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計算機網絡與因特網(第六版)(英文版)
本書在前幾版的基礎上進行了全面的修訂與更新,系統(tǒng)介紹了計算機網絡各方面的知識,全面翔實地講解網絡底層細節(jié),并增加了*的網絡應用與技術。全書共分為五大部分,講解了網絡基礎知識與因特網應用,數據傳輸技術,分組交換及網絡技術,網際互連協(xié)議,以及其他網絡概念與技術;并提供了可深入閱讀的相關資料。本書內容涵蓋廣泛,例題豐富,注重實踐,并提供了大量的練習題和豐富的網絡資源,兼顧到教師和學生的雙重需求。
權威作者經典專著,導論性的網絡課程教材,在世界各國的多所高校被選為教材使用。本書內容上注重廣度而不是深度,組合了自底向上和自頂向下這兩種教學方法各自的優(yōu)點。 前 言 《計算機網絡與因特網》的前一個版本意外地收到了很積極的評價, 我特別要感謝花時間給我個人寫信的那些讀者。令人驚奇的是讀者的面非常廣, 除了采用本書作為教材的學生外, 還有專業(yè)人士也寫信稱贊本書敘述透徹明了, 并講述了本書如何幫助他們通過了資質考試。另外也收到了許多關于對本書的外文翻譯版的熱情評價。本書能夠在當前網絡書籍供過于求的市場中獲得如此成功, 是件特別令人欣慰、 滿足的事情。本書的杰出所在, 在于內容涵蓋廣泛, 組織結構邏輯性強, 概念解釋清晰透徹, 重點講述因特網, 以及非常適合教師和學生的需要。 新版本中增加了什么 為回應讀者的建議, 并鑒于目前網絡領域的發(fā)展和變化, 已經全面完成了對本書新版本的重新修訂和更新, 減少或刪去了對較舊技術的闡述。顯著的變化包括: ● 貫穿每個章節(jié)的更新 ● 為更好地解釋補充了一批插圖 ● 所有章節(jié)中整合了IPv4和IPv6 ● 改進了MPLS覆蓋和隧道建立 ● 新章節(jié): 軟件定義網絡SDN和OpenFlow ● 新章節(jié): 物聯(lián)網和ZigBee 采用的方法 網絡課程應該采用自頂向下的方法還是自下而上的方法呢?在自下而上的方法中, 學生先學習底層單一線路上的比特傳輸, 然后學習相鄰高層協(xié)議如何利用較低層提供擴展的功能。而在自頂向下的方法中, 從高層應用開始學習, 對較低層知識只需理解應用是如何工作的, 然后才學習底層協(xié)議的工作細節(jié)。 本書組合了這兩種方法各自的優(yōu)點, 以討論網絡應用以及因特網提供的通信規(guī)范開始, 在學習網絡設施的底層技術實現(xiàn)之前, 讓學生先理解因特網給應用所提供的網絡設施。在討論了應用之后介紹聯(lián)網知識, 以一種邏輯連貫的方法, 使讀者去理解在較低層技術基礎之上如何構筑每一種新技術。 目標讀者 本書回答了一個基本的問題: 計算機網絡和互聯(lián)網是如何工作的?通過闡述底層細節(jié)(如數據傳輸和布線)、 網絡技術(如局域網和廣域網)、 網絡互聯(lián)協(xié)議和應用軟件等全面的聯(lián)網知識, 奉獻給讀者以綜合性的、 獨特的知識大觀, 還闡明了協(xié)議如何利用底層硬件, 以及應用程序如何使用協(xié)議棧為用戶提供各種應用服務功能。 本書的讀者對象是高年級本科生和低年級研究生, 他們或許只有少許或沒有聯(lián)網方面的背景知識。本書既沒有使用復雜的數學知識, 也沒有介紹太多的操作系統(tǒng)知識, 而旨在清晰地闡述概念, 采用實例和大量示意圖, 說明網絡技術工作原理并分析結論, 但不提供數學證明。 內容的組織 本書分為五大部分, 第一部分(第1章至第4章)集中介紹因特網的應用和網絡應用的開發(fā), 闡述協(xié)議分層、 客戶服務器交互模式、 套接字API, 并列舉了因特網中應用層協(xié)議的例子。 第二部分(第5章至第12章)闡述數據通信技術, 給出貫穿網絡的底層硬件背景知識、 基本術語和基礎概念(如帶寬、 調制和復用)。這部分的最后一章介紹因特網中使用的接入和互連技術, 并闡述如何利用前面章節(jié)所述的概念來解釋每一種技術。 第三部分(第13章至第19章)重點講述分組交換和分組交換網技術。這部分先解釋采用分組傳輸數據的動機和起因, 介紹IEEE模型的第2層協(xié)議, 然后再考慮有線和無線聯(lián)網技術, 如以太網和WiFi。第三部分還介紹了網絡的4個基本分類: 局域網LAN、 城域網MAN、 個人域網PAN和廣域網WAN, 并討論廣域網的路由技術。這部分的最后一章介紹已在因特網中采用的網絡技術示例。 第四部分(第20章至第26章)重點討論因特網協(xié)議。在討論了網絡互聯(lián)的動機和起因之后, 本部分描述因特網結構、 路由器、 因特網編址、 地址綁定和TCP/IP協(xié)議組, 對協(xié)議IPv4、 IPv6、 TCP、 UDP、 ICMP、 ICMPv6和ARP, 進行了詳細的講解, 使學生更深入地理解這些概念是如何聯(lián)系實際的。由于IPv6已經(最終)開始部署, 所以IPv6的內容加入到了這些章節(jié)中。這部分章節(jié)都介紹一般概念, 并闡釋它在IPv4和IPv6中是如何實現(xiàn)的。第25章TCP涉及了一個重要課題: 傳輸協(xié)議中的可靠性。 本書的最后一部分(第27章至第33章)內容涉及協(xié)議棧中多層次交叉的一些課題, 包括: 網絡性能、 網絡安全、 網絡管理、 網絡軟件自舉、 多媒體支持和物聯(lián)網等。第31章介紹了聯(lián)網中最讓人激動的新發(fā)展: 軟件定義網絡。這些課題也都是從前面的各個部分內容中抽取出來的, 將它們安排到本書的最后部分, 在使用前再對其概念進行定義, 并不表示這些課題不重要。 課程的使用 本書理論上適合作為網絡導論性的課程教材, 可供初級或高年級學生的一學期教學使用。本書按綜合性課程來設計, 涵蓋了從布線到應用的全部知識點。盡管很多教師選擇跳過數據通信的內容, 但我支持選擇一些核心概念和術語來講, 這對后面章節(jié)的教學尤為重要。不管課程是怎樣組織的, 我鼓勵教師給學生布置一些實際動手的作業(yè)。 例如, 在美國普度大學的本科課程中, 學生每周都有覆蓋廣泛內容的實驗室作業(yè): 網絡測量、 分組分析以及網絡編程等。完成了課程之后, 期望每個學生能夠達到以下程度: 知道IP路由器如何利用路由表轉發(fā)IP數據報; 能描述數據報如何通過因特網傳輸; 能解釋以太網集線器與以太網交換機的區(qū)別; 知道TCP如何標識連接以及為什么一個并發(fā)Web服務器能在80號端口處理多個連接; 能識別和解釋以太網幀中的各字段含義; 能計算以光速在導線上傳輸的單個比特的長度; 能解釋為什么TCP被歸類為端到端協(xié)議; 知道為什么機器對機器的通信對于物聯(lián)網非常重要; 理解SDN的動機。 一門課程的主要目標是廣度而不是深度要涵蓋所有主題, 不能只集中在幾種技術或幾個概念上, 因此, 授課成功的關鍵取決于能否快速地講好課。為了能使學生在一個學期內學到基本內容, 可以把第二部分較低層次的內容進行壓縮; 把有關網絡和網絡互聯(lián)的部分各安排4周學習; 余下2周留給應用和一些如網絡管理與安全等介紹性內容。至于套接字編程的細節(jié)問題, 可作為編程練習留在實驗室或者作業(yè)中。 教師應該給學生強調概念和原理的重要性: 有些技術可能在幾年后就會過時, 但原理卻是永恒的。另外, 教師也應該激發(fā)學生投身網絡技術的熱情, 由于網絡一直在變化, 因此更希望能保持這種熱情, 如軟件定義網絡的新時代已出現(xiàn)。 雖然本書中沒有哪個知識點是高難度的, 但學生們仍可發(fā)現(xiàn)本書所含內容的數量還是有點讓人望而生畏的。特別是學生們要面對過量的新術語, 網絡縮略語和行業(yè)術語也特別容易混淆, 學生必須花費大量時間養(yǎng)成使用正確術語的習慣。在普度大學的課程教學中, 鼓勵學生記住一個術語列表(我們發(fā)現(xiàn)一個學期課程中每周的詞匯測驗有助于學生對術語的學習, 而不是等到考試)。 因為程序設計和實驗是幫助學生掌握網絡知識的重要環(huán)節(jié), 所以實踐環(huán)節(jié)是任何網絡課程的重要組成部分 獨立實驗室手冊(聯(lián)網實踐)很有幫助, 它描述了在各種硬件環(huán)境中(一臺計算機或LAN中的一組計算機)運行的實驗和作業(yè)。。普度大學的課程比較強調分組分析和套接字編程。在學期的開始, 先讓學生構建客戶軟件去訪問Web并提取數據(如編寫一個程序訪問一個網站, 然后打印出當前的溫度)。作為起步, 附錄A非常有幫助: 這個附錄闡述了一個簡化的API, 可用在Web網站上, 允許學生在學習協(xié)議、 地址和(乏味的)套接字API之前就能編寫可執(zhí)行的代碼。當然, 到了學期的后期, 學生就學會了套接字編程。最后, 他們還要編寫一個并發(fā)Web服務器程序, 支持服務器端可選腳本, 大多數學生能夠完成。除了應用編程外, 還可以利用實驗室設施從正在運行的網絡上捕獲數據分組, 并編寫程序對分組(如以太網幀、 IP數據報、 TCP段)的頭部進行解碼, 并觀察TCP連接的情況。假如不具備先進的實驗室設施, 可以讓學生使用開源的包分析軟件(如Wireshark)來做實驗。 除了附錄簡化的API代碼外, 本書的網站包含了給學生和教師的額外資料: http://www.netbook.cs.purdue.edu我要感謝所有為第六版書做出貢獻的人們。許多普度大學的研究生提出了建議和批評。Baijian(Justin) Yang 和Bo Sang 分別建議添加了許多文字和插圖, 讓學生更加容易理解內容。Cisco公司的Fred Baker, Ralph Droms和Dave Oran提供了早期的版本。Lami Kaya提出了如何組織數據通信章節(jié), 以及其他極有價值的建議。我還要特別感謝我的妻子和合作者Christine, 她細心的編輯和有益的建議使全書增色不少。 Douglas E. Comer 對本書的熱情評價 本書是我讀過的最好的書之一。謝謝。 Gokhan Mutlu 土耳其Ege大學 拿到本書后我?guī)缀跏鞘植会尵淼刈x完的。這本書真是太出色了! Lalit Y.Raju 印度Regional Engineering College 對初學者和專業(yè)人士來說, 本書都是一本極好的書寫得好, 綜合面寬, 易于理解。 John Lin 貝爾實驗室 本書涵蓋的內容真是廣闊驚人。 George Varghese 美國加州大學圣迭戈分校 真的是我看見過的同類書中最好的。萬分感謝! Chez Ciechanowicz 英國倫敦大學信息安全組 附錄A的小型Web服務器太絕妙了讀者都會激動不已。 Dennis Brylow 美國馬凱特大學 哇!真是一本極好的教科書! Jaffet A.Cordoba 技術作家 這本書太棒了! Peter Parry 英國南伯明翰學院 一流的覆蓋廣度, 簡練化的闡述是它的標志。為進一步學習打下廣泛和堅實基礎的理想選擇, 是初學者和網絡領域工作者的必讀書籍, 這本書也是我們培訓方案的重要組成部分。 Vishwanathan Thyagu 印度 班加羅爾, TETCOS公司 哇
Douglas E. Comer博士是TCP/IP協(xié)議和因特網的國際公認專家。自20世紀70年代末、80年代初形成因特網以來,他就一直致力于因特網的研究工作,他也是負責指導因特網開發(fā)的因特網結構委員會(IAB)的成員,還是CSNET技術委員會的主席和CSNET執(zhí)行委員會的成員。 Comer博士是普度大學計算機科學系的教授,他主要教授計算機網絡、因特網和操作系統(tǒng)的課程,并進行相關的研究。除了撰寫一系列暢銷的技術書籍之外,他還是Software-Practice and Experience雜志的北美地區(qū)編輯。
Contents
PART I Introduction And Internet Applications Chapter 1 Introduction And Overview 1 1.1 Growth Of Computer Networking 1 1.2 Why Networking Seems Complex 2 1.3 The Five Key Aspects Of Networking 2 1.4 Public And Private Parts Of The Internet 6 1.5 Networks, Interoperability, And Standards 8 1.6 Protocol Suites And Layering Models 9 1.7 How Data Passes Through Layers 11 1.8 Headers And Layers 12 1.9 ISO And The OSI Seven Layer Reference Model 13 1.10 Remainder Of The Text 14 1.11 Summary 14 Chapter 2 Internet Trends 17 2.1 Introduction 17 2.2 Resource Sharing 17 2.3 Growth Of The Internet 18 2.4 From Resource Sharing To Communication 21 2.5 From Text To Multimedia 21 2.6 Recent Trends 22 2.7 From Individual Computers To Cloud Computing 23 2.8 Summary 24 Chapter 3 Internet Applications And Network Programming 27 3.1 Introduction 27 3.2 Two Basic Internet Communication Paradigms 28 3.3 Connection-Oriented Communication 29 3.4 The Client-Server Model Of Interaction 30 3.5 Characteristics Of Clients And Servers 31 3.6 Server Programs And Server-Class Computers 31 3.7 Requests, Responses, And Direction Of Data Flow 32 3.8 Multiple Clients And Multiple Servers 32 3.9 Server Identification And Demultiplexing 33 3.10 Concurrent Servers 34 3.11 Circular Dependencies Among Servers 35 3.12 Peer-To-Peer Interactions 35 3.13 Network Programming And The Socket API 36 3.14 Sockets, Descriptors, And Network I/O 36 3.15 Parameters And The Socket API 37 3.16 Socket Calls In A Client And Server 38 3.17 Socket Functions Used By Both Client And Server 38 3.18 The Connect Function Used Only By A Client 40 3.19 Socket Functions Used Only By A Server 40 3.20 Socket Functions Used With The Message Paradigm 43 3.21 Other Socket Functions 44 3.22 Sockets, Threads, And Inheritance 45 3.23 Summary 45 Chapter 4 Traditional Internet Applications 49 4.1 Introduction 49 4.2 Application-Layer Protocols 49 4.3 Representation And Transfer 50 4.4 Web Protocols 51 4.5 Document Representation With HTML 52 4.6 Uniform Resource Locators And Hyperlinks 54 4.7 Web Document Transfer With HTTP 55 4.8 Caching In Browsers 57 4.9 Browser Architecture 59 4.10 File Transfer Protocol (FTP) 59 4.11 FTP Communication Paradigm 60 4.12 Electronic Mail 63 4.13 The Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) 64 4.14 ISPs, Mail Servers, And Mail Access 66 4.15 Mail Access Protocols (POP, IMAP) 67 4.16 Email Representation Standards (RFC2822, MIME) 67 4.17 Domain Name System (DNS) 69 4.18 Domain Names That Begin With A Service Name 71 4.19 The DNS Hierarchy And Server Model 72 4.20 Name Resolution 72 4.21 Caching In DNS Servers 74 4.22 Types Of DNS Entries 75 4.23 Aliases And CNAME Resource Records 76 4.24 Abbreviations And The DNS 76 4.25 Internationalized Domain Names 77 4.26 Extensible Representations (XML) 78 4.27 Summary 79 PART II Data Communication Basics Chapter 5 Overview Of Data Communications 85 5.1 Introduction 85 5.2 The Essence Of Data Communications 86 5.3 Motivation And Scope Of The Subject 87 5.4 The Conceptual Pieces Of A Communications System 87 5.5 The Subtopics Of Data Communications 90 5.6 Summary 91 Chapter 6 Information Sources And Signals 93 6.1 Introduction 93 6.2 Information Sources 93 6.3 Analog And Digital Signals 94 6.4 Periodic And Aperiodic Signals 94 6.5 Sine Waves And Signal Characteristics 95 6.6 Composite Signals 97 6.7 The Importance Of Composite Signals And Sine Functions 97 6.8 Time And Frequency Domain Representations 98 6.9 Bandwidth Of An Analog Signal 99 6.10 Digital Signals And Signal Levels 100 6.11 Baud And Bits Per Second 101 6.12 Converting A Digital Signal To Analog 102 6.13 The Bandwidth Of A Digital Signal 103 6.14 Synchronization And Agreement About Signals 103 6.15 Line Coding 104 6.16 Manchester Encoding Used In Computer Networks 106 6.17 Converting An Analog Signal To Digital 107 6.18 The Nyquist Theorem And Sampling Rate 108 6.19 Nyquist Theorem And Telephone System Transmission 108 6.20 Nonlinear Encoding 109 6.21 Encoding And Data Compression 109 6.22 Summary 110 Chapter 7 Transmission Media 113 7.1 Introduction 113 7.2 Guided And Unguided Transmission 113 7.3 A Taxonomy By Forms Of Energy 114 7.4 Background Radiation And Electrical Noise 115 7.5 Twisted Pair Copper Wiring 115 7.6 Shielding: Coaxial Cable And Shielded Twisted Pair 117 7.7 Categories Of Twisted Pair Cable 118 7.8 Media Using Light Energy And Optical Fibers 119 7.9 Types Of Fiber And Light Transmission 120 7.10 Optical Fiber Compared To Copper Wiring 121 7.11 Infrared Communication Technologies 122 7.12 Point-To-Point Laser Communication 122 7.13 Electromagnetic (Radio) Communication 123 7.14 Signal Propagation 124 7.15 Types Of Satellites 125 7.16 Geostationary Earth Orbit (GEO) Satellites 126 7.17 GEO Coverage Of The Earth 127 7.18 Low Earth Orbit (LEO) Satellites And Clusters 128 7.19 Tradeoffs Among Media Types 128 7.20 Measuring Transmission Media 129 7.21 The Effect Of Noise On Communication 129 7.22 The Significance Of Channel Capacity 130 7.23 Summary 131 Chapter 8 Reliability And Channel Coding 135 8.1 Introduction 135 8.2 The Three Main Sources Of Transmission Errors 135 8.3 Effect Of Transmission Errors On Data 136 8.4 Two Strategies For Handling Channel Errors 137 8.5 Block And Convolutional Error Codes 138 8.6 An Example Block Error Code: Single Parity Checking 139 8.7 The Mathematics Of Block Error Codes And (n,k) Notation 140 8.8 Hamming Distance: A Measure Of A Code?ˉs Strength 140 8.9 The Hamming Distance Among Strings In A Codebook 141 8.10 The Tradeoff Between Error Detection And Overhead 142 8.11 Error Correction With Row And Column (RAC) Parity 142 8.12 The 16-Bit Checksum Used In The Internet 144 8.13 Cyclic Redundancy Codes (CRCs) 145 8.14 An Efficient Hardware Implementation Of CRC 148 8.15 Automatic Repeat Request (ARQ) Mechanisms 148 8.16 Summary 149 Chapter 9 Transmission Modes 153 9.1 Introduction 153 9.2 A Taxonomy Of Transmission Modes 153 9.3 Parallel Transmission 154 9.4 Serial Transmission 155 9.5 Transmission Order: Bits And Bytes 156 9.6 Timing Of Serial Transmission 156 9.7 Asynchronous Transmission 157 9.8 RS-232 Asynchronous Character Transmission 157 9.9 Synchronous Transmission 158 9.10 Bytes, Blocks, And Frames 159 9.11 Isochronous Transmission 160 9.12 Simplex, Half-Duplex, And Full-Duplex Transmission 160 9.13 DCE And DTE Equipment 162 9.14 Summary 162 Chapter 10 Modulation And Modems 165 10.1 Introduction 165 10.2 Carriers, Frequency, And Propagation 165 10.3 Analog Modulation Schemes 166 10.4 Amplitude Modulation 166 10.5 Frequency Modulation 167 10.6 Phase Shift Modulation 168 10.7 Amplitude Modulation And Shannon?ˉs Theorem 168 10.8 Modulation, Digital Input, And Shift Keying 168 10.9 Phase Shift Keying 169 10.10 Phase Shift And A Constellation Diagram 171 10.11 Quadrature Amplitude Modulation 173 10.12 Modem Hardware For Modulation And Demodulation 174 10.13 Optical And Radio Frequency Modems 174 10.14 Dialup Modems 175 10.15 QAM Applied To Dialup 175 10.16 V.32 And V.32bis Dialup Modems 176 10.17 Summary 177 Chapter 11 Multiplexing And Demultiplexing (Channelization) 181 11.1 Introduction 181 11.2 The Concept Of Multiplexing 181 11.3 The Basic Types Of Multiplexing 182 11.4 Frequency Division Multiplexing (FDM) 183 11.5 Using A Range Of Frequencies Per Channel 185 11.6 Hierarchical FDM 186 11.7 Wavelength Division Multiplexing (WDM) 187 11.8 Time Division Multiplexing (TDM) 187
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