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Internet原理与技术


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王志文 陈妍 夏秦 编著
978-7-111-49418-8
45.00
356
2015年04月02日

计算机 > 计算机网络 > 网络协议

1083
简体中文
16

教材
计算机科学与技术学科研究生教材








随着Internet的广泛应用,使得越来越多的读者希望了解其工作机理及相关技术。尽管现有的计算机网络原理以及Internet协议分析方面的教材对TCP/IP网络的体系结构、工作原理、支撑协议以及常规应由做了介绍;但随着新的网络技术的产生,Internet的核心协议以及高级应会逐渐涌现出来,许多读者对这些新兴技术只是“闻其名,不识其物”,迫切需要一本教材能够全面、系统地讲解这些新兴的Internet高级技术。
本书就是针对这一需求进行撰写的,在介绍Internet基础之上,着重描述了单播路由协议、多播分组转发、移动IP、IPV6、P2P技术等,还详细介绍了我国Internet的发展状况以及国内主要ISP的网络结构及其互联情况。
本书基于作者多年从事计算机网络教学与科研工作的丰富经验,结合作者对Internet发展过程中所涌现的众多新技术与应用的分析、认识,从Internet的起源、技术现状以及未来发展趋势方面,系统、深入地讲述了Internet的基本工作原理与经典技术,力求在介绍Internet基础知识的同时,重点描述当前Internet的高级技术以及新技术,包括移动IP、IP QoS、多播/单播路由协议过程、P2P、IPv6等,以厘清学生在Internet原理与技术上存在的认知盲区、理解误区以及期望破解的禁区。
本书的另外一大特色是全面介绍了我国Internet的发展历程、CNGI技术趋势以及Internet基础资源分布,并以CERNET与ChinaNet两大运营商网络为例分析了Internet的用户接入与IP分组跨网络路由的具体实现。
本书主要特点
内容全面:涵盖Internet工作机理的主要技术。
主次分明:基础知识点到为止,高级技术描述详尽。
结合实际:针对性地介绍中国的Internet基础资源及应用实例。
范例一致:采用单个案例贯穿全书。
随着物联网与移动互联网的逐渐推广,社会对深入了解Internet机理的人才需求量明显加剧,目前大部分学生只是从“计算机网络原理”或“网络工程与应用”之类的课程中了解Internet的相关知识,前者重点讲述网络原理,Internet只是作为原理讲述的例程,不涉及Internet的全部内容;后者强调的是Internet应用及联网设备的操作与配置,缺乏对应用与设备内在机理的介绍。本书在介绍Internet的基础上,对当下Internet高级技术及应用进行了全面描述,使学生能够深入地理解下一代Internet的工作机理。
目前,市场上常见的介绍Internet原理和技术的经典教材主要是从美国引进的,包括机械工业出版社出版的由Tim Parker编写的《TCP/IP技术大全》、Richard Stevens编写的《TCP/IP详解》(卷1,卷2,卷3)以及Douglas E. Comer编写的《TCP/IP网络互连》(第5版)。这三本教材在我国影响非常大,但它们的共同特征是针对IPv4网络进行描述,内容全面而庞杂,对协议的工作机理描述不够详细;此外,由于这些教材的出版年代相对久远,Internet近些年新出现的技术没有在其中得到较好体现。可以说,如果学习Internet基础知识,上述任何一本教材都可以,但要理解并深入掌握最新的Internet高级技术,上述三本教材仍有其不足之处。
国内近年来也出版了一些反映计算机网络新技术的著作,但大多立足于学术研究层面,学生难以理解其中很多的理论细节。基于上述原因,我们认为有必要编写一本反映最新Internet高级技术及应用的适合课堂教学的教材,既是对我们已有工作的梳理,也希望为从事Internet工作的技术人员提供一本难度适中、内容合理、通俗易懂的参考书。
本书编写的立足点在于以下几个方面:
1)Internet近年来不断涌现出新技术与应用,需要在Internet基本原理之上介绍这些新的技术。
2)作者从事网络教学与科研工作多年,对Internet发展过程中的技术变迁有着较深的体会,本书中融入了作者对这些技术的理解和思考。
3)基于课堂教学体会,希望厘清学生对Internet原理存在的认知盲区、理解误区并阐释清楚期望破解的禁区。
为了更好地编写本书,作者参阅了大量资料,主要来自下述5个领域的最新进展:
①现有技术参考书,包括教材、学术著作等;②知名企业(如华为、中兴、Cisco、锐捷网络等)的内部技术白皮书及培训报告等;③Internet上相关技术网站的专题文章、技术论坛;④中国期刊网的优秀研究生毕业论文,这些论文针对具体的最新Internet技术问题提出了专门的解决方案;⑤编者历年为讲授“Internet原理与技术”课程而专门收集的课程资源。上述资料的来源方式也可为读者借鉴,从而方便读者更好地寻找自己感兴趣的话题。
本书在介绍Internet基础之上,首先对单播与多播路由协议的交互过程进行了详细描述,并对移动互联网要求的移动IP及IP服务质量进行了具体阐述;其次,介绍了新的P2P原理及应用,并对下一代Internet的核心IPv6进行了分析;最后,有针对性地介绍了我国Internet建设现状、技术体系及网络互联基础资源等情况。
本书在内容及编写风格上具有下述特色:
内容全面:涵盖Internet工作机理的主要技术;
主次分明:前导课程中已涉及的基础知识点到为止,高级技术描述详尽;
结合实际:针对性地介绍中国的Internet基础资源及应用实例;
范例一致:单个案例贯穿全书。
全书共分9章,包括Internet概述、Internet基础、Internet单播路由、Internet组播、移动IP、IP服务质量、P2P原理与应用、IPv6、Internet在中国的发展及应用。其中第1、5、6、7章由王志文编写,第2、3、4章由陈妍编写,第8、9章由夏秦编写,全书由王志文统稿。另外,西安交通大学的郑庆华、朱海萍等老师对本书的编写提出了很多有益的建言和提议,在此表示衷心的感谢。
对于采用本书作为教材的教师,可从华章网站(http://www.hzbook.com)免费下载和使用本书配套的电子教案及相关教辅资源。
Internet技术及应用的发展过于迅速,尽管我们投入了大量的时间和精力,但限于作者水平和能力,书中难免还会存在某些疏漏和不妥之处,欢迎同行专家和读者批评指正,我们将不胜感激。

编 者
2014年11月于西安交通大学
前言
教学建议
第1章 Internet概述 1
1.1 引言 1
1.2 Internet的发展与创新 2
1.2.1 Internet的发展历程 2
1.2.2 Internet的技术创新 4
1.3 Internet的结构 11
1.3.1 Internet边缘部分 11
1.3.2 Internet核心部分 13
1.4 相关标准化组织 14
1.4.1 计算机网络相关的标准化组织 14
1.4.2 Internet标准化组织 16
1.5 Internet的未来 17
1.5.1 Internet的发展目标 18
1.5.2 下一代Internet面临的技术挑战 19
1.5.3 下一代Internet研究进展 21
1.5.4 下一代Internet关键技术 24
1.6 新兴网络形态 27
1.6.1 移动互联网 27
1.6.2 云计算 30
1.6.3 物联网 33
1.6.4 数据中心网络 36
思考题 39
第2章 Internet基础 40
2.1 TCP/IP体系结构 40
2.2 IP层 42
2.2.1 IPv4 42
2.2.2 ARP 45
2.2.3 ICMP 46
2.3 传输层 48
2.3.1 UDP 48
2.3.2 TCP连接 49
2.3.3 TCP传输控制 53
2.4 应用层 57
2.4.1 DHCP 57
2.4.2 DNS 58
2.4.3 Web 61
2.4.4 FTP 62
2.4.5 E-mail 63
2.5 Internet接入 66
2.5.1 接入网的概念 66
2.5.2 ADSL 67
2.5.3 基于HFC网的CableModem 67
2.5.4  以太网接入 68
2.5.5 光纤接入 69
2.5.6 电力线接入 70
2.5.7 宽带无线接入 71
2.5.8 3G/4G接入 72
思考题 74
第3章 Internet单播路由 75
3.1 Internet路由体系 75
3.1.1 路由概述 75
3.1.2 路由器 76
3.1.3 分层路由 79
3.1.4 常用路由算法 80
3.1.5 Internet的路由结构 83
3.2 RIP 84
3.2.1 RIP发展历程 84
3.2.2 RIP报文结构 86
3.2.3 RIP工作流程 88
3.2.4 慢收敛 89
3.2.5 路由合并 90
3.3 OSPF 92
3.3.1 OSPF发展历程 92
3.3.2 OSPF链路类型 93
3.3.3 层次化的OSPF 94
3.3.4 OSPF报文结构 96
3.3.5 OSPF工作流程 99
3.4 BGP 101
3.4.1 BGP概述 101
3.4.2 BGP邻接关系 103
3.4.3 BGP报文结构 104
3.4.4 BGP路由属性 106
3.4.5 BGP工作流程 108
思考题 112
第4章 Internet组播 113
4.1 组播 113
4.1.1 组播概述 113
4.1.2 组播应用 114
4.1.3 组播模型 115
4.1.4 组播地址 116
4.2 IGMP 118
4.2.1 IGMPv1 119
4.2.2 IGMPv2  121
4.2.3 IGMPv3 123
4.3 交换机组成员关系维护 126
4.3.1 IGMP Snooping 126
4.3.2 IGMP Proxy 128
4.3.3 GMRP 129
4.4 组播分组转发 130
4.4.1 源树 130
4.4.2 共享树 134
4.4.3 RPF检查 135
4.5 组播路由协议 136
4.5.1 协议分类 136
4.5.2 DVMRP 137
4.5.3 MOSPF 140
4.5.4 CBT 142
4.5.5 PIM 143
思考题 147
第5章 移动IP 148
5.1 移动节点的IP通信 148
5.1.1 链路变更对IP传送的影响 148
5.1.2 基于特定主机路由 149
5.1.3 节点漫游 152
5.1.4 链路层的节点移动 154
5.1.5 移动IP 155
5.2 移动IP技术架构 156
5.2.1 技术要求 156
5.2.2 功能实体 157
5.2.3 工作机理 159
5.3 代理搜索 161
5.3.1 代理搜索消息 161
5.3.2 移动检测方法 163
5.4 注册 165
5.4.1 注册类型 165
5.4.2 注册消息格式 166
5.4.3 注册过程 168
5.5 数据包选路 171
5.5.1 移动节点在家乡链路上的选路 171
5.5.2 移动节点在外地链路上的选路 171
5.5.3 移动节点发送数据包 175
5.5.4 三边路由及优化 175
5.5.5 移动节点收发广播包和组播包 176
5.6 移动IPv6 179
5.6.1 移动IPv6工作原理 179
5.6.2 代理搜索 180
5.6.3 通告 180
5.6.4 数据包选路 184
5.6.5 与移动IPv4的区别 185
思考题 186
第6章 IP服务质量 187
6.1 QoS背景 187
6.1.1 QoS发展历程 187
6.1.2 尽力而为服务 189
6.1.3 QoS定义 190
6.1.4 QoS典型场景 191
6.2 流量分类 192
6.3 流量监管与流量整形 194
6.3.1 令牌桶算法 194
6.3.2 漏桶算法 196
6.3.3 流量监管 197
6.3.4 流量整形 197
6.4 队列调度 199
6.4.1 队列调度概述 199
6.4.2 先进先出队列 199
6.4.3 优先队列 200
6.4.4 定制队列 201
6.4.5 加权公平队列 202
6.4.6 基于类的WFQ 204
6.4.7 RTP优先队列 205
6.5 集成服务 206
6.5.1 集成服务概述 206
6.5.2 RSVP 208
6.5.3 集成服务评价 211
6.6 区分服务 212
6.6.1 区分服务概述 212
6.6.2 区分服务架构 213
6.6.3 PHB类别 216
6.6.4 加速服务与确保服务 216
6.6.5 区分服务评价 218
6.7 端到端的QoS 218
6.7.1 DiffServ与IntServ/RSVP融合 219
6.7.2 端到端QoS框架 219
6.7.3 端到端QoS资源管理 220
6.8 QoS机制比较 221
思考题 222
第7章 P2P原理与应用 223
7.1 P2P基础 223
7.1.1 P2P的产生背景 223
7.1.2 P2P与Web的区别 224
7.1.3 P2P网络特点 226
7.1.4 P2P衍生问题 227
7.2 P2P拓扑结构 228
7.2.1 P2P拓扑分类 228
7.2.2 集中式拓扑 229
7.2.3 结构化P2P 230
7.2.4 非结构化P2P 231
7.3 P2P关键技术 232
7.3.1 体系结构 232
7.3.2 内容存储 233
7.3.3 内容查询 234
7.3.4 内容传输 236
7.3.5 NAT穿越 238
7.4 分布式散列表 240
7.4.1 分布式数据管理与检索 240
7.4.2 分布式数据检索策略 241
7.4.3 DHT基础 244
7.4.4 Chord 246
7.4.5 Pastry 249
7.5 P2P典型应用 252
7.5.1 BT 252
7.5.2 eMule 254
7.5.3 Skype 255
7.5.4 流媒体应用 257
思考题 259
第8章 IPv6 260
8.1 IPv4的局限性 260
8.1.1 地址空间 260
8.1.2 性能 261
8.1.3 安全性 263
8.1.4 自动配置 264
8.2 IPv4地址过渡技术 265
8.2.1 划分子网 265
8.2.2 NAT 267
8.2.3 CIDR 268
8.3 IPv6技术优势 269
8.4 IPv6地址 271
8.4.1 IPv6地址表示 271
8.4.2 IPv6地址类型 272
8.4.3?IPv6地址分配 272
8.4.4 地址自动配置 274
8.5 IPv6报文格式 276
8.5.1 IPv6报文基本头部 276
8.5.2 IPv6报文扩展头部 277
8.6 IPv6选项扩展头部 278
8.6.1 建立新的选项 278
8.6.2 选项扩展头部 278
8.6.3 已定义选项 279
8.7 常用扩展头部 280
8.7.1 路由头 280
8.7.2 分片头 281
8.8 IPv6邻居发现协议 282
8.8.1 工作原理 282
8.8.2 主机数据结构 284
8.8.3 邻居发现协议的功能 286
8.8.4 邻居发现协议与ARP的比较 287
8.9 IPv6过渡 288
8.9.1 IPv4向IPv6过渡阶段 288
8.9.2 IPv4/IPv6双栈 289
8.9.3 IPv6隧道类型 290
8.9.4 IPv6 over IPv4隧道 291
8.9.5 IPv6与IPv4互通技术 296
思考题 300
第9章?Internet在中国的发展及应用 301
9.1 中国Internet的发展、现状及趋势 301
9.1.1 中国Internet发展历史 301
9.1.2?中国Internet发展现状 303
9.1.3 中国Internet发展现状评价 304
9.1.4 中国Internet发展趋势 305
9.1.5 中国下一代Internet体系结构 308
9.2 中国Internet基础资源 310
9.2.1 全球IP地址分配 310
9.2.2 中国IP地址分配 312
9.2.3?Internet运营商 314
9.2.4 海底光缆 315
9.3 CERNET 316
9.3.1 CERNET概述 316
9.3.2 CERNET2架构 320
9.3.3 CERNET2主干网 322
9.3.4 CERNET2互联 324
9.4 ChinaNet 325
9.4.1 ChinaNet网络结构 325
9.4.2 ChinaNet网络节点 328
9.4.3 IGP路由策略 330
9.4.4 BGP路由策略 332
9.5 三网融合 334
9.5.1 什么是三网融合 334
9.5.2 三网融合的国际现状 336
9.5.3 中国三网融合 337
9.5.4 IPTV 338
9.5.5 广电网络双向改造 342
思考题 344
附录 我国IP地址分布情况 345
参考文献 347
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