计算机科学与技术学科前沿丛书 计算机网络高级教程PDF电子书下载

第1章 计算机网络技术的研究与发展 1

1.1 计算机网络的发展历程 1

1.1.1 从信息技术的角度看计算机网络的发展 1

1.1.2 从信息产业的角度看计算机网络的发展 2

1.2 从计算机网络到互联网 4

1.2.1 ARPANET与分组交换技术研究的背景 4

1.2.2 ARPANET研究与发展 8

1.2.3 TCP/IP协议与网络体系结构研究 14

1.2.4 Internet的形成与发展 18

1.2.5 Internet应用的发展 26

1.2.6 下一代互联网的研究 29

1.3 从互联网到移动互联网 32

1.3.1 移动分组网与PRNET、SATNET、ALOHANET 32

1.3.2 WWAN、WMAN、WLAN、WPAN与WBAN的研究 34

1.3.3 移动IP协议的研究 44

1.3.4 移动通信网与3G/4G技术 45

1.3.5 移动互联网应用的发展 47

1.4 从移动互联网到物联网 49

1.4.1 物联网产生的背景 49

1.4.2 物联网技术与应用的研究 51

1.4.3 物联网与“智慧地球”、云计算、大数据 52

1.5 深入理解计算机网络的组成与结构 54

1.5.1 从计算机原理的角度认识计算机网络的组成与结构 54

1.5.2 从计算机操作系统的角度认识计算机网络软件的组成与结构 58

1.5.3 从计算机外部设备设计方法的角度认识计算机网络组成与结构 60

1.6 网络安全技术 62

1.6.1 网络安全与现实社会的关系 63

1.6.2 物联网网络安全与互联网网络安全的关系 65

1.6.3 网络安全与密码学的关系 65

1.6.4 网络空间与国家信息安全战略的关系 66

1.7 互联网发展成功的经验与面临的挑战 69

1.7.1 预测互联网发展的新摩尔定律 69

1.7.2 互联网发展的成功经验 71

参考文献 74

第2章 传输网技术 75

2.1 传输网的基本概念 75

2.1.1 支撑教学科研工作的计算机网络环境 75

2.1.2 传输网的结构模型 77

2.1.3 传输网技术的发展 80

2.2 广域网技术研究与发展 81

2.2.1 广域网的主要特征 81

2.2.2 广域网体系结构模型 83

2.2.3 广域网技术演变的过程 85

2.2.4 从SONET/SDH到光传输网 90

2.2.5 光传输网技术的发展 93

2.2.6 光以太网与广域网 96

2.2.7 广域网技术发展与TCP/IP协议的关系 100

2.3 城域网技术研究与发展 101

2.3.1 城域网概念的演变与发展 101

2.3.2 宽带城域网的结构与层次划分 104

2.3.3 城域以太网与宽带城域网 107

2.3.4 无线宽带城域网WiMax与IEEE 802.16标准 107

2.4 局域网技术研究与发展 108

2.4.1 局域网技术发展过程 108

2.4.2 Ethernet技术研究与发展 110

2.4.3 高速Ethernet研究与发展 111

2.4.4 无线局域网技术研究与发展 115

2.5 个人区域网研究与发展 117

2.5.1 PDN研究的背景 117

2.5.2 WPAN与IEEE 802.15.4协议标准 117

2.5.3 基于IPv6的低速无线个人区域网6LoWPAN标准 119

2.5.4 超宽带UWB通信技术研究 122

2.6 人体区域网研究与发展 124

2.6.1 无线人体区域网与无线人体传感器网络的研究 124

2.6.2 无线人体传感器网络与IEEE 802.15.6标准 124

2.6.3 近场通信N FC技术研究 127

2.7 3G/4G与M2M工作模式 129

2.7.1 移动通信网结构与基本工作原理 129

2.7.2 移动通信网3G/4G 131

2.7.3 M2M工作模式及应用 133

2.7.4 WMMP协议 137

2.8 传输网两个融合的发展趋势 142

2.8.1 计算机网络、广播电视网与电信网的“三网融合” 142

2.8.2 局域网、城域网与广域网的“三网融合” 143

参考文献 144

第3章 IP协议与下一代Internet研究 146

3.1 网络层与IP协议的演变与发展 146

3.1.1 网络层基本概念 146

3.1.2 IP协议的主要特点 146

3.1.3 IP协议的演变与发展 147

3.1.4 IPv6协议的主要特点 149

3.2 IPv4与IPv6协议的基本内容 152

3.2.1 IPv4与IPv6报头的比较 152

3.2.2 路由器对IPv4与IPv6报文转发过程的比较 162

3.2.3 IPv4与IPv6地址比较 166

3.2.4 ICMPv4与ICMPv6协议的比较 179

3.2.5 IPv6地址的自动配置 187

3.3 路由技术的研究与发展 189

3.3.1 分组交付和路由选择的基本概念 189

3.3.2 自治系统与路由选择协议 195

3.3.3 路由信息协议RIPng的特点 197

3.3.4 最短路径优先协议OSPFv3的特点 199

3.3.5 外部网关协议BGP4＋的特点 202

3.3.6 路由、寻址体系面临的问题与未来的发展 204

3.4 QoSR与RSVP、DiffServ与MPLS 205

3.4.1 QoSR研究 205

3.4.2 RSVP协议与DiffServ协议 207

3.4.3 MPLS协议与MPLS VPN 208

3.5 IPv4向IPv6的过渡 211

3.5.1 双IP层或双协议栈 211

3.5.2 隧道技术 212

3.6 路由器技术的研究与发展 214

3.6.1 路由器的基本概念与发展趋势 214

3.6.2 单总线单CPU结构的路由器 224

3.6.3 多总线多CPU结构的路由器 225

3.6.4 基于交换结构的路由器 226

3.6.5 高可扩展路由器与路由器集群结构 229

3.7 下一代互联网体系结构的研究 232

3.7.1 下一代互联网体系结构研究技术路线的分类 232

3.7.2 基于IPv6的全球下一代Internet试验网研究 233

3.7.3 主动网络技术的研究 237

3.7.4 位置/身份分离与LISP协议的研究 245

3.7.5 软件定义网络技术的研究 247

3.7.6 革命式新一代互联网体系结构研究 251

参考文献 253

第4章 TCP与UDP协议 256

4.1 网络环境中分布式进程通信的基本概念 256

4.1.1 单机系统中的进程通信方法 256

4.1.2 网络环境中分布式进程通信的特点 257

4.1.3 对进程间相互作用的客户/服务器模式的理解 258

4.1.4 进程通信中客户/服务器模式的实现方法 259

4.2 传输层的基本功能 263

4.2.1 传输层的端-端通信 263

4.2.2 传输层协议的基本功能 266

4.2.3 传输服务与服务质量 268

4.3 传输控制协议 269

4.3.1 TCP协议的主要特点 269

4.3.2 TCP的端口号分配和socket地址 271

4.3.3 TCP报文段格式 272

4.3.4 TCP流量控制 274

4.3.5 TCP差错控制 277

4.3.6 TCP传输连接建立、维护与释放 279

4.3.7 “状态”的概念与TCP状态转换图 281

4.4 用户数据报协议 284

4.4.1 UDP协议的主要特点 284

4.4.2 UDP适用的范围 285

4.4.3 UDP的基本工作过程 286

4.4.4 UDP端口号 288

4.4.5 用户数据报的格式 289

4.4.6 UDP校验和的基本概念与计算示例 290

4.5 实时传输协议RTP/RTCP 292

4.5.1 多媒体数据传输的特点 292

4.5.2 RTP协议 296

4.5.3 RTCP协议 299

4.6 容迟网技术的研究 301

4.6.1 DTN研究的背景 301

4.6.2 DTN体系结构 302

4.6.3 DTN协议体系模型与数据束协议 303

4.6.4 DTN在星际网络中的应用研究 306

参考文献 309

第5章 Internet应用层与应用层协议 312

5.1 Internet应用发展与应用层协议的分类 312

5.1.1 应用层与应用层协议的基本概念 312

5.1.2 应用层协议的分类 313

5.2 Internet基本网络应用与应用层协议 315

5.2.1 远程登录服务与Telnet协议 315

5.2.2 电子邮件服务与SMTP协议 316

5.2.3 文件传输服务与FTP、TFTP协议 318

5.3 基于Web的网络应用 322

5.3.1 Web应用的基本概念 322

5.3.2 HTTP协议 324

5.3.3 超文本标记语言HTML 327

5.3.4 Web浏览器 329

5.3.5 搜索引擎应用 331

5.3.6 内容分发网技术研究与应用 335

5.4 博客、播客、网络电视与网络电话应用 340

5.4.1 博客应用 340

5.4.2 播客应用 342

5.4.3 网络电视应用 343

5.4.4 IP电话、即时通信与SIP协议 343

5.5 域名系统 350

5.5.1 DNS研究的背景 350

5.5.2 DNS域名空间 352

5.5.3 域名服务器 353

5.5.4 域名解析 355

5.5.5 域名系统性能优化 357

5.6 主机配置与动态主机配置协议 358

5.6.1 动态主机配置的基本概念 358

5.6.2 DHCP协议的基本内容 359

5.7 网络管理与SNMP协议 362

5.7.1 网络管理的基本概念 362

5.7.2 SNMP协议的基本内容 365

参考文献 369

第6章 P2P技术及应用 372

6.1 P2P的基本概念 372

6.1.1 P2P技术发展的背景 372

6.1.2 P2P的定义与主要技术特征 374

6.1.3 C/S模式与P2P模式的比较 377

6.1.4 P2P网络分类 379

6.1.5 P2P应用的发展趋势 380

6.2 集中式P2P网络 381

6.2.1 集中式P2P网络基本概念 381

6.2.2 Napster协议与工作流程分析 383

6.2.3 集中式P2P的优点与缺点 386

6.3 分布式非结构化P2P网络 387

6.3.1 分布式非结构化P2P网络的基本概念 387

6.3.2 分布式非结构化P2P网络协议与工作流程分析 388

6.3.3 小世界网络模型的基本概念 393

6.4 分布式结构化P2P网络 396

6.4.1 分布式结构化P2P网络的基本概念 396

6.4.2 DHT的基本概念 397

6.5 混合P2P网络 402

6.5.1 混合P2P网络的基本概念 402

6.5.2 混合P2P网络协议与工作流程分析 403

6.6 基于P2P的网络应用 406

6.6.1 P2P应用软件的分类 406

6.6.2 P2P文件共享软件 406

6.6.3 P2P即时通信软件 409

6.6.4 P2P流媒体软件 412

6.6.5 P2P共享存储软件 413

6.6.6 P2P分布式计算软件 415

6.6.7 P2P协同工作软件 416

6.6.8 P2P搜索软件 416

6.7 P2P技术研究与应用的发展 417

6.7.1 P2P应用中存在的主要问题 417

6.7.2 P2P的基本概念 419

参考文献 420

第7章 移动互联网与移动IP 422

7.1 移动互联网的基本概念 422

7.1.1 移动互联网的特点 422

7.1.2 移动接入设备的发展 423

7.1.3 无线传输网技术的发展 424

7.1.4 移动互联网用户规模的发展 425

7.1.5 移动互联网服务功能的发展 426

7.2 移动IP的基本概念 428

7.2.1 移动IP问题的提出 428

7.2.2 移动IP的设计目标与主要特征 429

7.2.3 移动IP的结构与基本术语 429

7.3 移动IPv4的基本工作原理 432

7.3.1 移动IPv4的基本工作过程 432

7.3.2 移动IPv4中移动节点和通信对端的基本操作 436

7.3.3 移动IP的概念性数据结构 437

7.4 移动IP的关键技术 438

7.4.1 移动切换 438

7.4.2 移动IP安全 439

7.4.3 服务质量 440

7.4.4 多播通信 440

7.5 移动IPv6协议的基本概念 441

7.5.1 移动IPv6与移动IPv4的比较 441

7.5.2 移动IPv6的基本操作 442

7.5.3 移动IPv6对基本IPv6协议的修改 444

7.5.4 移动IPv6的通信类型 445

参考文献 452

第8章 Ad hoc与WSN技术研究及应用 454

8.1 Ad hoc与WSN技术的发展 454

8.1.1 从PRNET到Ad hoc网络 454

8.1.2 从Ad hoc到WSN 455

8.1.3 从WSN到WSAN 457

8.2 Ad hoc网络 458

8.2.1 Ad hoc网络的特点与层次结构模型 458

8.2.2 Ad hoc信道接入与MAC协议研究 460

8.2.3 Ad hoc网络路由协议的研究 465

8.2.4 Ad hoc网络 QoS技术的研究 472

8.3 WSN技术的研究与应用 478

8.3.1 WSN的主要特点与研究工作的进展 478

8.3.2 WSN部署与初始化技术 489

8.3.3 WSN信道访问控制协议 490

8.3.4 WSN路由协议 492

8.3.5 WSN拓扑控制与功率控制技术 499

8.3.6 WSN定位技术 502

8.3.7 WSN时间同步技术 505

8.3.8 WSN数据融合技术 509

8.3.9 WSN操作系统与数据管理技术 516

8.3.10 WSN跨层设计方法 523

8.4 水下无线传感网络 526

8.4.1 水下无线传感器网络研究的背景与应用前景 526

8.4.2 水下无线传感器网络的特点 528

8.4.3 水下无线传感器网络节点的类型 529

8.4.4 水下无线传感器网络结构 530

8.4.5 AUV传感器网络 531

8.4.6 水下传感器网络技术研究 533

8.5 无线地下传感器网络 541

8.5.1 无线地下传感器网络研究的背景与应用前景 541

8.5.2 无线地下传感器网络的主要优点 542

8.5.3 无线地下传感器网络结构 543

8.5.4 地下无线通信信道的特点 545

8.5.5 无线地下传感器网络技术研究 546

8.6 无线多媒体传感器网络 549

8.6.1 无线多媒体传感器网络研究的背景与应用领域 549

8.6.2 无线多媒体传感器网络结构设计的基本思路 551

8.6.3 无线多媒体传感器网络研究面临的挑战 552

8.6.4 无线多媒体传感器网络技术研究 553

8.7 无线人体传感器网络研究 563

8.7.1 无线人体传感器网络研究的背景 563

8.7.2 智能远程医疗系统中的无线人体传感器网络 566

8.8 无线传感器与执行器网络 567

8.8.1 无线传感器与执行器网络研究的背景 568

8.8.2 无线传感器与执行器网络的主要特点 568

8.8.3 无线传感器与执行器网络的执行机制 569

8.8.4 无线传感器与机器人网络的基本概念 571

8.8.5 无线传感器与执行器网络技术研究 572

8.9 纳米无线传感器网络 575

8.9.1 纳米传感器的研究与发展 575

8.9.2 无线纳米传感器网络研究 579

参考文献 580

第9章 物联网技术研究与应用 594

9.1 物联网的基本概念 594

9.1.1 物联网研究的背景 594

9.1.2 物联网的主要技术特征 598

9.2 物联网体系结构研究 604

9.2.1 物联网层次结构模型研究 604

9.2.2 物联网感知层 605

9.2.3 物联网网络层 608

9.2.4 物联网应用层 614

9.2.5 物联网跨层的共性服务 616

9.3 从计算机体系结构和计算机网络的角度认识物联网的组成与结构 619

9.3.1 从计算机体系结构的角度认识基于RFID的物联网应用系统组成与结构 619

9.3.2 从计算机网络的角度认识基于WSN的物联网应用系统组成与结构 623

9.4 ONS概念、原理与实现技术 626

9.4.1 ONS的设计思路 626

9.4.2 提供ONS服务的EPC应用系统结构 627

9.4.3 EPC体系中物品信息的查询过程 628

9.4.4 EPC体系与实体标记语言PML 630

9.4.5 EPC ONS系统的设计 633

9.4.6 支持物联网应用系统的网络结构设计举例 636

9.5 车载网VANET的研究与发展 640

9.5.1 VANET的基本概念 640

9.5.2 VANET的组成与结构 646

9.5.3 VANET的协议标准体系 650

9.5.4 VANET研究的发展 652

参考文献 661

第10章 网络安全技术研究与发展 663

10.1 网络安全技术研究的基本内容 663

10.1.1 网络安全研究的分类 663

10.1.2 网络攻击的分类 664

10.1.3 网络安全发展的新动向 669

10.2 网络安全防护技术研究 672

10.2.1 防火墙技术研究 672

10.2.2 入侵检测技术研究 680

10.2.3 安全审计技术研究 688

10.2.4 网络防病毒技术研究 689

10.2.5 计算机取证技术研究 692

10.2.6 网络业务持续性规划技术研究 694

10.3 密码技术在网络安全中的应用 696

10.3.1 密码算法与密码体制的基本概念 697

10.3.2 对称密码体系的基本概念 697

10.3.3 公钥密码体系的基本概念 697

10.3.4 消息验证与数字签名的研究 700

10.3.5 公钥基础设施的研究 705

10.3.6 信息隐藏技术的研究 708

10.4 网络安全应用技术研究 709

10.4.1 IP安全的研究 709

10.4.2 VPN技术的研究 713

10.4.3 电子邮件安全技术的研究 714

10.4.4 Web安全技术的研究 716

10.5 Ad hoc网络安全技术的研究 719

10.5.1 Ad hoc网络安全的基本概念 719

10.5.2 Ad hoc网络安全的威胁 719

10.5.3 Ad hoc网络安全研究 722

10.6 WSN安全技术 725

10.6.1 WSN安全的基本概念 725

10.6.2 无线传感器网络安全技术研究进展 728

10.7 RFID应用系统网络安全技术研究 729

10.7.1 RFID应用系统网络安全的基本概念 729

10.7.2 对RFID应用系统的攻击方法 730

10.7.3 基于RFID的隐私保护问题 732

参考文献 734

附录A 词汇表 737