计算机网络原理与技术
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第1版前言

计算机网络是计算机科学技术与通信技术紧密结合而产生的一门新技术。目前,人类社会正从工业社会快速进入信息社会,信息已经成为人们改造世界和推动社会发展的直接媒体和动力。美国著名未来学家阿尔文·托夫勒(Alvin Toffler)曾说,谁掌握了信息、谁掌握了网络,谁就将拥有整个世界。目前,计算机网络已经进入了大发展、普及应用阶段,以Internet为代表的计算机网络已成为现代社会最重要的信息基础设施之一。充分认识计算机网络的基础理论问题,不但是摆在我们面前的紧迫任务,而且是培养具有计算机网络理论和技术人才的迫切需要。在我们承担主持的“十五”国家级研究课题的子课题“21世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”课题的“电子与电气信息类专业应用型人才培养的目标与模式”研究中,如何构建应用型人才培养体系、突出工程技术能力本位的教育思想、构建优秀课程群及其教材是其重要研究内容之一。本课题也旨在通过课题研究带动相应精品教材的研究与建设。

通过“电子与电气信息类专业应用型人才培养的目标与模式”课题研究发现,有关计算机网络方面的教材较多,但大多数按照ISO/OSI-RM或者TCP/IP协议体系,讲授计算机网络知识及其工程实现。由于ISO/OSI-RM和TCP/IP协议体系各自存在优缺点,而且全面深入地讲解计算机网络原理知识的书也较少,难以满足IT领域相关本科专业教学及高层次读者的需要。为实现应用型人才培养目标,拟撰写一本《计算机网络原理与技术》,以飨具有一定计算机网络技术基础知识、意欲深入全面掌握计算机网络原理和工程技术的读者。

主要内容与体系《计算机网络原理与技术》针对计算机网络的工作原理及其技术,以计算机网络体系结构为总纲,按照基于ISO/OSI-RM修改的五层参考模型:物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层,系统分层讲述计算机网络的基本概念、主要协议及其应用,并将Internet所采用的TCP/IP协议体系渗透其中。同时,在我们所承担的江苏省高校自然科学研究计划项目“网络处理器路由队列管理与分组调度”中,对IP网络的服务质量QoS(Quality of Service)控制、网络处理器NP(Network Processor)等路由队列管理与分组调度问题,展开了一些研究工作。为体现相关的研究收获,反映当前计算机网络研究领域的最新技术和理论成果,构建一个新的计算机网络知识体例结构,用少许篇幅阐述IP网络服务质量控制、网络处理器以及网络仿真与性能度量等内容也是必要的。但考虑到计算机网络技术的发展非常迅速,限于篇幅难以全面涵盖最新发展概况,还是以广泛使用的成熟网络理论技术为背景进行介绍和讨论较为恰当。因此,全书共分12章,按以下体例结构组织内容:

第1章(绪论)介绍计算机网络的一些基本概念、诞生与发展历程,以及计算机网络的组成和发展趋势等。

第2章(计算机网络体系结构)介绍研究制定计算机网络体系结构的科学方法,讲授网络协议及其分层的概念、ISO/OSI-RM和TCP/IP协议体系结构、局域网体系结构、广域网和综合业务数字网体系结构等。

第3章(数据传输和物理层)主要讲授数据通信的理论基础、数据编码技术、多路复用技术、数据传输方式、数据交换技术和物理层特性等。

第4章(数据链路控制)主要讲授数据链路层的基本概念、数据链路协议、无线链路、点到点的数据链路协议、广播网络的媒体访问控制及网络互连中的第二层交换技术。

第5章(网络互连与路由)讲授网络层基本概念、网络层IP协议、路由技术基础和路由选择算法。

第6章(网络传输服务)在概述传输层基本概念的基础上,主要讲授传输层协议的基本要素、简单的传输协议实例、面向连接的TCP协议和无连接的UDP协议。最后介绍用简单协议分析工具进行协议分析的方法。

第7章(网络应用技术)主要讲授应用层协议原理、动态主机配置协议、域名系统DNS、万维网WWW及多媒体实时通信等,阐明各种应用进程通过什么样的应用层协议来使用网络所提供的服务。

第8章(网络管理)主要讨论网络管理的基本概念及功能,介绍和讨论简单网络管理协议SNMP,以及与网络管理相关的软件工具。

第9章(网络安全)主要讲述网络安全的基本概念、数据加密技术基础、网络安全技术,包括数字签字、数字证书;简单介绍Internet的网络层安全协议簇IPSec,以及防火墙技术等。

第10章(IP网络服务质量控制)主要讨论IP网络中QoS的概念,TCP/IP拥塞控制机制和拥塞避免机制,IP QoS体系结构和服务模型,以及队列调度算法等。

第11章(网络处理器)在介绍网络处理器基本概念、功能、结构的基础上,主要讨论网络处理器技术原理、路由队列管理和IP分组调度算法;简单介绍Intel IXP1200网络处理器,以及网络处理器的研究发展概况。

第12章(网络仿真与性能度量)在介绍NS2(Network Simulator V2)组成结构和各组件功能的基础上,讨论在Windows XP环境下的安装及操作使用方法,并给出编程示例。同时,对NS2仿真的输出结果及数据分析予以阐述。作为对NS2的应用实例,以ping子类为例讨论怎样对NS2的功能进行扩展、增加一个新继承类对象进行仿真。最后讨论网络性能的度量和测试问题。

每章末均附思考与练习题,这些题目与本书基本内容密切相关,以利于巩固和复习有关的概念和理论基础知识。

编撰理念与特色 计算机网络是现代计算机科学与技术、通信及电子信息类专业的一门主要专业课程。在编撰时作者努力使之具有理论性、创新性和应用性等特色。

本书具有一定的理论高度,内容按照物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层,系统地、分层讨论计算机网络的基本概念、主要协议及其应用原理,呈现出一个完整而系统的知识结构;不但反映计算机网络技术的理论体系,而且概念描述准确,理论讲述透彻;体现出理论性特色。

本书具有一定的前瞻性和学术参考价值,内容取材新颖、丰富,体例结构严谨,比较全面地展示了近年来计算机网络领域的研究进展和最新成果,描述了QoS、NP的体系结构、实现机制、性能度量评价等,并在某些章节的内容中反映了作者相关的研究工作;体现出创新性特色。

本书注重理论联系实际,在文字叙述上由浅入深,循序渐进,清楚易懂。通过阅读学习,读者能够了解有关计算机网络的基本概念,掌握其基本工作原理及应用技术,理解Internet采用的TCP/IP协议体系工作原理和应用方法,形成以计算机网络体系结构的分层模型为总纲的知识链,有利于为今后各种计算机网络技术的专题学习和研究奠定基础。因此,本书具有应用性。

本书适合计算机网络和通信领域的教学、科研和工程设计应用参考,适用范围较广;既可以作为计算机科学与技术、通信、电子、信息、自动化等相关专业的教学参考书,也可供信息技术、计算机网络研究与工程技术、IT管理等人员参考使用。

本书是经多位同志共同努力而形成的一项成果,具体情况为:王志明(南京工程学院)执笔第3章和第4章;黄晓宇(湖南工程学院)执笔第5章和第6章;其余各部分由刘化君(南京工程学院)执笔。全书由刘化君教授主编,并对大部分章节内容进行了统编改写,最后予以定稿;南京航空航天大学信息技术学院的王彩霞等在本书的编撰过程中做了许多工作;本书作者的研究工作得到了“十五”国家级研究课题的子课题“21世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”课题的“电子与电气信息类专业应用型人才培养的目标与模式”(No:BIA010091-1-G12)和江苏省高校自然科学研究指导性计划项目(No:04KJD520084)的资助支持,在此一并表示深深的谢意!

由于计算机网络发展速度很快,加上作者水平有限和时间仓促,因此,本书中难免存在一些缺点、错误或疏漏之处,恳请广大读者批评赐教。

作者

2005年3月6日