数据通信与计算机网络

目 录

第1部分 概 述

第1章 概述 1

1.1 通信系统模型 1

1.2 模拟通信、数字通信和数据通信 2

1.2.1　模拟通信和数字通信 2

1.2.2　数据通信 3

1.3 数据通信系统及网络 3

*1.3.1　数据通信系统 3

1.3.2　数据通信网络 5

1.4 计算机网络概述 7

*1.4.1 计算机网络的发展过程 7

1.4.2 计算机网络的定义及分类 10

1.4.3 计算机网络的功能及应用 12

*1.4.4 计算机网络的性能指标 13

*1.5 计算机网络的体系结构和模型 15

1.5.1 层次型的体系结构 15

1.5.2 计算机网络模型 17

1.5.3 若干重要概念 20

1.6 标准及其制定机构 24

1.6.1 标准 24

1.6.2 国际性标准化组织 24

1.6.3 因特网的标准化组织 25

*1.7 发展趋势 26

1.7.1 泛在网络和泛在计算 26

1.7.2 新信息服务 28

1.7.3 云计算 28

1.7.4 下一代网络 29

1.7.5 网络融合 29

1.8 实践活动 30

1.9 习题 30

第2部分 数 据 通 信

第2章 数据通信基础知识 32

2.1 信息、数据和信号 32

2.1.1　信息 32

2.1.2 数据 33

2.1.3 信号 34

*2.2　传输方式和传输速率 37

2.2.1 传输方式 37

2.2.2 传输速率 38

2.2.3 频带利用率 40

*2.3　传输损伤和传输质量 40

2.3.1 传输损伤 40

2.3.2 传输质量 41

2.4 通信编码 44

*2.5 传输信道及传输媒体 45

2.5.1 信道概述 46

2.5.2 信道容量的计算 46

2.5.3 传输媒体 48

2.6 实践活动 59

2.7 习题 60

第3章 数据传输技术 62

3.1 数字基带传输技术 62

3.1.1 基带传输对信号的要求 62

*3.1.2 基带信号的波形及其传输码型 63

3.2 数字频带传输技术 66

*3.2.1 基本数字调制技术 67

3.2.2 正交幅度调制 74

*3.2.3 幅相混合调制 75

3.2.4 正交频分复用调制 76

3.3 脉冲编码调制技术 77

*3.3.1 标准PCM技术 77

3.3.2 自适应差分脉冲编码调制技术 78

3.4 信道访问技术 79

3.4.1 轮询访问技术 79

*3.4.2 争用访问技术 81

*3.5 信道复用技术 85

3.5.1 频分复用 85

3.5.2 波分复用 86

3.5.3 时分复用 87

3.5.4 码分复用 89

3.6 扩频技术 91

3.6.1 概述 91

3.6.2 直接序列扩频 92

3.6.3 跳频扩频 93

3.6.4 跳时扩频 94

3.6.5 混合扩频 95

3.7 同步控制技术 96

3.7.1 载波同步 96

*3.7.2 位同步 97

3.7.3 群同步 98

3.7.4 网同步 99

3.8 数据交换技术 102

3.8.1 电路交换 102

3.8.2 报文交换 102

*3.8.3 分组交换 103

*3.9 差错控制技术 104

3.9.1 差错控制概述 104

3.9.2 差错检测 106

3.9.3 差错纠正 110

3.10 实践活动 111

3.11 习题 113

第3部分 计算机网络体系结构

第4章 物理层 115

*4.1 物理层概述 115

*4.2 物理层接口特性 115

4.2.1 机械特性 116

4.2.2 电气特性 116

4.2.3 功能特性 117

4.2.4 规程特性 119

4.3 物理层的常用标准 119

*4.3.1 EIA RS-232 119

4.3.2 EIA RS-449 122

4.3.3 EIA RS-485 123

*4.3.4 RJ45 124

*4.4 数字传输系统 125

4.4.1 PCM传输体制 125

4.4.2 同步光纤网SONET和同步

数字序列SDH 126

4.5 实践活动 128

4.6 习题 129

第5章 数据链路层 130

*5.1 数据链路层概述 130

*5.2 点对点信道的三个基本问题 131

5.2.1 帧定界 131

5.2.2 透明传输 133

5.2.3 差错检测 134

*5.3 点对点信道的数据链路层协议 134

5.3.1 数据链路层协议概述 134

5.3.2 PPP 协议 135

5.3.3 PPP协议的帧格式 135

5.3.4 PPP 协议的状态图 136

*5.4 广播信道的数据链路层 137

5.4.1 局域网概述 137

5.4.2 局域网的体系结构 138

5.5 IEEE 802标准 141

5.6 实践活动 141

5.7 习题 143

第6章 网络层 144

*6.1 网络层概述 144

6.1.1 虚拟互连网络 144

6.1.2 网络层提供的服务 145

*6.2 网际协议IPv4 147

6.2.1 分类的IP地址 147

6.2.2 划分子网 149

6.2.3 无分类编址 153

6.2.4 地址转换机制 155

6.2.5 IP数据报的格式 158

6.2.6 IP层分组转发机制 161

*6.3 因特网路由选择协议 165

6.3.1 路由选择协议概述 165

6.3.2 内部网关协议 167

6.3.3 外部网关协议 173

6.3.4 路由选择的关键部件——

路由器 174

*6.4 网际控制报文协议ICMP 175

6.5 IP多播及其协议 178

6.5.1 IP多播概述 178

6.5.2 局域网IP多播 179

6.5.3 因特网IP多播协议 180

*6.6 下一代网际协议IPv6 182

6.6.1 IPv6 概述 182

6.6.2 IPv6 数据报的格式 183

6.6.3 IPv6 的地址 185

6.6.4 由IPv4过渡到IPv6 189

6.6.5 网际控制报文协议ICMPv6 190

6.7 实践活动 191

6.8 习题 192

第7章 传输层 196

*7.1 传输层概述 196

7.1.1 传输层的基本功能 196

7.1.2 传输层的协议及服务 197

7.1.3 传输层的端口 198

*7.2 用户数据报协议UDP 199

7.2.1 UDP概述 199

7.2.2 UDP报文的格式 200

*7.3 传输控制协议TCP 201

7.3.1 TCP概述 201

7.3.2 TCP报文段的格式 202

7.3.3 TCP传输控制 204

7.3.4 TCP拥塞控制 214

7.3.5 TCP连接管理 217

7.3.6 TCP连接管理模型 220

7.4 实践活动 222

7.5 习题 223

第8章 应用层 226

8.1 应用层概述 226

*8.2 域名系统 227

8.2.1 概述 227

8.2.2 因特网的域名结构 228

8.2.3 域名服务器 229

8.2.4 域名解析 231

*8.3 万维网 232

8.3.1 概述 232

8.3.2 统一资源定位符URL 233

8.3.3 超文本传送协议HTTP 234

8.3.4 超文本标记语言HTML 238

8.3.5 万维网的文档 240

8.3.6 搜索引擎 242

*8.4 电子邮件 243

8.4.1 概述 243

8.4.2 电子邮件的格式 245

8.4.3 简单邮件传送协议SMTP 245

8.4.4 邮件读取协议POP3和

IMAP4 247

8.4.5 通用因特网邮件扩充

协议MIME 247

8.4.6 基于万维网的电子邮件 250

*8.5 文件传送 250

8.5.1 概述 250

8.5.2 文件传送协议FTP 250

8.5.3 简单文件传送协议TFTP 252

8.5.4 网络文件系统NFS 253

8.6 远程登录协议TELNET 253

*8.7 动态主机配置协议DHCP 255

8.8 多媒体应用服务 257

*8.8.1 概述 257

8.8.2 流式存储音频/视频 260

*8.8.3 实时交互音频/视频 263

8.9 应用进程间的通信 271

8.9.1 系统调用 271

8.9.2 应用编程接口 271

8.10 实践活动 273

8.11 习题 274

第4部分 网 络 技 术

第9章 局域网 276

9.1 局域网的组成 276

9.1.1 网线和接头 276

9.1.2 网卡 277

9.1.3 集线器 279

9.1.4 网络交换机 279

9.1.5 网络操作系统 281

*9.2 传统以太网 282

9.2.1 以太网概述 282

9.2.2 CSMA/CD协议 283

9.2.3 以太网的信道利用率 285

*9.3 扩展以太网的覆盖范围 286

9.3.1 在物理层扩展局域网 286

9.3.2 在数据链路层扩展局域网 287

9.4 虚拟局域网 291

*9.5 提高局域网的性能 293

9.5.1 提高服务器的性能 293

9.5.2 提高线路的容量 294

9.5.3 减少网络的需求 294

*9.6 高速局域网 295

9.6.1 100BASE-T 以太网 295

9.6.2 吉比特以太网 296

9.6.3 10吉比特以太网 297

9.6.4 40/100吉比特以太网 297

9.7 实践活动 300

9.8 习题 301

第10章 无线网络 303

*10.1 无线局域网 303

10.1.1 无线局域网概述 303

10.1.2 IEEE 802.11标准 305

10.1.3 802.11局域网的MAC层 306

10.1.4 802.11局域网的MAC帧 310

10.1.5 802.11 提供的服务 311

10.2 无线个域网 312

10.2.1 蓝牙技术 312

10.2.2 低速无线个域网 314

10.2.3 高速无线个域网 317

10.3 无线城域网 318

10.3.1 无线城域网概述 318

10.3.2 IEEE 802.16标准 319

10.4 其他无线网络 321

10.4.1 无线传感器网 321

10.4.2 无线网格网 323

10.5 实践活动 325

10.6 习题 326

第11章 因特网 328

*11.1 因特网的发展过程 328

*11.2 因特网的组成 330

11.2.1 因特网的核心部分 330

11.2.2 因特网的周边部分 330

*11.3 因特网接入技术 331

11.3.1 基于铜线的xDSL技术 331

11.3.2 基于混合光纤/同轴电缆的

接入技术 333

11.3.3 基于五类线的以太网

接入技术 334

11.3.4 光纤接入技术 335

11.4 下一代因特网 335

11.4.1 Internet2 336

11.4.2 下一代因特网NGI 336

11.5 实践活动 337

11.6 习题 338

第12章 计算机网络的管理和安全 339

*12.1 计算机网络的管理 339

12.1.1 网络管理概述 339

12.1.2 网络管理的一般模型 340

12.1.3 网络管理的体系结构 340

12.1.4 ISO 的网络管理功能 341

*12.2 简单网络管理协议SNMP 342

12.2.1 管理信息结构 343

12.2.2 管理信息库 345

12.2.3 SNMP报文和协议数据单元 346

*12.3 计算机网络的安全 348

12.3.1 计算机网络面临的安全威胁 348

12.3.2 计算机网络的安全性需求 349

*12.4 数据加密技术 350

12.4.1 数据加密通信的模型 350

12.4.2 对称密钥密码体制 351

12.4.3 公开密钥密码体制 353

*12.5 网络安全策略 356

12.5.1 加密策略 356

12.5.2 密钥分配 357

12.5.3 鉴别 358

12.5.4 防火墙 359

12.6 虚拟专用网 361

12.7 因特网的安全协议 363

12.7.1 网络层安全协议 363

12.7.2 传输层安全协议 366

12.7.3 应用层安全协议 367

12.8 实践活动 369

12.9 习题 370

附录A 部分习题参考答案（见网上教学资源）

附录B 英文缩写词（见网上教学资源）

参考文献及重要网址 372

【简介】 本书是解放军理工大学优秀教学成果，将数据通信和计算机网络两门课程融为一体，非常适合工科各专业教学需要。全书包括4个部分：第1部分概述；第2部分数据通信（数据通信基础知识和数据通信技术）；第3部分计算机网络体系结构（物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层）；第4部分网络技术（局域网、无线网络、因特网和网络安全与管理）。全书各章都配有丰富的习题，免费为任课老师提供电子课件和习题参考答案。【适用对象】 本书可作为高校计算机、通信、自动化、机电等工科专业教材，职业教育教材，也可作为工程技术人员参考用书。【页数】380【前言】 前 言本教材的前三版（1998，2003，2007）均按照中国计算机学会教育委员会和全国高等学校计算机教育研究会（以下简称两会）编写的《计算机学科教学计划》之要求组织编写，被列入高等学校计算机专业规划教材，由两会推荐出版。本版教材在全书的体系结构上做了较大的修改和调整。全书共4部分。第1部分是概述，对通信系统模型、数据通信系统及网络、计算机网络及其体系结构和模型、网络标准、发展趋势等内容做了概述，增加了数据通信系统的主要性能指标和发展趋势。第2部分是数据通信，介绍了数据通信基础知识和各种数据传输技术，增加了传输质量、传输媒体的选择等内容，并按照数据与信号的组合方式分别介绍基带传输技术、频带传输技术和脉码调制技术，这将使内容更为清晰。第3部分是计算机网络体系结构，仍以TCP/IP体系结构为基础，以TCP/IP协议族为主线，自下而上地介绍物理层、数据链路层，网络层、传输层和应用层的基本概念、功能和作用，以及各层的协议机制。在物理层的常用标准中增加了EIA RS-485和RJ45。把数据链路层的局域网技术移入第4部分单独成章。网络层突出介绍网络互连的概念。传输层的内容变化不大。应用层的万维网、电子邮件、文件传送和多媒体应用服务各节都进行了较大的修改。第4部分是网络技术，介绍局域网、无线网络、因特网，以及计算机网络管理和安全。局域网一章增加了局域网的组成、以太网的信道利用率、提高局域网的性能和40/100吉比特以太网等内容。无线网络一章的无线局域网取自第3版的第6章，并对部分内容做了修改，新增了无线个域网、无线城域网、无线传感器网和无线网格网。因特网的内容单独成章，其中因特网的发展过程取自第3版的第1章、增写了因特网的组成和下一代因特网，因特网的接入技术取自第3版的第11章，并进行了修改和充实。计算机网络管理和安全一章中的简单网络管理协议SNMP一节做了较大修改，虚拟专用网取自第3版的第7章，也做了修改。为了加强学生对各章知识的理解，本版教材还为各章增添了实践活动一节，其目的是通过这些实践活动，激发学生对数据通信和网络技术的兴趣，提高学生的研读创新能力。各章末均附有习题，供读者选用。最后是参考文献及重要网址。另外，还有附录A“部分习题参考答案”和附录B“英文缩写词”。本教材的参考学时数为60～70学时。在课程学时数较少的情况下，可以择取在目录中打有“*”的章节。本教材的第1～2章、第3章3.1～3.5，3.7～3.9节，第8章8.1节和8.8节、第9～12章由杨心强编写，第3章3.6节、第8章8.2～8.7节和各章的实践活动由陈国友编写。最后由杨心强负责统编和全书的定稿。在本书再版过程中，解放军理工大学指挥自动化学院谢希仁教授对本书的再版提供了宝贵的资料。电子工业出版社高等教育分社童占梅副社长和责任编辑秦淑灵对再版工作也给予了全力支持和关照，并为作者提供了极有参考价值的书籍。王丽辛高工为本书图稿的绘制给予了积极的支持和指导。本教材的前三版均得到两会的关照，特别是北京航空航天大学杨文龙教授的关心和支持。对此，编著者均表示诚挚的谢意。由于编著者水平有限，书中难免存在一些缺点和错误，恳请专家和广大读者批评指正。作者E-mail：yang_xinqiang@163.com，goyalchen＠163.com。编著者于南京解放军理工大学指挥自动化学院