本書共分9章。第1章主要介紹計算機通信與網絡的基本概念和發展歷史。第2章側重通信技術基礎、及物理層的概念和功能。第3章描述了數據鏈路層的基本概念和功能。第4章是關于局域網與廣域網技術。第5章介紹網絡層與網絡互連技術。第6章為傳輸層,重點講述TCP和UDP這兩種傳輸協議。第7章涉及應用層的基本內容。第8章介紹了網絡管理的內容與相關協議。第9章側重計算機網絡的新技術。
以因特網(互聯網)為標志的計算機網絡的發展,改變了人們的生活方式,引起了巨大的社會變革。而計算機網絡與通信技術的融合為我們展示了更寬廣的應用前景。基于IP技術的網絡互連與通信使其理論和技術研究面臨新的挑戰,各類層次的人才培養需求不斷增大。本書正是緊緊抓住計算機網絡與通信技術的結合點,以TCP/IP協議為基礎,深入淺出、全面系統地闡述了計算機通信與網絡所涉及的基本概念和基本內容。
本書是國家精品課程“計算機通信與網絡”的配套教材,總結了我們近30年來講授該課程的經驗和體會,并參照了美國ACM(Association for Computing Machinery,美國計算機協會)、AIS(Association for Information Systems,信息系統協會)和IEEE CS(美國電子與電氣工程師協會計算機學會)于2004年聯合公布的計算學科教程CC2004(Computing Curricula 2004),以及中國計算機學會公布的CCC2004(China Computing Curricula 2004,中國計算機科學與技術學科教程2004),教材內容覆蓋了研究生入學考試課程——“計算機學科專業基礎綜合考試”中“計算機網絡”課程的大綱范圍。
全書共分9章。第1章主要介紹計算機通信與網絡的基本概念和發展歷史;第2章側重通信技術基礎以及物理層的概念和功能;第3章描述了數據鏈路層的基本概念和功能;第4章是關于局域網與廣域網技術;第5章介紹網絡層與網絡互連技術,包括基本概念和路由協議;第6章為傳輸層,重點講述TCP和UDP這兩種傳輸協議;第7章涉及應用層的基本內容,重點介紹了常用的應用協議,如DNS、FTP、WWW和電子郵件等;第8章介紹了網絡管理的內容與相關協議,以及網絡安全相關的知識等;第9章側重計算機網絡的新技術,特別是基于IPv6的下一代網絡、無線網絡與多媒體網絡等技術。
該教材的第一版于2009年8月第一次印刷并開始使用。雖然該教材無論是設計理念,還是內容編排,在當時國內同類教材中都屬于比較先進的,并且在第二次印刷的時候,也修改了一些錯別字或者其他小錯誤,但是為了體現網絡技術新發展帶來的新問題、新動向,我們于2013年對該教材展開了修訂工作,并獲得“十二五”江蘇省高等學校重點規劃教材立項。
此次修訂在不增加教材篇幅的基礎上,重新調整了知識體系與教學內容。為了滿足工科類院校網絡課程的教學需求,對教學內容的取舍做了重新規劃和分布,去除了各課程之間的交叉重疊,加強或新增部分適合工科類大學生專業水平的教學內容。
全書每章附有大量例題和練習題,供教學選用,以便鞏固所學內容。電子教案等教學輔助材料可在清華大學出版社的相關網址下載,或向yangg@njupt.edu.cn垂詢。
本書由國家精品課程組楊庚、章韻、胡素君、葉曉國、成衛青、李鵬、倪曉軍、沈金龍等老師編寫,由楊庚老師負責統稿。南京郵電大學教務處對教材的編寫給予了幫助,本書中引用了其他同行的工作成果,在此一并表示感謝。
由于作者水平有限,書中難免存在錯誤與不妥之處,敬請讀者批評指正。
編者2015年5月
第1章概論1
1.1計算機通信與網絡發展過程1
1.1.1主要發展過程1
1.1.2我國的網絡發展現狀3
1.2計算機通信與網絡基本概念5
1.2.1計算機網絡的定義6
1.2.2計算機網絡的組成6
1.3網絡的類型及其特征7
1.3.1根據網絡拓撲結構分類7
1.3.2根據網絡覆蓋的范圍分類8
1.3.3無線網絡9
1.4計算機通信協議與網絡體系結構10
1.4.1通信協議與分層體系結構10
1.4.2OSIRM體系結構12
1.4.3TCP/IP體系結構15
1.4.4OSIRM和TCP/IP體系結構的比較17
1.4.5網絡通信標準化組織17
本章小結18
練習題19
第2章數據通信技術基礎21
2.1數據通信的基本概念21
2.1.1數據、信息和信號21
2.1.2數據通信系統22
2.1.3傳輸媒體24
2.1.4數據通信系統的技術指標28
2.2數據傳輸方式31
2.2.1并行傳輸與串行傳輸32
2.2.2異步傳輸與同步傳輸32
2.2.3單工、半雙工和全雙工傳輸34
2.2.4模擬傳輸和數字傳輸34
◆計算機通信與網絡(第2版)目錄2.3數據傳送技術35
2.3.1數據序列的電信號表示35
2.3.2信道容量的概念38
2.3.3基帶傳輸39
2.3.4頻帶傳輸39
2.3.5數字數據傳輸40
2.4多路復用技術41
2.4.1頻分復用42
2.4.2時分復用42
2.4.3碼分復用44
2.4.4波分復用45
2.5數據交換技術45
2.5.1電路交換45
2.5.2報文交換47
2.5.3分組交換47
2.6差錯控制技術49
2.6.1差錯控制的基本原理49
2.6.2差錯控制的方式50
2.6.3奇偶校驗碼51
2.6.4漢明碼51
2.6.5循環冗余校驗碼53
2.7數據通信接口特性55
本章小結58
練習題59
第3章數據鏈路層61
3.1數據鏈路層的基本概念61
3.1.1數據電路和數據鏈路61
3.1.2鏈路的結構62
3.1.3數據鏈路層的功能63
3.2流量控制和差錯控制64
3.2.1流量控制的作用64
3.2.2停止等待方式流量控制66
3.2.3滑動窗口協議72
3.2.4連續ARQ協議75
3.2.5選擇ARQ協議77
3.2.6差錯控制79
3.3點對點信道的數據鏈路層協議79
3.3.1數據鏈路層協議概述79
3.3.2面向比特的傳輸控制規程80
3.3.3Internet中的點對點協議85
3.4多路訪問信道的數據鏈路層89
3.4.1信道共享技術90
3.4.2競爭系統的介質訪問控制技術91
3.4.3環型網介質訪問方法94
3.4.4令牌總線介質訪問方法97
3.4.5無線局域網介質訪問控制方法98
本章小結98
練習題100
第4章局域網與廣域網102
4.1局域網的基本概念102
4.1.1局域網的定義102
4.1.2局域網的技術特性103
4.1.3局域網的相關標準105
4.2以太網技術106
4.2.1以太網概述106
4.2.2以太網的MAC層107
4.2.3以太網的工作參數110
4.2.4以太網的信道利用率110
4.2.5以太網的連接方法112
4.3局域網的擴展113
4.3.1在物理層擴展局域網113
4.3.2在數據鏈路層擴展局域網113
4.4高速以太網117
4.4.1100BASET以太網117
4.4.2千兆以太網118
4.4.3萬兆以太網119
4.5虛擬局域網120
4.5.1虛擬局域網的概念120
4.5.2虛擬局域網的工作原理120
4.6無線局域網122
4.6.1無線局域網的概念122
4.6.2無線局域網的物理層124
4.6.3無線局域網的MAC層124
4.7廣域網128
4.7.1廣域網的基本概念128
4.7.2廣域網中的分組交換129
4.7.3X.25分組交換網131
4.7.4幀中繼132
4.7.5異步傳遞方式133
本章小結135
練習題136
第5章網絡層與網絡互連137
5.1網絡層概念137
5.2網絡互連139
5.2.1分類的IP地址139
5.2.2IP地址的分配與使用140
5.2.3因特網地址到物理地址的映射142
5.2.4逆地址解析協議144
5.2.5IP數據報144
5.2.6無連接的數據報傳送149
5.3差錯與控制報文協議(ICMP)152
5.3.1ICMP報文152
5.3.2目的不可達報文153
5.3.3超時報文154
5.3.4源抑制報文154
5.3.5回應請求與應答報文155
5.4子網編址及無分類編址與CIDR155
5.4.1子網編址156
5.4.2子網轉發158
5.4.3代理ARP159
5.4.4無編號的點對點網絡160
5.4.5無分類編址與CIDR161
5.4.6使用CIDR時的路由查找算法162
5.4.7專用IP地址163
5.5因特網的路由選擇協議164
5.5.1自治系統與路由選擇協議分類164
5.5.2內部網關協議RIP166
5.5.3內部網關協議OSPF169
5.5.4外部網關協議BGP176
5.6IP組播180
5.6.1IP組播基本概念 180
5.6.2IP組播地址和IP協議對組播的處理181
5.6.3IP組管理協議183
5.6.4組播轉發和路由選擇184
5.7移動IP186
5.7.1移動IP的概念186
5.7.2移動IP的通信過程187
5.8專用網絡互連(VPN和NAT)189
5.8.1虛擬專用網189
5.8.2網絡地址轉換190
本章小結192
練習題193
第6章傳輸層195
6.1傳輸服務195
6.1.1傳輸層的功能195
6.1.2傳輸層編址197
6.1.3無連接服務和面向連接服務197
6.2無連接的傳輸層協議UDP198
6.2.1UDP概述198
6.2.2UDP首部格式198
6.2.3UDP實例199
6.3面向連接的傳輸層協議TCP200
6.3.1TCP概述200
6.3.2TCP首部格式200
6.3.3TCP連接管理202
6.3.4TCP可靠傳輸205
6.3.5TCP流量控制208
6.3.6TCP擁塞控制209
6.3.7TCP實例211
6.4套接字212
6.4.1套接字的概念212
6.4.2套接字編程213
本章小結214
練習題215
第7章應用層217
7.1網絡應用模式217
7.1.1以大型機為中心的應用模式218
7.1.2以服務器為中心的應用模式218
7.1.3客戶機/服務器應用模式218
7.1.4基于Web的客戶機/服務器應用模式219
7.1.5P2P模式221
7.2網絡基本服務221
7.2.1域名系統221
7.2.2遠程登錄226
7.2.3文件傳輸協議226
7.2.4簡單文件傳輸協議228
7.2.5引導程序協議與動態主機配置協議229
7.3電子郵件系統與SMTP230
7.3.1電子郵件系統的組成230
7.3.2SMTP231
7.3.3POP3和IMAP4232
7.3.4MIME233
7.4萬維網與HTTP238
7.4.1超文本傳輸協議239
7.4.2超文本標記語言242
本章小結244
練習題245
第8章網絡管理和網絡安全247
8.1網絡管理的基本概念247
8.1.1網絡管理的發展及邏輯結構247
8.1.2網絡管理標準化250
8.2網絡管理的主要功能250
8.3網絡管理協議253
8.3.1網絡管理協議的產生與發展253
8.3.2公共管理信息協議(CMIP)254
8.3.3簡單網絡管理協議(SNMP)257
8.4網絡安全概述262
8.4.1網絡安全性的威脅因素262
8.4.2網絡安全的目標263
8.4.3安全服務與安全機制265
8.5數據加密技術267
8.5.1對稱密鑰密碼技術267
8.5.2非對稱密鑰密碼技術269
8.6用戶身份認證270
8.6.1基于共享密鑰的用戶認證協議271
8.6.2基于公開密鑰算法的用戶認證協議271
8.6.3基于密鑰分發中心的用戶認證協議272
8.6.4數字簽名273
8.6.5報文摘要274
8.7IPSec與虛擬專用網274
8.8高層安全278
8.9其他安全技術280
8.9.1防火墻技術280
8.9.2入侵檢測系統281
本章小結282
練習題282
第9章網絡技術發展動態284
9.1基于IPv6的下一代因特網284
9.1.1IP網的QoS技術284
9.1.2基于IPv6的NGI288
9.2基于軟交換/IMS的下一代網絡291
9.2.1軟交換技術291
9.2.2軟交換相關協議294
9.2.3IMS298
9.3可信網絡和普適服務302
9.3.1可信網絡302
9.3.2普適服務305
本章小結307
練習題307
主要參考文獻309