傳輸單元加上一定的冗余信息，接收端可以根據(jù)這些冗余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差錯(cuò)，但是不能確定是哪一位或哪些位出錯(cuò)，并且自己不能夠自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。

　　糾錯(cuò)碼方法雖然有優(yōu)越之處，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難，在一般的通信場(chǎng)合不易采用。檢錯(cuò)碼方法雖然需要通過(guò)重傳機(jī)制達(dá)到糾錯(cuò)目的，但是工作原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易，因此得到了廣泛的使用。

　　3.1.5循環(huán)冗余編碼工作原理

　　常用的檢錯(cuò)碼主要有奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余編碼。奇偶校驗(yàn)碼是一種*常見(jiàn)的檢錯(cuò)碼，它分為垂直奇偶校驗(yàn)、水平奇偶校驗(yàn)與水平垂直奇偶校驗(yàn)（即方陣碼）。奇偶校驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，但檢錯(cuò)能力差，一般只用于通信要求較低的環(huán)境。目前，循環(huán)冗余編碼（cyclic redundancy code，CRC）是應(yīng)用*廣泛的檢錯(cuò)碼編碼方法，它具有檢錯(cuò)能力強(qiáng)與實(shí)現(xiàn)容易的特點(diǎn)。

　　1. CRC的基本工作原理

　　CRC檢錯(cuò)方法的工作原理可以從發(fā)送端與接收端兩個(gè)方面進(jìn)行描述。

　�。�1）發(fā)送端將發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列當(dāng)作一個(gè)多項(xiàng)式f(x)，用雙方預(yù)先約定的生成多項(xiàng)式G(x)去除，求得一個(gè)余數(shù)多項(xiàng)式R(x)。將余數(shù)多項(xiàng)式加到數(shù)據(jù)多項(xiàng)式之后，一起發(fā)送到接收端。

　　（2）接收端用同樣的生成多項(xiàng)式G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f′(x），得到計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式R′(x)。如果計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式R′(x)與接收余數(shù)多項(xiàng)式R(x)相同，表示傳輸無(wú)差錯(cuò)；否則，表示傳輸有差錯(cuò)。出現(xiàn)差錯(cuò)，通知發(fā)送端重傳數(shù)據(jù)，直至正確為止。

　　圖3.2給出了CRC檢錯(cuò)方法的工作原理示意圖。

　　圖3.2CRC校驗(yàn)工作原理示意圖

　　CRC生成多項(xiàng)式G(x)由協(xié)議來(lái)規(guī)定，G(x)的結(jié)構(gòu)及檢錯(cuò)效果是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析與實(shí)驗(yàn)后確定的。目前，已有多種生成多項(xiàng)式列入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，例如:

　　CRC.12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1

　　CRC.16G(x)=x16+x15+x2+1

　　CRC.CCITTG(x)=x16+x12+x5+1

　　CRC.32G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10

　　+x8+x7+x5+x4+x2+x+1

　　2. CRC校驗(yàn)的工作過(guò)程

　　CRC校驗(yàn)的工作過(guò)程如下。

　�。�1）發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f(x)·xk，其中k為生成多項(xiàng)式的*高冪值。對(duì)于二進(jìn)制乘法來(lái)說(shuō)，f(x)·xk的意義是將發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列左移k位，用來(lái)放入余數(shù)。

　�。�2）將f(x)·xk除以生成多項(xiàng)式G（x），得f(x)·xk/G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)其中，式中R(x)為余數(shù)多項(xiàng)式。

　　（3）將f(x)·xk+R(x)作為整體，發(fā)送到接收端。

　�。�4）接收端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)多項(xiàng)式f′(x)采用同樣的運(yùn)算，即f ′(x)·xk/G(x)=Q(x)+ R′(x)/G(x)求得計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式R′(x)。

　�。�5）如果計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式R′(x)等于接收余數(shù)多項(xiàng)式R(x)，表示發(fā)送過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)；如果計(jì)算余數(shù)多項(xiàng)式R′(x)不等于接收余數(shù)多項(xiàng)式R(x)，表示發(fā)送過(guò)程中出現(xiàn)了差錯(cuò)。

　　3. CRC檢錯(cuò)方法的舉例

　　實(shí)際的CRC校驗(yàn)碼生成是采用二進(jìn)制的模二算法（即減法不借位、加法不進(jìn)位）計(jì)算出來(lái)的，這是一種異或操作。下面通過(guò)一些例子來(lái)進(jìn)一步解釋CRC的基本工作原理。

　�。�1）需要注意的問(wèn)題

　　在用模二算法生成CRC校驗(yàn)碼時(shí)，需要注意以下問(wèn)題。

　　① 以CRC.12為例，G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1，可以寫(xiě)為

　　G(x)=1×x12+1×x11+0×x10+0×x9+0×x8+0×x7+0×x6+0×x5

　　+0×x4＋1×x3+1×x2+1×x+1×x0

　　盡管CRC.12的*高位是x12，k=12。而實(shí)際上用二進(jìn)制表示時(shí)，它的位數(shù)N=13，也就是說(shuō)用二進(jìn)制表示G(x)應(yīng)該是: 1100000001111。k=13－1=12。

　�、� 如果在例子中給出生成多項(xiàng)式比特序列為11001，那么寫(xiě)成生成多項(xiàng)式應(yīng)該為

　　G(x)=1×x4+1×x3+0×x2+0×x1+1×x0

　　生成多項(xiàng)式的N=5，k=5－1=4。

　�。�2）舉例