计算机网络（第5版）

　　本书是国内外使用广泛、权威的计算机网络经典教材。全书按照网络协议模型自下而上（物理层、数据链路层、介质访问控制层、网络层、传输层和应用层）有系统地介绍了计算机网络的基本原理，并结合Internet给出了大量的协议实例。在讲述网络各层次内容的同时，还与时俱进地引入了*的网络技术，包括无线网络、3G蜂窝网络、RFID与传感器网络、内容分发与P2P网络、流媒体传输与IP语音，以及延迟容忍网络等。另外，本书针对当前网络应用中日益突出的安全问题，用了一整章的篇幅对计算机网络的安全性进行了深入讨论，而且把相关内容与*网络技术结合起来阐述。

　　本书的适用对象非常广泛。由于本书的重点立足于计算机网络的基本原理，同时兼顾了Internet体系结构与TCP/IP协议等内容，因此对于学习计算机网络课程的本科生和研究生，本书都是绝佳的教材或教学参考书。本书每章后面给出了大量练习题，有助于教师根据教学目的酌情安排课后练习。此外，本书对于从事网络相关技术研究和网络应用开发的广大科研工作者也具有重要的参考价值。

　　Andrew
S．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Amsterdan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MLNIX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ACM
KarlV．Karlstrom杰出教育家奖。他还人选了《世界名人录》。

第1章  引言
　1.1  使用计算机网络
　　1.1.1  商业应用
　　1.1.2  家庭应用
　　1.1.3  移动用户
　　1.1.4  社会问题
　1.2  网络硬件
　　1.2.1  个域网
　　1.2.2  局域网
　　1.2.3  城域网
　　1.2.4  广域网
　　1.2.5  互联网络
　1.3  网络软件
　　1.3.1  协议层次结构
　　1.3.2  层次设计问题
　　1.3.3  面向连接与无连接服务
　　1.3.4  服务原语
　　1.3.5  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  本书使用的模型
　　1.4.4  OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较
　　1.4.5  OSI模型和协议的评判
　　1.4.6  TCP/IP参考模型的评判
　1.5  网络实例
　　1.5.1  因特网
　　1.5.2  第三代移动电话网络
　　1.5.3  无线局域网：802.11
　　1.5.4  RFID和传感器网络
　　1.6  网络标准化
　1.6.1  电信领域有影响力的组织
　　1.6.2  国际标准领域有影响力的组织
　　1.6.3  Internet标准领域有影响力的组织
　1.7  度量单位
　1.8  本书其余部分的概要
　1.9  本章总结
　习题
第2章  物理层
　2.1  数据通信的理论基础
　　2.1.1  傅里叶分析
　　2.1.2  带宽有限的信号
　　2.1.3  信道的数据速率
　2.2  引导性传输介质
　　2.2.1  磁介质
　　2.2.2  双绞线
　　2.2.3  同轴电缆
　　2.2.4  电力线
　　2.2.5  光纤
　2.3  无线传输
　　2.3.1  电磁频谱
　　2.3.2  无线电传输
　　2.3.3  微波传输
　　2.3.4  红外传输
　　2.3.5  光通信
　2.4  通信卫星
　　2.4.1  地球同步卫星
　　2.4.2  中地球轨道卫星
　　2.4.3  低地球轨道卫星
　　2.4.4  卫星与光纤
　2.5  数字调制与多路复用
　　2.5.1  基带传输
　　2.5.2  通带传输
　　2.5.3  频分复用
　　2.5.4  时分复用
　　2.5.5  码分复用
　2.6  公共电话交换网络
　　2.6.1  电话系统结构
　　2.6.2  电话政治化
　　2.6.3  本地回路：调制解调器、ADSL和光纤
　　2.6.4  中继线和多路复用
　　2.6.5  交换
　2.7  移动电话系统
　　2.7.1  代移动电话（1G）：模拟语音
　　2.7.2  第二代移动电话（2G）：数字语音
　　2.7.3  第三代移动电话（3G）：数字语音和数据
　2.8  有线电视
　　2.8.1  共用天线电视
　　2.8.2  线缆上的Internet
　　2.8.3  频谱分配
　　2.8.4  线缆调制解调器
　　2.8.5  ADSL与有线电视电缆
　2.9  本章总结
　习题
第3章  数据链路层
　3.1  数据链路层的设计问题
　　3.1.1  提供给网络层的服务
　　3.1.2  成帧
　　3.1.3  差错控制
　　3.1.4  流量控制
　3.2  差错检测和纠正
　　3.2.1  纠错码
　　3.2.2  检错码
　3.3  基本数据链路层协议
　　3.3.1  一个乌托邦式的单工协议
　　3.3.2  无错信道上的单工停-等式协议
　　3.3.3  有错信道上的单工停-等式协议
　3.4  滑动窗口协议
　　3.4.1  1位滑动窗口协议
　　3.4.2  回退N协议
　　3.4.3  选择重传协议
　3.5  数据链路协议实例
　　3.5.1  SONET上的数据包
　　3.5.2  对称数字用户线
　3.6  本章总结
　习题
第4章  介质访问控制子层
　4.1  信道分配问题
　　4.1.1  静态信道分配
　　4.1.2  动态信道分配的假设
　4.2  多路访问协议
　　4.2.1  ALOHA
　　4.2.2  载波侦听多路访问协议
　　4.2.3  无冲突协议
　　4.2.4  有限竞争协议
　　4.2.5  无线局域网协议
　4.3  以太网
　　4.3.1  经典以太网物理层
　　4.3.2  经典以太网的MAC子层协议
　　4.3.3  以太网性能
　　4.3.4  交换式以太网
　　4.3.5  快速以太网
　　4.3.6  千兆以太网
　　4.3.7  万兆以太网
　　4.3.8  以太网回顾
　4.4  无线局域网
　　4.4.1  802.11体系结构和协议栈
　　4.4.2  802.11物理层
　　4.4.3  802.11 MAC子层协议
　　4.4.4  802.11帧结构
　　4.4.5  服务
　4.5  宽带无线
　　4.5.1  802.16 与802.11和3G的比较
　　4.5.2  802.16体系结构与协议栈
　　4.5.3  802.16物理层
　　4.5.4  802.16的MAC子层协议
　　4.5.5  802.16帧结构
　4.6  蓝牙
　　4.6.1  蓝牙体系结构
　　4.6.2  蓝牙应用
　　4.6.3  蓝牙协议栈
　　4.6.4  蓝牙无线电层
　　4.6.5  蓝牙链路层
　　4.6.6  蓝牙帧结构
　4.7  RFID
　　4.7.1  EPC Gen 2体系结构
　　4.7.2  EPC Gen 2物理层
　　4.7.3  EPC Gen 2标签标识层
　　4.7.4  标签标识消息格式
　4.8  数据链路层交换
　　4.8.1  网桥的使用
　　4.8.2  学习网桥
　　4.8.3  生成树网桥
　　4.8.4  中继器/集线器/网桥/交换机/路由器和网关
　　4.8.5  虚拟局域网
　4.9  本章总结
　习题
第5章  网络层
　5.1  网络层的设计问题
　　5.1.1  存储转发数据包交换
　　5.1.2  提供给传输层的服务
　　5.1.3  无连接服务的实现
　　5.1.4  面向连接服务的实现
　　5.1.5  虚电路与数据报网络的比较
　5.2  路由算法
　　5.2.1  优化原则
　　5.2.2  短路径算法
　　5.2.3  泛洪算法
　　5.2.4  距离矢量算法
　　5.2.5  链路状态路由
　　5.2.6  层次路由
　　5.2.7  广播路由
　　5.2.8  组播路由
　　5.2.9  选播路由
　　5.2.10  移动主机路由
　　5.2.11  自组织网络路由
　5.3  拥塞控制算法
　　5.3.1  拥塞控制的途径
　　5.3.2  流量感知路由
　　5.3.3  准入控制
　　5.3.4  流量调节
　　5.3.5  负载脱落
　5.4  服务质量
　　5.4.1  应用需求
　　5.4.2  流量整形
　　5.4.3  包调度
　　5.4.4  准入控制
　　5.4.5  综合服务
　　5.4.6  区分服务
　5.5  网络互联
　　5.5.1  网络如何不同
　　5.5.2  何以连接网络
　　5.5.3  隧道
　　5.5.4  互联网路由
　　5.5.5  数据包分段
　5.6  Internet的网络层
　　5.6.1  IPv4协议
　　5.6.2  IP地址
　　5.6.3  IPv6协议
　　5.6.4  Internet控制协议
　　5.6.5  标签交换和MPLS
　　5.6.6  OSPF——内部网关路由协议
　　5.6.7  BGP——外部网关路由协议
　　5.6.8  Internet组播
　　5.6.9  移动IP
　5.7  本章总结
　习题
第6章  传输层
　6.1  传输服务
　　6.1.1  提供给上层的服务
　　6.1.2  传输服务原语
　　6.1.3  Berkeley套接字
　　6.1.4  套接字编程实例：Internet文件服务器
　6.2  传输协议的要素
　　6.2.1  寻址
　　6.2.2  连接建立
　　6.2.3  连接释放
　　6.2.4  差错控制和流量控制
　　6.2.5  多路复用
　　6.2.6  崩溃恢复
　6.3  拥塞控制
　　6.3.1  理想的带宽分配
　　6.3.2  调整发送速率
　　6.3.3  无线问题
　6.4  Internet传输协议：UDP
　　6.4.1  UDP概述
　　6.4.2  远程过程调用
　　6.4.3  实时传输协议
　6.5  Internet传输协议：TCP
　　6.5.1  TCP概述
　　6.5.2  TCP服务模型
　　6.5.3  TCP协议
　　6.5.4  TCP段的头
　　6.5.5  TCP连接建立
　　6.5.6  TCP连接释放
　　6.5.7  TCP连接管理模型
　　6.5.8  TCP滑动窗口
　　6.5.9  TCP计时器管理
　　6.5.10  TCP拥塞控制
　　6.5.11  TCP未来
　6.6  性能问题
　　6.6.1  计算机网络中的性能问题
　　6.6.2  网络性能测量
　　6.6.3  针对快速网络的主机设计
　　6.6.4  快速处理段
　　6.6.5  头压缩
　　6.6.6  长肥网络的协议
　6.7  延迟容忍网络
　　6.7.1  DTN体系结构
　　6.7.2  数据束协议
　6.8  本章总结
　习题
第7章  应用层
　7.1  DNS——域名系统
　　7.1.1  DNS名字空间
　　7.1.2  域名资源记录
　　7.1.3  名字服务器
　7.2  电子邮件
　　7.2.1  体系结构和服务
　　7.2.2  用户代理
　　7.2.3  邮件格式
　　7.2.4  邮件传送
　　7.2.5  后传递
　7.3  万维网
　　7.3.1  体系结构概述
　　7.3.2  静态Web页面
　　7.3.3  动态Web页面和Web应用
　　7.3.4  HTTP——超文本传输协议
　　7.3.5  移动Web
　　7.3.6  Web搜索
　7.4  流式音视频
　　7.4.1  数字音频
　　7.4.2  数字视频
　　7.4.3  流式存储媒体
　　7.4.4  流式直播媒体
　　7.4.5  实时会议
　7.5  内容分发
　　7.5.1  内容和Internet流量
　　7.5.2  服务器农场和Web代理
　　7.5.3  内容分发网络
　　7.5.4  对等网络
　7.6  本章总结
　习题
第8章  网络安全
　8.1  密码学
　　8.1.1  密码学概论
　　8.1.2  置换密码
　　8.1.3  替代密码
　　8.1.4  一次性密钥
　　8.1.5  两个基本的密码学原则
　8.2  对称密钥算法
　　8.2.1  DES—数据加密标准
　　8.2.2  AES—高级加密标准
　　8.2.3  密码模式
　　8.2.4  其他密码模式
　　8.2.5  密码分析
　8.3  公开密钥算法
　　8.3.1  RSA
　　8.3.2  其他公开密钥算法
　8.4  数字签名
　　8.4.1  对称密钥签名
　　8.4.2  公开密钥签名
　　8.4.3  消息摘要
　　8.4.4  生日攻击
　8.5  公钥的管理
　　8.5.1  证书
　　8.5.2  X.509
　　8.5.3  公钥基础设施
　8.6  通信安全
　　8.6.1  IPSec
　　8.6.2  防火墙
　　8.6.3  虚拟专用网络
　　8.6.4  无线安全性
　8.7  认证协议
　　8.7.1  基于共享密钥的认证
　　8.7.2  建立共享密钥：Diffie-Hellman密钥交换
　　8.7.3  使用密钥分发中心的认证
　　8.7.4  使用Kerberos的身份认证
　　8.7.5  使用公开密钥密码学的认证
　8.8  电子邮件安全性
　　8.8.1  PGP-良好的隐私性
　　8.8.2  S/MIME
　8.9  Web安全性
　　8.9.1  威胁
　　8.9.2  安全命名
　　8.9.3  SSL—安全套接层
　　8.9.4  移动代码安全性
　8.10  社会问题
　　8.10.1  隐私
　　8.10.2  言论自由
　　8.10.3  版权
　8.11  本章总结
　习题
第9章  阅读清单和参考书目
　9.1  进一步阅读的建议
　　9.1.1  概论与综合论著
　　9.1.2  The Physical Layer
　　9.1.3  数据链路层
　　9.1.4  介质访问控制子层
　　9.1.5  网络层
　　9.1.6  传输层
　　9.1.7  应用层
　　9.1.8  网络安全
　9.2  按字母顺序参考书目

　　现在这本书已经更新到第5版了。它的每个版本映衬着人们使用计算机网络的不同阶段。当第1版在1980年问世时，网络还只是学术上的一种好奇心体现。但到1988年出版第2版时，网络已经被大学和大型企业用于学术研究和商业应用。当第3版于1996年出现时，计算机网络，尤其是因特网（Internet）已成为千百万人日常生活中的一部分。而到2003年出版第4版时，人们利用无线网络和移动电脑访问网页和Internet早就司空见惯。现在，正值第五版出版之际，计算机网络的重心已偏向内容分发（尤其是通过CDN和对等网络获取视频的应用），而且移动电话已成为因特网上的小型电脑。
第5版新增内容
　　第5版相比以前的版本改变甚多，其中重要的一点是David J.
Wetherall教授成为了本书的合作者。David教授具有丰富的网络背景，他在城域网的设计领域磨砺了20多年，研究范围涉及因特网和无线网络。他是美国华盛顿大学的终身教授，一直讲授和研究计算机网络以及过去十年间相关主题的内容。
　　当然，书中还有许多内容是随着计算机网络世界的不断变化而更新的。其中，修订和新增内容有：
* 无线网络（802.12和802.16）。
* 智能手机使用的3G网络。
* RFID和传感器网络。
* 使用CDN的内容分发。
* 对等网络。
* 实时媒体（存储的、流式的以及实况的）。
* 因特网电话（IP语音）。
* 延迟容忍网络。
　　更详细的每章变化如下所示。
　　第1章是全书的概述，其功能与第4版相同，但内容已被修订，并更新到计算机网络的状态。因特网、移动电话网络、802.11、RFID和传感器网络作为计算机网络实例被加以讨论。有关以太网的起源以及电缆塔接器已被删除，同时被删除的内容还有关于ATM的材料。
　　第2章涵盖了物理层的内容，扩展了数字调制（包括广泛用于无线网络的OFDM）和3G网络（基于CDMA）两部分内容。同时还讨论了一些新技术，包括光纤到户和电力线联网。
　　第3章内容涉及点到点链路，在两个方面有所改进。有关错误检测码和纠正码的内容已被更新，并且还简要描述了实际上非常重要的现代编码技术（例如，卷积码和LDPC码）。现在给出的协议实例是SONET和ADSL上的数据包交换。遗憾的是协议验证部分内容被删掉了，因为它实在是很少被使用。
　　在第4章MAC子层中，基本原理是永恒的，改变的只是技术。重新组织了有关网络实例的章节部分，包括千兆以太网、802.11、802.16、蓝牙和RFID。同时更新的还有LAN交换的覆盖范围，包括VLAN。
　　第5章的网络层涵盖的内容与第4版相同，但修订了许多地方。不仅更新了材料，还增加了深度，特别是在服务质量（实时媒体有关）及互联网络方面都有所加强。BGP、OSPF和CIDR相关章节和组播路由同样也有很大扩展，而且还增加了选播路由的新内容。
　　第6章传输层也做了不少修订，补充、修改和删除了一些内容。新增加的内容包括针对延迟容忍网络和一般拥塞控制的描述。修订后的内容更新和扩展了TCP的拥塞控制。而针对面向连接的网络层的描述则被删除，因为这些内容现在很少能见到。
　　第7章应用层内容也得到了很大更新和扩充。DNS和电子邮件部分的内容与第四版类似，但过去的几年间Web的使用、流媒体和内容分发方面有了很大的发展，因此，关于Web和流媒体的相关章节内容已被更新到了状态。新增的一个全新小节覆盖了内容分发，包括CDN和对等网络的内容。
　　第8章的安全依然包括针对保密性和真实性的对称密钥和公共密钥加密。实际上使用的安全技术相关内容也已经得到更新，包括防火墙和VPN；而且还增补了802.11安全和Kerberos
V5新内容。
　　第9章重新列出了建议的参考读物和一个超过300个引用的书目。其中超过一半的读物是2000年或稍后发表的文章和书籍，其余的都是一些经典论文。

　　第1章 引  言
　　在过去的三个世纪中，每个世纪都有一种占主导地位的新技术。l8世纪伴随着工业革命到来的是伟大的机械系统时代；19世纪是蒸汽机时代；在20世纪的发展历程中，关键的技术是信息收集、处理和分发。同时我们还看到其他方面的发展，遍布全球的电话网络建设、无线电广播和电视的发明，计算机工业的诞生及其超乎想象的增长速度，通信卫星发射上天，当然还有Intemet。
　　技术的快速发展使得这些领域在21世纪正在迅速地融合，信息收集、传输、存储和处理之间的差别正在快速消失。对于具有数百个办公室的大型组织来说，尽管这些办公室分布在广阔的地理区域，但工作人员有望通过一个按钮就能查看到远分部的当前状态。随着信息收集、处理和分发能力的不断提高，人们对于更加复杂的信息处理技术的需求增长得更快。
　　与其他工业相比(例如汽车业和航空运输业)，计算机工业还非常年轻；尽管如此，计算机技术却在很短的时间内有了惊人的发展。在计算机诞生之初的20年间，计算机系统高度集中，通常被放置于一个很大的房间中。一般来说，这个房间配有透明玻璃墙，供参观的人欣赏房问里这个伟大的电子奇迹。中等规模的公司或者大学可能会有一两台计算机，即使超大型的研究机构也多只有几十台计算机。要在40年内大规模生产出数十亿台功能更强但体积比邮票还小的计算机，在当时的人们看来纯属科学幻想。

　　……