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第1章 网络体系结构1

1.1信息传输单位1

1.1.1信息、数据和信号2

1.1.2码元和比特3

1.1.3帧、数据报、报文段和报文4

1.1.4信道、信源与信宿5

1.2网络和协议6

1.2.1网络定义6

1.2.2网络协议7

1.2.3协议数据单元8

1.3 OSI网络体系结构8

1.3.1 OSI参考模型的制定9

1.3.2 OSI各层的主要功能9

1.4 TCP/IP网络体系结构11

1.5现场总线网络13

1.5.1总线定义及分类13

1.5.2现场总线定义和分类14

1.5.3现场总线的功能和体系结构16

1.6网络分类、历史和发展17

1.6.1网络分类17

1.6.2分组交换的产生20

1.6.3计算机网络的发展23

习题126

实验指导1-1常用网络调试命令27

实验指导1-2认识网络体系结构及协议29

第2章 物理层31

2.1信号32

2.1.1有线电信号32

2.1.2光纤信号传输32

2.1.3无线信号34

2.2传输介质35

2.2.1双绞线35

2.2.2同轴电缆35

2.2.3光缆36

2.2.4无线通信37

2.3编码技术39

2.3.1频带编码39

2.3.2基带编码40

2.3.3 4B/5B和8B10B编码41

2.4信道复用43

2.4.1时分多路复用TDMA43

2.4.2频分多路复用FDMA44

2.4.3码分多路复用CDMA45

2.5信息传输速率指标46

2.5.1带宽和速率46

2.5.2奈氏定律47

2.5.3香农公式48

2.5.4带宽与傅里叶分析49

2.6物理层常用标准50

2.6.1信号传输类型50

2.6.2串行传输技术52

2.6.3 EIA RS-232接口标准53

2.6.4 EIA RS-485接口标准54

2.6.5 USB总线的电气特性55

2.6.6 CAN总线的电气特性57

2.7以太网的物理层58

2.7.1 802.3局域网的几种传输媒体58

2.7.2以太网编码方法59

2.7.3 802.11无线传输物理层62

2.8 MODEM和xDSL63

2.8.1 xDSL技术原理64

2.8.2对称DSL技术65

2.8.3非对称DSL技术65

2.9物理层网络设备66

2.9.1网络拓扑结构66

2.9.2中继器67

2.9.3集线器68

2.9.4光纤模块68

习题272

实验指导2-1 CDMA编解码程序设计73

实验指导2-2双绞线RJ-45接口制作74

实验指导2-3 RS-232串口通信实验76

实验指导2-4 RS-485通信实验78

第3章 数据链路层80

3.1链路、组帧及同步81

3.1.1组帧82

3.1.2同步通信与异步通信83

3.1.3帧格式84

3.2链路层协议算法85

3.2.1可靠性保证及帧校验85

3.2.2简单流量控制86

3.2.3停止等待协议87

3.2.4自动重发请求ARQ88

3.2.5流量控制90

3.2.6信道共享算法92

3.3传统的链路层协议HDLC和PPP96

3.3.1面向比特的同步协议HDLC96

3.3.2点到点协议PPP帧98

3.4 CSMA/CD协议99

3.4.1 IEEE 802.3标准99

3.4.2 CSMA/CD协议算法100

3.4.3 MAC帧的有效性102

3.5 CSMA/CA协议104

3.5.1 IEEE 802.11的工作方式104

3.5.2 IEEE 802.11数据链路层冲突避免105

3.5.3 IEEE 802.11数据链路层实现107

3.6以太网和令牌网108

3.6.1广播协议108

3.6.2以太网帧格式及MAC地址108

3.6.3令牌环媒体访问控制111

3.6.4交换技术113

3.6.5网桥的工作原理114

3.6.6交换式以太网116

3.6.7以太网接口设计117

3.7串口Modbus协议120

3.7.1 Modbus协议简介120

3.7.2两种传输方式121

3.7.3 Modbus报文帧122

3.8现场总线126

3.8.1 CAN帧结构126

3.8.2 CAN控制器128

3.8.3 CAN通信结构设计131

习题3131

实验指导3-1帧校验编程134

实验指导3-2数据链路层协议分析135

实验指导3-3 Modbus协议编程136

实验指导3-4 CAN协议编程138

第4章 网络层140

4.1 IP协议组成140

4.1.1 IP数据报的分片与重组143

4.1.2 IP首部校验和145

4.2 IP地址计算145

4.2.1 IP地址格式145

4.2.2网络掩码148

4.2.3无类域间路由149

4.2.4网络地址计算150

4.2.5直接、有限广播和回送地址152

4.3路由计算153

4.3.1虚电路服务与数据报服务153

4.3.2数据报转发155

4.3.3路由表的建立过程157

4.4动态路由协议159

4.4.1理想的路由算法160

4.4.2路由选择的不同策略160

4.4.3路由信息协议RIP161

4.4.4开放最短路径优先协议OSPF164

4.4.5边缘网关协议BGPv4165

4.5路由器166

4.5.1路由器的工作原理166

4.5.2第三层交换机167

4.6 IPv6169

4.6.1 IPv6的特点169

4.6.2 IPv6地址空间170

4.7 ARP及ICMP协议173

4.7.1地址解析协议ARP174

4.7.2反向地址解析协议RARP174

4.7.3控制报文协议ICMP175

4.8 NAT技术176

4.8.1 NAT技术的原理和类型176

4.8.2应用NAT安全策略177

4.9虚拟专用网VPN179

4.9.1虚拟专用网原理179

4.9.2隧道技术181

4.10 IP多播和组管理协议IGMP182

4.10.1 IP多播的概念182

4.10.2因特网组管理协议IGMP183

习题4184

实验指导4-1网络层协议分析188

实验指导4-2 IP地址获取189

实验指导4-3路由器配置190

第5章 传输层191

5.1传输层的特征193

5.1.1端口193

5.1.2连接技术194

5.1.3套接字195

5.1.4 TCP和UDP协议的网络层次196

5.2传输控制协议TCP197

5.2.1 TCP段头结构197

5.2.2编号与确认200

5.2.3流量控制200

5.2.4拥塞避免201

5.2.5重发机制202

5.3 TCP的传输连接管理202

5.3.1建立连接203

5.3.2释放连接204

5.4用户数据报协议UDP205

5.4.1 UDP用户数据报的首部格式205

5.4.2 UDP应用于RPC206

5.5网关及网络设备206

5.5.1网关的工作原理206

5.5.2网络互连设备比较208

5.6网络编程209

5.6.1 WinSock API接口209

5.6.2 WinSock编程210

5.6.3客户机/服务器模式212

5.7实时传输协议RTP213

5.7.1连续媒体数据基本特征214

5.7.2 UDP应用于RTP217

5.7.3 RTP协议结构及工作机制218

习题5220

实验指导5-1 TCP/UDP协议分析223

实验指导5-2 TCP协议通信过程分析224

实验指导5-3基于Socket的传输层网络编程225

第6章 加密安全228

6.1网络安全分类229

6.1.1安全攻击229

6.1.2安全服务230

6.1.3安全机制232

6.2对称数据加密233

6.2.1 DES算法233

6.2.2 3DES算法235

6.2.3 AES和IDEA235

6.3 RSA公钥密码体制236

6.3.1公开密钥体制的提出236

6.3.2公钥体制工作原理237

6.3.3 RSA算法238

6.4报文鉴别241

6.4.1报文鉴别的意义241

6.4.2报文鉴别码241

6.4.3 MD5报文摘要算法242

6.5数字签名及公钥管理243

6.5.1数字签名243

6.5.2数字证书和公钥基础设施PKI244

6.6防火墙245

6.6.1防火墙的概念246

6.6.2防火墙的类型246

习题6248

实验指导6-1网络常规加密DES249

实验指导6-2网络公钥加密RSA252

第7章 应用层255

7.1 C/S、B/S和P2P技术256

7.1.1 C/S和B/S的概念256

7.1.2 P2P技术259

7.2 HTML、HTTP和Web261

7.2.1 HTML262

7.2.2 HTTP264

7.2.3 Web设计流程267

7.3嵌入式Web技术268

7.3.1传统控制与Web控制系统比较268

7.3.2嵌入式与标准Web服务器的差别269

7.3.3嵌入式Web的实现方式270

7.4 DNS和DHCP272

7.4.1因特网的域名结构272

7.4.2域名高速缓存273

7.4.3 DNS域名解析工作过程273

7.4.4引导程序协议BOOTP274

7.4.5动态主机配置协议DHCP274

7.4.6 RARP、BOOTP和DHCP的区别275

7.5 FTP、TFTP、Telnet和SNMP协议276

7.5.1文件传送协议FTP276

7.5.2简单文件传送协议TFTP277

7.5.3远程登录协议Telnet277

7.5.4简单网络管理协议SNMP278

7.6 SMTP、POP3和IMAP邮件协议279

7.6.1简单邮件传送协议SMTP279

7.6.2 POP3协议280

7.6.3 IMAP协议280

7.7现场总线应用层协议281

7.7.1 CANopen协议结构281

7.7.2 CANopen通信对象282

7.7.3标识符的地址分配283

习题7284

实验指导7-1网络服务器管理实验285

实验指导7-2 HTML设计实验286

实验指导7-3嵌入式Web服务器实验288

第8章 嵌入、移动和物联网289

8.1嵌入式网络289

8.1.1嵌入式系统的组成290

8.1.2以太网和CAN现场总线比较291

8.1.3嵌入式TCP/IP协议栈293

8.1.4嵌入网络的上位机通信296

8.2无线传感器网络——ZigBee297

8.2.1 ZigBee概述297

8.2.2 ZigBee设备节点299

8.2.3 ZigBee网络拓扑结构299

8.3蜂窝移动通信301

8.3.1 GSM蜂窝移动通信301

8.3.2第三代移动通信303

8.3.3 TD-SCDMA技术305

8.3.4第四代移动通信的关键技术307

8.4物联网309

8.4.1物联网定义309

8.4.2物联网关键技术310

习题8311

实验指导8-1 ZigBee仿真实验312

附录314

附录A网络协议分析工具Wireshark314

A.1什么是Wireshark314

A.2 Wireshark安装315

附录B路由交换仿真工具NetSim315

附录C网络协议仿真工具NS2316

附录D网络常见英语缩略词汇317

附录E网络常用标准325

参考文献327