計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理與實(shí)踐

前言

二十多年前，我初次接觸了用于開(kāi)放系統(tǒng)互連的OSI分層體系。那時(shí)，Internet還沒(méi)有在全球商業(yè)化普及，電信、廣播電視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)行業(yè)之間有著明確的疆域，電話(huà)和廣播電視都在嘗試將交互式的數(shù)字信息業(yè)務(wù)擴(kuò)展到各自的系統(tǒng)中，一些實(shí)驗(yàn)室在研究利用電話(huà)網(wǎng)傳輸綜合數(shù)字業(yè)務(wù)的ISDN技術(shù)，而我的論文課題，則是基于OSI參考模型的七層框架，提出一個(gè)中文的圖文電視信息系統(tǒng)（Teletext）規(guī)范，并實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)提供端。這一挑戰(zhàn)性的任務(wù)讓我初次領(lǐng)略了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的奧妙。如今，ISDN、Teletext.早已被Internet大潮所淹沒(méi)，TCP／IP成為事實(shí)上“放之四海而皆準(zhǔn)”的綱領(lǐng)。另一戰(zhàn)場(chǎng)上，以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在局域網(wǎng)領(lǐng)域“統(tǒng)一了三國(guó)”，并迅速向骨干網(wǎng)挺進(jìn)，向下則逐漸蠶食著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的疆土；光纖分布式數(shù)字接口（FDDI）、異步傳輸模式（ATM）、多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）技術(shù)一波接一波，彰顯著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展速度。但是，潮來(lái)潮去，總有一些核心的東西是有生命力的，譬如，ATM技術(shù)退出了市場(chǎng)，但標(biāo)記交換的思想則依然以新的形式延續(xù)著；雖然電信、廣播電視和計(jì)算機(jī)三網(wǎng)業(yè)務(wù)逐漸在向IP平臺(tái)上融合，但是由于服務(wù)質(zhì)量（QOS）的短板問(wèn)題，IP網(wǎng)絡(luò)上的語(yǔ)音和視頻服務(wù)目前還無(wú)法取代傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù)和成熟的廣播電視業(yè)務(wù)。在市場(chǎng)上，產(chǎn)品技術(shù)可以分為流行或不流行，但背后的技術(shù)思想?yún)s常常被傳承下來(lái)，并成為創(chuàng)新的起點(diǎn)。此外，分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系仍然是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。鑒于此，在構(gòu)思這本教程時(shí)，我認(rèn)為，成熟的協(xié)議體系及其背后的技術(shù)思想，應(yīng)該是教材和教學(xué)強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)，也是開(kāi)啟學(xué)生網(wǎng)絡(luò)技術(shù)悟性的鑰匙?；谏鲜龀霭l(fā)點(diǎn)，本教程強(qiáng)調(diào)分層的協(xié)議體系，以期為學(xué)生建立起完整和清晰的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系；主要內(nèi)容基于國(guó)內(nèi)外經(jīng)典教程和網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)踐中所提倡的五層體系結(jié)構(gòu)展開(kāi)，該結(jié)構(gòu)框架是對(duì)OSI七層協(xié)議參考模型和T（2P／IP架構(gòu)的兼收并蓄，是迄今為止容納廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議最合適的容器。在新舊內(nèi)容取舍方面，本書(shū)既保留了一些經(jīng)典協(xié)議，如HDLC、ALOHA等，目的是學(xué)習(xí)其思想方法；也介紹了一些有影響的新技術(shù)的基本原理，如網(wǎng)絡(luò)層的QOS模型、傳輸層之上的實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP及RTCP、應(yīng)用層的新型計(jì)算模式P2P及其兩種代表應(yīng)用（基于P2P的文件分發(fā)和因特網(wǎng)電話(huà)服務(wù)）。此外，為了兼顧工科學(xué)生深造和寬口徑就業(yè)的需求，本書(shū)還試圖體現(xiàn)以下特色：1）提供網(wǎng)絡(luò)工程的視野。在給學(xué)生建立起清晰和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)體系的同時(shí)，使其對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)有所了解。本書(shū)第三部分安排為網(wǎng)絡(luò)集成與應(yīng)用，先介紹典型的園區(qū)網(wǎng)組網(wǎng)知識(shí)，然后用案例的形式使學(xué)生對(duì)網(wǎng)絡(luò)工程有一個(gè)全面了解，開(kāi)闊學(xué)生專(zhuān)業(yè)視野，達(dá)到學(xué)以致用的目的。2）強(qiáng)化實(shí)踐動(dòng)手環(huán)節(jié)。在第二部分（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）的每一章后均安排了可以進(jìn)行獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)，以加深學(xué)生對(duì)協(xié)議的理解，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。這些實(shí)驗(yàn)基于主流網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和開(kāi)源代碼軟件，不需要特殊的軟硬件平臺(tái)投入，方便學(xué)生課后練習(xí)，也可供教師組織實(shí)驗(yàn)。3）提供初步的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程訓(xùn)練。Socket API是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程最好的結(jié)合點(diǎn)，在學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的工作原理和園區(qū)網(wǎng)組網(wǎng)案例之后，本書(shū)最后一章介紹了基于Socket API的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程的基本概念和方法，以期使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)更加系統(tǒng)和完整。4）跟蹤最新的RFC標(biāo)準(zhǔn)文檔。附錄c中列出了本書(shū)涉及的一些RFC文檔的當(dāng)前最新版本信息（截至2010年6月），具有較好的參考價(jià)值，可供有興趣的學(xué)生展開(kāi)深入的研究和探索。

內(nèi)容概要

本書(shū)較為全面和系統(tǒng)地介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程和典型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并介紹物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層上的各種協(xié)議及其工作原理，既介紹成熟技術(shù)和經(jīng)典協(xié)議，也介紹一些新標(biāo)準(zhǔn)和新技術(shù)的基本原理，此外還介紹網(wǎng)絡(luò)安全的基本概念和安全協(xié)議，給出園區(qū)網(wǎng)組網(wǎng)案例分析和基于Socket API的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程方法及示例?！　「鶕?jù)各章內(nèi)容，本書(shū)安排有習(xí)題、協(xié)議驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用編程實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)基于主流網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和開(kāi)源代碼軟件，不需要特殊的軟硬件平臺(tái)投入，既方便學(xué)生課后練習(xí)，也可以供教師組織實(shí)驗(yàn)?！　”緯?shū)系統(tǒng)性較強(qiáng)、內(nèi)容豐富、結(jié)構(gòu)清晰、論述嚴(yán)謹(jǐn)，既突出基本原理和技術(shù)思想，也強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐，還兼顧了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)考研大綱要求，可供高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生（特別是工程碩士）使用，也可供網(wǎng)絡(luò)工程技術(shù)人員參考。封底無(wú)防偽標(biāo)均為盜版　　版權(quán)所有，侵權(quán)必究　　本書(shū)法律顧問(wèn)北京市展達(dá)律師事務(wù)所

書(shū)籍目錄

前言教學(xué)建議第一部分　網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)　第1章　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論第二部分　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議　第3章　物理層　第4章　數(shù)據(jù)鏈路層　第5章　網(wǎng)絡(luò)層　第6章　傳輸層　第7章　應(yīng)用層　第8章　網(wǎng)絡(luò)安全第三部分　網(wǎng)絡(luò)集成與應(yīng)用　第9章　園區(qū)網(wǎng)組網(wǎng)及案例分析　第10章　基于Socket API的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程第四部分　附錄　附錄A　英文縮寫(xiě)詞匯表　附錄B　Ethereal簡(jiǎn)介與使用指南　附錄C　有關(guān)RFC文檔參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在TCP報(bào)文段傳輸過(guò)程中，由于網(wǎng)絡(luò)擁塞，可能會(huì)出現(xiàn)報(bào)文段丟失的情況，這就需要目的端口對(duì)所接收到的正確的報(bào)文段進(jìn)行確認(rèn)，以便通知源端口所發(fā)送的報(bào)文段的目前狀態(tài)。目的端口通常是在接收到一定數(shù)量的字節(jié)流后才進(jìn)行確認(rèn)，通常稱(chēng)為選擇確認(rèn)。并且，TCP的確認(rèn)是對(duì)接收到的所有字節(jié)的確認(rèn)，確認(rèn)號(hào)為已接收到的所有字節(jié)中的最高序號(hào)加1，也表示下一個(gè)希望接收的字節(jié)序號(hào)。我們?nèi)匀皇褂们懊娴男蛱?hào)分配示例來(lái)說(shuō)明確認(rèn)號(hào)問(wèn)題，當(dāng)目的端口B正確接收到源端口A發(fā)送的第一個(gè)報(bào)文段后，將向A發(fā)送ACK報(bào)文段，并設(shè)置確認(rèn)號(hào)為l1001，表示B已正確收到A發(fā)送的序號(hào)為10001到11000的字節(jié)，它將接收11001以后的字節(jié)流。假定B正確接收了A的前五個(gè)報(bào)文段，則B將發(fā)送確認(rèn)號(hào)為15001的ACK報(bào)文段，表示B已正確收到A發(fā)送的序號(hào)為10001到15000的字節(jié)，它將接收15001以后的字節(jié)流。TCP的ACK報(bào)文段在傳輸?shù)倪^(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)丟失情況。假定B發(fā)送的確認(rèn)號(hào)為14001的ACK報(bào)文段丟失，但A收到了B發(fā)送的確認(rèn)號(hào)為15001的ACK報(bào)文段，此時(shí)，A不需要B重新發(fā)送確認(rèn)號(hào)為14001的ACK報(bào)文段，由此可以看出，TCP的確認(rèn)是一種“累積確認(rèn)”。TCP報(bào)文段在傳輸過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)亂序問(wèn)題。比如B接收到了A發(fā)送的第一到第三個(gè)報(bào)文段，并在收到了第五個(gè)報(bào)文段后才收到第四個(gè)報(bào)文段，這種情況稱(chēng)為亂序。我們可以通過(guò)編程的方法解決這類(lèi)問(wèn)題，并可以考慮如下兩種思路：1）在沒(méi)有收到第四個(gè)報(bào)文段時(shí)丟棄第五個(gè)報(bào)文段；2）B保留第五個(gè)報(bào)文段并等待第四個(gè)報(bào)文段的到來(lái)。思路2）是我們經(jīng)常選用的方法，它有利于我們更合理有效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。TCP支持捎帶確認(rèn)。由于TCP通信是全雙工通信，即通信雙方可以同時(shí)發(fā)送TCP報(bào)文段，這樣就為捎帶確認(rèn)提供了可能。也就是說(shuō)，目的端口不必對(duì)源端口的每一個(gè)TCP報(bào)文段進(jìn)行單獨(dú)確認(rèn)，而是在目的端口向源端口發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，順便將確認(rèn)號(hào)發(fā)送給源端口。

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