我不知道社会上有多少人想学精通计算机网络原理,也不知道我讲的计算机网络原理有什么过人之处。直到有一天,我把在软件学院随堂录制的计算机网络视频放到51CTO学院,看到了几十万访问量和众多的好评,才知道原来有那么多人在互联网上苦苦寻找好的教程,才知道学生喜欢我的这种授课方式。
高校计算机专业的学生大多需要学习“计算机网络原理”这门课程,很多学校还是必修课。很多非计算机专业的学生,想转行进入IT领域发展,想打好扎实的基础,也都知道应该掌握计算机网络原理。
当前有关计算机网络的图书分两大类,一类是网络设备厂商考证的教程,比如思科网络工程师教程CCNA、CCNP,华为认证网络工程师HCNA、HCNE等;另一类就是高校的计算机网络原理的教材,代表教材就是谢希仁编著的《计算机网络》。
然而这些厂商认证的教材,其目的只是为了培养能够熟练操作和配置其网络设备的工程师,对计算机网络通信原理和过程并没有进行深入细致的讲解,重点是如何配置网络设备。而高校计算机网络原理教材,则深入讲解了计算机通信过程和各层协议,并没给学生讲解如何使用具体的网络设备配置来验证所学的理论,更没有进一步扩展这些理论可以应用在哪些场景,让学生感觉空洞和学无所用,只感觉到这些理论的抽象。很多老师在讲授这门课程时,不但学生感觉没意思,自己也觉得没意思。
我从事IT企业培训和企业IT技术支持15年,积累了大量的实战经验,在河北师大软件学院以谢希仁编著的《计算机网络》为教程讲授计算机网络原理7年,在授课过程中增加了大量的案例,设计了合适的实验来验证所学的理论。不仅给学生讲清楚了计算机各层通信协议,还捕获了数据包,让学生看到数据包的结构,看到每一层的封装;网络层不仅教会网络畅通的条件,还能在思科路由器上配置静态路由和动态路由;不仅教会传输层协议和应用层协议之间的关系,还能设置Windows服务器实现网络安全;不仅讲解了常见的应用层协议,还能使用抓包工具捕获客户端和服务器之间交互的数据包,会分析各种应用层协议数据包格式。
2016年,时机成熟,我决心编写计算机网络原理教程,以谢希仁编著的《计算机网络》(第六版)为蓝本,绘制大量插图展示所讲理论,每一段理论结束后,紧跟着就是如何使用这些理论来解决实际中的问题,对知识进一步扩展。力求对书中内容的安排恰到好处,设计了经典的实验,做到了让理论不再抽象,让课程充满趣味,让学习充满乐趣。
本书主要内容
第1章 本章是整本书的概览,先介绍计算机网络在当今信息时代的作用,接着介绍了网络和互联网以及最大的互联网Internet。为了让大家感觉网络不那么抽象,以一个企业的网络为例给大家展示了局域网和广域网。接着介绍了国际标准化组织对计算机通信过程的分层,即OSI(开放系统互连)参考模型,同时列举了一些案例以加深大家对OSI参考模型的理解和应用。
第2章 本章讲解计算机网络通信的物理层,先讲解通信方面的知识,也就是如何在各种介质(光纤,铜线)中更快地传递数字信号和模拟信号。涉及到的通信概念有:模拟信号、数字信号、全双工通信、半双工通信、单工通信、常用编码方式和调制方式,信道的极限容量。
第3章 本章不属于计算机网络原理的内容,但要想更好地理解后面讲到的计算机网络原理,更具体地探索计算机通信过程,还需要捕获数据包,分析数据包的数据链路层首部、网络层首部、传输层首部以及应用层协议。这就需要使用网络设备来搭建学习环境。本章讲解如何在Windows 7操作系统上安装GNS3,设置GNS3运行环境,搭建学习环境。
第4章 不同的网络类型有不同的通信机制(即数据链路层协议),数据包在传输过程中通过不同类型的网络,就要使用该网络使用的通信协议,同时数据包也要重新封装成该网络的帧格式。本章先讲述数据链路层要解决的三个基本问题:封装成帧、透明传输、差错检验;再讲述两种类型的数据链路层:点到点链路的数据链路层和广播信道的数据链路层,这两种数据链路层的通信机制不一样,使用的协议也不一样,点到点链路使用PPP协议(Point to Point Protocol),广播信道使用带冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)协议。
第5章 本章讲解IP地址格式、子网掩码的作用、IP地址的分类以及一些特殊的地址。介绍什么是公网地址和私网地址,以及私网地址如何通过NAT访问Internet;讲解如何进行等长子网划分和变长子网划分。当然,如果一个网络中的计算机数量非常多,有可能一个网段的地址块容纳不下,我们也可以将多个网段合并成一个大的网段,这个大的网段就是超网。最后还讲了子网划分的规律和合并网络的规律。
第6章 网络层的功能是为数据包选择转发路径。本章讲述网络畅通的条件,给路由器配置静态路由和动态路由,通过合理规划IP地址可以使用路由汇总和默认路由简化路由表。作为扩展知识,本章还讲解排除网络故障的方法,使用ping命令测试网络是否畅通,使用pathping和tracert命令跟踪数据包的路径。同时也讲解了Windows操作系统中的路由表,以及给Windows系统添加路由。
第7章 本章讲解网络层第三部分内容—网络层协议。讲解网络层,当然要讲网络层首部,路由器就是根据网络层首部转发数据包的,可见网络层首部各字段就是为了实现网络层功能。除了讲解网络层首部,还讲解TCP/IP协议栈网络层的4个协议:IP协议、ICMP协议、IGMP协议和ARP协议。
第8章 本章讲解TCP/IP协议栈传输层的两个协议TCP和UDP,首先介绍这两个协议的应用场景,再讲解传输层协议和应用层协议之间的关系、端口和服务之间的关系。搞清这些关系后,自然就会明白设置服务器防火墙实现网络安全的道理。传输层首部要实现传输层的功能,而TCP和UDP两个协议实现的功能不同,因此这两个协议的传输层首部也不同,需要分别讲解。本章的重点是TCP协议,将详细讲解TCP协议如何实现可靠传输、流量控制、拥塞避免和连接管理。
第9章 本章讲解应用层,就是讲几种标准的应用层协议,应用层协议定义了服务器和客户机之间如何交换信息、服务器和客户端之间进行哪些交互、命令的交互顺序,规定了信息的格式以及每个字段的意义。不同的应用实现的功能不一样,比如访问网站和收发电子邮件实现的功能就不一样,因此就需要有不同的应用层协议。
本书适合于:
计算机专业的大学生。
想从事IT方面的工作,系统学习IT技术的有梦想的人。
打算考取思科或华为网络工程师认证的人。