21世纪高等学校计算机规划教材

计算机网络教程(第5版)(微课版)

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谢希仁 , 谢钧 (作者)

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内容摘要

本书共为7章,主要内容包括概述、物理层、数据链路层(包括局域网)、网络层与网络互连、运输层、网络应用、网络安全,覆盖了全国计算机专业考研的知识范围。各章均附有本章的重要概念和习题。此外,附录中提供了最短路径算法、配套实验建议、英文缩写词及参考书目。

目录

第 1章 概述 1
1.1 计算机网络在信息时代中的作用 1
1.2 因特网概述 3
1.2.1 网络的网络 3
1.2.2 因特网发展的三个阶段 4
1.2.3 因特网的标准化工作 7
1.3 因特网的组成 8
1.3.1 因特网的边缘部分 8
1.3.2 因特网的核心部分 10
1.4 计算机网络的定义与分类 15
1.4.1 计算机网络的定义 15
1.4.2 计算机网络的分类 16
1.5 计算机网络的主要性能指标 17
1.6 计算机网络体系结构 21
1.6.1 网络协议 21
1.6.2 层次模型与计算机网络体系结构 21
1.6.3 具有五层协议的原理体系结构 24
1.6.4 实体、协议和服务 27
1.6.5 TCP/IP的体系结构 28
1.7 计算机网络在我国的发展 28
1.8 两个重要的新兴网络技术 29
1.8.1 云计算 30
1.8.2 物联网 31
本章的重要概念 32
习题 32
第 2章 物理层 34
2.1 物理层的基本概念 34
2.2 数据通信的基础知识 35
2.2.1 数据通信系统的模型 35
2.2.2 编码与调制 36
2.2.3 信道的极限容量 38
2.2.4 传输方式 40
2.3 物理层下面的传输媒体 41
2.3.1 导引型传输媒体 41
2.3.2 非导引型传输媒体 45
2.4 信道复用技术 47
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 47
2.4.2 波分复用 49
2.4.3 码分复用 50
2.5 数字传输系统 52
2.5.1 PCM速率体制 52
2.5.2 SONET/SDH 52
2.5.3 光网络 54
2.6 互联网接入技术 54
2.6.1 电话网拨号接入 54
2.6.2 数字用户线接入 55
2.6.3 光纤同轴混合网接入 57
2.6.4 光纤接入 59
2.6.5 以太网接入 60
2.6.6 无线接入 60
本章的重要概念 61
习题 62
第3章 数据链路层 63
3.1 使用点对点信道的数据链路层 63
3.1.1 数据链路层所处的地位 63
3.1.2 数据链路和帧 64
3.1.3 封装成帧 65
3.1.4 差错检测 68
3.1.5 可靠传输 70
3.2 点对点协议(PPP) 77
3.2.1 PPP的特点 77
3.2.2 PPP的组成 78
3.2.3 PPP的帧格式 78
3.2.4 PPP的工作状态 80
3.3 使用广播信道的数据链路层 81
3.3.1 媒体接入控制 81
3.3.2 局域网 82
3.4 共享式以太网 86
3.4.1 CSMA/CD协议 86
3.4.2 共享式以太网的信道利用率 90
3.4.3 使用集线器的星形拓扑 91
3.4.4 以太网的帧格式 93
3.5 网桥和以太网交换机 94
3.5.1 在物理层扩展以太网 94
3.5.2 在数据链路层扩展以太网 96
3.5.3 以太网交换机 100
3.5.4 虚拟局域网(VLAN) 101
3.6 以太网的演进 103
3.6.1 100BASE-T以太网 103
3.6.2 吉比特以太网 104
3.6.3 10吉比特和100吉比特以太网 106
3.6.4 使用以太网进行宽带接入 107
3.7 无线局域网 108
3.7.1 无线局域网的组成 108
3.7.2 802.11局域网的物理层 111
3.7.3 802.11局域网的MAC协议 112
3.7.4 802.11局域网的MAC帧 115
3.7.5 其他无线计算机网络 118
本章的重要概念 118
习题 121
第4章 网络层与网络互连 124
4.1 网络层概述 124
4.1.1 分组转发和路由选择 124
4.1.2 网络层提供的两种服务 125
4.1.3 虚电路网络 127
4.2 网际协议(IP) 129
4.2.1 异构网络互连 129
4.2.2 IP地址及编址方式 131
4.2.3 IP地址与物理地址 138
4.2.4 地址解析协议(ARP) 140
4.2.5 IP数据报的格式 143
4.2.6 IP数据报的转发 147
4.3 网际控制报文协议(ICMP) 152
4.3.1 ICMP报文的种类 152
4.3.2 ICMP的应用举例 154
4.4 因特网的路由选择协议 156
4.4.1 有关路由选择协议的几个基本概念 156
4.4.2 内部网关协议(RIP) 158
4.4.3 内部网关协议(OSPF) 161
4.4.4 外部网关协议(BGP) 165
4.5 路由器的工作原理 167
4.5.1 路由器的构成 167
4.5.2 路由器与交换机的比较 171
4.5.3 三层交换机 172
4.6 VPN与NAT 173
4.6.1 虚拟专用网(VPN) 173
4.6.2 网络地址转换(NAT) 175
4.7 IP多播 177
4.7.1 IP多播的基本概念 177
4.7.2 在局域网上进行硬件多播 179
4.7.3 IP多播需要两种协议 179
4.7.4 网际组管理协议(IGMP) 180
4.7.5 多播路由选择协议 182
4.8 移动IP 185
4.8.1 移动性对网络应用的影响 185
4.8.2 移动IP的工作原理 185
4.8.3 移动IP的标准 188
4.8.4 蜂窝移动通信网中的移动性管理 188
4.9 下一代的网际协议IPv6 189
4.9.1 解决IP地址耗尽的根本措施 189
4.9.2 IPv6的基本首部 189
4.9.3 IPv6的编址 191
4.9.4 从IPv4向IPv6过渡 193
4.9.5 ICMPv6 194
4.10 多协议标签交换(MPLS) 195
本章的重要概念 197
习题 200
第5章 运输层 205
5.1 运输层协议概述 205
5.1.1 进程之间的通信 205
5.1.2 因特网的运输层协议 207
5.1.3 运输层的复用与分用 208
5.2 用户数据报协议(UDP) 209
5.2.1 UDP概述 209
5.2.2 UDP报文的首部格式 210
5.3 传输控制协议(TCP) 211
5.3.1 TCP的主要特点 212
5.3.2 TCP报文段的格式 213
5.3.3 TCP的可靠传输 216
5.3.4 TCP的流量控制 222
5.3.5 TCP的连接管理 224
5.4 拥塞控制 228
5.4.1 拥塞的原因与危害 228
5.4.2 拥塞控制的基本方法 229
5.4.3 TCP的拥塞控制 231
本章的重要概念 235
习题 236
第6章 网络应用 239
6.1 应用层概述 239
6.1.1 网络应用程序体系结构 240
6.1.2 应用层协议 241
6.1.3 选择运输层协议 242
6.2 域名系统(DNS) 243
6.2.1 域名系统概述 243
6.2.2 因特网的域名结构 244
6.2.3 域名服务器 245
6.2.4 域名解析的过程 247
6.2.5 DNS资源记录 249
6.3 万维网(WWW) 249
6.3.1 万维网概述 249
6.3.2 统一资源定位符(URL) 251
6.3.3 超文本传送协议(HTTP) 252
6.3.4 万维网的文档 258
6.3.5 移动Web 261
6.3.6 万维网搜索引擎 262
6.3.7 博客与微博 264
6.4 电子邮件 266
6.4.1 电子邮件系统的组成 266
6.4.2 简单邮件传送协议(SMTP) 268
6.4.3 电子邮件的信息格式 270
6.4.4 邮件读取协议POP3和IMAP 270
6.4.5 基于万维网的电子邮件 271
6.4.6 通用因特网邮件扩展(MIME) 272
6.5 文件传送协议(FTP) 275
6.6 远程终端协议(TELNET) 277
6.7 动态主机配置协议(DHCP) 279
6.8 P2P文件共享 280
6.8.1 P2P文件分发 281
6.8.2 在P2P对等方中搜索对象 282
6.8.3 案例:BitTorrent 285
6.9 多媒体网络应用 286
6.9.1 改善因特网服务 286
6.9.2 实时运输协议(RTP) 288
6.9.3 流式存储音频/视频 289
6.9.4 流式实况音频/视频 292
6.9.5 实时交互音频/视频 293
6.10 网络应用编程接口 295
6.10.1 TCP套接字编程 296
6.10.2 一个简单的代码实例 297
本章的重要概念 299
习题 301
第7章 网络安全 304
7.1 网络安全概述 304
7.1.1 安全威胁 304
7.1.2 安全服务 306
7.2 机密性与密码学 306
7.2.1 对称密钥密码体制 307
7.2.2 公钥密码体制 308
7.3 完整性与鉴别 309
7.3.1 报文摘要和报文鉴别码 309
7.3.2 数字签名 311
7.3.3 实体鉴别 312
7.4 密钥分发与公钥认证 313
7.4.1 对称密钥的分发 313
7.4.2 公钥的签发与认证 314
7.5 访问控制 315
7.5.1 访问控制的基本概念 315
7.5.2 访问控制策略 316
7.6 网络各层的安全实例 317
7.6.1 物理层实例:信道加密机 318
7.6.2 数据链路层实例:802.11i 318
7.6.3 网络层实例:IPsec 321
7.6.4 运输层实例:SSL/TLS 323
7.6.5 应用层实例:PGP 324
7.7 系统安全:防火墙与入侵检测系统 325
7.7.1 防火墙 326
7.7.2 入侵检测系统 328
7.8 网络攻击及其防范 329
7.8.1 网络扫描 329
7.8.2 网络监听 331
7.8.3 拒绝服务攻击 332
本章的重要概念 334
习题 336
附录A 最短路径算法——Dijkstra算法 337
附录B 配套实验建议 340
附录C 英文缩写词 346

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作者介绍

谢钧,陆军工程大学指挥控制工程学院教授、硕士生导师,全军网络技术研究中心常务副主任。1995年原南京通信工程学院指挥自动化工程专业本科毕业,1999年获该校通信与信息系统专业硕士学位,2005年获南京大学计算机软件与理论专业博士学位。长期从事计算机网络和网络管理方面的教学与科研工作,是该校“计算机网络原理”课程建设负责人,主讲本科生“计算机网络原理”“网络管理”“互联网应用与维护”,研究生“网络中心计算”等课程,“计算机网络原理”被评为总参精品课程和军队优质课程,获军队教学成果二等奖一项。承担多项军队重要科研项目,获军队科技进步一等奖2项、三等奖3项,发表学术论文40余篇。荣立三等功两次,享受军队优秀专业技术人才岗位二类津贴,获军队院校育才奖银奖。

谢希仁,教授,博导。1952年毕业于清华大学电机系。先后在解放军通信工程学院(张家口),西安军事电信工程学院(西军电,现西安电子科技大学)、通信兵工程学院(重庆)、通信工程学院(南京)、陆军工程大学任教,曾任全军网络技术研究中心主任,总参通信部科技创新工作站专家委员会委员,中国电子学会会士和中国通信学会会士,IEEE高级会员,《电子学报》编委,大连理工大学、西安电子科技大学等校兼职教授。曾被评为全国和全军优秀教师,获国家和军队级科技进步奖多次以及全军通信系统有突出贡献优秀科技人员奖和总参谋部人梯奖。研究领域是网管系统和卫星通信网控系统,领导和参加研制出我国第一个商用和军用的VSAT卫星通信网控中心。负责主持翻译出版了多部计算机网络方面的世界名著,如Comer的《TCP/IP》(三卷),Stevens的《TCP/IP》(三卷),Forouzan的《TCP/IP》,Stallings的《数据与计算机通信》、《密码编码学与网络安全》及《高速网络》等。
主编的《计算机网络》是中国国内影响最大的计算机网络入门教材之一,被很多大学采用,曾被评为全国优秀教材。

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