计算机网络:自顶向下方法(英文版·原书第7版)

作者
[美]詹姆斯·F. 库罗斯(James F. Kurose) 基思·W. 罗斯(Keith W. Ross)
丛书名
经典原版书库
出版社
机械工业出版社
ISBN
9787111689966
简要
简介
内容简介书籍计算机书籍 本书采用作者独创的自顶向下方法讲授计算机网络的原理及其协议,即从应用层协议开始沿协议栈向下逐层讲解,让读者从实现、应用的角度明白各层的意义,进而理解计算机网络的工作原理和机制。本书强调应用层范例和应用编程接口,使读者尽快进入每天使用的应用程序环境之中进行学习和“创造”。
目录
第1章 计算机网络和因特网 1
1.1 什么是因特网 2
1.1.1 具体构成描述 2
1.1.2 服务描述 5
1.1.3 什么是协议 7
1.2 网络边缘 9
1.2.1 接入网 12
1.2.2 物理媒体 18
1.3 网络核心 21
1.3.1 分组交换 23
1.3.2 电路交换 27
1.3.3 网络的网络 31
1.4 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量 35
1.4.1 分组交换网中的时延概述 35
1.4.2 排队时延和丢包 39
1.4.3 端到端时延 41
1.4.4 计算机网络中的吞吐量 43
1.5 协议层次及其服务模型 47
1.5.1 分层的体系结构 47
1.5.2 封装 53
1.6 面对攻击的网络 55
1.7 计算机网络和因特网的历史 59
1.7.1 分组交换的发展:1961~1972 59
1.7.2 专用网络和网络互联:1972~1980 60
1.7.3 网络的激增:1980~1990 62
1.7.4 因特网爆炸:20世纪90年代 63
1.7.5 最新发展 64
1.8 小结 65
课后习题和问题 67
Wireshark实验 77
人物专访 79
第2章 应用层 83
2.1 应用层协议原理 84
2.1.1 网络应用程序体系结构 86
2.1.2 进程通信 88
2.1.3 可供应用程序使用的运输服务 90
2.1.4 因特网提供的运输服务 93
2.1.5 应用层协议 96
2.1.6 本书涉及的网络应用 97
2.2 Web和HTTP 98
2.2.1 HTTP概况 98
2.2.2 非持续连接和持续连接 100
2.2.3 HTTP报文格式 103
2.2.4 用户与服务器的交互:cookie 108
2.2.5 Web缓存 110
2.2.6 条件GET方法 114
2.3 因特网中的电子邮件 116
2.3.1 SMTP 118
2.3.2 与HTTP的对比 121
2.3.3 邮件报文格式 121
2.3.4 邮件访问协议 122
2.4 DNS:因特网的服务 126
2.4.1 DNS提供的服务 127
2.4.2 DNS工作机理概述 129
2.4.3 DNS记录和报文 135
2.5 P2P文件分发 140
2.6 视频流和内容分发网 147
2.6.1 因特网视频 147
2.6.2 HTTP流和DASH 148
2.6.3 内容分发网 149
2.6.4 学习案例:Netflix、YouTube和“看看” 153
2.7 套接字编程:生成网络应用 157
2.7.1 UDP套接字编程 159
2.7.2 TCP套接字编程 164
2.8 小结 170
课后习题和问题 171
套接字编程作业 180
Wireshark实验:HTTP 182
Wireshark实验:DNS 183
人物专访 184
第3章 运输层 187
3.1 概述和运输层服务 188
3.1.1 运输层和网络层的关系 188
3.1.2 因特网运输层概述 191
3.2 多路复用与多路分解 193
3.3 无连接运输:UDP 200
3.3.1 UDP报文段结构 204
3.3.2 UDP检验和 204
3.4 可靠数据传输原理 206
3.4.1 构造可靠数据传输协议 208
3.4.2 流水线可靠数据传输协议 217
3.4.3 回退N步 221
3.4.4 选择重传 226
3.5 面向连接的运输:TCP 233
3.5.1 TCP连接 233
3.5.2 TCP报文段结构 236
3.5.3 往返时间的估计与超时 241
3.5.4 可靠数据传输 244
3.5.5 流量控制 252
3.5.6 TCP连接管理 255
3.6 拥塞控制原理 261
3.6.1 拥塞原因与代价 261
3.6.2 拥塞控制方法 268
3.7 TCP拥塞控制 269
3.7.1 公平性 279
3.7.2 明确拥塞通告:网络辅助拥塞控制 282
3.8 小结 284
课后习题和问题 286
编程作业 301
Wireshark实验:探究TCP 302
Wireshark实验:探究UDP 302
人物专访 303
第4章 网络层:数据平面 305
4.1 网络层概述 306
4.1.1 转发和路由选择:数据平面和控制平面 306
4.1.2 网络服务模型 311
4.2 路由器工作原理 313
4.2.1 输入端口处理和基于目的地转发 316
4.2.2 交换 319
4.2.3 输出端口处理 321
4.2.4 何处出现排队 321
4.2.5 分组调度 325
4.3 网际协议:IPv4、寻址、IPv6及其他 329
4.3.1 IPv4数据报格式 330
4.3.2 IPv4数据报分片 332
4.3.3 IPv4编址 334
4.3.4 网络地址转换 345
4.3.5 IPv6 348
4.4 通用转发和SDN 354
4.4.1 匹配 356
4.4.2 动作 358
4.4.3 匹配加动作操作中的OpenFlow例子 358
4.5 小结 361
课后习题和问题 361
Wireshark实验 370
人物专访 371
第5章 网络层:控制平面 373
5.1 概述 374
5.2 路由选择算法 376
5.2.1 链路状态路由选择算法 379
5.2.2 距离向量路由选择算法 384
5.3 因特网中自治系统内部的路由选择:OSPF 391
5.4 ISP之间的路由选择:BGP 395
5.4.1 BGP的作用 395
5.4.2 通告BGP路由信息 396
5.4.3 确定最好的路由 398
5.4.4 IP任播 402
5.4.5 路由选择策略 403
5.4.6 拼装在一起:在因特网中呈现 406
5.5 SDN控制平面 407
5.5.1 SDN控制平面:SDN控制器和SDN网络控制应用程序 410
5.5.2 OpenFlow协议 412
5.5.3 数据平面和控制平面交互的例子 414
5.5.4 SDN的过去与未来 415
5.6 ICMP:因特网控制报文协议 419
5.7 网络管理和SNMP 421
5.7.1 网络管理框架 422
5.7.2 简单网络管理协议 424
5.8 小结 426
课后习题和问题 427
套接字编程作业 433
编程作业 434
Wireshark实验 435
人物专访 436
第6章 链路层和局域网 439
6.1 链路层概述 440
6.1.1 链路层提供的服务 442
6.1.2 链路层在何处实现 443
6.2 差错检测和纠正技术 444
6.2.1 奇偶校验 446
6.2.2 检验和方法 448
6.2.3 循环冗余检测 449
6.3 多路访问链路和协议 451
6.3.1 信道划分协议 453
6.3.2 随机接入协议 455
6.3.3 轮流协议 464
6.3.4 DOCSIS:用于电缆因特网接入的链路层协议 465
6.4 交换局域网 467
6.4.1 链路层寻址和ARP 468
6.4.2 以太网 474
6.4.3 链路层交换机 481
6.4.4 虚拟局域网 487
6.5 链路虚拟化:网络作为链路层 491
6.5.1 多协议标签交换 492
6.6 数据中心网络 495
6.7 回顾:Web页面请求的历程 500
6.7.1 准备:DHCP、UDP、IP和以太网 500
6.7.2 仍在准备:DNS和ARP 502
6.7.3 仍在准备:域内路由选择到DNS服务器 503
6.7.4 Web客户–服务器交互:TCP和HTTP 504
6.8 小结 506
课后习题和问题 507
Wireshark实验 515
人物专访 516
第7章 无线网络和移动网络 519
7.1 概述 520
7.2 无线链路和网络特征 525
7.2.1 CDMA 528
7.3 WiFi:802.11无线LAN 532
7.3.1 802.11体系结构 533
7.3.2 802.11 MAC协议 537
7.3.3 IEEE 802.11帧 542
7.3.4 在相同的IP子网中的移动性 546
7.3.5 802.11中的高级特色 547
7.3.6 个人域网络:蓝牙和ZigBee 548
7.4 蜂窝因特网接入 551
7.4.1 蜂窝网体系结构概述 551
7.4.2 3G蜂窝数据网:将因特网扩展到蜂窝用户 554
7.4.3 走向4G:LTE 557
7.5 移动管理:原理 560
7.5.1 寻址 562
7.5.2 路由选择到移动节点 564
7.6 移动IP 570
7.7 管理蜂窝网中的移动性 574
7.7.1 对移动用户呼叫的路由选择 576
7.7.2 GSM中的切换 577
7.8 无线和移动性:对高层协议的影响 580
7.9 小结 582
课后习题和问题 583
Wireshark实验 588
人物专访 589
第8章 计算机网络中的安全 593
8.1 什么是网络安全 594
8.2 密码学的原则 596
8.2.1 对称密钥密码体制 598
8.2.2 公开密钥加密 604
8.3 报文完整性和数字签名 610
8.3.1 密码散列函数 611
8.3.2 报文鉴别码 613
8.3.3 数字签名 614
8.4 端点鉴别 621
8.4.1 鉴别协议ap1.0 622
8.4.2 鉴别协议ap2.0 622
8.4.3 鉴别协议ap3.0 623
8.4.4 鉴别协议ap3.1 623
8.4.5 鉴别协议ap4.0 624
8.5 使电子邮件安全 626
8.5.1 安全电子邮件 627
8.5.2 PGP 630
8.6 使TCP连接安全:SSL 631
8.6.1 宏观描述 632
8.6.2 更完整的描述 635
8.7 网络层安全性:IPsec和虚拟专用网 637
8.7.1 IPsec和虚拟专用网 638
8.7.2 AH协议和ESP协议 640
8.7.3 安全关联 640
8.7.4 IPsec数据报 641
8.7.5 IKE:IPsec中的密钥管理 645
8.8 使无线LAN安全 646
8.8.1 有线等效保密 646
8.8.2 IEEE 802.11i 648
8.9 运行安全性:防火墙和入侵检测系统 651
8.9.1 防火墙 651
8.9.2 入侵检测系统 659
8.10 小结 662
课后习题和问题 664
Wireshark实验 672
IPsec实验 672
人物专访 673
第9章 多媒体网络 675
9.1 多媒体网络应用 676
9.1.1 视频的性质 676
9.1.2 音频的性质 677
9.1.3 多媒体网络应用的类型 679
9.2 流式存储视频 681
9.2.1 UDP流 683
9.2.2 HTTP流 684
9.3 IP语音 688
9.3.1 尽力而为服务的限制 688
9.3.2 在接收方消除音频的时延抖动 691
9.3.3 从丢包中恢复 694
9.3.4 学习案例:使用Skype的VoIP 697
9.4 实时会话式应用的协议 700
9.4.1 RTP 700
9.4.2 SIP 703
9.5 支持多媒体的网络 709
9.5.1 定制尽力而为网络 711
9.5.2 提供多种类型的服务 712
9.5.3 区分服务 719
9.5.4 每连接服务质量保证:资源预约和呼叫准入 723
9.6 小结 726
课后习题和问题 727
编程作业 735
人物专访 737
参考文献
Table of Contents
Chapter 1 Computer Networks and the Internet 1
1.1 What Is the Internet 2
1.1.1 A Nuts-and-Bolts Description 2
1.1.2 A Services Description 5
1.1.3 What Is a Protocol 7
1.2 The Network Edge 9
1.2.1 Access Networks 12
1.2.2 Physical Media 18
1.3 The Network Core 21
1.3.1 Packet Switching 23
1.3.2 Circuit Switching 27
1.3.3 A Network of Networks 31
1.4 Delay, Loss, and Throughput in Packet-Switched Networks 35
1.4.1 Overview of Delay in Packet-Switched Networks 35
1.4.2 Queuing Delay and Packet Loss 39
1.4.3 End-to-End Delay 41
1.4.4 Throughput in Computer Networks 43
1.5 Protocol Layers and Their Service Models 47
1.5.1 Layered Architecture 47
1.5.2 Encapsulation 53
1.6 Networks Under Attack 55
1.7 History of Computer Networking and the Internet 59
1.7.1 The Development of Packet Switching: 1961–1972 59
1.7.2 Proprietary Networks and Internetworking: 1972–1980 60
1.7.3 A Proliferation of Networks: 1980–1990 62
1.7.4 The Internet Explosion: The 1990s 63
1.7.5 The New Millennium 64
1.8 Summary 65
Homework Problems and Questions 67
Wireshark Lab 77
Interview: Leonard Kleinrock 79
Chapter 2 Application Layer 83
2.1 Principles of Network Applications 84
2.1.1 Network Application Architectures 86
2.1.2 Processes Communicating 88
2.1.3 Transport Services Available to Applications 90
2.1.4 Transport Services Provided by the Internet 93
2.1.5 Application-Layer Protocols 96
2.1.6 Network Applications Covered in This Book 97
2.2 The Web and HTTP 98
2.2.1 Overview of HTTP 98
2.2.2 Non-Persistent and Persistent Connections 100
2.2.3 HTTP Message Format 103
2.2.4 User-Server Interaction: Cookies 108
2.2.5 Web Caching 110
2.2.6 The Conditional GET 114
2.3 Electronic Mail in the Internet 116
2.3.1 SMTP 118
2.3.2 Comparison with HTTP 121
2.3.3 Mail Message Formats 121
2.3.4 Mail Access Protocols 122
2.4 DNS—The Internet’s Directory Service 126
2.4.1 Services Provided by DNS 127
2.4.2 Overview of How DNS Works 129
2.4.3 DNS Records and Messages 135
2.5 Peer-to-Peer File Distribution 140
2.6 Video Streaming and Content Distribution Networks 147
2.6.1 Internet Video 147
2.6.2 HTTP Streaming and DASH 148
2.6.3 Content Distribution Networks 149
2.6.4 Case Studies: Netflix, YouTube, and Kankan 153
2.7 Socket Programming: Creating Network Applications 157
2.7.1 Socket Programming with UDP 159
2.7.2 Socket Programming with TCP 164
2.8 Summary 170
Homework Problems and Questions 171
Socket Programming Assignments 180
Wireshark Labs: HTTP 182
Wireshark Labs: DNS 183
Interview: Marc Andreessen 184
Chapter 3 Transport Layer 187
3.1 Introduction and Transport-Layer Services 188
3.1.1 Relationship Between Transport and Network Layers 188
3.1.2 Overview of the Transport Layer in the Internet 191
3.2 Multiplexing and Demultiplexing 193
3.3 Connectionless Transport: UDP 200
3.3.1 UDP Segment Structure 204
3.3.2 UDP Checksum 204
3.4 Principles of Reliable Data Transfer 206
3.4.1 Building a Reliable Data Transfer Protocol 208
3.4.2 Pipelined Reliable Data Transfer Protocols 217
3.4.3 Go-Back-N (GBN) 221
3.4.4 Selective Repeat (SR) 226
3.5 Connection-Oriented Transport: TCP 233
3.5.1 The TCP Connection 233
3.5.2 TCP Segment Structure 236
3.5.3 Round-Trip Time Estimation and Timeout 241
3.5.4 Reliable Data Transfer 244
3.5.5 Flow Control 252
3.5.6 TCP Connection Management 255
3.6 Principles of Congestion Control 261
3.6.1 The Causes and the Costs of Congestion 261
3.6.2 Approaches to Congestion Control 268
3.7 TCP Congestion Control 269
3.7.1 Fairness 279
3.7.2 Explicit Congestion Notification (ECN): Network-assisted
Congestion Control 282
3.8 Summary 284
Homework Problems and Questions 286
Programming Assignments 301
Wireshark Labs: Exploring TCP 302
Wireshark Labs: Exploring UDP 302
Interview: Van Jacobson 303
Chapter 4 The Network Layer: Data Plane 305
4.1 Overview of Network Layer 306
4.1.1 Forwarding and Routing: The Data and Control Planes 306
4.1.2 Network Service Models 311
4.2 What’s Inside a Router 313
4.2.1 Input Port Processing and Destination-Based Forwarding 316
4.2.2 Switching 319
4.2.3 Output Port Processing 321
4.2.4 Where Does Queuing Occur 321
4.2.5 Packet Scheduling 325
4.3 The Internet Protocol (IP): IPv4, Addressing, IPv6, and More 329
4.3.1 IPv4 Datagram Format 330
4.3.2 IPv4 Datagram Fragmentation 332
4.3.3 IPv4 Addressing 334
4.3.4 Network Address Translation (NAT) 345
4.3.5 IPv6 348
4.4 Generalized Forwarding and SDN 354
4.4.1 Match 356
4.4.2 Action 358
4.4.3 OpenFlow Examples of Match-plus-action in Action 358
4.5 Summary 361
Homework Problems and Questions 361
Wireshark Lab 370
Interview: Vinton G. Cerf 371
Chapter 5 The Network Layer: Control Plane 373
5.1 Introduction 374
5.2 Routing Algorithms 376
5.2.1 The Link-State (LS) Routing Algorithm 379
5.2.2 The Distance-Vector (DV) Routing Algorithm 384
5.3 Intra-AS Routing in the Internet: OSPF 391
5.4 Routing Among the ISPs: BGP 395
5.4.1 The Role of BGP 395
5.4.2 Advertising BGP Route Information 396
5.4.3 Determining the Best Routes 398
5.4.4 IP-Anycast 402
5.4.5 Routing Policy 403
5.4.6 Putting the Pieces Together: Obtaining Internet Presence 406
5.5 The SDN Control Plane 407
5.5.1 The SDN Control Plane: SDN Controller and SDN Network-control Applications 410
5.5.2 OpenFlow Protocol 412
5.5.3 Data and Control Plane Interaction: An Example 414
5.5.4 SDN: Past and Future 415
5.6 ICMP: The Internet Control Message Protocol 419
5.7 Network Management and SNMP 421
5.7.1 The Network Management Framework 422
5.7.2 The Simple Network Management Protocol (SNMP) 424
5.8 Summary 426
Homework Problems and Questions 427
Socket Programming Assignment 433
Programming Assignment 434
Wireshark Lab 435
Interview: Jennifer Rexford 436
The Link Layer and LANs 439
6.1 Introduction to the Link Layer 440
6.1.1 The Services Provided by the Link Layer 442
6.1.2 Where Is the Link Layer Implemented 443
6.2 Error-Detection and -Correction Techniques 444
6.2.1 Parity Checks 446
6.2.2 Checksumming Methods 448
6.2.3 Cyclic Redundancy Check (CRC) 449
6.3 Multiple Access Links and Protocols 451
6.3.1 Channel Partitioning Protocols 453
6.3.2 Random Access Protocols 455
6.3.3 Taking-Turns Protocols 464
6.3.4 DOCSIS: The Link-Layer Protocol for Cable Internet Access 465
6.4 Switched Local Area Networks 467
6.4.1 Link-Layer Addressing and ARP 468
6.4.2 Ethernet 474
6.4.3 Link-Layer Switches 481
6.4.4 Virtual Local Area Networks (VLANs) 487
6.5 Link Virtualization: A Network as a Link Layer 491
6.5.1 Multiprotocol Label Switching (MPLS) 492
6.6 Data Center Networking 495
6.7 Retrospective: A Day in the Life of a Web Page Request 500
6.7.1 Getting Started: DHCP, UDP, IP, and Ethernet 500
6.7.2 Still Getting Started: DNS and ARP 502
6.7.3 Still Getting Started: Intra-Domain Routing to the DNS Server 503
6.7.4 Web Client-Server Interaction: TCP and HTTP 504
6.8 Summary 506
Homework Problems and Questions 507
Wireshark Lab 515
Interview: Simon S. Lam 516
Wireless and Mobile Networks 519
7.1 Introduction 520
7.2 Wireless Links and Network Characteristics 525
7.2.1 CDMA 528
7.3 WiFi: 802.11 Wireless LANs 532
7.3.1 The 802.11 Architecture 533
7.3.2 The 802.11 MAC Protocol 537
7.3.3 The IEEE 802.11 Frame 542
7.3.4 Mobility in the Same IP Subnet 546
7.3.5 Advanced Features in 802.11 547
7.3.6 Personal Area Networks: Bluetooth and Zigbee 548
7.4 Cellular Internet Access 551
7.4.1 An Overview of Cellular Network Architecture 551
7.4.2 3G Cellular Data Networks: Extending the Internet to Cellular Subscribers 554
7.4.3 On to 4G: LTE 557
7.5 Mobility Management: Principles 560
7.5.1 Addressing 562
7.5.2 Routing to a Mobile Node 564
7.6 Mobile IP 570
7.7 Managing Mobility in Cellular Networks 574
7.7.1 Routing Calls to a Mobile User 576
7.7.2 Handoffs in GSM 577
7.8 Wireless and Mobility: Impact on Higher-Layer Protocols 580
7.9 Summary 582
Homework Problems and Questions 583
Wireshark Lab 588
Interview: Deborah Estrin 589
Chapter 8 Security in Computer Networks 593
8.1 What Is Network Security 594
8.2 Principles of Cryptography 596
8.2.1 Symmetric Key Cryptography 598
8.2.2 Public Key Encryption 604
8.3 Message Integrity and Digital Signatures 610
8.3.1 Cryptographic Hash Functions 611
8.3.2 Message Authentication Code 613
8.3.3 Digital Signatures 614
8.4 End-Point Authentication 621
8.4.1 Authentication Protocol ap1.0 622
8.4.2 Authentication Protocol ap2.0 622
8.4.3 Authentication Protocol ap3.0 623
8.4.4 Authentication Protocol ap3.1 623
8.4.5 Authentication Protocol ap4.0 624
8.5 Securing E-Mail 626
8.5.1 Secure E-Mail 627
8.5.2 PGP 630
8.6 Securing TCP Connections: SSL 631
8.6.1 The Big Picture 632
8.6.2 A More Complete Picture 635
8.7 Network-Layer Security: IPsec and Virtual Private Networks 637
8.7.1 IPsec and Virtual Private Networks (VPNs) 638
8.7.2 The AH and ESP Protocols 640
8.7.3 Security Associations 640
8.7.4 The IPsec Datagram 641
8.7.5 IKE: Key Management in IPsec 645
8.8 Securing Wireless LANs 646
8.8.1 Wired Equivalent Privacy (WEP) 646
8.8.2 IEEE 802.11i 648
8.9 Operational Security: Firewalls and Intrusion Detection Systems 651
8.9.1 Firewalls 651
8.9.2 Intrusion Detection Systems 659
8.10 Summary 662
Homework Problems and Questions 664
Wireshark Lab 672
IPsec Lab 672
Interview: Steven M. Bellovin 673
Chapter 9 Multimedia Networking 675
9.1 Multimedia Networking Applications 676
9.1.1 Properties of Video 676
9.1.2 Properties of Audio 677
9.1.3 Types of Multimedia Network Applications 679
9.2 Streaming Stored Video 681
9.2.1 UDP Streaming 683
9.2.2 HTTP Streaming 684
9.3 Voice-over-IP 688
9.3.1 Limitations of the Best-Effort IP Service 688
9.3.2 Removing Jitter at the Receiver for Audio 691
9.3.3 Recovering from Packet Loss 694
9.3.4 Case Study: VoIP with Skype 697
9.4 Protocols for Real-Time Conversational Applications 700
9.4.1 RTP 700
9.4.2 SIP 703
9.5 Network Support for Multimedia 709
9.5.1 Dimensioning Best-Effort Networks 711
9.5.2 Providing Multiple Classes of Service 712
9.5.3 Diffserv 719
9.5.4 Per-Connection Quality-of-Service (QoS) Guarantees: Resource Reservation and Call Admission 723
9.6 Summary 726
Homework Problems and Questions 727
Programming Assignment 735
Interview: Henning Schulzrinne 737
References 741


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