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第1篇 计算机网络技术 3

第1章 计算机网络概述 3

1.1 计算机网络的基本概念 3

1.1.1 什么是计算机网络 3

1.1.2 计算机网络的分类 5

1.2 计算机网络的发展历程 11

1.2.1 计算机网络的产生 11

1.2.2 分组交换网的出现 12

1.2.3 计算机网络体系结构的形成 14

1.2.4 局域网的产生与发展 15

1.2.5 Internet时代 16

1.3 计算机网络技术国际标准化组织 19

习题 21

第2章 计算机网络体系结构 23

2.1 ISO/OSI体系结构概述 23

2.1.1 开放系统互连参考模型（OSI/RM） 23

2.1.2 ISO/OSI的一些基本概念 25

2.1.3 ISO/OSI各层基本功能 28

2.2 TCP/IP体系结构概述 31

2.2.1 TCP/IP及其发展 31

2.2.2 TCP/IP体系结构 32

2.3 五层体系结构 34

习题 34

第3章 物理层 37

3.1 概述 37

3.2 数据通信系统的性能指标 39

3.2.1 信息传输速率与码元传输速率 39

3.2.2 时延和时延带宽积 41

3.2.3 误码率和误比特率 42

3.2.4 奈奎斯特准则与香农定理 43

3.3 数据传输方式 44

3.3.1 单工、全双工和半双工传输 44

3.3.2 异步传输和同步传输 45

3.3.3 频带传输和基带传输 48

3.4 调制解调技术 49

3.4.1 幅移键控（ASK） 50

3.4.2 频移键控（FSK） 50

3.4.3 相移键控（PSK） 50

3.4.4 多级调制和幅相键控（APK） 50

3.5 编码解码技术 51

3.5.1 不归零制编码 52

3.5.2 曼彻斯特编码 52

3.5.3 差分曼彻斯特编码 53

3.5.4 mB/nB编码 53

3.5.5 多进制编码 54

3.6 信道复用技术 55

3.6.1 频分复用（FDM） 56

3.6.2 时分复用（TDM） 56

3.6.3 统计时分复用（STDM） 57

3.6.4 准同步数字系列（PDH） 58

3.6.5 同步数字系列（SDH/SONET） 60

3.6.6 波分复用（WDM/DWDM/CWDM） 63

3.7 传输媒体 64

3.7.1 双绞线 64

3.7.2 同轴电缆 65

3.7.3 光纤 66

3.7.4 无线传输 67

习题 70

第4章 数据链路层 74

4.1 数据链路控制机制 74

4.1.1 引言 74

4.1.2 滑动窗口机制 76

4.1.3 停等ARQ 77

4.1.4 回退-N ARQ 79

4.1.5 选择重传ARQ 81

4.2 差错校验 82

4.2.1 奇偶校验 82

4.2.2 循环冗余校验 83

4.2.3 校验和 85

4.3 高级数据链路控制（HDLC） 86

4.3.1 HDLC链路配置和工作模式 86

4.3.2 HDLC帧格式和传输控制 87

4.4 Internet数据链路控制协议PPP 90

习题 93

第5章 局域网 96

5.1 IEEE802局域网体系结构 96

5.1.1 IEEE802局域网参考模型 96

5.1.2 媒体接入控制子层 98

5.1.3 逻辑链路控制子层 101

5.2 以太网的发展 103

5.3 以太网媒体接入控制方式CSMA/CD 105

5.3.1 随机接入技术先驱ALOHA 105

5.3.2 CSMA工作机理 107

5.3.3 CSMA/CD工作机理 109

5.3.4 CSMA/CD以太网传输特点 117

5.3.5 CSMA/CD以太网性能 118

5.4 以太网帧格式和数据封装 121

5.4.1 以太网帧格式 121

5.4.2 以太网数据封装 123

5.5 传统以太网 125

5.5.1 物理层、网络接口卡和中继器 125

5.5.2 粗缆以太网10Base5 128

5.5.3 细缆以太网10Base2 128

5.5.4 双绞线以太网10BaseT 130

5.5.5 光纤以太网10BaseF 133

5.6 高速以太网 133

5.6.1 100BaseT 134

5.6.2 千兆以太网 139

5.6.3 万兆以太网 143

5.7 全双工以太网 146

5.7.1 全双工以太网的特点 146

5.7.2 全双工以太网的流量控制 147

5.8 交换式以太网 148

5.8.1 网桥 149

5.8.2 交换机 152

5.8.3 交换式以太网及其特点 154

5.9 非主流局域网 156

5.9.1 令牌环 156

5.9.2 令牌总线 159

5.9.3 光纤分布数据接口（FDDI） 160

5.10 无线局域网（WLAN） 162

5.10.1 IEEE802.11 WLAN网络结构 162

5.10.2 IEEE802.11 WLAN物理层 163

5.10.3 IEEE802.11 WLAN MAC层 164

5.11 虚拟局域网（VLAN） 170

5.11.1 VLAN及其特点 170

5.11.2 VLAN划分 171

5.11.3 VLAN帧格式 172

5.11.4 VLAN运行 173

习题 174

第6章 广域网 183

6.1 广域网传输控制机制 183

6.1.1 数据交换技术 183

6.1.2 分组转发和动态路由 187

6.1.3 拥塞控制 190

6.2 帧中继 193

6.2.1 帧中继交换 193

6.2.2 帧中继体系结构 194

6.3 异步传输模式（ATM） 196

6.3.1 信元交换 196

6.3.2 ATM协议模型 197

6.3.3 ATM服务质量和服务类型 204

6.3.4 ATM通信量控制 206

习题 208

第7章 网络层 211

7.1 网络互联与路由器 211

7.1.1 网络互联 211

7.1.2 路由器 212

7.2 网际协议（IP） 214

7.2.1 网际层的服务和协议 214

7.2.2 分类IPv4地址及子网划分 215

7.2.3 地址解析协议（ARP） 219

7.2.4 IP数据报格式 223

7.2.5 IP数据报分片与重组 225

7.2.6 IP数据报转发 228

7.2.7 IP数据报选项 233

7.2.8 Internet控制报文协议（ICMP） 235

7.2.9 无类别域间路由（CIDR） 239

7.3 路由算法和路由协议 242

7.3.1 Internet两类路由协议 242

7.3.2 距离矢量路由算法 244

7.3.3 最短路径优先路由算法（SPF） 246

7.3.4 路由信息协议（RIP） 249

7.3.5 开放最短路径优先协议（OSPF） 255

7.3.6 边界网关协议（BGP） 261

7.4 Internet组管理协议（IGMP） 266

7.4.1 多播 266

7.4.2 IP多播组地址及其转换 267

7.4.3 IGMP协议 268

7.4.4 距离矢量多播路由协议（DVMRP） 270

习题 276

第8章 传输层 286

8.1 传输层端口 286

8.1.1 端口及其作用 286

8.1.2 传输层的复用和解复用 288

8.2 用户数据报协议（UDP） 289

8.2.1 UDP用户数据报 289

8.2.2 UDP伪报头 290

8.2.3 UDP的特点 290

8.3 传输控制协议（TCP） 291

8.3.1 TCP的编号与确认 291

8.3.2 TCP报文段 293

8.3.3 TCP连接管理 297

8.3.4 TCP重传机制 301

8.3.5 TCP流量控制 305

8.3.6 TCP拥塞控制 309

习题 313

第9章 应用层 317

9.1 网络应用模式 317

9.1.1 客户-服务器模式 317

9.1.2 浏览器-服务器模式 319

9.2 域名系统（DNS） 320

9.2.1 Internet的域名结构 320

9.2.2 域名解析 322

9.3 文件传送协议（FTP） 326

9.3.1 FTP的客户-服务器模式 327

9.3.2 FTP的访问控制 329

9.4 电子邮件 329

9.4.1 电子邮件系统概述 329

9.4.2 电子邮件的信息格式 332

9.4.3 简单的电子邮件传送协议（SMTP） 335

9.4.4 邮局协议（POP） 336

9.5 万维网（WWW） 337

9.5.1 万维网工作原理 337

9.5.2 统一资源定位符（URL） 343

9.5.3 超文本传送协议（HTTP） 344

9.5.4 超文本标记语言（HTML） 346

9.5.5 动态Web文档技术 349

9.5.6 活动Web文档技术 352

9.6 动态主机配置协议（DHCP） 354

9.7 简单网络管理协议（SNMP） 356

9.7.1 SNMP网络管理系统组成 356

9.7.2 SNMP协议 358

9.7.3 管理信息结构（SMI） 360

9.7.4 管理信息库（MIB） 364

习题 366

第10章 Socket网络应用编程 369

10.1 套接字Socket 369

10.1.1 网络应用程序编程接口 369

10.1.2 Socket机制 370

10.2 Socket网络通信程序设计 371

10.2.1 Socket的创建与关闭 371

10.2.2 绑定本地地址 373

10.2.3 建立连接 374

10.2.4 数据的发送与接收 377

10.2.5 客户-服务器模式的Socket实现框架 380

习题 383

第11章 网络安全 384

11.1 密码学基础 385

11.1.1 概述 385

11.1.2 对称密钥密码体制与DES算法 386

11.1.3 公开密钥密码体制与RSA算法 390

11.2 数字签名和报文摘要 393

11.2.1 数字签名 393

11.2.2 报文摘要 394

11.3 身份认证和密钥分发 396

11.3.1 基于对称密钥的认证和密钥分发 396

11.3.2 基于公钥的认证和公钥分发 398

11.4 Internet网络安全技术 400

11.4.1 防火墙技术 400

11.4.2 网际层安全技术 405

11.4.3 传输层安全技术 408

11.4.4 应用层安全技术 409

11.4.5 虚拟专用网（VPN） 412

习题 413

第12章 Internet的发展 417

12.1 下一代网际协议IPv6 417

12.1.1 IPv6产生的背景和特点 417

12.1.2 IPv6数据报格式 418

12.1.3 IPv6地址 421

12.1.4 IPv4向IPv6过渡 425

12.2 IP over ATM、SDH和DWM 428

12.2.1 IP over ATM 428

12.2.2 多协议标记交换（MPLS） 431

12.2.3 IP over SDH 434

12.2.4 IP over WDM 435

12.3 宽带接入网 436

12.3.1 非对称数字用户线（ADSL） 437

12.3.2 混合光纤同轴电缆网（HFC） 439

12.4 多媒体传输 442

12.4.1 多媒体及其传输 442

12.4.2 实时传输协议（RTP）与实时传输控制协议（RTCP） 445

12.4.3 H.323和会话发起协议（SIP） 451

12.5 QoS控制 456

12.5.1 综合服务（IntServ）与资源预留协议（RSVP） 456

12.5.2 区分服务（DiffServ） 463

习题 466

第13章 计算机网络规划与设计 469

13.1 计算机网络规划概述 469

13.1.1 计算机网络规划的作用 469

13.1.2 网络工程的基本内容 470

13.1.3 网络系统集成的层面 472

13.1.4 网络规划设计的基本原则 474

13.2 计算机网络的规划设计与实施 476

13.2.1 需求分析及可行性分析 476

13.2.2 计算机网络总体设计 478

13.2.3 网络分层拓扑结构的规划设计 479

13.2.4 网络设备的选型与比较 481

13.2.5 网络管理设计 485

13.2.6 网络安全系统设计 485

13.2.7 综合布线系统 486

13.2.8 网络工程实施与测试 487

13.3 接入网与网络互联技术 488

13.3.1 接入网技术概念 488

13.3.2 接入网承载的业务与接入类型 489

13.3.3 ISDN接入方案 490

13.3.4 宽带接入网 490

13.4 企业网络互联方式 492

13.5 网络系统集成案例 495

13.5.1 小型企业网络方案 495

13.5.2 大型企业园区网方案 495

13.5.3 电子政务网络方案 497

13.5.4 电子商务网络方案 497

13.5.5 校园网络方案 498

13.5.6 企业内联网方案 499

习题 500

第2篇 控制网络技术 505

第14章 控制网络概述 505

14.1 控制网络的构成与特点 505

14.1.1 控制网络的特点 505

14.1.2 控制网络的结点 506

14.1.3 控制网络的实时性与环境适应性 506

14.1.4 现场总线技术及其发展 508

14.1.5 几种控制网络的通信参考模型 510

14.2 控制网络与网络化控制系统 512

14.2.1 控制系统的新型结构 512

14.2.2 网络化控制系统的特点 514

14.2.3 控制系统对网络的要求 515

14.3 控制网络在企业网络系统中的地位与作用 516

14.3.1 企业网络系统的层次结构 516

14.3.2 控制网络的地位与作用 517

14.3.3 控制网络与上层网络的连接方式 518

习题 519

第15章 FF控制网络 520

15.1 FF的技术特色 520

15.1.1 FF的主要技术 520

15.1.2 FF通信系统的主要组成 521

15.1.3 H1协议数据的构成与层次 523

15.1.4 FF通信中的虚拟通信关系 524

15.2 H1网段的物理连接 526

15.2.1 H1网段的物理信号波形 526

15.2.2 H1网段的信号编码 527

15.2.3 H1网段的传输介质与拓扑结构 529

15.3 H1网段的链路活动调度 530

15.3.1 链路活动调度器（LAS）及其功能 531

15.3.2 通信设备类型 531

15.3.3 链路活动调度器的工作过程 533

15.3.4 链路时间 534

15.4 H1网段的网络管理 535

15.4.1 网络管理者与网络管理代理 535

15.4.2 网络管理代理的虚拟现场设备 536

15.4.3 通信实体 537

15.5 H1网段的系统管理 540

15.5.1 系统管理概述 540

15.5.2 系统管理的作用 542

15.5.3 系统管理信息库及其访问 543

15.5.4 SMK状态 545

15.5.5 系统管理服务和作用过程 545

15.5.6 地址与地址分配 549

15.6 FF的功能块 551

15.6.1 功能块的内部结构与功能块连接 551

15.6.2 功能块中的用户应用块 554

15.6.3 块参数 556

15.6.4 功能块服务 561

15.6.5 功能块对象字典 563

15.6.6 功能块应用 564

15.7 H1网段的构成与连接 565

15.7.1 H1网段的构成 565

15.7.2 网段长度 567

习题 569

第16章 几种其他的控制网络 572

16.1 几种控制网络的性能比较 572

16.2 基于CAN的控制网络 572

16.2.1 CAN通信技术 572

16.2.2 SAE J1939 581

16.2.3 汽车电子网络的体系结构 586

16.2.4 DeviceNet 588

16.3 工业以太网 593

16.3.1 工业以太网简介 593

16.3.2 工业以太网解决非确定性问题的措施 595

16.3.3 以太网的通信帧结构与Tunneling技术 597

16.3.4 高速以太网（HSE） 598

16.3.5 基于Web技术的远程监控 601

16.4 Controlnet 605

16.4.1 并行时间域多路存取 605

16.4.2 Controlnet的MAC帧结构 605

16.4.3 通信调度的时间分片方法 607

16.4.4 Controlnet的虚拟令牌 608

16.4.5 Controlnet的显性报文与隐性报文 608

16.5 ASI控制网络 609

16.5.1 ASI的网络构成 609

16.5.2 ASI的主从通信 610

16.5.3 ASI的报文格式 611

16.5.4 主节点的通信功能 612

16.5.5 从节点的通信接口 613

16.6 PROFIBUS 615

16.6.1 PROFIBUS概述 615

16.6.2 PROFIBUS的协议结构 616

16.6.3 PROFIBUS网段的物理连接 617

16.6.4 PROFIBUS的总线访问控制 618

16.6.5 PROFIBUS-DP的系统配置 620

16.6.6 设备数据库文件 622

习题 624

附录A 英文缩写词 625

参考文献 632