電腦通信網, 2/e Computer and Communication Networks, 2/e

Nader F. Mir博士

美國加利福尼亞州聖何塞州立大學查爾斯?W.戴維森工程學院電氣工程系教授、副主任。
Mir博士是通信、電信和計算機網絡領域著名的專利與技術訴訟專家，
曾擔任谷歌、思科、Netflix、索尼、Tekelec和YouTube等業內著名公司的專利諮詢專家。
他還是IEEE高級會員，曾多次在國際會議上發表演講，並發表了超過100篇被引用的論文，
目前任IEEE Communications Magazine的技術編輯。
他曾獲得一項美國專利，多項***/校級獎勵，是學校教學優秀獎和科研優秀獎獲得者，並承擔過多項研究課題。

目錄
第一部分
第1章分組交換網絡1
1．1網絡中的基本定義1
1．1．1分組交換與電路交換的對比2
1．1．2數據、分組和幀2
1．1．3互聯網和ISP 3
1．1．4 ISP的分類5
1．2分組交換網的類型6
1．2．1無連接網絡6
1．2．2面向連接網絡7
1．3分組長度和優化8
1．4網絡協議基礎9
1．4．1五層TCP/IP協議模型10
1．4．2七層OSI模型11
1．5互聯網中的編址方案11
1．5．1 IP編址方案12
1．5． 2子網編址和掩碼14
1．5．3無類別域間路由選擇15
1．6等長分組模型16
1．7總結16
1．8習題17
1．9計算機仿真項目20

第2章連網設備概述21
2．1網絡接口卡22
2．2交換和路由設備23
2．2．1一層設備23
2．2．2二層設備24
2．2．3三層設備25
2．3無線交換和路由設備27
2．3．1無線接入點和基站27
2．3．2無線路由器和交換機28
2．3．3無線設備的天線28
2．4調製解調器29
2．4．1基本調製技術：ASK、FSK和
PSK 29
2．4．2實用的調製技術： 4-QAM和
QPSK 31
2．4．3 DSL調製解調器32
2．4．4電纜調製解調器32
2．5復用器33
2．5．1頻分複用33
2．5．2時分複用35
2． 6總結38
2．7習題38
2．8計算機仿真項目39

第3章數據鏈路和鏈路接口40
3．1數據鏈路40
3．1．1數據鏈路類型41
3．2鏈路編碼器42
3．3鏈路上的檢錯和糾錯43
3．3．1檢錯方法44
3．3．2 CRC算法44
3．4鏈路上的流量控制48
3．4．1停等流量控制48
3．4．2滑動窗口流量控制協議50
3．5多用戶鏈路訪問53
3．5．1 CSMA 53
3．6多用戶無線信道訪問56
3．6．1 FDMA 56
3．6．2 TDMA 56
3．6．3 OFDMA 57
3．6．4 SC-FDMA 57
3．6．5 CDMA 57
3．6．6其他多路訪問技術60
3．7鏈路聚合61
3．7．1鏈路聚合的應用61
3．7．2 LACP 62
3．8總結62
3．9習題63
3．10計算機仿真項目65

第4章局域網和LAN網絡66
4．1 LAN和基本拓撲結構66
4．2 LAN協議67
4 ．2．1邏輯鏈路控制67
4．2．2介質訪問控制68
4．3 LAN網絡69
4．3．1用第1層設備互連LAN 70
4．3．2用第2層設備互連LAN 70
4．3．3用第2層和第3層設備連網74
4．4 MAC/IP地址轉換協議75
4．4．1 ARP 75
4．4．2 RARP 76
4．5生成樹協議77
4．6虛擬局域網79
4．6．1 VLAN交換機80
4．6．2 VLAN中繼協議和IEEE 802．1Q 80
4．7無線局域網80
4．7．1紅外局域網81
4．7．2擴頻局域網82
4．7．3窄帶射頻局域網82
4．7．4家庭射頻和藍牙局域網82
4．8 IEEE 802．11無線局域網標準82
4．8．1 IEEE 802．11物理層83
4．8．2 802． 11 MAC層84
4．8．3 WiFi網絡86
4．9案例研究：有線電視協議DOCSIS 88
4．10總結88
4．11習題89
4．12計算機仿真項目91

第5章廣域路由選擇和網絡互聯92
5 ．1 IP分組和基本路由選擇策略92
5．1．1分組的分片和重組94
5．1．2 ICMP 95
5．1．3獲取和分配IP地址96
5．1．4 DHCP 97
5．1 ．5 NAT 98
5．1．6 UPnP 100
5．2路徑選擇算法100
5．2．1 Dijkstra算法101
5．2．2 Bellman-Ford算法102
5．2．3分組洪氾算法103
5．2． 4偏轉路由選擇算法103
5．3域內路由選擇協議104
5．3．1 OSPF 104
5．3．2 RIP 107
5．4域間路由選擇協議109
5．4．1 AS 110
5．4．2 BGP 110
5．5 IPv6 114
5．5．1 IPv6地址格式114
5．5．2擴展首部115
5．5．3分組分片115
5．5．4 IPv6的其他特性115
5．6網絡層擁塞控制115
5．6．1單向擁塞控制117
5．6．2雙向擁塞控制118
5．6．3隨機早期檢測118
5．6．4鏈路阻塞的快速評估120
5．6．5 Lee's串行和並行連接規則120
5．7總結121
5．8習題122
5．9計算機仿真項目124

第6章多播路由選擇和協議126
6．1基本定義和技術126
6．1．1 IP多播地址127
6．1．2基本多播樹算法128
6．1．3多播協議分類129
6．2本地和成員多播協議129
6．2．1 IGMP 129
6 ．3域內多播協議131
6．3．1 MBone 131
6．3．2 DVMRP 131
6．3．3 MOSPF協議132
6．3．4 PIM 133
6．3．5 CBT協議134
6．4域間多播協議134
6．4．1 MBGP 134
6．4．2 MSDP 135
6．4．3 BGMP 136
6．5總結137
6．6習題137
6．7計算機仿真項目139

第7章無線廣域網和LTE技術140
7．1無線網絡的基礎設施140
7．2蜂窩網絡141
7．2．1蜂窩網絡設備和操作142
7．2．2切換146
7．3蜂窩網絡中的移動IP管理149
7．3．1家鄉代理和外地代理149
7．3．2代理髮現階段150
7．3．3註冊150
7．3．4移動IP路由151
7．3．5歷代蜂窩網絡153
7．4 LTE技術154
7．4．1 LTE組網設備154
7．4．2 LTE小區中的呼叫建立155
7．4．3 LTE中的切換156
7．4．4 LTE的上/下行鏈路方案157
7．4 ．5頻率復用157
7．5與LTE結合的無線網狀網160
7．5．1網狀網的應用160
7．5．2 WMN的物理層和MAC層161
7．6無線信道特性161
7．6．1無線信道的容量163
7．6．2信道編碼163
7．6．3平坦衰落對策164
7．6．4碼間串擾對策164
7．7總結164
7．8習題165
7．9計算機仿真項目166

第8章傳送和端到端協議167
8．1傳送層概況167
8．1．1傳送層與相鄰層的相互作用168
8．1．2傳送層協議170
8．2用戶數據報協議170
8．2．1 UDP數據段170
8．2．2 UDP的應用172
8．3傳輸控制協議172
8．3．1 TCP數據段172
8．3．2 TCP連接174
8．3．3 TCP中基於窗口的傳輸和滑動窗口176
8．3．4 TCP的應用177
8．4移動傳送協議177
8．4．1用於移動的UDP 177
8．4．2用於移動的TCP 177
8． 5 TCP擁塞控制178
8．5．1加法增大、乘法減小控制178
8．5．2慢啟動方法179
8．5．3快速重傳和快速恢復方法180
8．6總結182
8．7習題182
8．8計算機仿真項目183

第9章基本網絡應用和管理184
9．1應用層概述184
9．1．1客戶機/服務器模型185
9．1．2圖形用戶界面185
9．2 DNS 186
9． 2．1域名空間186
9．2．2名字/地址映射187
9．2．3 DNS報文格式189
9．3電子郵件(E-mail) 189
9．3．1基本的E-mail結構和定義190
9．3．2簡單郵件傳輸協議(SMTP) 191
9．3．3第3版郵局協議(POP3) 192
9．3．4互聯網郵件訪問協議(IMAP) 192
9．4萬維網(WWW) 192
9 ．4．1超文本傳輸協議(HTTP) 193
9．4．2 Web緩存(代理服務器) 196
9．4．3 Webmail 196
9．5遠程登錄協議197
9．5．1 TELNET協議197
9．5． 2安全外殼協議(SSH) 198
9．6文件傳輸和FTP 199
9．6．1文件傳輸協議(FTP) 199
9．6．2安全複製協議(SCP) 199
9．7對等網絡199
9．7 ．1 P2P文件共享協議200
9．7．2 P2P數據庫共享協議203
9．7．3對等節點連接效率估計205
9．8網絡管理205
9．8．1網絡管理要素206
9．8．2管理信息結構(SMI) 206
9 ．8．3管理信息庫(MIB) 207
9．8．4簡單網絡管理協議(SNMP) 207
9．9總結209
9．10習題209
9．11計算機仿真項目211

第10章網絡安全212
10．1網絡安全概況212
10．1．1網絡安全要素212
10．1．2網絡攻擊分類213
10．2安全方法215
10．3對稱密鑰密碼216
10．3．1數據加密標準(DES) 217
10． 3．2高級加密標準(AES) 218
10．4公鑰密碼218
10．4．1 RSA算法219
10．4．2 Diffie-Hellman密鑰交換協議220
10．5認證220
10．5．1哈希函數220
10．5．2安全哈希算法(SHA) 221
10．6數字簽名222
10．7 IP和無線網絡的安全223
10．7．1 IP安全和IPsec 223
10．7．2無線網絡和IEEE 802．11的安全224
10．8防火牆和分組過濾225
10．8．1分組過濾226
10．8．2代理服務器227
10．9總結227
10．10習題228
10 ．11計算機仿真項目229

第二部分
第11章網絡隊列和延遲分析230
11．1 Little定理230
11．2生滅過程232
11．3排隊規則233
11．4馬爾可夫FIFO排隊系統233
11．4 ．1 M/M/1排隊系統233
11．4．2有限排隊空間系統：M/M/1/b 236
11．4．3 M/M/a排隊系統237
11．4．4延遲敏感流量模型：M/M/a/a 241
11．4．5 M/M/∞隊系統242
11．5非馬爾可夫和自相似模型243
11．5．1波拉切克-欣欽(Pollaczek-Khinchine ，PK)公式和M/G/1 243
11．5．2 M/D/1模型245
11．5．3自相似和批到達模型245
11．6隊列網絡245
11．6．1 Burke定理245
11．6．2 Jackson定理248
11．7總結251
11．8習題252
11．9計算機仿真項目255

第12章高級路由器和交換機架構256
12．1路由器結構256
12．2輸入端口處理器257
12． 2．1分組解析器258
12．2．2分組分割器258
12．2．3輸入緩衝區259
12．2．4路由表(IPv4和IPv6) 259
12．2．5多播調度器260
12． 2．6轉發表和分組封裝器260
12．3輸出端口處理器260
12．3．1輸出緩衝區261
12．3．2重組器和重排序器261
12．3．3差錯控制261
12．4中央控制器261
12．4．1競爭消除單元262
12．4．2擁塞控制器263
12．5交換引擎263
12．5．1交換引擎的複雜度264
12．5．2交叉開關交換引擎264
12 ．5．3 Clos交換引擎265
12．5．4集中型和擴展型交換引擎267
12．5．5共享內存交換引擎270
12．5．6提升交換引擎的性能270
12．6路由器中的多播分組274
12．6．1基於樹的多播算法275
12．6．2分組再循環多播算法276
12．7總結277
12．8習題278
12．9計算機仿真項目279

第13章服務質量和路由器的調度280
13．1服務質量概述280
13．2綜合服務QoS 280
13．2．1流量整形281
13．2．2准入控制285
13．2．3資源預留協議(RSVP) 286
13．3區分服務QoS 286
13．3．1逐跳行為(PHB) 287
13．4資源分配287
13．4．1資源管理288
13．4．2資源分配方案分類288
13． 4．3資源預留的公平性289
13．5分組調度289
13．5．1先進先出調度器290
13．5．2優先級排隊調度器290
13．5．3公平排隊調度器293
13． 5．4加權公平排隊調度器293
13．5．5差額循環調度器295
13．5．6最早截止期優先調度器296
13．6總結296
13．7習題296
13．8計算機仿真項目299

第14章隧道技術、VPN和MPLS網絡300
14．1隧道技術300
14．1．1點到點協議(PPP) 301
14．1．2 IPv6隧道技術和輕量級雙棧302
14．2 VPN 302
14．2．1遠程接入VPN 304
14．2．2站點間VPN 304
14．2．3 VPN的安全性305
14．3 MPLS 305
14．3．1標籤和標籤交換路由器306
14．3．2標籤綁定與交換307
14．3．3 MPLS域內路由選擇309
14．3．4 MPLS分組格式310
14．3．5多重隧道路由311
14．3．6流量工程312
14．3．7基於MPLS的VPN 313
14．4總結313
14．5習題313
14．6計算機仿真項目315

第15章全光網絡、WDM和GMPLS 316
15．1光網絡概述316
15．1．1光纖鏈路317
15．1．2 SONET /SDH標準317
15．1．3通用MPLS協議317
15．1．4無源光網絡319
15．2基本的光網絡設備320
15．2．1可調諧激光器320
15．2．2光緩存器或延遲元件320
15．2．3光放大器320
15．2．4光濾波器320
15．2．5 WDM 321
15．2．6光交換機322
15．3大規模光交換機323
15．3．1交叉開關光交換機323
15．3．2 Spanke-Bene?光交換機324
15．4 OXC結構324
15．4．1波長路由節點結構325
15 ．5全光網絡中的路由326
15．5．1波長路由與廣播326
15．5．2光路阻塞估計327
15．6網絡中的波長分配328
15．6．1無相關性的波長分配329
15 ．6．2有相關性的波長分配329
15．7案例研究：全光交換329
15．7．1 SSN中的自路由330
15．7．2 SSN中的波長分配331
15．8總結331
15． 9習題331
15．10計算機仿真項目333

第16章云計算和網絡虛擬化334
16．1雲計算和數據中心334
16．1．1平台和API 336
16．1．2雲計算服務模型336
16．1．3數據中心337
16．1．4數據中心虛擬化338
16．2數據中心網絡(DCN) 340
16．2．1負載均衡器341
16．2．2流量工程341
16．2．3 DCN體系結構342
16．2．4多播方式344
16．3網絡虛擬化344
16．3．1網絡虛擬化組件345
16．4覆蓋網絡347
16．5總結348
16．6習題348
16．7計算機仿真項目350

第17章軟件定義網絡及其進展351
17．1軟件定義網絡(SDN) 351
17．1．1控制和數據平面的分離352
17．1．2控制平面的可編程性353
17．1 ．3應用編程接口的標準化354
17．2基於SDN的網絡模型354
17．2．1控制平面355
17．2．2數據平面接口(OpenFlow協議) 355
17．3小型SDN架構358
17．3．1 SDN的擴展性358
17．3．2 SDN網絡的多播358
17．4雲的SDN架構358
17．4．1軟件定義的計算與存儲359
17．4．2 SDN在數據中心提供的應用程序359
17．5網絡功能虛擬化(NFV) 360
17．5．1 NFV的抽像模型360
17．5．2分佈式NFV網絡361
17．5．3虛擬化服務362
17．6信息中心網絡(ICN) 362
17．6．1命名對象363
17．6．2 ICN路由選擇和網絡管理363
17．6．3 ICN安全365
17．7高級網絡的網絡模擬器365
17．7．1 Mininet 365
17．8總結367
17．9習題368
17．10計算機仿真項目369

第18章IP語音信令370
18．1公共交換電話網(PSTN) 370
18．1．1 SS7網絡371
18．1．2電路交換網373
18．2 VoIP概述375
18．3 H．323協議376
18．3．1 H．323協議的主要組件376
18．3．2 H．323協議架構377
18．3．3 RAS信令378
18．3．4呼叫信令380
18．3．5控制信令382
18．3．6使用H．323協議的電話會議384
18．4會話發起協議(SIP) 384
18．4．1 SIP的主要組件385
18．4．2 SIP消息386
18．4．3 SIP協議架構387
18．4．4註冊過程388
18．4 ．5呼叫建立389
18．4．6功能和擴展389
18．5軟交換技術和MGCP 392
18．6 VoIP和多媒體互聯392
18．6．1 SIP和H．323的互聯392
18．6．2 SIP和PSTN的互聯394
18．6．3無線蜂窩多媒體互聯395
18．7總結396
18．8習題396
18．9計算機仿真項目399

第19章媒體交換和語音/視頻壓縮401
19．1數據壓縮概述401
19．2數字語音壓縮402
19．2．1採樣402
19．2．2量化和編碼403
19．3靜態圖像和JPEG壓縮406
19．3．1原圖採樣和DCT 406
19．3．2量化408
19．3．3編碼409
19．4運動圖像和MPEG壓縮409
19．4．1 MP3和音頻流410
19．5有損壓縮方法410
19．5．1信息論基礎411
19．5．2信息熵411
19．5．3香農編碼定理412
19．5．4壓縮率和編碼效率412
19．6無損壓縮方法413
19．6．1遊程編碼413
19．6．2霍夫曼編碼414
19．6．3 Lempel-Ziv編碼414
19．7掃描文檔壓縮415
19．8總結416
19．9習題416
19．10計算機仿真項目419

第20章分佈式和基於雲的多媒體網絡420
20．1實時媒體交換協議420
20．1．1實時傳輸協議(RTP) 421
20．1．2 RTP流量中的抖動分析423
20．1．3實時傳輸控制協議(RTCP ) 424
20．1．4實時流協議(RTSP) 425
20．1．5流控制傳輸協議(SCTP) 425
20．1．6基於HTTP的流傳輸428
20．2分佈式多媒體網絡429
20．2． 1 CDN 429
20．2．2 IPTV和VoD 432
20．2．3在線遊戲435
20．3基於雲的多媒體網絡435
20．3．1分佈式媒體迷你雲435
20．3．2基於雲的交互式語音應答(IVR) 436
20．4自相似性和非馬爾可夫流438
20．4．1批量到達模型的自相似性438
20．5總結440
20．6習題440
20．7計算機仿真項目442

第21章移動自組織網絡443
21．1無線自組織網絡概述443
21．2自組織網絡中的路由選擇444
21．2．1路由選擇協議的分類444
21． 3自組織路由選擇協議445
21．3．1目的序列距離向量(DSDV)協議445
21．3．2簇首網關交換路由選擇(CGSR)協議446
21．3．3無線路由選擇協議(WRP) 447
21．3．4動態源路由選擇協議(DSR) 448
21．3．5臨時按序路由選擇算法(TORA) 448
21．3．6基於關聯性的路由選擇協議(ABR) 449
21．3．7自組織按需距離向量(AODV)協議450
21．4自組織網絡安全453
21．4．1攻擊類型454
21．4．2安全路由選擇協議準則454
21．5總結455
21．6習題455
21．7計算機仿真項目456

第22章無線傳感器網絡457
22．1傳感器網絡和協議結構457
22．1．1傳感器網絡的聚類457
22．1．2協議棧458
22．1．3傳感器節點結構459
22．2通信能量模型460
22．3聚類協議463
22．3．1聚類協議的類型463
22．3．2 LEACH算法463
22．3．3 DEEP協議464
22．3．4重新聚類465
22．4路由選擇協議466
22．4．1簇內路由選擇協議466
22．4．2簇間路由選擇協議467
22．5其他相關技術469
22．5 ．1 ZigBee技術和IEEE
802．15．4 469
22．6案例研究：傳感器網絡仿真469
22．6．1簇首節點星座和負載分佈469
22．6．2簇首的最優百分比470
22．7總結470
22．8習題471
22．9計算機仿真項目471
附錄A縮略語表472
附錄B RFC 477
附錄C概率和隨機過程480
附錄D愛爾蘭B阻塞概率表487