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计算机网络原理与实践(第2版)


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徐磊 主编 阎光伟 胡海涛 李国栋 孙雅娟 参编
978-7-111-43733-8
39.00
333
2013年09月06日

计算机 > 计算机网络

2535
简体中文
16

教材









计算机网络原理与实践(第2版)
徐磊 主编 

本书第1版出版以来,计算机网络技术与应用仍在高速发展,这种发展速度对教学实践也提出了新的要求,因此,作者对本书第1版进行了修订。第2版在保持第1版风格的基础上,删除了以太网标准中过时的内容,增加了对物联网以及无线个域网协议(蓝牙WPAN和低速WPAN)的介绍,进一步梳理和界定了广域网数字传输系统及其他通信系统在计算机网络互连中的定位和作用,并增加了一些新的应用,使概念更加清晰明确,内容更加全面。

本书特点
完整和清晰的网络知识体系。本书的主要篇幅围绕分层的网络体系架构展开,以因特网协议体系为重点,兼顾一般网络概念和流行的网络协议,内容涵盖经典网络协议、新型网络协议、无线网络和网络安全等内容。
理论和应用并重。本书兼顾了在计算机网络领域中有不同发展预期的读者需求。最后两章为读者提供了网络工程的视野,并介绍了网络应用编程的基本概念和方法。
强调实践动手能力的训练。在网络协议部分的每一章后面安排了基于开源代码软件的协议验证性实验,在最后一章后面安排了网络应用编程训练,使学生能够学以致用。
本书为教师提供教学课件、网络编程实验的参考程序及其源代码和部分习题答案,有需要者可登录华章网站(www.hzbook.com)下载。
第2版前言
  本书第1版自2010年完成后,已经在教学中使用了三年,为了跟上计算机网络世界飞速发展的步伐,也为了进一步适应教学的要求,第2版对部分内容做了一些更新和修订,主要修订内容及考虑如下。
  在第1章概论部分增加了对物联网的起源、物联网关键技术和物联网应用的介绍,从网络体系的角度阐述了物联网的分层架构。因为随着移动接入、无线传感器网络技术的成熟,人和物可以成为网络中的结点,被发现、定位、识别和分析。因特网时代的名言“在网上没有人知道你是一条狗”已经不能描绘变化了的场景,网络的边界进一步拓展到物理世界,计算机网络的发展并没有停留在因特网时代,物联网和泛在计算的时代已经来临。因此,有必要重新审视计算机网络的架构和发展趋势。
  在第3章物理层部分删除了以太网标准中过时的内容,并进一步梳理和界定了广域网数字传输系统、移动通信系统在计算机网络互联中的定位和作用,概念更清晰明确。
  在第4章数据链路层部分,增加了因特网宽带接入中的PPP应用和广域网SDH上的PPP应用,分析了两种应用中的协议栈,对PPP的介绍更加立体和“接地气”。此外,增加了无线个域网协议(蓝牙WPAN和低速WPAN)的介绍,使数据链路层的内容更加全面,涵盖主流的广域网、接入网、局域网和个域网技术。
  此外,我们分别修订了第2、5、6、7章的一些图表和文字中的错误,增补了个别图表,希望对一些概念的介绍和描述更加清晰、准确。在本教材的使用过程中,我的学生们提出了不少宝贵的意见和建议,在此,对他们表示衷心的感谢,他们是我不懈工作的动力。感谢机械工业出版社华章分社吴怡编辑的支持和鼓励,感谢本书的责任编辑,没有你们,就没有这本书的问世和进一步的完善。
  第2版的课件和其他教辅材料可以登录华章网站http://www.hzbook.com下载。

徐 磊
2013年7月



第1版前言
  二十多年前,我初次接触了用于开放系统互连的OSI分层体系。那时,Internet还没有在全球商业化普及,电信、广播电视和计算机网络行业之间有着明确的疆域,电话和广播电视都在尝试将交互式的数字信息业务扩展到各自的系统中,一些实验室在研究利用电话网传输综合数字业务的ISDN技术,而我的论文课题,则是基于OSI参考模型的七层框架,提出一个中文的图文电视信息系统(Teletext)规范,并实现这样一个应用系统的服务提供端。这一挑战性的任务让我初次领略了网络协议的奥妙。
  如今,ISDN、Teletext早已被Internet大潮所淹没,TCP/IP成为事实上“放之四海而皆准”的纲领。另一战场上,以太网标准在局域网领域“统一了三国”,并迅速向骨干网挺进,向下则逐渐蚕食着工业现场总线的疆土;光纤分布式数字接口(FDDI)、异步传输模式(ATM)、多协议标记交换(MPLS)技术一波接一波,彰显着计算机网络技术的发展速度。
  但是,潮来潮去,总有一些核心的东西是有生命力的,譬如,ATM技术退出了市场,但标记交换的思想则依然以新的形式延续着;虽然电信、广播电视和计算机三网业务逐渐在向IP平台上融合,但是由于服务质量(QoS)的短板问题,IP网络上的语音和视频服务目前还无法取代传统的电信业务和成熟的广播电视业务。在市场上,产品技术可以分为流行或不流行,但背后的技术思想却常常被传承下来,并成为创新的起点。此外,分层的网络协议体系仍然是计算机网络的基础。鉴于此,在构思这本教程时,我认为,成熟的协议体系及其背后的技术思想,应该是教材和教学强调的重点,也是开启学生网络技术悟性的钥匙。 
  基于上述出发点,本教程强调分层的协议体系,以期为学生建立起完整和清晰的网络知识体系;主要内容基于国内外经典教程和网络工程实践中所提倡的五层体系结构展开,该结构框架是对OSI七层协议参考模型和TCP/IP架构的兼收并蓄,是迄今为止容纳广泛的网络协议最合适的容器。
  在新旧内容取舍方面,本书既保留了一些经典协议,如HDLC、ALOHA等,目的是学习其思想方法;也介绍了一些有影响的新技术的基本原理,如网络层的QoS模型、传输层之上的实时传输协议RTP及RTCP、应用层的新型计算模式P2P及其两种代表应用(基于P2P的文件分发和因特网电话服务)。
  此外,为了兼顾工科学生深造和宽口径就业的需求,本书还试图体现以下特色:
  1)提供网络工程的视野。在给学生建立起清晰和系统的网络知识体系的同时,使其对网络工程技术有所了解。本书第三部分安排为网络集成与应用,先介绍典型的园区网组网知识,然后用案例的形式使学生对网络工程有一个全面了解,开阔学生专业视野,达到学以致用的目的。
  2)强化实践动手环节。在第二部分(网络协议)的每一章后均安排了可以进行独立实验的环节,以加深学生对协议的理解,提高学生的动手能力。这些实验基于主流网络操作系统和开源代码软件,不需要特殊的软硬件平台投入,方便学生课后练习,也可供教师组织实验。
  3)提供初步的网络应用编程训练。Socket API是网络协议体系和网络应用编程最好的结合点,在学习了网络各层协议的工作原理和园区网组网案例之后,本书最后一章介绍了基于Socket API 的网络应用编程的基本概念和方法,以期使学生对计算机网络的认识更加系统和完整。
  4)跟踪最新的RFC标准文档。附录C中列出了本书涉及的一些RFC文档的当前最新版本信息(截至2010年6月),具有较好的参考价值,可供有兴趣的学生展开深入的研究和探索。
  本教材兼顾了计算机网络考研大纲(2010年)要求,适合作为高等院校计算机、软件工程、信息安全、通信、电子信息等相关专业的本科生或工程硕士的教材和教学参考书,也可供网络信息工程技术人员学习参考。
  本书由徐磊主编,阎光伟、胡海涛、李国栋和孙雅娟参与编写。其中,徐磊构思并拟定了全书的内容大纲,执笔编写了第1章、第4章、第5章和第10章及相关实验,阎光伟编写了第3章以及第8章的8.1、8.2、8.3节和实验一,胡海涛编写了第2章、第7章的7.1、7.2、7.5节以及第8章的8.4、8.5节和实验二,李国栋编写了第6章以及第7章的7.3、7.4节和相关实验,孙雅娟编写了第9章,全书由徐磊统稿。
  本书教学建议及目录中标记为星号的内容可以根据学时安排选讲或不讲,供学生自学参考。
  感谢对本书提出宝贵建议的专家和同行,感谢对本书部分实验进行了验证和辅助工作的研究生,感谢机械工业出版社华章公司对本书出版工作的大力支持。
  由于时间和水平所限,书中难免存在不妥之处,殷切希望广大读者批评指正。

徐 磊
2010年8月
第2版前言
第1版前言
教学建议
第一部分 网络基础
第1章 计算机网络概论1
 1.1 计算机网络的演变和发展1
  1.1.1 计算机网络的起源和形成1
  1.1.2 开放的网络体系标准的发展3
  1.1.3 因特网时代4
  1.1.4 物联网时代5
 1.2 计算机网络的定义和组成8
  1.2.1 计算机网络的定义8
  1.2.2 计算机网络的组成8
  1.2.3 互联网络的概念9
  1.2.4 因特网的结构10
  1.2.5 物联网的结构11
 1.3 计算机网络的分类12
 1.4 计算机网络的拓扑结构12
 1.5 计算机网络的主要性能参数14
  1.5.1 带宽和传输速率14
  1.5.2 时延、往返时延和时延变化14
  1.5.3 吞吐量、丢包率15
*1.6 计算机网络的标准化工作和相关技术组织15
  1.6.1 因特网的标准组织15
  1.6.2 国际电信联盟16
  1.6.3 国际标准化组织16
  1.6.4 电气和电子工程师协会17
 习题17
第2章 计算机网络的体系结构18
 2.1 基本概念18
  2.1.1 分层的体系结构18
  2.1.2 有关术语及概念20
 2.2 ISO/OSI参考模型23
 2.3 TCP/IP体系结构25
 2.4 五层协议的体系结构28
 习题29
第二部分 网络协议
第3章 物理层31
 3.1 物理层概述31
 3.2 数据通信基础知识31
  3.2.1 通信的基本概念31
  3.2.2 通信系统的模型与分类33
  3.2.3 数据通信主要技术指标35
  3.2.4 数据通信的方式36
 3.3 数据编码和调制技术39
  3.3.1 数字基带传输和数字频带传输39
  3.3.2 数字基带传输常见码型39
  3.3.3 脉冲编码调制41
  3.3.4 数字信号的调制41
  3.3.5 调制解调器43
 3.4 多路复用技术44
  3.4.1 频分多路复用技术44
  3.4.2 波分多路复用技术44
  3.4.3 时分多路复用技术45
  3.4.4 码分多路复用技术46
 3.5 数据交换技术47
  3.5.1 电路交换47
  3.5.2 分组交换48
 3.6 物理层的传输介质49
  3.6.1 导向传输介质49
  3.6.2 非导向传输介质51
 3.7 局域网的物理层55
  3.7.1 以太网的物理层结构55
  3.7.2 以太网的物理层实现57
  3.7.3 以太网介质相关标准58
 3.8 无线局域网的物理层60
  3.8.1 无线局域网的物理层调制技术60
  3.8.2 IEEE 802.11的物理层标准61
 3.9 广域网的数字传输系统62
  3.9.1 PCM数字传输系统62
  3.9.2 同步光纤网SONET与同步数字体系SDH63
 3.10 移动通信系统64
 习题65
 实验 双绞线的制作66
第4章 数据链路层68
 4.1 数据链路层概述68
  4.1.1 数据链路层的基本概念68
  4.1.2 数据链路层协议的功能68
  4.1.3 差错校验的实现71
  4.1.4 可靠交付与确认机制73
 4.2 一个经典的数据链路层协议HDLC75
  4.2.1 HDLC的起源和影响75
  4.2.2 HDLC的工作原理76
 4.3 因特网中的点到点协议PPP78
  4.3.1 PPP协议简介78
  4.3.2 PPP的工作原理79
  4.3.3 SDH上的PPP应用82
  4.3.4 因特网接入中的PPP应用82
 4.4 局域网83
  4.4.1 信道分配与媒体访问控制83
  4.4.2 共享式局域网的MAC子层84
  4.4.3 IEEE 802参考模型86
  4.4.4 以太网的基本MAC帧87
  4.4.5 交换以太网90
  4.4.6 高速以太网91
  4.4.7 虚拟局域网91
 4.5 无线局域网94
  4.5.1 无线局域网的组成94
  4.5.2 IEEE 802.11的MAC子层95
  4.5.3 IEEE 802.11的帧格式98
 4.6 无线个域网101
  4.6.1 蓝牙WPAN101
  4.6.2 低速WPAN103
 习题107
 实验 以太网帧的构成108
第5章 网络层110
 5.1 网络层的基本概念110
  5.1.1 网络层的主要功能110
  5.1.2 网络层向上提供的两种服务111
 5.2 IPv4协议113
  5.2.1 IP数据报的格式113
  5.2.2 IP报文的分片115
 5.3 因特网上的地址机制116
  5.3.1 IP地址及IP报文的寻址116
  5.3.2 子网编址118
  5.3.3 无分类的域间编址CIDR122
  5.3.4 特殊用途的CIDR地址块126
  5.3.5 地址解析协议ARP127
  5.3.6 网络地址转换NAT129
 5.4 因特网上的路由机制130
  5.4.1 路由协议的基本概念130
  5.4.2 RIP协议132
  5.4.3 OSPF协议135
  5.4.4 BGP协议137
 5.5 因特网上的控制协议ICMP139
  5.5.1 ICMP报文139
  5.5.2 典型的ICMP应用实例141
 5.6 因特网上的多播142
  5.6.1 多播的概念142
  5.6.2 IP多播地址与硬件多播地址143
  5.6.3 因特网上的组管理协议IGMP144
 *5.6.4 多播的路由选择145
 5.7 下一代因特网协议IPv6146
  5.7.1 IPv6的背景及主要特点146
  5.7.2 IPv6的报文格式146
  5.7.3 IPv6地址148
  5.7.4 ICMPv6151
  5.7.5 向IPv6的过渡152
*5.8 移动IP153
*5.9 网络层的QoS156
  5.9.1 QoS的一般概念156
  5.9.2 集成服务157
  5.9.3 区分服务158
 习题160
 实验162
  实验一 地址解析协议ARP协议实验162
  实验二 ICMP协议实验163
  实验三 IP协议及traceroute路由跟踪164
第6章 传输层167
 6.1 传输层的基本概念167
  6.1.1 面向连接和无连接服务167
  6.1.2 因特网上的端到端通信167
  6.1.3 端口和套接字的概念168
  6.1.4 传输层的多路复用与多路分解169
 6.2 因特网上的用户数据报协议170
  6.2.1 UDP概述170
  6.2.2 UDP数据报结构171
  6.2.3 UDP校验和172
 6.3 因特网上的传输控制协议172
  6.3.1 TCP概述172
  6.3.2 TCP报文段结构173
  6.3.3 TCP序号与确认174
  6.3.4 TCP重传机制175
  6.3.5 TCP连接管理176
  6.3.6 TCP流量控制180
  6.3.7 TCP拥塞控制181
*6.4 用于多媒体传输的实时传输/传输控制协议184
 习题186
 实验186
  实验一 UDP协议实验186
  实验二 TCP协议实验187
第7章 应用层189
 7.1 应用层的基本概念189
 7.2 网络应用的工作模式190
  7.2.1 C/S工作模式190
  7.2.2 B/S工作模式191
  7.2.3 P2P工作模式192
 7.3 因特网上的域名机制194
  7.3.1 分层的域名空间194
  7.3.2 域名服务器与域名解析195
 7.4 因特网上的基本应用196
  7.4.1 电子邮件196
  7.4.2 万维网201
  7.4.3 文件传输服务205
  7.4.4 远程登录206
  7.4.5 动态主机配置协议207
 *7.4.6 网络管理及简单网络管理协议208
*7.5 因特网上的新型应用211
  7.5.1 基于P2P的文件分发211
  7.5.2 基于P2P的因特网电话服务214
 习题218
 实验 HTTP协议实验218
第8章 网络安全221
 8.1 网络安全概述221
  8.1.1 网络系统所面临的威胁221
  8.1.2 网络安全体系应提供的安全服务222
 8.2 网络攻击222
  8.2.1 网络攻击概述222
  8.2.2 拒绝服务攻击223
  8.2.3 恶意代码225
 8.3 网络安全基本技术228
  8.3.1 加密228
  8.3.2 数字签名231
  8.3.3 身份认证232
 *8.3.4 密钥分配235
*8.4 网络安全协议240
  8.4.1 网络层安全协议IPSec240
  8.4.2 传输层安全协议SSL243
  8.4.3 电子邮件安全协议PGP248
  8.4.4 无线局域网的安全协议802.11i251
*8.5 安全标准与法律法规253
  8.5.1 网络安全评估标准253
  8.5.2 安全法律与法规255
 习题257
 实验258
  实验一 数字证书的生成与安装258
  实验二 SSL安全协议分析实验263
第三部分 网络集成与应用
*第9章 园区网组网及案例分析265
 9.1 网络结构265
  9.1.1 拓扑结构265
  9.1.2 三层组网结构265
  9.1.3 扁平化的两层结构267
 9.2 局域网硬件设备267
  9.2.1 集线器267
  9.2.2 交换机268
  9.2.3 路由器270
  9.2.4 三层交换机272
  9.2.5 无线局域网络设备273
 9.3 综合布线系统276
  9.3.1 综合布线系统的标准276
  9.3.2 综合布线系统的构成277
  9.3.3 综合布线系统的常用传输介质278
 9.4 IP地址的分配与管理278
  9.4.1 IP地址分配原则278
  9.4.2 IP地址分配方式279
  9.4.3 IP地址的管理280
 9.5 网络安全防护技术280
  9.5.1 防火墙280
  9.5.2 入侵检测283
  9.5.3 网络防病毒284
  9.5.4 VPN技术284
 9.6 因特网的接入286
  9.6.1 几种常用的因特网接入方式286
  9.6.2 园区网的因特网接入287
 9.7 园区网组网实例287
*第10章 基于Socket API的网络应用编程289
 10.1 网络应用编程概述289
 10.2 Socket编程的基本概念290
  10.2.1 BSD Socket API简介290
  10.2.2 BSD Socket的种类291
  10.2.3 BSD Socket API的基本知识291
 10.3 TCP Socket编程方法295
  10.3.1 TCP Socket的工作流程295
  10.3.2 TCP Socket应用编程示例296
 10.4 UDP Socket编程方法299
  10.4.1 UDP Socket的工作流程299
  10.4.2 UDP Socket应用编程示例300
 10.5 Raw Socket编程方法302
  10.5.1 协议首部数据结构302
  10.5.2 校验和的计算303
  10.5.3 Raw Socket应用编程示例304
 10.6 网络服务器的工作模式305
 实验306
  实验一 基于UDP的对等通信编程306
  实验二 简单Web代理服务器307
第四部分 附录
附录A 英文缩写词汇表309
附录B Wireshark简介与使用指南315
附录C 有关RFC文档318
参考文献320
计算机\网络
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