本书旨在用系统的观点解读互联网技术的形成与发展。第1章系统地介绍了互联网发展的历程，以及每个阶段标志性成果；第2章讨论了网络体系结构与层次结构抽象方法的研究与演变过程；第3章系统地介绍了网络层协议设计方法，以及路由协议与路由器研究与发展；第4章回答了网络环境中分布式进程通信实现方法的问题；第5章在总结应用层协议分类的基础上，对应用层协议的设计思想与协议内容进行了分析和讨论；第6章介绍了云计算的定义、特征、服务模型、虚拟化技术与体系结构；第7章对SDN/NFV的体系结构、工作原理与应用领域进行了系统地讨论；第8章从网络安全中的五大关系出发，系统地总结了网络空间安全体系与网络安全技术研究的基本内容和网络安全技术的发展。
诠释计算机网络“变”与“不变”之要素
解读互联网“开放”“互联”“共享”之特征
计算机网络是当今计算机科学与技术学科中发展最为迅速的技术之一，而互联网是计算机网络最成功的应用。谈到互联网，作者曾在硅谷听到一个故事：硅谷的IT界大腕们聚在一起，讨论“互联网发展对社会的影响可以与人类社会哪一项发明相比”的问题。有人说可以与蒸汽机的发明相比，所有人都说“No，No”；有人说可以与电的发明相比，所有人都说“No，No”；有人说可以与火的发现相比，整个会场鸦雀无声，没有人说“Yes”或“No”。因为这确实是一个很难评价的问题，同时也是值得我们深思的问题。互联网对世界经济与社会发展的影响是全局性与历史性的，这一点已经成为世界各国的共识。
网络应用从互联网向移动互联网、物联网方向的发展，促进了云计算、大数据、人工智能、5G技术与各行各业的深度融合，网络技术与知识也进入了一个快速更新的阶段，这给我们提供了更加广阔的发展空间，同时也让我们感到前所未有的困惑和压力。
在规划《深入理解互联网》《深入理解移动互联网》与《深入理解物联网》三部著作的知识结构与内容时，我们力求在《深入理解互联网》中将网络技术发展三个阶段中“不变”的研究方法讲透，为《深入理解移动互联网》与《深入理解物联网》中阐述网络“变”的技术与应用奠定基础。
本书由8章组成。
第1章 互联网的形成与发展 系统地介绍互联网发展的历程，以及各个阶段标志性的成果与做出突出贡献的科学家。
第2章 传输网技术的发展与演变 系统地讨论网络体系结构与层次结构模型抽象方法的研究与发展过程；介绍组成互联网的广域网、城域网、局域网、个人区域网与人体区域网等基本网络类型的特点；深入剖析Ethernet工作原理、实现的硬件与软件技术，并以网卡硬件设计为切入点，从计算机组成原理的角度描述计算机如何接入网络；以操作系统为切入点，从软件的角度阐述网络中计算机之间进行分布式协同工作的原理。
第3章 网络层协议的研究与发展 通过IPv4与IPv6的对比，系统地介绍网络层协议设计方法、路由协议与路由器技术的研究与发展。
第4章 传输层协议的研究与发展 通过对TCP/UDP协议，以及实时传输协议RTP/RTCP的设计方法与协议内容的分析，回答网络环境中分布式进程通信实现方法的问题。
第5章 应用层协议的研究与发展 在总结应用层协议分类的基础上，对TELNET、E-mail、HTTP，以及DNS、DHCP、SNMP的设计方法与协议内容进行分析和讨论；以最常用的Web应用实现方法为例，分析应用层协议与传输层、网络层等低层协议之间协同工作、共同实现互联网应用的过程，帮助读者将之前各章学习的内容融会贯通，也为进一步学习网络编程打下基础。
第6章 云计算技术与应用 对云计算的定义、特征、服务模式、虚拟化技术与体系结构进行系统的讨论，重点介绍云计算数据中心网络的设计方法。
第7章 网络技术的发展：SDN与NFV 系统地介绍软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）技术的研究与发展，对SDN/NFV的体系结构、工作原理与应用领域进行讨论。
第8章 网络安全技术的研究与发展 从讨论网络安全中的五大关系出发，系统地总结网络空间安全体系与网络安全技术研究的基本内容，讨论网络安全防护技术、密码技术在网络安全中的应用，以及云安全、SDN网络安全、NFV网络安全、软件定义安全等新的网络安全技术问题。
本书第1～4章由吴功宜执笔完成，第5～8章由吴英执笔完成，全书由吴功宜统稿。吴英副教授完成了多幅有创意的插图，为本书增色不少。
在本书思路形成与写作过程中，非常感谢教育部高等学校计算机类专业教学研究专家组的王志英教授、马殿富教授、傅育熙教授、周兴社教授、金海教授、庄越挺教授、臧斌宇教授、安虹教授、袁春风教授、陈向群教授、陈文光教授，诸位教授在多次讨论中都给了作者很多启发。感谢徐敬东教授、张建忠教授、王劲松教授、张健教授、郝刚教授、牛晓光教授、许昱玮副教授，在与他们的讨论与交流中，作者获得了很多写作灵感。
本书在写作与出版过程中得到了机械工业出版社华章分社温莉芳副总经理、朱劼编辑、姚蕾编辑很多的帮助、支持与鼓励，在此一并表示感谢。
感谢我的夫人牛秀卿教授，没有她的理解、支持和生活上无微不至的照顾，我也无法安心进行研究与写作。
计算机网络技术的发展一日千里，限于作者的学术水平，书中内容不可避免地会存在不妥之处，期待各位同行、读者不吝赐教。
吴功宜
南开大学计算机学院
wgy@nankai.edu.cn
2020年6月
计算机\网络
本书是作者的“深入理解网络三部曲”的第一部，基于作者30余年的计算机网络科研和教学经验编写而成，力求反映互联网出现至今的发展历程，从继承和发展的视角审视互联网的技术变迁。无论是计算机相关专业的本科生、研究生，还是从事计算机网络研究、教学的教师与技术开发人员都能从本书中获益。
本书特点
充分反映计算机发展与计算模式的演变，从系统观的视角审视计算机网络技术的发展过程，凝练计算机网络中的“变”与“不变”，深刻诠释互联网“开放”“互联”“共享”的特点。
在云计算、大数据、智能与5G的大趋势下分析计算机网络技术的演变，关注软件定义网络、网络功能虚拟化、移动边缘计算、网络质量与网络体验质量等新技术的出现与发展。
从分析网络安全中的五大关系出发，总结网络空间安全体系与网络安全技术的发展，讨论云安全、SDN安全、NFV安全、软件定义安全等新的网络安全问题。
图文并茂，通过300余幅插图清晰展示各种计算机网络技术的工作原理和发展脉络，助力读者更好地理解技术的本质和未来趋势。
序
前言
第1章 互联网的形成与发展 / 1
1.1 计算机网络发展的三个阶段 / 1
1.1.1 从信息技术发展的角度看计算机网络的发展 / 1
1.1.2 从信息产业发展的角度看计算机网络的发展 / 2
1.2 分组交换技术和分组交换网的研究与发展 / 4
1.2.1 分组交换技术的研究 / 4
1.2.2 分组交换网的研究与发展 / 9
1.3 TCP/IP协议的研究与发展 / 17
1.3.1 TCP/IP协议产生的背景 / 17
1.3.2 TCP/IP协议的应用 / 19
1.3.3 计算机网络层次结构模型与体系结构研究的发展 / 20
1.4 NSFNET对互联网发展的影响 / 25
1.4.1 NSFNET发展的背景 / 25
1.4.2 NSFNET的发展 / 26
1.4.3 互联网的形成 / 28
1.5 Web技术的产生与互联网的发展 / 30
1.5.1 Web技术的发明过程 / 30
1.5.2 浏览器大战 / 32
1.6 信息高速公路建设与互联网应用的发展 / 33
1.6.1 信息高速公路的建设 / 33
1.6.2 互联网规模的快速增长 / 33
1.6.3 我国互联网的发展 / 35
1.6.4 网络生态系统与网络体系结构 / 37
1.6.5 互联网管理体制与协议标准化 / 40
1.6.6 RFC与协议标准化 / 41
1.7 互联网发展的成功经验与面临的挑战 / 43
1.7.1 预测互联网发展的重要定律 / 43
1.7.2 互联网发展的成功经验与进一步思考 / 44
参考文献 / 48
第2章 传输网技术的发展与演变 / 50
2.1 传输网的基本概念 / 50
2.1.1 用户面对的网络环境 / 50
2.1.2 层次化的网络结构分析方法 / 52
2.1.3 自顶向下的网络结构分析方法 / 54
2.1.4 传输网技术的发展 / 56
2.2 广域网技术的研究与发展 / 57
2.2.1 广域网的主要特征 / 57
2.2.2 广域网技术的演变过程 / 60
2.2.3 光以太网与广域网 / 62
2.3 城域网技术的研究与发展 / 64
2.3.1 城域网概念的演变与发展 / 64
2.3.2 宽带城域网的结构与层次划分 / 66
2.3.3 城域以太网与宽带城域网 / 69
2.4 局域网技术的研究与发展 / 70
2.4.1 局域网技术的发展过程 / 70
2.4.2 理解Ethernet的工作原理 / 73
2.4.3 Ethernet网卡的设计方法 / 84
2.4.4 从计算机组成原理的角度认识计算机是如何接入计算机网络的 / 86
2.4.5 从操作系统的角度认识网络中计算机之间的协同工作 / 90
2.5 Ethernet技术的发展 / 90
2.5.1 交换式Ethernet的研究与发展 / 90
2.5.2 高速Ethernet的研究与发展 / 94
参考文献 / 98
第3章 网络层协议的研究与发展 / 100
3.1 网络层与IP协议的演变与发展 / 100
3.1.1 网络层的基本概念 / 100
3.1.2 IP协议的主要特点 / 101
3.1.3 IP协议的演变与发展 / 102
3.1.4 IPv6协议的主要特点 / 105
3.2 IPv4与IPv6协议的比较 / 107
3.2.1 IPv4与IPv6报头 / 107
3.2.2 IPv4与IPv6地址 / 111
3.2.3 ICMPv4与ICMPv6 / 118
3.3 路由技术与路由协议的发展 / 120
3.3.1 分组交付和路由选择的概念 / 120
3.3.2 自治系统与路由协议 / 130
3.3.3 路由信息协议RIPng / 132
3.3.4 最短路径优先协议OSPFv3 / 137
3.3.5 外部路由协议BGP4+ / 142
3.3.6 路由、寻址体系面临的问题与未来的发展 / 144
3.4 QoSR、RSVP、DiffServ与MPLS / 145
3.4.1 QoSR技术研究 / 145
3.4.2 RSVP协议与DiffServ协议 / 147
3.4.3 MPLS协议与MPLS VPN / 148
3.5 路由器技术的研究与发展 / 151
3.5.1 路由器的概念 / 151
3.5.2 路由器的性能指标 / 157
3.5.3 路由器的体系结构的变革 / 161
3.5.4 基于交换结构的路由器 / 164
3.5.5 多级路由器互联的集群结构 / 167
参考文献 / 170
第4章 传输层协议的研究与发展 / 172
4.1 传输层的基本概念 / 172
4.1.1 传输层在网络层次结构中的位置与作用 / 172
4.1.2 应用进程、传输层接口与套接字 / 174
4.1.3 传输服务与服务质量 / 176
4.2 网络环境中的分布式进程通信 / 177
4.2.1 单机系统中的进程通信方法 / 177
4.2.2 网络环境中的分布式进程通信的特点 / 178
4.2.3 对进程间相互作用模式C/S的理解 / 179
4.2.4 进程通信中C/S模式的实现方法 / 180
4.3 传输控制协议TCP / 184
4.3.1 TCP的主要特点 / 184
4.3.2 TCP的端口号分配 / 187
4.3.3 TCP报文段格式 / 188
4.3.4 TCP传输连接的建立、维护与释放 / 191
4.3.5 TCP滑动窗口与确认、重传机制 / 196
4.3.6 TCP流量控制与拥塞控制 / 202
4.4 用户数据报协议UDP / 211
4.4.1 UDP的主要特点 / 211
4.4.2 UDP数据报格式 / 212
4.4.3 UDP校验和的基本概念 / 213
4.4.4 UDP的适用范围 / 213
4.5 实时传输协议RTP/RTCP / 214
4.5.1 多媒体数据传输的特点 / 214
4.5.2 RTP协议 / 219
4.5.3 RTCP协议 / 222
参考文献 / 224
第5章 应用层协议的研究与发展 / 226
5.1 互联网应用与应用层协议 / 226
5.1.1 应用层的基本概念 / 226
5.1.2 应用层协议的分类 / 228
5.2 基本的网络应用 / 229
5.2.1 远程登录服务与TELNET协议 / 229
5.2.2 电子邮件服务与SMTP协议 / 232
5.3 基于Web的网络应用 / 235
5.3.1 Web应用的基本概念 / 235
5.3.2 HTTP协议 / 236
5.3.3 超文本标记语言HTML / 245
5.3.4 Web浏览器 / 247
5.3.5 搜索引擎的应用 / 248
5.3.6 内容分发网络技术 / 249
5.4 域名系统 / 255
5.4.1 域名系统的研究背景 / 255
5.4.2 DNS域名空间 / 257
5.4.3 域名服务器体系 / 258
5.4.4 域名解析 / 260
5.4.5 域名系统的性能优化 / 262
5.5 主机配置与动态主机配置协议DHCP / 262
5.5.1 主机配置的概念 / 262
5.5.2 DHCP的基本内容 / 263
5.6 网络管理与SNMP协议 / 266
5.6.1 网络管理的概念 / 266
5.6.2 SNMP协议的基本内容 / 270
5.7 互联网应用的实现方法 / 274
5.7.1 互联网应用协议实现过程的网络环境 / 274
5.7.2 DHCP协议与动态IP地址分配 / 276
5.7.3 DNS协议与域名解析 / 279
5.7.4 ARP协议与MAC地址解析 / 280
5.7.5 客户端访问Web服务器 / 283
参考文献 / 286
第6章 云计算技术与应用 / 289
6.1 云计算的基本概念 / 289
6.1.1 云计算概念的提出与发展 / 289
6.1.2 云计算的定义 / 290
6.1.3 云计算的特征 / 290
6.1.4 云计算的服务模式 / 292
6.1.5 云计算的部署方式 / 296
6.2 云计算体系结构的研究 / 297
6.2.1 CSA云计算体系结构 / 297
6.2.2 NIST云计算体系结构 / 299
6.2.3 ITU-T云计算体系结构 / 302
6.3 数据中心网络 / 304
6.3.1 数据中心网络的概念 / 304
6.3.2 数据中心网络的拓扑 / 305
6.3.3 数据中心网络实现技术 / 310
6.4 虚拟化技术 / 313
6.4.1 虚拟化的概念 / 313
6.4.2 虚拟化技术的分类 / 314
参考文献 / 318
第7章 网络技术的发展：SDN与NFV / 319
7.1 SDN与NFV的发展背景 / 319
7.1.1 传统网络技术的不适应 / 319
7.1.2 网络服务质量评价指标的变化 / 322
7.1.3 网络虚拟化与网络可编程 / 322
7.1.4 云计算与网络重构 / 327
7.2 SDN的概念 / 327
7.2.1 SDN的定义 / 327
7.2.2 SDN的体系结构 / 328
7.2.3 SDN技术的特点 / 331
7.3 SDN数据平面 / 332
7.3.1 数据平面的功能 / 332
7.3.2 数据平面的网络结构 / 332
7.3.3 OpenFlow逻辑网络设备 / 333
7.3.4 流表结构 / 337
7.3.5 流表流水线 / 341
7.3.6 OpenFlow协议 / 344
7.4 SDN控制平面 / 345
7.4.1 控制平面的功能 / 345
7.4.2 典型的SDN控制器：OpenDaylight与ONOS / 347
7.4.3 SDN东西向接口 / 352
7.4.4 SDN北向接口 / 357
7.5 SDN应用平面 / 361
7.5.1 应用平面的功能 / 361
7.5.2 网络服务抽象层 / 361
7.5.3 网络编排与服务 / 363
7.6 SDN的应用示例 / 369
7.6.1 SDN流量工程的应用 / 369
7.6.2 基于SDN的云网络 / 373
7.7 网络功能虚拟化 / 376
7.7.1 NFV的基本概念 / 376
7.7.2 NFV的体系结构 / 378
7.7.3 NFV域结构与接口 / 380
7.7.4 NFV计算域 / 385
7.8 SDN/NFV的实践与产业发展 / 387
7.8.1 SDN与NFV的关系 / 387
7.8.2 SDN的学术研究进展 / 388
7.8.3 SDN研究领域与工程实践 / 389
7.8.4 我国电信运营商网络重构的战略规划 / 391
7.8.5 新技术对IT人才需求的影响 / 395
参考文献 / 398
第8章 网络安全技术的研究与发展 / 400
8.1 网络安全中的五个关系 / 400
8.1.1 信息安全、网络安全与网络空间安全的关系 / 400
8.1.2 虚拟世界安全与现实世界安全的关系 / 402
8.1.3 密码学与网络安全的关系 / 402
8.1.4 互联网安全与物联网安全的关系 / 403
8.1.5 网络安全与国家安全的关系 / 404
8.2 网络空间安全体系 / 406
8.2.1 网络空间安全的理论体系 / 406
8.2.2 网络安全体系的基本概念 / 407
8.3 网络安全研究的内容 / 411
8.3.1 网络安全研究的分类 / 411
8.3.2 网络攻击的分类 / 412
8.3.3 典型的网络攻击：DoS/DDoS / 414
8.4 网络安全防护技术的研究 / 417
8.4.1 防火墙技术 / 417
8.4.2 入侵检测与入侵防护技术 / 420
8.4.3 安全审计技术 / 423
8.4.4 网络防病毒技术 / 425
8.4.5 计算机取证技术 / 426
8.4.6 网络业务持续性规划技术 / 428
8.5 密码技术在网络安全中的应用 / 430
8.5.1 密码算法与密码体制的概念 / 430
8.5.2 对称密码体系的概念 / 431
8.5.3 公钥密码体系的概念 / 431
8.5.4 消息验证与数字签名技术 / 433
8.5.5 身份认证技术 / 435
8.5.6 公钥基础设施技术 / 436
8.6 网络安全协议技术 / 437
8.6.1 网络层安全与IPSec协议 / 437
8.6.2 传输层安全与SSL、TLP协议 / 438
8.6.3 应用层与Web安全技术 / 439
8.7 网络安全技术的研究与发展 / 442
8.7.1 云安全的研究与发展 / 442
8.7.2 区块链在网络安全中的应用 / 446
8.7.3 SDN网络安全技术 / 451
8.7.4 NFV网络安全技术 / 454
8.7.5 软件定义安全研究 / 457
参考文献 / 460
