计算机网络问题与解决方案：一种构建弹性现代网络的创新方法

图书标准信息

• 作者 [美]鲁斯·怀特(Russ White) 伊桑·班克斯（Ethan Banks）
• 出版社 机械工业出版社
• 出版时间 2019-09
• 版次 1
• ISBN 9787111633518
• 定价 169.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸

【内容简介】

本书第壹部分讲解了数据传输(数据平面)。第二部分介绍了用于发现和使用拓扑与可达性信息(控制平面)的协议。第三部分讨论了几种常见的网络设计和架构，包括数据中心Fabric、MPLS核心和现代软件定义广域网(SD-WAN)。作为所有网络技术所面临问题的解决方案，软件定义网络等技术的基础原理贯穿全书。书中揭示了现代计算机网络和协议被设计成现在这样的原因，解释这些协议或系统必须克服哪些问题，通用的解决方案是什么，并展示了这些解决方案在新的和成熟的协议中是如何实现的。

【作者简介】

作者简介

 

Russ White　CCIE No. 2635, CCDE 2007::1, CCAr，在大型网络设计、部署、分解和故障排除方面有30多年的经验。他与人合作完成了40多项软件专利，在世界各地发表演讲，参与了多项互联网标准的开发，帮助设计了CCDE和CCAr，并与互联网社区一起从事互联网治理工作。Russ目前是LinkedIn架构团队的一员，从事下一代数据中心设计、复杂性、安全性和隐私保护等方面的工作。他目前也是IETF的路由领域理事会成员，并担任IETF I2RS和BABEL工作组的联合主席。他的*新著作有《网络架构的艺术》（The Art of Network Architecture）和《网络复杂性导航》（Navigating Network Complexity）。

Russ拥有卡佩拉（Capella）大学的硕士（MSIT）学位、牧羊人神学院的硕士学位，以及东南神学院的博士学位。

 

Ethan Banks　CCIE No. 20655，路由与交换领域。自1995年以来一直从事IT工作，早期是Novell、Windows和Linux环境的系统工程师。后来，他成为一名互联网服务工程师，在一家区域ISP从事DNS、SMTP、HTTP和相关应用程序的工作。他主要从事垂直领域的网络工程师和架构师工作，包括高等教育、咨询、金融和技术等领域。曾任高级网络工程师、网络运营经理、技术服务经理、网络架构经理、高级网络架构师等职。

2010年，Ethan与人共同创办了Packet Pushers Interactive公司，这是一家媒体公司，其主要产品是每周播放的播客，在全世界拥有1万多名网络工程师听众。

Ethan是一个作家，他的文章可以在《Network World》《Network Computing》《Infor-mation Week》《Modern Infrastructure》和《TechTarget》等上找到。Ethan还在自己的技术博客ethancbanks.com上撰写科技方面的文章，他为SolarWinds、Nuage Networks、Cloud-Genix和NetBrain Technologies编写或编辑过白皮书。Ethan现在是Interop 的未来网络化联合主席。

Ethan于1993年以优异成绩毕业于佛罗里达彭萨科拉基督教学院（Pensacola Christian College），获得了计算机科学与工商管理学士学位。目前，Ethan拥有Netware认证工程师、微软认证系统工程师、思科认证网络专业资格、认证道德黑客（Certified Ethical Hacker）和思科认证安全专业资格等证书。

 

译者简介

 

曹洪伟，1995年毕业于北京邮电大学无线通信专业，2007年获中央财经大学的MBA。在互联网应用、嵌入式系统等软硬件开发方面有超过20年的经验。曾工作于加拿大北方电讯、法国斯伦贝谢、美国高通公司等世界500强企业，从事接入网络、TMN、智能卡、芯片集成应用、手机操作系统、移动增值业务的研发和技术管理工作。在多家创业公司担任研发总监和CTO，现聚焦在智能硬件、物联网及人工智能领域，任百度DuerOS首席布道师，从事构建对话式人工智能操作系统生态的相关工作。在此期间，他参与合著了10多项国内外专利，著有《BREW进阶与精通》，最近参与合著了《深入分布式缓存》。

 

石涛声，分布式系统研究员、区块链技术爱好者，在分布式系统基础软件领域有超过10年的研发经验。2007年毕业于遵义师范学院计算机科学与技术专业，之后工作于电子科技大学宽带网络与分布式处理实验室，师从分布式系统领域泰斗刘心松教授，从事大规模分布式文件系统和分布式数据库的研发工作。曾就职于诺基亚通信，从事数据仓库和无线云平台的研发工作。目前专注于区块链存储和区块链基础设施的研究与开发。

【目录】

出版者的话

译者序

前言

作者简介

译者简介

第一部分　数据平面

第1章　基本概念  4

1.1　是艺术还是工程  4

1.2　电路交换  6

1.3　分组交换  8

1.3.1　分组交换操作  8

1.3.2　分组交换网络中的流量控制  10

1.4　固定与可变长度数据帧  11

1.5　无环路径计算  13

1.6　服务质量  14

1.7　集中式控制平面的反击  15

1.8　复杂性  16

1.8.1　为什么如此复杂  16

1.8.2　定义复杂性  18

1.8.3　通过细腰模型管理复杂性  19

1.9　总结思考  21

1.10　拓展阅读  21

1.11　复习题  21

第2章　数据传输中的问题与解决方案  23

2.1　数字语法和数据列集  24

2.1.1　数字语法和字典  25

2.1.2　固定长度字段  27

2.1.3　类型长度值  28

2.1.4　共享对象字典  29

2.2　差错  30

2.2.1　差错检测  30

2.2.2　纠错  33

2.3　多路复用  35

2.3.1　设备与应用程序的寻址  35

2.3.2　多播  37

2.3.3　选播  38

2.4　流量控制  39

2.4.1　窗口机制  40

2.4.2　协商比特率  42

2.5　总结思考  43

2.6　拓展阅读  43

2.7　复习题  44

第3章　网络传输建模  46

3.1　美国国防部模型  46

3.2　开放系统互连模型  48

3.3　递归互联网架构模型  51

3.4　面向连接与无连接  52

3.5　总结思考  52

3.6　拓展阅读  53

3.7　复习题  53

第4章　底层传输  54

4.1　以太网  54

4.1.1　多路复用  55

4.1.2　差错控制  59

4.1.3　数据列集  59

4.1.4　流量控制  60

4.2　无线802.11协议  60

4.2.1　多路复用  60

4.2.2　数据列集、差错控制和流量控制  64

4.3　总结思考  65

4.4　拓展阅读  65

4.5　复习题  66

第5章　高层数据传输  67

5.1　IP  68

5.1.1　传输与列集  69

5.1.2　多路复用  72

5.2　TCP  75

5.2.1　流量控制  75

5.2.2　差错控制  78

5.2.3　TCP端口号  78

5.2.4　TCP会话的建立  79

5.3　QUIC  79

5.4　ICMP  83

5.5　总结思考  83

5.6　拓展阅读  84

5.7　复习题  85

第6章　层间发现  87

6.1　层间发现的解决方案  87

6.1.1　众所周知和手动配置的标识符  88

6.1.2　映射数据库和协议  89

6.1.3　协议中的通告标识符映射  89

6.1.4　从一个标识符计算另一个标识符  89

6.2　层间发现示例  89

6.2.1　DNS  90

6.2.2　DHCP  91

6.2.3　IPv4地址解析协议  92

6.2.4　IPv6邻居发现  93

6.3　默认网关问题  95

6.4　总结思考  97

6.5　拓展阅读  97

6.6　复习题  98

第7章　分组交换  99

7.1　从物理介质到内存  100

7.2　数据包处理  101

7.2.1　交换  101

7.2.2　路由  101

7.2.3　为什么需要路由  102

7.2.4　等价多路径  103

7.2.5　数据包处理引擎  106

7.3　跨越总线  107

7.4　从内存到物理介质  110

7.5　总结思考  110

7.6　拓展阅读  111

7.7　复习题  112

第8章　服务质量  113

8.1　定义问题空间  113

8.2　分级  115

8.2.1　分级保持  118

8.2.2　无标记的互联网  119

8.3　拥塞管理  120

8.3.1　及时性：低延迟队列  120

8.3.2　公平性：基于分级的加权公平队列  123

8.3.3　过度拥塞  124

8.3.4　其他QoS拥塞管理工具  124

8.4　队列管理  125

8.4.1　管理一个满载缓冲区：加权随机早期检测  125

8.4.2　管理缓冲延迟、缓冲膨胀和延迟控制  126

8.5　总结思考  127

8.6　拓展阅读  127

8.7　复习题  128

第9章　网络虚拟化  129

9.1　理解虚拟网络  129

9.1.1　在IP网络上提供以太网服务  131

9.1.2　一个公司网络的虚拟私有访问  133

9.1.3　虚拟化问题和解决方案总结  133

9.2　分段路由  134

9.2.1　多协议标签交换的分段路由  135

9.2.2　IPv6的分段路由  138

9.2.3　信令分段路由标签  139

9.3　软件定义广域网  140

9.4　复杂性和虚拟化  141

9.4.1　交互表面和共享风险链路组  141

9.4.2　交互表面和覆盖控制平面  142

9.5　总结思考  144

9.6　拓展阅读  144

9.7　复习题  145

第10章　传输安全  146

10.1　问题空间  146

10.1.1　验证数据  146

10.1.2　保护数据不被窃取  147

10.1.3　保护用户隐私  147

10.2　解决方案空间  148

10.2.1　加密  148

10.2.2　密钥交换  152

10.2.3　加密散列  154

10.2.4　隐藏用户信息  154

10.3　传输层安全  157

10.4　总结思考  159

10.5　拓展阅读  159

10.6　复习题  161

第二部分　控制平面

第11章　拓扑发现  165

11.1　节点、边和可达目的地  166

11.1.1　节点  166

11.1.2　边  167

11.1.3　可达目的地  167

11.1.4　拓扑结构  168

11.2　学习网络拓扑  168

11.2.1　检测其他网络设备  169

11.2.2　检测双向连接性  170

11.2.3　检测最大传输单元  171

11.3　学习可达目的地  172

11.3.1　响应式学习  173

11.3.2　主动式学习  173

11.4　通告可达性和拓扑  174

11.4.1　决定何时通告可达性及拓扑结构  174

11.4.2　可达性的响应式分发  175

11.4.3　可达性的主动式分发  177

11.5　在控制平面之间重新分发  178

11.5.1　 重新分发与度量  179

11.5.2　重新分发与路由循环  180

11.6　总结思考  182

11.7　拓展阅读  182

11.8　复习题  183

第12章　单播无环路径（1）  184

12.1　哪条路径是无环路径  184

12.2　树  186

12.3　无环备选路径  188

12.3.1　瀑布（或分水岭）模型  189

12.3.2　P/Q空间  190

12.3.3　远程无环备选路径  191

12.4　Bellman-Ford无环路径计算  191

12.5　Garcia扩散更新算法  196

12.6　总结思考  200

12.7　拓展阅读  200

12.8　复习题  201

第13章　单播无环路径（2）  202

13.1　Dijkstra 最短路径优先  202

13.1.1　部分和增量SPF  207

13.1.2　计算LFA和rLFA  208

13.2　路径向量  209

13.3　非相交路径算法  211

13.3.1　双连接网络  212

13.3.2　Suurballe 非相交路径算法  212

13.3.3　最大冗余树  215

13.4　双向连接性  218

13.5　总结思考  218

13.6　拓展阅读  218

13.7　复习题  220

第14章　对拓扑变化的响应  221

14.1　检测拓扑变化  222

14.1.1　通过轮询来检测故障  222

14.1.2　事件驱动的故障检测  223

14.1.3　比较事件驱动和基于轮询的检测  224

14.1.4　示例：双向转发检测  225

14.2　变更分发  226

14.2.1　洪泛  227

14.2.2　逐跳  229

14.2.3　集中式存储  230

14.3　一致性、可用性和分区  232

14.4　总结思考  234

14.5　拓展阅读  234

14.6　复习题  235

第15章　距离向量控制平面  236

15.1　控制平面分类  236

15.2　生成树协议  239

15.2.1　构建一棵无环树  239

15.2.2　学习可达目的地址  242

15.2.3　生成树协议的总结思考  243

15.3　路由信息协议  244

15.3.1　绑定Bellman-Ford算法到RIP  245

15.3.2　对拓扑变化的响应  247

15.3.3　RIP的总结思考  248

15.4　增强内部网关路由协议  248

15.4.1　对拓扑变化的响应  250

15.4.2　邻居发现与可靠传输  252

15.4.3　EIGRP的总结思考  252

15.5　拓展阅读  253

15.6　复习题  254

第16章　链路状态与路径向量控制平面  255

16.1　OSPF和IS-IS简史  255

16.2　IS-IS协议  256

16.2.1　OSI寻址  256

16.2.2　IS-IS中的数据列集  257

16.2.3　邻居发现和拓扑发现  258

16.2.4　可靠的洪泛  259

16.2.5　IS-IS 的总结思考  261

16.3　OSPF  261

16.3.1　OSPF中的数据列集  261

16.3.2　邻居发现和拓扑发现  262

16.3.3　可靠的洪泛  264

16.3.4　OSPF的总结思考  265

16.4　OSPF和IS-IS中的通用元素  265

16.4.1　多址链路  265

16.4.2　链路状态协议中概念化链路、节点和可达性  267

16.4.3　验证SPF中的双向连接性  268

16.5　边界网关协议  269

16.5.1　BGP 对等操作  269

16.5.2　BGP的最佳路径决策过程  271

16.5.3　BGP的通告规则  272

16.5.4　BGP的总结思考  273

16.6　总结思考  274

16.7　拓展阅读  274

16.8　复习题  276

第17章　控制平面中的策略  277

17.1　控制平面策略用例  277

17.1.1　冷/热土豆路由  277

17.1.2　资源分割  279

17.1.3　应用优化的流量固定  280

17.2　定义控制平面策略  283

17.3　控制平面策略与复杂性  284

17.3.1　再谈冷/热土豆路由  284

17.3.2　资源分割  285

17.3.3　应用的流量固定  286

17.4　总结思考  287

17.5　拓展阅读  287

17.6　复习题  288

第18章　集中式控制平面  289

18.1　讨论“软件定义”的定义  289

18.1.1　接口分类  290

18.1.2　功能分层  290

18.2　BGP作为SDN  291

18.3　Fibbing  292

18.4　I2RS  294

18.5　PCEP  298

18.6　OpenFlow  299

18.7　CAP定理和辅助性  301

18.8　总结思考  303

18.9　拓展阅读  303

18.10　复习题  304

第19章　故障域与信息隐藏  305

19.1　问题空间  305

19.1.1　定义控制平面状态范围  305

19.1.2　正反馈环路  306

19.2　解决方案空间  309

19.2.1　拓扑信息汇总  309

19.2.2　可达性信息聚合  310

19.2.3　可达性信息过滤  312

19.2.4　控制平面分层  312

19.2.5　缓存  313

19.2.6　减速  316

19.3　总结思考  317

19.4　拓展阅读  318

19.5　复习题  318

第20章　信息隐藏示例  319

20.1　拓扑信息汇总  319

20.1.1　IS-IS  319

20.1.2　OSPF  323

20.2　聚合  327

20.3　分层  328

20.3.1　BGP作为一个可达性覆盖层  328

20.3.2　带有控制器覆盖层的分段路由  329

20.4　减慢状态速度  330

20.4.1　指数退避  331

20.4.2　链路状态的洪泛缩减  333

20.5　总结思考  334

20.6　拓展阅读  334

20.7　复习题  335

第三部分　网络设计

第21章　安全性的宽泛讨论  339

21.1　问题的范围  339

21.1.1　生物特征识别难题  339

21.1.2　定义  340

21.1.3　问题空间  341

21.2　解决方案空间  341

21.2.1　深度防御  342

21.2.2　访问控制  342

21.2.3　数据保护  343

21.2.4　服务可用性保证  346

21.3　作为安全模型的OODA循环  352

21.3.1　观察  352

21.3.2　调整  352

21.3.3　决策  353

21.3.4　行动  354

21.4　总结思考  354

21.5　拓展阅读  354

21.6　复习题  356

第22章　网络设计模式  357

22.1　问题空间  357

22.1.1　解决业务问题  358

22.1.2　将业务需求转换为技术需求  360

22.1.3　什么是好的网络设计  361

22.2　分层设计  362

22.3　常见拓扑结构  364

22.3.1　环形拓扑  364

22.3.2　网格拓扑  366

22.3.3　星形拓扑  367

22.3.4　平面、非平面和规则化  368

22.4　总结思考  369

22.5　拓展阅读  369

22.6　复习题  369

第23章　冗余与弹性  370

23.1　问题空间：网络故障对应用程序的影响  370

23.2　弹性的定义  371

23.3　创建弹性的工具—冗余  372

23.3.1　共享风险链路组  374

23.3.2　在线软件升级和优雅重启  374

23.3.3　双平面与多平面核心  375

23.4　模块化和弹性  376

23.5　总结思考  377

23.6　拓展阅读  377

23.7　复习题  377

第24章　故障排除  378

24.1　目的是什么  378

24.2　组件是什么  379

24.3　模型和故障排除  380

24.3.1　构建How模型  380

24.3.2　构建What模型  381

24.3.3　建立精准模型  382

24.3.4　模型之间的切换  383

24.4　二分法和移动  385

24.4.1　使用可操控性  386

24.4.2　在测试之前简化  387

24.5　解决问题  387

24.6　总结思考  388

24.7　拓展阅读  389

24.8　复习题  389

第四部分　当前热门话题

第25章　分解、超融合及不断变化的网络  393

25.1　计算资源和应用程序的变化  393

25.1.1　汇聚、分解、超融合和可合成  394

25.1.2　应用程序的虚拟化和分解  396

25.2　网络设计的影响  397

25.2.1　东西网络流量的兴起  397

25.2.2　抖动和延迟的兴起  398

25.3　分组交换Fabric  398

25.3.1　一个Fabric的特性  398

25.3.2　骨干和叶子节点  401

25.3.3　骨干和叶子节点上的流量工程  403

25.3.4　大规模的骨干和叶子节点  404

25.4　网络中的分解  404

25.5　总结思考  407

25.6　拓展阅读  408

25.7　复习题  408

第26章　网络自动化案例  409

26.1　自动化的概念  410

26.2　现代自动化方法  412

26.2.1　NETCONF  412

26.2.2　RESTCONF  415

26.3　具有可编程接口的自动化  415

26.4　on-box自动化  418

26.5　基于基础设施自动化工具的网络自动化  418

26.6　网络控制器与自动化  419

26.7　用于部署的网络自动化  419

26.8　对未来网络自动化的总结思考：自动化到全自动  420

26.9　拓展阅读  420

26.10　复习题  421

第27章　网络功能虚拟化  422

27.1　网络设计的灵活性  423

27.2　水平扩展  428

27.3　通过自动化减少服务时间  429

27.3.1　中心化策略管理  429

27.3.2　基于意图的网络  430

27.3.3　VNF自动化的好处  430

27.4　计算优势与架构  430

27.5　考虑权衡  431

27.5.1　状态  432

27.5.2　优化  432

27.5.3　表面  432

27.5.4　其他需要考虑的因素  432

27.6　总结思考  433

27.7　拓展阅读  433

27.8　复习题  434

第28章　云计算的概念和挑战  435

28.1　公有云的业务驱动  436

28.1.1　从资本支出转向运营支出  436

28.1.2　上市时间和业务敏捷性  437

28.2　非技术性的公有云权衡  437

28.2.1　运营权衡  438

28.2.2　业务权衡  439

28.3　云计算的技术挑战  440

28.3.1　延迟  440

28.3.2　填充远程存储  441

28.3.3　数据重力  442

28.3.4　选择到公有云的多个路径  442

28.4　云的安全性  443

28.4.1　在公共传输网上保护数据  443

28.4.2　管理安全连接  444

28.4.3　多租户云  444

28.4.4　基于角色的访问控制  444

28.5　监控云网络  445

28.6　总结思考  445

28.7　拓展阅读  445

28.8　复习题  446

第29章　物联网  447

29.1　IoT介绍  447

29.2　IoT安全  448

29.3　IoT的连接性  451

29.3.1　低功耗蓝牙  452

29.3.2　LoRaWAN  453

29.3.3　IoT的IPv6  454

29.4　IoT数据  455

29.5　总结思考  456

29.6　拓展阅读  456

29.7　复习题  457

第30章　展望未来  458

30.1　普遍开放的自动化  459

30.1.1　建模语言和模型  459

30.1.2　YANG简介  459

30.1.3　普遍自动化的展望  460

30.2　超融合网络  460

30.3　基于意图的网络  461

30.4　机器学习和狭义人工智能  463

30.5　命名数据网络和区块链  464

30.5.1　命名数据网络的操作  465

30.5.2　区块链  466

30.6　互联网的重塑  468

30.7　对网络工程未来的总结思考  469

30.8　拓展阅读  470

30.9　复习题  470