本书共分9章。第1章主要介绍计算机通信与网络的基本概念和发展历史。第2章侧重通信技术基础、及物理层的概念和功能。第3章描述了数据链路层的基本概念和功能。第4章是关于局域网与广域网技术。第5章介绍网络层与网络互连技术。第6章为传输层,重点讲述TCP和UDP这两种传输协议。第7章涉及应用层的基本内容。第8章介绍了网络管理的内容与相关协议。第9章侧重计算机网络的新技术。
以因特网(互联网)为标志的计算机网络的发展,改变了人们的生活方式,引起了巨大的社会变革。而计算机网络与通信技术的融合为我们展示了更宽广的应用前景。基于IP技术的网络互连与通信使其理论和技术研究面临新的挑战,各类层次的人才培养需求不断增大。本书正是紧紧抓住计算机网络与通信技术的结合点,以TCP/IP协议为基础,深入浅出、全面系统地阐述了计算机通信与网络所涉及的基本概念和基本内容。
本书是国家精品课程“计算机通信与网络”的配套教材,总结了我们近30年来讲授该课程的经验和体会,并参照了美国ACM(Association for Computing Machinery,美国计算机协会)、AIS(Association for Information Systems,信息系统协会)和IEEE CS(美国电子与电气工程师协会计算机学会)于2004年联合公布的计算学科教程CC2004(Computing Curricula 2004),以及中国计算机学会公布的CCC2004(China Computing Curricula 2004,中国计算机科学与技术学科教程2004),教材内容覆盖了研究生入学考试课程——“计算机学科专业基础综合考试”中“计算机网络”课程的大纲范围。
全书共分9章。第1章主要介绍计算机通信与网络的基本概念和发展历史;第2章侧重通信技术基础以及物理层的概念和功能;第3章描述了数据链路层的基本概念和功能;第4章是关于局域网与广域网技术;第5章介绍网络层与网络互连技术,包括基本概念和路由协议;第6章为传输层,重点讲述TCP和UDP这两种传输协议;第7章涉及应用层的基本内容,重点介绍了常用的应用协议,如DNS、FTP、WWW和电子邮件等;第8章介绍了网络管理的内容与相关协议,以及网络安全相关的知识等;第9章侧重计算机网络的新技术,特别是基于IPv6的下一代网络、无线网络与多媒体网络等技术。
该教材的第一版于2009年8月第一次印刷并开始使用。虽然该教材无论是设计理念,还是内容编排,在当时国内同类教材中都属于比较先进的,并且在第二次印刷的时候,也修改了一些错别字或者其他小错误,但是为了体现网络技术新发展带来的新问题、新动向,我们于2013年对该教材展开了修订工作,并获得“十二五”江苏省高等学校重点规划教材立项。
此次修订在不增加教材篇幅的基础上,重新调整了知识体系与教学内容。为了满足工科类院校网络课程的教学需求,对教学内容的取舍做了重新规划和分布,去除了各课程之间的交叉重叠,加强或新增部分适合工科类大学生专业水平的教学内容。
全书每章附有大量例题和练习题,供教学选用,以便巩固所学内容。电子教案等教学辅助材料可在清华大学出版社的相关网址下载,或向yangg@njupt.edu.cn垂询。
本书由国家精品课程组杨庚、章韵、胡素君、叶晓国、成卫青、李鹏、倪晓军、沈金龙等老师编写,由杨庚老师负责统稿。南京邮电大学教务处对教材的编写给予了帮助,本书中引用了其他同行的工作成果,在此一并表示感谢。
由于作者水平有限,书中难免存在错误与不妥之处,敬请读者批评指正。
编者2015年5月
第1章概论1
1.1计算机通信与网络发展过程1
1.1.1主要发展过程1
1.1.2我国的网络发展现状3
1.2计算机通信与网络基本概念5
1.2.1计算机网络的定义6
1.2.2计算机网络的组成6
1.3网络的类型及其特征7
1.3.1根据网络拓扑结构分类7
1.3.2根据网络覆盖的范围分类8
1.3.3无线网络9
1.4计算机通信协议与网络体系结构10
1.4.1通信协议与分层体系结构10
1.4.2OSIRM体系结构12
1.4.3TCP/IP体系结构15
1.4.4OSIRM和TCP/IP体系结构的比较17
1.4.5网络通信标准化组织17
本章小结18
练习题19
第2章数据通信技术基础21
2.1数据通信的基本概念21
2.1.1数据、信息和信号21
2.1.2数据通信系统22
2.1.3传输媒体24
2.1.4数据通信系统的技术指标28
2.2数据传输方式31
2.2.1并行传输与串行传输32
2.2.2异步传输与同步传输32
2.2.3单工、半双工和全双工传输34
2.2.4模拟传输和数字传输34
◆计算机通信与网络(第2版)目录2.3数据传送技术35
2.3.1数据序列的电信号表示35
2.3.2信道容量的概念38
2.3.3基带传输39
2.3.4频带传输39
2.3.5数字数据传输40
2.4多路复用技术41
2.4.1频分复用42
2.4.2时分复用42
2.4.3码分复用44
2.4.4波分复用45
2.5数据交换技术45
2.5.1电路交换45
2.5.2报文交换47
2.5.3分组交换47
2.6差错控制技术49
2.6.1差错控制的基本原理49
2.6.2差错控制的方式50
2.6.3奇偶校验码51
2.6.4汉明码51
2.6.5循环冗余校验码53
2.7数据通信接口特性55
本章小结58
练习题59
第3章数据链路层61
3.1数据链路层的基本概念61
3.1.1数据电路和数据链路61
3.1.2链路的结构62
3.1.3数据链路层的功能63
3.2流量控制和差错控制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滑动窗口协议72
3.2.4连续ARQ协议75
3.2.5选择ARQ协议77
3.2.6差错控制79
3.3点对点信道的数据链路层协议79
3.3.1数据链路层协议概述79
3.3.2面向比特的传输控制规程80
3.3.3Internet中的点对点协议85
3.4多路访问信道的数据链路层89
3.4.1信道共享技术90
3.4.2竞争系统的介质访问控制技术91
3.4.3环型网介质访问方法94
3.4.4令牌总线介质访问方法97
3.4.5无线局域网介质访问控制方法98
本章小结98
练习题100
第4章局域网与广域网102
4.1局域网的基本概念102
4.1.1局域网的定义102
4.1.2局域网的技术特性103
4.1.3局域网的相关标准105
4.2以太网技术106
4.2.1以太网概述106
4.2.2以太网的MAC层107
4.2.3以太网的工作参数110
4.2.4以太网的信道利用率110
4.2.5以太网的连接方法112
4.3局域网的扩展113
4.3.1在物理层扩展局域网113
4.3.2在数据链路层扩展局域网113
4.4高速以太网117
4.4.1100BASET以太网117
4.4.2千兆以太网118
4.4.3万兆以太网119
4.5虚拟局域网120
4.5.1虚拟局域网的概念120
4.5.2虚拟局域网的工作原理120
4.6无线局域网122
4.6.1无线局域网的概念122
4.6.2无线局域网的物理层124
4.6.3无线局域网的MAC层124
4.7广域网128
4.7.1广域网的基本概念128
4.7.2广域网中的分组交换129
4.7.3X.25分组交换网131
4.7.4帧中继132
4.7.5异步传递方式133
本章小结135
练习题136
第5章网络层与网络互连137
5.1网络层概念137
5.2网络互连139
5.2.1分类的IP地址139
5.2.2IP地址的分配与使用140
5.2.3因特网地址到物理地址的映射142
5.2.4逆地址解析协议144
5.2.5IP数据报144
5.2.6无连接的数据报传送149
5.3差错与控制报文协议(ICMP)152
5.3.1ICMP报文152
5.3.2目的不可达报文153
5.3.3超时报文154
5.3.4源抑制报文154
5.3.5回应请求与应答报文155
5.4子网编址及无分类编址与CIDR155
5.4.1子网编址156
5.4.2子网转发158
5.4.3代理ARP159
5.4.4无编号的点对点网络160
5.4.5无分类编址与CIDR161
5.4.6使用CIDR时的路由查找算法162
5.4.7专用IP地址163
5.5因特网的路由选择协议164
5.5.1自治系统与路由选择协议分类164
5.5.2内部网关协议RIP166
5.5.3内部网关协议OSPF169
5.5.4外部网关协议BGP176
5.6IP组播180
5.6.1IP组播基本概念 180
5.6.2IP组播地址和IP协议对组播的处理181
5.6.3IP组管理协议183
5.6.4组播转发和路由选择184
5.7移动IP186
5.7.1移动IP的概念186
5.7.2移动IP的通信过程187
5.8专用网络互连(VPN和NAT)189
5.8.1虚拟专用网189
5.8.2网络地址转换190
本章小结192
练习题193
第6章传输层195
6.1传输服务195
6.1.1传输层的功能195
6.1.2传输层编址197
6.1.3无连接服务和面向连接服务197
6.2无连接的传输层协议UDP198
6.2.1UDP概述198
6.2.2UDP首部格式198
6.2.3UDP实例199
6.3面向连接的传输层协议TCP200
6.3.1TCP概述200
6.3.2TCP首部格式200
6.3.3TCP连接管理202
6.3.4TCP可靠传输205
6.3.5TCP流量控制208
6.3.6TCP拥塞控制209
6.3.7TCP实例211
6.4套接字212
6.4.1套接字的概念212
6.4.2套接字编程213
本章小结214
练习题215
第7章应用层217
7.1网络应用模式217
7.1.1以大型机为中心的应用模式218
7.1.2以服务器为中心的应用模式218
7.1.3客户机/服务器应用模式218
7.1.4基于Web的客户机/服务器应用模式219
7.1.5P2P模式221
7.2网络基本服务221
7.2.1域名系统221
7.2.2远程登录226
7.2.3文件传输协议226
7.2.4简单文件传输协议228
7.2.5引导程序协议与动态主机配置协议229
7.3电子邮件系统与SMTP230
7.3.1电子邮件系统的组成230
7.3.2SMTP231
7.3.3POP3和IMAP4232
7.3.4MIME233
7.4万维网与HTTP238
7.4.1超文本传输协议239
7.4.2超文本标记语言242
本章小结244
练习题245
第8章网络管理和网络安全247
8.1网络管理的基本概念247
8.1.1网络管理的发展及逻辑结构247
8.1.2网络管理标准化250
8.2网络管理的主要功能250
8.3网络管理协议253
8.3.1网络管理协议的产生与发展253
8.3.2公共管理信息协议(CMIP)254
8.3.3简单网络管理协议(SNMP)257
8.4网络安全概述262
8.4.1网络安全性的威胁因素262
8.4.2网络安全的目标263
8.4.3安全服务与安全机制265
8.5数据加密技术267
8.5.1对称密钥密码技术267
8.5.2非对称密钥密码技术269
8.6用户身份认证270
8.6.1基于共享密钥的用户认证协议271
8.6.2基于公开密钥算法的用户认证协议271
8.6.3基于密钥分发中心的用户认证协议272
8.6.4数字签名273
8.6.5报文摘要274
8.7IPSec与虚拟专用网274
8.8高层安全278
8.9其他安全技术280
8.9.1防火墙技术280
8.9.2入侵检测系统281
本章小结282
练习题282
第9章网络技术发展动态284
9.1基于IPv6的下一代因特网284
9.1.1IP网的QoS技术284
9.1.2基于IPv6的NGI288
9.2基于软交换/IMS的下一代网络291
9.2.1软交换技术291
9.2.2软交换相关协议294
9.2.3IMS298
9.3可信网络和普适服务302
9.3.1可信网络302
9.3.2普适服务305
本章小结307
练习题307
主要参考文献309