<p>Appropriate for courses titled Computer Networking or Introduction to Networking at both the undergraduate and graduate level in Computer Science, Electrical Engineering, CIS, MIS, and Business Departments.  In this highly anticipated revision, Tanenbaum takes a structured approach to explaining how networks work from the inside out. He starts with an explanation of the physical layer of networking, computer hardware and transmission systems; then works his way up to network applications. Tanenbaum's in-depth application coverage includes email; the domain name system; the World Wide Web (both client- and server-side); and multimedia (including voice over IP, Internet radio video on demand, video conferencing, and streaming media. Each chapter follows a consistent approach: Tanenbaum presents key principles, then illustrates them utilizing real-world example networks that run through the entire book-the Internet, and wireless networks, including Wireless LANs, broadband wireless and Bluetooth. This new Fourth Edition contains a new chapter devoted exclusively to network security.The textbook is supplemented by a Solutions Manual, as well as a Website containing PowerPoint slides, art in various forms, and other tools for instruction, including a protocol simulator whereby students can develop and test their own network protocols.</p>

在过去三个世纪，技术革命主导了历史进程，从18世纪的机械革命到19世纪的蒸汽时代，再到20世纪的信息时代。技术进步使得信息收集、处理和传播方式迅速融合，组织机构对信息处理能力的需求不断增长。计算机产业虽相对年轻，但已取得惊人进步，深刻影响了计算机系统的组织方式，从传统的“计算机中心”模式转变为网络化、互联的计算机系统。

本书重点探讨了计算机网络的构成、设计和组织，区分了计算机网络和分布式系统，并强调了两者之间的软件差异。书中还阐述了计算机网络的多种应用，如资源共享、信息共享和远程访问，以及它们在商业和个人使用中的重要性。

网络通信的发展从早期的客户端-服务器模式，到电子邮件、在线协作、视频会议等，极大地改变了人们的工作和生活方式。互联网的普及使得个人电脑走进千家万户，提供了远程信息获取、即时通讯、在线购物等多种便利服务。

计算机网络的发展历程从早期的Napster到如今的无线网络，深刻影响了我们的生活。网络技术进步，尽管面临版权和法律等挑战，但未来发展潜力巨大。特别是移动网络和无线技术的普及，让网络应用更加便捷，为人们的生活带来前所未有的便利。

无线网络和移动计算的结合带来了多种应用场景，如无线网络为无法移动的电脑提供连接方案，提高移动场景中的工作效率。未来，个人区域网络和可穿戴计算机也将成为无线网络应用的新趋势。

网络技术的广泛应用也带来社会问题，如政治、宗教等敏感话题引发的争议，以及涉及色情、攻击特定国家或宗教等内容的信息审查问题。网络安全问题同样严峻，包括信息泄露、垃圾邮件、病毒、身份盗窃和版权侵犯等。

网络的基本分类包括点对点网络和广播网络，以及不同规模的网络，如个人区域网络、局域网、城域网、广域网和互联网。不同规模的网络采用不同的技术，距离是一个重要的分类标准。

计算机网络的三种类型：局域网、城域网和广域网。局域网通常在建筑物或校园内使用，连接个人电脑和工作站以共享资源和交换信息。城域网覆盖整个城市，如电缆电视网络。广域网跨越更大的地理区域，由电话公司或互联网服务提供商运营。

网络的基本概念和组成，包括局域网和广域网。局域网是指在一个较小的区域内，通过交换机连接的计算机和设备。广域网则覆盖更广的范围，通常通过多个路由器连接，如互联网。

未来家庭网络的发展趋势，想象着未来每件家用电器都能联网，实现远程控制和信息共享。目前，家庭网络已经在一定程度上实现，如连接多台电脑共享高速互联网。

网络通信的分层结构，即协议层次。网络由多个层次组成，每个层次负责特定的服务，并向上层屏蔽实现细节。层次之间的交互通过协议实现。

计算机网络设计中的几个关键问题，如识别发送者和接收者、数据传输规则、错误控制、消息顺序丢失问题、流控制机制和路由选择。

服务与协议的区别在于服务是提供一系列操作供上层使用，而协议则是规定数据交换的规则。

网络通信的多个层级，从关注数据传输的物理层到处理数据格式和传输规则的表示层，再到应用层。

OSI和TCP/IP两个网络参考模型，虽然两者有很多相似之处，但它们在服务、接口和协议方面存在显著差异。

计算机网络的发展历程，其中TCP/IP和OSI模型是两大重要模型。TCP/IP最初在Berkeley UNIX中实现，因其免费且性能良好，迅速得到广泛应用。

电子邮件的兴起成为人们日常生活中不可或缺的通讯方式，远超过电话和传统邮件。随着互联网的普及，各种应用如新闻组、远程登录、文件传输等也随之而来。

网络世界中关于连接型和连接无型网络的长期争论。连接无型网络以ARPANET/Internet为代表，强调网络的高容错性。

ATM网络的基本原理和结构。ATM网络通过固定大小的数据包（称为信元）传输信息，每个信元由5字节头部和48字节有效载荷组成。

以太网的发展历程。它起源于20世纪70年代，由美国夏威夷大学的研究者Norman Abramson提出。

802.11无线局域网标准的诞生过程，这个标准在90年代中期开始制定，目的是解决无线网络在频率、范围、用户隐私、电池寿命、人体安全、移动性以及带宽等方面的问题。

全球电信行业的多样性，从美国众多私有电话公司到一些国家政府完全垄断通信。

国际标准化组织的概况，ISO是一个成立于1946年的自愿非条约组织，其成员包括89个国家的国家标准化组织。

互联网标准的形成与演变过程。最初，由美国国防部主导的ARPANET项目创立了一个非正式委员会来监督网络发展。

计算机网络的原理和实践，从数据通信的基础知识讲起，涵盖了有线、无线和卫星传输系统。

网络世界中标准化的重要性，ITU和ISO作为主要官方标准组织，负责制定网络标准。

互联网的拓扑结构也是网络世界中的重要组成部分，通过搜索可以找到大量关于互联网拓扑的信息，帮助我们更好地理解网络的整体布局。

Chapter 1. Introduction

网络通信技术涉及物理层、信息传输、传输介质、电磁波等多个方面。物理层定义了网络的机械、电气和时序接口，为数据传输提供理论基础。信息传输速率受带宽和信噪比限制，不同传输介质如磁介质、双绞线和同轴电缆等，各有特点。光纤通信利用光脉冲传输数据，具有高带宽、低衰减和抗干扰能力强等优点。电磁波在无线通信中应用广泛，不同频段如无线电、微波、红外线、可见光等，在信息传输中扮演重要角色。无线电通信具有多样性，不同频段的无线电波传播方式各异。红外线和毫米波也用于短距离通信。卫星通信技术具有覆盖范围广、传输距离远等优点，但成本较高。电话系统从模拟到数字，经历了重大变革，电话系统的工作原理包括本地环路、中继线和长途电话局等。调制技术在现代通信中至关重要，如QPSK、QAM-16等，能够通过单一信号传输更多信息。数字用户线路（xDSL）提供更快的数据传输速度。电话系统中，通过频分复用（FDM）和时分复用（TDM）技术在一条物理线路上传输多路信号。TDM技术将多个模拟信号转换成数字信号，实现数字化传输。光纤通信发展初期，各大电话公司各自为政，导致互联互通困难，催生了标准化需求。电话通信的两种基本方式：电路交换和分组交换，各有优缺点。移动通信系统从模拟信号到数字信号，不断演进，第二代数字AMPS系统（D-AMPS）和GSM系统在基本架构和功能上相似。CDMA（码分多址）技术允许每个站使用整个频率范围进行传输，并通过编码理论分离多个同时传输的信号。第三代移动通信技术（3G）发展迅速，数据流量增长迅速。固定和无线电话系统在未来的网络中将扮演重要角色。有线电视网络作为一种替代方案，正在成为固定网络领域的主要竞争者。互联网接入离不开电缆调制解调器，连接电脑和电缆网络。ADSL和电缆两种网络接入方式各有特点，选择网络接入方式时需考虑覆盖范围、安全性、可靠性等因素。

Chapter 2. The Physical Layer

计算机网络中的数据链路层是至关重要的，负责确保相邻机器间的可靠通信。此层通过协议处理传输错误、流量控制和数据帧封装。数据链路层接收网络层的数据包，将其封装成帧，包含头部、负载和尾部，提供无连接、无确认、无连接确认和面向连接的服务。

错误控制与流量控制是数据链路层的关键概念，其中汉明距离用于衡量编码词差异，设计出错误检测和纠正方案。长除法在二进制中应用，通过模2除法计算校验和，确保数据传输准确性。滑动窗口协议允许双向传输，通过序列号确保数据的顺序性和完整性。

数据链路层协议如PPP协议，用于点对点通信，支持多种协议，并能够适应不同的物理层连接。协议模型如Petri网，通过状态和转换描述协议行为，帮助检测协议错误。

在数据链路层，帧定界方法包括字符计数法、标志字节法、位填充法和物理层编码违规法。错误检测和纠正方法如CRC校验，通过模2运算检测错误。

数据链路层协议在不同网络环境下的应用和挑战，旨在提高通信的可靠性和效率。通过合理设置窗口大小和定时器，可以优化网络带宽使用，并处理传输错误和流量控制问题。

Chapter 3. The Data Link Layer

在网络通信中，多用户共享单一通道的问题尤为突出，尤其在广播网络中。为解决这一难题，数据链路层的MAC子层制定协议，确保通道分配的公平性和有效性。文章对比了静态和动态通道分配方案，指出静态方案如频分复用（FDM）和时分复用（TDM）在用户数量大且动态变化或流量突发时效率低下。

动态通道分配方法则更具优势，文章探讨了其背后的五个关键假设。站点模型是计算机网络中的重要模型，由多个独立站点组成，每个站点都可能生成数据帧。单通道假设下，所有站点共享同一个通信通道，冲突可能导致数据帧损坏。为减少冲突，网络采用载波侦听机制，在发送数据前检测通道是否空闲。

ALOHA协议是最早的用于分配信道的协议之一，包括纯ALOHA和分槽ALOHA两种版本。纯ALOHA协议允许设备在任何时间发送数据帧，但容易发生碰撞。为了提高效率，文章讨论了ALOHA协议的两种改进版本：无碰撞ALOHA和时槽ALOHA。这两种改进的ALOHA协议仍存在效率不高的问题。

CSMA（载波侦听多路访问）协议是一种用于计算机网络中的数据传输协议，分为三种类型：1-持久CSMA、非持久CSMA和p-持久CSMA。这些协议的核心思想是在发送数据前侦听信道是否空闲，避免冲突。CSMA/CD（带有冲突检测的CSMA）是一种常用的局域网协议，它允许在检测到冲突时立即停止传输，从而提高网络效率。

无碰撞协议通过预先规划的方式，避免了数据传输过程中可能出现的冲突，从而提高了网络传输效率。文中详细介绍了两种无碰撞协议：位图协议和二进制倒计时协议。这两种协议均能有效地减少数据传输过程中的冲突，提高网络性能。

WDM（波分复用）技术在光纤局域网中的应用，通过将频谱分割成多个信道，允许不同波长同时传输，实现多路通信。这种技术使用WDMA（波分复用多址）协议，为每个站点分配控制通道和数据通道。

无线局域网（WLAN）及其特殊MAC子层协议的重要性。无线LAN使用无线电信号实现笔记本等设备之间的通信，摆脱了有线连接的限制。为了解决无线通信中的挑战，MACA（多接入与碰撞避免）协议被提出，它通过发送短帧来刺激接收器，让附近的站避免在数据帧传输期间发送，从而减少干扰。

以太网的不同类型包括10Base5、10Base2、10Base-T和10Base-F。每种类型都有其特点，如10Base-T因为易于维护和利用现有布线而成为主流。

以太网帧格式包括目的地址、源地址、类型字段、数据字段和校验和。地址分为普通地址和组地址，用于指定接收者。组地址允许多个设备接收数据，称为多播。广播则发送给所有设备。

二进制指数退避算法是一种用于解决以太网中碰撞问题的随机化方法。当发生碰撞时，每个站点会在特定的时间槽中等待，等待时间会随着碰撞次数的增加而指数增长。

以太网交换机的工作原理是，当设备需要发送数据包时，会将其输出到交换机。交换机会检查数据包的目的地，如果是同一卡上的其他设备，则直接转发；如果不是，则通过高速背板发送到目标设备的卡。

100Base-T4这一以太网标准利用了四对双绞线，其中一对用于反向通道，以实现双向通信。100Base-TX则利用了更高的频率和二进制编码，仅使用两对双绞线就能实现同样的速度。

Gigabit Ethernet这一高速以太网标准支持两种工作模式：全双工和半双工。全双工模式通过交换机连接设备，实现双向同时传输，无冲突，传输效率高；而半双工模式通过集线器连接，存在冲突，需使用CSMA/CD协议，传输距离较短。

IEEE 802.2标准中的逻辑链路控制（LLC）协议是一种在以太网和其他802协议之上运行的协议，用于实现可靠的数据链路层通信。

802.11无线局域网物理层详细讨论了其五种传输技术，包括红外、跳频扩频、直接序列扩频、正交频分复用和高速率直接序列扩频等。

802.11无线通信协议的工作原理是通过RTS和CTS帧实现双方通信的确认，并通过NAV机制避免在数据传输期间发送数据。

802.11无线局域网标准中的数据帧结构包括时长、地址、序列号和数据字段。数据帧是802.11通信的核心，其中包含了源地址、目的地址和用于定位基站的地址。

802.11和802.16两个无线通信标准之间的差异在于802.11主要针对移动设备，强调移动性和低成本，而802.16则面向建筑物，强调高带宽和固定位置。

蓝牙技术的起源与发展，从最初为了解决手机与其他设备连接的线缆问题，逐渐发展成为一种广泛的无线通信标准。

蓝牙协议栈的分层结构并不完全遵循OSI模型，而是由IEEE根据802模型进行修改。底层是物理层，负责无线传输和调制。

蓝牙数据帧的结构包括地址、类型、流控制位、确认位和序列位等。蓝牙数据帧在发送过程中，为了保证数据传输的可靠性，会重复三次，并采用多数投票机制来纠正错误。

局域网桥接的复杂性在于构建不同802局域网之间的桥接时，会面临多种挑战。

桥接技术在局域网中的重要作用在于通过桥接器，可以将不同LAN连接起来，形成一个大的网络。

网络中的数据链路层涉及了桥接器和交换机的作用。桥接器用于连接多个局域网，通过查找地址表确定帧的发送目的地。

以太网的发展，尤其是从集线器到交换机的演变，使得局域网（LAN）的配置更加灵活。

VLAN的配置需求说明了在交换机和桥接设备中需要配置表以实现VLAN功能。

从传统以太网过渡到VLAN（虚拟局域网）以太网的过程，VLAN技术通过在以太网帧中添加标签，使得交换机能够识别和管理不同VLAN的数据流。

Chapter 4. The Medium Access Control Sublayer

网络层在数据传输中扮演着核心角色，负责将数据包从源端传输到目的端，可能需要经过多个中间路由器的跳转。它必须了解通信子网的拓扑结构，选择合适的路径，并避免通信线路和路由器过载。本章深入探讨了网络层设计的关键问题，包括其向传输层提供的服务类型和内部子网的设计。

网络层提供两种服务类型：无连接服务和面向连接服务。无连接服务，如互联网所采用的，不保证数据包的顺序和流量控制，而面向连接服务，如ATM网络所采用的，则提供可靠的数据传输。本章以互联网和IP协议为例，介绍了网络层的工作原理和实现方式。

计算机网络中的数据传输方式主要有两种：数据报文和虚拟电路。数据报文通过路由器逐个转发，而虚拟电路则建立一条固定路径。文章通过图示说明了数据报文和虚拟电路的传输过程，并解释了路由算法和连接标识符的作用。

网络中数据包传输的两种主要方式：虚拟电路和数据报。虚拟电路通过预设的路径进行数据传输，减少了数据包传输时的地址解析时间，但需要占用更多的路由器内存空间，并且建立连接需要一定的时间。数据报则无需建立连接，直接将数据包发送到目的地，适合处理大量短连接的数据传输，但可能会增加路由器的工作负担。

网络层的主要功能是路由数据包，分为非自适应和自适应两种算法。非自适应算法在系统启动时确定路由，而自适应算法会根据网络状态动态调整路由。这两种算法各有优缺点，需要根据实际需求选择合适的路由策略。

路由优化原则和最短路径路由算法。路由优化原则指出，如果从路由器I到路由器K的路径是最佳路径，那么从路由器J到K的最佳路径也在此路径上。最短路径路由算法则通过构建子网的图，在图中寻找两个路由器之间的最短路径。

计算机网络中几种重要的路由算法。静态算法中的Flooding通过将数据包发送到所有出口线来避免数据包丢失，但容易产生大量重复数据包。动态算法中的Distance Vector Routing通过每个路由器维护一个路由表，表中包含到每个目的地的最佳距离和到达该目的地的线路。

网络路由中的两种重要算法：距离向量路由和链路状态路由。距离向量路由由于无法准确考虑线路带宽和存在“计数到无穷大”的问题而被取代。链路状态路由则通过测量邻居间的延迟、构建包含所有网络信息的包，并计算最短路径来解决问题。

路由算法中链接状态包的可靠分发是难点。通过使用洪泛法，每个包包含序列号以控制洪泛，确保路由器跟踪所有已见过的包。若收到新包，会将其转发到所有线路上（除了接收线路），若为重复包则丢弃。

网络规模增长带来的挑战，如路由表越来越大，导致内存消耗、CPU时间以及带宽需求增加。为了解决这个问题，提出了分级路由的概念，将网络划分为多个区域，每个区域内的路由器只需知道本区域的详细路由信息，无需了解其他区域。

多播路由的概念，它允许将消息发送到定义明确的、数量大但相对于整个网络而言较小的组。多播路由要求有群组管理，包括创建和销毁组以及允许进程加入和离开组。

网络中不同类型的主机，包括固定不动的、偶尔移动的以及在移动中保持连接的。移动主机需要网络来发送和接收数据，而网络则需要通过路由技术将数据准确无误地传递到它们手中。

无线自组织网络中的一种路由发现算法——AODV（Ad-Hoc On-Demand Distance Vector）。该算法基于需求触发路由发现，只在需要时才搜索路径，以提高网络效率。

AODV路由协议，它通过节点间相互通知路由失效来维护路由表。当某个节点失效时，与其相邻的节点会更新其路由表，并通知其相邻节点。

Chord，一种用于构建分布式系统的协议，通过指路表和相邻节点来实现高效的数据查找。

网络拥塞问题，网络拥塞通常由多种因素引起，如数据包过多、处理器速度慢、带宽不足等。

复杂系统中如计算机网络中的问题，可以通过控制理论来分析。控制理论将解决方案分为开环和闭环两种。

在虚拟电路子网中进行拥塞控制的方法。拥塞控制通常采用开放循环方法，即预防拥塞的发生。

网络中遇到拥堵情况时，路由器会采取的一种策略——负载 shedding，即丢弃无法处理的包。

不同类型应用对服务质量的要求，例如文件传输、电子邮件等对可靠性要求高，而音频、视频等则可以容忍一定的错误。

漏桶算法和令牌桶算法这两种网络流量管理技术。漏桶算法通过限制每个时钟周期发送的包数量来平滑流量，而令牌桶算法则允许在不超过最大桶容量的情况下保存令牌，从而允许一定的突发流量。

网络中如何保证服务质量的问题。为了确保服务质量，网络需要为数据流中的所有数据包建立一条从源到目的地的虚拟电路，并确保所有数据包都遵循这条路线。

网络中流量调度的重要性，因为单一流量可能会占用过多资源，影响其他流量。

网络中实现服务质量（QoS）的两种主要方法：基于流的QoS和基于类的QoS。

互联网连接各种不同网络，包括局域网、城域网和广域网的重要性。由于不同网络类型众多，每个网络都使用着不同的协议，因此互联它们成为一个挑战。

网络层如何连接不同网络。文中阐述了网络间在物理、数据链路和网络层的差异，以及这些差异如何导致网络互联的复杂性。

网络互联的两种主要模式：连接模式和连接无模式。连接模式类似于单子网中的虚拟电路，能够确保数据包顺序到达，但需要更多的表空间，且容易受到路由器故障的影响。

互联网中的路由算法，包括内部和外部路由。内部路由在每个网络内部使用内部网关协议，而外部路由在多个网络之间使用外部网关协议。

两种网络数据包的分割策略：透明分割和非透明分割。透明分割要求所有数据包都通过相同的出口网关，导致性能损失，但ATM网络需要这种策略。

IP地址和IP选项的基本概念。IP地址是网络中每个主机和路由器的唯一标识，由网络号和主机号组成。

如何通过子网划分将一个B类网络划分为64个子网。这种划分方法使得外部网络无法看到子网的存在，因此无需联系ICANN或更改外部数据库。

IP地址分配的问题。随着互联网的快速发展，原本丰富的IP地址资源变得日益紧张。

IP地址的稀缺问题以及由此产生的网络地址转换（NAT）技术。文章指出，随着ADSL和互联网接入技术的发展，家庭用户和商业客户对IP地址的需求激增，导致IP地址的短缺。

ICMP协议中的一些主要消息类型及其用途。例如，当子网或路由器找不到目标或数据包因DF位被设置且遇到“小包”网络而无法交付时，会发送“目标不可达”消息。

网络中数据传输的过程，从用户通过域名查询IP地址开始，到使用ARP协议获取目标主机的物理地址，再到构建以太网帧发送数据。

DHCP的工作原理，当一个新启动的机器需要IP地址时，它会广播一个DHCP DISCOVER包。

OSPF，即开放最短路径优先协议，它是一种用于自治系统内部的路由协议。

OSPF路由协议，它主要分为内部路由器、区域边界路由器、骨干路由器和AS边界路由器四种类型。

BGP协议，它考虑了政治、安全和经济因素，能够根据路由策略选择最佳路径。

互联网的多播技术，这种技术允许一个发送者同时向多个接收者发送数据。

IPv6的诞生背景和目的。随着互联网的普及，IPv4地址空间不足的问题日益凸显，同时，人们对网络的需求也越来越多样化。

IPv6的固定头部结构，包括流量类别、流标签、有效载荷长度、下一个头部、跳数限制、源地址和目的地址等字段。

网络传输中的几种扩展头部。首先是用于大数据包的“跳-跳”扩展头部，也称为jumbograms。

认证头部提供验证发送者身份的机制，而加密安全有效载荷则可以加密数据包内容，确保只有预期接收者才能读取。

在IPv6的设计过程中，由于设计流程开放，参与者意见强烈，导致诸多选择充满争议。例如，在地址长度、跳数限制字段长度、最大数据包大小、IPv4校验和去除以及移动主机支持等问题上，都存在分歧。特别是关于移动主机支持，虽然普遍认为应给予特殊支持，但共识未能达成，最终导致相关努力失败。在安全问题上，网络层与传输层实现安全的争论尤为激烈。最终，设计者们选择渐进式方法，通过隧道连接逐步合并IPv6岛屿，最终实现互联网全面升级。

计算机网络涉及服务类型、路由算法、协议参数和网络设计等多个方面。内容涵盖连接导向与无连接服务的适用场景，如虚拟子网与数据报子网的区别，以及连接导向服务可能引起的数据包顺序错乱问题。此外，还探讨了路由算法，包括距离向量路由和洪泛路由，以及寻找生存路径的启发式方法。同时，涉及协议参数的协商、虚拟电路服务的成本分析，以及网络设计中的挑战与解决方案。

网络通信领域包括Chord算法、虚拟电路、数据报等技术。书中详细讨论了网络节点查找、路由信息更新、网络流量控制等关键问题，并通过实例解释了不同算法在网络问题中的应用，如路由查找、流量控制、数据传输等。此外，分析了网络拥塞控制机制，如RED算法、漏桶算法，及其在网络性能优化中的重要性。多播、虚拟路径、碎片化等技术在网络通信中的应用及其对网络性能的影响也得到探讨。

网络路由和转发机制包括地址、掩码、下一跳、接口等信息在路由过程中的作用。示例展示了不同IP地址到达时，路由器如何根据配置的表项进行转发。同时，讨论了通过配置多台路由器提供网络冗余的策略，以及NAT在此策略中的影响。ARP和RARP协议的工作原理及区别，以及IP数据包重组和丢弃的处理方法也得到了介绍。最后，通过具体示例展示了如何使用traceroute工具追踪数据包在网络中的传输路径。

Chapter 5. The Network Layer

Chapter 6. The Transport Layer

网络应用层是互联网中至关重要的部分，其中DNS（域名系统）起着关键作用。DNS的主要功能是将人们易于记忆的域名转化为复杂的网络地址，简化了输入和记忆IP地址的难度。DNS通过分层命名机制，将互联网分为顶级域名和子域名，形成树状结构，便于管理和查找。DNS解析器将域名转换为IP地址，使应用程序能够与目标主机建立连接。

DNS资源记录将域名与IP地址等资源信息进行映射。每个域名可以关联多个资源记录，如A记录存储IP地址，MX记录指定电子邮件接收服务器，NS记录指定域名服务器。DNS通过解析查询请求，返回相应的资源记录。为了提高可靠性，DNS将命名空间划分为多个非重叠区域，每个区域包含部分域名树和对应的服务器。区域拥有主服务器和辅助服务器，主服务器从磁盘文件获取信息，辅助服务器则从主服务器获取，确保DNS系统的稳定性。

DNS名称空间的划分和命名服务器的作用是管理员根据需要设置区域边界，确定哪些服务器负责哪些子域。当查询请求到达时，本地名称服务器会处理它，若在权限范围内，则返回权威资源记录。对于不在本地权限范围内的域名，名称服务器会向顶级名称服务器发送查询，即递归查询。DNS还涉及缓存记录，可能不是最新的，需要定期更新。

电子邮件系统主要由用户代理和消息传输代理两大子系统构成。用户代理负责用户界面，提供发送、接收、回复邮件等功能；消息传输代理负责邮件的传输。电子邮件系统支持邮件撰写、传输、报告、显示和处置等基本功能，还包括邮件转发、创建邮箱、邮件列表、副本邮件、加密邮件等高级功能。

MIME邮件头部包括内容描述、内容标识、内容传输编码等，用于告知接收者邮件内容，识别邮件内容，处理特殊字符，保证邮件内容正确传输。MIME类型和子类型定义了数据传输类型，如文本、图像、音频、视频等。

SMTP协议通过TCP连接在源机器和目标机器之间传递电子邮件。源机器作为客户端，连接到目标机器的SMTP端口，服务器在端口25上监听，接受连接并接收邮件。客户端发送HELO命令告知服务器身份，指定发送者和接收者信息，服务器验证接收者存在后，客户端开始发送邮件。

电子邮件的工作原理包括发送和接收邮件的过程。用户通过邮件程序发送邮件，邮件传输代理通过DNS查找目标邮箱的MX记录和IP地址，与目标邮箱的SMTP服务器建立连接，将邮件传输至对方邮箱。接收邮件时，用户通过邮件程序连接到ISP的POP3服务器，使用POP3协议下载邮件至本地硬盘。

Webmail服务如Hotmail和Yahoo通过MX记录连接到邮件服务器，用户登录后，服务器验证用户身份，展示用户邮箱中的邮件列表。用户可以通过网页浏览、阅读、删除邮件。

Web模型的客户端部分主要探讨了浏览器如何工作以及用户如何通过浏览器浏览网页。浏览器能够显示网页，捕捉鼠标点击，跳转至其他页面。网页通过URL进行命名，浏览器与DNS服务器通信获取IP地址，建立TCP连接，发送请求获取页面内容。

多线程Web服务器通过将请求分配给多个处理模块，实现了在等待磁盘操作完成时，其他模块仍能处理其他请求，提高了服务器性能。服务器端通过建立TCP连接，返回请求的文件，为提高效率，服务器会缓存最近访问过的文件，并可通过多线程提高并发处理能力。

URL不仅让我们浏览网页，还整合了其他服务，如FTP、新闻、Gopher、电子邮件和telnet。IETF正在研究URN系统以解决URL方案指向特定主机的弱点。Netscape发明的cookie技术允许服务器在用户访问网页时存储信息，以实现个性化服务和数据跟踪。

HTML是一种用于创建网页的语言，允许用户在网页中插入文本、图形和指向其他网页的链接。HTML文档由头部和主体组成，其中头部包含标题和其他元信息，主体则包含网页的实际内容。

HTML表单的基本结构和功能包括不同类型的输入框如文本框、单选按钮、复选框和下拉菜单。表单通过<form>标签创建，其中的信息可以通过提交按钮发送到服务器。

XML和XSL语言用于在网页中结构化内容并分离内容与格式，从而提高网页的可搜索性和可读性。它们不仅用于定义网页的结构，还通过XSL样式表来控制外观。

JavaScript和PHP在网页处理中的应用差异。JavaScript允许在客户端（用户电脑）直接处理信息，无需与服务器交互，从而实现快速响应；而PHP需要在服务器端处理，可能会产生延迟。

HTTP请求方法包括GET、HEAD、PUT、POST、DELETE、TRACE、CONNECT、OPTIONS等。GET方法用于请求页面内容，HEAD方法只请求消息头，PUT方法用于写入页面，POST方法用于追加数据，DELETE方法用于删除页面，TRACE方法用于调试，CONNECT方法备用，OPTIONS方法用于查询服务器属性。

网络缓存的概念及其在提升页面访问速度中的作用。缓存技术通过将频繁访问的页面存储起来，以供后续快速访问，有效提高了用户体验。缓存由代理服务器维护，用户可通过配置浏览器请求代理服务器而非直接访问真实服务器。

内容分发网络（CDN）的运作原理。CDN公司通过与内容提供商合作，高效地将内容分发到用户手中，从而获得收益。它们在各大ISP的局域网中部署大量服务器，实现内容的快速响应。

WAP和i-mode两种无线网络技术。WAP虽然使用XML而非HTML，但因其不够成熟未能普及。i-mode则在日本取得了巨大成功，通过独特的传输系统、手机和网页设计语言，吸引了大量用户。

i-mode数据网络的结构包括手机硬件的基本配置和软件架构。手机硬件通常包括100MHz的CPU、数兆字节闪存和大约1MB的RAM。i-mode要求屏幕至少为72 x 94像素，且大多数为8位色，足以显示简单图形和卡通。

WAP 1.0虽然基于国际标准，但在实际应用中失败了，而i-mode在日本却取得了巨大成功。两者都认识到内容的重要性，WAP联盟认识到拥有众多支持其语言标记的网站至关重要，而NTT DoCoMo则意识到封闭的、专有的系统难以出口。

数字音频的基本概念阐述了声音波通过耳朵和麦克风转换为电信号的过程。人耳能听到的频率范围是20Hz到20,000Hz，并解释了声音的响度与分贝的关系。

音频信号通过模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号，采样和量化是数字音频处理的关键步骤。文中还提到了Nyquist定理，即采样频率至少应为最高频率的两倍。

音频压缩是数字音频处理的重要组成部分，通过减少数据量来提高传输效率。MP3作为最流行的音频压缩格式，基于心理声学原理，通过频率掩蔽和时域掩蔽等机制来降低数据量，同时保持音质。

数字音频技术及其在网络中的应用。文章首先阐述了通过频率掩蔽效应减少音频信号中频率的方法，从而在编码过程中节省比特。接着，介绍了MP3编码过程中的采样、滤波、频谱分辨率转换、比特分配和Huffman编码等步骤。

流媒体播放器的核心任务包括音乐解压缩和消除抖动。播放器通过缓冲区来保持音视频的流畅播放，通常需要10-15秒的缓冲时间。为了保证缓冲区数据充足，有两种策略：拉取服务器和推送服务器。

互联网电台的兴起和发展。起初，电台内容被录制并存储在硬盘上，听众可以随时下载收听。后来，直播互联网电台成为趋势，一些电台同时在线上线下播出。

H.323体系结构模型是一个针对互联网电话的框架。该模型涉及到多种协议，包括用于语音编码和解码的G.711，以及用于终端间协商的H.245。

SIP协议在VoIP通信中的应用，它允许用户通过发送INVITE消息来建立会话，并通过ACK消息确认。会话可以在TCP或UDP连接上创建，并且可以通过OPTIONS方法查询机器的能力。

电视和视频扫描的原理及其发展历程。不同国家和地区采用了不同的扫描参数，如NTSC和PAL/SECAM系统。电视和视频的图像由像素组成，而像素的颜色由红、绿、蓝三种颜色信号混合而成。

视频压缩的必要性和重要性强调了压缩技术在视频传输中的关键作用。详细阐述了视频压缩的两大核心算法：编码和解码，以及它们在应用中的不对称性。

MPEG标准这一自1993年起成为国际标准的视频压缩算法。MPEG标准主要分为MPEG-1和MPEG-2两个版本，它们在视频和音频压缩方面有着广泛应用。

MPEG-1编码标准中，搜索和匹配宏块的方法不是固定的，不同实现可以自由选择搜索范围和匹配标准。编码过程中，如果宏块在上一帧中找到，则计算与上一帧的差异，再进行一系列的编码步骤；如果没有找到，则使用JPEG编码当前帧。

MPEG-2与MPEG-1类似，但支持更多分辨率，且不支持D帧。视频点播服务与传统的视频租赁有所不同，它允许用户在家中选择视频，并提供暂停、播放和快进功能。

视频服务器在实现近视频点播（VOD）中的关键作用，这需要能够同时存储和输出大量电影的服务器。文中指出，磁带存储虽然成本低，但访问时间和传输速率慢，而光盘存储在成本和可靠性方面具有优势。

数字视频点播的分布网络，其中骨干网络要求高带宽，而本地分布网络则高度多样化，不同公司尝试不同技术。

MBone这一网络技术，它通过逻辑隧道连接岛屿上的特殊路由器mrouters，实现多播通信。mrouters可以是普通路由器或运行特殊软件的UNIX工作站。

MBone的拓扑结构灵活，可动态调整，通过IGMP协议管理用户对多播通道的需求。为了防止网络拥塞，MBone采用反向路径转发算法和IP生存时间字段限制数据包传播范围。

随着PIM-DM和PIM-SM等新协议的出现，MBone在提高多播效率和适应不同场景方面不断进步。尽管MBone尚未成为主流，但其在网络多媒体领域的应用前景广阔。

电子邮件和万维网是互联网的核心应用，广泛被用户使用。电子邮件使用ASCII头部来定义消息属性，并通过SMTP在TCP连接上传输。万维网通过链接超文本文档，主要采用HTML和XML格式，内容通常由服务器端和客户端脚本动态生成。随着无线网络和多媒体技术的发展，网络直播电视等新兴服务不断出现。

在计算机网络中，每个业务计算机都有三个全球唯一的标识符。本文通过图7-3分析了网站little-sister.cs.vu.nl的网络类型，并讨论了DNS协议使用UDP而非TCP的原因，以及DNS名称过长时的处理方式。同时，文章还探讨了计算机的DNS名称与IP地址的关系，以及电子邮件中的登录名问题。

此外，文章介绍了MIME类型和编码方案，并讨论了Web服务器和客户端之间如何处理不同的MIME类型。还涉及了电子邮件服务中的协议和标准，如POP3和IMAP，以及Web页面的结构和URL的组成。文章最后提出了一些设计问题和解决方案，如在线订餐表单的设计和JavaScript脚本的编写。

网页链接的工作原理是，当用户点击链接时，会打开一个TCP连接，并发送指令到服务器。文章还讨论了If-Modified-Since头部的有效性，以及在不同类型文件（如JPEG和HTML）上的应用差异。同时，文章比较了重大体育赛事期间网站访问量激增的情况与2000年佛罗里达选举中的闪众现象。

文章还探讨了ISP作为CDN的可行性，以及使用CDN的适用和不适用条件。此外，文章还讨论了无线网络终端的传输效率优化、音频CD的数据压缩、量化噪声对信号的影响以及心理声学模型在降低互联网电话带宽中的应用等话题。

Chapter 7. The Application Layer

网络安全，从最初仅用于学术研究和企业内部，发展到如今普通人广泛使用网络进行金融交易、购物和税务申报，其重要性日益凸显。这一领域涵盖了保密、身份验证、不可否认性和完整性控制等多个方面。

保密，即保护信息不被未授权用户获取。身份验证，则是确认你正在与谁交流，在透露敏感信息或进行商业交易之前。不可否认性，是关于签名的问题，如何证明客户真的下了电子订单。完整性控制，则是确保接收到的信息是原始的，未被恶意篡改。

随着电子商务的普及，企业将逐渐优化操作流程，解决漏洞，将技术安全推向中心舞台。网络安全的实现涉及多个层次，如物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层，每个层次都有其贡献。

密码学，作为网络安全的核心，其历史可追溯至军事、外交、日记作者和恋人等领域。加密过程涉及将明文转换为密文，并通过已知算法和密钥进行。算法的公开性和密钥的保密性是保证安全的关键。

量子密码学作为一种新兴技术，有望解决传统一次密钥垫在网络传输中的难题。量子密码利用光子的奇特性质，通过改变光子的偏振方向来传输信息，实现了加密通信。

加密学的两个基本原则，一是信息中的冗余性，二是信息的新鲜性。这两个原则在量子加密和传统加密中都扮演着重要角色，它们是确保信息安全和隐私的基础。

现代密码学，保留了传统密码学的转置和替换思想，但更注重算法的复杂性和不可破解性。加密算法通常使用对称密钥，通过复杂的转换过程，使得即使大量加密文本也无法被破解。

网络安全工具，包括IPsec、防火墙和VPN等，它们能保护网络通信不被窃听。电子邮件安全可通过PGP等技术实现，压缩加密信息，验证信息完整性。

数字签名在解决信息发送者身份验证问题上的应用，以及公钥密码学在数字签名中的应用，如何通过消息摘要来提高签名算法的效率和安全性。

公钥基础设施（PKI）的工作原理，证书的作用，以及如何将通信安全技术应用于实际网络环境中。

IPsec（IP安全）的起源和发展，其两个主要头部：认证头部（AH）和封装安全载荷头部（ESP）。

网络安全中防火墙的重要性，虚拟专用网络（VPN）的概念。

WEP加密技术的安全漏洞，WAP 2.0的安全机制。

设计安全的认证协议的困难性，如何防范中间人攻击等问题。

Kerberos认证协议，其工作原理和优势。

PGP，一款电子邮件安全软件，其功能和特点。

两种加密技术——PGP和PEM，以及S/MIME。

网络安全的严峻形势，黑客不断攻击网站，给网站带来损失。

网络安全的DNSsec（DNS安全）技术，其作用和优势。

网络安全的两个重要方面：自我认证的URL和SSL。

SSL连接建立的过程，以及其存在的问题。

移动代码的安全问题，如Java applet的安全问题，以及如何通过安全策略限制applet的行为。

Chapter 8. Network Security

章节内容主要是在总结学习计算机网络的成果与不足，强调了计算机网络是一个庞大且复杂的领域，有许多精彩话题尚未深入探讨，甚至因为篇幅限制而被省略。为此，章节提供了阅读建议和参考书目，旨在帮助读者继续深入学习和探索计算机网络的奥秘。



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