计算机网络 网络设计的原理、技术和协议PDF电子书下载

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QoS 114

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/1 119

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/CD 220

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/LLC 225

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-5 229

12.6.2 10Base-2 230

12.6.3 10Base-T 231

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LAN 253

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 FDDI 256

14.3.1 主要的FDDI特性 256

14.3.2 FDDI容错 257

14.4 无线LAN 259

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LAN 314

16.4.1 VLAN目的 315

16.4.2 构建基于一个交换机的VLAN 316

16.4.3 构建基于多个交换机的VLAN 316

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CIDR 332

17.5 将IP地址映射到本地地址 333

17.5.1 ARP 334

17.5.2 代理ARP 337

17.6 DNS 338

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 DHCP 341

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CIDR 368

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 IPv6 372

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 UDP 382

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 QoS 414

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RSVP 417

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NAT 422

20.4.3 基本的NAT 423

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WAN 436

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 WAN 460

22.1 引言 460

22.2 纯IP WAN 460

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IP 466

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Telnet 496

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VPN 525

24.3.4 IPSec VPN 527

24.4 MPLS VPN 527

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