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本书集知识性和技术性于一体，详实的图表，大量的实例，特别是每个章节后附带的有简单解释的词汇表使得读者能够准确，清晰和快速地了解和掌握相关概念和知识点。
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内容简介
本书作为我们描述现代数字化技术三部曲“数字通信“，“网络技术“，和“Web程序设计“的*部，勾画出了一个通过利用新的数字通信信道从根本上推进无纸化数字商品社会的简洁的素描。
《网络技术基础及应用/清华计算机图书译丛》全面而详细地介绍了网络互联的核心技术以及互联网的基础知识。
《网络技术基础及应用/清华计算机图书译丛》共分10章，第1章为绪论，第2-6章系统地描述了数据传输的物理基础和主要网络接人技术、局域网技术和广域网的基本原理和应用，第7-8章分别详细地介绍了网络互联的两个主要协议（TCP和IP）的基本原理和相关领域出现的新技术，第9章列举了大量与网络互联技术相关的应用实例，第10章为后记。
《网络技术基础及应用/清华计算机图书译丛》集知识性和技术性于一体，给出了大量翔实的图表和实例，特别是每个章节后附带的有简单解释的词汇表，使得读者能够准确、清晰和快速地了解和掌握相关概念与知识点。
《网络技术基础及应用/清华计算机图书译丛》不仅可以作为高等学校计算机相关专业本科生专业课的入门教材，也可作为网络开发人员的常备参考书。对于那些对网络互联技术感兴趣的普通读者来说，《网络技术基础及应用/清华计算机图书译丛》也是一本全面系统、通俗易懂的科普读物。
作者简介
作者作为德国计算机科学领域的著名学者，在德国大学和科研机构有超过三十年的相关教学科研经历。本次Springer出版社相继出版的三部书，是作者多年来在互联网方向教学和科研成果的一次系统整理。和已出版的许多同类书籍相比，本套丛书时效性和系统性，概念描述更为简洁准确，更适合作为大中专院校的教材和开发人员的参考手册。
目录
第1章 ； 绪论 ； 1
11从历史的角度看计算机网络和互联网 ； 2
111阿帕网 ； 3
112互联网 ； 4
113万维网 ； 4
114 ； Web ； 20和语义网 ； 6
12互联网世界的路标 ； 7
121互联网架构委员会 ； (IAB) ； 7
122互联网协会 ； (ISOC) ； 10
123 ； IANA和 ； ICANN ； 11
124万维网联盟 ； 13
125互联网开放标准：没有政府干预 ； 14
126德国的参与者和供应商 ； 17
13术语表 ； 19
第2章 ； 互联网基础： ； TCP/IP参考模型 ； 23
21通信协议和层模型 ； 23
211协议族 ； 24
212层模型 ； 24
补充材料 ； 1：ISO/OSI参考模型 ； 31
22物理层：计算机通信的基础 ； 35
221物理传输介质 ； 35
222物理传输介质的特征结构 ； 36
23 ； TCP/IP参考模型 ； 37
231 ； TCP/IP参考模型产生的历史及其局限性 ； 38
232网络接入层 ； 41
233网络互联层 ； 43
234传输层 ； 45
235应用层 ； 47
24术语表 ； 48
第3章 ； 物理层 ； 53
31理论基础 ； 56
311电磁频谱和信号传输 ； 57
312有限带宽信号 ； 62
32数字信号编码 ； 66
321线路码 ； 66
322模拟频谱调制 ； 72
323数字调制方法 ； 74
324恒定带宽的复用方法 ； 80
325扩展频谱 ； 85
33有线传输介质 ； 91
331同轴电缆 ； 92
332双绞线电缆 ； 93
333光纤电缆 ； 96
34无线传输介质 ； 99
341借助短波和超短波传播的无线传输 ； 100
342通过微波传播的无线传输 ； 101
343红外线、毫米波和光波的传输 ； 102
344卫星通信 ； 103
35术语表 ； 104
第4章 ； 网络接入层（ ； 1）：有线局域网技术 ； 109
41网络接入层 ； 109
411基本任务和协议 ； 110
412介质访问控制 ； 116
413逻辑链路控制 ； 117
42局域网 ； 118
421公共通信信道的使用 ； 118
422局域网的重要性 ； 119
423 ； IEEE ； 802局域网 ； 120
424本地地址管理 ； 126
425本地数据管理 ； 130
426特殊的网络硬件 ； 131
43局域网技术的重要例证 ； 133
431局域网拓扑 ； 133
432以太网 ； ——IEEE ； 8023137
补充材料 ； 2：以太网的定时和冲突处理 ； 145
补充材料 ； 3：以太网的效益分析 ； 160
433令牌环 ； ——IEEE ； 8025168
434光纤分布式数据接口 ； FDDI ； 178
435异步传输模式 ； ATM ； 189
补充材料 ； 4：ATM ； ——信元转换 ； 201
44局域网扩展 ； 203
441局域网技术的局限性 ； 203
442中继器 ； 204
443集线器 ； 204
444桥接器 206
445交换机 212
446虚拟局域网 213
45术语表 216
第5章 网络接入层（ 2）：无线移动局域网技术 220
51无线和移动网络技术的基础知识 220
52无线局域网 —— IEEE 80211 223
521 IEEE 80211的物理层 224
522 IEEE 80211的介质访问控制子层 224
523 IEEE 80211的数据格式 231
524无线局域网安全 241
补充材料 5：对 WEP方法的批判 247
53蓝牙 ——IEEE 80215259
531蓝牙技术 261
532蓝牙协议栈 263
533蓝牙安全性 270
534蓝牙规范 271
54 ZigBee —— IEEE 802154 271
541 ZigBee技术 272
542 ZigBee协议和寻址 275
543 ZigBee安全性 278
55基于无线网络的其他技术 279
56术语表 280
第6章 网络接入层（ 3）：广域网技术 283
61简介 283
62广域网中的分组交换 284
621基本原则 284
622广域网的建立 285
623存储转发交换 286
624广域网中的寻址 287
63路由选择 288
631网络图 288
632广域网中路由表格的计算 289
633孤立路由算法 293
补充材料 6：Dijkstra算法 295
634距离矢量路由选择 298
635链路状态路由选择 303
补充材料 7：特殊的路由方法 308
补充材料 8：具有移动组件网络的路由方法 317
64广域网技术的重要示例 325
641阿帕网 325
642 X25 328
643 ISDN 332
补充材料 9：ISDN的数据格式 336
644帧中继 339
645宽带 ISDN和 ATM 345
646分布式队列双总线 (DQDB) 345
647循环预约多址 350
648准同步数字体系 353
649同步数字体系和同步光纤网 356
6410微波接入的世界范围互操作 —— IEEE 80216标准 360
65广域网接口 365
651电话网络的接入 ——调制解调器 365
652 ISDN接入 368
653数字用户线路 (DSL) 368
654到广域网的无线接入 GSM、UMTS和 LTE 371
655替换接入方法 383
66术语表 386
第7章 网络互联层 391
71虚拟网络 391
72网络互联 394
721面向连接的网络互联 396
722无连接网络互联 397
723隧道 397
724碎片化 398
725拥塞控制 401
726服务质量 406
727互联网路由 410
73互联网协议 IP 411
731 IP寻址 412
732协议地址的绑定 420
733 IP数据报 425
补充材料 10：IP封装和 IP碎片 428
74互联网协议
第6版 (IPv6) 431
741 IPv6的属性和特性 432
742 IPv6的数据报 434
743 IPv6碎片化、巨型帧和 IPv6路由 438
744 IPv6寻址 442
745 IPv6自动配置 449
746从 IPv4到 IPv6的共存和迁移 451
75 IPSec网络互联层的安全通信 456
751 IPSec安全架构 457
752 IPSec鉴别头 460
753 IPSec封装安全负载 462
754 IPSec支持组件 465
补充材料 11：IPSec密钥管理 468
76互联网控制消息协议 ICMP 476
761 ICMP的任务 477
762 ICMP消息格式 478
763 ICMP错误消息 479
764 ICMP询问和非正式消息 480
765 ICMPv6 484
766邻居发现协议 489
77移动 IP 491
771基本的问题和需求 491
772操作的基本流程 492
773移动 IP消息格式 494
774移动 IP和路由效率 497
775移动 IPv6 498
78术语表 499
第8章 传输层 504
81传输层的任务和协议 505
811传输层服务概述 506
812通信端点和寻址 508
813 TCP和 UDP的端口和套接字 509
814传输层上的服务原语 510
82 用户数据报协议 (UDP) 512
821 UDP的任务和功能 512
822 UDP的消息格式 513
823 UDP应用 514
83 传输控制协议 (TCP) 515
831 TCP的功能和任务 517
补充材料 12：TCP的连接管理 525
832 TCP的消息格式 528
833 TCP ——可靠性、流量控制和拥塞控制 533
84 网络地址转换 (NAT) 539
841 NAT的功能和任务 539
842 NAT的用途 542
843 NAT的优缺点 547
85 传输层上的安全性 549
传输层安全协议和安全套接字层 (TLS/SSL) 549
补充材料 13：TLS/SSL握手方法 552
86 术语表 561
第9章 应用层和互联网应用 567
91 基本概念、功能和简介 567
911应用层的互联网服务和协议 568
912客户端/服务器交互模式 569
913套接字接口 571
92 名称及目录服务 572
921域名系统 (DNS) 572
补充材料 14：安全的 DNS ——域名系统的安全扩展 592
922目录服务 598
93 电子邮件 (E-mail) 601
931消息处理系统 602
932 E-mail消息格式 606
933 MIME标准 607
934简单邮件传送协议 SMTP 610
935 POP3和 IMAP 614
936优良保密协议 PGP 621
94 文件传输 625
941文件传输协议 (FTP)和安全文件传输协议 (SFTP) 625
942简单文件传输协议 (TFTP) 631
943网络文件系统 NFS 634
944远程过程调用 (RPC) 636
95远程登录 639
951 Telnet 639
952 rlogin 644
953安全外壳 (SSH) 645
96网络管理 646
961动态主机配置协议 (DHCP) 647
962简单网络管理协议 (SNMP) 654
97音频和视频通信 666
971互联网中的多媒体应用程序 666
972实时传输协议 (RTP) 670
973实时传输控制协议 (RTCP) 673
974实时流协议 (RTSP) 674
975资源预留和服务质量 677
98互联网中的其他服务和应用程序 684
981万维网 684
982 P2P对等网络应用 686
983互联网中继交谈 (IRC) 692
984 Usenet 693
985 TCP/IP的其他服务产品 695
99应用层安全性：包过滤器和防火墙 698
991包过滤器 699
992网关 700
993防火墙的拓扑结构 701
补充材料 15：Lock-Keeper技术 702
910术语表 705
第10章 后记 711
附录 A人物索引 717
附录 B缩略语 726
表格索引 732
插图索引 734
参考文献 746
前沿
那些一直以来都令人惊叹不已的事物，如今在人们的日常生活中已经变得习以为常了。“拥有一种跨越时间和空间界限的移动性”这个古老的梦想推动着整个人类社会的发展进步。而这一梦想在近几十年来正在以人类历史上前所未有的速度实现着。这期间，无数个物理定律被打破。生活中的一些事物经常会出人意料地以一种非物质化、数字化的形式展现出来。非物质化表现在：在某些场合事物只能以它们的数字化的“影子”形式出现，即以 0和 1编码的形式表述，通过电磁信号以光速传递，并且在任意一台计算机上都可以被处理。计算机和互联网这两种技术的出现和发展使得这一切都成为了可能。计算机提供了平台。在这种平台下事物都是以数字影子的形式存在，同时这些数字影子能够被重新绘制、加工、链接和存储。而互联网的出现则实现了将这些数字影子以光的速度向世界上任何一个地方进行传输的可能性。这样一来，这些数字影子就能够在世界上另外一端的计算机上被处理。
事实上，计算机和互联网在人类历史上只能算是极其微小的技术发展，但却从根本上改变了人类的生活方式和行为。 19世纪到 20世纪的工业革命使人类在物理上的认识和发展发生了翻天覆地的变化：汽车、飞机、宇宙飞船等工具极大地扩展了人类身体活动的半径。而计算机和互联网技术作为数字化革命的驱动力又将我们精神上的活跃性提高到了一个前所未有的高度，使得我们的心理活动半径（几乎）突破了单个身体的限制。如果想将一个人从一个大陆送往另一个大陆，即使使用*现代化的交通工具，可能也需要花费几小时的时间。但是借助于互联网，这种距离几乎可以被缩短为零。人类的情绪、想法和指示可以被立即传递，同时远程的接收方也能够在几秒钟内回馈他们的愿望和要求。这种交流的成本与传统的物理活动所需要的成本相比起来要少得多。
到目前为止，互联网才出现不到五十年，而万维网也只是被推出将近二十年。基于这些技术还非常年轻的事实，以及计算机和网络技术迅猛发展的势头丝毫不减的趋势可以预见，社会、经济和私人领域通过这种数字化革命还会继续发生巨大的改变。因此，看看这些技术发展幕后的故事，了解这些技术的基础知识以及理解诸如互联网和万维网究竟是如何工作的将是非常有趣的事情。现在展现在您面前的这本书，将与我们本系列三部曲中的另外两部（《数字通信技术》和《 Web技术》）一起，为您提供一个易懂的、全面的、可信赖的、内容翔实且描述详细的指导。
在第 1部《数字通信技术》里已经详细介绍概念（计算机网络、媒体及其编码、通信协议和计算机网络安全）的基础上，本书将以互联网的发展历史为背景，详细地介绍互联网以及与互联网相关的不同角色的演变过程，以及当前互联网功能实现的主要技术，即 TCP/IP协议族。我们还将详细地讨论对于任何数字通信技术都必需的物理层，并依次逐个介绍 TCP/IP参考模型中的各层及相关技术，其中包括网络接入层的众多技术（无线局域网或者有线局域网、广域网）；网络互联层以及支持互联网的主要互联网协议 IPv4、IPv6和移动 IP；传输层以及与互联网紧密相关的第二个协议：网络传输协议（ TCP）；应用层以及与互联网一起推动社会发展变革的众多互联网服务。这里，我们没有着重讲述与万维网（ WWW）相关的具体技术。万维网将是我们这一套三部曲中第三部《 Web技术》的主题。在那本书里，我们将详细介绍包括诸如 URL、HTTP、HTML、CSS、XML、Web编程、搜索引擎、 Web 2.0和语义网等在内的不同 Web技术。
本书提供了多维结构的材料，包括正文之外的补充材料（为通常理解的描述补充了大量的技术细节）：各章的术语表、涉及词汇的索引和供后续检索和进一步阅读的参考文献。这些都为那些愿意更全面深入地了解所涉及内容的读者提供了极大方便，使得他们能够找到一个有趣的和相关的选项。
编写本书的时候，我们以*大的努力，尽可能考虑到来自不同层次和背景的读者。希望对网络技术有兴趣的外行人，在阅读本书的过程中也可以感受到崭新数字世界里的这种数字魅力；为勤奋和不断进取的学生们提供一本有用且全面的教科书；为那些经验丰富的专业人员提供一个可靠的参考工具，使他们能够更轻松和准确地在这个错综复杂的数字通信环境中把握住自己的专业领域。
感谢我们在哈索 -普拉特纳学院“互联网系统和技术”教席的同事们，他们对与本书相关的科研和教学工作提供了各种各样的支持。感谢斯普林格出版社的 Hermann Engesser先生和 Dorothea Glausinger女士所表现出的对这一图书出版项目成功的信心以及项目实施过程中的耐心。感谢 Ivana和 Anja，谢谢你们的耐心和宽容，你们的爱陪伴着我们在书房里度过了无数个周末和节假日。
Christoph Meinel Harald Sack
德国波茨坦
译者序
本书是德国波茨坦大学哈索 -普拉特纳研究院（ Hasso Plattner Institute at University of Potsdam, Germany）院长克里斯托弗 ·迈内尔（ Christoph Meinel）教授和高级研究员哈拉尔德 ·萨克（ Harald Sack）博士合作完成的现代数字化技术三部曲中的第二部。本书德文版由德国斯普林格（ Springer）出版社出版发行。我们很高兴也很荣幸能够受作者以及清华大学出版社之托将其翻译成中文，呈现给大家。
近年来，随着高性能运算、无线网络互联、大规模存储等底层软硬件技术的突破，互联网技术及其应用也经历了又一次的飞速发展。云计算、移动互联、智能终端、互联网 、物联网、工业 4.0等已逐渐成为人们耳熟能详的名词。本书的主要目的就是为了让广大读者更深入地了解这些名词的含义、原理以及这些技术发展背后的故事，理解支撑这些技术的互联网是如何工作和运行的。本书首先回顾了近 50年来互联网技术发展的历史，着重介绍了网络互联技术的发展，特别是近 20年来万维网发展的几个重要的进程及其解决的关键问题，接着详细地讨论了对于任何数字通信技术都必需的物理层，并依次介绍 TCP/IP参考模型中的各层及相关技术。本书内容丰富，涵盖了几乎所有与网络互联技术相关的基础知识，详细介绍了网络接入层、网络互联层及网络传输层等各关键层的功能要求、技术特点和相关协议，同时列举和解释了以这些技术为基础的众多新型互联网应用的原理和实现。本书的写作方式非常独特，多维结构的划分和组织形式可以让读者在尽可能全面地获取更多知识和内容的同时，也能根据个人兴趣和需要很方便地选择相关主题进行更深入的了解。除了对许多重要突破性技术的基本描述之外，作者还补充了大量技术细节（补充材料），援引经典教材和参考书籍的相关表述，使读者对所介绍内容一目了然。每章后都附有详细的术语表，以及可能对读者进一步阅读有帮助的参考文献列表。在本书的*后，附录 A给出了一个完整的人物索引列表，对在网络互联技术发展过程中做出过突出贡献或有重要影响和意义的相关人物给出了简短的介绍和客观的评注。书后附录的缩略语总结和罗列了计算机及网络互联领域的常用及*新出现的缩略词汇，能够有效消除容易发生的歧义，以帮助读者更为准确地理解和掌握这些缩略词汇及其概念和含义。
本书内容翔实、全面系统，却又简洁明了、清晰易懂，既是一本不可多得的教科书，同时又可以作为工作学习必备的参考手册。除了高校计算机相关专业的教师、学生和科研人员之外，信息和通信领域的广大从业人员，以及有一定基础的非专业人士都能够从本书中获益。虽然书中涉及的有些内容相对比较专业，但语言通俗易懂，描述由浅入深，结构层次清晰，书中使用了大量的图表、丰富的背景故事和众多的示例分析，不仅能帮助读者理解相关的知识和内容，更会给读者带来全新的感受与体验。
作者之一的克里斯托弗 ·迈内尔（ Christoph Meinel）教授是德国波茨坦大学哈索 -普拉特纳研究院（ HPI）院长、波茨坦大学哈索 -普拉特纳研究院“互联网技术和系统”教席正教授（ C4）、德国国家科学工程院（ acatech）院士。作为德国计算机科学领域的著名学者，迈内尔教授在德国大学和科研机构有近 40年的相关教学科研经历 ,成果丰硕。他现已出版 13本专著和 4本专业选集，参与编著了数本国际学术论文集，并在国际知名的期刊和会议上发表超过 500篇学术论文。其专著《计算机数学基础》已再版多次，成为德国计算机专业的经典教材。本次由德国斯普林格出版社相继出版的这套三部曲，是作者多年来在互联网方向教学和科研成果的一次系统整理，本书德文版已经在作者所在的波茨坦大学哈索 -普拉特纳学院和柏林及勃兰登堡地区许多大学的计算机学院作为网络原理、通信技术和互联网安全等课程的教材或参考书使用。以本书内容为主要框架的大规模公开在线课程（ Massive Open Online Course, MOOC）网络互联技术在公共慕课平台 openHPI.de（英文、德文）和 openHPI.cn（中文）上已运行多轮，来自世界各国的数万用户免费参加了在线课程并获得了课程证书。与已出版的许多同类书籍相比，本套丛书系统性更强，概念描述更为简洁准确，更适合作为大中专院校的教材和开发人员的参考手册。此次呈现给广大读者的这本中文翻译版是我们根据德文原版直接翻译而成的。应该说，与大家普遍熟悉的英文版技术类书籍的一个*大区别是，德语对技术和工程描述的遣词造句更为复杂，对于非母语的读者来说很难透彻理解。翻译过程中，我们在保证译文顺利流畅的原则下，尽力做到抓住原作精髓，术语一致，并符合当前大家所熟知的中文词汇用法。书中大量的图表，我们也重新制作了中文版本。尽管如此，我们意识到翻译稿距离完全贴切地体现原版的专业内容和含义还有相当距离，错误遗漏之处请广大读者原谅，并欢迎与我们沟通交流。此外，本书英文版也已顺利完成，并已于 2015年年初与读者见面。读者在使用这本中文翻译版时，可以同时参照德文原版和英文翻译版，以更为准确、全面地理解书中内容。
本书中文版的翻译、出版和发行工作得到了德国斯普林格出版社和中国清华大学出版社的大力支持，在此表示衷心感谢！
季松程峰
2019年 7月，德国波茨坦
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