計算機通信網

本書主要講述現代網絡與通信技術，全書分為基礎知識和先進網絡技術兩個層次。基礎知識部分包括：網絡協議與設備、局域網/廣域網、無線廣域網絡和LTE、網絡應用與管理、網絡安全等。先進網絡技術部分對網絡分析和先進的網絡協議進行了深入探究：先進的路由器/交換機體系結構、雲計算與網絡虛擬化、軟件定義網絡（SDN）、基於分佈式/雲的多媒體網絡、無線傳感器網絡等。本書旨在幫助讀者分析和模擬複雜網絡，設計滿足需求的高性價比網絡架構，平衡基礎知識和先進技術，幷包含豐富的案例研究、實例、習題和直觀的插圖。

Nader F. Mir 博士，美國加利福尼亞州聖何塞州立大學查爾斯?W. 戴維森工程學院電氣工程系教授、副主任。Mir 博士是通信、電信和計算機網絡領域著名的專利與技術訴訟專家，曾擔任谷歌、思科、Netflix、索尼、Tekelec 和YouTube等業內著名公司的專利諮詢專家。他還是IEEE高級會員，曾多次在國際會議上發表演講，並發表了超過100篇被引用的論文，目前任IEEE Communications Magazine的技術編輯。他曾獲得一項美國專利，多項/校級獎勵，是學校教學優秀獎和科研優秀獎獲得者，並承擔過多項研究課題。

Nader F. Mir 博士，美國加利福尼亞州聖何塞州立大學查爾斯·W. 戴維森工程學院電氣工程系教授、副主任。Mir 博士是通信、電信和計算機網絡領域著名的專利與技術訴訟專家，曾擔任谷歌、思科、Netflix、索尼、Tekelec 和YouTube等業內著名公司的專利諮詢專家。他還是IEEE高級會員，曾多次在國際會議上發表演講，並發表了超過100篇被引用的論文，目前任IEEE Communications Magazine的技術編輯。他曾獲得一項美國專利，多項/校級獎勵，是學校教學優秀獎和科研優秀獎獲得者，並承擔過多項研究課題。

第 一 部 分

第1章 分組交換網絡 1

1.1 網絡中的基本定義 1

1.1.1 分組交換與電路交換的對比 2

1.1.2 數據、分組和幀 2

1.1.3 互聯網和ISP 3

1.1.4 ISP的分類 5

1.2 分組交換網的類型 6

1.2.1 無連接網絡 6

1.2.2 面向連接網絡 7

1.3 分組長度和優化 8

1.4 網絡協議基礎 9

1.4.1 五層TCP/IP協議模型 10

1.4.2 七層OSI模型 11

1.5 互聯網中的編址方案 11

1.5.1 IP編址方案 12

1.5.2 子網編址和掩碼 14

1.5.3 無類別域間路由選擇 15

1.6 等長分組模型 16

1.7 總結 16

1.8 習題 17

1.9 計算機仿真項目 20

第2章 連網設備概述 21

2.1 網絡接口卡 22

2.2 交換和路由設備 23

2.2.1 一層設備 23

2.2.2 二層設備 24

2.2.3 三層設備 25

2.3 無線交換和路由設備 27

2.3.1 無線接入點和基站 27

2.3.2 無線路由器和交換機 28

2.3.3 無線設備的天線 28

2.4 調制解調器 29

2.4.1 基本調製技術：ASK、FSK和

PSK 29

2.4.2 實用的調製技術：4-QAM和

QPSK 31

2.4.3 DSL調制解調器 32

2.4.4 電纜調制解調器 32

2.5 複用器 33

2.5.1 頻分複用 33

2.5.2 時分複用 35

2.6 總結 38

2.7 習題 38

2.8 計算機仿真項目 39

第3章 數據鏈路和鏈路接口 40

3.1 數據鏈路 40

3.1.1 數據鏈路類型 41

3.2 鏈路編碼器 42

3.3 鏈路上的檢錯和糾錯 43

3.3.1 檢錯方法 44

3.3.2 CRC算法 44

3.4 鏈路上的流量控制 48

3.4.1 停等流量控制 48

3.4.2 滑動窗口流量控制協議 50

3.5 多用户鏈路訪問 53

3.5.1 CSMA 53

3.6 多用户無線信道訪問 56

3.6.1 FDMA 56

3.6.2 TDMA 56

3.6.3 OFDMA 57

3.6.4 SC-FDMA 57

3.6.5 CDMA 57

3.6.6 其他多路訪問技術 60

3.7 鏈路聚合 61

3.7.1 鏈路聚合的應用 61

3.7.2 LACP 62

3.8 總結 62

3.9 習題 63

3.10 計算機仿真項目 65

第4章 局域網和LAN網絡 66

4.1 LAN和基本拓撲結構 66

4.2 LAN協議 67

4.2.1 邏輯鏈路控制 67

4.2.2 介質訪問控制 68

4.3 LAN網絡 69

4.3.1 用第1層設備互連LAN 70

4.3.2 用第2層設備互連LAN 70

4.3.3 用第2層和第3層設備連網 74

4.4 MAC/IP地址轉換協議 75

4.4.1 ARP 75

4.4.2 RARP 76

4.5 生成樹協議 77

4.6 虛擬局域網 79

4.6.1 VLAN交換機 80

4.6.2 VLAN中繼協議和

IEEE 802.1Q 80

4.7 無線局域網 80

4.7.1 紅外局域網 81

4.7.2 擴頻局域網 82

4.7.3 窄帶射頻局域網 82

4.7.4 家庭射頻和藍牙局域網 82

4.8 IEEE 802.11無線局域網標準 82

4.8.1 IEEE 802.11物理層 83

4.8.2 802.11 MAC層 84

4.8.3 WiFi網絡 86

4.9 案例研究：有線電視協議

DOCSIS 88

4.10 總結 88

4.11 習題 89

4.12 計算機仿真項目 91

第5章 廣域路由選擇和網絡互聯 92

5.1 IP分組和基本路由選擇策略 92

5.1.1 分組的分片和重組 94

5.1.2 ICMP 95

5.1.3 獲取和分配IP地址 96

5.1.4 DHCP 97

5.1.5 NAT 98

5.1.6 UPnP 100

5.2 路徑選擇算法 100

5.2.1 Dijkstra算法 101

5.2.2 Bellman-Ford算法 102

5.2.3 分組洪泛算法 103

5.2.4 偏轉路由選擇算法 103

5.3 域內路由選擇協議 104

5.3.1 OSPF 104

5.3.2 RIP 107

5.4 域間路由選擇協議 109

5.4.1 AS 110

5.4.2 BGP 110

5.5 IPv6 114

5.5.1 IPv6地址格式 114

5.5.2 擴展 115

5.5.3 分組分片 115

5.5.4 IPv6的其他特性 115

5.6 網絡層擁塞控制 115

5.6.1 單向擁塞控制 117

5.6.2 雙向擁塞控制 118

5.6.3 隨機早期檢測 118

5.6.4 鏈路阻塞的快速評估 120

5.6.5 Lee’s串行和並行連接規則 120

5.7 總結 121

5.8 習題 122

5.9 計算機仿真項目 124

第6章 多播路由選擇和協議 126

6.1 基本定義和技術 126

6.1.1 IP多播地址 127

6.1.2 基本多播樹算法 128

6.1.3 多播協議分類 129

6.2 本地和成員多播協議 129

6.2.1 IGMP 129

6.3 域內多播協議 131

6.3.1 MBone 131

6.3.2 DVMRP 131

6.3.3 MOSPF協議 132

6.3.4 PIM 133

6.3.5 CBT協議 134

6.4 域間多播協議 134

6.4.1 MBGP 134

6.4.2 MSDP 135

6.4.3 BGMP 136

6.5 總結 137

6.6 習題 137

6.7 計算機仿真項目 139

第7章 無線廣域網和LTE技術 140

7.1 無線網絡的基礎設施 140

7.2 蜂窩網絡 141

7.2.1 蜂窩網絡設備和操作 142

7.2.2 切換 146

7.3 蜂窩網絡中的移動IP管理 149

7.3.1 家鄉代理和外地代理 149

7.3.2 代理發現階段 150

7.3.3 註冊 150

7.3.4 移動IP路由 151

7.3.5 歷代蜂窩網絡 153

7.4 LTE技術 154

7.4.1 LTE組網設備 154

7.4.2 LTE小區中的呼叫建立 155

7.4.3 LTE中的切換 156

7.4.4 LTE的上/下行鏈路方案 157

7.4.5 頻率複用 157

7.5 與LTE結合的無線網狀網 160

7.5.1 網狀網的應用 160

7.5.2 WMN的物理層和MAC層 161

7.6 無線信道特性 161

7.6.1 無線信道的容量 163

7.6.2 信道編碼 163

7.6.3 平坦衰落對策 164

7.6.4 碼間串擾對策 164

7.7 總結 164

7.8 習題 165

7.9 計算機仿真項目 166

第8章 傳送和端到端協議 167

8.1 傳送層概況 167

8.1.1 傳送層與相鄰層的相互

作用 168

8.1.2 傳送層協議 170

8.2 用户數據報協議 170

8.2.1 UDP數據段 170

8.2.2 UDP的應用 172

8.3 傳輸控制協議 172

8.3.1 TCP數據段 172

8.3.2 TCP連接 174

8.3.3 TCP中基於窗口的傳輸和

滑動窗口 176

8.3.4 TCP的應用 177

8.4 移動傳送協議 177

8.4.1 用於移動的UDP 177

8.4.2 用於移動的TCP 177

8.5 TCP擁塞控制 178

8.5.1 加法增大、乘法減小控制 178

8.5.2 慢啓動方法 179

8.5.3 快速重傳和快速恢復方法 180

8.6 總結 182

8.7 習題 182

8.8 計算機仿真項目 183

第9章 基本網絡應用和管理 184

9.1 應用層概述 184

9.1.1 客户機/服務器模型 185

9.1.2 圖形用户界面 185

9.2 DNS 186

9.2.1 域名空間 186

9.2.2 名字/地址映射 187

9.2.3 DNS報文格式 189

9.3 電子郵件(E-mail) 189

9.3.1 基本的E-mail結構和定義 190

9.3.2 簡單郵件傳輸協議(SMTP) 191

9.3.3 第3版郵局協議(POP3) 192

9.3.4 互聯網郵件訪問協議

(IMAP) 192

9.4 萬維網(WWW) 192

9.4.1 超文本傳輸協議(HTTP) 193

9.4.2 Web緩存(代理服務器) 196

9.4.3 Webmail 196

9.5 遠程登錄協議 197

9.5.1 TELNET協議 197

9.5.2 安全外殼協議(SSH) 198

9.6 文件傳輸和FTP 199

9.6.1 文件傳輸協議(FTP) 199

9.6.2 安全複製協議(SCP) 199

9.7 對等網絡 199

9.7.1 P2P文件共享協議 200

9.7.2 P2P數據庫共享協議 203

9.7.3 對等節點連接效率估計 205

9.8 網絡管理 205

9.8.1 網絡管理要素 206

9.8.2 管理信息結構(SMI) 206

9.8.3 管理信息庫(MIB) 207

9.8.4 簡單網絡管理協議(SNMP) 207

9.9 總結 209

9.10 習題 209

9.11 計算機仿真項目 211

第10章 網絡安全 212

10.1 網絡安全概況 212

10.1.1 網絡安全要素 212

10.1.2 網絡攻擊分類 213

10.2 安全方法 215

10.3 對稱密鑰密碼 216

10.3.1 數據加密標準(DES) 217

10.3.2 高級加密標準(AES) 218

10.4 公鑰密碼 218

10.4.1 RSA算法 219

10.4.2 Diffie-Hellman密鑰交換

協議 220

10.5 認證 220

10.5.1 哈希函數 220

10.5.2 安全哈希算法(SHA) 221

10.6 數字簽名 222

10.7 IP和無線網絡的安全 223

10.7.1 IP安全和IPsec 223

10.7.2 無線網絡和IEEE 802.11的

安全 224

10.8 防火牆和分組過濾 225

10.8.1 分組過濾 226

10.8.2 代理服務器 227

10.9 總結 227

10.10 習題 228

10.11 計算機仿真項目 229

第 二 部 分

第11章 網絡隊列和延遲分析 230

11.1 Little定理 230

11.2 生滅過程 232

11.3 排隊規則 233

11.4 馬爾可夫FIFO排隊系統 233

11.4.1 M/M/1排隊系統 233

11.4.2 有限排隊空間系統：

M/M/1/b 236

11.4.3 M/M/a排隊系統 237

11.4.4 延遲敏感流量模型：

M/M/a/a 241

11.4.5 M/M/∞隊系統 242

11.5 非馬爾可夫和自相似模型 243

11.5.1 波拉切克-欣欽(Pollaczek-Khinchine，P-K)公式和

M/G/1 243

11.5.2 M/D/1模型 245

11.5.3 自相似和批到達模型 245

11.6 隊列網絡 245

11.6.1 Burke定理 245

11.6.2 Jackson定理 248

11.7 總結 251

11.8 習題 252

11.9 計算機仿真項目 255

第12章 高級路由器和交換機架構 256

12.1 路由器結構 256

12.2 輸入端口處理器 257

12.2.1 分組解析器 258

12.2.2 分組分割器 258

12.2.3 輸入緩衝區 259