计算机网络：第3版

　　内容提要《计算机网络）第3版，是国外使用最广泛的计算机网络教材。本书按照网络模型，分层次地系统介绍了计算机网络的基本概念，包括物理层、数据链路层、介质访问子层、网络层、传输层及应用层。本书在介绍网络各层基本原理实现方法时，结合进了近年来迅速发展的网络技术，如因特网、A′TM、ISDN、移动通信、卫星通信等。本书的适用对象很广泛。对于学习计算机网络课程的专科生、本科生及研究生，本书可作为教材或教学参考书。对于从事网络研究、网络工程、技术服务及使用网络的科研和工程技术人员、用户，本书也是一本很好的基础性参考读物。片断：而在网络中，用户必须明确地指定在哪一台机器上登录；明确地远程递交任务；明确指定文件传输的源和目的地，并且要管理整个网络。在分布式系统中，不需要明确地指定这些内容，系统会自动地完成而无需用户的干预。从效果上讲，分布式系统是建立于网络之上的软件系统。它具有高度的整体性和透明性。因此，网络和分布式系统的区别更多地取决于软件（尤其是操作系统）而不是硬件。但是，这两个主题之间也有许多共同之处。例如，分布式系统和网络都需要文件的传送。区别在于是谁来发起传送，是系统还是用户？虽然本书的主题是计算机网络，但其中讨论的许多问题对分布式系统也很重要。如果用户希望了解分布式系统，请参阅（Cou－Louris等，1994；Mullender，1993及Tanenbaum，1995）。计算机网络的应用在开始仔细地分析技术问题之前，值得一提的是为什么人们对计算机网络感兴趣，以及计算机网络有什么用途。1.1.1用于企业的网络许多机构都有一定数量的计算机在运行，这些机器大都相距甚远。例如，一家有许多工厂的公司，可能在每个工厂所在地都装配有计算机，用于记录库存，监视生产状况和管理当地的工资发放。最初，每台计算机都独立地工作，但后来管理部门可能决定把这些独立的计算机连接起来，以获取和核对整个公司的信息。稍加概括，这里的核心问题是资源共享（resourcesharing）。其目的是让网络上的用户，无论他处于什么地方，也无论资源的物理位置在哪里，都能使用网络中的程序、设备，尤其是数据。也就是说，用户使用千里之外的数据就像使用本地数据一样。可以这样归纳网络的目的：它试图解除“地理位置的束缚”。第二个目的是依靠可替代的资源来提供高可靠性（highreliability）。例如，所有的文件可以在两台或三台计算机上留有副本，如果其中之一不能使用（由于硬件故障），还可以使用其他的副本。另外，多处理机的出现，意味着如果其中一台机器出了故障，其余的处理机仍然可以分担它的任务，尽管性能可能有所下降。例如，军事、银行、航空、交通管制、核反应堆安全设备和其他许多的应用中，出现硬件故障后仍能继续运行的能力是极其重要的。另一个目的是节约经费（savingmoney）。小型计算机比大型计算机有更高的性能价格比。主机（房间大小的计算机）比个人计算机大概快十倍，但价格却在千倍以上。这种不平衡使得许多系统设计者用多台功能强大的个人计算机来组建系统，每个用户使用一台个人计算机，数据则存放在一台或多台共享的文件服务器（fileserver）里。在这一模式中，用户被称作客户（client），而整个结构被称作客户－服务器模型（client－servermodel），如图1－1所示。在客户－服务器模型中，通信的方式通常是客户向服务器发送请求信息，指示需要完成的工作。服务器完成工作后送回应答。一般情况下，是多个客户使用少量服务器。网络的另一个目的是可扩充性，即当工作负荷加大时，只要增加更多的处理器，就能逐步改善系统的性能。而采用中心主机的方式，当系统能力达到极限时，就必须用更强大的主机来代替它。这样做一般开销都较大，而对用户的影响就更大了。在客户－服务器模型中，新的客户和服务器可以按需要随时加入。建立网络的另一个目的与技术没有太大的关系。计算机网络可以为分布在各地的雇员提供强大的通信手段（communicationmedium）。通过网络，两个或多个生活在不同地方的人可以一起写报告。当某人修改了联机文档的某处时，其他人员可以立即看到这一变更，而不必花几天的时间等待信件。这种速度上的提高使得广泛分布的人与人之间的合作很容易进行，而在以前是不可能的。从长远的观点来看，利用网络来增强人际沟通可能比它的技术目的（如增加可靠性）更重要。1.1.2服务于公众的网络上面给出的建设网络的动机，从本质上来讲都是为了经济和技术。如果可以用可接受的价格购买到足够大的和功能强的主机，大多数公司都会选择把他们的所有数据都放到主机上去，让他们的雇员通过终端连接到主机。在70年代和80年代早期，大多数公司都以这种方式运作。当个人计算机网络提供了比主机高得多的性能价格比时，计算机网络才开始流行。从90年代开始，计算机网络开始为居家的个人用户提供服务。这些服务和提供这些服务的动机与前面一节介绍的“企业效率”模型大不相同。下面简要地介绍方兴未艾的最激动人心的3种服务：1.访问远程信息。2.个人间通信。3.交互式娱乐。本书前言前言这本书是它的第3版，每一版都对应着计算网络的不同发展阶段。本书于1980年初次面世时，网络还处于学术探讨阶段。本书第2版于1988年出版时，网络已在各大学和大公司里得到了应用。本书第3版于1996年出版时，计算机网络，尤其是世界范围内的因特网（Intemet），已成为千百万人日常生活中的组成部分。不仅如此，从本书第2版出版后，联网硬件和软件已发生了翻天覆地的变化。在1988年，几乎所有的网络都是用铜线电缆连接的，而在今天，许多网络已用光纤或无线通信来实现。一些专用的网络，如SNA，其地位已变得远没有公用网络重要，尤其是因特网。OSI的各层协议结构正在迅速消失，而TCP/IP协议组已得到大家的认可。事实上，由于有了如此多的变化，本书几乎是从总体上重写了一遍。尽管本书的第1章与第2版时一样，也起的是介绍作用，但其中的内容已彻底更新，以反映最新的技术成果。例如，我们在第1章里未采用第2版里所基于的七层OSI模型，而采用的是五层混合模型（读者可参看图1－21）。虽然这种模型不完全等同于TCP/IP模型，但与在第2版里所介绍的OSI模型相比，它的主要内容更接近于TCP/IP模型。而且，我们以新的运行例子——因特网和ATM贯穿于全书，也介绍了一些吉比特网络（gigabitNetworks）和其他流行网络。在第2章，我们已将重点从铜线电缆转移到了光纤和无线通信，因为这些是未来的技术。在过去十年内，电话系统已变成几乎是全部数字式的，因此，关于它的介绍材料已大量重写，并补充了宽带ISDN的材料。有关蜂窝无线通信的内容已进行了大量扩展，并在本章中补充了新的低轨卫星的知识。有关数据链路层和MAC子层讨论的顺序倒了一下，因为我通过教学实践发现，学生在学习了数据链路层后，才能更好地理解MAC子层，所以本书第3章介绍数据链路层。以前的协议例子仍保留下来了，它们已被证明变得很流行，但现在我用C语言重写了。此外，我们补充了新的有关因特网和A′TM数据链路层的材料。第4章中的MAC子层原理的内容已做了更新，以反映新的协议，包括波长划分多路复用、无线局域网及数字无线传输技术。有关网桥的内容已更新，补充进了高速局域网的材料。第5章中的大多数路由算法已由更现代化的例子所代替，包括距离向量和链接状态路由。有关拥塞控制的一节已彻底重写。有关因特网及ATM的实际运行例子全部是新加上的。第6章仍讨论传输层，但在这一章里也改写了主要内容。其中最主要的是加入了大量的有关因特网，ATM及网络性能的新知识。第7章讨论的应用层已变成了本书最长的一章。有关网络安全的内容，其份量加大了一倍；增加了各种新的知识，如DNS，SNMP，电子函件，USENET，万维网，HTML，Java，多媒体，视频点播及MBone等。第3版中共有395幅插图，其中276幅（占70％）全部是新的，其他的图也已进行了更新。本书所列的370种参考文献中，有281种（占76％）是自本书第2版出版以来新出现的著作和论文。在这些文献中，100种以上是1995年和1996年发表和出版的。总的说来，本书75％的内容是新的，剩余25％的内容也已做了大量更新。因此，本书基本上是一本新书，其封面也重新设计了，以免与第2版混淆。计算机著作中充满了各种缩写词，本书也不例外。这里列出一些先让读者了解一下：AAL，AMPS，ARP，ASN，A′TM，BGP，CDMA，CDPD，CSMA，DQDB，DNS，FAQ，FDM，FTP，FTTC，FTTH，GSM，HDLC，HEC，HIPPI，IAB，ICMP，IDEA，IE′TF，IPv6，ISO，ITU，LATA，MAC，MACA，MAN，MIB，MIME，NAP，NNTP，NSA，NSAP，OSI，OSPF，PCM，PCN，PCS，PEM，PGP，PPP，PSTN，PTT，PVC，QAM，RARP，RFC，RSA，SABME，SAP，SAR，SDH，SDLC，SHA，SMI，SNA，SNMP，SNRME，SPX，TCP，UDP，VHF，VLF，VSAT，WARC，WDM，WWV及WWW。不要担心，每个缩写词在使用时都会仔细定义。为了帮助教师使用本教材，作者准备了3种辅助教学材料：习题解答。含有所有插图的PostScript文件（可用于制作教学幻灯片）。第3章中协议例子的模拟程序（用C语言编写的）。习题解答可从PrenticeHall出版社得到（但仅限于教师）。插图文件及模拟程序可通过万维网得到。为了找到上述内容，请访问作者的主页：http：//www.cs.vu.nl/～ast/。本书原稿（英文版）是用Troff以TimesRoman字体排版的，在经过了这么多年后，仍采用了这种方式。虽然Troff不符合“所见即所得”系统的潮流，但读者不妨将此书的质量与由“所见即所得”系统出的书的质量作一比较。我对PC及台式系统的唯一让步就是，我第一次使用了AdobeIllustrator来作图，而不是将图画到纸上。而且，本书也是第一次完整地以电子方式出版的。来自Troff的PostScript的输出，可通过因特网送至打印机上，然后就可以直接印出胶片。不需要像通常那样，必须生成中间的纸质拷贝或照相处理。在本教材的第3版编写期间，许多人曾帮助过我。我要特别感谢ChaseBailey，SaniyaBenHassen，NathanielBorenstein，RonCocchi，DaveCrocker，WiebrendeJonge，CarlEllison，M.RasitEskicioglu，JohnEvans，MarioGerla，MikeGoguen，PaulGreen，DickGrune，WayneHath－away，FranaHauck，JackHoltzman，GerardHolzmann，PhilipHomburg，PeterHoneyman，RajJain，DaveJohnson，CharlieKaufman，VinayKumar，JorgLiebeheer，PaulMockapetris，CarolOrange，CraigPartridge，CharliePerkins，ThomasPowell，GregSharp，AnneSteegstra，GeorgeSwallow，MarkTay—lor，PetervanderLinden，HansvanStaveren，MaartenvanSteen，KeesVerstoep，StephenWalters，MichaelWeintraub，JosephWilkes及StephenWoiff。我还要特别感谢RadiaPerlman为我所提出的许多有益建议。我的众多学生也以多种方式给过我帮助，我要特别列出MartijnBot，WilbertdeGraaf，FlaviodelPomo及ArnolddeWit提供的帮助。PrenticeHall出版社的MaryFranz是我的编辑，在过去10年里为我提供了大量的参考材料。她还以其他各种方式帮助过我，事无巨细，不厌其烦。我的责任编辑CamilleTrentacoste在本书的整个出版过程中，将流程安排得紧锣密鼓而又有条不紊，本书得以顺利出版，他的功劳很大。最后，我还要对几位最重要的人士表示感谢：Suzanne，Barbara，Marvin，还有小Bram都曾自始至终地帮助过我。我衷心地感谢他们所做的这些工作。AndrewS.Tanenbaum

　　作者简介AndrewS.Tanenbaum获得过美国麻省理工学院的理学学士学位和加利福尼亚大学伯克利分校的哲学博士学位，目前是荷兰阿姆斯特丹Vrije大学的计算机科学系的教授，并领导着一个计算机系统的研究小组。同时，他还是一家计算与图象处理学院的院长，这是由几家大学合作成立的研究生院。尽管社会工作很多，但他并没有中断学术研究。多年来，他在编译技术、操作系统、网络及局域分布式系统方面进行了大量的研究工作。目前的主要研究方向是设计规模达数百万用户的广域分布式系统。在进行这些研究项目的基础上，他在各种学术杂志及会议上发表了70多篇论文。他同时还是5本计算机专著的作者。Tanenbaum教授还开发了大量的软件。他是Amsterdam编译器的原理设计师，这是一个被广泛使用的，用来编写可移植编译器的工具箱。他领导编写的MINIX，是一个用于操作系统教学的类UNIX的小型操作系统。他和他的博士研究生及其他编程人员一道设计的Amoeba分布式操作系统，是一个高性能的微内核分布式操作系统。目前，可在因特网上免费得到MINIX及Amoeba，用于教学和研究。他的一些博士研究生，在获得学位后继续进行研究，并取得了更大的成就，赢得了社会的赞誉，对此他深感自豪。人们称他为桃李满天下的教育家。Tanenbaum是ACM的会员，IEEE的资深会员，荷兰皇家艺术和科学学院院士，获得过1994年度ACMKarlV.Karlstrom杰出教育家奖。他还人选了《世界名人录》。他在万维网上的主页地址为http：//www.cs.vu.n1/～ast/。

第1章   概述
1.1  计算机网络的应用
1.1.1  用于企业的网络
1.1.2  服务于公众的网络
1.1.3  社会问题
1.2  网络硬件
1.2.1  局域网
1.2.2  城域网
1.2.3  广域网
1.2.4  无线网
1.2.5  互联网
1.3  网络软件
1.3.1  协议分层
1.3.2  各层的设计问题
1.3.3  接口和服务
1.3.4  面向连接的服务和无连接的服务
1.3.5  服务原语
1.3.6  服务与协议的关系
1.4  参考模型
1.4.1  OSI参考模型
1.4.2  TCP／IP参考模型
1.4.3  OSI参考模型和TCP／IP参考模型的比较
1.4.4  OSI模型和协议的缺点
1.4.5  TCP／IP参考模型的缺点
1.5  网络实例
1.5.1  Novell NetWare
1.5.2  ARPANET
1.5.3  NSFNET
1.5.4  因特网
1.5.5  吉比特试验台
1.6  数据通信服务实例
1.6.1  SMDSSS---交换式多兆比特数据服务
1.6.2  x.25网络
1.6.3  帧中继
1.6.4  宽带ISDN和ATM
1.6.5  各种服务的比较
1.7  网络标准化
1.7.1  电信界最有影响的组织
1.7.2  国际标准界最有影响的组织
1.7.3  因特网标准界最有影响的组织
1.8  本书其余部分概要
1.9  本章小结
习题
第2章   物理层
2.1  数据通信的理论基础
2.1.1  傅立叶分析
2.1.2 有限带宽信号
2.1.3  信道的最大数据传输速率
2.2  传输介质
2.2.1  磁介质
2.2.2  双绞线
2.2.3  基带同轴电缆
2.2.4  宽带同轴电缆
2.2.5  光纤
2.3  无线传输
2.3.1  电磁波谱
2.3.2  无线电传输
2.3.3  微波传输
2.3.4  红外线和毫米波
2.3.5  光波传输
2.4  电话系统
2.4.1  电话系统的结构
2.4.2  电话的政治学
2.4.3  本地回路
2.4.4  主干和多路复用
2.4.5  交换
2.5窄带ISDN
2.5.1SDN服务
2.5.2  1SDN系统体系结构
2.5.ISDN接口
2.5.4  窄带ISDN展望
2.6  宽带ISDN和ATM
2.6.1  虚电路和电路交换
2.6.2  AIM网络中的传输
2.6.ATM交换机
2.7  蜂窝无线通信
2.7.1  寻呼系统
2.7.2  无绳电话
2.7.3  模拟蜂窝电话
2.7.4  数字蜂窝电话
2.7.5  个人通信服务
2.8  通信卫星
2.8.1  地球同步卫星
2.8.2  低轨道卫星
2.8.3  卫星与光纤的比较
2.9  本章小结
习题
第3章   数据链路层
3.1  数据链路层设计问题
3.1.1  为网络层提供的服务
3.1.2  成帧
3.1.3  差错控制
3.1.4  流量控制
3.2  差错检测和校正
3.2.1  纠错码
3.2.2  检错码
3.3  基本数据链路协议
3.3.1  一种无限制的单工协议
3.3.2  一个单工的停-等协议
3.3.3  有噪声信道的单工协议
3.4  滑动窗口协议
3.4.1  一个1位滑动窗口协议
3.4.2  使用退后n帧的协议
3.4.3  使用选择性重传的协议
3.5  协议描述和验证
3.5.1  有限状态机模型
3.5.2  Petri网模型
3.6  数据链路层示例
3.6.1  HDLC---高级数据链路层控制
3.6.2  因特网中的数据链路层
3.6.3  ATM网中的数据链路层
3.7  本章小结
习题
第4章  介质访问子层
4.1  信道分配问题
4.1.1  局域网和城域网中信道的静态分配
4.1.2  局域网和城域网中信道的动态分配
4.2  多路访问协议
4.2.ALOHA协议
4.2.2  载波侦听多路访问协议
4.2.3  无冲突的协议
4.2.4  有限竞争协议
4.2.5  波分多路访问协议
4.2.6  无线局域网协议
4.2.7  数字蜂窝无线电
4.3  局域网和广域网的IEEE 802标；
4.3.I  LEE 802.3标准及以太网
4.3.2  1EEE 802.4标准：令牌总
4.3.3  1EEE 802.5标准：令牌环
4.3.4  802.3，802.4及802.5的比较
4.3.5  1EEE 802.6标准：分布队
4.3.6  IEEE 802.2标准：逻辑链
4.4  网桥
4.4.1  802.x到802.y的网桥
4.4.2  透明网桥
4.4.3  源路由选择网桥
4.4.4  802网桥的比较
4.4.5  远程网桥
4.5  高速LAN
4.5.1  FDDI
4.5.2  快速以太网
4.5.3  HIPPI---高性能并行接口
4.5.4  光纤信道
4.6  卫星网
4.6.1  轮询法
4.6.2  ALOHA
4.6.3  FDM
4.6.4  TDM
4.6.5  CDMA
4.7  本章小结
习题
第5章  网络层
5.1  网络层设计的有关问题
5.1.1  为传输层提供的服务
5.1.2  物理层的内部结构
5.1.3  虚电路子网与数据报子网的比较
5.2  路由选择算法
5.2.1  最优化原则
5.2.2  最短路由选择
5.2.3  扩散法
5.2.4  基于流量的路由选择
5.2.5  距离矢量路由选择
5.2.6  链路状态路由选择
5.2.7  分级路由选择
5.2.8  移动主机的路由选择
5.2.9  广播路由选择
5.2.10  多点播送路由选择
5.3  拥塞控制算法
5.3.1  拥塞控制的基本原理
5.3.2  拥塞预防策赂
5.3.3  通信量整形
5.3.4  流说明
5.3.5  虚电路子网中的拥塞控制
5.3.6  抑制分组
5.3.7  载荷脱落
5.3.8  延时差控制
5.3.9  多点播送的拥塞控制
5.4  网络互联
5.4.1  网络如何不同
5.4.2  连锁虚电路
5.4.3  无连接的网络互联
5.4.4  隧道
5.4.5  互联网路由选择
5.4.6  分段
5.4.7  防火墙
5.5  因特网上的网络层
5.5.1  IP协议
5.5.2  1P地址
5.5.3  子网
5.5.4  因特网控制协议
5.5.5  内部网关路由选择协议：0SPF
5.5.6  外部网关路由选择协议：BGP
5.5.7  因特网多点播送
5.5.8  移动IP
5.5.9  CIDr，---无类域问路由选择
5.5.10 IPv6
5.6  AIM网络中的网络层
5.6.1  信元格式
5.6.2  连接建立
5.6.3  路由选择和交换
5.6.4  服务类型
5.6.5  服务质量
5.6.6  通信量整形和控制
5.6.7  拥塞控制
5.6.8  AIM局域网
5.7  本章小结
习题
第6章  传输层
6.1  传输服务
6.1.1  提供给高层的服务
6.1.2  服务质量
6.1.3  传输服务原语
6.2  传输协议的要素
6.2.1  寻址
6.2.2  建立连接
6.2.3  释放连接
6.2.4  流量控制和缓冲策略
6.2.5  多路复用
6.2.6  崩溃恢复
6.3  一个简单的传输协议
6.3.1  服务原语举例
6.3.2  传输实体举例
6.3.3  作为有限状态机的例子
6.4  因特网传输协议(1CP和UDP)
6.4.1  1CP服务模型
6.4.2  ICP协议
6.4.3  ICP数据段头
6.4.4  1CP连接管理
6.4.5  1CP传输策略
6.4.6  1CP拥塞控制
6.4.7  1CP定时器管理
6.4.8  UDP
6.4.9  无线TCP和UDP
6.5  ATM AAL层协议
6.5.1  ATM适配层的结构
6.5.2  AALl
6.5.3  AAL 2
6.5.4  AAL 3／4
6.5.5  AAL 5
6.5.6  AAL从协议的比较
6.5.7  SSCOP--特定服务的面向连接协议
6.6  性能问题
6.6.1  计算机网络的性能问题
6.6.2  网络性能的测定
6.3.3  优化性能的系统设计
6.6.4  加快TPDU处理
6.5.5  千兆位网络协议
6.7  本章小结
习题
第7章  应用层
7.1  网络安全性
7.1.1  传统加密技术
7.1.2  两条基本加密原则
7.1.3  密钥算法
7.1.4  公开密钥算法
7.1.5  鉴别协议
7.1.6  数字签名
7.1.7  社会问题
7.2  DNS---域名系统
7.2.1  DNS名字空间
7.2.2  资源记录
7.2.3  名字服务器
7.3  SNMP---简单网络管理协议
7.3.1  SNMP模型
7.3.2  ASN.1--抽象语法符号l
7.3.3  SMI--管理信息的结构
7.3.4  MIB---管理信息库
7.3.5  SNMP协议
7.4  电子邮件
7.4.1  体系结构和服务
7.4.2  用户代理
7.4.3  消息格式
7.4.4  消息传输
7.4.5  电子邮件隐私
7.5  USENET新闻
7.5.1  用户眼中的USENET
7.5.2  USENET是如何实现的
7.6  万维网
7.6.1  客户方
7.6.2  服务器方
7.6.3  用HTML编写万维网页面
7.6.4  Java
7.6.5  在万维网上寻找信息
7.7  多媒体
7.7.1  音频
7.7.2  视频
7.7.3  数据压缩
7.7.4  视频点播
7.7.5  多点播送主干
7.8  本章小结
习题
第8章  读物和参考书目
8.1  推荐的读物
8.1.1  简介和普及读物
8.1.2  物理层
8.1.3  数据链路层
8.1.4  介质访问控制子层
8.1.5  网络层
8.1.6  传输层
8.1.7  应用层
8.2  参考书目