数据通信与网络教程（原书第3版）

.1.4.1 模型概述 13
1.4.2 连接策略 16
1.4.3 物理层 19
1.4.4 数据链路层 19
1.4.5 网络层 20
1.4.6 运输层 21
1.4.7 会话层 23
1.4.8 表示层 24
1.4.9 应用层 26
1.4.10 因特网层次 27
1.4.11 小结 28
1.5 数据通信的未来 28
复习题 33
练习题 34
参考文献 34
第2章 传输介质和数据编码 35
2.1 概述 35
2.2 金属导体 37
2.2.1 双绞线 37
2.2.2 同轴电缆 38
2.3 光纤 39
2.4 无线通信 42
2.4.1 微波传输 43
2.4.2 卫星传输 45
2.4.3 无线局域网 51
2.4.4 蓝牙 53
2.4.5 无形光 53
2.4.6 小结 54
2.5 编码 55
2.5.1 早期的编码 56
2.5.2 ascii码 57
2.5.3 ebcdic码 59
2.5.4 统一编码 59
2.6 小结 60
复习题 60
练习题 61
参考文献 62
第3章 模拟信号和数字信号 63
3.1 概述 63
3.2 数字编码方案 64
3.2.1 不归零编码 64
3.2.2 曼彻斯特编码 65
3.3 模拟信号 66
3.3.1 傅里叶变换 67
3.3.2 傅里叶变换的应用 70
3.4 比特率 70
3.4.1 尼奎斯特定理和无噪声信道 70
3.4.2 噪声信道 72
3.4.3 香农定理 73
3.5 数模转换 74
3.5.1 频率调制 75
3.5.2 调幅 75
3.5.3 相位调制 76
3.5.4 正交调幅 76
3.6 模数转换 79
3.6.1 脉冲幅度调制 79
3.6.2 脉码调制 79
3.7 调制解调器 81
3.7.1 信号星座 82
3.7.2 调制解调器标准 84
3.7.3 电缆调制解调器 85
3.8 dsl 88
3.8.1 工作原理 89
3.8.2 各种dsl技术 91
3.9 小结 93
复习题 94
练习题 95
参考文献 97
第4章 建立连接 99
4.1 概述 99
4.2 通信载体和设备 99
4.2.1 电话系统 99
4.2.2 用户交换机 102
4.2.3 蜂窝式移动电话 102
4.2.4 传真机 104
4.3 传输模式 105
4.3.1 串行传输和并行传输 105
4.3.2 异步传输、同步传输和等时传输 106
4.3.3 单工通信、半双工通信和全双工通信 108
4.4 接口标准 109
4.4.1 eia-232接口 110
4.4.2 x.21接口 113
4.4.3 usb 114
4.4.4 firewire 118
4.5 多路复用 122
4.5.1 频分多路复用 123
4.5.2 时分多路复用 125
4.5.3 统计多路复用器 126
4.5.4 波分多路复用 127
4.6 数字线路 128
4.6.1 t1 128
4.6.2 sonet 130
4.7 竞争协议 134
4.7.1 aloha协议 134
4.7.2 载波侦听多路访问 137
4.7.3 冲突检测 139
4.7.4 冲突避免 141
4.7.5 令牌传送 141
4.7.6 协议小结 142
4.8 小结 143
复习题 144
练习题 146
参考文献 147
第5章 数据压缩 149
5.1 概述 149
5.2 频率相关编码 150
5.2.1 哈夫曼编码 150
5.2.2 算术压缩 152
5.3 行程编码 155
5.3.1 相同比特的行程 155
5.3.2 不同字符的行程 156
5.3.3 传真压缩 156
5.4 相对编码 158
5.5 lempel-ziv压缩 159
5.6 图像压缩 163
5.6.1 图像表示 163
5.6.2 jpeg压缩 164
5.6.3 gif文件 169
5.7 多媒体压缩 170
5.7.1 mpeg 170
5.7.2 mp3 173
5.8 小结 174
复习题 175
练习题 176
参考文献 177
第6章 数据完整 179
6.1 概述 179
6.2 简单差错检测技术 180
6.2.1 奇偶校验 180
6.2.2 校验和 181
6.3 用于差错检测的循环冗余校验 181
6.3.1 多项式除法 182
6.3.2 crc是如何工作的 182
6.3.3 crc算法的分析 183
6.3.4 用循环移位实现crc算法 185
6.4 海明码：差错校正 187
6.4.1 单比特差错校正 187
6.4.2 多比特差错校正 188
6.5 小结 190
复习题 190
练习题 191
参考文献 192
第7章 数据安全 193
7.1 概述 193
7.2 加密算法 194
7.2.1 凯撒密码 195
7.2.2 多字母密码 196
7.2.3 变位密码 196
7.2.4 比特级加密 197
7.2.5 数据加密标准 198
7.2.6 削波器芯片和skipjack算法 204
7.3 密钥分发和保护 206
7.3.1 shamir方法 207
7.3.2 diffie-hellman密钥交换 207
7.4 公共密钥加密 208
7.4.1 rsa算法 209
7.4.2 数字签名 211
7.4.3 鉴别和报文摘要 212
7.4.4 高隐私 215
7.5 运输层安全和服务器鉴别 217
7.5.1 运输层安全 218
7.5.2 x.509证书 219
7.5.3 握手 220
7.6 防火墙 222
7.6.1 分组过滤 223
7.6.2 应用级网关 224
7.6.3 全状态检查 225
7.7 病毒 226
7.7.1 感染文件 227
7.7.2 内存常驻病毒 228
7.7.3 病毒进化 229
7.7.4 病毒来源 230
7.8 威胁和攻击源 231
7.8.1 因特网蠕虫 231
7.8.2 电脑黑客 232
7.8.3 其他威胁 233
7.9 小结 234
复习题 236
练习题 238
参考文献 238
第8章 流量控制 241
8.1 概述 241
8.2 信令 242
8.2.1 dte-dce流量控制 243
8.2.2 x-on/x-off 243
8.3 面向帧的控制 244
8.3.1 非受限协议 245
8.3.2 停-等协议 245
8.3.3 协议效率 246
8.4 后退n帧：滑动窗口协议 248
8.4.1 帧格式 249
8.4.2 特征 250
8.4.3 算法 252
8.5 选择重传：滑动窗口协议 255
8.5.1 特征 255
8.5.2 算法 258
8.6 滑动窗口协议的效率 260
8.7 协议的正确性 262
8.7.1 有限状态机 262
8.7.2 简化的后退n帧协议的状态转换图 263
8.7.3 一个不完美的后退n帧协议的状态转换图 264
8.7.4 petri网 266
8.8 小结 269
复习题 271
练习题 271
参考文献 273
第9章 局域网 275
9.1 概述 275
9.2 数据链路控制 277
9.2.1 高级数据链路控制协议 278
9.2.2 二元同步通信协议 283
9.3 以太网：ieee 802.3标准 285
9.3.1 概念 286
9.3.2 以太网帧格式 287
9.3.3 10mbps以太网的物理实现 289
9.4 快速以太网 291
9.4.1 100basetx 291
9.4.2 100basefx 294
9.4.3 100baset4 294
9.4.4 冲突域 295
9.5 千兆以太网 296
9.5.1 mac子层 296
9.5.2 1000basex 297
9.5.3 1000baset 298
9.5.4 超越千兆速率 300
9.6 令牌环：ieee 802.5标准 302
9.6.1 令牌和帧格式 303
9.6.2 预约和请求令牌 304
9.6.3 环维护 307
9.7 无线网络：ieee 802.11标准 309
9.7.1 红外线和无线电波 310
9.7.2 竞争 312
9.7.3 选址 314
9.7.4 帧格式 315
9.7.5 有线等价私密 317
9.7.6 802.11的变体 317
9.8 小结 318
复习题 319
练习题 321
参考文献 322
第10章 网络互连 323
10.1 概述 323
10.2 第一层连接 324
10.3 第二层连接 326
10.3.1 网桥 326
10.3.2 桥接不同类型的局域网 328
10.3.3 路由 328
10.3.4 路由表 328
10.3.5 透明网桥 330
10.3.6 生成树算法 332
10.3.7 源路由网桥 335
10.3.8 交换机和交换以太网 336
10.3.9 虚拟局域网 339
10.4 第三层连接 341
10.4.1 路由表 342
10.4.2 集中式路由 343
10.4.3 分布式路由 343
10.4.4 静态路由 344
10.4.5 自适应路由 344
10.5 dijkstra算法 345
10.6 bellman-ford算法 347
10.7 其他路由方法 351
10.7.1 链路状态路由 351
10.7.2 层次路由 352
10.7.3 路由信息协议 354
10.7.4 开放最短通路优先 356
10.7.5 边界网关协议 357
10.7.6 路由技术小结 358
10.8 拥塞和死锁 358
10.8.1 拥塞 358
10.8.2 死锁 360
10.9 小结 361
复习题 362
练习题 363
参考文献 365
第11章 因特网协议和应用 367
11.1 概述 367
11.2 因特网协议 368
11.2.1 tcp/ip概述 368
11.2.2 因特网编址 370
11.2.3 无类别地址 371
11.2.4 获取地址 373
11.2.5 域名系统 374
11.2.6 ip分组 376
11.2.7 分段 377
11.2.8 ip路由 378
11.2.9 路由器 382
11.2.10 组播路由 384
11.2.11 资源预留协议 388
11.2.12 因特网控制报文协议 389
11.3 ipv6 391
11.3.1 ip的缺点 391
11.3.2 分组头 392
11.3.3 ipsec 394
11.3.4 ipv6编址 395
11.3.5 与ipv4的兼容 397
11.3.6 小结 398
11.4 运输协议 398
11.4.1 传输控制协议 400
11.4.2 tcp段 401
11.4.3 连接管理 402
11.4.4 流量控制 405
11.4.5 拥塞控制 406
11.4.6 用户数据报协议 408
11.4.7 实时运输协议 408
11.5 因特网上的应用 411
11.5.1 虚拟终端协议 411
11.5.2 文件传输 415
11.5.3 简单邮件传输协议 420
11.5.4 简单网络管理协议 421
11.6 小结 424
复习题 425
练习题 426
参考文献 428
第12章 因特网编程 431
12.1 概述 431
12.2 套接字编程 431
12.2.1 套接字 432
12.2.2 客户/服务器模型 432
12.2.3 套接字数据结构 433
12.2.4 套接字命令 434
12.2.5 客户/服务器实例 435
12.3 万维网 444
12.3.1 网页访问 445
12.3.2 超文本标记语言 446
12.3.3 html表单 449
12.3.4 客户端编程和javascript 452
12.4 公共网关接口和服务器编程：建立搜索引擎 455
12.4.1 表单 455
12.4.2 查询字符串 456
12.4.3 搜索引擎实例 458
12.5 perl编程：比萨饼订购系统 459
12.5.1 顾客交互 459
12.5.2 核对电话号码 461
12.5.3 更新顾客信息 466
12.5.4 执行订购 469
12.5.5 确认订购 470
12.6 小结 473
复习题 474
练习题 474
参考文献 475
第13章 电路技术 477
13.1 概述 477
13.2 综合业务数字网 477
13.2.1 服务 478
13.2.2 体系结构 479
13.2.3 协议 481
13.2.4 呼叫建立 485
13.2.5 宽带isdn 486
13.3 虚电路协议：x.25和帧中继 487
13.3.1 分组交换网络模式 487
13.3.2 x.25接口标准 489
13.3.3 帧中继 492
13.4 异步传输模式 495
13.4.1 固定长度的小信元的好处 496
13.4.2 atm网络概述 498
13.4.3 交换 498
13.4.4 参考模型 500
13.4.5 信元定义 501
13.4.6 虚电路和虚通道 503
13.4.7 连接管理 504
13.4.8 适配层 505
13.4.9 服务专用面向连接协议 508
13.4.10 千兆以太网与atm 509
13.5 小结 510
复习题 510
练习题 511
参考文献 512
术语表 513
缩略语 533

.　　 * 蠕虫、病毒以及其他对网络计算机的威胁。
　　 * 安全的需求以及各种加密方法的效能。
　　 * 公共密钥加密系统和私有密钥加密系统之间的区别。
　　 * 如何建立到远端站点的安全连接。
　　 * 流量控制的需要和多种实现方法。
　　 * 共享传输介质上的局域网协议和竞争策略。
　　 * 无线标准。
　　 * 连接局域网的方法。
　　 * 路由策略。
　　 * 支持实时视频应用协议的需要及对服务质量问题的响应。
　　 * 如何设计和建立各种实用的客户/服务器应用。
　　 * 日益增加的Web使用和多媒体应用如何影响现有的协议，以及为此正在做的工作。
　　
　　内容和结构
　　 第3版的内容进行了很多修改，一些是基于读者评论，另一些是基于技术的进步。其中，一些图做得更清晰明了，并改进了对许多协议的描述。另外，还对一些正成为常用专题的内容进行了扩展，包括新的发展动态，并去除了在该领域中不再重要的一些专题。
　　 最明显的变化是把本书重新组织为13章，如下所示：
　　 第1章 通信、标准和协议简介
　　 第2章 传输介质和数据编码
　　 第3章 模拟信号和数字信号
　　 第4章 建立连接
　　 第5章 数据压缩
　　 第6章 数据完整
　　 第7章 数据安全
　　 第8章 流量控制
　　 第9章 局域网
　　 第10章 网络互连
　　 第11章 因特网协议和应用
　　 第12章 因特网编程
　　 第13章 电路技术
　　 这样的重组更方便教学，使教师能选择特定的必要主题，以满足课程要求。某些章节对应于上一版本某章节的某部分；某些章节是由上一版本中不同章节的各部分组合而成的，当然，许多章节都包含了很多新的材料。最大的变化是包括了许多如下所示的新的或是扩展过的内容：
　　 * 传输介质，包括金属导体、光纤、无线以及卫星通信。
　　 * DSL技术。
　　 * 通用串行总线（Universal Serial Bus, USB）和FireWire（IEEE 1394标准）协议。
　　 * 同步光纤网络（Synchronous Optical Network, SONET）。
　　 * 算术压缩、传真压缩和MP3压缩技术。
　　 * 高级加密标准（Advanced Encryption Standard, AES）和Rijndael算法。
　　 * 高私密性（Pretty Good Privacy）安全编程。
　　 * 安全套接字层（Secure Socket Layer，SSL）、运输层安全（Transport Layer Security）以及X.509证书。
　　 * 防火墙。
　　 * 安全威胁。
　　 * 以太网、快速以太网和千兆以太网标准，以及万兆以太网标准介绍。
　　 * 802.11无线LAN标准。
　　 * 交换以太网。
　　 * 虚拟LAN。
　　 * 第三、四层协议，包括无类别域间路由、路由和路由器、组播、服务质量问题、实时运输协议（Real-Time Transport Protocol）以及IPSec。
　　 * 因特网应用。
　　 * 基于项目的CGI编程，包括使用Linux和Perl Scripts的基于Web订购系统的实用例子。
　　 * 帧中继协议。
　　 尽管很难（几乎不可能）在一个学期的课程中涵盖所有这些论题，但是广泛的论题可以供教师根据需要灵活选择。
　　 本书是理论和应用的结合。理论为继续深入研究提供了坚实的基础，而应用使学生更接近于通信系统和网络的现实，同时也给他们提供了宝贵的经验。所有的学生都将从应用中受益，而更偏重理论的资料是对有雄心的学生的挑战。另外，第12章给出了实用的客户和服务器的实际模型，学生们可以自己建立。
　　 每一章都是下一章的基础。例如，学习复用、竞争或压缩时，学生需要理解信号如何通过不同介质传播。当学习局域网时，需要理解多路访问线路上的竞争问题、噪声通道以及流量控制。当学习广域网协议的时候，需要理解局域网协议，以及为什么它们不适用于更大的网络。各章具体内容总结如下：
　　 第1章对通信和网络领域进行介绍，涉及到这个领域中当前的问题和应用。它描述了制定标准的需要，列出了相关的标准化组织，总结了由来已久的协议模型—开放系统互连。该章最后做出了对未来的展望。
　　 第2章展示了不同类型的传输介质（电缆、有线、无线、卫星和光纤）、它们的优缺点，以及多种给数据赋值的编码方式。第3章深入介绍了模拟信号和数字信号类型、它们之间转换的调制技术以及噪声对比特率的影响，还讨论了调制解调器、电缆调制解调器和DSL技术。
　　 第4章重点讨论了建立连接（即传输方式）、通信载体（电话系统、SONET和T1）、接口标准（EIA-232、USB和FireWire），以及多个设备如何访问同一介质（复用方法和各种竞争协议）。
　　 第5章涵盖了适合于压缩不同类型数据的压缩技术和它们如何在数据中找出不同种类的冗余。第6章讨论了发送数据的完整性问题，包括错误检测和差错校正技术，例如校验位、循环冗余校验和海明码。
　　 第7章讨论了数据安全，包括加密技术（公共密钥和私有密钥）、加密标准、密钥交换算法、鉴别方法、X.509证书和安全连接、防火墙以及多种威胁（病毒、蠕虫、黑客和拒绝服务攻击）。
　　 第8章介绍了流量控制算法，概述了设备如何处理信息交换以及丢失或是损坏的数据，另外还介绍了用于检验协议正确性的形式方法。
　　 第9章描述了LAN协议，包括不同版本的以太网（原始的、快速以太网和千兆以太网）、令牌环网和IEEE 802.11无线LAN标准。
　　 第10章介绍了连接各种网络的方法，涵盖了第二层连接（网桥和交换机）、地址学习、生成树算法、交换以太网以及虚拟LAN等。另外，还介绍了第三层连接，讨论了多种路由算法（Dijkstra、Bellman-Ford、RIP和BGP等）。该章还描述了由网络拥塞和死锁引发的问题。
　　 第11章探讨了有关因特网的问题，介绍了网际协议（Internet Protocol）的第4和第6版本以及服务质量问题、组播和其他为因特网提供实时服务而设计的协议，还介绍了TCP（连接管理、流量控制以及拥塞管理），总结了一些常用的因特网应用（Telnet、SSH、FTP和SMTP）。
　　 第12章为希望在课程教学中引进学生项目的人而编写。该章提供了客户/服务器应用的实用例子，包括套接字编程、使用C和Perl语言的CGI（Common Gateway Interface, 公共网关接口）编程，以及给出了文件传输、搜索引擎和在线订购系统的样例代码。
　　 第13章介绍了基于电路的技术，例如ISDN、X.25、帧中继以及ATM。
　　 每章最后的问题分为两部分。第一部分是复习题，答案都可以直接从相应的章节找到。这些问题鼓励读者复习课文，找出作者或者老师认为重要的内容。我觉得这个方法从教学角度看要比仅仅在最后列出重点要好，这样可以鼓励学生像读小说一样顺序地阅读课本。但是，阅读复杂的材料，经常需要读、再读，然后回到课本找到并理解不同的概念。有位同事讲过她与一名做课外作业有困难的学生的对话。 这名学生在空闲时候要打工，他决定不再枯燥无味地死啃，而是把书带到工作的地方，有机会就看看。后来，该学期他的成绩提高了。他告诉老师，在读了材料四五遍之后，才真正开始有所领悟。
　　 只有复习题还不够。第二部分是练习题，需要读者运用和比较所学知识，做出逻辑的推理，并考虑其他可选的方案。练习题的答案不总是简单的陈述就能解决，而需要深入分析，不过，这更接近典型的实际问题。
　　
　　补充材料
　　 本书相关网站http://www.uwgb.edu/shayw/udcn3，该网站提供大量补充材料可方便教学。
　　
　　感谢
　　 任何工作，比如写教材，很少是靠一个人的力量能完成的。很多人都为我提供了大量的帮助，给了我很多有价值的建议、信息以及支持。我特别感谢以下人，在前两个版本中给了我很多好的建议。
　　Abdullah Abonamah 阿克隆大学
　　James E. Holden 克拉里昂大学
　　David Kieper 威斯康星大学绿湾分校
　　David Whitney 旧金山州立大学
　　George W. Ball 阿尔弗莱特大学
　　Sub Ramakrishnan博士 保龄格林州立大学
　　Lance Leventhal
　　J. Archer Harris博士 詹姆斯麦迪逊大学
　　Mehran Basiratmand 佛罗里达国际大学
　　Seyed H. Roosta博士 慈悲山学院
　　Judith Molka 匹斯堡大学
　　Paul N. Higbee博士 北佛罗里达大学
　　Ron Bates 德安乍学院
　　Brit Williams博士 肯尼索 州立大学
　　Dan O誄onnell 弗雷德尼亚学院SUNY分校
　　Gene Hill Price博士 老领土 大学
　　Bruce Derr
　　Jon L. Spear 锡拉丘兹 大学
　　Stan Wine 亨特学院和New Era of Networks公司
　　Mohammad El-Soussi 圣芭芭拉城市学院
　　J. Mark Pullen博士 乔治·梅森大学
　　Janet M. Urlaub 辛克莱社区学院
　　 对那些抽时间审阅第3版手稿的人和对如何修改第2版提出宝贵意见的人表示感谢。我认真地看了所有的评价和建议，许多都加到了最终稿中。
　　
　　对本版的审稿者表示感谢：
　　Irvin Jay Levy 格登学院
　　Mark Pullen 乔治·梅森大学
　　Aby Tehranipour 东密歇根大学
　　Camelia Zlatea 德保罗大学
　　 感谢所有Brooks/Cole公司的人，包括编辑Kallie Swanson和助理编辑Aarti Jayaraman。感谢Penmarin Books管理出版流程，Cindy Kogut拷贝编辑好的书稿，以及Accurate Art的George Barile给新版本写的说明。正是他们的努力，使一份手稿变成了一本书。同时非常感谢我的家人—Judy、Dan和Tim，是他们的帮助，使我有“空闲时间”来写作。最后，感谢所有阅读本书的人。欢迎任何评论，请发送给William A.Shay，Department of Information and Computing Sciences, University of Wisconsin-Green Bay, Green Bay, WI 54311-7001，或发送电子邮件到 shayw@uwgb.edu。
　　
　　
　　William A. Shay