计算机网络

第1篇计算机网络技术

第1章计算机网络概述31.1计算机网络的基本概念3

1.1.1什么是计算机网络3

1.1.2计算机网络的分类5

1.2计算机网络的发展历程11

1.2.1计算机网络的产生11

1.2.2分组交换网的出现12

1.2.3计算机网络体系结构的形成14

1.2.4局域网的产生与发展15

1.2.5Internet时代16

1.3计算机网络技术国际标准化组织19

习题21

第2章计算机网络体系结构23

2.1ISO/OSI体系结构概述23

2.1.1开放系统互连参考模型（OSI/RM）23

2.1.2ISO/OSI的一些基本概念25

2.1.3ISO/OSI各层基本功能28

2.2TCP/IP体系结构概述31

2.2.1TCP/IP及其发展31

2.2.2TCP/IP体系结构32

2.3五层体系结构34

习题34

第3章物理层37

3.1概述37

3.2数据通信系统的性能指标39

3.2.1信息传输速率与码元传输速率39

3.2.2时延和时延带宽积41

3.2.3误码率和误比特率42

3.2.4奈奎斯特准则与香农定理43

3.3数据传输方式44

3.3.1单工、全双工和半双工传输44

3.3.2异步传输和同步传输45

3.3.3频带传输和基带传输48

3.4调制解调技术49

3.4.1幅移键控（ASK）50

3.4.2频移键控（FSK）50

3.4.3相移键控（PSK）50

3.4.4多级调制和幅相键控（APK）50

3.5编码解码技术51

3.5.1不归零制编码52

3.5.2曼彻斯特编码52

3.5.3差分曼彻斯特编码53

3.5.4mB/nB编码53

3.5.5多进制编码54

3.6信道复用技术55

3.6.1频分复用（FDM）56

3.6.2时分复用（TDM）56

3.6.3统计时分复用（STDM）57

3.6.4准同步数字系列（PDH）58

3.6.5同步数字系列（SDH/SONET）60

3.6.6波分复用（WDM/DWDM/CWDM）63

3.7传输媒体64

3.7.1双绞线64

3.7.2同轴电缆65

3.7.3光纤66

3.7.4无线传输67

习题70

计算机网络

···················目录

···············第4章数据链路层74

4.1数据链路控制机制74

4.1.1引言74

4.1.2滑动窗口机制76

4.1.3停等ARQ77

4.1.4回退N ARQ79

4.1.5选择重传ARQ81

4.2差错校验82

4.2.1奇偶校验82

4.2.2循环冗余校验83

4.2.3校验和85

4.3高级数据链路控制（HDLC）86

4.3.1HDLC链路配置和工作模式86

4.3.2HDLC帧格式和传输控制87

4.4Internet数据链路控制协议PPP90

习题93

第5章局域网96

5.1IEEE802局域网体系结构96

5.1.1IEEE802局域网参考模型96

5.1.2媒体接入控制子层98

5.1.3逻辑链路控制子层101

5.2以太网的发展103

5.3以太网媒体接入控制方式CSMA/CD105

5.3.1随机接入技术先驱ALOHA105

5.3.2CSMA工作机理107

5.3.3CSMA/CD工作机理109

5.3.4CSMA/CD以太网传输特点117

5.3.5CSMA/CD以太网性能118

5.4以太网帧格式和数据封装121

5.4.1以太网帧格式121

5.4.2以太网数据封装123

5.5传统以太网125

5.5.1物理层、网络接口卡和中继器125

5.5.2粗缆以太网10Base5128

5.5.3细缆以太网10Base2128

5.5.4双绞线以太网10BaseT130

5.5.5光纤以太网10BaseF133

5.6高速以太网133

5.6.1100BaseT134

5.6.2千兆以太网139

5.6.3万兆以太网143

5.7全双工以太网146

5.7.1全双工以太网的特点146

5.7.2全双工以太网的流量控制147

5.8交换式以太网148

5.8.1网桥149

5.8.2交换机152

5.8.3交换式以太网及其特点154

5.9非主流局域网156

5.9.1令牌环156

5.9.2令牌总线159

5.9.3光纤分布数据接口（FDDI）160

5.10无线局域网（WLAN）162

5.10.1IEEE802.11 WLAN网络结构162

5.10.2IEEE802.11 WLAN物理层163

5.10.3IEEE802.11 WLAN MAC层164

5.11虚拟局域网（VLAN）170

5.11.1VLAN及其特点170

5.11.2VLAN划分171

5.11.3VLAN帧格式172

5.11.4VLAN运行173

习题174

第6章广域网183

6.1广域网传输控制机制183

6.1.1数据交换技术183

6.1.2分组转发和动态路由187

6.1.3拥塞控制190

6.2帧中继193

6.2.1帧中继交换193

6.2.2帧中继体系结构194

6.3异步传输模式（ATM）196

6.3.1信元交换196

6.3.2ATM协议模型197

6.3.3ATM服务质量和服务类型204

6.3.4ATM通信量控制206

习题208

第7章网络层211

7.1网络互联与路由器211

7.1.1网络互联211

7.1.2路由器212

7.2网际协议（IP）214

7.2.1网际层的服务和协议214

7.2.2分类IPv4地址及子网划分215

7.2.3地址解析协议（ARP）219

7.2.4IP数据报格式223

7.2.5IP数据报分片与重组225

7.2.6IP数据报转发228

7.2.7IP数据报选项233

7.2.8Internet控制报文协议(ICMP)235

7.2.9无类别域间路由(CIDR)239

7.3路由算法和路由协议242

7.3.1Internet两类路由协议242

7.3.2距离矢量路由算法244

7.3.3最短路径优先路由算法(SPF)246

7.3.4路由信息协议(RIP)249

7.3.5开放最短路径优先协议(OSPF)255

7.3.6边界网关协议(BGP)261

7.4Internet组管理协议(IGMP)266

7.4.1多播266

7.4.2IP多播组地址及其转换267

7.4.3IGMP协议268

7.4.4距离矢量多播路由协议(DVMRP)270

习题276

第8章传输层286

8.1传输层端口286

8.1.1端口及其作用286

8.1.2传输层的复用和解复用288

8.2用户数据报协议(UDP)289

8.2.1UDP用户数据报289

8.2.2UDP伪报头290

8.2.3UDP的特点290

8.3传输控制协议(TCP)291

8.3.1TCP的编号与确认291

8.3.2TCP报文段293

8.3.3TCP连接管理297

8.3.4TCP重传机制301

8.3.5TCP流量控制305

8.3.6TCP拥塞控制309

习题313

第9章应用层317

9.1网络应用模式317

9.1.1客户服务器模式317

9.1.2浏览器服务器模式319

9.2域名系统（DNS）320

9.2.1Internet的域名结构320

9.2.2域名解析322

9.3文件传送协议（FTP）326

9.3.1FTP的客户服务器模式327

9.3.2FTP的访问控制329

9.4电子邮件329

9.4.1电子邮件系统概述329

9.4.2电子邮件的信息格式332

9.4.3简单的电子邮件传送协议（SMTP）335

9.4.4邮局协议（POP）336

9.5万维网（WWW）337

9.5.1万维网工作原理337

9.5.2统一资源定位符（URL）343

9.5.3超文本传送协议（HTTP）344

9.5.4超文本标记语言（HTML）346

9.5.5动态Web文档技术349

9.5.6活动Web文档技术352

9.6动态主机配置协议（DHCP）354

9.7简单网络管理协议（SNMP）356

9.7.1SNMP网络管理系统组成356

9.7.2SNMP协议358

9.7.3管理信息结构（SMI）360

9.7.4管理信息库（MIB）364

习题366

第10章Socket网络应用编程369

10.1套接字Socket369

10.1.1网络应用程序编程接口369

10.1.2Socket机制370

10.2Socket网络通信程序设计371

10.2.1Socket的创建与关闭371

10.2.2绑定本地地址373

10.2.3建立连接374

10.2.4数据的发送与接收377

10.2.5客户服务器模式的Socket实现框架380

习题383

第11章网络安全384

11.1密码学基础385

11.1.1概述385

11.1.2对称密钥密码体制与DES算法386

11.1.3公开密钥密码体制与RSA算法390

11.2数字签名和报文摘要393

11.2.1数字签名393

11.2.2报文摘要394

11.3身份认证和密钥分发396

11.3.1基于对称密钥的认证和密钥分发396

11.3.2基于公钥的认证和公钥分发398

11.4Internet网络安全技术400

11.4.1防火墙技术400

11.4.2网际层安全技术405

11.4.3传输层安全技术408

11.4.4应用层安全技术409

11.4.5虚拟专用网（VPN）412

习题413

第12章Internet的发展417

12.1下一代网际协议IPv6417

12.1.1IPv6产生的背景和特点417

12.1.2IPv6数据报格式418

12.1.3IPv6地址421

12.1.4IPv4向IPv6过渡425

12.2IP over ATM、SDH和DWM428

12.2.1IP over ATM428

12.2.2多协议标记交换（MPLS）431

12.2.3IP over SDH434

12.2.4IP over WDM435

12.3宽带接入网436

12.3.1非对称数字用户线（ADSL）437

12.3.2混合光纤同轴电缆网（HFC）439

12.4多媒体传输442

12.4.1多媒体及其传输442

12.4.2实时传输协议（RTP）与实时传输控制协议（RTCP）445

12.4.3H.323和会话发起协议（SIP）451

12.5QoS控制456

12.5.1综合服务（IntServ）与资源预留协议（RSVP）456

12.5.2区分服务（DiffServ）463

习题466

第13章计算机网络规划与设计469

13.1计算机网络规划概述469

13.1.1计算机网络规划的作用469

13.1.2网络工程的基本内容470

13.1.3网络系统集成的层面472

13.1.4网络规划设计的基本原则474

13.2计算机网络的规划设计与实施476

13.2.1需求分析及可行性分析476

13.2.2计算机网络总体设计478

13.2.3网络分层拓扑结构的规划设计479

13.2.4网络设备的选型与比较481

13.2.5网络管理设计485

13.2.6网络安全系统设计485

13.2.7综合布线系统486

13.2.8网络工程实施与测试487

13.3接入网与网络互联技术488

13.3.1接入网技术概念488

13.3.2接入网承载的业务与接入类型489

13.3.3ISDN接入方案490

13.3.4宽带接入网490

13.4企业网络互联方式492

13.5网络系统集成案例495

13.5.1小型企业网络方案495

13.5.2大型企业园区网方案495

13.5.3电子政务网络方案497

13.5.4电子商务网络方案497

13.5.5校园网络方案498

13.5.6企业内联网方案499

习题500

第2篇控制网络技术

第14章控制网络概述505

14.1控制网络的构成与特点505

14.1.1控制网络的特点505

14.1.2控制网络的结点506

14.1.3控制网络的实时性与环境适应性506

14.1.4现场总线技术及其发展508

14.1.5几种控制网络的通信参考模型510

14.2控制网络与网络化控制系统512

14.2.1控制系统的新型结构512

14.2.2网络化控制系统的特点514

14.2.3控制系统对网络的要求515

14.3控制网络在企业网络系统中的地位与作用516

14.3.1企业网络系统的层次结构516

14.3.2控制网络的地位与作用517

14.3.3控制网络与上层网络的连接方式518

习题519

第15章FF控制网络520

15.1FF的技术特色520

15.1.1FF的主要技术520

15.1.2FF通信系统的主要组成521

15.1.3H1协议数据的构成与层次523

15.1.4FF通信中的虚拟通信关系524

15.2H1网段的物理连接526

15.2.1H1网段的物理信号波形526

15.2.2H1网段的信号编码527

15.2.3H1网段的传输介质与拓扑结构529

15.3H1网段的链路活动调度530

15.3.1链路活动调度器（LAS）及其功能531

15.3.2通信设备类型531

15.3.3链路活动调度器的工作过程533

15.3.4链路时间534

15.4H1网段的网络管理535

15.4.1网络管理者与网络管理代理535

15.4.2网络管理代理的虚拟现场设备536

15.4.3通信实体537

15.5H1网段的系统管理540

15.5.1系统管理概述540

15.5.2系统管理的作用542

15.5.3系统管理信息库及其访问543

15.5.4SMK状态545

15.5.5系统管理服务和作用过程545

15.5.6地址与地址分配549

15.6FF的功能块551

15.6.1功能块的内部结构与功能块连接551

15.6.2功能块中的用户应用块554

15.6.3块参数556

15.6.4功能块服务561

15.6.5功能块对象字典563

15.6.6功能块应用564

15.7H1网段的构成与连接565

15.7.1H1网段的构成565

15.7.2网段长度567

习题569

第16章几种其他的控制网络572

16.1几种控制网络的性能比较572

16.2基于CAN的控制网络572

16.2.1CAN通信技术572

16.2.2SAE J1939581

16.2.3汽车电子网络的体系结构586

16.2.4DeviceNet588

16.3工业以太网593

16.3.1工业以太网简介593

16.3.2工业以太网解决非确定性问题的措施595

16.3.3以太网的通信帧结构与Tunneling技术597

16.3.4高速以太网（HSE）598

16.3.5基于Web技术的远程监控601

16.4Controlnet605

16.4.1并行时间域多路存取605

16.4.2Controlnet 的MAC帧结构605

16.4.3通信调度的时间分片方法607

16.4.4Controlnet的虚拟令牌608

16.4.5Controlnet的显性报文与隐性报文608

16.5ASI控制网络609

16.5.1ASI的网络构成609

16.5.2ASI的主从通信610

16.5.3ASI的报文格式611

16.5.4主节点的通信功能612

16.5.5从节点的通信接口613

16.6PROFIBUS615

16.6.1PROFIBUS概述615

16.6.2PROFIBUS的协议结构616

16.6.3PROFIBUS网段的物理连接617

16.6.4PROFIBUS的总线访问控制618

16.6.5PROFIBUSDP的系统配置620

16.6.6设备数据库文件622

习题624

附录A英文缩写词625

参考文献632