基本信息

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《计算机网络与互联网(第2版)》是一本参照《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)》要求编写的网络课程教材。作者基于自身对计算机网络技术的透彻理解和多年教学科研工作的实践,以一种简洁明快,通俗易懂的表述方式系统介绍了计算机网络与互联网的工作原理,实现技术和运行机制,使读者能够准确理解网络技术的各种基本概念及其相互关系,有效地把握网络技术全貌。
《计算机网络与互联网(第2版)》的主要特色
内容丰富的前言,重点阐述了与网络技术相关的最重要的三个概念,对采用本教材的教师把握教学内容、抓住教学重点具有很好的启发性。以TCP/IP层次模型为主线展开对各种网络技术的讨论,但并不简单地拘泥于这种层次结构,而是将网络看成是一个由不同部件构成的整体,注重网络层次之间的关联和不同部件功能相互补充关系的描述,采用引导式的教学方法,使学生在一两次课后就能对计算机网络的基本组成元素和技术有一个初步的、总体的同时也是具体的认识。在介绍网络应用时,强调网络应用所依托的底层网络技术的支持原理,培养学生独立学习新技术和应用以及对应用中出现的问题进行分析的能力。注重基本概念和技术原理描述的准确性、完整性和简练性,同时也给学生留有进一步学习和思考的空间。《计算机网络与互联网(第2版)》注重基础性和原理性,在着重描述基本概念及其关系的同时,追求内容深度和广度的平衡,不但适合作为高校计算机网络课程的教材,也适合作为自学网络技术的参考书。
内容简介
计算机书籍
本书从对信息技术专业人才培养的定位出发,力求内容的实用性,在注重基本概念及其关系的同时,追求内容深度和广度的平衡,通过阐释信息传输的网络化、消息的分组交换、协议及其层次结构等基本概念,使读者对计算机网络形成一个初步认识,从而为读者将来有效地参与网络系统的构建、升级和维护活动打下坚实的基础。
本教材分8章介绍了计算机网络与互联网运行的原理和主要技术,脉络清晰,叙述严谨,概念明确,文风朴实,适合作为高等院校计算机及相关专业计算机网络课程的教材。
本书是一本参照《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范(试行)》要求编写的网络课程教材。作者基于自身对计算机网络技术的透彻理解和多年教学科研工作的实践,以一种简洁明快、通俗易懂的表述方式系统介绍了计算机网络与互联网的工作原理、实现技术和运行机制,使读者能够准确理解网络技术的各种基本概念及其相互关系,有效地把握网络技术全貌。
本书的主要特色
内容丰富的前言,重点阐述了与网络技术相关的最重要的三个概念,对采用本教材的教师把握教学内容、抓住教学重点具有很好的启发性。
以TCP/IP层次模型为主线展开对各种网络技术的讨论,但并不简单地拘泥于这种层次结构,而是将网络看成是一个由不同部件构成的整体,注重网络层次之间的关联和不同部件功能相互补充关系的描述。
采用引导式的教学方法,使学生在一两次课后就能对计算机网络的基本组成元素和技术有一个初步的、总体的同时也是具体的认识。
在介绍网络应用时,强调网络应用所依托的底层网络技术的支持原理,培养学生独立学习新技术和应用以及对应用中出现的问题进行分析的能力。
注重基本概念和技术原理描述的准确性、完整性和简练性,同时也给学生留有进一步学习和思考的空间。
本书注重基础性和原理性,在着重描述基本概念及其关系的同时,追求内容深度和广度的平衡,不但适合作为高校计算机网络课程的教材,也适合作为自学网络技术的参考书。
作译者
李晓明 1986年获得美国史蒂文斯理工学院计算机科学博士学位,现为北京大学网络研究所所长,教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会副主任,多年从事计算机领域的教学和科研工作,讲授过的课程包括“互联网与Web技术概论”、“网络信息体系结构”、“并行处理技术”、“计算机系统结构”、“计算机操作系统”和“计算概论”等。
目录
序言
前言
教学建议
第1章计算机网络概述1
1.1数据通信链路1
1.1.1数据通信的基础知识1
1.1.2数据以分组的形式传输3
1.2数据传输网络5
1.2.1电路交换和分组交换5
1.2.2分组交换网络的特点7
1.3网络互联8
1.3.1网络互联设备:路由器9
1.3.2因特网协议:TCP/IP10
1.4网络应用11
1.4.1计算机端系统和网络11
1.4.2客户/服务器模式12
1.4.3网络应用编程接口套接字12
1.5计算机网络体系结构13
1.5.1分层和协议13
前言
按照《规范》所建议,“计算机网络与互联网”这门课的前导课程有“程序设计与问题求解”和“计算机系统平台”,后续可有“Web系统与技术”、“信息安全保障”和“系统管理与维护”。这是我们编写这本教材时考虑的一个基本定位。鉴于前面还有数学基础课程等,按照本教材开设的课程最早可以安排在二年级下学期,但放在三年级上学期会比较从容些。
本教材的目的在于介绍计算机网络与互联网运行的原理和主要技术。教学目标是使得学生在将来工作的时候,能够有效地参与本单位网络系统的构建、升级和维护运行。这里,强调“将来”,意味着在教学内容的选择上应该注重基础性和原理性,不追求时髦。同时,作为“网络系统的构建、升级和维护运行”的目标定位,在内容的表述上将突出主要概念,力图简洁清晰;尽量避免形式化,或者为追求严谨而过于冗繁。从对信息技术专业方向人才培养的定位出发(见《规范》2.4节),我们力求内容的实用性,在着重于基本概念及其关系的同时,追求内容深度和广度的平衡。
为了能够让读者对计算机网络有一个初步的认识,在前言中我们首先提出几个最基本的观念和技术,这些观念和技术是支撑计算机网络运行的核心,也是我们使用这本教材学习计算机网络的基础。这些基本的概念包括:信息传输的网络化,消息的分组交换,以及协议及其层次结构。最后我们将概述本教材每章的主要内容。
信息传输的网络化
网络,广义地讲,作为支持在多个源和目的地之间输运物体或者信息的一种基础设施,是一个自然形成的、图1网络的一种抽象很久远的概念。道路网、邮政网、电话网、互联网,等等。抽象起来看,它们都是由若干称为“节点”和“边”(或者“链路”)的元素构成的一个图,如图1所示。
对于图1,从计算机网络的角度解释,圆圈表示节点,线条表示链路。节点的作用是转发数据,链路的作用是“携带”或传递数据。这里,特别注意到左右两边的两个小方块,它们是物资输运或者信息通信的源和目的地,在计算机网络中我们统称为数据终端,也称为主机或端系统。终端是数据信息的发源地,也是目的地。笼统地讲,终端也可被看作是网络的一部分,而且在有些网络中也必须这么看才有道理;但对于学习和研究互联网来说,将终端与网络区别开来(即不认为终端也是网络的节点)常常会更加方便,例如讲“将一个终端连接到网络上”这样的话就很自然了。为简洁起见,图1只画出了两个终端,但我们应该想象有许多这样的终端连接在网络上,它们通过网络实现通信。图1中那团像云状的图形是人们描绘互联网或者其他网络的一种习惯,可以理解为是一种“动态并且其完整结构很难清晰地表示出来”的网络。
网络是多节点、多链路的,允许同一时刻不同链路上有不同的信息内容;也支持同一链路上不同时刻有属于不同终端发出的内容。我们的广播和电视系统,尽管也是传输信息的,但它们并不是上述意义下的网络,其要点是“广播”,广播从原理上讲只有一个链路,因此同一时刻只能是相同内容。网络重在多样化的信息交换——多对多的收发关系;广播则在于单一的信息传播——多对一的收发关系。网络系统成本高,而广播系统则相对经济。
不同的频道可以看成是不同的链路。
而且平均起来会短得多,链路的长度也是与代价直接相关的。
再看看图1,难道不可以认为网络就是这种超级节点的一种体现吗?
网络使得彼此通信的终端呈现出一种“逻辑上的全互联”状态。电话系统是一个网络,除了我们用于通话的电话机外,中间是一个由链路和转发节点构成的网络通信设施,我们打电话时感觉不到这些通信设施的存在。拿起电话—拨号—接通,我们感受到的是一种“点对点”的连接,即呼叫方直接与受话方的连接,而且对所有人都一样。互联网也是如此,我们通过互联网浏览一个网页时,启动浏览器-向它输入一个地址-网页出现,我们感受到的也是一种直接的连接。网络使得彼此通信的终端呈现出一种“逻辑上的全互联”状态,每两个终端之间都好像有一条直接连通的链路,物理的网络本身则看不见了。这种逻辑上全互联的终端网络的每一条链路只携带与之相关的终端发出的信息。终端没有网络节点的信息转发功能。
那么为什么不在我们用以通信的终端之间形成真正的或者说“物理的”全互联呢?代价是一个原因。如果有n个终端需要通信,物理的全互联需要n(n-1)/2条链路。如果用一个有m个节点的网络来支持这n个终端之间的通信,则最多需要n+m(m-1)/2条链路。当mn时,它们的差别会很大。况且,从实际情况来看,也没有必要在m个网络节点之间搞全互联(通常,与每一个节点相连的链路数有一个不大的上限,例如24),从而链路数会进一步大大减少。当然,相对于终端之间的直接全互联而言,这里的m个网络节点是额外的,因此也有一定的代价。另外一个原因是不可行性。在互联网条件下,n十分大,不可能想象从每一个终端连出去n-1条物理链路。也许我们还可以想象另一个极端:网络只需要一个节点,凡是需要相互通信的终端都与之相连。这种想法不是完全没道理,至少链路数只需要n。但由于所有n条链路的另一端都是那个节点,当n比较大时,这样的节点在工程上就是不现实的了。
利用一种规模相对很小(mn)的网络结构,支持任意数据终端之间的通信,而且具有足够的并发度,是人们迄今为止所发现的大规模、大范围计算机通信最经济有效的方式;而屏蔽该网络结构或者功能的复杂性,以尽可能简单的方式将通信服务呈现给用户,则是网络技术所不懈努力追求的目标。
消息的分组交换
在计算机网络技术的术语中,“消息”(message)指的是从终端看有明确的管理性含义的一段信息。所谓“管理性含义”指的是符合有关应用程序处理信息的基本粒度。典型地,一个电子邮件内容是一个消息,因为电子邮件处理程序在发送和接收的时候将它看成是一个整体。计算机中的一个文件,无论大小,可以是一个消息,因为像FTP(File TransferProtocol,一种实现远程两个终端之间文件传输的应用协议)这种应用程序是以文件为单位工作的。在QQ中向朋友发出的一段话是一个消息,因为QQ将它看成是一个整体。由此可见,第一,消息的界定依赖于应用程序;第二,消息的长度可能在很大范围变化。
另外,不难认识到,在人们通过网络进行的一次交流活动中,例如两个朋友通过QQ来讨论一个问题,从开始到结束可能包含多次消息的发送与接收。这样的一次活动被称为是一次“会话”。一次会话可能涉及多个消息。与消息相比,会话是更高层次的具有管理性含义的概念。
计算机网络如何最有效地将一个消息从发送端带到接收端?如何支持一个会话的全过程?
对比电话网络,当两人需要通话时,拨号-接通,意味着在两个话机(终端)之间,通过网络的若干节点与链路,建立起了一条物理的网络通路,然后所有对话内容(即一次会话)都在这条通路上进行。在挂机(即会话结束)之前,构成这条通路的每一条链路都被这个通话所独立占用,而不会在双方思考或沉默而没有讲话时,暂时用于传输其他的话音。下一次通话时,网络同样会如此建立一条通路,所涉及的节点和链路可能与上一次不同,但通话过程中对通路的独占性是不变的。这种方式称为“电路交换”方式。
现在我们回到计算机网络意义上的会话。首先,类似的电路交换方式是可用的,即在通信开始之前建立起一条物理通路,然后让消息一条条从上面通过。但读者容易想到,由于两人在QQ聊天时会有许多时间花在构思消息上,因此“电路交换”的方式对网络链路的利用率不高。
序言
为配合《规范》的实施,落实中央“提高高等教育质量”的精神,我们规划了“面向计算机科学与技术专业规范系列教材”。本系列教材面向全新的计算学科,针对我国高等院校逐步向新的计算机科学与技术专业课程体系过渡的趋势编写,在知识选择、内容组织和教学方法等方面满足《规范》的要求,并与国际接轨。本套教材具有以下几个特点:
(1) 体现《规范》的基本思想,满足其课程要求。为使教材符合我国高等院校的教学实际,编委会根据《规范》的要求规划本套教材,广泛征集在国内知名高校中从事一线教学和科研工作、经验丰富的优秀教师承担编写任务。
(2) 围绕“提高教育质量”的宗旨开发教材。为了确保“精品”,本系列教材的出版不走盲目扩大的路子,每本教材的选题都将由编委会集体论证,并由一名编委担任责任编委,最大程度地保证这套教材的编写水准和出版质量。
(3) 教材内容的组织科学、合理,体系得当。本套教材的编写注重研究学科的新发展和新成果,能够根据不同类型人才培养需求,合理地进行内容取舍、组织和叙述,还精心设计了配套的实验体系和练习体系。
(4) 教材风格鲜明。本套教材按4个专业方向统一规划,分批组织,陆续出版。教材的编写体现了现代教育理念,探讨先进的教学方法。
(5) 开展教材立体化建设。根据需要配合主教材的建设适时开发实验教材、教师参考书、学生参考书、电子参考资料等教辅资源,为教学实现多方位服务。
我们衷心希望本系列教材能够为我国高等院校计算机科学与技术等专业的教学作出贡献,欢迎广大读者广为选用。
“面向计算机科学与技术专业规范系列教材”编委会
书摘
计算机网络包含着复杂的内容,它的复杂性体现在其中存在着许多网络技术,每一种网络技术所包含的硬件组成和软件构建都各有不同。因特网作为计算机网络的一个典范,是全世界最大的计算机网络。它将分布在世界各地、各种规模、各种技术的计算机网络相互连接,形成一个开放的全球性的互联网络。通过在这个网络之上构建的各种网络应用,人们不仅能够通过因特网获取分布在全球无比丰富的文字、图像、声音、视频等多种信息资源,还能够获得方便快捷的电子商务服务,实现身.临其境的远程协作。
为了能够让读者对计算机网络的基本组成元素和相关技术有一个初步而具体的认识,作为计算机网络概述,本章我们将简述与计算机网络密切相关的一些基本知识,包括数据通信、分组交换、网络互联、网络应用以及计算机网络体系结构。
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