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第一部分 网络与互联网应用介绍2

第1章 引言与概述2

1.1计算机网络的成长2

1.2为什么网络看上去复杂2

1.3网络的5个关键方面3

1.4互联网的公共与私有部分5

1.5网络、互操作性与标准7

1.6协议集与分层模型7

1.7数据如何在层间传递9

1.8头部与层10

1.9国际标准化组织（ISO）与OSI七层参考模型10

1.10本书其余部分的内容11

1.11本章小结12

练习12

第2章 互联网发展趋势13

2.1引言13

2.2资源共享13

2.3互联网的成长13

2.4从资源共享到通信15

2.5从文本到多媒体16

2.6近期发展趋势16

2.7从单个计算机到云计算17

2.8本章小结18

练习18

第3章 互联网应用与网络编程20

3.1引言20

3.2两种基本的互联网通信模式20

3.3面向连接的通信21

3.4交互中的客户—服务器模型22

3.5客户和服务器的特征22

3.6服务器程序和服务器类计算机23

3.7请求、响应和数据流方向23

3.8多客户和多服务器24

3.9服务器标识和标识分解24

3.10并发服务器25

3.11服务器间的循环依赖关系25

3.12对等（Peer-To-Peer）交互26

3.13网络编程和套接字API27

3.14套接字、描述符和网络I/O27

3.15 参数和套接字API27

3.16客户和服务器的套接字调用28

3.17客户和服务器共用的套接字函数28

3.18仅供客户使用的connect函数30

3.19仅供服务器使用的套接字函数30

3.20采用消息模式的套接字函数32

3.21其他套接字函数33

3.22套接字、线程和继承性33

3.23本章小结34

练习34

第4章 传统互联网应用36

4.1引言36

4.2应用层协议36

4.3表示和传送37

4.4 Web协议37

4.5用HTML表示文档38

4.6统一资源定位符和超链接39

4.7用HTTP进行Web文档传送40

4.8浏览器缓存42

4.9浏览器结构43

4.10文件传送协议（FTP）43

4.11 FTP通信模式44

4.12电子邮件46

4.13简单邮件传送协议（SMTP）47

4.14互联网服务提供商、邮件服务器和邮件访问48

4.15邮件访问协议（POP、 IMAP）49

4.16电子邮件表示标准（RFC2822，MIME）49

4.17域名系统（DNS ）50

4.18以服务名称开头的域名52

4.19 DNS分层结构与服务器模型53

4.20名字解析54

4.21 DNS服务器中的缓存54

4.22 DNS表项的类型55

4.23别名与CNAME资源记录56

4.24缩写与DNS56

4.25国际化的域名57

4.26可扩展表示（XML）57

4.27本章小结58

练习59

第二部分 数据通信61

第5章 数据通信概述61

5.1引言61

5.2数据通信的本质61

5.3数据通信的动机和范围62

5.4通信系统的概念组成62

5.5数据通信的子问题64

5.6本章小结64

练习64

第6章 信源与信号65

6.1引言65

6.2信源65

6.3模拟与数字信号65

6.4周期与非周期信号66

6.5正弦波与信号特征66

6.6复合信号68

6.7复合信号与正弦函数的重要性68

6.8时域与频域表示68

6.9模拟信号的带宽69

6.10数字信号与信号等级70

6.11波特率与比特率71

6.12将数字信号转换为模拟信号71

6.13数字信号的带宽72

6.14信号的同步与协定72

6.15 线路编码73

6.16计算机网络中使用的曼彻斯特编码74

6.17将模拟信号转换为数字信号75

6.18奈奎斯特定理与采样率77

6.19奈奎斯特定理与电话系统传输77

6.20非线性编码77

6.21编码与数据压缩78

6.22本章小结78

练习79

第7章 传输介质80

7.1引言80

7.2导向传输和非导向传输80

7.3依据能量形式分类80

7.4背景辐射和电噪声81

7.5双绞线81

7.6屏蔽：同轴电缆和屏蔽双绞线82

7.7双绞线的类别83

7.8使用光能的介质和光纤84

7.9光纤类型和光传输85

7.10光纤和铜线的对比85

7.11红外线通信技术86

7.12点到点激光通信86

7.13电磁（无线电）通信87

7.14信号传播87

7.15卫星的类型88

7.16地球同步轨道（GEO）卫星88

7.17 GEO地球覆盖范围89

7.18近地轨道（LEO）卫星和卫星集群90

7.19介质类型之间的权衡90

7.20测量传输介质90

7.21噪声对通信的影响91

7.22信道容量的重要性91

7.23本章小结92

练习92

第8章 可靠性与信道编码94

8.1引言94

8.2传输差错的3个主要源头94

8.3传输差错对数据的影响95

8.4处理信道差错的两种策略95

8.5分组码和卷积码96

8.6分组差错编码举例：单奇偶校验96

8.7分组码的数学原理与（n， k ）表示97

8.8海明距离：编码强度的度量98

8.9码簿中码字之间的海明距离98

8.10差错检测与开销之间的权衡99

8.11采用纵横奇偶校验的纠错99

8.12用于互联网的16比特校验和100

8.13循环冗余码（CRC）101

8.14用硬件高效实现CRC103

8.15自动重传（ARQ）机制103

8.16本章小结104

练习104

第9章 传输模式106

9.1引言106

9.2传输模式分类106

9.3并行传输106

9.4串行传输107

9.5传输顺序：比特与字节108

9.6串行传输的时机108

9.7异步传输108

9.8 RS-232异步字符传输109

9.9同步传输110

9.10字节、块与帧110

9.11等时传输111

9.12单工、半双工与全双工传输111

9.13 DCE和DTE设备112

9.14本章小结113

练习113

第10章 调制与解调114

10.1引言114

10.2载波、频率和传播114

10.3模拟调制方案114

10.4振幅调制115

10.5频率调制115

10.6相移调制116

10.7振幅调制与香农定理116

10.8调制、数字输入和键控116

10.9相移键控117

10.10相移和星座图118

10.11正交调幅119

10.12调制解调器硬件119

10.13光学和射频调制解调器120

10.14拨号调制解调器120

10.15应用于拨号的QAM121

10.16 V.32和V.32bis拨号调制解调器121

10.17本章小结122

练习122

第11章 复用与解复用（信道化）123

11.1引言123

11.2复用的概念123

11.3复用的基本类型124

11.4频分多路复用124

11.5每个信道使用一个频率范围126

11.6分层FDM126

11.7波分多路复用127

11.8时分多路复用127

11.9同步TDM128

11.10电话系统中TDM的组帧技术128

11.11分级TDM129

11.12同步TDM的问题：空闲时隙130

11.13统计TDM130

11.14反向多路复用131

11.15码分多路复用132

11.16本章小结133

练习133

第12章 接入与互连技术135

12.1引言135

12.2互联网接入技术：上行和下行135

12.3窄带与宽带接入技术136

12.4本地环路和ISDN136

12.5数字用户线路技术137

12.6本地环路特征和适配138

12.7 ADSL的数据速率138

12.8 ADSL安装和分离器139

12.9电缆调制解调器技术139

12.10电缆调制解调器的数据速率140

12.11电缆调制解调器的安装140

12.12光纤同轴混合140

12.13采用光纤的接入技术141

12.14头端和尾端调制解调器142

12.15 无线接入技术142

12.16互联网核心的大容量连接142

12.17线路终端、DSU/CSU和NIU143

12.18数字线路的电话标准144

12.19 DS术语和数据速率144

12.20最大容量线路（STS标准）145

12.21光载波标准145

12.22后缀C145

12.23同步光网络（SONET）146

12.24本章小结147

练习147

第三部分 分组交换与网络技术150

第13章 局域网：分组、帧和拓扑150

13.1引言150

13.2电路交换与模拟通信150

13.3分组交换151

13.4局域和广域分组网络152

13.5关于分组格式与标识的标准153

13.6 IEEE 802模型和标准153

13.7点到点和多路访问网络155

13.8 LAN拓扑155

13.9分组标识、解复用、MAC地址156

13.10单播、广播与组播地址157

13.11广播、组播与高效多点传递158

13.12帧和组帧158

13.13字节填充和比特填充160

13.14本章小结160

练习161

第14章 IEEE MAC子层162

14.1引言162

14.2共享访问机制的分类162

14.3静态和动态信道分配163

14.4信道分配协议163

14.5受控访问协议164

14.6随机访问协议166

14.7本章小结170

练习170

第15章 有线局域网技术（以太网和802.3）171

15.1引言171

15.2伟大的以太网171

15.3以太网帧格式171

15.4以太网帧类型字段与解复用172

15.5 IEEE版本的以太网（802.3）172

15.6局域网连接与网络接口卡173

15.7以太网演进与粗缆网络布线173

15.8细缆以太网布线174

15.9双绞线以太网布线与集线器174

15.10以太网的物理和逻辑拓扑175

15.11楼宇布线176

15.12以太网数据速率与电缆类型176

15.13双绞线连接器与电缆177

15.14本章小结178

练习178

第16章 无线网络技术179

16.1引言179

16.2无线网络的分类179

16.3个人区域网（PAN）179

16.4局域网和个人区域网使用的ISM无线频段180

16.5无线局域网技术与Wi-Fi180

16.6扩频技术181

16.7其他无线局域网标准181

16.8无线局域网架构182

16.9重叠、关联和802.11帧格式183

16.10接入点之间的协调183

16.11竞争和无竞争访问184

16.12无线城域网技术和WiMAX185

16.13个人区域网技术和标准186

16.14其他的短距离通信技术187

16.15 无线广域网技术188

16.16微型蜂窝单元189

16.17蜂窝单元集群和频率重用190

16.18蜂窝技术的发展191

16.19 VSAT卫星技术193

16.20 GPS卫星194

16.21软件定义无线电和无线的未来194

16.22本章小结195

练习195

第17章 中继器、网桥与交换机197

17.1引言197

17.2距离限制与局域网设计197

17.3光纤调制解调器扩展197

17.4中继器198

17.5网桥与桥接198

17.6学习型网桥与帧过滤199

17.7为什么桥接能很好地工作200

17.8分布式生成树200

17.9交换与二层交换机202

17.10 VLAN交换机203

17.11多交换机与共享VLAN203

17.12桥接的重要性205

17.13本章小结205

练习205

第18章 广域网技术和动态路由207

18.1引言207

18.2大跨度与广域网207

18.3传统广域网体系结构207

18.4组建广域网209

18.5存储转发模式209

18.6广域网寻址210

18.7基于下一跳的转发211

18.8源独立性212

18.9域网动态路由更新213

18.10默认路由214

18.11转发表的计算215

18.12分布式路由计算215

18.13最短路径和权值218

18.14路由中的问题219

18.15本章小结219

练习220

第19章 网络技术的过去和现在221

19.1引言221

19.2连接和接入技术221

19.3局域网技术222

19.4广域网技术223

19.5本章小结226

练习226

第四部分 使用TCP/IP实现网络互联228

第20章 网络互联：概念、体系结构与协议228

20.1引言228

20.2网络互联的动机228

20.3普遍服务的概念228

20.4异构世界的普遍服务229

20.5网络互联229

20.6使用路由器连接物理网络229

20.7互联网体系结构230

20.8内联网和互联网230

20.9实现普遍服务231

20.10虚拟网络231

20.11网络互联协议232

20.12 TCP/IP分层模型回顾232

20.13主机、路由器与协议分层233

20.14本章小结233

练习233

第21章 IP：互联网编址235

21.1引言235

21.2向IPv6的迁移235

21.3沙漏模型与迁移的困难235

21.4虚拟互联网的地址236

21.5 IP编址方案237

21.6 IP地址的层次结构237

21.7 IPv4地址的原始类别238

21.8 IPv4的点分十进制表示法239

21.9地址分配的权威机构239

21.10 IPv4子网与无类编址240

21.11地址掩码241

21.12 IPv4的CIDR表示形式242

21.13一个CIDR的例子242

21.14 CIDR形式的主机地址244

21.15特殊的IPv4地址244

21.16特殊IPv4地址总结246

21.17 IPv4伯克利广播地址形式246

21.18路由器与IPv4编址原则246

21.19多宿主主机247

21.20 IPv6多宿主与网络重编号247

21.21 IPv6编址248

21.22 IPv6的冒号十六进制表示法249

21.23本章小结250

练习250

第22章 数据报转发252

22.1引言252

22.2无连接服务252

22.3虚拟分组252

22.4 IP数据报253

22.5 IPv4数据报头部格式254

22.6 IPv6数据报头部格式255

22.7 IPv6基本头部格式255

22.8转发IP数据报256

22.9网络前缀提取与数据报转发257

22.10最长前缀匹配258

22.11目的地址与下一跳地址258

22.12尽力而为传递259

22.13 IP封装259

22.14跨越互联网的传输260

22.15 MTU与数据报分片261

22.16 IPv6数据报分片262

22.17 IP数据报片段重组263

22.18收集数据报片段264

22.19片段丢失的后果264

22.20对IPv4片段进行分片265

22.21本章小结265

练习266

第23章 支撑协议与技术267

23.1引言267

23.2地址解析267

23.3 IPv4地址示例268

23.4 IPv4地址解析协议（ARP）268

23.5 ARP消息格式269

23.6 ARP封装270

23.7 ARP缓存与消息处理271

23.8 概念性地址边界272

23.9互联网控制消息协议（ICMP）273

23.10 ICMP消息格式及封装274

23.11 IPv6通过邻居发现实现地址绑定274

23.12协议软件、参数与配置274

23.13动态主机配置协议（DHCP）275

23.14 DHCP协议的运行与优化276

23.15 DHCP消息格式276

23.16通过中继的间接DHCP服务器访问278

23.17 IPv6自动配置278

23.18网络地址翻译（NAT）278

23.19 NAT运行与IPv4私有地址279

23.20传输层NAT（NAPT）280

23.21 NAT与服务器281

23.22家用NAT软件与系统282

23.23本章小结282

练习283

第24章 UDP：数据报传送服务285

24.1引言285

24.2传送协议与端到端通信285

24.3用户数据报协议285

24.4无连接模式286

24.5面向消息的接口286

24.6 UDP通信语义287

24.7交互模式与组播传递287

24.8基于协议端口号的端点识别288

24.9 UDP数据报格式288

24.10 UDP校验和与伪头部289

24.11 UDP封装290

24.12本章小结290

练习290

第25章 TCP：可靠传输服务292

25.1引言292

25.2传输控制协议292

25.3 TCP向应用提供的服务292

25.4端到端服务与虚连接293

25.5传输协议使用的技术294

25.6避免拥塞的技术297

25.7协议设计的艺术298

25.8 TCP处理丢包的技术299

25.9适应性重传300

25.10重传时间的比较300

25.11缓冲区、流控制和窗口301

25.12 TCP的三次握手302

25.13 TCP拥塞控制303

25.14 TCP拥塞控制的版本304

25.15其他变种：SACK与ECN304

25.16 TCP段格式305

25.17本章小结306

练习306

第26章 互联网路由与路由协议308

26.1引言308

26.2静态路由与动态路由308

26.3主机中的静态路由与默认路由308

26.4动态路由与路由器309

26.5全球互联网路由310

26.6自治系统概念310

26.7互联网路由协议的两种类型311

26.8路由与数据流量313

26.9边界网关协议（BGP）313

26.10路由信息协议（RIP）314

26.11 RIP分组格式315

26.12开放最短路径优先协议（OSPF）315

26.13 OSPF图的示例316

26.14 OSPF区域317

26.15中间系统-中间系统（IS-IS）317

26.16组播路由318

26.17本章小结321

练习321

第五部分 计算机网络的其他方面——网络性能、服务质量、安全、管理，以及新兴技术324

第27章 网络性能（服务质量与区分服务）324

27.1引言324

27.2性能测量324

27.3时延或延迟324

27.4容量、吞吐率、有效吞吐率325

27.5理解吞吐率与时延326

27.6延迟抖动327

27.7延迟与吞吐率的关系328

27.8测量延迟、吞吐率与延迟抖动329

27.9被动测量、小分组与NetFlow330

27.10服务质量（QoS）331

27.11细粒度与粗粒度QoS332

27.12 QoS的实施333

27.13互联网QoS技术335

27.14本章小结335

练习336

第28章 多媒体与IP电话（VoIP）338

28.1引言338

28.2实时数据传输与尽力而为传递338

28.3延迟播放与延迟抖动缓冲338

28.4实时传输协议（RTP）339

28.5 RTP封装340

28.6 IP电话341

28.7信令与VoIP信令标准341

28.8 IP电话系统的组成342

28.9协议和分层的概述345

28.10 H.323的特征345

28.11H.323分层345

28.12 SIP的特征与方法346

28.13一个SIP会话的例子346

28.14电话号码映射与路由347

28.15本章小结348

练习348

第29章 网络安全350

29.1引言350

29.2犯罪利用与攻击350

29.3安全策略352

29.4责任与控制353

29.5安全技术353

29.6哈希：完整性与认证机制354

29.7访问控制与口令354

29.8加密：基本的安全技术355

29.9私钥加密355

29.10公钥加密356

29.11使用数字签名的认证356

29.12密钥授权与数字证书357

29.13防火墙358

29.14基于分组过滤器实现的防火墙359

29.15入侵检测系统360

29.16内容扫描与深度包检测361

29.17虚拟专用网络（VPN ）362

29.18 VPN技术在远程办公的应用363

29.19分组加密vs隧道363

29.20安全技术365

29.21本章小结366

练习367

第30章 网络管理（SNMP）369

30.1引言369

30.2管理一个内联网369

30.3 FCAPS：工业界标准模型369

30.4网络元素举例371

30.5网络管理工具372

30.6网络管理应用373

30.7简单网络管理协议（SNMP）373

30.8 SNMP的获取-储存模式374

30.9 SNMP MIB与对象名字375

30.10 MIB变量的种类375

30.11对应数组的MIB变量375

30.12本章小结376

练习377

第31章 软件定义网络（SDN）378

31.1引言378

31.2市场宣传与现实378

31.3新方案的动机378

31.4网络元素的概念构成380

31.5控制平面模块与硬件接口381

31.6新架构：软件定义网络381

31.7未解决的问题382

31.8共享控制器与网络连接383

31.9 SDN通信384

31.10 OpenFlow：控制器-网元通信协议384

31.11交换机中的分类引擎385

31.12 TCAM与高速分类386

31.13跨越多个协议层的分类387

31.14 TCAM规模与多模式需求387

31.15 OpenFlow可指定的项目388

31.16传统及扩展的IP转发389

31.17采用二层MPLS的端到端路径389

31.18动态规则创建与流控制390

31.19流表的流水线模型390

31.20 SDN对网络供应商的潜在影响391

31.21本章小结392

练习392

第32章 物联网393

32.1引言393

32.2嵌入式系统393

32.3选择一项网络技术394

32.4能量收集395

32.5低功耗无线通信395

32.6网状拓扑395

32.7 ZigBee联盟396

32.8 802.15.4无线电与无线网状网络396

32.9互联网连接与网状路由397

32.10 ZigBee网状网络中的IPv6398

32.11ZigBee的转发模式398

32.12 ZigBee协议栈的其他协议400

32.13本章小结400

练习400

第33章 网络技术及应用的发展趋势402

33.1引言402

33.2对可扩展互联网服务的需求402

33.3内容缓存（Akamai）402

33.4 Web负载均衡器403

33.5服务器虚拟化403

33.6对等通信404

33.7分布式数据中心与复制404

33.8通用表示（XML）404

33.9社交网络405

33.10移动性与无线网络405

33.11数字视频405

33.12更高速的接入和交换405

33.13云计算406

33.14覆盖网络406

33.15中间件407

33.16 IPv6的广泛部署407

33.17本章小结408

练习408

附录 一套简化的应用编程接口409