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大多数广域网互联采用租用公共数据网络的方案。公共数据网络是指电话公司建设的服务网络。如ChinaDDN网, ChinaFrame网等。电话公司建设这些网络后，通过出租线路服务，为我们提供网络远程互联的方法（如图9.1所示）。
这样，我们不需要铺设局域网之间的连接线路。通过与连接服务商签订线路租用合同，就得到了远程连接的线路。我们需要做的工作仅仅是配置好与公共网络连接的路由器，互联的工作就完成了。
公共网络与局域网的连接线路称为本地线路（国外称为最后几英里last miles），签订线路租用合同后，由电话公司负责铺设。
电话网络已经有一个多世纪的历史了，是世界上覆盖最为广泛的通讯网络。使用电话网络的优点是不用电话公司铺设本地线路，因为电话网的本地线路本身就已经铺设到局域网附近了。电话网络的传输速度（56Kpbs）是很多局域网互联放弃这个方案的重要原因。
ISDN网是利用原电话网的本地线路为用户服务的数字通讯网络，因此它与电话网一样具有不用专门铺设本地线路的优点。ISDN网提供的传输速度可以达到128Kbps，需要改造本地线路的宽带ISDN可以提供更高的传输速度（1.544Mbps）。
电话网和ISDN网的共同缺点是在局域网需要长时间在线连接的情况租用价格非常高。这对局域网互联的运行成本构成了压力。
我国在90年代中期由政府组织投资建设的ChinaPAC网、ChinaDDN网和ChinaFrame网为局域网互联提供了更为可行的解决方案。ChinaDDN网和ChinaFrame网能够提供更高的带宽和更便宜的运行成本，是银行、大型企业首选的公共服务网络。

9.1.2 调制解调器

调制解调器用于把数字信号调制成模拟信号发送，或将接收的模拟信号解调回数字信号。

图 9.2 调制解调器的功能

调制解调器在下列两种情况下需要使用：
在有限频宽的电缆中传输数字信号
频分多路复用
最典型的有限频宽的电缆是电话线电缆。电话线电缆的频带宽度是2MHz左右，有线电视电缆70MHZ。而目前的数字信号的频宽从8MHz到80MHz，均大于电话线电缆能够传输的频率。因此，直接将数字信号放到电话线电缆上是无法传输的。
为了在电话线电缆上传输数字信号，就需要使用调制解调器把电压表示的0、1数字信号，转换为用其它方式表示0、1的模拟信号。调制解调器可以用正弦波的频率、幅值和相位三种不同的方法来表现0、1信号。
调制解调器用正弦波的频率表示0、1信号时，发送端的调制解调器可以用一个频率（如1.5KHz）表示0，用另外一个频率（如2.5KHz）表示1。接收端的调制解调器根据信号的频率就能识别目前接收的是0还是1。而1.5KHz的正弦波信号和2.5KHz的都落在电话线电缆的频率响应范围内，数字信号就可以利用这种调频的正弦波就可以使用电话线电缆进行传输了。

图 9.3 信号调频

上述这样利用正弦波的频率变化来表示数字信号，而幅值不变的方法，称为调频。
利用正弦波信号的幅值也可以表现0、1数字信号，如图9.4所示。与调频不同，调幅时的调制解调器不改变正弦波信号的频率，而是改变自己的幅值，用较高和较低的幅值来表现0、1数字信号。

图 9.4 信号调幅

调相也是一种常用的信号调制方法。正弦波信号的相位同样也可以表现0、1数字信号。从图9.5可见，当正弦波信号自采样点开始首先由零向正方向变化称为正相位，表示数字0；那么正弦波信号自采样点开始首先由零向负方向变化则称为负相位，就可以区别表示数字0而表示为1。

图 9.5 信号调相

从图9.5可以有趣地发现，连续的1或连续的0在采样点的相位是保持不变的。因此有的教科书上解释调相调制解调器是用相位的突然改变来表示0到1的变化或1到0的变化。
使用正弦波，利用其频率、幅值和相位的变化来表示数字0、1信号，我们称这样用途的正弦波信号为载波信号。
只要载波信号的频率落在电话电缆的频带内，我们就可以利用载波信号来传输数字信号。
通讯术语中，二进制数字信号转换成模拟正弦波信号的过程称为调制，在接收端将模拟正弦波信号还原成二进制数字信号则称为解调。调制解调器是由调制和解调两个词复合而成的。
在电视电缆中传输数字信号也使用调制解调器，如现在流行的Cable Modem技术。我们已经知道，目前的数字信号的频宽都在几十MHz左右，而电视电缆的频宽都在550MHz以上，为什么还需要调制解调器呢？这是因为电视电缆除了传输数据以外，还需要传输多路电视节目信号。目前的电视电缆都采用频分多路复用技术来实现在一根电缆中传输多路节目信号，数据信号如果占用太大的带宽，就会影响电视电缆正常传输电视节目。由于数据信号只能使用电视电缆中的部分频带宽度（8MHz），因此依然要使用调制解调器。
电视电缆的数字传输中使用调制解调器，不仅为了降低数字信号所占用的频率宽度，而且也为了把数据信号调制到设定的频段上去。
租用公共数据网络构造广域网，通常需要使用调制解调器。这是因为从公共数据网络到用户端的这段距离，目前都是采用电缆连接的。这样的远距离传输的电缆，其频率宽度都是有限的，必须使用调制解调器来降低信号的带宽才能传输。

9.1.3 DTE设备与DCE设备

在广域网互联中，将各个局域网连接到公共数据网络上，通过公共数据网中的租用线路，就实现了局域网的互联。
局域网与公共数据网络的连接中，局域网的最外端设备通常是路由器，公共数据网络最外端通常是类似CSU/DSU、调制解调器这样的设备。我们称局域网的最外端设备为DTE（数据终端设备Data Terminal Equipment），称公共数据网络的最外端设备为DCE（数据通讯设备Data Communication Equipment）。

图 9.5 DTE设备和DCE设备

DTE设备和DCE设备都放置在用户端。
在与电话公司签订了线路租用合同后，电话公司会铺设自电话公司到用户端的本地线路电缆，并调通自DCE设备到电话公司网络的连接。事实上，广域网互联非常简单，我们只需要将自己的DTE设备与电话公司的DCE设备连接上，然后正确配置DTE（如路由器），就完成了连接的任务。

图 9.6 DTE与DCE的连接

图9.6中的CSU/DSU是用在用户与公共数据网使用数字信号传输的设备。如果这段距离使用模拟信号传输，DCE设备就需要用调制解调器。
路由器和调制解调器连接叫串口。
DTE设备与DCE设备使用串行连接。在我国，由路由器作为DTE来与DCE设备的连接多使用V.35标准，而不是使用我们熟悉的232标准（232标准是TIA/EIA发布的，CCITT也有相同的标准称为V.24）。

9.2 PPP协议

在以太网通讯中，广泛使用TCP（或UDP）、IP与IEEE 802三个协议联合完成寻址和通讯控制任务。IEEE 802是一个局域网的链路层工作协议，不能在广域网中使用。在使用诸如电话网、ISDN网这样的广域网连接中，需要在链路层使用另外的一个称为PPP的协议程序。
在如图9.2的点对点连接中，发送主机需要在链路层使用PPP协议程序来完成链路层的数据封装。控制数据往物理层发送移位寄存器上发送数据的工作，也由PPP协议程序来完成。在接收主机，链路层的工作也由PPP协议程序承担。
图9.7是使用电话网或ISDN网互联局域网的例子。在这里，发送主机的链路层仍然使用IEEE 802协议程序，因为主机直接连接的是以太网络。数据报到达路由器A后，路由器A将使用PPP封装数据报，继续将数据报转发到电话网或ISDN网的链路上。在接收方，路由器B也将使用PPP程序控制从移位寄存器中接收数据报。然后，路由器B将用IEEE 802程序重新封装数据帧，发送到自己的以太网中，交目标主机接收。

图9.7 使用电话网或ISDN网互联局域网

9.2.1 PPP协议的功能

PPP协议是一个链路层协议，工作在电话网、ISDN网这样的点对点通讯的连接上。PPP是Point-to-Point Protocol的缩写，称为点对点连接协议。
PPP协议因为工作在点对点的连接中，因此具有如下两个特点。
首先，点对点的连接不需要物理寻址。这是因为发送端发送出的数据报，经点对点连接链路，只会有一个接收端接收。在数据传输开始前，数据转发线路已经由电话信令信号沿电话网或ISDN网中的交换机建立起来了。开始传送数据后，电话网或ISDN网中的交换机不再需要根据报头中的链路层地址判断如何转发。在接收端，也不需要接收主机象以太网技术那样根据链路层地址辨别是否是发给自己的数据报。因此，PPP协议封装数据报时，不需要再在报头中封装链路层地址。
如图9.8所示的PPP报头中，虽然有地址字段，但是已经是个作废的字段，固定填写11111111。（这个字段是PPP协议继承其前身HDLC协议得到的，PPP协议虽然没有使用这个字段，但是还是在自己的报头中保留了下来。）

图 9.8 PPP报头格式

PPP协议的第二个特点是，点对点连接的线路两端只有两个终端节点，显然不再需要介质访问控制来避免介质使用冲突。
基于上述两个特点可见，虽然PPP协议是个链路层协议，但是它不再需要完成介质访问控制的工作，也不用象以太网需要MAC地址一样为数据报封装链路层地址。
这样，PPP协议程序的基本功能是在点对点通讯线路上取代IEEE802协议程序，完成控制数据从内存向物理层硬件（移位寄存器）的发送，和从物理层硬件接收数据的工作。

PPP协议除了控制数据的发送与接收的基本功能外，由扩大了许多功能，使之非常适合在点对点连接的线路上通讯。这些增强的功能是：连接的建立、线路质量测试、连接身份认证、上层协议磋商、数据压缩与加密等5个功能。

综上所述，PPP协议的功能归纳为：
连接的建立：通过来、回一对呼叫报文包，建立通讯连接。
线路质量测试：通过来、回一对或多对测试包，测试线路质量（延迟、丢包等）。
连接身份认证：通过来、回一对或多个认证包，让被呼叫方确认合法身份。
上层协议磋商：通过来、回一对或多对磋商包，磋商上层协议的类型。
控制数据的发送与接收：可选择数据压缩与加密
连接的拆除：通过来、回一对呼叫报文包，拆除通讯连接。
帧校验功能。
9.2.2 PPP协议的报文格式

如图9.8所示的PPP报文格式中：
标记Flag字段（长度：1字节）： 一个字节01111110的二进制序列，标明一帧数据的开始。
地址Address字段（长度：1字节）：PPP没有使用这个字段，放置一个固定的广播地址11111111。
控制Control字段（长度：1字节）：PPP也没有使用这个字段，放置一个固定数值 00000011。这个也是一个继承PPP前身HDLC协议的字段。在HDLC协议中使用这个字段来放置帧序号来完成出错重发任务，而PPP协议放弃了出错重发任务，把这个工作留给TCP协议去完成。HDLC协议中还使用这个字段来放置流量控制等控制码等信息。
上层协议Protocol类型字段（长度：2字节）： 这个字段用来指明网络层使用的是哪个协议。如0x8021代表上层协议是IP协议，0x802b代表上层协议是IPX协议，0xC023代表上层协议是身份认证PAP协议。
数据区（最大长度1500字节）：
报尾（长度：2字节）：放置帧校验结果。

9.2.3 PPP协议的子协议

我们知道，以太网的链路层协议IEEE 802是由两个子协议组成：IEEE 802.2和IEEE 802.3。其中IEEE 802.3程序完成链路层的主体工作，IEEE 802.2则承担IEEE 802.3程序与上层协议程序的接口任务。PPP协议也是这样，也由两个子协议组成：NCP和LCP。LCP子协议程序完成PPP的链路层主体工作，而NCP子协议程序则承担LCP程序与上层协议程序的接口任务。

图 9.9 PPP的NCP和LCP子协议

9.2.4 PPP协议的基本操作

PPP协议的基本操作分别在6个不同的周期内进行：

（周期1）链路建立周期：LCP程序发送“链路连接建立请求”包，向点对点连接的另一方请求建立连接。对方如果同意建立此连接，则回返一个“链路连接建立响应”包。在请求包应答包中，还携带了一些磋商参数， 如：最大报文长度、是否对数据压缩、是否对数据加密、是否进行连接质量检测、是否进行身份认证及使用哪种身份验证协议等。
（周期2）链路质量测试周期：LCP程序通过发送测试包给对方，待对方回送该测试包，以测试线路质量，如延迟时间、是否丢包等。（这是一个可选周期，在链路建立周期由双方磋商是否需要这个周期。）
（周期3）身份验证周期：这也是个可选的周期。如果在链路建立周期中双方磋商需要这个周期，则PPP协议调用身份验证协议程序PAP或CHAP，通过交换报文进行身份验证。如果身份验证失败，PPP的连接将失败。
（周期4）只有周期4调用的是NCP程序。其他的都是调用LCP程序。
上层协议磋商周期：在这个周期，由NCP程序构造上层协议磋商报文包，发送给对方。这个NCP磋商报文包中放置上层协议编码（如0x8021表示上层协议是IP协议），如果对方同意使用邀请使用的上层协议，将在磋商应答报文包中使用相同的上层协议编码。
（周期5）数据发送周期：完成了上述连接建立的工作后，就可以在这个周期内进行数据传输了。这个周期可以持续几分钟，直至几个小时。其间，LCP程序可以发送“link-maintenance”报文来调整双方的配置，或维持连接。如果在第一个周期中双方磋商对数据进行压缩，以减少数据传送量，则LCP程序会对待发送的数据进行压缩后再发送。通常的压缩协议是Stacker和Predictor。
（周期6）连接拆除周期：通讯结束后，任何一方的LCP程序都可以使用“连接拆除”报文来终止双方的链接。如果在数据发送周期里线路上长时间没有流量，LCP程序就会认为对方异常终止，便会自行关闭连接，并通知网络层，以便使其做出相应反应。由此可见，如果是正常情况下在数据发送周期暂时没有数据发送，就必须发送“Keep Alive”报文包，以避免对方自行拆除连接。“Keep Alive”报文包是由LCP程序生成并发送的。

在上述各个周期里，点对点连接的双方很容易从PPP报头的协议字段分清数据报的类型，如0xC021指明数据报是链路层控制协议（LCP）报文。0xC023指明是Password Authentication Protocol密码认证协议报文。0xC025指明数据报是Link Quality Report链路品质报告报文。0xC223是Challenge Handshake Authentication Protocol挑战-认证握手协议报文。而0x8021则是真正传送的数据（IP报）。

9.3 综合业务服务网ISDN

九十年代末，综合业务数字网ISDN在我国引起了广泛的注意。在电话公司的局间电话网络实现了数字通讯后，ISDN技术旨在在电话局与用户端之间的信息交换也实现传输数字化，而不需更换原电话线缆。ISDN不仅使语音通话实现了数字化，而且使电话线传输数字信号的Modem方式的56Kbps数据传输速率得到大大的提高。BRI ISDN可以提供144Kbps的传输速度，PRI ISDN的传输速度可达到1.544Mbps或2.048Mbps。

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书名：计算机网络（第5版）

作者：Andrew S. Tanenbaum

译者：严伟

豆瓣评分：9.0

出版社：清华大学出版社

出版年份：2012-3-1

页数：739

内容简介：

本书是国内外使用最广泛、最权威的计算机网络经典教材。全书按照网络协议模型自下而上（物理层、数据链路层、介质访问控制层、网络层、传输层和应用层）有系统地介绍了计算机网络的基本原理，并结合Internet给出了大量的协议实例。在讲述网络各层次内容的同时，还与时俱进地引入了最新的网络技术，包括无线网络、3G蜂窝网络、RFID与传感器网络、内容分发与P2P网络、流媒体传输与IP语音，以及延迟容忍网络等。另外，本书针对当前网络应用中日益突出的安全问题，用了一整章的篇幅对计算机网络的安全性进行了深入讨论，而且把相关内容与最新网络技术结合起来阐述。

本书的适用对象非常广泛。由于本书的重点立足于计算机网络的基本原理，同时兼顾了Internet体系结构与TCP/IP协议等内容，因此对于学习计算机网络课程的本科生和研究生，本书都是绝佳的教材或教学参考书。本书每章后面给出了大量练习题，有助于教师根据教学目的酌情安排课后练习。此外，本书对于从事网络相关技术研究和网络应用开发的广大科研工作者也具有重要的参考价值。

作者简介：

Andrew S．Tanenbaum获得过美国麻省理工学院的理学学士学位和加利福尼亚大学伯克利分校的哲学博士学位，目前是荷兰阿姆斯特丹Vrije大学的计算机科学系的教授，并领导着一个计算机系统的研究小组。同时，他还是一家计算与图象处理学院的院长，这是由几家大学合作成立的研究生院。尽管社会工作很多，但他并没有中断学术研究。多年来，他在编译技术、操作系统、网络及局域分布式系统方面进行了大量的研究工作。目前的主要研究方向是设计规模达数百万用户的广域分布式系统。在进行这些研究项目的基础上，他在各种学术杂志及会议上发表了70多篇论文。他同时还是5本计算机专着的作者。

Tanenbaum教授还开发了大量的软件。他是Amsterdan编译器的原理设计师，这是一个被广泛使用的；用来编写可移植编译器的工具箱。他领导编写的MINIX，是一个用于操作系统教学的类UNIX(的小型操作系统。他和他的博士研究生及其他编程人员一道设计的Amoeba分布式操作系统，是一个高性能的微内核分布式操作系统。目前，可在因特网上免费得到MLNIX及Amoeba，用于教学和研究。

他的一些博士研究生，在获得学位后继续进行研究，并取得了更大的成就，赢得了社会的赞誉，对此他深感自豪。人们称他为桃李满天下的教育家。

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书名：计算机网络

作者：谢希仁

豆瓣评分：7.9

出版社：电子工业出版社

出版年份：2008-1

页数：402

内容简介：

《计算机网络(第5版)》自1989年首次出版以来，于1994年、1999年和2003年分别出了修订版。2006年8月本教材通过了教育部的评审，被纳入普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《计算机网络》的第5版，在内容和结构方面都有了很大的修改。

全书分为10章，比较全面系统地介绍了计算机网络的发展和原理体系结构、物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层、网络安全、因特网上的音频/视频服务、无线网络和下一代因特网等内容。各章均附有练习题。此外，附录A给出了部分习题的答案和提示。随书配套的光盘中，有全书课件和作者教学中经常遇到的150多个问题及解答，计算机网络最基本概念的演示（PowerPoint文件），以及《计算机网络(第5版)》引用的全部RFC文档等，供读者参阅。

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本课程在全面讲述计算机网络与通信基本知识的基础上，考虑到现今Internet的普及，放弃大部分书籍以ISO/OSI来讲解计算机通信与网络基本原理的做法，而采用以Internet的TCP/IP体系结构来介绍计算机通信与网络的基本原理，同时还对ATM、帧中继、xDSL、千兆以太网、IP组播技术、无线局域网等比较新的技术进行了介绍。为了使学生更好的理解网络的基本概念并加强学生的动手能力，本课程还增加了IP地址、掩码(MASK)、变长掩码(VLSM)、无类别域间路由选择(CIDR)和网络互联的基本概念，并通过实验使学生掌握配置和使用交换机、路由器。本课程的知识体系由ISO/OSI体系结构、X.25公用数据网、ATM、帧中继、TCP/IP协议簇、局域网和网络互联七部分组成。

计算机网络的专业目标是：使学生能够在已有的计算机基础知识、计算机系统结构和计算机原理等基础上，系统地掌握数据通信和计算机网络与通信的基本概念和基本原理，理解ISO OSI/RM和TCP/IP体系结构的有关理论、计算机通信与网络的主要协议的操作原理和有关标准、IEEE局域网标准及其应用、IPv4、IPv6和网络互联的原理，尤其是TCP/IP协议簇和IEEE 802标准的掌握，并培养实际动手能力，能充分运用并掌握科学的现代化网络管理方法和手段，为今后能够迅速地适应社会各方面管理工作的需要服务，为Internet开发与管理和局域网的组建、规划和管理打下良好基础，从而为社会培养高素质的现代化信息管理人材。

知识模块顺序及对应的学时

本课程内容包括：Computer Networks and the Internet；Application Layer；Transport Layer；The Network Layer；The Link Layer and Local Area Networks；Security in Computer Networks；Network Management.

1.Computer Networks and the Internet：协议、网络边缘、网络核心、网络延迟和丢失等术语，熟悉物理介质、协议分层及其服务模型。

2.Application Layer：HTTP、FTP、SMTP、POP3和DNS.

3.Transport Layer：TCP、UDP，可靠传输、流量控制、拥塞控制等原理。

4.The Network Layer：路由选择算法，因特网的路由选择协议，IP、IPv4、IPv6.

5.The Link Layer and Local Area Networks：数据链路层服务原理和操作原理，差错检测和纠错技术，多路访问技术，链路层寻址，通过集线器、网桥和交换机进行的局域网构造。

6.Security in Computer Networks：安全通信的不同原理，加密/解密数据的密码技术，对称密钥密码学和公共密钥密码学，身份认证协议。

7.Network Management：网络管理的含义，网络管理的功能以及SNMP协议。

课程的重点、难点及解决办法

1.本课程的重点、难点集中体现在以下几个方面：

(1)掌握协议、交换、数据报、虚电路、协议栈等网络基本概念。

(2)了解和掌握应用层HTTP、SMTP、DNS、FTP等协议的原理和过程。

(3)了解和掌握传输层的可靠传输的原理以及UDP、TCP协议。

(4)了解和掌握层次性网络概念、路由算法、IP协议、IPV6、路由器基本原理。

(5)了解和掌握多路访问控制协议、ARP协议以及Hub、路由器、网桥等网络互连设备。

(6)了解对称密钥、公开密钥、数字签名、认证、安全电子邮件、防火墙等计算机网络安全等知识。

(7)掌握简单网络编程技术，能够编制简单的网络协议，实现简单网络应用。

实践教学的设计思想与效果

计算机网络与通信是实践性很强的课程，要求学生不仅要有良好的理论知识，同时又要具有一定的动手能力，因此实验课程是必不可少的教学环节。在努力提高课堂教学质量的同时，加强实验教学。通过充分考虑先修课及后续课的实验内容，避免有些实验内容在不同课程中重复出现的情况。

根据本课程的课时安排，课内实验分为基于Socket的网络通信和对网络数据报的监测与分析，使学生能够根据所学的知识，初步掌握网络设备的基本使用方法，能够组建简单的广域网，进而组建较大规模的广域网。

实验课程在最终考核时调整了成绩评定机制，实验课的成绩占10%，引起学生们的高度重视。通过实验实践内容的训练，突出构造性思维训练的特征，开设多次专题讲座，启迪学生拓宽专业基础面，有助于提高学生动手能力和软件设计能力。

实践(验)课程内容

(1)网络编程：实现基于Socket的网络通信程序(含客户端和服务器端)；

(2)网络数据报综合分析软件设计与实现：要求学生从相应的端口截获不同层的数据报进行分析，更高的要求是对这些不同类型的报文进行分门别类统计，甚至可以实现可视化的展示等功能。

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