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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

1.2Internet的发展过程1

1.3计算机网络技术的发展趋势3

1.4本书的组织5

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

2.3.1ANTS和PAN8

2.3.2Smartpackets10

2.3.3SwitchWare10

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——RouterPlugins20

2.5主动网络安全体系结构与主动节点安全机制23

2.5.1主动网络的安全体系结构24

2.5.2主动网络中的身份认证和完整性保护25

2.5.3主动节点中的访问控制27

2.5.4实例29

2.6主动网络应用30

2.6.1主动网络支持的可靠组播30

2.6.2主动拥塞控制31

2.6.3可编程的任意播PAMcast31

2.6.4多对一的通信Concast33

2.7结论和进一步的研究工作33

参考文献34

第3章 移动和AdHoc网络38

3.1引言38

3.2移动IP介绍39

3.2.1移动IPv4的功能实体39

3.2.2移动IPv4的基本工作机制40

3.2.3移动IPv4存在的问题42

3.2.4移动IPv645

3.2.5微移动（Micro-mobility）49

3.3移动环境中的组播问题54

3.3.1移动环境中IP组播的概况54

3.3.2移动组播协议研究现状56

3.3.3移动环境中的可靠组播65

3.4AdHoc网络简介70

3.4.1AdHoc网络的基本特点70

3.4.2AdHoc网络的结构72

3.4.3AdHoc网络中的MAC层73

3.4.4AdHoc网络与Internet的互联76

3.5AdHoc网络中的路由技术77

3.5.1MANET中的单播路由78

3.5.2MANET的广播协议84

3.5.3MANET中的组播86

3.5.4QoS路由88

3.6结论和进一步的研究工作90

参考文献91

第4章 光网络96

4.1引言96

4.2光网络中的常见术语97

4.3光网络技术进展98

4.3.1关键器件99

4.3.2DWDM技术100

4.3.3光组播技术103

4.3.4光分组交换105

4.3.5光突发数据交换技术111

4.3.6智能自动交换光网络112

4.3.7无纤光联网技术112

4.4IPoverOptical113

4.4.1网络模型113

4.4.2服务模型与需求115

4.4.3光网络之上的IP传输116

4.4.4基于IP的光子网控制协议119

4.5结论和进一步的研究工作123

参考文献123

第5章 应用层网络126

5.1引言126

5.2覆盖网络126

5.2.1弹性覆盖网络126

5.2.2服务覆盖网络129

5.3对等网络130

5.3.1Internet上常见的对等网络系统130

5.3.2用于对等网络的分布式哈希查找系统132

5.3.3基于分布式哈希查找系统的大规模对等网络应用144

5.3.4对等网络中的安全问题147

5.3.5对等网络中需要进一步研究的问题149

5.4应用层组播150

5.4.1应用层组播分类152

5.4.2基于mesh网的应用层组播策略153

5.4.3基于树的应用层组播策略158

5.4.4基于隐含组播转发拓扑结构的策略162

5.4.5应用层组播协议的比较168

5.5结论和进一步的研究工作169

参考文献170

第2部分Internet的路由、拥塞控制和管理175

第6章 Internet单播路由175

6.1引言175

6.2Internet路由体系结构与路由算法175

6.2.1Internet结构特点175

6.2.2Internet的路由结构176

6.2.3路由算法分类179

6.3Internet单播路由协议182

6.3.1路由信息协议RIP182

6.3.2最短路径优先协议OSPF188

6.3.3边界网关协议BGP200

6.4稳定路径问题207

6.4.1BGP路由选择208

6.4.2稳定路径问题（SPP）209

6.4.3简单路径向量协议（SPVP）212

6.5单播服务质量路由213

6.5.1网络模型和QoS度量215

6.5.2服务质量路由概述217

6.5.3单播QoSR算法222

6.5.4算法有效性分析228

6.5.5QoS路由相关问题231

6.6结论和进一步的研究工作233

参考文献235

第7章 Internet组播与任意播239

7.1引言239

7.1.1Internet结构239

7.1.2组播简介240

7.1.3Internet组管理协议IGMP241

7.1.4本章的组织241

7.2组播路由问题242

7.2.1网络模型242

7.2.2组播路由问题的分类242

7.3组播路由算法245

7.3.1最短路径树算法245

7.3.2最小生成树算法245

7.3.3Steiner树算法245

7.3.4约束Steiner树算法249

7.3.5最大带宽树算法251

7.3.6其他算法251

7.3.7组成员的动态变化对组播树的影响251

7.3.8算法比较251

7.4组播路由协议253

7.4.1域内组播路由协议254

7.4.2域间组播路由协议261

7.4.3分析与比较271

7.5可靠组播277

7.5.1可靠组播的基本概念278

7.5.2自动重传请求ARQ279

7.5.3前向纠错FEC282

7.5.4ARQ和FEC组合法282

7.5.5差错恢复283

7.5.6可靠组播协议285

7.6Internet任意播简介287

7.6.1任意播策略287

7.6.2任意播简介288

7.6.3TCP与任意播289

7.6.4全球IP任意播（GlobalIPanycast,GIA）290

7.6.5任意播的应用290

7.7结论和进一步的研究工作291

参考文献293

第8章 拥塞控制299

8.1引言299

8.2基本概念299

8.2.1拥塞和拥塞控制299

8.2.2Internet的网络模型300

8.2.3Internet中拥塞发生的原因301

8.2.4IP组播中的拥塞控制302

8.3端到端拥塞控制算法研究302

8.3.1端到端拥塞控制算法设计的困难302

8.3.2端到端拥塞控制算法的评价方法303

8.3.3端到端拥塞控制算法的研究概况304

8.3.4拥塞控制的源算法305

8.3.5拥塞控制的链路算法307

8.4组播拥塞控制算法和协议312

8.4.1组播拥塞控制协议的目标312

8.4.2组播拥塞控制算法的分类314

8.4.3组播拥塞控制协议317

8.5结论和进一步的研究工作321

参考文献322

第9章 服务质量控制327

9.1引言327

9.2网络微积分328

9.2.1介绍性的实例—整形器328

9.2.2集成服务和服务曲线331

9.2.3区分服务——聚集调度和适应性服务曲线335

9.2.4预录视频的回放延迟339

9.3集成服务与区分服务340

9.3.1从Intserv到Diffserv的发展340

9.3.2区分服务的体系结构343

9.3.3Diffserv的典型服务与技术347

9.3.4Diffserv与Intserv相结合的端到端QoS提供机制350

9.3.5Diffserv网络中的组播问题353

9.3.6Diffserv中带宽分配的公平性问题355

9.4动态分组状态和可扩展的控制平面操作358

9.4.1动态分组状态358

9.4.2虚拟时钟参考系统365

9.4.3可扩展的控制平面操作369

9.5分组调度算法371

9.5.1IP分组调度机制371

9.5.2常用的调度算法371

9.5.3分组调度算法研究领域的一些最新进展376

9.6交换机和路由器中的缓存管理算法377

9.6.1背景知识378

9.6.2缓存管理算法379

9.6.3算法性能分析与传输模型385

9.6.4比较与总结386

9.6.5缓存管理算法的应用387

9.6.6进一步的研究方向388

9.7结论和进一步的研究工作388

参考文献389

第10章 多协议标记交换MPLS398

10.1引言398

10.2MPLS基本体系结构399

10.2.1标记和标记绑定399

10.2.2标记栈400

10.2.3标记交换路径（LSP）401

10.2.4路由选择401

10.2.5倒数第二跳退栈402

10.2.6LSP隧道403

10.2.7LSP隧道层次的实例403

10.2.8下一跳标记转发条目404

10.3标记分发404

10.3.1下游自主和下游按需405

10.3.2标记保持模式：自由和保守405

10.3.3LSP控制：有序和独立405

10.3.4标记分发对等体和层次406

10.3.5标记分发协议的选择407

10.4MPLS对于区分服务的支持407

10.4.1MPLS如何支持区分服务407

10.4.2DIFFSERVLSR的标记转发模式409

10.5多协议标记交换的应用410

10.5.1流量工程410

10.5.2虚拟私有网络414

10.6GMPLS418

10.6.1GMPLS介绍418

10.6.2为什么需要GMPLS418

10.6.3GMPLS和MPLS420

10.6.4GMPLS的控制平面420

10.7结论和进一步的研究工作422

参考文献422

第11章 网络安全424

11.1引言424

11.2网络安全技术概述424

11.2.1基本密码技术425

11.2.2认证技术426

11.2.3访问控制427

11.2.4数据传输的完整性、保密性和数字签名427

11.2.5网络安全管理428

11.3IPsec——IP层网络安全429

11.3.1IPsec协议体系结构430

11.3.2IPsec协议简介431

11.3.3IKE协议简介439

11.3.4结论447

11.4DDoS攻击防范447

11.4.1引言447

11.4.2分布式拒绝服务攻击的基本方法449

11.4.3现有的DDoS攻击的防范方案453

11.4.4Internet防火墙461

11.4.5结论和进一步的研究工作463

11.5组播密钥管理464

11.5.1组播密钥管理介绍465

11.5.2组播密钥管理基本方案467

11.5.3用于集中控制方式的逻辑密钥树468

11.5.4对逻辑密钥树的几种改进469

11.5.5用于分布式模式的逻辑密钥树471

11.5.6分层分组式的组播密钥管理方案474

11.6结论和进一步的研究工作475

参考文献476

第12章 简单网络管理协议SNMP480

12.1引言480

12.2SNMP发展历程480

12.3SNMP的基本概念481

12.3.1SNMP协议的组成481

12.3.2SNMP网络管理的组织结构482

12.3.3陷阱引导的轮询操作483

12.4SNMPvl483

12.4.1通信模型483

12.4.2管理模型485

12.4.3SNMPvl的局限与不足486

12.5SNMPv2487

12.5.1通信模型的增强487

12.5.2分布式的网络管理488

12.5.3与SNMPvl的兼容方案489

12.6SNMPv3490

12.6.1SNMPv3体系结构490

12.6.2安全与管理492

12.7结论和进一步的研究工作493

参考文献493

第3部分高性能路由器体系结构与关键技术495

第13章 高性能路由器体系结构495

13.1引言495

13.2为什么需要高性能路由器495

13.3路由器体系结构的发展496

13.3.1单机集中式总线结构497

13.3.2单机分布式总线结构498

13.3.3单机分布式Crossbar结构499

13.3.4多机互联的集群结构500

13.4新一代路由器体系结构的关键问题501

13.4.1内存速度和容量501

13.4.2仲裁器503

13.4.3服务质量控制503

13.4.4内连网络503

13.4.5单缓冲路由器模型的性能504

13.5路由器软硬件系统组成506

13.5.1路由器基本结构单元506

13.5.2路由器软件结构507

13.6可扩展路由器模型509

13.6.1路由器交换行为的抽象模型509

13.6.2Scout可扩展路由器511

13.6.3Click模块化路由器512

13.6.4路由器插入程序513

13.7路由器高可用性513

13.7.1路由器的高可用性需求514

13.7.2高可用的软件与协议系统515

13.8结论和进一步的研究工作517

参考文献517

第14章 路由查找算法519

14.1引言519

14.2Internet地址结构的发展519

14.2.1基于类的地址结构519

14.2.2CIDR的地址结构520

14.2.3IPv6的地址表示520

14.3路由查找的有关定义521

14.3.1基本术语521

14.3.2最长地址前缀匹配的定义521

14.3.3最长地址前缀匹配的实现难点521

14.4路由查找算法分析522

14.4.1路由查找算法的分类522

14.4.2传统的路由查找算法522

14.4.3路由查找新算法的研究526

14.5路由查找算法的评价540

14.5.1路由查找算法的评价标准540

14.5.2路由查找算法的评价541

14.6结论和进一步的研究工作544

参考文献544

第15章 IP分组分类算法546

15.1引言546

15.2IP分类问题546

15.2.1相关术语547

15.2.2IP分类问题的定义547

15.3IP分类问题的解决方案548

15.3.1解决方案评价原则548

15.3.2IP分类问题的解决方法的思想548

15.4几个典型IP分类算法549

15.4.1RFC算法549

15.4.2GridofTries算法550

15.4.3Modular算法553

15.4.4Cross-Product算法554

15.4.5元组空间查找算法555

15.5算法评测555

15.6结论和进一步的研究工作557

参考文献558

第16章 高性能路由器交换结构和调度算法560

16.1引言560

16.2交换内核的体系结构分析560

16.3较早的研究成果561

16.3.1输入和输出排队的比较561

16.3.2解决链头阻塞562

16.3.3早期的调度算法研究563

16.3.4简单比较564

16.4当前的主流算法及分析565

16.4.1最大匹配类算法565

16.4.2权重匹配算法568

16.4.3稳定结合（配对）570

16.4.4有加速比的算法研究571

16.4.5组合输入／输出排队与无加速比的算法571

16.4.6确定型调度算法572

16.5结论和进一步的研究工作574

参考文献575