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第1章 网络体系结构 1

1.1信息传输单位 1

1.1.1信息、数据和信号 2

1.1.2码元和比特 3

1.1.3帧、数据报、报文段和报文 4

1.1.4信道、信源与信宿 5

1.2网络和协议 6

1.2.1网络定义 6

1.2.2网络协议 7

1.2.3协议数据单元 8

1.3 OSI网络体系结构 8

1.3.1 OSI参考模型的制定 9

1.3.2 OSI各层的主要功能 9

1.4 TCP/IP网络体系结构 11

1.5现场总线网络 13

1.5.1总线定义及分类 13

1.5.2现场总线定义和分类 14

1.5.3现场总线的功能和体系结构 16

1.6网络分类、历史和发展 17

1.6.1网络分类 17

1.6.2分组交换的产生 20

1.6.3计算机网络的发展 23

习题1 26

实验指导1-1常用网络调试命令 27

实验指导1-2认识网络体系结构及协议 29

第2章 物理层 31

2.1信号 32

2.1.1有线电信号 32

2.1.2光纤信号传输 32

2.1.3无线信号 34

2.2传输介质 35

2.2.1双绞线 35

2.2.2同轴电缆 35

2.2.3光缆 36

2.2.4无线通信 37

2.3编码技术 39

2.3.1频带编码 39

2.3.2基带编码 40

2.3.3 4B/5B和8B10B编码 41

2.4信道复用 43

2.4.1时分多路复用TDMA 43

2.4.2频分多路复用FDMA 44

2.4.3码分多路复用CDMA 45

2.5信息传输速率指标 46

2.5.1带宽和速率 46

2.5.2奈氏定律 47

2.5.3香农公式 48

2.5.4带宽与傅里叶分析 49

2.6物理层常用标准 50

2.6.1信号传输类型 50

2.6.2串行传输技术 52

2.6.3 EIA RS-232接口标准 53

2.6.4 EIA RS-485接口标准 54

2.6.5 USB总线的电气特性 55

2.6.6 CAN总线的电气特性 57

2.7以太网的物理层 58

2.7.1 802.3局域网的几种传输媒体 58

2.7.2以太网编码方法 59

2.7.3 802.11无线传输物理层 62

2.8 MODEM和xDSL 63

2.8.1 xDSL技术原理 64

2.8.2对称DSL技术 65

2.8.3非对称DSL技术 65

2.9物理层网络设备 66

2.9.1网络拓扑结构 66

2.9.2中继器 67

2.9.3集线器 68

2.9.4光纤模块 68

习题2 72

实验指导2-1 CDMA编解码程序设计 73

实验指导2-2双绞线RJ-45接口制作 74

实验指导2-3 RS-232串口通信实验 76

实验指导2-4 RS-485通信实验 78

第3章 数据链路层 80

3.1链路、组帧及同步 81

3.1.1组帧 82

3.1.2同步通信与异步通信 83

3.1.3帧格式 84

3.2链路层协议算法 85

3.2.1可靠性保证及帧校验 85

3.2.2简单流量控制 86

3.2.3停止等待协议 87

3.2.4自动重发请求ARQ 88

3.2.5流量控制 90

3.2.6信道共享算法 92

3.3传统的链路层协议HDLC和PPP 96

3.3.1面向比特的同步协议HDLC 96

3.3.2点到点协议PPP帧 98

3.4 CSMA/CD协议 99

3.4.1 IEEE 802.3标准 99

3.4.2 CSMA/CD协议算法 100

3.4.3 MAC帧的有效性 102

3.5 CSMA/CA协议 104

3.5.1 IEEE 802.11的工作方式 104

3.5.2 IEEE 802.11数据链路层冲突避免 105

3.5.3 IEEE 802.11数据链路层实现 107

3.6以太网和令牌网 108

3.6.1广播协议 108

3.6.2以太网帧格式及MAC地址 108

3.6.3令牌环媒体访问控制 111

3.6.4交换技术 113

3.6.5网桥的工作原理 114

3.6.6交换式以太网 116

3.6.7以太网接口设计 117

3.7串口Modbus协议 120

3.7.1 Modbus协议简介 120

3.7.2两种传输方式 121

3.7.3 Modbus报文帧 122

3.8现场总线 126

3.8.1 CAN帧结构 126

3.8.2 CAN控制器 128

3.8.3 CAN通信结构设计 131

习题3 131

实验指导3-1帧校验编程 134

实验指导3-2数据链路层协议分析 135

实验指导3-3 Modbus协议编程 136

实验指导3-4 CAN协议编程 138

第4章 网络层 140

4.1 IP协议组成 140

4.1.1 IP数据报的分片与重组 143

4.1.2 IP首部校验和 145

4.2 IP地址计算 145

4.2.1 IP地址格式 145

4.2.2网络掩码 148

4.2.3无类域间路由 149

4.2.4网络地址计算 150

4.2.5直接、有限广播和回送地址 152

4.3路由计算 153

4.3.1虚电路服务与数据报服务 153

4.3.2数据报转发 155

4.3.3路由表的建立过程 157

4.4动态路由协议 159

4.4.1理想的路由算法 160

4.4.2路由选择的不同策略 160

4.4.3路由信息协议RIP 161

4.4.4开放最短路径优先协议OSPF 164

4.4.5边缘网关协议BGPv4 165

4.5路由器 166

4.5.1路由器的工作原理 166

4.5.2第三层交换机 167

4.6 IPv6 169

4.6.1 IPv6的特点 169

4.6.2 IPv6地址空间 170

4.7 ARP及ICMP协议 173

4.7.1地址解析协议ARP 174

4.7.2反向地址解析协议RARP 174

4.7.3控制报文协议ICMP 175

4.8 NAT技术 176

4.8.1 NAT技术的原理和类型 176

4.8.2应用NAT安全策略 177

4.9虚拟专用网VPN 179

4.9.1虚拟专用网原理 179

4.9.2隧道技术 181

4.10 IP多播和组管理协议IGMP 182

4.10.1 IP多播的概念 182

4.10.2因特网组管理协议IGMP 183

习题4 184

实验指导4-1网络层协议分析 188

实验指导4-2 IP地址获取 189

实验指导4-3路由器配置 190

第5章 传输层 191

5.1传输层的特征 193

5.1.1端口 193

5.1.2连接技术 194

5.1.3套接字 195

5.1.4 TCP和UDP协议的网络层次 196

5.2传输控制协议TCP 197

5.2.1 TCP段头结构 197

5.2.2编号与确认 200

5.2.3流量控制 200

5.2.4拥塞避免 201

5.2.5重发机制 202

5.3 TCP的传输连接管理 202

5.3.1建立连接 203

5.3.2释放连接 204

5.4用户数据报协议UDP 205

5.4.1 UDP用户数据报的首部格式 205

5.4.2 UDP应用于RPC 206

5.5网关及网络设备 206

5.5.1网关的工作原理 206

5.5.2网络互连设备比较 208

5.6网络编程 209

5.6.1 WinSock API接口 209

5.6.2 WinSock编程 210

5.6.3客户机/服务器模式 212

5.7实时传输协议RTP 213

5.7.1连续媒体数据基本特征 214

5.7.2 UDP应用于RTP 217

5.7.3 RTP协议结构及工作机制 218

习题5 220

实验指导5-1 TCP/UDP协议分析 223

实验指导5-2 TCP协议通信过程分析 224

实验指导5-3基于Socket的传输层网络编程 225

第6章 加密安全 228

6.1网络安全分类 229

6.1.1安全攻击 229

6.1.2安全服务 230

6.1.3安全机制 232

6.2对称数据加密 233

6.2.1 DES算法 233

6.2.2 3DES算法 235

6.2.3 AES和IDEA 235

6.3 RSA公钥密码体制 236

6.3.1公开密钥体制的提出 236

6.3.2公钥体制工作原理 237

6.3.3 RSA算法 238

6.4报文鉴别 241

6.4.1报文鉴别的意义 241

6.4.2报文鉴别码 241

6.4.3 MD5报文摘要算法 242

6.5数字签名及公钥管理 243

6.5.1数字签名 243

6.5.2数字证书和公钥基础设施PKI 244

6.6防火墙 245

6.6.1防火墙的概念 246

6.6.2防火墙的类型 246

习题6 248

实验指导6-1网络常规加密DES 249

实验指导6-2网络公钥加密RSA 252

第7章 应用层 255

7.1 C/S、B/S和P2P技术 256

7.1.1 C/S和B/S的概念 256

7.1.2 P2P技术 259

7.2 HTML、HTTP和Web 261

7.2.1 HTML 262

7.2.2 HTTP 264

7.2.3 Web设计流程 267

7.3嵌入式Web技术 268

7.3.1传统控制与Web控制系统比较 268

7.3.2嵌入式与标准Web服务器的差别 269

7.3.3嵌入式Web的实现方式 270

7.4 DNS和DHCP 272

7.4.1因特网的域名结构 272

7.4.2域名高速缓存 273

7.4.3 DNS域名解析工作过程 273

7.4.4引导程序协议BOOTP 274

7.4.5动态主机配置协议DHCP 274

7.4.6 RARP、BOOTP和DHCP的区别 275

7.5 FTP、TFTP、Telnet和SNMP协议 276

7.5.1文件传送协议FTP 276

7.5.2简单文件传送协议TFTP 277

7.5.3远程登录协议Telnet 277

7.5.4简单网络管理协议SNMP 278

7.6 SMTP、POP3和IMAP邮件协议 279

7.6.1简单邮件传送协议SMTP 279

7.6.2 POP3协议 280

7.6.3 IMAP协议 280

7.7现场总线应用层协议 281

7.7.1 CANopen协议结构 281

7.7.2 CANopen通信对象 282

7.7.3标识符的地址分配 283

习题7 284

实验指导7-1网络服务器管理实验 285

实验指导7-2 HTML设计实验 286

实验指导7-3嵌入式Web服务器实验 288

第8章 嵌入、移动和物联网 289

8.1嵌入式网络 289

8.1.1嵌入式系统的组成 290

8.1.2以太网和CAN现场总线比较 291

8.1.3嵌入式TCP/IP协议栈 293

8.1.4嵌入网络的上位机通信 296

8.2无线传感器网络——ZigBee 297

8.2.1 ZigBee概述 297

8.2.2 ZigBee设备节点 299

8.2.3 ZigBee网络拓扑结构 299

8.3蜂窝移动通信 301

8.3.1 GSM蜂窝移动通信 301

8.3.2第三代移动通信 303

8.3.3 TD-SCDMA技术 305

8.3.4第四代移动通信的关键技术 307

8.4物联网 309

8.4.1物联网定义 309

8.4.2物联网关键技术 310

习题8 311

实验指导8-1 ZigBee仿真实验 312

附录 314

附录A网络协议分析工具Wireshark 314

A.1什么是Wireshark 314

A.2 Wireshark安装 315

附录B路由交换仿真工具NetSim 315

附录C网络协议仿真工具NS2 316

附录D网络常见英语缩略词汇 317

附录E网络常用标准 325

参考文献 327