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本書(shū)圍繞因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)詳細(xì)介紹了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)思想、運(yùn)行機(jī)制及仿真分析方法。首先詳細(xì)介紹了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析及仿真工具的建模步驟和使用方法，然后圍繞因特網(wǎng)中基礎(chǔ)、使用較多、**代表性的協(xié)議展開(kāi)分析，包括數(shù)據(jù)鏈路層的PPP、以太網(wǎng)和IEEE 802.11等協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)層用于分組傳遞的IP、ARP、ICMP、NDP、PMTU等協(xié)議和用于路由管理的RIP2、OSPF2和BGP4等協(xié)議，傳輸層的UDP和TCP協(xié)議，以及DNS、DHCP、FTP、SMTP、POP3和HTTP等經(jīng)典的應(yīng)用服務(wù)協(xié)議和SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，后介紹了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)和形式化描述的一般原則和方法。本書(shū)所有的案例都基于GNS3、Wireshark和NS3等開(kāi)源工具，而且對(duì)涉及的每一種協(xié)議都詳細(xì)給出了其特定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建模和分析方法，使讀者在學(xué)習(xí)時(shí)可以方便地復(fù)現(xiàn)。本書(shū)主要用作網(wǎng)絡(luò)工程、信息安全、數(shù)據(jù)科學(xué)和物聯(lián)網(wǎng)等專(zhuān)業(yè)的本科生課程教學(xué)，也可供通信或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的研究生課程教學(xué)使用。此外，本書(shū)不僅是廣大網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)領(lǐng)域工程技術(shù)研究人員的參考工具書(shū)，對(duì)從事互聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的讀者也有很高的參考價(jià)值。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)社會(huì)的信息化程度不斷升級(jí)。信息技術(shù)的高度應(yīng)用與信息資源的高度共享，為工業(yè)、經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)社會(huì)向更高層次發(fā)展提供了良好的環(huán)境支撐。信息成為社會(huì)活動(dòng)的戰(zhàn)略資源和重要財(cái)富，信息技術(shù)成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的主導(dǎo)技術(shù)，信息技術(shù)人員成為領(lǐng)導(dǎo)社會(huì)變革的中堅(jiān)力量。充分利用信息技術(shù)，開(kāi)發(fā)利用信息資源，促進(jìn)信息交流和知識(shí)共享，提高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)質(zhì)量，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展轉(zhuǎn)型成為我國(guó)新時(shí)期國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略的主要目標(biāo)。以因特網(wǎng)為核心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在信息化進(jìn)程中扮演著非常重要的角色，培養(yǎng)掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的高水平人才是高等學(xué)校責(zé)無(wú)旁貸的任務(wù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也成為國(guó)內(nèi)外各個(gè)高校不同專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案中的主要課程。
國(guó)內(nèi)講述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的教材非常豐富，這些教材從理論角度很好地解釋了各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)思想、工作原理及其所解決的問(wèn)題，但是原理解釋太過(guò)抽象，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)領(lǐng)會(huì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的精髓。為此，有少量教材試圖通過(guò)分析偽代碼達(dá)到對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的深層次解釋?zhuān)珜?duì)讀者的算法和程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)有較高要求。筆者通過(guò)長(zhǎng)期的教學(xué)和科研實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵在于理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和運(yùn)行過(guò)程。為了使廣大計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)學(xué)習(xí)者能夠快速、低成本地對(duì)因特網(wǎng)核心協(xié)議有更加深入的理解，對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議認(rèn)識(shí)完成從抽象到具象的轉(zhuǎn)變，筆者在對(duì)西安郵電大學(xué)課程建設(shè)項(xiàng)目成果總結(jié)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)了本書(shū)。
本書(shū)在內(nèi)容選取和編排上充分考慮了學(xué)習(xí)的遞進(jìn)性和應(yīng)用的廣泛性。在內(nèi)容上，考慮到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性和多變性，選取了因特網(wǎng)中基礎(chǔ)、使用較多、代表性的協(xié)議，采用理論和實(shí)踐相結(jié)合的形式進(jìn)行描述。在編排上，由淺入深按照3個(gè)層次遞進(jìn)展開(kāi): ①學(xué)習(xí)仿真和分析工具，掌握網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建模和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分析及性能測(cè)試方法； ②自底向上進(jìn)行因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建，使用協(xié)議分析工具完成對(duì)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的捕獲、（統(tǒng)計(jì)）分析及協(xié)議流的跟蹤； ③學(xué)習(xí)協(xié)議設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則和一般方法。
全書(shū)共10章，第1章對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、典型的參考模型及因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行概述;第2章對(duì)本書(shū)用到的3款工具（GNS3、Wireshark和NS3）的安裝和使用方法進(jìn)行詳細(xì)講解，目的是讓讀者對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議概念及仿真分析方法有初步了解，以利于后續(xù)章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)；第3～8章圍繞因特網(wǎng)核心協(xié)議展開(kāi)，首先參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各層協(xié)議內(nèi)容進(jìn)行解釋?zhuān)缓蟛捎霉ぞ咧饘訕?gòu)建模擬網(wǎng)絡(luò)，并演示和講解協(xié)議運(yùn)行的細(xì)節(jié)。具體包括數(shù)據(jù)鏈路層的PPP、以太網(wǎng)和IEEE 802.11等協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)層用于分組傳遞的IP、ARP、ICMP、NDP、PMTU等協(xié)議和用于路由管理的RIP2、OSPF2和BGP4等協(xié)議，傳輸層的UDP和TCP協(xié)議，以及DNS、DHCP、FTP、SMTP、POP3和HTTP等經(jīng)典的應(yīng)用服務(wù)協(xié)議和SNMP網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議；第9章簡(jiǎn)單介紹網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、基本方法及差錯(cuò)和流量控制設(shè)計(jì)；第10章簡(jiǎn)單介紹使用有限狀態(tài)機(jī)、Petri網(wǎng)和SDL語(yǔ)言進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形式化描述的一般方法。
本書(shū)的建議講授課時(shí)為32～48學(xué)時(shí)，并建議在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)或原理課程學(xué)習(xí)完成后進(jìn)行，也可以根據(jù)需要直接設(shè)課。本書(shū)對(duì)于理論課或集中實(shí)踐課都是適合的教材。
本書(shū)根據(jù)編者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫(xiě)，其的特色在于選擇了開(kāi)源軟件作為搭建模擬環(huán)境平臺(tái)的工具，使讀者不用擔(dān)心工具軟件的獲取和版權(quán)問(wèn)題。此外，教材中的所有案例都由編者親自設(shè)計(jì)并完成測(cè)試，不用擔(dān)心實(shí)驗(yàn)的可復(fù)現(xiàn)問(wèn)題。為方便采用本書(shū)教學(xué)，編者還制作了PPT和微課視頻，建立了測(cè)試題庫(kù)，讀者可以在清華大學(xué)出版社官網(wǎng)搜索下載。此外，編者還在超星學(xué)習(xí)通平臺(tái)建立了教學(xué)示范包，可以聯(lián)系作者索取使用。
參與本書(shū)編寫(xiě)的有西安郵電大學(xué)的謝曉燕、孫韓林、李剛和王曉梅4位老師，其中謝曉燕編寫(xiě)第1章，孫韓林編寫(xiě)第2、4和5章，李剛編寫(xiě)第6、8、9和10章，王曉梅編寫(xiě)第3、7章，全書(shū)由謝曉燕和李剛統(tǒng)稿。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)飛速發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在工業(yè)界也有不同的解釋方法。由于編者水平有限，書(shū)中可能存在欠妥或不足之處，懇請(qǐng)各位專(zhuān)家和讀者批評(píng)指正。我們將在吸取大家的意見(jiàn)和建議的基礎(chǔ)上，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候進(jìn)行修訂和補(bǔ)充。

編者2021年3月

第1章網(wǎng)絡(luò)協(xié)議概述/1
1.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)1
1.1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2
1.1.2分層的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2
1.1.3服務(wù)與協(xié)議的關(guān)系4
1.1.4網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)6
1.2OSI/RM參考模型7
1.3因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)9
1.4因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)12
第2章網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析/15
2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析概述15
2.2GNS3簡(jiǎn)介16
2.2.1GNS3安裝16
2.2.2GNS3的簡(jiǎn)單使用16
2.3Wireshark簡(jiǎn)介26
2.3.1分組嗅探器的工作原理26
2.3.2GNS3中Wireshark的使用27
2.3.3過(guò)濾器28
2.4NS3簡(jiǎn)介35
2.4.1NS3網(wǎng)絡(luò)模型35
2.4.2NS3安裝36
2.4.3NS3網(wǎng)絡(luò)模擬過(guò)程39
2.4.4日志系統(tǒng)和追蹤系統(tǒng)43
第3章數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議/47
3.1數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議概述47
3.2PPP協(xié)議分析48
3.2.1PPP協(xié)議概述48
3.2.2PPP協(xié)議分析61
3.2.3PPP協(xié)議仿真72
3.3以太網(wǎng)協(xié)議分析77
3.3.1以太網(wǎng)概述77
3.3.2以太網(wǎng)協(xié)議分析81
3.3.3以太網(wǎng)協(xié)議仿真83
3.4IEEE 802.11協(xié)議分析88
3.4.1IEEE 802.11協(xié)議概述88
3.4.2IEEE 802.11仿真94
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、設(shè)計(jì)與仿真目錄第4章IP層協(xié)議/102
4.1IP層協(xié)議概述102
4.1.1IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的地位和作用102
4.1.2IPv4協(xié)議102
4.1.3IPv6協(xié)議103
4.2IPv4協(xié)議分析103
4.2.1IPv4地址結(jié)構(gòu)103
4.2.2IPv4分組格式105
4.2.3IPv4協(xié)議分析110
4.2.4IPv4協(xié)議模擬117
4.3IPv6協(xié)議分析121
4.3.1IPv6地址結(jié)構(gòu)121
4.3.2IPv6分組格式125
4.3.3IPv6協(xié)議分析131
4.3.4IPv6協(xié)議模擬134
4.4ARP協(xié)議分析140
4.4.1ARP協(xié)議概述140
4.4.2ARP協(xié)議分析142
4.4.3ARP協(xié)議模擬144
4.5ICMP協(xié)議分析147
4.5.1ICMPv4協(xié)議147
4.5.2ICMPv6協(xié)議150
4.5.3IPv6鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議153
4.5.4IPv6路徑MTU發(fā)現(xiàn)協(xié)議162
4.5.5ICMPv4協(xié)議分析163
4.5.6ICMPv6協(xié)議分析169
4.5.7ICMPv4協(xié)議模擬173
4.5.8ICMPv6協(xié)議模擬176
第5章IP路由協(xié)議/182
5.1路由協(xié)議概述182
5.1.1IP路由原理及路由表182
5.1.2IP路由協(xié)議分類(lèi)182
5.2RIP協(xié)議分析183
5.2.1RIP基本工作原理184
5.2.2距離向量算法184
5.2.3RIP協(xié)議的改進(jìn)185
5.2.4RIP2報(bào)文格式187
5.2.5RIP2協(xié)議分析189
5.3OSPF協(xié)議分析192
5.3.1鏈路狀態(tài)選路算法192
5.3.2OSPF協(xié)議工作原理193
5.3.3OSPF2協(xié)議報(bào)文格式199
5.3.4OSPF2協(xié)議分析208
5.4BGP協(xié)議分析228
5.4.1BGP協(xié)議工作原理228
5.4.2BGP4報(bào)文格式229
5.4.3BGP協(xié)議分析234
第6章傳輸層協(xié)議/242
6.1傳輸層協(xié)議概述242
6.1.1傳輸層的地位和作用242
6.1.2傳輸層的兩個(gè)主要協(xié)議243
6.1.3端口243
6.1.4多路復(fù)用和多路分解244
6.2UDP協(xié)議分析244
6.2.1UDP協(xié)議概述244
6.2.2UDP協(xié)議分析246
6.2.3UDP協(xié)議仿真249
6.3TCP協(xié)議分析254
6.3.1TCP協(xié)議概述254
6.3.2TCP協(xié)議分析262
6.3.3TCP協(xié)議仿真266
第7章應(yīng)用層協(xié)議/283
7.1因特網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)283
7.2DNS系統(tǒng)協(xié)議分析284
7.2.1DNS系統(tǒng)組成及工作過(guò)程284
7.2.2DNS協(xié)議分析292
7.3DHCP系統(tǒng)協(xié)議分析294
7.3.1DHCP系統(tǒng)組成及工作過(guò)程294
7.3.2DHCP協(xié)議分析301
7.4FTP系統(tǒng)協(xié)議分析305
7.4.1FTP系統(tǒng)組成及工作過(guò)程305
7.4.2FTP協(xié)議分析310
7.5郵件系統(tǒng)協(xié)議分析313
7.5.1郵件系統(tǒng)組成及工作過(guò)程314
7.5.2SMTP協(xié)議分析328
7.5.3POP3協(xié)議分析331
7.6WWW系統(tǒng)協(xié)議分析334
7.6.1WWW系統(tǒng)組成及工作過(guò)程335
7.6.2HTTP協(xié)議分析341
第8章網(wǎng)絡(luò)管理SNMP協(xié)議/344
8.1網(wǎng)絡(luò)管理概述344
8.2SNMP體系結(jié)構(gòu)345
8.2.1網(wǎng)絡(luò)管理者和被管網(wǎng)絡(luò)實(shí)體346
8.2.2SNMP管理組件346
8.3SMI347
8.3.1管理對(duì)象命名規(guī)則348
8.3.2管理對(duì)象的數(shù)據(jù)類(lèi)型348
8.3.3編碼方法350
8.4MIB352
8.4.1MIB概述352
8.4.2MIB變量的訪問(wèn)355
8.4.3字典式排序357
8.5SNMP358
8.5.1PDU概述358
8.5.2PDU格式362
8.5.3SNMP報(bào)文格式365
8.5.4SNMP端口367
8.5.5SNMP安全策略369
8.6SNMP協(xié)議分析369
8.6.1總體思路369
8.6.2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境搭建369
8.6.3數(shù)據(jù)捕獲371
第9章網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)技術(shù)/374
9.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容374
9.1.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的通信環(huán)境374
9.1.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供的服務(wù)376
9.1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能377
9.1.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議元素380
9.1.5網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組織382
9.1.6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議文本383
9.2網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的基本方法383
9.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)原則383
9.2.2分層次的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)384
9.2.3自頂向下的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)385
9.2.4自底向上的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)385
9.3差錯(cuò)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)386
9.3.1差錯(cuò)類(lèi)型386
9.3.2差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)387
9.3.3差錯(cuò)控制技術(shù)391
9.3.4差錯(cuò)控制的網(wǎng)絡(luò)層次393
9.4流量控制技術(shù)的設(shè)計(jì)394
9.4.1Xon/Xoff協(xié)議395
9.4.2滑動(dòng)窗口協(xié)議395
第10章網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形式化描述技術(shù)/397
10.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形式化描述的基本概念397
10.2有限狀態(tài)機(jī)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形式化描述398
10.2.1有限狀態(tài)機(jī)的基本概念398
10.2.2有限狀態(tài)機(jī)的簡(jiǎn)化400
10.2.3有限狀態(tài)機(jī)的合并401
10.2.4擴(kuò)展的有限狀態(tài)機(jī)（EFSM）403
10.3Petri網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形式化描述404
10.3.1Petri網(wǎng)的基本概念404
10.3.2Petri網(wǎng)的擴(kuò)充407
10.3.3Petri網(wǎng)的性質(zhì)408
10.3.4Petri網(wǎng)在協(xié)議描述中的應(yīng)用410
10.4SDL語(yǔ)言與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議形式化描述411
10.4.1SDL語(yǔ)言概述411
10.4.2SDL的結(jié)構(gòu)413
10.4.3SDL的進(jìn)程行為415
10.4.4SDL的通信機(jī)制415
10.4.5SDL的數(shù)據(jù)416
10.4.6SDL在協(xié)議描述中的應(yīng)用420
參考文獻(xiàn)/424

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