《高等學校電子信息類教材:網絡新技術·原理與應用》較為全面系統地論述網絡基礎理論知識和當前信息網絡領域的最新技術熱點,并著重對各種網絡新技術提出的背景、技術特點及其面臨的問題和應用發展狀況進行分析和探討。主要內容包括:網絡技術發展和演進,網絡體系結構,網絡協議工程和網絡通用技術手段分析;移動無線通信網絡技術,無線自組網,下一代網絡技術,網絡管理和服務質量保障技術,以及網絡服務和應用技術等。
作為全球信息基礎設施的主要技術支撐手段,信息網絡是計算機技術、通信技術與信息處理技術相互融合、共同發展的產物,涵蓋電信網絡、計算機網絡和廣播電視網絡等形式。自誕生以來,它就以前所未有的速度不斷發展壯大,廣泛應用于人類的生產、生活、學習和娛樂等各個領域,極大地促進了人類社會的進步。當前,人類社會已邁入嶄新的信息網絡時代。網絡對人類社會的影響是全方位和多層次的,成為影響科技、經濟和文化發展的核心因素。網絡改變了社會的生產方式和經濟增長方式,也深刻改變著人們的工作方式、生活習慣和思維模式。
近30年來,網絡的新概念、新方法、新技術以驚人的速度不斷涌現,軟、硬件不斷升級換代,新的產品和業務更是層出不窮,令人歡欣鼓舞,使人目不暇接。不難發現,網絡技術如同自然界的生物一樣,是—個新舊更替、優勝劣汰的發展過程。正如模擬蜂窩網絡被數字蜂窩網絡所取代,ATM技術被IP技術所取代那樣,陳舊落后的技術必然被新的、更加先進的技術所替代。有志于從事網絡技術研究和應用的在校學生,或者是對網絡技術感興趣的讀者,必須打牢網絡理論基礎并且不斷跟蹤學習各種網絡新技術,才能洞悉網絡發展趨勢,深入理解網絡體系結構和運行機制,切實掌握各種網絡技術的基本原理、相關算法協議和軟、硬件設計方法。由于網絡技術發展速度很快,這就要求我們時刻不能放松,不斷汲取營養和更新知識結構,否則就會落伍。
信息網絡技術發展日新月異,盡管目前已出版了大量通信新技術和網絡新技術方面的書籍,但是這些圖書存在如下問題和不足:
(1)書中許多內容已過時或介紹的內容沒有良好的發展和應用前景;
(2)對網絡基礎理論知識和技術原理的闡述不夠全面和系統,對各種網絡新技術缺乏對比分析,針對性不強;
(3)未能站在更高的層次上抽象和歸納各類信息通信技術,理論聯系實際做得不夠好,各章節的聯系也不夠緊密,而且許多技術內容一般只介紹其然,而不說明其所以然;
(4)缺乏實踐應用環節,難以為相關網絡工程設計人員提供更有益的幫助和參考。
本書的編寫以教學實踐為基礎,緊貼信息網絡技術的最新發展,針對那些渴望掌握網絡基礎理論知識和了解網絡新技術的讀者群體,希望該讀者群體通過對本書相關內容的學習,打下扎實的網絡理論基礎和了解網絡技術的發展趨勢,并在實踐中充分發揮應用和創新能力。
概括起來,本教材具有如下特點:
(1)采用新的編寫思路和架構,以技術專題為引線精心選取教材內容;
(2)內容系統翔實、詳略得當,闡述深入淺出;
(3)從理論和實踐結合的角度,系統講解當前網絡發展的核心和熱點技術及應用;
(4)立足于基本的理論,探討先進的技術,理解本質的知識,便于讀者理解和掌握基本知識和技術。
本教材的內容不是簡單地對現有相關圖書資料的重新選材、整理和編輯,而是作者在理解各種新興網絡技術的提出背景、發展現狀和存在問題的基礎上,面向特定的讀者群體,重新構思編寫思路和組織架構,以新的角度和方式將相關內容有機聯系起來,進行系統論述的。本教材既反映了信息網絡領域近年來的最新技術成果和發展趨勢,也包含了作者多年來教學科研實踐的經驗和體會。
本教材的材料是作者精心選取和構思的,這些材料從理論和實踐相結合的角度,系統介紹了網絡基礎理論知識,講解了網絡新技術的概念、方法、存在問題和實際應用。
由于本教材涉及內容較為寬泛,所以教材包括基礎理論篇和技術應用篇兩大部分。基礎理論篇重在講述網絡基本原理、網絡體系結構、網絡協議和通用技術手段;技術應用篇則以技術專題的形式系統論述了當前得到廣泛應用和具有良好發展前景的網絡技術,包括移動無線網絡技術專題、無線自組網技術專題、下一代網絡技術專題、網絡管理和服務質量保障技術專題,以及網絡服務和應用技術專題。本教材力圖將上述內容有機聯系在一起,形成一個較為清晰、完整的體系;力圖講清楚各種網絡技術的特點和內在聯系,分析網絡技術的基本原理、協議和算法及技術難點,幫助讀者理解、掌握和綜合相關知識,進一步開拓思路,更好地把握網絡學科的最新進展,全面了解網絡的最新前沿技術。
本教材是解放軍理工大學多名師生群策群力、集體智慧的結晶。自2009年開始,本書作者就在解放軍理工大學通信工程學院主講“網絡新技術專題”課程,本書的主體內容是在這門課程已有講義的基礎上經過擴充整理編寫而成的。解放軍理工大學的王海濤副教授負責總體章節編排和大部分書稿的撰寫、整理和統稿,解放軍理工大學的張學平教授、通信工程學院的陳暉副教授和指揮信息系統學院的宋麗華副教授參加了本書討論和部分章節的編寫,通信工程學院訓練部的劉愛軍部長、易強副部長、教保辦的李寧主任和何云參謀及研究生辦的王向東主任和王萌參謀對本書的編寫和出版給予了大力支持和幫助;通信工程學院網管中心的張禎松、付鷹、朱震宇和黃照翠老師,碩士研究生買軍、劉濤、李建州、劉波、程龍及本科學員楊亮和鄧加新也參與了書中部分內容的整理和圖表的繪制;電子工業出版社相關編輯為本書的出版付出了大量時間和心血。另外,書中還引用了業界一些學者的研究成果。借此機會向他們表示誠摯的感謝和敬意。最后,本書作者的部分研究工作得到了國家自然科學基金項目“基于無線自組網的應急通信關鍵技術問題研究”(項目編號為61072043)的支持,在此一并表示衷心感謝!
網絡學科知識錯綜龐雜、包羅萬象,新的技術和方法日新月異,新的思想和應用層出不窮,并且至今仍有大量技術問題尚未得到圓滿解決,很多技術標準化工作還在制訂之中。同時,作者水平能力有限,加上時間緊迫,錯誤、疏漏在所難免,敬請專家和讀者批評指正。
作者
于南京解放軍理工大學通信工程學院
第1章 網絡技術發展概論
1.1 網絡釋義
1.2 網絡技術發展的推動力
1.3 網絡的分類和架構
1.4 網絡技術發展脈絡
1.4.1 電信網絡的基本概念
1.4.2 電信網絡的相關技術
1.4.3 計算機網絡的基本概念
1.4.4 計算機網絡的產生和發展
1.4.5 計算機網絡的相關技術
1.5 網絡技術需求和發展趨勢展望
1.5.1 基于不同視角的網絡技術需求
1.5.2 網絡新技術體系
1.5.3 三網融合
1.5.4 網絡的發展趨勢
1.6 本章小結
思考與練習
第2章 計算機網絡體系結構與協議
2.1 計算機網絡體系結構的形成與發展
2.2 計算機網絡的組成和結構
2.2.1 基本組成
2.2.2 資源子網和通信子網
2.2.3 網絡拓撲結構
2.3 計算機網絡體系結構
2.3.1 基本概念
2.3.2 分層設計方法
2.3.3 服務和服務原語
2.3.4 OSI/RM參考模型
2.3.5 TCP/IP體系
2.3.6 5層原理體系結構
2.4 計算機網絡協議的組成和功能
2.4.1 概述
2.4.2 TCP/IP的核心協議
2.4.3 TCP/IP的應用層協議
2.4.4 TCP/IP網絡的診斷工具
2.5 本章小結
思考與練習
第3章 網絡協議及其設計方法
3.1 網絡協議的基本概念
3.2 網絡協議的發展歷程
3.2.1 早期的通信系統及協議
3.2.2 電報通信系統及協議
3.3 網絡協議的基本要素
3.4 協議缺陷示例分析
3.4.1 克萊頓隧道事故
3.4.2 Lynch簡單文件傳送協議的缺陷
3.5 網絡協議工程技術與方法
3.5.1 基本概念
3.5.2 協議的表現形式
3.5.3 協議開發的一般過程
3.5.4 協議開發模型
3.6 網絡協議設計
3.6.1 協議設計事例
3.6.2 協議設計模型
3.6.3 協議設計的內容
3.6.4 協議設計的原則和方法
3.7 協議形式(化)描述技術
3.7.1 形式描述技術的特性和分類
3.7.2 形式描述模型介紹
3.7.3 形式描述語言介紹
3.7.4 形式描述技術的評價準則
思考與練習
第4章 網絡通用技術手段分析
4.1 編碼技術
4.1.1 數據編碼
4.1.2 數字信號編碼
4.1.3 數據壓縮編碼
4.1.4 差錯控制編碼
4.2 差錯控制技術
4.2.1 確認
4.2.2 計時器
4.2.3 重傳
4.2.4 序號
4.2.5 差錯控制與協議層次的關系
4.3 復用技術
4.3.1 頻分復用
4.3.2 時分復用
4.3.3 統計時分復用
4.3.4 其他復用技術
4.4 交換技術
4.4.1 電路交換
4.4.2 報文交換
4.4.3 分組交換
4.4.4 數據報與虛電路
4.4.5 三種交換方式的比較
4.4.6 IP交換技術
4.4.7 標記交換技術
4.5 流量控制技術
4.5.1 基本概念
4.5.2 理想情況下的數據傳輸
4.5.3 簡單流量控制協議
4.5.4 X-on/X-off協議
4.5.5 停止等待(Stop and Wait)協議
4.5.6 滑動窗口(Sliding Window)協議
4.6 擁塞控制技術
4.6.1 擁塞控制的概念和作用
4.6.2 擁塞控制的措施和策略
4.6.3 電路交換網絡的擁塞控制
4.6.4 分組交換網絡的擁塞控制
4.6.5 TCP擁塞控制機制
4.6.6 流量整形
4.6.7 小結
4.7 路由選擇技術
4.7.1 基本概念
4.7.2 電路交換網絡的路由選擇
4.7.3 分組交換網絡的路由選擇
4.7.4 因特網的路由選擇
思考與練習
第5章 移動無線網絡技術專題
5.1 概述
5.1.1 發展歷程
5.1.2 技術特點
5.2 無線個域網(WPAN)
5.2.1 紅外技術(IrDA)
5.2.2 藍牙技術(Bluetooth)
5.2.3 家庭射頻技術(HomeRF)
5.2.4 ZigBee技術
5.2.5 超寬帶技術(UWB)
5.2.6 射頻識別技術(RFID)
5.3 無線局域網(WLAN)
5.3.1 IEEE 802.11系列
5.3.2 HiperLAN
5.3.3 無線ATM(WATM)
5.4 無線城域網(WMAN)
5.4.1 IEEE 802.16/WiMAX
5.4.2 lEEE 802.20/MBWA
5.5 無線廣域網(WWAN)
5.5.1 GSM
5.5.2 GPRS
5.5.3 EDGE
5.5.4 3G技術標準
5.5.5 E3G/B3G系統
5.6 移動互聯網
5.6.1 移動互聯網的提出和發展
5.6.2 移動互聯網的參考模型
5.6.3 移動互聯網的展望
思考與練習
第6章 無線自組網技術專題
6.1 Ad Hoc網絡技術
6.1.1 提出背景和基本概念
6.1.2 Ad Hoc網絡的特點
6.1.3 Ad Hoc網絡的關鍵技術分析
6.1.4 Ad Hoc網絡的體系結構
6.1.5 Ad Hoc網絡的應用、產品現狀和發展趨勢
6.2 無線傳感網絡
6.2.1 基本概念
6.2.2 無線傳感網絡的目標、特征和種類
6.2.3 相關研究工作
6.2.4 無線傳感網絡的體系結構
6.2.5 無線傳感網絡的設計
6.2.6 無線傳感網絡的QoS保障
6.2.7 無線傳感網絡的分簇算法
6.3 無線Mesh網絡
6.3.1 基本概念
6.3.2 研究和應用現狀
6.3.3 相關技術標準
6.3.4 技術特點
6.3.5 WMN的網絡結構
6.3.6 關鍵技術分析
6.3.7 WMN的應用
6.4 本章小結
思考與練習
第7章 下一代網絡技術專題
7.1 下一代網絡(NGN)
7.1.1 背景需求
7.1.2 基本概念和特征
7.1.3 NGN的功能模型和網絡結構
7.1.4 NGN中的網關
7.2 軟交換技術
7.2.1 基本概念和特點
7.2.2 提供的主要功能
7.2.3 軟交換的
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