高級計算機網絡（第2版）

本書全面介紹了計算機網絡領域中主要的理論和實踐問題，主要內容圍繞網絡體系結構中的核心機制和算法展開，具體包括路由、擁塞控制、QoS控制、路由器設計和網絡安全等計算機網絡工程領域的核心內容，還介紹了物聯網、新一代互聯網等最新研究進展。本書主要面向通信和計算機網絡技術領域的研究生，也可供廣大網絡工程技術人員參考。本書對想了解和掌握計算機網絡體系結構的基本架構、核心設計思想和基本協議機制的讀者也很有參考價值。 ^[1] 

第1章計算機網絡與Internet1

1.1引言1

1.2Internet發展歷史2

1.2.1互聯網發展的主要階段4

1.2.2互聯網在中國的發展5

1.2.3互聯網主要創新5

1.3互聯網邊緣層與核心層10

1.3.1互聯網邊緣層10

1.3.2互聯網核心層11

1.4互聯網標準化組織12

1.5新一代互聯網發展現狀13

1.5.1新一代互聯網與IPv613

1.5.2新一代互聯網體系結構基礎研究及探索15

1.6新興網絡形態介紹16

1.6.1物聯網16

1.6.2雲計算和邊緣計算18

1.6.3數據中心網絡21

1.7全書內容安排23

參考文獻25

第2章Internet路由28

2.1引言28

2.2Internet路由體系結構與路由算法28

2.2.1Internet結構特點28

2.2.2Internet的路由結構29

2.2.3路由算法分類32

2.3Internet域內路由協議36

2.3.1路由信息協議(RIP)36

2.3.2開放短路徑優先(OSPF)協議42

2.4Internet域間路由協議BGP56

2.4.1自治系統級網絡拓撲57

2.4.2自治系統間的連接關係60

2.4.3國內ISP互聯情況62

2.4.4邊界網關協議(BGP)65

2.4.5BGP中的策略路由73

2.4.6BGP路由收斂問題77

2.4.7BGP穩定路徑問題85

2.4.8BGP路由安全問題89

2.5結論和進一步的研究工作93

參考文獻94

第3章擁塞控制98

3.1引言98

3.2基本概念99

3.2.1擁塞和擁塞控制99

3.2.2Internet中擁塞發生的原因99

3.2.3擁塞控制的目標100

3.3TCP擁塞控制機制研究102

3.3.1Internet的網絡模型102

3.3.2線性擁塞控制機制103

3.3.3線性擁塞控制機制評價104

3.4端到端擁塞控制算法研究106

3.4.1端到端擁塞控制算法設計的困難106

3.4.2端到端擁塞控制算法的研究概況107

3.4.3擁塞控制的源算法108

3.4.4擁塞控制的鏈路算法116

3.5結論和進一步的研究工作121

參考文獻122

第4章服務質量控制126

4.1引言126

4.2QoS的基本框架128

4.2.1流量分類與標記128

4.2.2流量監管與整形129

4.2.3隊列調度133

4.3集成服務與區分服務134

4.3.1集成服務135

4.3.2區分服務140

4.3.3集成服務與區分服務相結合的端到端QoS提供機制148

4.3.4各種服務機制的簡單比較151

4.4分組調度算法152

4.4.1分組調度概述152

4.4.2常用的調度算法152

4.5動態分組狀態159

4.5.1公平帶寬分配161

4.5.2每流准入控制163

4.5.3路由綁定164

4.5.4與區分服務框架的比較165

4.6數據中心內的QoS保證166

4.6.1負載部署167

4.6.2負載重分佈168

4.7結論和進一步的研究工作169

參考文獻170

第5章高性能路由器體系結構與關鍵技術177

5.1引言177

5.2路由器的發展歷史177

5.3路由器軟硬件系統組成178

5.3.1路由器基本結構單元178

5.3.2路由器軟件結構180

5.4路由器體系結構181

5.4.1為什麼需要高性能路由器182

5.4.2單機集中式總線結構182

5.4.3單機分佈式總線結構184

5.4.4單機分佈式Crossbar結構184

5.4.5多機互連的集羣結構185

5.4.6可擴展集羣路由器產品簡介186

5.5路由器關鍵技術190

5.5.1路由查找算法190

5.5.2IP分組分類算法213

5.5.3路由器交換結構及調度算法223

5.6新型路由器體系結構研究進展242

5.6.1並行分組交換機242

5.6.2可編程路由器研究進展245

5.6.3可重構路由器249

5.7結論和進一步的研究工作251

參考文獻252

第6章網絡安全262

6.1引言262

6.2計算機網絡安全基礎263

6.2.1網絡安全風險263

6.2.2網絡安全目標、安全服務和安全機制264

6.3密碼學基礎及其應用266

6.3.1密碼學歷史266

6.3.2密碼學基本概念272

6.3.3對稱密鑰算法274

6.3.4非對稱密碼算法279

6.3.5信息認證與單向散列函數284

6.4基礎協議威脅分析與防範289

6.4.1網絡層攻擊與防範289

6.4.2傳輸層攻擊與防範291

6.4.3路由層攻擊與防範292

6.5分佈式拒絕服務攻擊防範293

6.5.1DDoS攻擊的基本方式294

6.5.2現有DDoS攻擊防範方案297

6.6惡意軟件和殭屍網絡298

6.6.1傳統計算機病毒299

6.6.2蠕蟲300

6.6.3特洛伊木馬302

6.6.4殭屍網絡303

6.7結論和進一步的研究工作304

參考文獻305

第7章P2P系統原理310

7.1引言310

7.2P2P技術的發展歷史310

7.3P2P的組織結構313

7.3.1P2P與應用層網絡313

7.3.2無結構的P2P網絡314

7.3.3有結構的P2P網絡318

7.4P2P應用以及典型P2P系統分析327

7.4.1BitTorrent327

7.4.2CoolStreaming332

7.4.3PPLive334

7.4.4PPVA338

7.5P2P的革新式應用——區塊鏈340

7.5.1區塊鏈的發展340

7.5.2區塊鏈的體系結構341

7.5.3區塊鏈中的P2P網絡345

7.5.4P2P網絡對區塊鏈的影響351

7.6結論和進一步的研究工作354

參考文獻355

第8章物聯網359

8.1引言359

8.2物聯網概述359

8.2.1物聯網的起源及發展359

8.2.2射頻識別技術360

8.2.3智慧的地球362

8.2.4感知中國363

8.2.5物聯網的概念363

8.3無線傳感器網絡364

8.3.1無線傳感器網絡的概念364

8.3.2無線傳感器網絡的技術特點365

8.3.3傳感器網絡的應用372

8.4物聯網體系結構375

8.4.1物聯網的特性376

8.4.2物聯網的演化與發展面臨的挑戰377

8.4.3物聯網體系結構設計原則377

8.4.4一種物聯網應用參考模型378

8.4.5一種層次化物聯網體系結構379

8.4.6融合物聯網的下一代互聯網體系結構與協議棧380

8.5物聯網典型協議381

8.5.1IEEE 802.15.4標準381

8.5.2ZigBee384

8.5.36LoWPAN385

8.5.4路由機制386

8.5.5TCP/IP協議棧的簡化390

8.5.6CoRE391

8.6物聯網體系結構的主要研究問題393

8.6.1新型可擴展層次化路由393

8.6.2輕量級IPv6協議棧394

8.6.3物聯網節點和互聯網的互聯互通問題395

8.6.4物聯網安全問題396

8.7物聯網典型應用396

8.7.1智能家居396

8.7.2智能交通398

8.7.3智慧城市400

8.7.4智能製造402

8.8結論和進一步的研究工作403

參考文獻403

第9章軟件定義網絡408

9.1引言408

9.2SDN的由來408

9.3SDN的基本架構409

9.3.1SDN控制平面409

9.3.2SDN數據平面413

9.4SDN接口協議415

9.4.1OpenFlow協議415

9.4.2P4編程語言420

9.4.3其他接口協議421

9.5結論和進一步的研究工作423

參考文獻425

第10章IPv6與新一代互聯網429

10.1引言429

10.2IPv6429

10.2.1IETF429

10.2.2IPv6協議的歷史430

10.2.3IPv6協議內容431

10.2.4IPv6展望433

10.3新一代互聯網的主要特徵434

10.3.1新一代互聯網的基本特徵434

10.3.2新一代互聯網的主要技術挑戰435

10.3.3新一代互聯網研究中的幾個重要問題437

10.4安全可信的新一代互聯網體系結構438

10.4.1內生安全的互聯網體系結構研究439

10.4.2安全可信的新一代互聯網體系結構方案441

10.5結論和進一步的研究工作451

參考文獻451

附錄A計算機網絡實驗系統NetRiver454

A.1計算機網絡實驗系統NetRiver概述454

A.1.1滑動窗口協議實驗455

A.1.2IPv4收發實驗459

A.1.3IPv4轉發實驗463

A.1.4IPv4 over IPv6隧道協議實驗468

A.2NetFPGA實驗平台470

A.2.1NetFPGA開發板470

A.2.2NetFPGA硬件系統471

A.2.3NetFPGA軟件系統472

A.2.4NetFPGA使用模型473

A.3PlanetLab474

參考文獻478

徐恪，清華大學教授、博士生導師，國家傑出青年科學基金獲得者。主要從事計算機網絡體系結構、網絡經濟學和物聯網方面的科研和教學工作。擔任核心期刊“軟件學報”領域編委，中國電子學會會士，中國計算機學會理事。