計算機網絡

黃傳河
武漢大學計算機學院教授、博士生導師，武漢大學物聯網工程專業負責人，
高等學校計算機類專業教學指導委員會物聯網工程專業教學研究專家組委員。
長期從事計算機網絡、網絡安全、高性能計算領域的研究和教學工作。
主講“計算機網絡與通信”（湖北省精品課程）、“分佈並行計算機技術”（武漢大學精品課程）、“高性能計算”等課程。
主持和參與多項國家自然科學基金、國家重點研發計劃、863及省級重點項目，
曾獲國家級教學成果一等獎、湖北省教學成果一等獎、科技進步二等獎、華為優秀研究生管理幹部獎等。

杜瑞穎
武漢大學國家網絡安全學院教授、博士生導師，研究方向為網絡安全、隱私保護。

張健武
漢大學計算機學院教授、博士生導師，研究方向為物聯網、機器學習與智能交互、
計算機網絡、雲計算與大數據處理、大數據挖掘管理與分析等。

目錄
叢書序言
前言
第1章計算機網絡設計方法學1
1.1 計算機網絡設計需求2
1.1.1 計算機網絡應用模式2
1.1.2 計算機網絡設計需求與
　　　?約束4
1.1.3 計算機網絡主要性能
　　　?指標5
1.1.4 設計的綜合平衡7
1.2 網絡服務模型與傳輸模式設計7
1.2.1 網絡服務模型7
1.2.2 數據傳輸模式8
1.3 網絡連接方式設計9
1.3.1 直接連接9
1.3.2 多跳轉發連接10
1.4 網絡拓撲結構設計10
1.4.1 拓撲結構設計10
1.4.2 網絡覆蓋性設計12
1.4.3 通信模式設計13
1.5 數據交換方式設計13
1.5.1 電路交換13
1.5.2 包交換13
1.5.3 廣播交換14
1.5.4 包交換的實現方式14
1.6 網絡設計模式18
1.6.1 網絡體系結構分層設計
　　　?模式18
1.6.2 協議、接口與服務19
1.6.3 數據的封裝與傳輸22
1.6.4 ISO分層模型示例—
　　　?OSI參考模型23
1.6.5 因特網分層模型示例—
　　　?TCP/IP參考模型24
1.6.6 虛擬層次模型25
1.6.7 從單網到多網互聯的
　　　?增量設計26
1.7 計算機網絡構成要素設計26
1.7.1 計算機網絡硬件26
1.7.2 計算機網絡軟件27
1.7.3 計算機網絡應用27
習題28
第2章基本網絡設計29
2.1 傳輸介質29
2.1.1 傳輸介質的類別與特性29
2.1.2 有線傳輸介質30
2.1.3 無線傳輸介質34
2.1.4 傳輸介質的傳輸能力36
2.1.5 Wi-Fi無線信號的功率37
2.2 數據通信系統與物理層38
2.2.1 數據通信系統模型38
2.2.2 數據傳輸模式38
2.2.3 信號編碼與調製41
2.3 保證傳輸正確性的方法與數據鏈
　　?路層49
2.3.1 介質接入控制49
2.3.2 組幀53
2.3.3 檢錯與糾錯55
2.3.4 可靠性與應答機制57
2.3.5 同步方式65
2.4 提高傳輸性能的方法68
2.4.1 多路復用68
2.4.2 認知無線電72
2.4.3 網絡編碼73
2.5 局域網設計73
2.5.1 局域網設計思想73
2.5.2 局域網示例—以太網74
2.5.3 百兆以太網80
2.5.4 千兆以太網83
2.5.5 萬兆以太網87
2.5.6 40Ge/100Ge以太網90
2.5.7 25Ge以太網91
2.5.8 50Ge/100Ge/200Ge
　　　?以太網91
2.5.9 200Ge/400Ge以太網91
2.5.10 800Ge以太網92
2.5.11 網卡設計92
2.5.12 交換機設計94
2.5.13 VLAN 100
2.6 無線局域網設計101
2.6.1 無線局域網設計要點101
2.6.2 無線局域網示例—
　　　?Wi-Fi 103
2.6.3 Wi-Fi 6如何實現高
　　　?性能108
2.6.4 Wi-Fi 7前瞻114
2.6.5 無線AP設計114
2.6.6 LiFi 116
2.7 個域網與體域網設計116
2.7.1 個域網與體域網的一般
　　　?結構116
2.7.2 個域網示例—藍牙
　　　??網絡117
2.8 廣域網設計119
2.8.1 廣域網設計思想119
2.8.2 廣域網示例—SDH 120
2.8.3 廣域網示例—OTN 124
2.8.4 廣域網示例—5G/6G
　　　?移動網絡134
2.9 接入網設計137
2.9.1 接入網的一般結構137
2.9.2 接入網技術示例—
　　　?PON 137
2.9.3 接入網應用示例—
　　　?FTTH/FTTR 141
習題142
第3章網絡互聯機制設計143
3.1 網絡互聯的方法143
3.1.1 網絡互聯的需求143
3.1.2 網絡互聯的一般方法144
3.2 路由算法146
3.2.1 研究方法—圖論方法147
3.2.2 路由算法分類148
3.2.3 隨機路由算法149
3.2.4 洪氾路由算法149
3.2.5 熱土豆路由算法150
3.2.6 距離向量路由算法150
3.2.7 鏈路狀態路由算法153
3.2.8 廣播路由算法154
3.2.9 組播路由算法155
3.2.10 泛播路由算法155
3.2.11 層次路由選擇算法156
3.2.12 多目標QoS路由
　　　??算法156
3.3 網絡互聯協議示例—IPv4及
　　?相關協議157
3.3.1 IP數據報158
3.3.2 IP數據報的封裝與分片160
3.3.3 IP地址與子網161
3.3.4 IP包傳遞流程164
3.3.5 IP路由協議—RIP 165
3.3.6 IP路由協議—OSPF 168
3.3.7 邊界網關協議—BGP 171
3.3.8 組播協議—PIM與
　　　MOSPF 173
3.3.9 地址解析與反向地址
　　　解析—ARP與RARP 174
3.3.10 控制報文協議—
　　　???ICMP 176
3.3.11 自動地址分配—
　　　???DHCP 178