第一章概述

概要的介绍计算机网络的基本概念，重点介绍互联网边缘部分和核心部分的作用，其中包含分组交换的概念、计算机网络的性能指标、计算机网络分层次的体系结构，包含协议和服务的概念。

●1.1计算机网络基本概念

21世纪有几个比较重要的特征就是数字化、网络化和信息化，是以一个以网络为核心的时代。我们的生活、学习、工作已经离不开网络，那到底什么是网络呢，计算机网络是如何工作的呢？就是我们本课程要学习的内容。

●1.2计算机网络的性能指标

每个系统或者设备都有相应的指标来衡量它的性能，我们计算机网络有也是一样的。需要由相应的指标来度量计算机网络的性能。性能指标主要包括：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间RTT、利用率等。

●1.3计算机网络体系结构（上）

计算机网络涉及主机、链路、路由器、交换机、应用程序、软硬件等等，是一个非常复杂的系统。一般而言，对于一个庞大而又复杂的系统而言，其必定存在着对分层思想的应用。计算机网络体系结构是指计算机网络层次结构模型，它是各层的协议以及层次之间的端口的集合。任何一层需要使用下层服务，遵循本层协议，向上层提供服务，服务是“垂直的”,而协议是“水平的”，是对等实体之间的。

●1.4计算机网络体系结构（下）

在早期，不同公司提出了不同的网络系统结构，导致不同公司的设备很难互相通信，为了使不同体系结构的计算机网络能够互联，国际标准化组织ISO于1977年提出了著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM,简称OSI 。分为7层，每层完成特定的功能。具有概念清楚、理论完整的特点，理论上是成功的，是一个国际标准，但市场应用上，是失败的，在实际应用中，是采用了TCP/IP的体系结构，四层结构，具有简单易用特点，是事实上的标准。

第二章网络应用

计算机网络应用是设计和建立计算机网络的最终目的，也是计算机网络发展最快的部分。是解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题。大家所使用的网络应用都是运行在应用层上的，如百度、微信、钉钉、支付宝等。

●2.1应用层概述及万维网

应用层位于计算机网络体系的最高层，在网络应用中主要有三种体系结构：是客户机/服务器,点对点和混合模式。万维网采用的是客户机/服务器结构，是一个大规模的联机式的信息存储所，是运行在因特网上的一个分布式应用。利用网页之间的链接（或称为超链接）将不同网站网页链接成一张逻辑上的信息网，实现资源的共享。

●2.2DNS与DHCP

DNS,域名系统，域名系统并不是直接与用户打交道的网络应用，而是为其他网络应用提供一种核心的服务，叫名字服务。是将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网。 DHCP,动态主机配置协议,运行一台计算机加入新的网络和获得IP地址的方式时自动获取而不是手工改配置。HDCP使用C/S服务方式。运行的是UDP协议。

第三章传输层

传输层是主要负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。由于一个主机同时运行多个进程，因此运输层具有复用和分用功能。传输层在终端用户之间提供透明的数据传输，向上层提供可靠的数据传输服务。传输层在给定的链路上通过流量控制、分段/重组和差错控制来保证数据传输的可靠性。

●3.1传输层协议概述

传输层是整个网络体系结构中关键层之一，位于应用层和网络层之间，是向它的上层(应用层）提供通信服务的。传输层为应用层提供两种不同的运输协议，即面向无连接的UDP和面向连接的TCP协议。

●3.2用户数据报协议（UDP)

用户数据报协议（UDP）是一个比较简单的协议，是基于IP的数据报协议之上，增加了少许的功能（如复用和分用功能以及简单的差错检测的功能）。主要特点是面向无连接、尽最大努力交付，面向报文等。

●3.3传输控制协议（TCP)

传输控制协议（TCP）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。提供了流量控制、拥塞控制等机制，来保证数据传送过程中出现的紧急状态。TCP传送的是报文段，分为首部和数据部分，TCP的全部更能都体现在首部中的各字段中，只有弄清TCP首部各字段的作用才能掌握TCP的工作原理。

●3.4TCP的连接管理

TCP连接的建立采用客户服务器方式，三个阶段，即：连接建立、数据传送和连接释放。TCP的连接是传输层连接，只存在于通信两个端系统中，建立连接的目的是为要进行的通信的做好充分的准备工作（其中最重要的就是分配相应资源），通信结束后释放连接。

●3.5停止等待协议和连续ARQ协议

停止等待协议是最简单但也是最基础的协议。停止等待就是每发送完一个分组就停止发送，等待对方的确认，在收到确认后再发送下一个分组。TCP通过序列号与确认应答来提高的可靠性。 连续ARQ协议指发送方维持着一个一定大小的发送窗口，位于发送窗口内的所有分组都可连续发送出去，而中途不需要等待对方的确认，以提高信道的利用率。

●3.6TCP的流量控制和拥塞控制

流量控制解决的是发送方和接收方速率不匹配的问题，发送方发送过快接收方就来不及接收和处理。采用的机制是滑动窗口的机制，控制的是发送了但未被确认的包数量。 拥塞控制解决的是避免网络资源被耗尽的问题，通过大家自律的采取避让的措施，来避免网络有限资源被耗尽。当出现丢包时，控制发送的速率达到降低网络负载的目的。主要才采用慢启动、拥塞避免、快速恢复等算法。

第四章网络层

网络层介于传输层和数据链路层之间，网络层的目的是实现将数据从源主机经过若干个中间节点传送到目的主机，从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。网络层提供的核心功能是路由和转发。

●4.1网络层提供的服务

网络层可以为用户（主机到主机）提供连接的服务，也可以提供无连接的服务，在网络层提供连接服务的计算机网络被称为虚电路网络，提供无连接服务的计算机网络被称为数据报网络。

●4.2网际IP协议

IP协议是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的互联网标准协议之一。它有三个重要的功能：分别是IP寻址，数据报分组封装和IP分组的转发规则。IP协议在处理数据报信息的时候难免会出错，这是就需要有其他协议来传送错误的信息，就是我们的ICMP协议，互联控制报文协议,主要的功能是提供差错报告、路由器的信令传输。

●4.3IP地址

IP协议规定了，所有连接到互联网中的设备都必须拥有自己唯一的“身份号”—IP地址，就跟生活中，每个人都有自己的身份证号码一样。为了保证正常通信，每个设备必须配置 IP 地址，才可以在互联网上方便的进行选址和数据的转发。

●4.4划分子网及CIDR

IP子网划分实际上就是设计子网掩码的过程。由于在五类的IP地址中，网络号与主机号的位数并不一致，就造成了要么是网络号太多，要么是主机号太多。为了解决这些问题，就需要划分子网。将一个网络划分为子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。

●4.5路由选择协议

路由协议是路由器之间维护路由表的规则，用于发现路由，生成路由表，并指导报文转发。路由选择协议的核心就是路由算法，算法的好与差，直接决定了网络的性能。根据能否随着网络的通信量或拓扑结构自适应的进行调整，可以分为静态路由的和动态路由。根据路由器是否需要知晓整个网络的拓扑信息，可以分为距离向量路由算法和链路状态路由算法。

●4.6内部网关协议-RIP

RIP协议是最先得到广泛使用的协议，也是非常简单的路由协议，它的中文名称是路由信息协议，是一种分布式的、基于距离向量路由算法的路由协议。RIP是分布式路由协议，每个路由器都需要与其他路由器进行路由信息的交换。

●4.7内部网关协议-OSPF

OSPF(Open Shortest Path First开放式最短路径优先）是一个内部网关协议，是对链路状态路由协议的一种实现，用于在单一自治系统（AS）内决策路由。作为一种链路状态的路由协议，OSPF将链路状态组播数据LSA（Link State Advertisement）传送给在某一区域内的所有路由器，这一点与距离矢量路由协议不同。运行距离矢量路由协议的路由器是将部分或全部的路由表传递给与其相邻的路由器。

●4.8外部网关协议-BGP

边界网关协议（BGP）是运行于 TCP 上的一种自治系统的路由协议,是一种增强的路径向量路由协议，可以实现自治系统间无环路的域间路由,同时BGP拥有丰富的策略控制技术,多运行于AS与AS之间。

●4.9NAT与VPN

NAT即网络地址转换，用于实现位于内部网络的主机访问外部网络的功能，NAT的实现方式有三种，即静态转换、动态转换和端口多路复用。 VPN即虚拟专用网络，利用公用的互联网建立一条“专用通道”，用于机构与机构内部网络的通信，并且所有通过互联网传送的数据都必须加密。

第五章数据链路层

数据链路层是OSI参考模型中的第二层，介乎于物理层和网络层之间。数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自物理层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。

●5.1数据链路层概述

数据链路层的主要功能：首先它是为网络层提供服务的，负责数据链路的建立、维持和释放，提供面向连接的服务；还有选址。第二就是保证数据传输的有效可靠，通过帧定界，帧同步、差错控制、透明传输、流量控制等机制来保证数据的可靠传输。

●5.2数据链路层的两种信道

数据链路层的两种信道类型是点对点信道和广播信道。点对点使用一对一的点对点通信方式（例如广域网、拨号上网）。广播信道，使用一对多的广播通信方式（如局域网）。

第六章网络安全

网络安全（Cyber Security）是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不因偶然的或者恶意的原因而遭受到破坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，网络服务不中断。因为计算机网络安全是另一门专业学科，所以本章只对计算机网络安全问题的基本内容进行初步的介绍。

●6.1网络安全概述

随着计算机网络的高速发展，在享受通讯便捷的同时，网络中的安全问题也日趋严重。网络用户越来越多，在网络中存储和传输的数据也越来越多，如何保护这些数据也成为我们需要面对的问题。主要包括：如何保护信息不被泄露，保证数据的真实性，保护系统不受来自网络的攻击等。