計算機網絡（第4版 在綫教學版）/21世紀大學本科計算機專業係列教材 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　作者吳功宜在40年前大學畢業留校參加工作時，曾經嚮一位老先生請教如何教好一門課。老先生送給作者的一句話是：“你要給學生一勺水，那麼你自己就需要準備一桶水”。多年的教學實踐使作者深刻地體會到：要教好一門課，教師需要通過教學研究，深入理解課程的精髓，掌握教學規律；通過科研來提高自身的學術水平，提高理論聯係實際的能力。有以上兩點還不夠，還需要在教學的過程中，不斷地嚮學生學習，瞭解初學者對某些問題的認識過程與規律，搞懂初學者對哪些問題不容易掌握，以及為什麼不容易掌握。
　　在規劃教材體係建設時，注意到理論知識學習和實際能力培養的關係問題。主教材內容定位與網絡技術發展的總體水平，力求做到知識體係設計閤理，難易程度適中，配套教材齊全，能夠適應我國不同地區、不同學校和專業網絡課程教學的基本要求。經過十多年的努力，基本形成瞭由“一本主教材、四本輔助教材和一個電子教案”構成的教材體係，為計算機網絡課程教學改革提供瞭一個良好的平颱。
　　主教材《計算機網絡（第4版）》的特點是：
　　*，打牢網絡理論與技術基礎。
　　在知識結構的設計中，堅持以支撐互聯網、移動互聯網與物聯網發展的共性技術為主綫，每一章內容力求集中迴答其中一個基本的問題。
　　通過剖析常用的網絡應用實例，對網絡應用係統的設計與實現方法進行討論，幫助讀者漸進、潛移默化地接受前人成熟的研究方法與成果，為繼續學習和研究網絡技術奠定基礎。
　　第二，貼近技術發展前沿。
　　計算機網絡是當今計算機科學與技術學科中發展*為迅速的技術之一，也是計算機應用中一個空前活躍的領域。作者潛心研讀瞭近年來國內外計算機網絡的重要著作、文獻，並結閤個人與科研團隊的研究工作，貼近技術發展前沿，探討計算機網絡知識體係中“變”與“不變”的關係，分析學生學習過程中“難點”和為什麼會成為難點的問題,突齣計算機專業的特點,對相關章節內容做齣瞭適當地取捨,相對較多地增加瞭無綫網絡的份量,形成第4版的知識體係。
　　第三，以“係統觀”的思路組織網絡知識體係。
　　計算機專業學生需要更強調計算機係統能力的培養。計算機專業學生係統能力的核心是培養學生具有設計和構建以計算技術為核心、新的應用係統的能力，而網絡知識是計算機係統能力的重要組成部分。因此，計算機專業學生係統能力的培養要將計算機與計算機網絡看成一個有機的整體，引導學生用計算機組成原理、操作係統的基礎知識，去理解計算機網絡基本工作原理，學會用軟件編程的方法去實現網絡服務功能，使得學生能夠準確描述與構建齣真實網絡應用係統的模型，以及有效地構造網絡應用係統的能力。教程在組織每一章、每一個知識點，以及習題、網絡軟件編程與硬件訓練，都力求做到這一點。
　　第四，貫徹“以能力培養為導嚮”的教學理念。
　　計算機網絡是一門應用性與實踐性很強的課程。學生隻有通過係統地訓練，纔有可能真正掌握和深入理解網絡技術的基本理論與方法。教學團隊在規劃教材體係建設時，堅持“以能力培養為導嚮”的指導思想，經過近二十年的努力，形成瞭由“一本主教材、四本輔助教材和一個電子教案”構成的教材體係。
　　清華大學齣版社為《計算機網絡（第4版）》在綫教學版配套開發瞭豐富的在綫教學資源，可以在清華大學齣版社的在綫教學平颱上進行練習與測試，實現教學互動、智能學習。
　　本書可以供計算機、軟件工程、信息安全、物聯網工程、傳感網技術、通信工程與電子信息等相關專業的本科與碩士研究生作為計算機網絡課程的教材或教學參考書，也可以作為從事信息技術的工程技術人員與技術管理人員學習、研究網絡技術的參考書。

內容簡介

　　本書依據計算機網絡技術發展的三條主綫——互聯網、無綫網絡與網絡安全，係統地介紹網絡的基本概念、網絡體係結構、網絡互聯與分布式進程通信、Internet應用與網絡安全技術；在係統討論網絡基本工作原理的同時，注重網絡應用係統與網絡應用軟件設計、實現方法的學習；貼近技術發展的前沿，對當前研究與應用的熱點——無綫網絡、移動互聯網與物聯網技術進行瞭係統的討論。
　　本書結構清晰，章節內容環環相扣，逐步遞進；語言流暢，圖文並茂，易讀易懂。教材體係建設堅持“理論學習和能力培養並重”的指導思想，形成瞭由“1本主教材、4本輔助教材、1個題庫和1個電子教案”構成的教材體係，以適應不同學校與專業的需要。
　　本書第1版至第3版被評為普通高等教育“十一五”和“十二五”*規劃教材，第2版被評為普通高等教育*精品教材。
　　本書適閤作為計算機、軟件工程、信息安全、物聯網工程、通信工程與電子信息等相關專業的本科生與研究生的教材，也可以作為信息技術領域的工程技術人員與技術管理人員學習、研究網絡技術的參考書。

作者簡介

　　吳功宜，南開大學計算機與控製工程學院教授、博士生導師。長期從事互聯網、物聯網與信息安全方嚮的教學與研究工作。曆任南開大學計算機係主任、研究生院常務副院長、信息技術科學學院院長。從1984年開始為本科生和研究生講授“計算機網絡”等課程，連續從事“計算機網絡”課程教學30年；在計算機網絡與信息安全方嚮招收和指導碩士、博士研究生；主持和參加完成計算機網絡與信息安全方嚮的科研項目20餘項，發錶學術論文50餘篇；參加編著和齣版的教材、專著共30餘部，其中《計算機網絡》被評為教育部高等教育精品教材、教育部“十二五”高等教育本科*規劃教材；《計算機網絡高級教程（第2版）》、《計算機網絡高級軟件編程技術（第2版）》與《網絡安全高級軟件編程技術》為“十一五”國傢重點圖書、計算機科學與技術學科前沿叢書與研究生係列教材（中文版）；《物聯網工程導論》為“十二五”國傢重點圖書、教育部“十二五”高等教育本科*規劃教材；主持教育部考試中心《全國計算機等級考試（四級）網絡工程師》大綱製定與教材編寫任務。2000年獲南開大學優秀教師特等奬；2003年獲天津市“十五”立功奬章；2009年“以能力培養為導嚮的計算機網絡教學體係建設”項目獲天津市教學成果一等奬；享受國務院政府特殊津貼。

　　吳英，南開大學計算機與控製工程學院副教授、博士，碩士生導師。主要研究方嚮為計算機網絡、物聯網與網絡存儲，主持與參加科研項目8項，近年發錶學術論文20餘篇；編著與齣版教材、譯著共10部。多年來一直從事計算機網絡、物聯網導論與軟件編程教學工作；曾獲天津市教學成果一等奬1項。

目錄

第1章計算機網絡概論1
1.1計算機網絡的形成與發展1
1.1.1計算機網絡發展階段的劃分1
1.1.2計算機網絡的形成與發展2
1.1.3Internet的高速發展10
1.1.4寬帶城域網與三網融閤技術的發展10
1.1.5物聯網的形成與發展11
1.2計算機網絡技術發展的三條主綫12
1.2.1*條主綫: 從ARPANET到Internet12
1.2.2第二條主綫: 從無綫分組網到無綫自組網、無綫傳感器網絡13
1.2.3第三條主綫: 網絡安全技術13
1.3計算機網絡定義與分類14
1.3.1計算機網絡定義14
1.3.2我們生活與工作的網絡環境15
1.3.3廣域網18
1.3.4城域網20
1.3.5局域網23
1.3.6個人區域網23
1.3.7人體區域網25
1.4計算機網絡的組成與結構26
1.4.1早期計算機網絡的組成與結構26
1.4.2ISP的層次結構26
1.4.3Internet的網絡結構27
1.5計算機網絡拓撲結構29
1.5.1計算機網絡拓撲的定義29
1.5.2計算機網絡拓撲的分類與特點29
1.6分組交換技術的基本概念30
1.6.1數據交換方式的分類30
1.6.2綫路交換的特點31
1.6.3分組交換的特點32
1.6.4數據報方式與虛電路方式34
1.6.5分組交換網中的延時36
1.6.6麵嚮連接服務與無連接服務40
1.7網絡體係結構與網絡協議42
1.7.1網絡體係結構的基本概念42
1.7.2OSI參考模型46
1.7.3TCP/IP參考模型50
1.7.4OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較52
1.7.5網絡與Internet協議標準化組織和管理機構53
1.7.6一種建議的參考模型55
小結56
習題56
第2章物理層58
2.1物理層與物理層協議的基本概念58
2.1.1物理層的基本服務功能58
2.1.2物理層協議的類型59
2.1.3物理層嚮數據鏈路層提供的服務60
2.2數據通信的基本概念61
2.2.1信息、數據與信號61
2.2.2數據通信方式62
2.2.3傳輸介質的主要類型與特性66
2.2.4數據編碼分類73
2.3頻帶傳輸技術74
2.3.1頻帶傳輸的基本概念74
2.3.2模擬數據信號編碼方法74
2.3.3波特率的定義75
2.4基帶傳輸技術77
2.4.1基帶傳輸的定義77
2.4.2數字數據編碼方法77
2.4.3脈衝編碼調製方法78
2.4.4比特率的定義80
2.4.5奈奎斯特準則與香農定理81
2.5多路復用技術81
2.5.1多路復用的基本概念81
2.5.2時分多路復用83
2.5.3頻分多路復用84
2.5.4波分多路復用85
2.6同步光縴網與同步數字體係85
2.6.1SONET與SDH的基本概念85
2.6.2基本速率標準的製定86
2.6.3SDH速率體係86
2.7接入技術88
2.7.1接入技術的分類88
2.7.2ADSL接入技術89
2.7.3HFC接入技術91
2.7.4光縴接入技術93
2.7.5移動通信接入技術95
小結98
習題98
第3章數據鏈路層100
3.1差錯産生的原因與差錯控製方法100
3.1.1設計數據鏈路層的原因100
3.1.2差錯産生的原因和差錯類型101
3.1.3誤碼率的定義102
3.1.4檢錯碼與糾錯碼102
3.1.5循環冗餘編碼工作原理102
3.1.6差錯控製機製105
3.2數據鏈路層的基本概念106
3.2.1鏈路與數據鏈路106
3.2.2數據鏈路層的主要功能106
3.2.3數據鏈路層與網絡層、物理層的關係107
3.3數據鏈路層協議的演變與發展109
3.3.1麵嚮字符型數據鏈路層協議的特點109
3.3.2麵嚮比特型數據鏈路層協議的特點112
3.4點�駁閾�議115
3.4.1PPP協議的主要特點115
3.4.2PPP協議幀結構116
3.4.3PPP協議工作過程117
小結120
習題120

精彩書摘

　　第3章數據鏈路層
　　本章將從差錯産生的原因與差錯控製方法入手，討論基於點.點通信綫路的數據鏈路層的基本概念與服務功能，以及典型的數據鏈路層協議。本章教學要求
　　理解: 數據傳輸過程中差錯産生的原因與性質。
　　掌握: 誤碼率的定義與差錯控製方法。
　　掌握: 數據鏈路層的基本概念。
　　瞭解: 數據鏈路層協議的分類方法。
　　掌握: 典型的數據鏈路層協議——PPP基本工作原理。
　　3.1差錯産生的原因與差錯控製方法[*4/5]3.1.1設計數據鏈路層的原因在討論數據鏈路層的基本概念與協議前，需要討論一個問題，那就是為什麼要設計數據鏈路層？這個問題可以從以下三個方麵來迴答。
　　（1） 物理綫路由傳輸介質與通信設備組成。在物理綫路上傳輸數據信號是存在差錯的。誤碼率是指二進製比特在數據傳輸過程中被傳錯的概率。在實際物理綫路的傳輸過程中，人們需要進行大量測試，求齣各種物理綫路的平均誤碼率，或者給齣某些特殊情況下的平均誤碼率。測試結果錶明: 電話綫路的傳輸速率在300～2400bps時，平均誤碼率在10-4～10-6之間；傳輸速率在4800～9600bps時，平均誤碼率在10-2～10-4之間。由於計算機網絡對數據通信的要求是平均誤碼率必須低於10-9，因此普通電話綫路不采取差錯控製措施就不能滿足計算機網絡的要求。
　　（2） 設計數據鏈路層的主要目的是在有差錯的物理綫路的基礎上，采取差錯檢測、差錯控製與流量控製等方法，將有差錯的物理綫路改進成無差錯的數據鏈路，嚮網絡層提供高質量的數據傳輸服務。
　　（3） 從參考模型的角度來看，物理層以上的各層都有改善數據傳輸質量的責任，數據鏈路層是*重要的一層。
　　3.1.2差錯産生的原因和差錯類型
　　我們將通過物理綫路傳輸之後接收數據與發送數據不一緻的現象稱為傳輸差錯（簡稱差錯）。差錯的産生是不可避免的，我們的任務是分析差錯産生的原因與類型，研究檢查是否齣現差錯以及如何糾正差錯的差錯控製方法。
　　差錯的産生過程如圖3.1所示。其中，圖3.1（a）錶示的是數據通過通信信道的過程；圖3.1（b）錶示的是數據傳輸過程中噪聲的影響。
　　圖3.1差錯的産生過程
　　數據鏈路層第 3 章計算機網絡（第4版）當數據信號從發送端齣發經過物理綫路時，由於物理綫路存在著噪聲，因此數據信號通過物理綫路傳輸到接收端時，接收信號必然是數據信號與噪聲信號電平的疊加。在接收端接收電路在取樣時對疊加後的信號進行判斷，以確定數據的0、1值。如果噪聲對信號疊加的結果在電平判決時引起錯誤，這時就會産生傳輸數據的錯誤。
　　物理綫路的噪聲分為兩類: 熱噪聲和衝擊噪聲。其中，熱噪聲是由傳輸介質導體的電子熱運動産生的。熱噪聲的特點是: 時刻存在，幅度較小，強度與頻率無關，但是頻譜很寬。熱噪聲是一種隨機的噪聲，由熱噪聲引起的差錯是一種隨機差錯。
　　衝擊噪聲是由外界電磁乾擾引起的。與熱噪聲相比，衝擊噪聲的幅度比較大，它是引起傳輸差錯的主要原因。衝擊噪聲持續時間與數據傳輸中每比特的發送時間相比可能較長，因此衝擊噪聲引起的相鄰多個數據位齣錯呈突發性。衝擊噪聲引起的傳輸差錯是一種突發差錯。引起突發差錯比特位的長度稱為突發長度。通信過程中産生的傳輸差錯是由隨機差錯與突發差錯共同構成的。
　　3.1.3誤碼率的定義
　　誤碼率是指二進製比特在數據傳輸係統中被傳錯的概率，它在數值上近似等於Pe = Ne/N。其中，N為傳輸的二進製比特總數，Ne為被傳錯的比特數。
　　在理解誤碼率的定義時，需要注意以下幾個問題。
　　（1） 誤碼率是衡量數據傳輸係統正常工作狀態下傳輸可靠性的參數。數據信號在物理綫路傳輸過程中一定會因為噪聲、乾擾等原因齣現錯誤，傳輸錯誤是正常並且是不可避免的，但是一定要控製在一個允許的範圍內。
　　（2） 對於一個實際的數據傳輸係統，不能籠統地說誤碼率越低越好，要根據實際傳輸要求提齣誤碼率要求。在數據傳輸速率確定後，要求傳輸係統的誤碼率越低，則傳輸係統的設備就會越復雜，相應造價也就越高。
　　（3） 對於實際數據傳輸係統，如果傳輸的不是二進製數，需要摺閤成二進製數來計算。
　　（4） 差錯的齣現具有隨機性，在實際測量一個數據傳輸係統時，隻有被測量的傳輸二進製位數越大，纔會越接近真實的誤碼率值。
　　3.1.4檢錯碼與糾錯碼
　　在計算機通信中，研究檢測與糾正比特流傳輸錯誤的方法稱為差錯控製。差錯控製的目的是減少物理綫路的傳輸錯誤，目前還不可能做到檢測和校正所有的差錯。人們在設計差錯控製方法時提齣以下兩種策略。
　　（1） *種策略是采用糾錯碼。糾錯碼為每個傳輸單元加上足夠多的冗餘信息，以便接收端能夠發現，並能夠自動糾正傳輸差錯。
　　（2） 第二種策略采用檢錯碼。檢錯碼為每個傳輸單元加上一定的冗餘信息，接收端可以根據這些冗餘信息發現傳輸差錯，但是不能確定是哪一位或哪些位齣錯，並且自己不能夠自動糾正傳輸差錯。
　　糾錯碼方法雖然有優越之處，但是實現起來睏難，在一般的通信場閤不易采用。檢錯碼方法雖然需要通過重傳機製達到糾錯目的，但是工作原理簡單，實現起來容易，因此得到瞭廣泛的使用。
　　3.1.5循環冗餘編碼工作原理
　　常用的檢錯碼主要有奇偶校驗碼和循環冗餘編碼。奇偶校驗碼是一種*常見的檢錯碼，它分為垂直奇偶校驗、水平奇偶校驗與水平垂直奇偶校驗（即方陣碼）。奇偶校驗方法簡單，但檢錯能力差，一般隻用於通信要求較低的環境。目前，循環冗餘編碼（cyclic redundancy code，CRC）是應用*廣泛的檢錯碼編碼方法，它具有檢錯能力強與實現容易的特點。
　　1. CRC的基本工作原理
　　CRC檢錯方法的工作原理可以從發送端與接收端兩個方麵進行描述。
　　（1） 發送端將發送數據比特序列當作一個多項式f(x)，用雙方預先約定的生成多項式G(x)去除，求得一個餘數多項式R(x)。將餘數多項式加到數據多項式之後，一起發送到接收端。
　　（2） 接收端用同樣的生成多項式G(x)去除接收到的數據多項式f′(x），得到計算餘數多項式R′(x)。如果計算餘數多項式R′(x)與接收餘數多項式R(x)相同，錶示傳輸無差錯；否則，錶示傳輸有差錯。齣現差錯，通知發送端重傳數據，直至正確為止。
　　圖3.2給齣瞭CRC檢錯方法的工作原理示意圖。
　　圖3.2CRC校驗工作原理示意圖
　　CRC生成多項式G(x)由協議來規定，G(x)的結構及檢錯效果是經過嚴格的數學分析與實驗後確定的。目前，已有多種生成多項式列入國際標準，例如:
　　CRC.12G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1
　　CRC.16G(x)=x16+x15+x2+1
　　CRC.CCITTG(x)=x16+x12+x5+1
　　CRC.32G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10
　　+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
　　2. CRC校驗的工作過程
　　CRC校驗的工作過程如下。
　　（1） 發送端發送數據多項式f(x)·xk，其中k為生成多項式的*高冪值。對於二進製乘法來說，f(x)·xk的意義是將發送數據比特序列左移k位，用來放入餘數。
　　（2） 將f(x)·xk除以生成多項式G（x），得f(x)·xk/G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)其中，式中R(x)為餘數多項式。
　　（3） 將f(x)·xk+R(x)作為整體，發送到接收端。
　　（4） 接收端對接收到的數據多項式f′(x)采用同樣的運算，即f ′(x)·xk/G(x)=Q(x)+ R′(x)/G(x)求得計算餘數多項式R′(x)。
　　（5） 如果計算餘數多項式R′(x)等於接收餘數多項式R(x)，錶示發送過程中沒有齣現差錯；如果計算餘數多項式R′(x)不等於接收餘數多項式R(x)，錶示發送過程中齣現瞭差錯。
　　3. CRC檢錯方法的舉例
　　實際的CRC校驗碼生成是采用二進製的模二算法（即減法不藉位、加法不進位）計算齣來的，這是一種異或操作。下麵通過一些例子來進一步解釋CRC的基本工作原理。
　　（1） 需要注意的問題
　　在用模二算法生成CRC校驗碼時，需要注意以下問題。
　　① 以CRC.12為例，G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1，可以寫為
　　G(x)=1×x12+1×x11+0×x10+0×x9+0×x8+0×x7+0×x6+0×x5
　　+0×x4＋1×x3+1×x2+1×x+1×x0
　　盡管CRC.12的*高位是x12，k=12。而實際上用二進製錶示時，它的位數N=13，也就是說用二進製錶示G(x)應該是: 1100000001111。k=13－1=12。
　　② 如果在例子中給齣生成多項式比特序列為11001，那麼寫成生成多項式應該為
　　G(x)=1×x4+1×x3+0×x2+0×x1+1×x0
　　生成多項式的N=5，k=5－1=4。
　　（2） 舉例
　　下麵舉一個例子來具體說明CRC校驗碼的生成過程。
　　① 發送數據比特序列為110011（6比特）。
　　② 生成多項式比特序列為110

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