高級計算機網路

《高級計算機網路》是在作者多年從事計算機網路、高級計算機網路教學和科研的基礎上編寫的。可以作為計算機以及相關專業的高年級本科生、碩士和博士研究生的教材和參考書。也可以為電子、通信等相關領域的從業者提供參考。

第一部分 TCP/IP技術回顧

第1章 TCP/IP協議

TCP/IP協議不是TCP和IP這兩個協議的合稱，而是指網際網路整個TCP/IP協議族。

從協議分層模型方面來講，TCP/IP由四個層次組成：網路介面層、網路層、傳輸層、應用層。

TCP/IP協議並不完全符合OSI的七層參考模型，OSI（Open System Interconnect）是傳統的開放式系統互連參考模型，是一種通信協議的7層抽象的參考模型，其中每一層執行某一特定任務。該模型的目的是使各種硬體在相同的層次上相互通信。這7層是：物理層、數據鏈路層（網路介面層）、網路層（網路層）、傳輸層、會話層、表示層和應用層（應用層）。而TCP/IP通訊協議採用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的網路來完成自己的需求。由於ARPNET的設計者注重的是網路互聯，允許通信子網（網路介面層）採用已有的或是將來有的各種協議，所以這個層次中沒有提供專門的協議。實際上，TCP/IP協議可以通過網路介面層連接到任何網路上，例如X.25交換網或IEEE802區域網。

第二部分 下一代網際網路協議IPv6

第2章 IPv6概述

IPv6是Internet Protocol Version 6的縮寫，其中Internet Protocol譯為“網際網路協議”。IPv6是IETF（網際網路工程任務組，Internet Engineering Task Force）設計的用於替代現行版本IP協議（IPv4）的下一代IP協議。目前IP協議的版本號是4（簡稱為IPv4），它的下一個版本就是IPv6。

第3章 IPv6編址技術

IPv6將現有的IP地址長度擴大4倍，由當前IPv4的32位擴充到128位，以支持大規模數量的網路節點。這樣IPv6的地址總數就大約有3.4*10E38個。平均到地球表面上來說，每平方米將獲得6.5*10E23個地址。IPv6支持更多級別的地址層次，IPv6的設計者把IPv6的地址空間按照不同的地址前綴來劃分，並採用了層次化的地址結構，以利於骨幹網路由器對數據包的快速轉發。

IPv6定義了三種不同的地址類型。分別為單點傳送地址(Unicast Address)，多點傳送地址（Multicast Address）和任意點傳送地址（Anycast Address）。所有類型的IPv6地址都是屬於介面（Interface）而不是節點（node）。一個IPv6單點傳送地址被賦給某一個介面，而一個介面又只能屬於某一個特定的節點，因此一個節點的任意一個介面的單點傳送地址都可以用來標示該節點。

IPv6中的單點傳送地址是連續的，以位為單位的可掩碼地址與帶有CIDR的IPv4地址很類似，一個標識符僅標識一個介面的情況。在IPv6中有多種單點傳送地址形式，包括基於全局提供者的單點傳送地址、基於地理位置的單點傳送地址、NSAP地址、IPX地址、節點本地地址、鏈路本地地址和兼容IPv4的主機地址等。

多點傳送地址是一個地址標識符對應多個介面的情況（通常屬於不同節點）。IPv6多點傳送地址用於表示一組節點。一個節點可能會屬於幾個多點傳送地址。在Internet上進行多播是在1988年隨著D類IPv4地址的出現而發展起來的。這個功能被多媒體應用程序所廣泛使用，它們需要一個節點到多個節點的

傳輸。RFC-2373對於多點傳送地址進行了更為詳細的說明，並給出了一系列預先定義的多點傳送地址。

任意點傳送地址也是一個標識符對應多個介面的情況。如果一個報文要求被傳送到一個任意點傳送地址，則它將被傳送到由該地址標識的一組介面中的最近一個（根據路由選擇協議距離度量方式決定）。任意點傳送地址是從單點傳送地址空間中劃分出來的，因此它可以使用表示單點傳送地址的任何形式。從語法上來看，它與單點傳送地址間是沒有差別的。當一個單點傳送地址被指向多於一個介面時，該地址就成為任意點傳送地址，並且被明確指明。當用戶發送一個數據包到這個任意點傳送地址時，離用戶最近的一個伺服器將響應用戶。這對於一個經常移動和變更的網路用戶大有益處。

第4章 IPv6分組及協議機制

第5章 ICMPv6及應用

IPv6的普及一個重要的應用是網路實名制下的網際網路身份證/VIeID，目前基於IPv4的網路之所以難以實現網路實名制，一個重要原因就是因為IP資源的共用，因為IP資源不夠，所以不同的人在不同的時間段共用一個IP，IP和上網用戶無法實現一一對應。

在IPv4下，現在根據IP查人也比較麻煩，電信局要保留一段時間的上網日誌才行，通常因為數據量很大，運營商只保留三個月左右的上網日誌，比如查前年某個IP發帖子的用戶就不能實現。

IPv6的出現可以從技術上一勞永逸地解決實名制這個問題，因為那時IP資源將不再緊張，運營商有足夠多的IP資源，那時候，運營商在受理入網申請的時候，可以直接給該用戶分配一個固定IP地址，這樣實際就實現了實名制，也就是一個真實用戶和一個IP地址的一一對應。

當一個上網用戶的IP固定了之後，你任何時間做的任何事情都和一個唯一IP綁定，你在網路上做的任何事情在任何時間段內都有據可查，並且無法否認。

但是，實際情況是，每個路由器只負責幾個網段的路由，而不會為某個特定IP進行路由，否則信息量之大會使對一個數據包的計算成本高到崩潰。受路由器吞吐量限制，通過每人一個固定IP的實名制方式在很長一段時間內將只是一種理論。

第6章 IPv6過渡機制

第三部分 多播技術

第7章 多播技術基礎

多播技術是IPv6數據包的3種基本目的地址類型之一，多播是一點對多點的通信,　IPv6沒有採用IPv4中的組播術語，而是將廣播看成是多播的一個特殊例子.

IP多播（也稱多址廣播或組播）技術，是一種允許一台或多台主機（多播源）發送單一數據包到多台主機（一次的，同時的）的TCP/IP網路技術。多播作為一點對多點的通信，是節省網路帶寬的有效方法之一。在網路音頻/視頻廣播的應用中，當需要將一個節點的信號傳送到多個節點時，無論是採用重複點對點通信方式，還是採用廣播方式，都會嚴重浪費網路帶寬，只有多播才是最好的選擇。多播能使一個或多個多播源只把數據包發送給特定的多播組，而只有加入該多播組的主機才能接收到數據包。目前，IP多播技術被廣泛應用在網路音頻/視頻廣播、AOD/VOD、網路視頻會議、多媒體遠程教育、“push”技術（如股票行情等）和虛擬現實遊戲等方面。

有些應用會有這樣的要求：一些分佈在各處的進程需要以組的方式協同工作，組中的進程通常要給其他所有的成員發送消息。即有這樣的一種方法能夠給一些明確定義的組發送消息，這些組的成員數量雖然很多，但是與整個網路規模相比卻很小。給這樣一個組發送消息稱為多點點播送，簡稱多播。

第8章 網際網路組管理協議IGMP

第9章 多播路由技術

第四部分 無線網路與移動IP技術

第10章 無線網路

所謂無線網路，既包括允許用戶建立遠距離無線連接的全球語音和數據網路，也包括為近距離無線連接進行優化的紅外線技術及射頻技術，與有線網路的用途十分類似，最大的不同在於傳輸媒介的不同，利用無線電技術取代網線，可以和有線網路互為備份。

第11章 移動IP技術

移動IP是移動通信和IP的深層融合，也是對現有移動通信方式的深刻變革，它將真正實現話音和數據的業務融合，它的目標是將無線話音和無線數據綜合到一個技術平台上傳輸，這一平台就是IP協議。