本书主要讲述现代网络与通信技术，全书分为基础知识和先进网络技术两个层次。基础知识部分包括：网络协议与设备、局域网/广域网、无线广域网络和LTE、网络应用与管理、网络安全等。先进网络技术部分对网络分析和先进的网络协议进行了深入探究：先进的路由器/交换机体系结构、云计算与网络虚拟化、软件定义网络（SDN）、基于分布式/云的多媒体网络、无线传感器网络等。本书旨在帮助读者分析和模拟复杂网络，设计满足需求的高性价比网络架构，平衡基础知识和先进技术，并包含丰富的案例研究、实例、习题和直观的插图。

Nader F. Mir 博士，美国加利福尼亚州圣何塞州立大学查尔斯?W. 戴维森工程学院电气工程系教授、副主任。Mir 博士是通信、电信和计算机网络领域著名的专利与技术诉讼专家，曾担任谷歌、思科、Netflix、索尼、Tekelec 和YouTube等业内著名公司的专利咨询专家。他还是IEEE高级会员，曾多次在国际会议上发表演讲，并发表了超过100篇被引用的论文，目前任IEEE Communications Magazine的技术编辑。他曾获得一项美国专利，多项国家级/校级奖励，是学校教学优秀奖和科研优秀奖获得者，并承担过多项研究课题。
Nader F. Mir 博士，美国加利福尼亚州圣何塞州立大学查尔斯·W. 戴维森工程学院电气工程系教授、副主任。Mir 博士是通信、电信和计算机网络领域著名的专利与技术诉讼专家，曾担任谷歌、思科、Netflix、索尼、Tekelec 和YouTube等业内著名公司的专利咨询专家。他还是IEEE高级会员，曾多次在国际会议上发表演讲，并发表了超过100篇被引用的论文，目前任IEEE Communications Magazine的技术编辑。他曾获得一项美国专利，多项国家级/校级奖励，是学校教学优秀奖和科研优秀奖获得者，并承担过多项研究课题。

目 录
第 一 部 分

第1章 分组交换网络 1
1.1 网络中的基本定义 1
1.1.1 分组交换与电路交换的对比 2
1.1.2 数据、分组和帧 2
1.1.3 互联网和ISP 3
1.1.4 ISP的分类 5
1.2 分组交换网的类型 6
1.2.1 无连接网络 6
1.2.2 面向连接网络 7
1.3 分组长度和优化 8
1.4 网络协议基础 9
1.4.1 五层TCP/IP协议模型 10
1.4.2 七层OSI模型 11
1.5 互联网中的编址方案 11
1.5.1 IP编址方案 12
1.5.2 子网编址和掩码 14
1.5.3 无类别域间路由选择 15
1.6 等长分组模型 16
1.7 总结 16
1.8 习题 17
1.9 计算机仿真项目 20
第2章 连网设备概述 21
2.1 网络接口卡 22
2.2 交换和路由设备 23
2.2.1 一层设备 23
2.2.2 二层设备 24
2.2.3 三层设备 25
2.3 无线交换和路由设备 27
2.3.1 无线接入点和基站 27
2.3.2 无线路由器和交换机 28
2.3.3 无线设备的天线 28
2.4 调制解调器 29
2.4.1 基本调制技术：ASK、FSK和
PSK 29
2.4.2 实用的调制技术：4-QAM和
QPSK 31
2.4.3 DSL调制解调器 32
2.4.4 电缆调制解调器 32
2.5 复用器 33
2.5.1 频分复用 33
2.5.2 时分复用 35
2.6 总结 38
2.7 习题 38
2.8 计算机仿真项目 39
第3章 数据链路和链路接口 40
3.1 数据链路 40
3.1.1 数据链路类型 41
3.2 链路编码器 42
3.3 链路上的检错和纠错 43
3.3.1 检错方法 44
3.3.2 CRC算法 44
3.4 链路上的流量控制 48
3.4.1 停等流量控制 48
3.4.2 滑动窗口流量控制协议 50
3.5 多用户链路访问 53
3.5.1 CSMA 53
3.6 多用户无线信道访问 56
3.6.1 FDMA 56
3.6.2 TDMA 56
3.6.3 OFDMA 57
3.6.4 SC-FDMA 57
3.6.5 CDMA 57
3.6.6 其他多路访问技术 60
3.7 链路聚合 61
3.7.1 链路聚合的应用 61
3.7.2 LACP 62
3.8 总结 62
3.9 习题 63
3.10 计算机仿真项目 65
第4章 局域网和LAN网络 66
4.1 LAN和基本拓扑结构 66
4.2 LAN协议 67
4.2.1 逻辑链路控制 67
4.2.2 介质访问控制 68
4.3 LAN网络 69
4.3.1 用第1层设备互连LAN 70
4.3.2 用第2层设备互连LAN 70
4.3.3 用第2层和第3层设备连网 74
4.4 MAC/IP地址转换协议 75
4.4.1 ARP 75
4.4.2 RARP 76
4.5 生成树协议 77
4.6 虚拟局域网 79
4.6.1 VLAN交换机 80
4.6.2 VLAN中继协议和
IEEE 802.1Q 80
4.7 无线局域网 80
4.7.1 红外局域网 81
4.7.2 扩频局域网 82
4.7.3 窄带射频局域网 82
4.7.4 家庭射频和蓝牙局域网 82
4.8 IEEE 802.11无线局域网标准 82
4.8.1 IEEE 802.11物理层 83
4.8.2 802.11 MAC层 84
4.8.3 WiFi网络 86
4.9 案例研究：有线电视协议
DOCSIS 88
4.10 总结 88
4.11 习题 89
4.12 计算机仿真项目 91
第5章 广域路由选择和网络互联 92
5.1 IP分组和基本路由选择策略 92
5.1.1 分组的分片和重组 94
5.1.2 ICMP 95
5.1.3 获取和分配IP地址 96
5.1.4 DHCP 97
5.1.5 NAT 98
5.1.6 UPnP 100
5.2 路径选择算法 100
5.2.1 Dijkstra算法 101
5.2.2 Bellman-Ford算法 102
5.2.3 分组洪泛算法 103
5.2.4 偏转路由选择算法 103
5.3 域内路由选择协议 104
5.3.1 OSPF 104
5.3.2 RIP 107
5.4 域间路由选择协议 109
5.4.1 AS 110
5.4.2 BGP 110
5.5 IPv6 114
5.5.1 IPv6地址格式 114
5.5.2 扩展首部 115
5.5.3 分组分片 115
5.5.4 IPv6的其他特性 115
5.6 网络层拥塞控制 115
5.6.1 单向拥塞控制 117
5.6.2 双向拥塞控制 118
5.6.3 随机早期检测 118
5.6.4 链路阻塞的快速评估 120
5.6.5 Lee’s串行和并行连接规则 120
5.7 总结 121
5.8 习题 122
5.9 计算机仿真项目 124
第6章 多播路由选择和协议 126
6.1 基本定义和技术 126
6.1.1 IP多播地址 127
6.1.2 基本多播树算法 128
6.1.3 多播协议分类 129
6.2 本地和成员多播协议 129
6.2.1 IGMP 129
6.3 域内多播协议 131
6.3.1 MBone 131
6.3.2 DVMRP 131
6.3.3 MOSPF协议 132
6.3.4 PIM 133
6.3.5 CBT协议 134
6.4 域间多播协议 134
6.4.1 MBGP 134
6.4.2 MSDP 135
6.4.3 BGMP 136
6.5 总结 137
6.6 习题 137
6.7 计算机仿真项目 139
第7章 无线广域网和LTE技术 140
7.1 无线网络的基础设施 140
7.2 蜂窝网络 141
7.2.1 蜂窝网络设备和操作 142
7.2.2 切换 146
7.3 蜂窝网络中的移动IP管理 149
7.3.1 家乡代理和外地代理 149
7.3.2 代理发现阶段 150
7.3.3 注册 150
7.3.4 移动IP路由 151
7.3.5 历代蜂窝网络 153
7.4 LTE技术 154
7.4.1 LTE组网设备 154
7.4.2 LTE小区中的呼叫建立 155
7.4.3 LTE中的切换 156
7.4.4 LTE的上/下行链路方案 157
7.4.5 频率复用 157
7.5 与LTE结合的无线网状网 160
7.5.1 网状网的应用 160
7.5.2 WMN的物理层和MAC层 161
7.6 无线信道特性 161
7.6.1 无线信道的容量 163
7.6.2 信道编码 163
7.6.3 平坦衰落对策 164
7.6.4 码间串扰对策 164
7.7 总结 164
7.8 习题 165
7.9 计算机仿真项目 166
第8章 传送和端到端协议 167
8.1 传送层概况 167
8.1.1 传送层与相邻层的相互
作用 168
8.1.2 传送层协议 170
8.2 用户数据报协议 170
8.2.1 UDP数据段 170
8.2.2 UDP的应用 172
8.3 传输控制协议 172
8.3.1 TCP数据段 172
8.3.2 TCP连接 174
8.3.3 TCP中基于窗口的传输和
滑动窗口 176
8.3.4 TCP的应用 177
8.4 移动传送协议 177
8.4.1 用于移动的UDP 177
8.4.2 用于移动的TCP 177
8.5 TCP拥塞控制 178
8.5.1 加法增大、乘法减小控制 178
8.5.2 慢启动方法 179
8.5.3 快速重传和快速恢复方法 180
8.6 总结 182
8.7 习题 182
8.8 计算机仿真项目 183
第9章 基本网络应用和管理 184
9.1 应用层概述 184
9.1.1 客户机/服务器模型 185
9.1.2 图形用户界面 185
9.2 DNS 186
9.2.1 域名空间 186
9.2.2 名字/地址映射 187
9.2.3 DNS报文格式 189
9.3 电子邮件(E-mail) 189
9.3.1 基本的E-mail结构和定义 190
9.3.2 简单邮件传输协议(SMTP) 191
9.3.3 第3版邮局协议(POP3) 192
9.3.4 互联网邮件访问协议
(IMAP) 192
9.4 万维网(WWW) 192
9.4.1 超文本传输协议(HTTP) 193
9.4.2 Web缓存(代理服务器) 196
9.4.3 Webmail 196
9.5 远程登录协议 197
9.5.1 TELNET协议 197
9.5.2 安全外壳协议(SSH) 198
9.6 文件传输和FTP 199
9.6.1 文件传输协议(FTP) 199
9.6.2 安全复制协议(SCP) 199
9.7 对等网络 199
9.7.1 P2P文件共享协议 200
9.7.2 P2P数据库共享协议 203
9.7.3 对等节点连接效率估计 205
9.8 网络管理 205
9.8.1 网络管理要素 206
9.8.2 管理信息结构(SMI) 206
9.8.3 管理信息库(MIB) 207
9.8.4 简单网络管理协议(SNMP) 207
9.9 总结 209
9.10 习题 209
9.11 计算机仿真项目 211
第10章 网络安全 212
10.1 网络安全概况 212
10.1.1 网络安全要素 212
10.1.2 网络攻击分类 213
10.2 安全方法 215
10.3 对称密钥密码 216
10.3.1 数据加密标准(DES) 217
10.3.2 高级加密标准(AES) 218
10.4 公钥密码 218
10.4.1 RSA算法 219
10.4.2 Diffie-Hellman密钥交换
协议 220
10.5 认证 220
10.5.1 哈希函数 220
10.5.2 安全哈希算法(SHA) 221
10.6 数字签名 222
10.7 IP和无线网络的安全 223
10.7.1 IP安全和IPsec 223
10.7.2 无线网络和IEEE 802.11的
安全 224
10.8 防火墙和分组过滤 225
10.8.1 分组过滤 226
10.8.2 代理服务器 227
10.9 总结 227
10.10 习题 228
10.11 计算机仿真项目 229

第 二 部 分

第11章 网络队列和延迟分析 230
11.1 Little定理 230
11.2 生灭过程 232
11.3 排队规则 233
11.4 马尔可夫FIFO排队系统 233
11.4.1 M/M/1排队系统 233
11.4.2 有限排队空间系统：
M/M/1/b 236
11.4.3 M/M/a排队系统 237
11.4.4 延迟敏感流量模型：
M/M/a/a 241
11.4.5 M/M/∞队系统 242
11.5 非马尔可夫和自相似模型 243
11.5.1 波拉切克-欣钦(Pollaczek-
Khinchine，P-K)公式和
M/G/1 243
11.5.2 M/D/1模型 245
11.5.3 自相似和批到达模型 245
11.6 队列网络 245
11.6.1 Burke定理 245
11.6.2 Jackson定理 248
11.7 总结 251
11.8 习题 252
11.9 计算机仿真项目 255
第12章 高级路由器和交换机架构 256
12.1 路由器结构 256
12.2 输入端口处理器 257
12.2.1 分组解析器 258
12.2.2 分组分割器 258
12.2.3 输入缓冲区 259
12.2.4 路由表(IPv4和IPv6) 259
12.2.5 多播调度器 260
12.2.6 转发表和分组封装器 260
12.3 输出端口处理器 260
12.3.1 输出缓冲区 261
12.3.2 重组器和重排序器 261
12.3.3 差错控制 261
12.4 中央控制器 261
12.4.1 竞争消除单元 262
12.4.2 拥塞控制器 263
12.5 交换引擎 263
12.5.1 交换引擎的复杂度 264
12.5.2 交叉开关交换引擎 264
12.5.3 Clos交换引擎 265
12.5.4 集中型和扩展型交换
引擎 267
12.5.5 共享内存交换引擎 270
12.5.6 提升交换引擎的性能 270
12.6 路由器中的多播分组 274
12.6.1 基于树的多播算法 275
12.6.2 分组再循环多播算法 276
12.7 总结 277
12.8 习题 278
12.9 计算机仿真项目 279
第13章 服务质量和路由器的调度 280
13.1 服务质量概述 280
13.2 综合服务QoS 280
13.2.1 流量整形 281
13.2.2 准入控制 285
13.2.3 资源预留协议(RSVP) 286
13.3 区分服务QoS 286
13.3.1 逐跳行为(PHB) 287
13.4 资源分配 287
13.4.1 资源管理 288
13.4.2 资源分配方案分类 288
13.4.3 资源预留的公平性 289
13.5 分组调度 289
13.5.1 先进先出调度器 290
13.5.2 优先级排队调度器 290
13.5.3 公平排队调度器 293
13.5.4 加权公平排队调度器 293
13.5.5 差额循环调度器 295
13.5.6 最早截止期优先调度器 296
13.6 总结 296
13.7 习题 296
13.8 计算机仿真项目 299
第14章 隧道技术、VPN和MPLS
网络 300
14.1 隧道技术 300
14.1.1 点到点协议(PPP) 301
14.1.2 IPv6隧道技术和轻量级
双栈 302
14.2 VPN 302
14.2.1 远程接入VPN 304
14.2.2 站点间VPN 304
14.2.3 VPN的安全性 305
14.3 MPLS 305
14.3.1 标签和标签交换路由器 306
14.3.2 标签绑定与交换 307
14.3.3 MPLS域内路由选择 309
14.3.4 MPLS分组格式 310
14.3.5 多重隧道路由 311
14.3.6 流量工程 312
14.3.7 基于MPLS的VPN 313
14.4 总结 313
14.5 习题 313
14.6 计算机仿真项目 315
第15章 全光网络、WDM和
GMPLS 316
15.1 光网络概述 316
15.1.1 光纤链路 317
15.1.2 SONET/SDH标准 317
15.1.3 通用MPLS协议 317
15.1.4 无源光网络 319
15.2 基本的光网络设备 320
15.2.1 可调谐激光器 320
15.2.2 光缓存器或延迟元件 320
15.2.3 光放大器 320
15.2.4 光滤波器 320
15.2.5 WDM 321
15.2.6 光交换机 322
15.3 大规模光交换机 323
15.3.1 交叉开关光交换机 323
15.3.2 Spanke-Bene?光交换机 324
15.4 OXC结构 324
15.4.1 波长路由节点结构 325
15.5 全光网络中的路由 326
15.5.1 波长路由与广播 326
15.5.2 光路阻塞估计 327
15.6 网络中的波长分配 328
15.6.1 无相关性的波长分配 329
15.6.2 有相关性的波长分配 329
15.7 案例研究：全光交换 329
15.7.1 SSN中的自路由 330
15.7.2 SSN中的波长分配 331
15.8 总结 331
15.9 习题 331
15.10 计算机仿真项目 333
第16章 云计算和网络虚拟化 334
16.1 云计算和数据中心 334
16.1.1 平台和API 336
16.1.2 云计算服务模型 336
16.1.3 数据中心 337
16.1.4 数据中心虚拟化 338
16.2 数据中心网络(DCN) 340
16.2.1 负载均衡器 341
16.2.2 流量工程 341
16.2.3 DCN体系结构 342
16.2.4 多播方式 344
16.3 网络虚拟化 344
16.3.1 网络虚拟化组件 345
16.4 覆盖网络 347
16.5 总结 348
16.6 习题 348
16.7 计算机仿真项目 350
第17章 软件定义网络及其进展 351
17.1 软件定义网络(SDN) 351
17.1.1 控制和数据平面的分离 352
17.1.2 控制平面的可编程性 353
17.1.3 应用编程接口的标准化 354
17.2 基于SDN的网络模型 354
17.2.1 控制平面 355
17.2.2 数据平面接口(OpenFlow
协议) 355
17.3 小型SDN架构 358
17.3.1 SDN的扩展性 358
17.3.2 SDN网络的多播 358
17.4 云的SDN架构 358
17.4.1 软件定义的计算与存储 359
17.4.2 SDN在数据中心提供的
应用程序 359
17.5 网络功能虚拟化(NFV) 360
17.5.1 NFV的抽象模型 360
17.5.2 分布式NFV网络 361
17.5.3 虚拟化服务 362
17.6 信息中心网络(ICN) 362
17.6.1 命名对象 363
17.6.2 ICN路由选择和网络
管理 363
17.6.3 ICN安全 365
17.7 高级网络的网络模拟器 365
17.7.1 Mininet 365
17.8 总结 367
17.9 习题 368
17.10 计算机仿真项目 369
第18章 IP语音信令 370
18.1 公共交换电话网(PSTN) 370
18.1.1 SS7网络 371
18.1.2 电路交换网 373
18.2 VoIP概述 375
18.3 H.323协议 376
18.3.1 H.323协议的主要组件 376
18.3.2 H.323协议架构 377
18.3.3 RAS信令 378
18.3.4 呼叫信令 380
18.3.5 控制信令 382
18.3.6 使用H.323协议的电话
会议 384
18.4 会话发起协议(SIP) 384
18.4.1 SIP的主要组件 385
18.4.2 SIP消息 386
18.4.3 SIP协议架构 387
18.4.4 注册过程 388
18.4.5 呼叫建立 389
18.4.6 功能和扩展 389
18.5 软交换技术和MGCP 392
18.6 VoIP和多媒体互联 392
18.6.1 SIP和H.323的互联 392
18.6.2 SIP和PSTN的互联 394
18.6.3 无线蜂窝多媒体互联 395
18.7 总结 396
18.8 习题 396
18.9 计算机仿真项目 399
第19章 媒体交换和语音/视频压缩 401
19.1 数据压缩概述 401
19.2 数字语音压缩 402
19.2.1 采样 402
19.2.2 量化和编码 403
19.3 静态图像和JPEG压缩 406
19.3.1 原图采样和DCT 406
19.3.2 量化 408
19.3.3 编码 409
19.4 运动图像和MPEG压缩 409
19.4.1 MP3和音频流 410
19.5 有损压缩方法 410
19.5.1 信息论基础 411
19.5.2 信息熵 411
19.5.3 香农编码定理 412
19.5.4 压缩率和编码效率 412
19.6 无损压缩方法 413
19.6.1 游程编码 413
19.6.2 霍夫曼编码 414
19.6.3 Lempel-Ziv编码 414
19.7 扫描文档压缩 415
19.8 总结 416
19.9 习题 416
19.10 计算机仿真项目 419
第20章 分布式和基于云的多媒体
网络 420
20.1 实时媒体交换协议 420
20.1.1 实时传输协议(RTP) 421
20.1.2 RTP流量中的抖动分析 423
20.1.3 实时传输控制协议
(RTCP) 424
20.1.4 实时流协议(RTSP) 425
20.1.5 流控制传输协议(SCTP) 425
20.1.6 基于HTTP的流传输 428
20.2 分布式多媒体网络 429
20.2.1 CDN 429
20.2.2 IPTV和VoD 432
20.2.3 在线游戏 435
20.3 基于云的多媒体网络 435
20.3.1 分布式媒体迷你云 435
20.3.2 基于云的交互式语音
应答(IVR) 436
20.4 自相似性和非马尔可夫流 438
20.4.1 批量到达模型的
自相似性 438
20.5 总结 440
20.6 习题 440
20.7 计算机仿真项目 442
第21章 移动自组织网络 443
21.1 无线自组织网络概述 443
21.2 自组织网络中的路由选择 444
21.2.1 路由选择协议的分类 444
21.3 自组织路由选择协议 445
21.3.1 目的序列距离向量(DSDV)
协议 445
21.3.2 簇首网关交换路由选择
(CGSR)协议 446
21.3.3 无线路由选择协议
(WRP) 447
21.3.4 动态源路由选择协议
(DSR) 448
21.3.5 临时按序路由选择算法
(TORA) 448
21.3.6 基于关联性的路由选择
协议(ABR) 449
21.3.7 自组织按需距离向量(AODV)
协议 450
21.4 自组织网络安全 453
21.4.1 攻击类型 454
21.4.2 安全路由选择协议准则 454
21.5 总结 455
21.6 习题 455
21.7 计算机仿真项目 456
第22章 无线传感器网络 457
22.1 传感器网络和协议结构 457
22.1.1 传感器网络的聚类 457
22.1.2 协议栈 458
22.1.3 传感器节点结构 459
22.2 通信能量模型 460
22.3 聚类协议 463
22.3.1 聚类协议的类型 463
22.3.2 LEACH算法 463
22.3.3 DEEP协议 464
22.3.4 重新聚类 465
22.4 路由选择协议 466
22.4.1 簇内路由选择协议 466
22.4.2 簇间路由选择协议 467
22.5 其他相关技术 469
22.5.1 ZigBee技术和IEEE
802.15.4 469
22.6 案例研究：传感器网络仿真 469
22.6.1 簇首节点星座和负载
分布 469
22.6.2 簇首的最优百分比 470
22.7 总结 470
22.8 习题 471
22.9 计算机仿真项目 471
附录A 缩略语表 472
附录B RFC 477
附录C 概率和随机过程 480
附录D 爱尔兰B阻塞概率表 487