计算机网络简明教程 pdf下载

随着信息时代的到来，掌握计算机网络的基础知识和基本原理，能够熟练使用计算机网络已成为当代大学生、甚至公民的一项基本素养。无论是计算机科学与技术、网络工程、信息安全等专业，还是其他电气信息类非计算机专业，计算机网络已成为学生B修的一门重要课程。本书从方便读者学习的角度出发，遵循网络用户的使用习惯以及读者的思维习惯，结合Internet和以太网技术，基于网络体系结构的层次模型，采用自顶向下的方法，按照数据发送时的信息流向，从应用层、传输层到物理层，深入剖析和讲解计算机网络的原理和实现技术，为读者建立一个完整的网络通信和信息共享模型。*后，本书还介绍了计算机网络安全与管理、高性能集群计算、网格计算、云计算、移动计算、普适计算等网络计算新模式，以及主动网、自组网、无线传感器网络等新型网络。 本书理论方法与实现技术并重，内容简明精练，重点突出，结构清晰，逻辑性强，语言叙述流畅，易于阅读和理解； 主要章节后均附有大量习题，有助于学生巩固理论知识。本书面向应用型本科院校，可以作为计算机科学与技术等电气信息类专业的本科生和研究生教材，也可作为广大网络爱好者自学的参考书。


《计算机网络简明教程》作者遵循典型网络技术的发展脉络、结合多年的教学经验进行组织，并进行适当精简和筛选，力求简明、精炼，希望能够方便读者的学习和对相关知识的掌握。 

目录 DY篇计算机网络与数据通信技术基础 DY章计算机网络概述 1.1计算机网络的产生与发展 1.2计算机网络的定义与功能 1.3计算机网络的组成与分类

目录

 

 

 

 

DY篇计算机网络与数据通信技术基础

 

DY章计算机网络概述

 

1.1计算机网络的产生与发展

 

1.2计算机网络的定义与功能

 

1.3计算机网络的组成与分类

 

1.3.1计算机网络的组成

 

1.3.2计算机网络的拓扑结构

 

1.3.3计算机网络的分类

 

1.4计算机网络协议与体系结构

 

1.4.1网络协议

 

1.4.2网络体系结构

 

1.4.3层次网络体系结构模型下数据的发送和接收过程

 

1.5典型的网络体系结构

 

1.5.1开放式系统互联参考模型

 

1.5.2Internet体系结构

 

1.6常用的网络设备

 

1.7计算机网络中的一些重要概念

 

1.7.1IP地址和物理地址

 

1.7.2计算机网络的服务类型

 

1.7.3计算机网络的主要性能指标

 

1.7.4计算机网络中数据分组的传输方式

 

1.8网络操作系统

 

1.9典型的计算机网络

 

1.10计算机网络在中国的发展

 

1.11计算机网络的应用

 

习题

 

第2章数据通信技术基础

 

2.1数据通信的基本概念

 

2.2传输介质

 

2.2.1有线传输介质

 

2.2.2无线传输介质

 

2.3信道及其复用

 

2.3.1信道

 

2.3.2信道复用

 

2.4数据传输方式

 

2.5信道的性能指标

 

2.6信息编码与数字信号编码

 

2.7调制技术与远程传输

 

习题

 

第2篇Internet与TCP/IP

 

第3章应用层

 

3.1概述

 

3.2域名和域名解析

 

3.2.1域名及域名的组成结构

 

3.2.2域名解析

 

3.3远程终端协议

 

3.4文件传输协议

 

3.4.1FTP的工作原理

 

3.4.2FTP的命令和响应

 

3.4.3FTP的使用

 

3.4.4简单文件传输协议

 

3.5电子邮件服务

 

3.5.1电子邮件系统的组成及工作过程

 

3.5.2SMTP

 

3.5.3POP3

 

3.5.4电子邮件协议的扩充

 

3.6WWW服务

 

3.6.1WWW服务的工作原理

 

3.6.2超文本标记语言

 

3.6.3统一资源定位符

 

3.6.4HTTP

 

3.7动态主机配置协议

 

3.8其他Internet服务

 

习题

 

第4章传输层

 

4.1TCP/IP的传输层

 

4.2TCP

 

4.2.1TCP报文段的格式

 

4.2.2TCP的复用和分用

 

4.2.3报文段的顺序控制

 

4.2.4报文段的可靠性控制

 

4.2.5流量控制与拥塞控制

 

4.2.6TCP的连接管理

 

4.3用户数据报协议

 

4.3.1概述

 

4.3.2用户数据报的首部

 

4.3.3UDP的应用

 

习题

 

第5章网络层与网络互联

 

5.1路由器

 

5.2因特网的网络层

 

5.3IP

 

5.3.1IP地址

 

5.3.2IP数据报

 

5.3.3IP数据报的分片与重组

 

5.3.4IP数据报的转发

 

5.3.5地址解析与逆向地址解析

 

5.4路由选择协议

 

5.4.1路由选择算法

 

5.4.2路由选择协议

 

5.5网络地址转换

 

5.6因特网控制报文协议

 

5.7因特网组管理协议

 

5.8下一代网际协议IPv6

 

习题

 

第3篇物理网络与因特网接入

 

第6章数据链路层

 

6.1引言

 

6.2流量控制

 

6.2.1停止等待协议

 

6.2.2连续ARQ协议

 

6.3差错控制

 

6.3.1奇偶校验

 

6.3.2校验和

 

6.3.3循环冗余校验

 

6.4高级数据链路控制DHLC协议

 

6.4.1概述

 

6.4.2HDLC的帧结构

 

6.4.3HDLC的信息交换过程

 

6.5SLIP/PPP

 

6.5.1SLIP

 

6.5.2PPP

 

习题

 

第7章物理层

 

7.1物理层的基本概念

 

7.2典型的物理层协议

 

习题

 

第8章局域网

 

8.1局域网概述

 

8.2传统以太网

 

8.2.1逻辑链路控制层

 

8.2.2介质访问控制层

 

8.2.3以太网的介质访问控制方式

 

8.2.4传统以太网的物理层

 

8.2.5传统以太网的连接方法

 

8.3全双工以太网

 

8.4高速以太网

 

8.4.1100BaseT以太网

 

8.4.2千兆以太网

 

8.4.3万兆以太网

 

8.5其他高速局域网

 

8.6局域网中的网络连接设备

 

8.6.1中继器

 

8.6.2集线器

 

8.6.3网桥

 

8.6.4以太网交换机

 

8.7虚拟局域网

 

8.7.1虚拟局域网的概念

 

8.7.2VLAN的标准及帧格式

 

8.7.3VLAN的划分方法

 

8.7.4VLAN交换机及应用

 

8.8无线局域网

 

8.8.1无线局域网的组成与分类

 

8.8.2无线局域网的体系结构

 

习题

 

第9章广域网

 

9.1广域网概述

 

9.2广域网的组成及数据交换技术

 

9.3广域网中的物理地址与分组转发

 

9.4广域网中的拥塞控制

 

9.5X.25网

 

9.5.1X.25网概述

 

9.5.2X.25网络协议

 

9.5.3X.25网的接入

 

9.5.4X.25网的特点及应用

 

9.6帧中继

 

9.6.1帧中继的概念及特点

 

9.6.2帧中继的协议层次及帧格式

 

9.6.3帧中继的工作过程

 

9.6.4帧中继的拥塞控制

 

9.6.5帧中继网的接入

 

9.6.6帧中继的应用

 

9.7ISDN

 

9.7.1ISDN的定义与特点

 

9.7.2ISDN协议和基本结构

 

9.7.3ISDN的接入

 

9.7.4ISDN的应用

 

9.8异步传输模式

 

9.8.1ATM的基本概念及特点

 

9.8.2ATM的工作原理

 

9.8.3ATM的协议参考模型和信元结构

 

9.8.4ATM的流量控制与拥塞控制

 

9.8.5ATM设备及接入

 

9.8.6ATM的应用

 

习题

 

DY0章Internet接入技术

 

10.1概述

 

10.2双绞线接入

 

10.2.1通过普通电话拨号接入

 

10.2.2通过ISDN接入

 

10.2.3通过ADSL接入

 

10.3DDN接入

 

10.4HFC接入

 

10.5光纤接入

 

10.6无线接入

 

习题

 

第4篇计算机网络安全与管理

 

DY1章网络管理

 

11.1网络管理的功能

 

11.2简单网络管理协议

 

11.2.1SNMP的产生与发展

 

11.2.2SNMP的组成及网络管理模型

 

11.3远程网络监控

 

11.4常用的网络管理系统

 

习题

 

DY2章网络与信息安全

 

12.1概述

 

12.2网络的脆弱性及安全威胁

 

12.2.1网络的脆弱性

 

12.2.2网络的安全威胁

 

12.3网络攻击与攻击过程

 

12.3.1网络攻击

 

12.3.2网络攻击过程

 

12.4网络安全的基本功能和网络安全技术

 

12.5密码学与数据加密

 

12.5.1对称密钥密码体制

 

12.5.2非对称密钥密码体制

 

12.5.3混合密码体制

 

12.5.4常见的密码算法

 

12.5.5新兴的密码技术

 

12.6消息认证与数字签名

 

12.6.1消息认证

 

12.6.2数字签名

 

12.7信息隐藏技术

 

12.8公开密钥基础设施

 

12.8.1数字证书

 

12.8.2PKI的组成及功能

 

12.9安全通信协议

 

12.9.1IP安全协议(IPSec)

 

12.9.2安全套接层协议

 

12.9.3安全外壳协议

 

12.10虚拟专用网

 

12.10.1虚拟专用网概述

 

12.10.2隧道协议

 

12.11防火墙技术

 

12.11.1防火墙技术概述

 

12.11.2防火墙的功能及分类

 

12.11.3防火墙的体系结构

 

12.11.4防火墙的发展趋势

 

12.12网络入侵检测技术

 

12.12.1入侵检测及入侵检测系统

 

12.12.2入侵检测系统的组成及功能

 

12.12.3入侵检测系统的分类

 

12.12.4典型的入侵检测系统

 

12.13入侵防御系统

 

习题

 

第5篇网 络 计 算

 

DY3章高性能集群计算

 

13.1集群系统及其体系结构

 

13.2集群系统的分类

 

13.3集群系统中的关键技术

 

13.4集群系统的应用

 

习题

 

DY4章网格计算

 

14.1网格的基本特征和内涵

 

14.2网格的分类

 

14.3网格的体系结构

 

14.4网格系统的层次划分

 

14.5网格计算中的关键技术

 

14.6网格计算的应用

 

习题

 

DY5章云计算

 

15.1云计算的概念和特点

 

15.2云计算系统的组成和体系结构

 

15.3云计算的关键技术

 

15.4云计算的主要服务形式

 

15.5典型的云计算平台

 

习题

 

DY6章移动计算

 

16.1移动计算环境的组成及特点

 

16.2移动计算中的关键技术

 

16.3移动计算的应用

 

习题

 

DY7章普适计算

 

17.1普适计算的产生、组成及特点

 

17.2普适计算中的关键技术

 

17.3普适计算的典型研究工作

 

习题

 

第6篇新型计算机网络

 

DY8章主动网

 

18.1主动网的产生及特点

 

18.2主动网体系结构

 

18.3主动网的实现方法

 

18.4主动网的应用

 

习题

 

DY9章自组网

 

19.1自组网的概念及特征

 

19.2自组网的组成结构

 

19.3自组网中的关键技术

 

19.4自组网的应用

 

习题

 

第20章无线传感器网络

 

20.1概述

 

20.2无线传感器网络的体系结构

 

20.3无线传感器网络的关键技术及研究重点

 

20.4无线传感器网络的应用

 

习题

 

部分习题参考答案

 

参考文献

 

 

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第3章应用层目前，计算技术的发展使得现代社会进入了以Internet为运行环境，以网络计算和普适计算为特征，正积极向移动计算和云计算推进的信息化时代。Internet上提供了丰富的计算、存储资源和信息资源。那么，如何去使用和访问这些资源？Internet为人们使用和访问网络资源提供了哪些服务和手段？计算机网络如何接受和响应用户的请求并为用户提供服务？这些都是应用层所要完成的功能。应用层为用户提供的具体服务包括远程登录、电子邮件、文件传输、WWW服务等。每种服务均有对应的应用层协议来支持，这些协议规定了网络应用所应遵守的规范和准则。下面就详细介绍Internet的应用层所提供的各种协议及其功能，具体包括远程终端登录、电子邮件、文件传输、超文本传输等协议，以及为这些协议软件运行提供支持的域名解析、动态主机配置等协议。 3.1概述 应用层是网络协议层次模型的Z高层，也是用户与网络的接口。通过使用Internet，知道计算机网络提供多种类型的应用服务，如WWW服务、电子邮件、文件传输等。对于每种应用服务均涉及网络上不同节点间的通信，以及人机间的交互过程。显然，既然涉及通信和交互过程，就需要有相关的标准、规则和约定(即协议)来支撑。在Internet环境下，各种应用功能存在一定的差异。所以，分别为每种服务定义了相应的应用层协议，如完成WWW服务的HTTP、完成电子邮件功能的SMTP和完成文件传输功能的FTP等等。每种服务均由相应的协议软件来实现，这些协议软件分别运行在用户端和服务器端。运行在用户端的软件称为用户软件； 运行在服务器端的软件称为服务器软件。不同的服务器软件可以安装、运行在同一台计算机上，也可以分别安装、运行在不同的计算机上。装有服务器软件的系统启动后，便创建了一个称为守护进程(Daemon)的服务器进程，该进程一直处于运行状态，等待用户的服务请求。用户使用服务时，需通过用户软件(如WWW浏览器等)发出请求，本地网络操作系统接受该请求，并创建一个用户进程(也称为客户进程)，该进程调用网络协议软件，通过网络向对应的服务器进程发出请求； 服务器进程接受请求，并按照协议来分析和响应请求，将处理结果按照通信协议通过网络返回给用户进程。协议定义了用户进程与服务器进程间交换信息的格式和顺序，以及发送、接收和响应请求时所采取的操作。客户/服务器模式的通信过程如图3.1所示。显然，用户进程是一个请求进程，而服务器进程是一个响应进程。这种服务模式称为客户/服务器模式，网络上大部分服务均工作于这种模式。 图3.1客户/服务器模式的通信过程 第3章应用层目前，计算技术的发展使得现代社会进入了以Internet为运行环境，以网络计算和普适计算为特征，正积极向移动计算和云计算推进的信息化时代。Internet上提供了丰富的计算、存储资源和信息资源。那么，如何去使用和访问这些资源？Internet为人们使用和访问网络资源提供了哪些服务和手段？计算机网络如何接受和响应用户的请求并为用户提供服务？这些都是应用层所要完成的功能。应用层为用户提供的具体服务包括远程登录、电子邮件、文件传输、WWW服务等。每种服务均有对应的应用层协议来支持，这些协议规定了网络应用所应遵守的规范和准则。下面就详细介绍Internet的应用层所提供的各种协议及其功能，具体包括远程终端登录、电子邮件、文件传输、超文本传输等协议，以及为这些协议软件运行提供支持的域名解析、动态主机配置等协议。
3.1概述
应用层是网络协议层次模型的Z高层，也是用户与网络的接口。通过使用Internet，知道计算机网络提供多种类型的应用服务，如WWW服务、电子邮件、文件传输等。对于每种应用服务均涉及网络上不同节点间的通信，以及人机间的交互过程。显然，既然涉及通信和交互过程，就需要有相关的标准、规则和约定(即协议)来支撑。在Internet环境下，各种应用功能存在一定的差异。所以，分别为每种服务定义了相应的应用层协议，如完成WWW服务的HTTP、完成电子邮件功能的SMTP和完成文件传输功能的FTP等等。每种服务均由相应的协议软件来实现，这些协议软件分别运行在用户端和服务器端。运行在用户端的软件称为用户软件； 运行在服务器端的软件称为服务器软件。不同的服务器软件可以安装、运行在同一台计算机上，也可以分别安装、运行在不同的计算机上。装有服务器软件的系统启动后，便创建了一个称为守护进程(Daemon)的服务器进程，该进程一直处于运行状态，等待用户的服务请求。用户使用服务时，需通过用户软件(如WWW浏览器等)发出请求，本地网络操作系统接受该请求，并创建一个用户进程(也称为客户进程)，该进程调用网络协议软件，通过网络向对应的服务器进程发出请求； 服务器进程接受请求，并按照协议来分析和响应请求，将处理结果按照通信协议通过网络返回给用户进程。协议定义了用户进程与服务器进程间交换信息的格式和顺序，以及发送、接收和响应请求时所采取的操作。客户/服务器模式的通信过程如图3.1所示。显然，用户进程是一个请求进程，而服务器进程是一个响应进程。这种服务模式称为客户/服务器模式，网络上大部分服务均工作于这种模式。

图3.1客户/服务器模式的通信过程

目前，计算机网络所使用的客户/服务器模式应该严格地称为基于Web的客户/服务器模式，简称为B/S(Browser/Server)模式。而传统的客户/服务器模式简称为C/S(Client/Server)模式。基于Web的客户/服务器模式与传统的客户/服务器模式间存在一定的区别。传统的客户/服务器模式下，客户端程序承担较多的功能，是基于不同的操作系统和数据库管理系统开发的。当客户端的操作系统等运行环境发生变化时，可能需要重新开发应用软件，这样，势B造成很大的浪费和不便，并且对于不同的操作系统环境，应用软件的移植也存在一定困难。能否把应用系统都放在服务器端，而简化用户端的功能，让应用软件在服务器端运行； 在这种情况下客户使用时，只需要访问服务器即可。这样，无论用户端的系统软件环境如何变化，只要能访问服务器，就可以得到相应的服务，这就是所谓的B/S模式。显然，这种工作方式下，服务器端的负担较重，而客户机所承担的工作较少，所以也称之为瘦客户机。目前的云计算正是贯彻这种理念，将服务集中在云端(即服务器端)，而客户端可以做得非常简单(如智能手机等各种移动终端)，只要它能通过网络访问云端，就可以得到云端提供的各种服务。现在计算机所使用的都是多任务、多用户操作系统，无论是客户机，还是服务器，均可能同时运行多个进程(即多个应用程序)。对于计算机网络而言，它可能同时提供多种类型的服务，而每种服务都将创建相应的应用层进程，这些应用层进程可能要用到相同的运输层协议。为了区分这些并发的应用层进程，在应用层的下一协议层： 运输层引入了端口号的概念。每个端口号是一个16位的二进制整数，它WY地标识了某台主机内运行的一个应用层进程。应用层进程在调用运输层协议时，由运输层进程为其分配一个端口号，并保证在一台计算机内运行的应用层进程与端口号是一一对应的。对于服务器来讲，它可能同时提供多种类型的网络服务，即运行多个服务器进程。当客户端想要得到某种类型的网络服务时，它B须事先知道向哪台服务器上的哪个服务器进程发送请求，即B须事先知道提供该服务的服务器地址和服务器进程的端口号。所以，与各种网络服务相对应的服务器进程的端口号B须是公布于众的，这些端口称为熟知端口。Internet规定熟知端口号从0到1023，表3.1给出了常用Internet服务所对应的熟知端口号以及与运输层协议间的关系。而客户端进程的端口号是由它调用的运输层协议进程随机产生的，称之为临时端口，其值要大于1023，一般在49152~65535之间。当用户想要得到某种网络服务时，它首先调用相应的应用软件(如浏览器)，创建一个客户进程，客户进程将调用通信协议把所获得的端口号和客户机的IP地址作为源端口号和源IP地址，而将提供服务的服务器进程的熟知端口号和服务器的IP地址作为目的端口号和目的IP地址，连同请求信息一起封装成请求数据包，发送给服务器。网络层的IP根据请求数据包中的目的IP地址，控制该数据包传输到相应的服务器； 服务器接收到该数据包后，由运输层协议根据其中的目的端口号将该请求送给相应的服务器进程(即应用层进程，对应某种网络服务)。服务器进程处理客户端的请求，然后，将请求数据包中的源端口号和源IP地址作为目的端口号和目的IP地址与响应信息一起封装成响应数据包，通过网络协议发送给请求服务的客户进程。各种网络服务与端口间的关系如图3.2所示。显然，客户机的IP地址和客户进程的端口号在全网范围内WY地标识了客户进程，而服务器的IP地址和服务器进程的端口号也在全网范围内WY地标识了服务器进程。因此把主机的IP地址以及主机上标识进程的端口号组合在一起，称之为套接字(socket)。这样，一对套接字WY地标识了网络上的一条通信连接，这一点在运输层介绍TCP时将详细讲解。

表3.1常用Internet服务所对应的熟知端口号以及与运输层协议间的关系

服务类型文件传输数据连接控制连接远程终端SMTPPOP3WWW域名服务简单文件传输简单网络管理

端口号20212325110805369161运输层协议TCPUDP


图3.2各种网络服务与端口间的关系


3.2域名和域名解析
3.2.1域名及域名的组成结构在日常生活中，当人们想要寻找某个地点时，应事先知道该地点的地址。同样，当要访问某种网络资源时，B须知道该资源的网络地址。在Internet上，用IP地址就可以WY地标识出网络节点的地址。DY章简单介绍了IP地址的概念，在网络层还将详细介绍。实际上，IP地址是一个32位的二进制数字串，它尽管可以采用四位点分十进制来表示(如202.156.122.210)，但这样一串枯燥的数字仍不利于记忆，而人们习惯于记忆名字。所以，为了便于记忆，常采用形象、直观的字符串作为网络上各个节点的地址，如搜狐的WWW服务器的网络地址为： www.sohu.com。这种WY地标识网络节点地址的符号名就称之为域名(domain name)，也称为主机名(host name)。域名是一个逻辑概念，与主机所在的地理位置没有B然联系，它们由专门的组织(不同级别的网络信息中心)进行管理和分配，用户使用域名需要向该组织申请和注册。由于Internet上用户数量的快速膨胀，域名急剧增多。为了便于管理、记忆和查找，常采用树形层次结构组织域名。其中树根节点为空，以下的每级节点依次分别称为： DJ域、二级域、三级域……所表示的名称分别称为： DJ域名、二级域名、三级域名……如图3.3所示。整个域名树组成了Internet的域名空间，而以每个非根节点为根的子树组成了Internet的一个域名子空间。域名树上的每个节点(除根节点)都定义了一个标签(label)，它是该节点所对应级别域名的一个实例，它由字母、数字和连字符“”组成，其Z大长度为63个字符，而且不区分大小写。网络上每个节点的域名是从该节点开始，按照域名树的层次结构自底向上，Z终结束到根节点，而形成的一个标签序列。书写时从左到右排列，中间用圆点分开，Z右边的域名为DJ域名，具体形式为： ……三级域名.二级域名.DJ域名
如： 北京大学图书馆的域名表示为lib.pku.edu.cn。

图3.3Internet域名空间

注意，一个域名的Z大长度为255个字符。各级域名由上一级域名机构进行管理，DJ域名由因特网名字与号码指派公司(The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers，ICANN)进行管理。DJ域名分成3大类：  国家DJ域名。采用了ISO 3166的规定，例如： .cn表示中国，.us表示美国，.jp表示日本等。 国际DJ域名。采用.int，国际性组织可在.int下面注册域名。 通用DJ域名。这些域名表示公司、政府部门、军事部门、教育机构等，共13个，见表3.2。DJ域名下面是二级域名。中国将二级域名分成“类别域名”和“行政区域名”两大类。其中，类别域名6个，见表3.3。行政区域名34个，用于表示全国的省、自治区、直辖市和特区，如.bj表示北京，.sh表示上海，等等。若在中国二级类别域名.edu下申请注册三级域名，则需要向中国教育科研计算机网络中心申请； 若在其他二级域名下申请注册三级域名，则需要向中国互联网网络信息中心CNNIC申请。图3.3展示了Internet域名空间的大致情况，从表中可以看到，一旦某个单位拥有了三级以下级别的域名，下一级域名完全由它自己决定如何去命名和管理。如北京大学拥有三级域名： pk.edu.cn，其下属单位的域名就由它自己分配和管理。

表3.2常用的通用DJ域名

序号域名代 表 含 义序号域名代 表 含 义序号域名代 表 含 义



1.com公司企业2.net网络服务机构3.org非营利性组织4.gov政府部门5.mil军事部门

6.edu教育机构7.aero航空部门8.biz商业9.coop合作团体10.info网络信息服务组织


11.museum博物馆12.name个人13.pro自由职业者


表3.3中国二级域名中的类别域名

序号域名代 表 含 义序号域名代 表 含 义



1.com工、商、金融等企业2.net网络信息中心和运行中心3.org非营利性组织
4.edu教育机构5.ac科研机构6.gov政府部门
3.2.2域名解析上面已经说明，用域名标识某个网络节点的地址只是为了方便记忆，但随数据包一起传输的还是32位二进制数组成的IP地址，而上网所使用的却是域名，所以就需要一种方法自动地将域名转换为IP地址。这种将域名转换为IP地址的过程称为域名解析。域名解析的过程与打电话的过程颇为相似。显然，平时人们大脑中记忆的是人的名字。当要给某个人打电话时，首先，想到的是这个人的姓名，然后，根据姓名查找电话号码簿，找到其电话号码，再使用电话号码进行拨号和通话。此时通过查找电话号码簿就将受话人的姓名转换为其电话号码。在Internet发展初期，由于当时的网络规模比较小，采用Hosts.txt文件来记录和管理网络上各个节点的域名和对应的IP地址，进而实现域名解析功能。该Hosts.txt文件存储在网络系统的中心管理服务器上，每个网络节点在启动时，均需要从中心服务器上下载该文件。但是，随着Internet主机数量的急剧增加，除了Hosts.txt文件的大小不断增加外，每次Hosts.txt文件的下载及其更新过程产生的流量也在不断增加，进而给网络通信造成了很大负担。所以，迫切需要一种采用分布式管理方式、可扩展性好、支持多种数据格式的软件系统来代替Hosts.txt文件实现域名解析功能，这就是下面将要介绍的域名服务器软件系统。这种称为域名服务器的软件系统诞生于1984年，它代替了基于Hosts.txt文件的域名解析方式来完成域名解析功能。该软件也称为DNS服务器，它执行的协议是一个应用层协议，称之为域名解析协议。DNS服务器上设有DNS数据库，用于记录和存储网络节点的域名、IP地址等信息。当用户使用域名访问某个网络节点时，它创建的客户程序首先发送请求给域名服务器，要求域名服务器将要访问的域名转换成对应的IP地址，然后，使用IP地址来与目标服务器进行交互。Internet上，通常设有多个域名服务器，分别负责不同域名子空间的域名解析工作。这些服务器按着域名的层次结构进行组织，分布在级别不同的各个域中，组成了一个高效、可靠、协同工作的分布式系统。域名服务器具体分为以下3类：  本地域名服务器。每一个独立的网络系统（称之为自治系统（Autonomous System，AS)）均设有自己的域名服务器，它负责本区域内所有网络节点域名的管理和解析，该域名服务器称为本地域名服务器，也称为默认域名服务器。该区域的每个网络节点B须将其域名和对应的IP地址等信息登记在一个本地域名服务器的DNS数据库中。 授权域名服务器。Internet上，登记有某台主机域名信息的本地域名服务器也称为这台主机的授权域名服务器。为了可靠起见，要求每台主机至少有两台授权域名服务器。 根域名服务器。Internet上，共有13个根域名服务器，它们是负责DJ域名管理的授权域名服务器，其中有10个位于北美洲，其他3个位于欧洲和亚洲。根域名服务器的作用非常重要，它是架构因特网所B需的基础设施。若出现故障将严重影响网络的正常运行，所以，每个根域名服务器一般是由多个服务器组成的分布式系统，它们协同、可靠地工作，共同完成域名的解析任务。域名解析系统工作于客户/服务器模式，它使用运输层中的UDP进行传输，对应的端口号为53。为了提高域名解析的速度，每个网络节点常在本地存储器中开辟一块存储区域(称为DNS缓存)，用于存储已经获得的域名和对应的IP地址等信息。当WWW、Email、FPT等服务采用域名访问网络时，应用进程首先创建一个称为域名解析器(resolver)的本地客户端进程。该进程接收应用进程的域名解析请求，并在本地DNS缓存中进行查找。若找到对应域名的IP地址，则直接将查询结果返回给应用进程； 若域名解析器在本地缓存中没有找到匹配结果，则它将要进行解析的域名等信息封装成DNS请求报文，调用运输层的UDP，向本地域名服务器的53号端口发送请求，要求本地域名服务器协助查找； 若本地域名服务器仍没有查找到结果，则它作为新的客户端，再向根域名服务器发送DNS请求，根域名服务器没有找到，则再向下一级域名服务器发送DNS请求，直到在某级域名服务器上查询到待解析的结果。然后，形成DNS响应报文将查询结果返回给请求DNS服务的主机。该主机首先将域名和得到的IP地址存入自己的DNS缓存，然后，采用该IP地址封装数据包，并通过网络发给相应的目的节点。因此，为了实现上述的域名解析功能，B须做如下假设：  每个域名服务器B须知道所有根域名服务器的IP地址。 每个域名服务器B须知道其下一级域名服务器的IP地址。显然，只有满足上述条件，各个域名服务器才能知道其他相关域名服务器的地址信息，这样它们才能相互协同，以共同完成域名解析工作。实践证明： DNS是在Internet上实现的Z成功的分布式系统。通常，域名解析有两种不同的实现方式： 递归解析(recursive resolution)和反复解析(iterative resolution)。1. 递归解析当主机需要进行域名解析，但在本地查找DNS缓存而没有成功时，它调用解析器向本地域名服务器发送一个DNS请求报文，其中含有要解析的域名信息。若本地域名服务器找到了指定的域名，则形成DNS响应报文将对应的IP地址信息返回给主机； 若本地域名服务器没有找到指定的域名，则本地域名服务器将请求授权的根域名服务器协助查找； 然后，根域名服务器根据要查找域名的二级域名请求相应的二级域名服务器协助查找； 重复上述过程，直到某一级的域名服务器找到了相应的域名信息，然后，它形成DNS响应报文，

图3.4域名的递归解析过程

按照刚才的请求路径逆向传递，如图3.4中的虚线所示，Z终传递给请求域名解析的主机。上述域名解析过程如图3.4所示，其中的序号标明了DNS请求和响应的顺序。用户访问新浪网WWW服务器域名的递归解析过程如图3.5所示。此时在本地域名服务器和本地DNS缓存中，均没有找到新浪WWW服务器的IP地址，只好调用域名解析系统进行解析。


图3.5用户访问新浪网www服务器域名的递归解析过程

2. 反复解析反复解析也称为迭代解析。当主机需要进行域名解析，但在本地没有成功时，它也是首先调用解析器向本地域名服务器发送一个DNS请求报文。若本地域名服务器找到了指定的域名，则形成DNS响应报文将对应的IP地址信息直接返回给主机； 若本地域名服务器没有找到指定的域名，则它要向授权的根域名服务器发送DNS请求报文要求协助查找。根域名服务器若找到相应的域名，则形成DNS响应报文返回结果给本地域名服务器； 否则根域名服务器将根据待查找域名的二级域名确定下一个域名服务器，并把该域名服务器的地址通知给本地域名服务器； 然后，本地域名服务器再向该二级域名服务器发出DNS请求，要求其协助查找； 若该域名服务器找到了相应的结果，则形成DNS响应报文，将查到的IP地址信息通知给本地域名服务器； 若没有找到，则再根据待查找域名的三级域名确定下一级域名服务器，并把它的地址通知给本地域名服务器。重复上述过程，直到某一级域名服务器找到了结果，并将结果通知给本地域名服务器，

图3.6域名反复解析的过程

本地域名服务器将查找结果形成DNS响应报文通知给主机，从而完成了一次域名解析工作。域名反复解析的过程如图3.6所示，其中的序号标明了DNS请求和响应的顺序。用户访问新浪网WWW服务器的域名解析过程如图3.7所示，此时在本地域名服务器和本地DNS缓存中均没有找到新浪WWW服务器的IP地址，只好调用域名解析系统进行解析。



图3.7用户访问新浪网WWW服务器的域名解析过程

为了提高域名解析的速度，还采取了如下3种措施： (1) 为了减轻根域名服务器的负担，它常工作于反复解析模式。即根域名服务器一旦接收到某个本地域名服务器的DNS协助请求，它将根据待解析的域名确定负责解析该域名的下一级域名服务器的IP地址，并将之通知给发出请求的本地域名服务器，让它们合作完成该次域名的解析工作，以后不再干预，从而减轻其工作负担。(2) 在本地域名服务器内设置了一块高速缓存。当本地域名服务器从其他域名服务器得到了不在其管辖范围内的域名和对应的IP地址信息后，就把该域名和对应的IP地址等信息存入高速缓存。以后在域名解析过程中，一旦确定所解析的域名不在其管辖区域内，下一步就查找高速缓存。若高速缓存内仍查不到，则再向根域名服务器发出请求，要求协助查找。(3) 许多主机在启动时，从本地域名服务器中下载全部域名解析信息。同时，在内存中设置了DNS高速缓存(在前面介绍域名查找算法时已经提到)，用于记录新得到的域名解析信息。这样，每次进行域名解析时，首先查找本地DNS信息，若找不到才求助于本地域名服务器，这样可以显著加快域名解析的速度。由于网络是动态变化的，高速缓存中的内容可能因为时间过长而失效。所以，为了保证高速缓存中域名信息的有效性，要设置时钟限制并定时更新。此外，为了保证域名解析系统工作的可靠性，域名服务器一般均成对存在，以便一个出现故障时，另一个能接替工作。
3.3远程终端协议
在计算机发展初期，个人计算机的功能相对简单，而更多的计算机软、硬件资源和信息资源都集中在小型机或者更高档次的计算机系统上，这些计算机系统运行分时操作系统，同时可以为多个本地和远程用户提供服务。而功能有限的个人计算机(或者终端)为了完成复杂的功能或者为了获取更多的信息资源，常常作为一个仿真终端或者智能终端登录到远程计算机系统，以使用远程计算机系统上的软、硬件资源。此时，对于用户而言，它的显示器和键盘就好像直接连接到远程计算机上，远程计算机系统就像它的本地主机一样供其使用，这就是远程登录服务。但随着个人计算机功能的逐渐增强，远程登录服务已很少使用； 但在网络管理领域，目前仍在使用这种方式来管理和配置路由器、交换机等网络设备。Internet使用远程终端协议（Telnet）来提供远程登录服务。这种服务工作在客户/服务器模式下，它由两部分组成： Telnet客户端和Telnet服务器。远程Telnet服务器上运行服务器进程，这个进程是一个守护进程，一直运行在23号端口，等待用户的Telnet请求。当用户想要申请Telnet服务时，它在本地计算机上启动一个Telnet客户进程，向Telnet服务器的23号端口发送连接请求。服务器进程接受该请求，建立与客户机的连接，并启动一个子进程响应该Telnet请求，然后，返回到等待状态继续等待其他Telnet请求。远程登录过程示意图如图3.8所示。

图3.8远程登录过程示意图

远程登录服务所涉及的一个关键问题是客户端和远程服务器可能是异构的，它们的计算机硬件、所使用的操作系统以及键盘输入字符的格式等方面可能并不相同。如有些系统使用ASCII码的回车(CR)来表示文本行的结束，有些系统使用换行符(LF)来表示，而有些系统使用回车加换行符(CR LF)的组合来表示。为了使Telnet服务器能够识别远程用户所输入的命令，B须消除这些差异。Internet采用网络虚拟终端(Network Virtual Terminal，NVT)来适应不同系统间的差异。即用户输入的命令首先由本地格式转换为NVT格式，然后，发送给Telnet服务器； Telnet服务器接收这种NVT格式的命令，再转换为服务器端的命令格式，然后执行，并将响应结果转换为NVT格式后返回给用户； 用户接收后再将之转换为本地格式并显示在显示器上。远程登录的NVT转换示意图如图3.9所示。

图3.9远程登录的NVT转换示意图

NVT使用7位标准的ASCII码来表示数据，每个7位字符以字节为单位进行发送，字节的Z高位规定为1。7位标准的ASCII码字符集包括可打印/显示的普通字符和不可显示的控制字符。对于用户输入的普通字符，NVT将其按照原始含义进行传送； 而当输入的是控制字符或者组合字符时，NVT将它们转换为特殊的编码，然后在网络上传输。当本地用户想要获得远程登录服务时，首先，在本地计算机上启动一个Telnet客户进程，向TELNET服务器申请进行登录和注册，建立与Telnet服务器间的双向连接(该连接通过运输层的TCP来建立)，然后就通过该条连接进行交互，传输命令、响应等信息。Telnet协议支持多种命令，这些命令用于控制客户端与服务器间的交互。每条Telnet命令一般由两个以上字节组成，DY个字节各位全为1(即0xFF)，称为IAC(Interpret As Command)。它是一个转义字符，用于表示后续的字节为命令代码。对于某些命令代码，其后跟有选项代码，用于客户端与服务器间协商数据的传输方式、传输速度等，以增强Telnet协议的灵活性和对异构环境的适应能力。常用的Telnet命令见表3.4。

表3.4常用的Telnet命令

命令命令编码命 令 含 义

IAC255表示之后的数据为命令DON’T254表示选项参数所指定的请求被拒绝DO253表示选项参数所指定的请求被接受EL248通知服务器删除当前行EC247通知服务器删除前一个字符IP244中断、终止或结束某个进程BRK243表示数据传输的中断EOF236表示文件中的数据已全部传输出去

3.4文件传输协议
计算机网络Z基本的功能就是实现数据通信和资源共享。位于一台计算机上的文件可以通过网络传输到另一台计算机，通过网络也可以读取其他计算机上的文件。在计算机网络中，上述功能是通过文件传输协议来实现的。这种文件传输协议Z初是ARPANET的一个组成部分，后来发展成TCP/IP中的一个应用层协议。这种协议实现了文件的远程传输功能，是计算机网络所提供的基本功能之一，也是计算机网络产生初期使用Z多的功能，目前仍在广泛使用。文件传输服务通过网络将文件从本地计算机复制到另一台称为文件服务器的计算机，该过程称为文件的上传。相反，从文件服务器传输文件到本地计算机的过程称为文件的下载。这种文件的传输过程看起来似乎很简单，但是，实现起来却相当复杂。众所周知，计算机网络常常由多台异构的计算机所组成。这些计算机的操作系统、所使用的字符集、采用的文件结构及格式、目录的组织方式等均可能存在一定差异。所以，文件传输B须考虑到这些差异，并能屏蔽掉这些差异，为用户提供透明的文件传输服务。Internet采用文件传输协议(File Transfer Protocol，FTP)实现上述功能，所以，文件传输服务也称为FTP服务。3.4.1FTP的工作原理文件传输服务工作于客户/服务器模式，它由客户端和服务器端两部分组成，如图3.10所示。用户操作的本地计算机即为客户端，存储用户想要访问文件的计算机系统为服务器端，通常称该计算机系统为FTP服务器，用户通过FTP访问服务器端的文件。FTP工作于运输层的TCP之上，它采用21号端口，以面向连接的方式工作，通过客户端和服务器端间的交互会话过程，实现它们之间的数据传输。

图3.10文件传输过程示意图

图3.10给出了FTP服务的基本模型。客户端由用户接口、控制进程和数据传输进程组成。而服务器端由主控制进程、从属控制进程和数据传输进程组成。其中，主控制进程为守护进程，FTP服务器启动后，它就一直处于运行状态，该进程一直监测21号端口，等待用户的FTP请求。当客户端要访问FTP服务器时，首先，调用运输层的TCP建立客户端与FTP服务器端的两条双向连接： 控制连接和数据连接。其中，控制连接用于传输命令和响应信息； 而数据连接用于传输要存取的数据文件。建立连接时，控制连接先建立，然后，客户端与FTP服务器端使用这条控制连接进行交互协商，以建立数据连接，之后使用这条数据连接传输数据文件。FTP规定有两种不同的连接模式： PORT和PASV，分别称为： 主动模式(active mode)和被动模式(passive mode)。对于不同的连接模式，FTP服务器和客户端仅在建立数据连接时的作用有所不同。1. PORT模式该模式下，数据连接的建立由FTP服务器发起。当用户想要访问FTP服务器时，具体的工作过程如下： （1） 用户在FTP客户端启动一个控制进程，通过该控制进程向FTP服务器的21号熟知端口发送文件传输请求。（2） 服务器端的主控制进程接收到客户端的FTP请求，创建一个从属控制进程，由该从属控制进程建立与客户端控制进程间的连接(即控制连接)，然后，主控制进程返回并继续等待响应其他FTP用户的并发请求。（3） FTP客户端通过其客户端控制进程创建一个客户端的数据传输进程，并通过控制连接和PORT命令，将该数据传输进程所使用的端口号通知给服务器端的从属控制进程，进而发出一次数据传输请求。（4） 服务器端接收到客户端的数据传输请求后，从属控制进程采用20号熟知端口，启动一个服务器端的数据传输进程，并向客户端数据传输进程的端口发送请求，进而建立与客户端数据传输进程间的连接(即数据连接)。（5） 以后的文件传输过程就在客户端的控制进程与服务器端的从属控制进程的控制下，由客户端与服务器端的数据传输进程来完成。2. PASV模式该模式下，数据连接的建立由客户端发起，其控制连接的建立过程与PORT模式相同，但数据连接的建立过程有所区别。此时，客户端要求建立数据连接时，使用的是PASV命令。客户端通过PASV命令告诉FTP服务器： 它希望连接到服务器的某个端口(非熟知端口)。若FTP服务器上该端口可用，服务器就返回ACK，作为确认信息，然后，建立数据连接； 若FTP服务器上该端口不可用，服务器就返回UNACK信息，表示该端口已经被占用，客户端接到端口不可用信息后，再次发送PASV命令，继续要求与服务器上的其他端口建立数据连接。对于上述两种连接模式，Z初客户端通常默认使用PORT模式建立数据连接； 但是，因为PORT模式存在安全隐患，现在，许多客户端默认使用PASV模式。显然，无论对于哪一种连接模式，均可能存在多个用户同时访问同一个FTP服务器。此时，主控制进程可以创建多个从属控制进程，以响应来自多个不同客户端的FTP请求。此外，还需注意的是，在文件传输期间，控制连接是一直存在的，而数据连接是在每次数据传输请求时创建，数据传输结束后撤销。随着数据连接的撤销，相应的数据传输进程也随之消亡。当有新的数据传输请求时，再由控制进程创建新的数据传输进程和建立新的数据连接，以再一次完成数据传输任务，直到所有数据传输完毕，控制进程才随之消亡。3.4.2FTP的命令和响应FTP通过建立两条双向连接来分别传输命令/响应信息以及数据文件。为了实现异构网络平台上的信息传输，与Telnet协议一样，FTP也采用NVT格式传输命令和响应信息。FTP定义了许多命令和响应信息，分别用于登录FTP服务器、设置传输参数、浏览文件服务器上的文件和目录、读取文件服务器上的文件、存储文件到服务器以及管理FTP服务器与客户端的文件传输过程。当应用进程调用FTP进行某种操作时，FTP将对应的命令或者响应信息封装成应用层协议数据单元，然后，调用运输层的TCP来完成进一步的数据传输工作。1. FTP命令FTP定义了3类FTP命令： 存取控制命令、传输参数命令和FTP服务命令。这些命令通过控制连接由客户端传输到FTP服务器，要求服务器完成指定的操作。1) 存取控制命令该类命令主要用于实现用户身份验证、切换目录、关闭连接等功能。如用户登录FTP服务器时，客户端进程B须连续使用USER命令和PASS命令，将用户名和口令传递给FTP服务器进行认证。常用的FTP存取控制命令见表3.5。

表3.5常用的FTP存取控制命令

命令与格式命 令 功 能

USER username为FTP服务器提供用户名，用于身份验证PASS password为FTP服务器提供用户口令，用于身份验证CWD pathname改变当前工作目录CDUP返回到上一级目录QUIT退出FTP登录，关闭控制连接
2) 传输参数命令FTP实现文件传输时，事先要通过控制连接协商某些参数，如数据端口号、数据连接建立方式、传输模式等。实际上，许多传输参数设有默认值，当这些默认值不能满足文件传输要求时，就要使用传输参数命令对传输参数进行协商设定。常用的FTP传输参数命令见表3.6。

表3.6常用的FTP传输参数命令

命令与格式命 令 功 能

PORT hostport使用主动模式传输文件，并将客户端的端口号通知给FTP服务器PASV 使用被动模式传输文件TYPE typecode设置文件的数据类型(typecode=A/E/I/L)STRU structurecode设置文件的结构类型(structurecode=F/R/P)MODE modecode设置传输模式(modecode=S/B/C)
对于异构的网络环境，客户端和FTP服务器的系统环境可能存在一定差异，如字长不同，NVT ASCII码字符在不同系统中的存储表示也不一样。为了保证文件能够被正确地存取和传输，FTP规定了文件传输和存储的数据表示规范以及传输模式。FTP的数据表示包括： 数据类型和文件结构类型两个方面。（1） FTP的数据类型。共包括四种，具体描述如下：   ASCII码类型。为默认的数据类型，用于传输文本文件。发送方将本地文件转换为标准的8位NVT ASCII码形式，然后，在数据连接上传输。  EBCDIC类型，即扩充的二进制编码的十进制交换码，是一种类似ASCII码规范的编码方式。主要使用在IBM计算机上，可用于传输文本文件。  IMAGE类型，即通常所说的二进制文件类型，数据打包成8位的传输字节，以连续比特流形式进行传输，通常用于传输二进制文件。以二进制文件类型传输数据时，收发双方均不需要进行数据格式的转换，所以传输速度比较快。  LOCAL类型，即本地文件类型，用于在具有不同字长的主机间传输二进制文件。上述4种类型中，ASCII码类型和EBCDIC类型Z为常用。（2） FTP的文件结构类型。共包括3种类型，具体描述如下：  文件类型。默认的数据结构。此时，文件由连续的字节流组成，不存在内部结构。 记录类型。文件由一系列记录组成。该类型适用于表示文本文件，文本文件的每一行就是一条记录。 页类型。文件由一组独立的带有编号的页组成，每个页发送时，都带有一个页号，以便接收方能够随机地存储各页。除了数据表示以外，FTP还规定了文件在数据连接上如何进行传输。FTP共规定了3种传输模式，具体如下： ①  STREAM模式。即流模式，是默认的文件传输模式。文件以字节流的形式传输。这种传输模式对要传输数据的表示类型没有限制。②  BLOCK模式。即块模式。文件以一系列数据块的方式进行传输。每个块都带有一个由3个字节组成的报头。其中，2个低位字节为计数字段，用于表示数据块所包含的字节总数； 高位字节是位标志的描述符，用于表示数据块的结束标志(EOF或者EOR)等信息。③  COMPRESSED模式。即压缩模式。对传输的信息进行压缩后再发送，这样有利于节省网络的传输带宽。3) FTP服务命令FTP服务命令为用户提供了有关文件传输和文件系统操作的一系列功能，这些命令的参数通常是一个路径名(pathname)。除个别命令外，大部分命令的使用顺序不受限制。常用的FTP服务命令及功能见表3.7。

表3.7常用的FTP服务命令及功能

命令与格式命 令 功 能

RETR pathname从文件服务器上下载一个文件STOR pathname上传一个文件到文件服务器上DELE pathname删除文件服务器上的一个指定文件
续表

命令与格式命 令 功 能

MKD pathname在文件服务器上建立一个目录或文件夹RMD pathname在文件服务器上删除一个目录或文件夹PWD显示当前工作目录STAT返回状态信息(如文件上传或下载的字节数)ABOR终止前一个命令，并中断数据传输
2. FTP响应当FTP服务器接收到来自客户端的FTP命令并按照命令的要求完成指定操作后，要通过控制连接给客户端返回FTP命令的响应信息，这种响应信息也称为FTP应答。与FTP命令一样，FTP应答也是采用NVT编码方式进行传输，它反映了FTP服务器对FTP命令的执行情况和服务器的当前工作状态，这些执行情况和状态信息通过FTP应答能够及时地反馈给客户端和用户。每条FTP命令可以产生一个或者多个FTP应答。每个FTP应答包括一个3位的数字编码和附在其后的一串文本信息。3位的数字编码为FTP应答码，文本信息仅提供给用户阅读并使用户了解命令的执行情况或者服务器的当前状态。部分FTP应答码及其含义见表3.8。

表3.8部分FTP应答码及其含义

应答码应答码的含义

125表示数据连接已建立，传输开始200表示命令已被成功执行220表示FTP服务准备就绪，用户可以登录226表示关闭数据连接331表示用户名有效，可以输入用户密码425表示FTP服务器无法建立数据连接426连接关闭，传输终止452表示FTP请求没有被响应，系统没有足够的存储空间500表示语法错误(无法识别命令)503表示命令顺序错
3.4.3FTP的使用FTP提供交互式的访问方式完成文件操作。在使用FTP操作时，首先，用户需要启动FTP客户端程序，通过传统的FTP命令、浏览器或者专用的下载工具向FTP服务器发送连接请求，通过输入自己的用户名和口令以登录FTP服务器。登录成功后就可以访问FTP服务器，进行各种文件操作。通常FTP提供两种类型的服务。1. 特许FTP服务特许FTP服务指用户在FTP服务器上建立自己的账号，在访问FTP服务器时，要求用户输入自己的用户