互联网技术十讲

苏金树，国防科技大学计算机学院教授，中国计算机学会会士，中国计算机学会互联网专业委员会主任，湖南省网络空间安全协会理事长，博士生导师，“网络技术”教育部创新团队带头人，973计划首席科学家，银河/天河计算机系统副总设计师。长期从事高性能网络技术研究，在高性能路由器、网络安全和超算网络方面做出了系统性和创造性贡献。获国家科学技术进步奖特等奖1项、国家科学技术进步奖一等奖1项、国家科学技术进步奖二等奖4项。获得授权发明专利46项，在SCI/EI/一级学科刊物等发表学术论文260余篇。

赵宝康，国防科技大学计算机学院副教授。中国计算机学会杰出会员、中国计算机学会互联网专业委员会秘书长。主要从事新型网络体系结构、空天地一体化网络、算力网络、边缘计算、网络空间安全等方面的学术研究。主持国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题、863计划等科研项目多项，发表学术论文百余篇，获得授权发明专利30余项，获省部级科学技术进步奖一等奖1项、二等奖2项。

第1讲　新型互联网体系结构技术

1.1　路由交换与分发加速技术4　

1.1.1　CDN4　

1.1.2　MPLS7　

1.1.3　SRv611　

1.2　安全性增强技术15　

1.2.1　DNSSEC15　

1.2.2　S-BGP18　

1.2.3　TLS20　

1.2.4　HTTPS21　

1.2.5　QUIC23　

1.3　数据中心技术24　

1.3.1　数据中心互连技术24　

1.3.2　TRILL28　

1.3.3　VXLAN31　

1.3.4　GENI项目36　

1.4　智能时代的网络体系结构发展趋势40　

1.5　网络体系结构发展前沿43　

参考文献49　

第2讲　网络路由技术

2.1　路由技术发展历程54　

2.2　路由协议分类54　

2.2.1　内部网关协议55　

2.2.2　外部网关协议55　

2.3　数据中心路由技术56　

2.3.1　数据中心路由优化目标56　

2.3.2　数据中心路由实现58　

2.4　分段路由技术61　

2.4.1　SRv6协议设计62　

2.4.2　分段路由研究现状66　

2.4.3　分段路由应用场景67　

参考文献69　

第3讲　移动互联网端到端多路径传输技术

3.1　移动互联网端到端多路径传输场景72　

3.2　MPTCP74　

3.2.1　MPTCP概述74　

3.2.2　MPTCP拥塞控制机制76　

3.2.3　MPTCP数据调度机制86　

3.3　MPQUIC94　

3.3.1　MPQUIC概述94　

3.3.2　MPQUIC数据调度机制96　

3.4　本讲小结101　

参考文献101　

第4讲　数信双平面与收发端到端深度协同的拥塞控制技术

4.1　数信双平面与收发端到端深度协同的拥塞控制架构107　

4.2　数据源端自反馈的拥塞控制协议109　

4.2.1　TIMELY109　

4.2.2　Swift111　

4.3　数据处理及源端自反馈的拥塞控制协议113　

4.3.1　DCQCN114　

4.3.2　PCN115　

4.3.3　DQCC117　

4.3.4　HPCC119　

4.3.5　APCC121　

4.3.6　FastTune124　

4.3.7　UECC126　

4.3.8　MPICC128　

4.4　信用处理及源端自反馈的拥塞控制协议130　

4.4.1　ExpressPass130　

4.4.2　ExpressPass++132　

4.4.3　Aeolus134　

4.4.4　SSP135　

4.4.5　MP-Credit136　

4.4.6　Themis137　

4.5　数据平面反馈与信用平面控制耦合的拥塞控制协议139　

4.6　本讲小结140　

参考文献141　

第5讲　加密网络测量分析技术

5.1　加密网络测量分析体系结构与概念144　

5.1.1　网络测量分析的产生与意义144　

5.1.2　加密网络测量分析全生命周期过程146　

5.2　加密流量业务分类、应用分类及QoE识别150　

5.2.1　流量样本构建与完善151　

5.2.2　加密流量特征提取152　

5.2.3　分类器模型设计155　

5.2.4　加密流媒体QoE识别159　

5.3　加密流量内容及用户行为分析160　

5.3.1　加密视频流量内容精细化识别161　

5.3.2　基于网页指纹的加密网页识别163　

5.3.3　加密流量用户行为识别166　

5.4　加密恶意流量分析167　

5.4.1　加密恶意流量检测167　

5.4.2　面向加密流量的恶意软件分类168　

5.4.3　面向加密通信的恶意攻击识别170　

5.5　VPN、匿名网络、区块链网络加密流量分析171　

5.5.1　VPN工具分类与协议识别172　

5.5.2　匿名网络间的分类与识别175　

5.5.3　区块链网络的分类与识别177　

5.6　加密流量分析常用数据集、编程库与工具179　

5.6.1　加密流量分析研究常用公开数据集179　

5.6.2　加密流量分析工程化实现常用工具与编程库181　

5.7　本讲小结182　

参考文献183　

第6讲　数据中心智能运维

6.1　研究背景192　

6.2　故障检测194　

6.2.1　网络日志故障检测194　

6.2.2　网络流量故障检测200　

6.2.3　网络设备指标故障检测202　

6.3　故障预测205　

6.4　故障诊断207　

6.4.1　故障诊断的定义207　

6.4.2　故障诊断相关工作207　

6.4.3　故障诊断典型案例210　

参考文献212　

第7讲　网络功能虚拟化

7.1　概述222　

7.2　互联网现状与网络功能虚拟化动机223　

7.3　什么是网络功能虚拟化226　

7.4　网络功能虚拟化标准架构230　

7.5　网络功能虚拟化关键技术236　

7.6　网络功能虚拟化应用案例240　

7.7　网络功能虚拟化机遇与挑战244　

参考文献248　

第8讲　网络服务云化

8.1　概述254　

8.2　网络计算与云服务254　

8.2.1　网络计算发展历程254　

8.2.2　云计算体系架构257　

8.3　计算资源服务云化259　

8.3.1　计算虚拟化技术259　

8.3.2　分布式虚拟机管理平台263　

8.3.3　分布式大数据基础平台266　

8.4　网络资源服务云化269　

8.4.1　云计算中的网络虚拟化269　

8.4.2　云网一体化技术273　

8.5　存储资源服务云化277　

8.5.1　云存储服务277　

8.5.2　云数据库服务280　

8.6　网络服务云化与安全281　

8.6.1　云安全面临的挑战281　

8.6.2　云服务访问控制283　

8.6.3　云服务隐私保护285　

参考文献293

第9讲　工业互联网技术

9.1　工业互联网的由来300　

9.1.1　工业互联网的提出300　

9.1.2　工业互联网的内涵301　

9.2　工业互联网网络体系303　

9.2.1　工业互联网网络架构303　

9.2.2　工业互联网关键技术308　

9.3　工业互联网平台312　

9.3.1　工业互联网平台体系312　

9.3.2　工业互联网平台技术315　

9.4　工业互联网标识解析318　

9.4.1　工业互联网标识解析概述

9.4.2工业互联网标识解析体系

9.5工业互联网安全

9.5.1工业互联网安全概述

9.5.2工业互联网安全技术

参考文献

第10讲卫星互联网技术

10.1概述

10.1.1卫星互联网的特点

10.1.2技术难点与挑战

10.2卫星互联网体系结构

10.2.1卫星组网架构

10.2.2协议体系

10.3物理层与链路层

10.3.1物理层

10.3.2链路层

10.4网络层与路由技术

10.4.1集中式路由

10.4.2分布式路由

10.4.3面临的挑战

10.5传输控制

10.5.1基于TCP Hybla的卫星网络传输控制

10.5.2基于强化学习的卫星网络传输控制

10.5.3面临的挑战

10.6发展趋势与研究热点

参考文献

1.1路由交换与分发加速技术

1.1.1 CDN

1.产生背景

互联网发展初期，拨号上网作为主要的接人方式具有低带宽、低速率、低用户量的特点，且当时的传输内容以文字为主，占用带宽低，没有给服务器及核心网造成很大压力。但伴随在线音乐、在线视频等新型业务的出现，互联网用户数量激增，大量的网络内容请求经常造成网络拥塞现象。引发网络拥塞现象的因素主要包括以下几点3。

（1）服务器的接入链路

指内容服务器向用户传输数据的第一个网络出口带宽，决定了用户访问速度、并发访问量等性能指标。针对单个网站，用户数越多，访问请求量越大，也就需要越高的带宽，若用户的访问请求量接近或者超过服务器的出口带宽，就会造成网络拥塞现象。

（2）用户接入链路的汇聚点

指内容服务器向用户传输数据的“最后一公里”的汇聚点。运营商基于成本等方面的考虑，使得用户的接入带宽成为主要瓶颈。例如，小区有1000个用户，每个用户的接入链路可以支持百兆甚至千兆带宽，但是整个小区的出口链路可能只有万兆，甚至只有千兆的带宽，用户汇聚点自然成为瓶颈。

（3）运营商之间的连通点

指不同的运营商为实现彼此之间的相互连通所建立的交叉点，业界俗称直连点。我国早期互联网的不同运营商用户须经过国外中转，随后北京、广州、上海等直连点相继建立。由于交叉点带宽有限，易造成网络拥塞。

（4）远距核心网链路

指内容服务器向用户传输数据的过程中所经过的城域网、核心网等。由于服务器与用户之间的物理距离远，因此存在长时延传输的问题。此外，大部分网络流量均须通过核心网传输，因此要求核心网具备极高的承载能力。如果核心网扩容相对滞后，就会影响网络传输的质量，形成拥塞。

……

适读人群 ：服务计算领域相关人员

适读人群 ：研究生、科研人员、从业者等

◆计算机科学前沿丛书·十讲系列第二部

◆互联网技术领域专家学者携手打造

◆系统构建知识体系

◆综述当下领域前沿研究方向、理论与技术

◆以宏观视野把握领域前沿，获取领域底层逻辑