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第1部分 计算机网络体系结构的发展1

第1章 计算机网络与Internet1

1．1引言1

1．2 Internet的发展过程1

1．3计算机网络技术的发展趋势3

第2章 主动网络6

2．1引言6

2．2主动网络体系结构7

2．3执行环境8

2．3．1 ANTS和PAN8

2．3．2 SmartPackets10

2．3．3 SwitchWare10

2．3．4其他相关工作11

2．4节点操作系统11

2．4．1节点操作系统接口定义12

2．4．2节点操作系统实例1——Scout15

2．4．3节点操作系统实例2——Janos17

2．4．4节点操作系统实例3——AMP19

2．4．5节点操作系统实例4——Router Plugins20

2．5主动网络安全体系结构与主动节点安全机制24

2．6主动网络应用24

2．6．1主动网络支持的可靠组播25

2．6．2主动拥塞控制25

2．6．3可编程的任意播PAMcast26

2．6．4多对一的通信Concast27

2．7结论与进一步的研究工作28

参考文献29

第3章 移动和Ad Hoc网络32

3．1引言32

3．2移动IP介绍33

3．2．1移动IPv4的功能实体33

3．2．2移动IPv4的基本工作机制34

3．2．3移动IPv4存在的问题37

3．2．4移动IPv638

3．2．5微移动（Micro-mobility）43

3．3移动环境中的组播问题48

3．3．1移动环境中IP组播的概况48

3．3．2移动组播协议研究现状50

3．3．3移动环境中的可靠组播59

3．4 Ad Hoc网络简介63

3．4．1 Ad Hoc网络的基本特点63

3．4．2 Ad Hoc网络的结构66

3．4．3 Ad Hoc网络中的MAC层67

3．4．4 Ad Hoc网络与Internet的互联70

3．5 Ad Hoc网络中的路由技术71

3．5．1 MANET中的单播路由72

3．5．2 MANET的广播协议79

3．5．3 MANET中的组播80

3．6结论与进一步的研究工作82

参考文献83

第4章 应用层网络89

4．1引言89

4．2典型的覆盖网络系统89

4．2．1弹性覆盖网络89

4．2．2服务覆盖网络92

4．2．3面向服务的互联网93

4．2．4基于覆盖网络的QoS架构94

4．2．5服务承载网96

4．3应用层组播97

4．3．1应用层组播分类99

4．3．2基于mesh网的应用层组播策略100

4．3．3基于树的应用层组播策略105

4．3．4基于隐含组播转发拓扑结构的策略110

4．3．5应用层组播协议的比较116

4．4应用层网络中的路由问题研究117

4．5结论与进一步的研究工作120

参考文献121

第5章 P2P系统原理126

5．1引言126

5．2 P2P技术的主要应用128

5．3 P2P的组织结构129

5．3．1 P2P与Overlay网络129

5．3．2有结构的P2P网络130

5．3．3无结构的P2P网络142

5．4典型P2P系统分析145

5．4．1 BitTorrent145

5．4．2 EMule147

5．4．3迅雷149

5．4．4 PPLive150

5．5 P2P流量管理155

5．5．1 P2P的流量特征156

5．5．2 P2P流量识别162

5．5．3 P2P流量管理的手段171

5．5．4 P2P流量综合管理方案174

5．6 P2P系统中的信誉机制180

5．6．1对等网络中信誉机制的基础180

5．6．2信誉机制的目标和基本研究方向180

5．6．3典型的信誉机制181

5．7结论与进一步的研究工作184

参考文献186

第6章 下一代互联网研究进展190

6．1引言190

6．2下一代互联网及其主要技术挑战190

6．2．1下一代互联网及其基本特征190

6．2．2 IPv6和下一代互联网191

6．2．3下一代互联网的主要技术挑战192

6．2．4下一代互联网研究中的几个重要问题194

6．3国外下一代互联网的主要研究进展195

6．3．1全球IPv6下一代互联网大规模试验网不断发展196

6．3．2 IPv6及其相关技术标准发展迅速199

6．3．3互联网和下一代互联网的基础理论研究逐步受到人们的重视200

6．3．4美国新的下一代互联网研究计划FIND和GENI201

6．4我国下一代互联网研究进展201

6．4．1我国下一代互联网研究及其试验网络202

6．4．2参与国际下一代互联网研究203

6．4．3攻关下一代互联网关键技术204

6．4．4探索下一代互联网体系结构基础理论204

6．5结论与进一步的研究工作208

参考文献209

第2部分 Internet的路由、拥塞控制和安全211

第7章 Internet单播路由211

7．1引言211

7．2 Internet路由体系结构与路由算法211

7．2．1 Internet结构特点211

7．2．2 Internet的路由结构212

7．2．3路由算法分类215

7．3 Internet域内路由协议218

7．3．1路由信息协议RIP218

7．3．2最短路径优先协议OSPF224

7．4 Internet域间路由协议BGP236

7．4．1边界网关协议BGP协议简介236

7．4．2 BGP中的策略路由242

7．4．3 BGP路由收敛问题245

7．4．4稳定路径问题250

7．5单播服务质量路由255

7．5．1网络模型和QoS度量257

7．5．2服务质量路由概述259

7．5．3单播QoSR算法264

7．5．4算法有效性分析270

7．5．5 QoS路由相关问题273

7．6结论与进一步的研究工作275

7．6．1本章内容总结275

7．6．2未来的发展277

参考文献279

第8章 Internet组播285

8．1引言285

8．1．1 Internet结构285

8．1．2组播简介286

8．1．3 Internet组管理协议IGMP287

8．1．4本章的组织287

8．2组播路由问题288

8．2．1网络模型288

8．2．2组播路由问题的分类288

8．3组播路由算法291

8．3．1最短路径树算法291

8．3．2最小生成树算法291

8．3．3 Steiner树算法291

8．3．4约束Steiner树算法295

8．3．5最大带宽树算法297

8．3．6其他算法297

8．3．7组成员的动态变化对组播树的影响297

8．3．8算法比较298

8．4组播路由协议299

8．4．1域内组播路由协议300

8．4．2域间组播路由协议307

8．4．3分析与比较318

8．5可靠组播323

8．5．1可靠组播的基本概念323

8．5．2自动重传请求ARQ324

8．5．3前向纠错FEC327

8．5．4 ARQ和FEC组合法328

8．5．5差错恢复328

8．5．6可靠组播协议330

8．6结论与进一步的研究工作333

参考文献335

第9章 拥塞控制342

9．1引言342

9．2基本概念342

9．2．1拥塞和拥塞控制342

9．2．2 Internet的网络模型343

9．2．3 Internet中拥塞发生的原因344

9．2．4 IP组播中的拥塞控制345

9．3端到端拥塞控制算法研究345

9．3．1端到端拥塞控制算法设计的困难345

9．3．2端到端拥塞控制算法的评价方法346

9．3．3端到端拥塞控制算法的研究概况347

9．3．4拥塞控制的源算法348

9．3．5拥塞控制的链路算法350

9．4组播拥塞控制算法和协议355

9．4．1组播拥塞控制协议的目标355

9．4．2组播拥塞控制算法的分类357

9．4．3组播拥塞控制协议360

9．5结论与进一步的研究工作365

参考文献366

第10章 服务质量控制371

10．1引言371

10．2网络微积分372

10．2．1介绍性的实例——整形器372

10．2．2集成服务和服务曲线375

10．2．3区分服务——聚集调度和适应性服务曲线379

10．2．4预录视频的回放延迟383

10．3集成服务与区分服务384

10．3．1从Intserv到Diffserv的发展385

10．3．2区分服务的体系结构387

10．3．3 Diffserv的典型服务与技术391

10．3．4 Diffserv与Intserv相结合的端到端QoS提供机制394

10．3．5 Diffserv网络中的组播问题398

10．3．6 DiffServ中带宽分配的公平性问题400

10．4动态分组状态和可扩展的控制平面操作402

10．4．1动态分组状态403

10．4．2虚拟时钟参考系统410

10．4．3可扩展的控制平面操作414

10．5分组调度算法416

10．5．1 IP分组调度机制416

10．5．2常用的调度算法417

10．5．3分组调度算法研究领域的一些最新进展422

10．6结论与进一步的研究工作422

参考文献423

第11章 网络安全432

11．1引言432

11．2网络安全技术概述432

11．2．1基本密码技术433

11．2．2认证技术434

11．2．3访问控制435

11．2．4数据传输的完整性、保密性和数字签名435

11．2．5网络安全管理436

11．3 IPsec——IP层网络安全438

11．3．1 IPsec协议体系结构438

11．3．2 IPsec协议简介439

11．3．3 IKE协议简介447

11．3．4结论455

11．4 DDoS攻击防范455

11．4．1引言455

11．4．2分布式拒绝服务攻击的基本方法457

11．4．3现有的DDoS攻击的防范方案461

11．4．4 Internet防火墙469

11．4．5结论471

11．5组播密钥管理472

11．5．1组播密钥管理介绍473

11．5．2组播密钥管理基本方案475

11．5．3用于集中控制方式的逻辑密钥树476

11．5．4对逻辑密钥树的几种改进478

11．5．5用于分布式模式的逻辑密钥树479

11．5．6分层分组式的组播密钥管理方案482

11．6结论与进一步的研究工作483

参考文献484

第3部分 高性能路由器体系结构与关键技术489

第12章 高性能路由器体系结构489

12．1引言489

12．2为什么需要高性能路由器489

12．3路由器体系结构的发展490

12．3．1单机集中式总线结构491

12．3．2单机分布式总线结构492

12．3．3单机分布式Crossbar结构493

12．3．4多机互连的集群结构494

12．4新一代路由器体系结构的关键问题495

12．4．1内存速度和容量495

12．4．2仲裁器497

12．4．3服务质量控制497

12．4．4内连网络（Interconnection Network）497

12．4．5单缓冲路由器模型的性能499

12．5路由器软硬件系统组成500

12．5．1路由器基本结构单元500

12．5．2路由器软件结构501

12．6可扩展路由器模型503

12．6．1路由器交换行为的抽象模型503

12．6．2 Scout可扩展路由器505

12．6．3 Click模块化路由器506

12．6．4路由器插入程序（Router Plugins）506

12．6．5可扩展路由器参考模型507

12．7路由器高可用性514

12．7．1路由器的高可用性需求515

12．7．2高可用的软件与协议系统516

12．8结论与进一步的研究工作518

参考文献518

第13章 路由查找算法521

13．1引言521

13．2 Internet地址结构的发展521

13．2．1基于类的地址结构521

13．2．2 CIDR的地址结构522

13．2．3 IPv6的地址表示522

13．3路由查找的有关定义523

13．3．1基本术语523

13．3．2最长地址前缀匹配的定义523

13．3．3最长地址前缀匹配的实现难点523

13．4路由查找算法分析524

13．4．1路由查找算法的分类524

13．4．2传统的路由查找算法524

13．4．3路由查找新算法的研究528

13．5路由查找算法的评价541

13．5．1路由查找算法的评价标准541

13．5．2路由查找算法的评价542

13．6 结论与进一步的研究工作545

参考文献545

第14章 IP分组分类算法548

14．1引言548

14．2 IP分类问题548

14．2．1相关术语549

14．2．2 IP分类问题的定义549

14．3 IP分类问题的解决方案550

14．3．1解决方案评价原则550

14．3．2 IP分类问题的解决方法的思想550

14．4几个典型IP分类算法551

14．4．1 RFC算法551

14．4．2 Grid of Tries算法552

14．4．3 Modular算法555

14．4．4 Cross-Product算法556

14．4．5元组空间查找算法556

14．5算法评测557

14．6结论与进一步的研究工作559

参考文献560

第15章 高性能路由器交换结构和调度算法562

15．1引言562

15．2交换内核（SwitchCore）的体系结构分析562

15．3较早的研究成果563

15．3．1输入和输出排队的比较563

15．3．2解决链头阻塞564

15．3．3早期的调度算法研究565

15．3．4简单比较566

15．4当前的主流算法及分析567

15．4．1最大匹配类算法567

15．4．2权重匹配算法570

15．4．3稳定结合（配对）572

15．4．4有加速比的算法研究573

15．4．5组合输入输出排队与无加速比的算法573

15．4．6确定型调度算法574

15．5直连网络交换方式的研究577

15．6结论与进一步的研究工作581

参考文献582