高級計算機網絡（簡體書）

《清華大學計算機系列教材：高級計算機網絡》全面介紹了計算機網絡技術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，具體包括單播路由、組播路由、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，還特別介紹了P2P和物聯網等新型網絡形態，對新一代互聯網的研究進展也進行了簡要介紹。
《清華大學計算機系列教材：高級計算機網絡》全面反映了近幾年來網絡領域的最新發展，並盡可能提供了較詳盡的參考文獻。在介紹最新進展的同時，在每一章的最後都力圖指出進一步的研究方向供讀者參考。
《清華大學計算機系列教材：高級計算機網絡》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。本書對想瞭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。．

徐恪，清華大學計算機系教授，博士生導師。2001年獲得清華大學工學博士學位，同年留校任教。主要從事計算機網絡體系結構，P2P等大規模分布式系統和物聯網方面的科研和教學工作，核心期刊“計算機應用與軟件”和“中國科技論文”編委，Springer國際期刊Networking Science編委。2011年獲得“中國計算機學會青年科學家獎”和“清華大學青年教師教學優秀獎”。講授的“高等計算機網絡”被評為清華大學研究生精品課程。．

《清華大學計算機系列教材:高級計算機網絡》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。《清華大學計算機系列教材:高級計算機網絡》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。

第1章 計算機網絡與Internet
1.1 引言
1.2 Internet發展歷史
1.2.1 互聯網發展的主要階段
1.2.2 互聯網在中國的發展
1.2.3 互聯網主要創新
1.3 互聯網邊緣層與核心層
1.3.1 互聯網邊緣層
1.3.2 互聯網核心層
1.4 互聯網標準化組織
1.5 下一代互聯網發展現狀
1.5.1 新一代互聯網與IPv6
1.5.2 下一代互聯網體系結構基礎研究及探索
1.6 新興網絡形態介紹
1.6.1 物聯網
1.6.2 雲計算
1.6.3 數據中心網絡
1.7 結論和進一步的研究工作
參考文獻

第2章 Internet單播路由
2.1 引言
2.2 Internet路由體系結構與路由算法
2.2.1 Internet結構特點
2.2.2 Internet的路由結構
2.2.3 路由算法分類
2.3 Internet域內路由協議
2.3.1 路由信息協議（RIP）
2.3.2 開放最短路徑優先協議（OSPF）
2.4 Internet域間路由協議BGP
2.4.1 自治系統級網絡拓撲
2.4.2 自治系統間連接關係
2.4.3 國內ISP互聯情況
2.4.4 邊界網關協議（BGP）簡介
2.4.5 BGP中的策略路由
2.4.6 BGP路由收斂問題
2.4.7 BGP穩定路徑問題
2.4.8 BGP路由安全問題
2.5 結論和進一步的研究工作
參考文獻

第3章 Internet組播
3.1 引言
3.1.1 計算機網絡中的通信方式
3.1.2 組播發展的歷史、現狀及挑戰
3.1.3 IP組播技術的優缺點
3.2 組播地址
3.2.1 IPv4組播地址
3.2.2 組播MAC地址
3.3 Internet組管理協議IGMP
3.4 組播轉發
3.4.1 源樹
3.4.2 共享樹
3.4.3 源樹和共享樹的比較
3.4.4 組播轉發
3.5 組播路由協議
3.5.1 域內組播路由協議
3.5.2 域間組播路由協議
3.5.3 分析與比較
3.6 IPv6組播
3.6.1 IPv6組播地址
3.6.2 IPv6組成員關係協議
3.6.3 IPv6組播路由協議
3.6.4 CNGI大規模可控組播
3.7 結論和進一步的研究工作
參考文獻

第4章 擁塞控制
4.1 引言
4.2 基本概念
4.2.1 擁塞和擁塞控制
4.2.2 Internet中擁塞發生的原因
4.2.3 擁塞控制的目標
4.2.4 IP組播中的擁塞控制
4.3 TCP擁塞控制機制研究
4.3.1 Internet的網絡模型
4.3.2 線性擁塞控制機制
……
第5章 服務質量控制
第6章 高性能路由器體系結構與關鍵技術
第7章 網絡安全
第8章 P2P系統原理
第9章 物聯網
第10章 IPv6與新一代互聯網
附錄A 計算機網絡實驗系統Net River簡介
附錄B　Net FPGA實驗平臺簡介
附錄C　Planet Lab簡介．

2.5 結論和進一步的研究工作
本章討論了Internet的單播路由問題，重點介紹了目前正在使用的主流的單播路由協議。
就Internet單播路由協議本身來說，目前的研究集中在BGP和OSPF協議本身的收斂性和穩定性等方面。另外，如何在域內提供靈活的路由環境也值得進一步研究。我們實驗室的一部分工作就是擴展BGP的路由選擇通知，可以在自治系統間部署，用來進行源地址驗證與過濾，是源地址驗證工作中重要的一環。
隨著網絡和應用業務的快速發展，能夠根據服務質量需求進行服務質量路由（QoSR）日益成為網絡研究的核心問題之一。限于篇幅，本章沒有對該問題進行介紹，感興趣的讀者可以參考文獻～文獻。
實際上，目前互聯網的路由和尋址體系結構面臨著嚴重的問題。互聯網用戶的增加，以及其他諸多因素（如多穴主機、流量工程和策略路由等）都導致核心網的路由表規模在不停地增長。互聯網標準化組織IETF于2006年11月在阿姆斯特丹舉辦了“Routing and Addressing Workshop”專門討論了關于路由和尋址所面臨的問題。
具體來說，當前的路由和尋址體系結構面臨的最重要的問題就是可擴展性問題。可擴展性問題主要體現在互聯網核心路由表的規模超線性的快速增加。2005年路由表只有15萬～17.5萬條表項，到2007年則增加到20萬條以上，到2011年已經增加到接近40萬條。核心路由表數量的增加導致了很多問題，例如：
（1）路由器中的路由表和轉發表的大小增加。
（2）轉發表重新計算的開銷增加。
（3）路由更新消息的增加導致BGP計算的開銷，比如在2005年8月，就發現了有超過40萬的路由更新事件發生。
（4） BGP路由協議的收斂時間增加。
（5）路由器硬件的開銷和能耗的增加，動態存儲器訪問速率并不能跟上摩爾定律，也讓人擔心路由器的性能是否能夠應付路由表的快速增長。
（6）將網絡邊緣的變化暴露給網絡核心，引起網絡核心的路由振蕩。
核心路由表增加的原因很多，主要有以下3個。
（1）多宿主技術（multi-homing）的大量使用。當前很多站點為了保證服務的可靠性或者出于性價比的考慮，都會使用多個互聯網服務提供商提供服務，使用多宿主技術的站點如果使用互聯網服務提供商無關的地址，則會導致不能很好聚集的地址前綴被分布。即使使用互聯網服務提供商提供的地址，該地址前綴也需單獨發布，不能被聚集。
（2）流量工程中使用的一些方法。比如為了實現讓流量能夠在多條鏈路上更好地實現負載均衡，或者考慮多使用價格比較低的鏈路的目的，然而當前的路由協議（如BGP、OSPF和IS-IS等）并沒有很好地提供對流量工程的支持。在實際中往往采用的辦法就是如果需要流量工程的地址范圍是聚集的地址前綴的一部分，則會單獨對這部分前綴發布路由信息來實現流量工程的目的。然而這樣使用雖然達到了流量工程的目的，卻損害了路由的可聚集性。
（3）互聯網注冊機構（Regional Internet Registry）地址分配策略并不是最優的，很多站點不愿意因為更換互聯網服務提供商就更換IP地址，會要求分配服務提供商無關的地址，這些地址并不是在拓撲上可聚集，而且由于往往代表一個小的邊緣網絡，很容易在核心網中引入更多的路由表項。
此外，當前的路由和尋址體系結構面臨的第二個問題則是當前IP地址的語義重載問題。當前的IP地址實際上擔負著雙重語義，既作為路由系統尋址時的定位，又作為雙方通信傳輸層的標識。這種語義重載實際上也嚴重地影響了整個路由系統的可擴展性，實際上對這個問題已經有了很多討論，然而現在并沒有一個很好的能實際應用的解決方案。
一般認為，路由系統如果需要可擴展，那么IP地址作為尋址定位的功能，必須表示互聯網拓撲中的位置，必須按照互聯網的拓撲來進行分配。然而，作為傳輸標識，IP地址通常都是基于端系統或者端系統所屬的組織結構來分配，應該是拓撲無關的。此外，作為標識，還需要具有穩定性。當網絡和主機從互聯網另一個地方接入的時候，需要更換它的位置，然而它的標識應該不變。從上面的分析可以看到，IP地址的雙重語義實際上在地址分配上是存在矛盾的，一個單一的名字空間是很難滿足兩方面的要求，也是導致目前路由和尋址體系結構面臨可擴展性問題的一個重要原因。
此外，當前路由和尋址體系結構也面臨一些其他問題，例如路由的收斂問題，但是該問題的一部分原因也是路由條數過多造成的，和當前路由和尋址體系結構可擴展性問題相關。而作為下一代互聯網載體的IPv6而言，如果缺乏一個可擴展的路由和尋址體系結構，還是沿用IPv4現有的策略的話，面對的問題可能會更嚴重，因為IPv6擁有更大的地址空間，如果沒有一個可擴展的路由和尋址體系結構來管理這樣大的地址空間的尋址，路由表項的數量可能會比IPv4大幾個數量級。
因此，未來的互聯網需要新的多維可擴展的路由和尋址體系結構，這個路由和尋址體系結構需要解決目前的問題，以及充分考慮未來需求的變化，比如互聯網用戶的不斷增長、區域提供商和子網的數目不斷增加、各種移動網絡的增加，以及移動接人設備的不斷增加等。有興趣的讀者可以關注美國的FIND計劃中的相關研究課題。