基本原理、报文分组交换与网络技术以及数据表示服务

本书主要介绍计算机网络的基本原理。

首先介绍计算机网络的基本结构和体系结构，然后按OSI七层参考模型，分别介绍物理层、数据链路层、网络层、传送层和会话层以及高层的协议设计原理和内容。考虑到局域网络的特殊性，最后单列一章介绍局域网络。各章均以介绍基本概念为主，具体实现方法为辅，读者应具有一定的概率论、数据通信、程序设计和计算机操作系统等方面的知识。

第二章先介绍计算机网络的整体概貌。计算机网可分为通信子网和资源子网两部分。通信子网中可能采用的三种交换形式为电路交换、报文交换和报文分组交换，本书则以讨论报文分组交换网为主。然后讨论计算机网络的体系结构。网络是由一系列层次和协议组成的，各层次分别承担网络的部分功能。国际标准化组织ISO的OSI七层模型定义了计算机网络的体系结构由物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层和应用层组成。最后，作为示例，简介了ARPANET，SNA，DECNET的体系结构。

第三章先介绍在点—点通信中经常使用的一些基本概念和常用术语，如结点、链路、物理信道、媒质、信道传输方式、网络中常用的信道系统、信道的传输速度（波特，bps，带宽，最大数据速率、信道容量——这些都是容易混淆的概念）以及信道可靠性等。然后介绍物理层协议。物理层协议是为激活、保持和抑制物理连接提供机械的、电气的、功能的和规程的手段，为数据链路层提供保序传输、数据电路标识等服务，所使用的物理服务数据单位是比特。物理层协议的四个重要特性是：机械特性、电气特性、功能特性和规程特性，实质上是说明DCE与DTE之间的物理接口的各种特性。CCITT的X.21建议便是这四种特性的较好的范例。

第四章先介绍数据链路层有关基本概念及协议的设计原理与分析方法。数据链路层的任务是将有差错、有噪声的原始传送机构转变成对网络层来说是无传输错误的信道。原始的传输媒质在使用了数据链路协议控制之后就称为数据链路，或简称链路。链路的三个重要特性是链路拓扑、链路二要素及链路的规定。数据在链路上的传输一般分为三个阶段：链路建立、数据传输和链路终止。为了提高在链路上的传输效率、减少出错，通常把数据分为一个个的帧来传送，每一个帧可以传送多次，直到对方无错误地收到为止。为防止发生快速的发送端与慢速的接收端不匹配的现象，采取信息流量控制的方法，滑动窗口便是一种被广泛采用、集差错控制和流量控制为一体的技术。滑窗协议可按发送窗口和接收窗口的尺寸来分类，当二者均为1时，即为停等协议；当接收窗口为1时，仅能顺序接收；当接收窗口大于1时，可以乱序接收。后两种情况分别对应两种差错控制方法：回退nARQ（协议5）和选择重发ARQ（协议6）。数据链路控制纠错的方法一般采用超时重发或Nak否定应答的方法。然后讨论协议效率问题。协议（通道）的效率为传送有效数据所花时间与全部传送时间之比，其既与传播延迟和帧传输时间的比值有关，也与信道的误码率（帧的出错率）、滑窗尺寸、重发时间等有关。最后介绍一实际应用的协议HDLC.它采用标志符划分帧，用位填充法防止数据中出现标志的比特组合，可以使用滑窗控制流量，可采用回退nARQ或选择重发ARQ的差错控制方法。(www.xing528.com)

第五章先说明设计分组交换网络的关键问题是子网向主机提供服务的性质，即在主机和子网之间的任务划分。如果提供数据报服务，则主机必须完成差错控制和流量控制。子网的服务和子网的内部结构可以独立，子网内部的机构是采用数据报机制还是采用虚电路机制，与网络的应用要求、设计原则、可靠性、性能和造价等有关。然后着重讨论路由算法和拥塞控制。分组在网络内的流动由路由选择算法决定流向，路由算法一般分为非适应型和适应型两大类。非适应型算法使用固定路由表或不变的路由选择技术，而适应型算法则根据网络的拓扑和流量的变化及时地更新路由表，以动态地适应网络的实际情况。当网内分组过多时会发生拥塞，拥塞的极端情况是死锁。为防止拥塞带来吞吐量下降，死锁等问题，必须用拥塞控制方法来加以控制。常见的拥塞控制有跳跃级、入口出口级和网络存取级三级，分别代表着局部的控制，端—端的控制和整体地控制三类方法。最后以X.25为例介绍了主机与子网的接口，以ARPANET网为例介绍了在实际网络中所用到的技术。

第六章介绍传送层和会话层。传送层的功能是给用户提供一个与子网独立的传送服务，使得上层的用户与通信子网的细节相隔离。传送服务可以根据应用的需要提供面向连接的和无连接的等多种服务形式，但最常见的是面向连接的传送服务。这种传送服务一般包括连接的建立、发送和接收报文及终止连接等基本操作。书中以一个用PASCAL语言编写的简单传送站程序给出了一个范例。传送层必须使用网络服务才能实现传送服务，所以传送层的设计与网络服务的类型有直接的关系。网络服务可靠并依顺序传送报文，传送层设计就简单，反之传送层的设计就相应复杂。传送协议设计中的一般问题有寻址和连接的建立、流量控制、多路复用等，设计中的特殊问题包括有迟到分组情况下的重新同步、初始连接的建立和终止、崩溃恢复等。本章分别介绍了处理这类特殊问题的相应方法：Tomlinson时钟初始序号法，Tomlinson三次握手初始连接方法等。最后简单介绍了会话层的一些主要功能和NetBIOS.

第七章简单介绍表示层和应用层的部分内容，这两方面的内容大多都有专门的书籍给予介绍，有兴趣的读者可参阅更为详细的论著。表示层的作用是对数据进行变换以向用户提供数据表示服务，例如，对数据变换以进行加密，对数据变换以进行压缩，对数据进行格式变化以满足不同终端的要求等等。本章简单介绍了两种加密算法。应用层则完全跳出了网络设计的范围，可以在网络提供的服务基础上为应用提供应用服务，如分布式数据库、分布式处理、分布式计算、分布式操作系统等等。

第八章介绍局部区域网络的基本概念，总线式局域网和环形局域网的媒质存取技术，IEEE802标准，详细介绍了Ethernet的内部实现细节。总线式局域网络的存取技术以基本竞争的CSMA/CD协议为主，它采取了载波侦听、碰撞检测、碰撞冲突退避等技术，使局域网的实现比较简单。但这种协议具有统计的延迟特性，无法确定最大的延迟上限，所以难以应用于实时控制场合。环形网的存取协议主要有令牌环、分节环和寄存器插入环等。由于它的最大延迟特性可以估计，所以可用在有实时控制要求的场合。IEEE802标准参照OSI七层模型，定义了局域网的物理层、MAC、LLC子层，使得局域网既可以最大限度地符合OSI标准，又可以阐明局域网固有的特性。