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第一部分 网络与因特网应用导论2

第1章 导论和概述2

1.1 计算机网络的发展过程2

1.2 联网为何显得复杂2

1.3 网络的五个关键方面3

1.3.1 网络应用和网络编程3

1.3.2 数据通信3

1.3.3 分组交换和联网技术4

1.3.4 用TCP/IP实现网络互联4

1.3.5 其他的网络概念和技术5

1.4 因特网的公网和专网5

1.4.1 公网5

1.4.2 专网6

1.5 网络、互操作性和标准6

1.6 协议组和分层模型7

1.7 数据如何通过各层8

1.8 头部和各层9

1.9 ISO与OSI七层参考模型10

1.10 本书内容简介10

1.11 本章小结11

习题11

第2章 因特网的发展趋势12

2.1 引言12

2.2 资源共享12

2.3 因特网的成长12

2.4 从资源共享到通信14

2.5 从文本到多媒体15

2.6 目前发展趋势15

2.7 从个人计算机到云计算16

2.8 本章小结17

习题17

第3章 因特网应用与网络编程18

3.1 引言18

3.2 两个基本的因特网通信模式18

3.2.1 因特网中的流传送18

3.2.2 因特网中的报文传送19

3.3 面向连接的通信19

3.4 客户-服务器交互模式20

3.5 客户和服务器的特征20

3.6 服务器程序和服务器类计算机21

3.7 请求、响应和数据流方向21

3.8 多客户与多服务器21

3.9 服务器识别与分用22

3.10 并发服务器22

3.11 服务器间的循环依赖23

3.12 P2P交互23

3.13 网络编程与套接字API24

3.14 套接字、描述符和网络I/O24

3.15 参数与套接字API25

3.16 客户和服务器中的套接字调用25

3.17 客户和服务器共用的套接字过程26

3.17.1 socket函数26

3.17.2 send函数26

3.17.3 recv函数26

3.17.4 用socket的读/写操作26

3.17.5 close函数27

3.18 仅供客户使用的connect函数27

3.19 仅供服务器使用的套接字函数27

3.19.1 bind函数27

3.19.2 listen函数28

3.19.3 accept函数28

3.20 采用报文模式的套接字函数29

3.20.1 sendto和sendmsg函数29

3.20.2 recvfrom和recvmsg函数29

3.21 其他套接字函数30

3.22 套接字、线程和继承性30

3.23 本章小结31

习题31

第4章 传统的因特网应用33

4.1 引言33

4.2 应用层协议33

4.3 表示与传输34

4.4 Web协议34

4.5 HTML的文档表示34

4.6 统一资源定位符和超链接35

4.7 用HTTP传输Web文档36

4.8 浏览器中的缓存38

4.9 浏览器结构38

4.10 文件传送协议39

4.11 FTP通信模式40

4.12 电子邮件41

4.13 简单邮件传送协议42

4.14 ISP、邮件服务器和邮件访问43

4.15 邮件访问协议（POP，IMAP）44

4.16 电子邮件表示标准（RFC2822，MIME）44

4.17 域名系统45

4.18 服务器开头的域名46

4.19 DNS层次结构和服务器模型47

4.20 域名解析48

4.21 DNS服务器中的缓存处理48

4.22 DNS记录项的类型49

4.23 别名和CNAME资源记录49

4.24 缩写与DNS50

4.25 国际化域名50

4.26 可扩展表示（XML）51

4.27 本章小结51

习题52

第二部分 数据通信56

第5章 数据通信概述56

5.1 引言56

5.2 数据通信的本质56

5.3 数据通信的动机与范围56

5.4 通信系统的构成57

5.5 通信系统的各子课题58

5.6 本章小结59

习题59

第6章 信息源和信号60

6.1 引言60

6.2 信息源60

6.3 模拟与数字信号60

6.4 周期信号与非周期信号61

6.5 正弦波与信号特征61

6.6 复合信号62

6.7 复合信号和正弦函数的重要性63

6.8 时域与频域表示法63

6.9 模拟信号的带宽63

6.10 数字信号与信号电平64

6.11 波特率与比特率65

6.12 数字-模拟信号转换66

6.13 数字信号的带宽66

6.14 信号的同步与协调67

6.15 线路编码67

6.16 曼彻斯特编码68

6.17 模拟-数字信号转换69

6.18 奈奎斯特定理与采样率70

6.19 奈奎斯特定理与电话系统传输70

6.20 非线性编码71

6.21 编码与数据压缩71

6.22 本章小结72

习题72

第7章 传输介质74

7.1 引言74

7.2 导向传输与非导向传输74

7.3 按能量形式分类74

7.4 背景辐射和电气噪声75

7.5 双绞线75

7.6 屏蔽：同轴电缆和屏蔽双绞线76

7.7 双绞线分类77

7.8 使用光能的介质及光纤77

7.9 光纤类型及光传输78

7.10 光纤与铜导线的比较79

7.11 红外通信技术79

7.12 点对点激光通信80

7.13 电磁波（无线电）通信80

7.14 信号传播81

7.15 卫星类型81

7.16 地球静止轨道通信卫星82

7.17 GEO对地球的覆盖83

7.18 低地球轨道卫星与集群83

7.19 介质类型间的权衡83

7.20 对传输介质的度量84

7.21 噪声对通信的影响84

7.22 信道容量的意义85

7.23 本章小结85

习题86

第8章 可靠性与信道编码87

8.1 引言87

8.2 传输差错的三个主要来源87

8.3 传输差错对数据的影响88

8.4 处理信道差错的两种策略88

8.5 分组码和卷积码89

8.6 分组码举例：单奇偶校验89

8.7 分组码数学与（n，k）表示90

8.8 汉明距离：编码强度的测量90

8.9 码簿中码字之间的汉明距离91

8.10 差错检测与代价之间的权衡91

8.11 纵横奇偶校验的纠错92

8.12 用于因特网的16位校验和93

8.13 循环冗余校验码（CRC）94

8.14 CRC的硬件高效实现95

8.15 自动重传请求（ARQ）机制96

8.16 本章小结96

习题97

第9章 传输模式98

9.1 引言98

9.2 传输模式分类98

9.3 并行传输98

9.4 串行传输99

9.5 传输顺序：比特与字节99

9.6 串行传输的定时100

9.7 异步传输100

9.8 RS-232异步字符传输101

9.9 同步传输101

9.10 字节、块和帧102

9.11 等时传输102

9.12 单工、半双工与全双工传输103

9.13 DCE和DTE设备104

9.14 本章小结104

习题105

第10章 调制与调制解调器106

10.1 引言106

10.2 载波、频率和传播106

10.3 模拟调制方案106

10.4 振幅调制106

10.5 频率调制107

10.6 相位调制107

10.7 调幅与香农定理108

10.8 调制、数字输入和键控108

10.9 相移键控109

10.10 相移与星座图109

10.11 正交调幅110

10.12 调制与解调硬件110

10.13 光纤和射频调制解调器111

10.14 拨号调制解调器111

10.15 应用于拨号的QAM112

10.16 V.32与V.32bis拨号modem112

10.17 本章小结113

习题113

第11章 复用与解复用114

11.1 引言114

11.2 复用的概念114

11.3 复用的基本类型114

11.4 频分复用115

11.5 每个信道使用一个频率范围116

11.6 分级FDM117

11.7 波分复用117

11.8 时分复用118

11.9 同步TDM118

11.10 电话系统中TDM的成帧技术119

11.11 分级TDM120

11.12 同步TDM的问题：空闲时隙120

11.13 统计TDM121

11.14 逆复用121

11.15 码分复用122

11.16 本章小结123

习题123

第12章 接入与互连技术125

12.1 引言125

12.2 因特网接入技术：上行与下行125

12.3 窄带与宽带接入技术126

12.3.1 窄带技术126

12.3.2 宽带技术126

12.4 本地环路及ISDN126

12.5 数字用户线技术127

12.6 本地环路特征及适配127

12.7 ADSL的数据速率128

12.8 ADSL安装和分离器129

12.9 电缆调制解调器技术129

12.10 电缆调制解调器的速率130

12.11 电缆调制解调器安装130

12.12 光纤同轴电缆混合使用130

12.13 采用光纤的接入技术131

12.14 头尾端调制解调器技术131

12.15 无线接入技术132

12.16 因特网核心的高容量连接132

12.17 电路终端DSU/CSU及NIU133

12.18 数字电路的电话标准133

12.19 DS术语及数据速率134

12.20 最高容量电路（STS标准）134

12.21 光载波标准135

12.22 C后缀135

12.23 同步光网络135

12.24 本章小结136

习题137

第三部分 分组交换与网络技术140

第13章 局域网：分组、帧和拓扑140

13.1 引言140

13.2 电路交换140

13.3 分组交换141

13.4 局域和广域分组网络142

13.5 分组标识及其格式标准142

13.6 IEEE 802模型与标准143

13.7 点对点与多址接入网络144

13.8 LAN拓扑144

13.8.1 总线拓扑145

13.8.2 环形拓扑145

13.8.3 网状拓扑145

13.8.4 星形拓扑146

13.8.5 多种拓扑可用的理由146

13.9 分组标识、解复用、MAC地址146

13.10 单播、广播和多播地址147

13.11 广播、多播和高效的多点传递147

13.12 帧与成帧148

13.13 字节插入与位插入149

13.14 本章小结150

习题150

第14章 IEEE MAC子层151

14.1 引言151

14.2 共享访问机制的分类151

14.3 静态与动态信道分配151

14.4 信道分配协议152

14.4.1 FDMA152

14.4.2 TDMA152

14.4.3 CDMA152

14.5 受控接入协议153

14.5.1 轮询153

14.5.2 预约153

14.5.3 令牌传递154

14.6 随机接入协议154

14.6.1 ALOHA154

14.6.2 CSMA/CD155

14.6.3 CSMA/CA157

14.7 本章小结158

习题158

第15章 有线局域网技术（以太网和802.3）160

15.1 引言160

15.2 最早的以太网160

15.3 以太网帧格式160

15.4 以太网的类型域和分用161

15.5 以太网的IEEE版本（802.3）161

15.6 LAN连接和网络接口卡162

15.7 以太网演进和粗缆布线162

15.8 细缆以太网布线163

15.9 双绞线以太网布线和集线器163

15.10 以太网的物理和逻辑拓扑164

15.11 办公大楼内的布线164

15.12 以太网数据速率及电缆类型165

15.13 双绞线连接器与缆线166

15.14 本章小结166

习题167

第16章 无线联网技术168

16.1 引言168

16.2 无线网络的分类168

16.3 个域网168

16.4 LAN和PAN使用的ISM无线频带169

16.5 无线LAN技术与Wi-Fi169

16.6 扩频技术169

16.7 其他无线LAN标准170

16.8 无线LAN体系结构170

16.9 重叠、关联和802.11帧格式171

16.10 接入点之间的协调172

16.11 竞争与无竞争接入172

16.12 无线MAN技术与WiMAX174

16.13 PAN技术与标准175

16.14 其他短距离通信技术176

16.15 无线WAN技术177

16.16 微蜂窝178

16.17 基站集群和频率重用178

16.18 蜂窝技术的更新换代179

16.19 VSAT卫星技术181

16.20 GPS卫星182

16.21 软件无线电和无线通信的未来182

16.22 本章小结183

习题184

第17章 局域网扩展技术185

17.1 引言185

17.2 距离界限与LAN设计185

17.3 光纤调制解调器扩展185

17.4 中继器186

17.5 网桥与桥接186

17.6 自学习网桥与帧过滤187

17.7 桥接如何有效工作187

17.8 分布式生成树188

17.9 交换与第2层交换机189

17.10 虚拟局域网交换机191

17.11 多交换机和共享VLAN191

17.12 桥接的重要性192

17.13 本章小结193

习题193

第18章 广域网技术与动态路由195

18.1 引言195

18.2 大型广域网195

18.3 传统的广域网体系结构195

18.4 构建广域网196

18.5 存储/转发模式197

18.6 广域网的编址198

18.7 下一跳转发198

18.8 源点独立性200

18.9 广域网动态路由更新200

18.10 默认路径201

18.11 转发表的计算202

18.12 分布式路径计算202

18.12.1 链路状态路由（LSR）202

18.12.2 距离向量路由203

18.13 最短路径和权值204

18.14 路由问题206

18.15 本章小结206

习题207

第19章 网络技术的过去与现在208

19.1 引言208

19.2 连接与接入技术208

19.2.1 同步光纤网或同步数字体系（SONET/SDH）208

19.2.2 光载波（OC）电路208

19.2.3 数字用户线路（DSL）与电缆调制解调器208

19.2.4 WiMAX与Wi-Fi209

19.2.5 甚小口径卫星通信地面站（VSAT）209

19.2.6 电力线通信（PLC）209

19.3 LAN技术209

19.3.1 令牌环209

19.3.2 光纤和铜线分布式数据互连（FDDI与CDDI）209

19.3.3 以太网210

19.4 WAN技术210

19.4.1 APPANET210

19.4.2 X.25210

19.4.3 帧中继211

19.4.4 交换式多兆位数据服务（SMDS）211

19.4.5 异步传输模式（ATM）211

19.4.6 多协议标记交换（MPLS）和隧道212

19.4.7 综合业务数字网（ISDN）212

19.4.8 VoIP（IP电话和视频）：SIP和H.323212

19.4.9 软件定义网络SDN和OpenFlow213

19.5 本章小结213

习题213

第四部分 使用TCP/IP进行网络互联216

第20章 网络互联：概念、结构与协议216

20.1 引言216

20.2 网络互联的动机216

20.3 全局服务的概念216

20.4 异构网络中的全局服务217

20.5 网络互联217

20.6 用路由器的物理网络连接217

20.7 互联网体系结构218

20.8 内联网与互联网218

20.9 实现全局服务218

20.10 虚拟网络219

20.11 网络互联协议219

20.12 TCP/IP分层结构综述219

20.13 主机、路由器及协议层220

20.14 本章小结220

习题221

第21章 因特网编址222

21.1 引言222

21.2 向IPv6演进222

21.3 沙漏模型与转变难点222

21.4 虚拟因特网的地址223

21.5 IP编址方案224

21.6 IP地址的层次结构224

21.7 IPv4地址的原始分类224

21.8 IPv4点分十进制数表示法225

21.9 地址的授权226

21.10 IPv4子网与无类编址226

21.11 地址掩码227

21.12 用于IPv4的CIDR表示法228

21.13 CIDR举例229

21.14 CIDR主机地址230

21.15 特殊IPv4地址230

21.15.1 IPv4网络地址230

21.15.2 IPv4直接广播地址231

21.15.3 IPv4有限广播地址231

21.15.4 IPv4本机地址231

21.15.5 IPv4回送地址231

21.16 特殊IPv4地址小结232

21.17 IPv4伯克利广播地址形式232

21.18 路由器与IPv4寻址原理232

21.19 多宿主主机233

21.20 IPv6多宿主与网络重编号234

21.21 IPv6编址234

21.22 IPv6冒分十六进制数表示法235

21.23 本章小结236

习题236

第22章 数据报转发238

22.1 引言238

22.2 无连接服务238

22.3 虚拟分组238

22.4 IP数据报239

22.5 IPv4数据报头部格式239

22.6 IPv6数据报头部格式241

22.7 IPv6基本头部的格式241

22.8 IP数据报转发242

22.9 网络前缀提取与数据报转发243

22.10 最长前缀匹配244

22.11 目的地址与下一站地址244

22.12 尽力传递244

22.13 IP封装245

22.14 通过因特网传输246

22.15 MTU和数据报分片247

22.16 IPv6数据报的分片248

22.17 分片IP数据报的重装249

22.18 收集数据报分片250

22.19 片丢失的后果250

22.20 IPv4中的分片再分片250

22.21 本章小结251

习题251

第23章 支持协议与相关技术253

23.1 引言253

23.2 地址解析253

23.3 IPv4地址的例子254

23.4 IPv4地址解析协议（ARP）254

23.5 ARP报文格式255

23.6 ARP封装256

23.7 ARP缓存与报文处理256

23.8 概念地址边界258

23.9 因特网控制报文协议（ICMP）258

23.10 ICMP报文格式与封装259

23.11 使用邻居发现的IPv6地址绑定260

23.12 协议软件、参数与配置260

23.13 动态主机配置协议（DHCP）261

23.14 DHCP协议操作与优化262

23.15 DHCP报文格式262

23.16 通过中继间接访问DHCP服务器263

23.17 IPv6地址的自动配置263

23.18 网络地址转换（NAT）264

23.19 NAT操作与IPv4私有地址264

23.20 传输层NAT（NAPT）266

23.21 NAT与服务器267

23.22 家用NAT软件和系统267

23.23 本章小结267

习题268

第24章 UDP：数据报传输服务270

24.1 引言270

24.2 传输协议与端到端通信270

24.3 用户数据报协议270

24.4 无连接的通信模式271

24.5 面向报文的接口271

24.6 UDP通信语义272

24.7 交互模式和广播传递272

24.8 用协议端口号标识端点273

24.9 UDP数据报格式273

24.10 UDP校验和及伪头部274

24.11 UDP封装274

24.12 本章小结275

习题275

第25章 TCP：可靠的传输服务276

25.1 引言276

25.2 传输控制协议276

25.3 TCP为应用提供的服务276

25.4 端到端服务与虚拟连接277

25.5 传输协议采用的技术278

25.5.1 处理分组重复和乱序的排序技术278

25.5.2 处理分组丢失的重传技术278

25.5.3 避免分组重复的技术279

25.5.4 防止数据过载的流量控制技术279

25.6 避免网络拥塞的技术281

25.7 协议设计技巧282

25.8 用TCP处理分组丢失的技术282

25.9 自适应重传技术283

25.10 重传时间的比较284

25.11 缓冲、流控与窗口284

25.12 TCP的三次握手285

25.13 TCP拥塞控制286

25.14 TCP拥塞控制的版本287

25.15 TCP的其他变化：SACK和ECN287

25.16 TCP段格式288

25.17 本章小结289

习题289

第26章 因特网路由与路由协议291

26.1 引言291

26.2 静态与动态路由291

26.3 主机静态路由与默认路径291

26.4 动态路由与路由器292

26.5 全球因特网的路由技术293

26.6 自治系统概念293

26.7 两类因特网路由协议294

26.7.1 内部网关协议294

26.7.2 外部网关协议294

26.7.3 如何使用EGP和IGP294

26.7.4 最佳路径，路由度量和IGP295

26.8 路径与数据业务295

26.9 边界网关协议296

26.10 路由信息协议297

26.11 RIP分组格式298

26.12 开放最短路径优先协议298

26.13 OSPF图的例子299

26.14 OSPF区域299

26.15 中间系统到中间系统协议300

26.16 多播路由技术301

26.16.1 IP多播语义301

26.16.2 因特网多播组管理协议301

26.16.3 转发与发现技术301

26.16.4 多播协议302

26.17 本章小结303

习题304

第五部分 其他网络概念与技术306

第27章 网络性能（QoS与区分服务）306

27.1 引言306

27.2 性能度量306

27.3 延迟或时延306

27.4 容量、吞吐率和实际吞吐量307

27.5 理解吞吐率与时延308

27.6 抖动309

27.7 时延与吞吐率的关系310

27.7.1 以利用率作为时延估值310

27.7.2 时延-吞吐率乘积310

27.8 测量时延、吞吐率与抖动311

27.9 被动测量、小分组及NetFlow312

27.10 服务质量（QoS）313

27.11 细粒度与粗粒度QoS313

27.11.1 细粒度QoS与流314

27.11.2 粗粒度QoS与服务类别315

27.12 QoS的实现315

27.13 因特网QoS技术316

27.14 本章小结317

习题318

第28章 多媒体与IP电话（VoIP）320

28.1 引言320

28.2 实时数据传输和尽力而为传递320

28.3 延迟重播与抖动缓冲320

28.4 实时传输协议（RTP）321

28.5 RTP封装322

28.6 IP电话322

28.7 信令与VoIP信令标准323

28.8 IP电话系统的组成部件324

28.8.1 SIP术语与概念325

28.8.2 H.323术语与概念325

28.8.3 ISC术语与概念325

28.9 协议汇总及归属层次326

28.10 H.323特性326

28.11 H.323分层327

28.12 SIP特性和方法327

28.13 SIP会话举例328

28.14 电话号码映射及路由329

28.15 本章小结329

习题330

第29章 网络安全331

29.1 引言331

29.2 网络犯罪与攻击331

29.3 安全策略333

29.4 安全责任与控制334

29.5 安全技术334

29.6 哈希：完整性与鉴别机制335

29.7 访问控制与口令335

29.8 加密：基本的安全技术336

29.9 私有密钥加密336

29.10 公开密钥加密336

29.11 采用数字签名的鉴别337

29.12 密钥管理和数字证书338

29.13 防火墙339

29.14 包过滤防火墙的实现340

29.15 入侵检测系统341

29.16 内容扫描和深度包检查342

29.17 虚拟专网（VPN）343

29.18 用于远程办公的VPN技术344

29.19 数据报加密与隧道技术344

29.20 安全技术346

29.21 本章小结347

习题347

第30章 网络管理（SNMP）349

30.1 引言349

30.2 内联网管理349

30.3 FCAPS：行业标准模型349

30.4 网络元素举例351

30.5 网络管理工具351

30.6 网络管理应用352

30.7 简单网络管理协议353

30.8 SNMP的取/存模式353

30.9 SNMP管理信息库和对象名354

30.10 MIB变量的种类354

30.11 对应于数组的MIB变量355

30.12 本章小结355

习题356

第31章 软件定义网络（SDN）357

31.1 引言357

31.2 营销宣传与现实357

31.3 新方法的动机357

31.3.1 网元管理的推广357

31.3.2 从使用专有标准转变为使用开放标准358

31.3.3 自动化与统一的配置358

31.3.4 转变为跨层控制358

31.3.5 适应数据中心的虚拟化358

31.4 网元的概念结构359

31.5 控制层模块与硬件接口360

31.6 新模式：软件定义网络360

31.7 未回答的问题361

31.8 共享控制器与网络连接361

31.9 SDN通信363

31.10 OpenFlow：控制器到网元的协议363

31.11 交换机中的分类引擎364

31.12 TCAM与高速分类365

31.13 跨多协议层分类365

31.14 TCAM规模与多模式需要366

31.15 OpenFlow可指定的项366

31.16 传统与扩展的IP转发367

31.17 使用二层MPLS的端到端路径368

31.18 动态规则创建与流控制368

31.19 流表的管道模型369

31.20 SDN对网络供应商的潜在影响370

31.21 本章小结370

习题371

第32章 物联网372

32.1 引言372

32.2 嵌入式系统372

32.2.1 智能电网中的嵌入式系统372

32.2.2 嵌入式在线安防系统372

32.2.3 零售业中的嵌入式系统373

32.3 网络技术的选择373

32.4 能量收集374

32.5 低功耗无线通信374

32.6 网状拓扑374

32.7 ZigBee联盟375

32.8 802.15.4无线电与无线网状网375

32.9 因特网连接性与网状路由376

32.10 ZigBee网状网中的IPv6377

32.11 ZigBee转发模式377

32.12 ZigBee栈中的其他协议378

32.13 本章小结379

习题379

第33章 网络技术及应用的发展趋势380

33.1 引言380

33.2 扩展因特网服务的需求380

33.3 内容缓存加速（Akamai）380

33.4 Web负载均衡器381

33.5 服务器虚拟化381

33.6 P2P通信381

33.7 分布式数据中心和复制382

33.8 通用表示（XML）382

33.9 社交网络382

33.10 移动性及无线联网383

33.11 数字视频383

33.12 高速接入与交换383

33.13 云计算383

33.14 重叠网络384

33.15 中间件385

33.16 IPv6的广泛部署385

33.17 本章小结385

习题386

附录A 一种简化的应用编程接口387