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第一部分 网络基础2

第1章 计算机网络的发展2

1.1 引言2

1.2 计算机网络的起源2

1.2.1 计算机网络是计算和通信技术发展的产物2

1.2.2 批处理系统3

1.2.3 多终端系统：计算机网络的原型3

1.3 第一代计算机网络4

1.3.1 第一代广域网（WAN）4

1.3.2 第一代局域网（LAN）6

1.4 网络融合7

1.4.1 LAN和WAN的融合7

1.4.2 计算机网络和电信网络的融合9

小结10

复习题10

练习题11

第2章 网络设计的一般原理12

2.1 引言12

2.2 共享计算机资源的问题12

2.2.1 计算机与外部设备间的交互作用12

2.2.2 两个计算机间最简单的交互作用14

2.2.3 网络应用程序16

2.3 使用通信链路的物理数据传输的问题17

2.3.1 编码18

2.3.2 物理链路的特性19

2.4 多台计算机交互的问题20

2.4.1 物理链路的拓扑20

2.4.2 网络节点的编址22

2.4.3 交换24

2.5 通用的交换问题24

2.5.1 流定义24

2.5.2 路由25

2.5.3 数据转发27

2.5.4 多路复用和解多路复用28

2.5.5 共享介质29

2.5.6 交换类型30

小结31

复习题31

练习题32

第3章 分组和电路交换33

3.1 引言33

3.2 电路交换33

3.2.1 连接建立34

3.2.2 建立请求的阻塞34

3.2.3 保证带宽34

3.2.4 多路复用35

3.2.5 传送突发流量的低效率39

3.3 分组交换37

3.3.1 缓存与队列37

3.3.2 分组转发方法39

3.3.3 数据报传输39

3.3.4 逻辑连接41

3.3.5 虚电路41

3.3.6 电路交换网络与分组交换网络的比较43

3.4 在共享介质网络中的分组交换48

3.4.1 介质共享的原理48

3.4.2 LAN结构的理由49

3.4.3 LAN的物理构造50

3.4.4 共享介质网络的逻辑构造51

3.4.5 作为标准技术例子的以太网53

小结54

复习题55

练习题55

第4章 网络体系结构与标准57

4.1 引言57

4.2 网络节点互动的分解57

4.2.1 多层的方法57

4.2.2 协议和协议栈59

4.3 OSI模型60

4.3.1 OSI模型的一般特性60

4.3.2 物理层62

4.3.3 数据链路层62

4.3.4 网络层63

4.3.5 运输层66

4.3.6 会话层67

4.3.7 表示层67

4.3.8 应用层67

4.3.9 OSI模型和电路交换网络67

4.4 网络标准67

4.4.1 开放系统的概念68

4.4.2 标准的类型68

4.4.3 因特网标准69

4.4.4 通信协议的标准栈69

4.4.5 流行协议栈与OSI模型间的对应关系74

4.5 信息和运输服务75

4.5.1 网络元素的协议分布76

4.5.2 运输系统的辅助协议77

小结78

复习题78

练习题79

第5章 网络的例子80

5.1 引言80

5.2 电信网络的一般结构80

5.2.1 接入网81

5.2.2 主干81

5.2.3 数据中心81

5.3 电信运营商网络82

5.3.1 服务82

5.3.2 客户83

5.3.3 基础结构84

5.3.4 覆盖的范围85

5.3.5 不同类型运营商间的关系85

5.4 公司网络86

5.4.1 部门网87

5.4.2 楼宇或校园网87

5.4.3 企业范围的网络88

5.5 因特网90

5.5.1 因特网的独特性90

5.5.2 因特网的结构91

5.5.3 因特网的边界93

小结95

复习题95

练习题96

第6章 网络的特性97

6.1 引言97

6.2 特性的类型97

6.2.1 主观质量特性97

6.2.2 网络特性和要求98

6.2.3 时间尺度98

6.2.4 服务水平约定99

6.3 性能99

6.3.1 理想的网络99

6.3.2 分组延迟的特性101

6.3.3 信息率的特性103

6.4 可靠性104

6.4.1 分组丢失特性104

6.4.2 可用性和容错104

6.4.3 可替换的路由105

6.4.4 数据重传和滑动窗口106

6.5 安全108

6.5.1 计算机和网络安全109

6.5.2 数据保密性、完整性和可用性109

6.5.3 网络安全服务110

6.6 仅用于服务提供商的特性111

6.6.1 可扩展性和可延拓性111

6.6.2 可管理性112

6.6.3 兼容性112

小结112

复习题113

练习题113

第7章 保证服务质量的方法114

7.1 引言114

7.2 应用与QoS114

7.2.1 不同类型应用的QoS要求114

7.2.2 信息率的可预测性115

7.2.3 应用对分组延迟的敏感性116

7.2.4 应用对分组丢失的敏感性116

7.2.5 应用类别117

7.3 队列分析117

7.3.1 M/M/1模型118

7.3.2 作为分组处理模型的M/M/1119

7.4 QoS机制121

7.4.1 在低负载方式下运行121

7.4.2 不同的服务类别121

7.5 队列管理算法122

7.5.1 FIFO算法122

7.5.2 优先权排队122

7.5.3 加权排队124

7.5.4 混合的排队算法125

7.6 反馈125

7.6.1 目的125

7.6.2 反馈参与者126

7.6.3 反馈信息127

7.7 资源预留128

7.7.1 资源预留和分组交换128

7.7.2 基于预留的QoS系统131

7.8 流量工程133

7.8.1 传统路由方法的不足133

7.8.2 流量工程的思想134

7.8.3 不同流量类别的流量工程136

小结137

复习题137

练习题137

第二部分 物理层技术140

第8章 传输链路140

8.1 引言140

8.2 分类140

8.2.1 传输网、电路和链路140

8.2.2 介质141

8.2.3 传输设备142

8.3 传输链路特性143

8.3.1 通信链路中信号的频谱分析143

8.3.2 衰减与阻抗145

8.3.3 抗噪声与传输可靠性146

8.3.4 带宽与容量148

8.3.5 比特与波特149

8.3.6 带宽与容量间的相关性150

8.4 电缆类型151

8.4.1 非屏蔽和屏蔽双绞线151

8.4.2 同轴电缆152

8.4.3 光缆153

8.4.4 楼宇的结构化布线系统154

小结155

复习题155

练习题156

第9章 数据编码和多路复用157

9.1 引言157

9.2 调制157

9.2.1 传输模拟信号时的调制157

9.2.2 传输离散信号时的调制157

9.2.3 组合调制方式158

9.3 数字化模拟信号160

9.3.1 脉冲编码调制160

9.3.2 数字化声音161

9.4 编码方法161

9.4.1 选择编码方法161

9.4.2 电平不归零码162

9.4.3 双极标记交替反转编码163

9.4.4 “1”翻转的不归零码163

9.4.5 双极脉冲编码164

9.4.6 曼彻斯特编码164

9.4.7 2B1Q电平码164

9.4.8 冗余码165

9.4.9 扰频165

9.4.10 数据压缩167

9.5 差错检测与校正168

9.5.1 差错检测技术168

9.5.2 差错校正169

9.6 多路复用和交换169

9.6.1 基于FDM和WDM的电路交换170

9.6.2 基于TDM的电路交换171

9.6.3 信道运行的双工方式172

小结173

复习题173

练习题174

第10章 无线传输175

10.1 引言175

10.2 无线介质175

10.2.1 无线通信的优点175

10.2.2 无线链路176

10.2.3 电磁频谱176

10.2.4 电磁波的传播177

10.2.5 许可178

10.3 无线系统179

10.3.1 点对点系统179

10.3.2 点对多点系统180

10.3.3 多点对多点系统181

10.3.4 卫星系统181

10.3.5 同步卫星183

10.3.6 媒体和中低轨道卫星183

10.4 扩频技术184

10.4.1 跳频扩频185

10.4.2 直接序列扩频186

10.4.3 码分多路访问187

小结188

复习题189

练习题189

第11章 传输网络190

11.1 引言190

11.2 PDH网190

11.2.1 速率层次190

11.2.2 多路复用方法191

11.2.3 PDH技术的局限性192

11.3 SONET/SDH网193

11.3.1 速率层次与多路复用方法193

11.3.2 设备类型195

11.3.3 协议栈196

11.3.4 STM-N帧196

11.3.5 典型的拓扑198

11.3.6 保证网络抗毁性的方法199

11.4 DWDM网络202

11.4.1 运行原理203

11.4.2 光纤放大器204

11.4.3 典型的拓扑205

11.4.4 光添加／丢弃多路复用器206

11.4.5 光交叉连接器207

11.5 案例学习208

小结209

复习题210

练习题211

第三部分 局域网214

第12章 以太网214

12.1 引言214

12.2 LAN协议的一般特性214

12.2.1 标准拓扑和共享介质214

12.2.2 LAN协议栈215

12.2.3 IEEE 802.x标准的结构219

12.3 CSMA/CD220

12.3.1 MAC地址220

12.3.2 介质访问和数据传输221

12.3.3 冲突222

12.3.4 路径延迟值和冲突检测223

12.4 以太网帧格式224

12.4.1 802.3/LLC225

12.4.2 原始802.3/Novell 802.3帧226

12.4.3 以太网DIX／以太网II帧226

12.4.4 以太网SNAP帧226

12.4.5 使用各种类型的以太网帧226

12.5 以太网的最好性能227

12.6 以太网物理介质规范228

12.6.1 10Base-5229

12.6.2 10Base-2230

12.6.3 10Base-T231

12.6.4 光纤以太网233

12.6.5 冲突域234

12.6.6 10Mb/s以太网标准的公共特性234

12.7 案例学习234

小结237

复习题238

练习题239

第13章 高速以太网241

13.1 引言241

13.2 快速以太网241

13.2.1 历史概述241

13.2.2 快速以太网的物理层242

13.2.3 100Base-FX/TX/T4规范243

13.2.4 使用中继器构建快速以太网段的规则245

13.2.5 100VG-AnyLAN的特殊性质246

13.3 千兆以太网247

13.3.1 历史概述247

13.3.2 问题248

13.3.3 保证200m直径的网络249

13.3.4 802.3z物理介质规范249

13.3.5 基于5类双绞线的千兆以太网249

小结250

复习题251

练习题251

第14章 共享介质的LAN253

14.1 引言253

14.2 令牌环253

14.2.1 令牌传递访问253

14.2.2 令牌环物理层255

14.3 FDDI256

14.3.1 主要的FDDI特性256

14.3.2 FDDI容错257

14.4 无线LAN259

14.4.1 无线LAN的特殊性质259

14.4.2 IEEE 802.11协议栈261

14.4.3 802.11 LAN的拓扑262

14.4.4 访问共享介质263

14.4.5 安全265

14.5 PAN与蓝牙266

14.5.1 PAN的特殊性质266

14.5.2 蓝牙的体系结构266

14.5.3 蓝牙协议栈268

14.5.4 蓝牙帧269

14.5.5 蓝牙如何运作270

14.6 共享介质LAN的设备270

14.6.1 网络适配器的主要功能271

14.6.2 集中器的主要功能272

14.6.3 自动分隔273

14.6.4 反相链路的支持274

14.6.5 保护以防未授权访问274

14.6.6 多段集中器275

14.6.7 集中器设计276

小结277

复习题278

练习题279

第15章 交换LAN基础280

15.1 引言280

15.2 使用网桥和交换机的逻辑网络结构280

15.2.1 共享介质LAN的优点与不足280

15.2.2 逻辑网络结构的优点281

15.2.3 IEEE 802.1D标准的透明网桥算法283

15.2.4 交换机LAN的拓扑局限性287

15.3 交换机288

15.3.1 交换机的特殊性质288

15.3.2 无阻塞的交换机292

15.3.3 克服拥塞292

15.3.4 数据链路层协议的翻译293

15.3.5 流量过滤294

15.3.6 交换机体系结构和设计294

15.3.7 交换机的性能特性297

15.4 全双工LAN协议299

15.4.1 在全双工模式运行中引入MAC层的变化299

15.4.2 在全双工模式中拥塞控制的问题300

15.4.3 10G以太网301

小结303

复习题303

练习题304

第16章 交换LAN的高级特性305

16.1 引言305

16.2 生成树算法305

16.2.1 必要的定义306

16.2.2 构建生成树的三步过程307

16.2.3 STA的优点和不足309

16.3 LAN中的链路聚合309

16.3.1 干线与逻辑信道309

16.3.2 消除帧的生育311

16.3.3 端口选择312

16.4 虚拟LAN314

16.4.1 VLAN目的315

16.4.2 构建基于一个交换机的VLAN316

16.4.3 构建基于多个交换机的VLAN316

16.5 LAN中的服务质量319

16.6 网桥和交换机的局限性321

16.7 案例学习321

小结322

复习题323

第四部分 TCP/IP网际互联326

第17章 TCP/IP网络中的寻址326

17.1 引言326

17.2 TCP/IP栈的地址类型326

17.2.1 本地地址326

17.2.2 IP网络地址327

17.2.3 域名327

17.3 IP地址格式328

17.3.1 IP地址的分类328

17.3.2 特殊的IP地址329

17.3.3 在IP地址中使用掩码330

17.4 IP地址分配顺序331

17.4.1 自治网络中的地址分配331

17.4.2 集中式的地址分配332

17.4.3 寻址和CIDR332

17.5 将IP地址映射到本地地址333

17.5.1 ARP334

17.5.2 代理ARP337

17.6 DNS338

17.6.1 平面符号名称338

17.6.2 层次式符号名称338

17.6.3 DNS的操作方式339

17.6.4 反向搜索区域341

17.7 DHCP341

17.7.1 DHCP方式342

17.7.2 动态地址分配算法343

小结344

复习题345

练习题346

第18章 因特网协议347

18.1 引言347

18.2 IP分组格式347

18.3 IP路由方法349

18.3.1 简化的路由表结构350

18.3.2 端节点上的路由表352

18.3.3 搜索不含掩码的路由表352

18.3.4 不同格式路由表的例子353

18.3.5 在路由表中记录的来源和类型356

18.3.6 不带掩码的IP路由的例子357

18.4 使用掩码的路由360

18.4.1 构造一个带同样长度掩码的网络360

18.4.2 考虑掩码的表查找算法362

18.4.3 使用可变长的掩码363

18.4.4 复用地址空间365

18.4.5 路由和CIDR368

18.5 IP分组的分片369

18.5.1 MTU作为一个技术参数370

18.5.2 分片参数370

18.5.3 分片和组装分组的过程371

18.5.4 分片的例子371

18.6 IPv6372

18.6.1 TCP/IP栈的新方向372

18.6.2 可延拓的寻址系统373

18.6.3 灵活的头格式377

18.6.4 减少路由器的负荷378

小结378

复习题379

练习题380

第19章 TCP/IP栈的核心协议381

19.1 引言381

19.2 TCP和UDP运输层协议381

19.2.1 端口381

19.2.2 UDP382

19.2.3 TCP段格式384

19.2.4 作为TCP可靠性基础的逻辑连接385

19.2.5 序列号和确认号387

19.2.6 接收端窗口388

19.2.7 累积确认原则389

19.2.8 确认超时390

19.2.9 控制接收端窗口390

19.3 路由协议391

19.3.1 路由协议的分类391

19.3.2 路由信息协议395

19.3.3 开放最短路径优先400

19.3.4 边界网关协议402

19.4 因特网控制报文协议404

19.4.1 ICMP报文的类型405

19.4.2 回送请求／响应报文的格式：Ping实用程序406

19.4.3 错误报文格式：Traceroute实用程序406

小结408

复习题409

练习题410

第20章 IP路由器的高级特性411

20.1 引言411

20.2 过滤411

20.2.1 用户流量过滤411

20.2.2 路由公告过滤413

20.3 IP QoS414

20.3.1 IntServ和Difdserv QoS模型414

20.3.2 令牌桶算法415

20.3.3 随机早期检测416

20.3.4 集成服务框架和RSVP417

20.3.5 区分服务框架419

20.4 网络地址转换422

20.4.1 地址转换的原因422

20.4.2 传统的NAT422

20.4.3 基本的NAT423

20.4.4 地址和端口转换424

20.5 路由器426

20.5.1 路由器功能426

20.5.2 路由器按应用范围的分类427

小结431

复习题432

练习题432

第五部分 广域网436

第21章 虚电路WAN436

21.1 引言436

21.2 虚电路技术436

21.2.1 交换虚电路436

21.2.2 永久虚电路439

21.2.3 与数据报技术的比较439

21.3 X.25网络440

21.3.1 X.25网络的结构和目的440

21.3.2 X.25网络寻址441

21.3.3 X.25网络协议栈441

21.4 帧中继网442

21.4.1 帧中继协议栈443

21.4.2 QoS支持445

21.5 ATM技术447

21.5.1 ATM运行的主要原理447

21.5.2 ATM协议栈450

21.5.3 ATM适配层451

21.5.4 ATM协议452

21.5.5 ATM协议服务和流量控制的种类454

小结457

复习题458

练习题458

第22章 IP WAN460

22.1 引言460

22.2 纯IP WAN460

22.2.1 IP WAN结构460

22.2.2 HDLC族的协议462

22.2.3 点到点协议464

22.2.4 IP路由器使用的租用线465

22.3 在ATM或帧中继上的IP466

22.3.1 IP和ATM层间的通信466

22.3.2 配置路由器接口467

22.4 多协议标记交换468

22.4.1 在同一设备中组合交换和路由468

22.4.2 LSR和数据转发表468

22.4.3 标记交换路径470

22.4.4 MPLS头和数据链路技术471

22.4.5 标记栈472

22.4.6 MPLS应用领域474

22.4.7 MPLS内部网关协议474

22.4.8 MPLS流量工程476

22.5 网络管理479

22.5.1 网络管理系统的目的479

22.5.2 网络管理问题的功能组479

22.5.3 网络管理系统的体系结构480

22.5.4 基于SNMP的管理系统标准483

22.5.5 SNMP MIB结构483

22.5.6 SNMP报文格式486

22.5.7 RMON MIB规范487

小结489

复习题489

练习题490

第23章 远程访问491

23.1 引言491

23.2 远程访问的方法491

23.2.1 客户和终端设备的类型492

23.2.2 在本地环路的信息多路复用493

23.2.3 远程节点方式495

23.2.4 远程控制方式Telnet496

23.3 拨号模拟访问497

23.3.1 电话网运行的原理497

23.3.2 通过电话网远程访问499

23.3.3 调制解调器500

23.4 用ISDN拨号访问502

23.4.1 ISDN的目的和结构502

23.4.2 BRI和PRI接口503

23.4.3 ISDN协议栈504

23.4.4 用ISDN进行数据传输506

23.5 XDSL技术508

23.6 用有线电视访问510

23.7 无线访问511

小结512

复习题512

练习题513

第24章 安全的运输服务514

24.1 引言514

24.2 IPSec受保护的信道服务514

24.2.1 受保护的信道的服务层次514

24.2.2 IPSec协议间的功能分配515

24.2.3 IPSec中的加密516

24.2.4 安全关联517

24.2.5 运输和隧道模式518

24.2.6 AH协议520

24.2.7 ESP协议521

24.2.8 安全数据库521

24.3 虚拟专用网服务523

24.3.1 VPN定义523

24.3.2 VPN评价和比较的准则524

24.3.3 在流量分离基础上的VPN525

24.3.4 IPSec VPN527

24.4 MPLS VPN527

24.4.1 完全连接和绝对隔离528

24.4.2 MPLS VPN部件529

24.4.3 路由信息的分离530

24.4.4 用MP-BGP连接站点531

24.4.5 地址空间的无关性532

24.4.6 MP-BGP路由广告的生成534

24.4.7 在MPLS VPN上的分组转发534

24.4.8 形成VPN拓扑的机制535

24.4.9 安全水平537

小结537

复习题537

练习题538

结束语 展望未来539

参考文献与推荐阅读的书541