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『簡體書』未来互联网体系结构与协议

書城自編碼: 2542899
分類:簡體書→大陸圖書→計算機/網絡網絡與數據通信
作者: [美]Byrav Ramamurthy等编著;徐贵宝等译
國際書號(ISBN): 9787030438003
出版社: 科学出版社
出版日期: 2015-03-30
版次: 1 印次: 1
頁數/字數: 380/450000
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:HK$ 236.8

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編輯推薦:
《未来互联网体系结构与协议》可供需要了解设计、构建、运营下一代互联网的高校学生、研究人员以及相关从业人员参考。
內容簡介:
随着对容量、服务质量、速度以及可靠性要求的不断提高,现有互联网系统已经疲于应对,人们也开始对它重新审视。《未来互联网体系结构与协议》从设计、架构、协议、机制等几个方面,集成了本领域相关专家最新的创新性贡献,使得研究人员可以成功构建出下一代互联网。《未来互联网体系结构与协议》视角广泛,涉及的话题既包括有线和无线介质的物理层传送层创新成果,也包括设备层和子系统层面的新型交换和路由的最佳范例。《未来互联网体系结构与协议》还讨论了在日益复杂的环境中,数据传送层应该选择使用TCP还是UDP,并讨论了NOVEL模型及其理论基础,以便于理解网络的复杂性。最后,还讨论了定价和网络经济等内容。
目錄
前言
本书结构
致谢
第一部分使能技术
第1章T比特分组交换机的光学交换结构3
1.1光学交换结构4
1.1.1波长选择架构6
1.1.2波长路由架构7
1.1.3平面交换架构9
1.2光学设备建模9
1.2.1物理模型10
1.2.2设备特征化11
1.2.3多平面的具体问题13
1.3可扩展性分析14
1.4成本分析16
1.5结果19
1.5.1总交换带宽的可扩展性19
1.5.2CAPEX估计20
1.6结论21
参考文献22
第2章宽带接入网络:现在和未来的方向24
2.1引言24
2.1.1当前的宽带接入方案24
2.1.2无源光网络25
2.1.3扩展范围:LR-PON27
2.2技术和演示28
2.2.1使能技术28
2.2.2LR-PON的演示29
2.3LR-PON研究的挑战30
2.3.1低成本器件:无色ONU30
2.3.2资源分配:多线程轮询的动态带宽分配30
2.3.3流量控制:行为感知的用户指定31
2.4到达终端用户:无线光学宽带接入网络32
2.4.1WOBAN体系结构32
2.4.2WOBAN的动机33
2.4.3WOBAN研究的挑战34
2.5结论35
参考文献35
第3章IPWDM网络的光学控制平面和一种新型统一控制平面架构38
3.1引言38
3.2光学控制平面设计概述39
3.2.1链路管理协议39
3.2.2GMPLS路由协议40
3.2.3GMPLS信令协议41
3.3IP-over-WDM组网体系结构42
3.3.1叠加覆盖模型43
3.3.2点和增广模型43
3.4光学控制平面设计的一种新方法:一种光学层结构统一的控制平面架构44
3.4.1统一控制平面的节点架构44
3.4.2光学层结构配置45
3.5结论59
参考文献60
第4章认知路由协议及体系结构64
4.1引言64
4.2移动感知路由协议65
4.2.1背景65
4.2.2方法66
4.2.3好处68
4.2.4协议架构69
4.3频谱感知路由协议70
4.3.1背景70
4.3.2方法71
4.3.3好处73
4.3.4协议架构74
4.4结论75
参考文献75
第5章网格组网78
5.1引言78
5.2网格78
5.2.1网格计算79
5.2.2Lambda Grid网络80
5.3云计算80
5.4资源81
5.4.1网格网络资源81
5.4.2光网络试验床和项目81
5.4.3计算资源83
5.4.4其他资源84
5.5调度84
5.6光电路交换和光突发交换86
5.6.1对基于OCS的网格的研究86
5.6.2对基于OBS的网格的研究88
5.7结论89
参考文献89
第二部分网 络 架 构
第6章主机标识协议概览95
6.1介绍95
6.2当前互联网的主要问题96
6.2.1通用连接的断开96
6.2.2对移动和多宿主支持不佳96
6.2.3不必要的流量97
6.2.4缺乏验证、隐私和可靠性97
6.3HIP架构和基础交换98
6.3.1基础98
6.3.2HITs和LSIs99
6.3.3协议和包格式100
6.3.4详细的分层103
6.3.5功能模型104
6.3.6潜在弊端105
6.4移动性、多宿主和连接106
6.4.1基于HIP的基本移动性和多宿主106
6.4.2促进网络交汇107
6.4.3寻址领域间的移动性107
6.4.4子网移动性108
6.4.5应用级的移动性109
6.5隐私、可靠性和不必要流量110
6.5.1隐私和可靠性110
6.5.2减少不必要的流量111
6.6HIP现状112
6.7总结114
致谢114
参考文献114
第7章合约交换:管理跨域动态118
7.1合约交换格式119
7.2架构因素120
7.2.1对等点间的动态合约120
7.2.2合约路由120
7.3合约链接:救助和远期124
7.3.1救助远期合约(BFC)125
7.3.2正式化BFC的定价125
7.3.3BFC性能评估127
7.4总结132
参考文献132
第8章PHAROS:下一代核心光纤网络架构134
8.1引言134
8.2背景136
8.3PHAROS架构:概述137
8.4资源分配140
8.4.1资源管理策略140
8.4.2保护142
8.4.3剧本144
8.4.4子拉姆达疏导146
8.5信令系统146
8.5.1控制平面操作148
8.5.2故障通知149
8.6核心节点实现150
8.7性能分析152
8.8结论153
参考文献153
第9章网络服务的定制化155
9.1背景155
9.1.1互联网架构155
9.1.2下一代互联网155
9.1.3数据路径可编程性156
9.1.4技术挑战156
9.1.5网络内处理方案157
9.2网络服务157
9.2.1概念157
9.2.2系统架构159
9.3终端系统接口和服务规范160
9.3.1服务管道160
9.3.2服务组合161
9.4路由选择和服务安置162
9.4.1问题陈述162
9.4.2集中式的路由寻址和安置163
9.4.3分布式选路和安置164
9.5运行时资源管理164
9.5.1工作负载和系统模型165
9.5.2资源管理问题165
9.5.3任务复制165
9.5.4任务匹配映射166
9.6总结166
参考文献167
第10章支持互联网创新和演变的架构170
10.1面向一个新的互联网框架170
10.2当前架构的问题172
10.3SILO架构:为改变而设计173
10.4之前相关的工作176
10.5建模和案例研究177
10.6未来工作:SDO、未定、虚拟、silo镜像178
10.6.1虚拟化178
10.6.2SDO:“软件定义的光学器件”181
10.6.3其他开放性问题182
10.7用例研究182
参考文献183
第三部分协议与实践
第11章网络层中的分离路由策略187
11.1引言187
11.2后现代互联网架构项目的设计目标188
11.3架构概述189
11.3.1PFRI网络结构和寻址189
11.3.2PFRI转发190
11.3.3PFRI路由策略192
11.3.4PFRI数据包头机制193
11.4PFRI架构的扩展性193
11.5讨论196
11.6实验评价198
11.7其他新的方法199
致谢201
参考文献201
第12章多路径边界网关协议:动机和解决方案203
12.1引言203
12.2Trilogy项目204
12.2.1目标204
12.2.2Trilogy技术204
12.3多路径路由205
12.3.1更高的网络容量206
12.3.2可扩展的流量工程能力206
12.3.3改进的路径变化响应206
12.3.4增强安全207
12.3.5提高市场透明度207
12.4多路径BGP207
12.4.1域内多路径路由208
12.4.2域间多路径路由209
12.4.3其他解决方案的动机210
12.4.4mBGP和MpASS211
12.5总结和下一步工作215
参考文献216
第13章显式拥塞控制:命令、公平和准入管理218
13.1公平219
13.2比例公平的速率控制协议221
13.2.1局部稳定性的充分条件223
13.2.2说明性的仿真223
13.2.3两种形式的反馈224
13.2.4均衡调整225
13.3准入管理225
13.3.1阶梯式算法225
13.3.2阶梯式算法的鲁棒性226
13.3.3网络管理指南227
13.3.4阐述利用率和鲁棒性的权衡228
13.3.5缓冲区大小和阶梯算法230
13.4结束语231
致谢232
参考文献232
第14章KanseiGenie:用于无线传感器网络结构的资源管理和可编程性的软件基础设施234
14.1引言234
14.2传感结构的特征236
14.2.1通用服务237
14.2.2特定领域服务240
14.3KanseiGenie架构241
14.3.1结构模型241
14.3.2KanseiGenie架构242
14.3.3GENI扩展KanseiGenie244
14.3.4KanseiGenie的实现244
14.3.5KanseiGenie联合246
14.4KanseiGenie的定制和使用249
14.4.1如何定制KanseiGenie249
14.4.2垂直API和定制中的角色249
14.4.3KanseiGenie用法的逐步浏览250
14.5下一代网络中进化研究问题250
14.5.1传感器结构的资源规范250
14.5.2资源发现251
14.5.3资源分配251
14.5.4数据作为资源252
14.5.5网络虚拟化253
14.6结论253
参考文献253
第四部分理论和模型
第15章互联网交换机的缓存和调度理论257
15.1引言257
15.2缓存大小和端到端拥塞控制258
15.2.1缓存大小的四个启发性争论258
15.2.2流量往返模型和排队模型260
15.2.3排队延迟、利用率和同步262
15.2.4流量颠簸264
15.3交换机排队调度理论265
15.3.1交换网络模型266
15.3.2容量区域和虚拟队列267
15.3.3性能分析267
15.4报文级架构提议271
参考文献273
第16章随机网络效用最大化和无线调度275
16.1引言275
16.2LAD(作为优化分解的分层)276
16.2.1背景276
16.2.2关键思想和程序277
16.3随机NUM(网络效用最大化)278
16.3.1会话层动力学278
16.3.2数据包级动力学282
16.3.3约束层动力学283
16.3.4多个动力学的组合285
16.4无线调度286
16.4.1无冲突算法287
16.4.2基于冲突的算法290
16.4.3性能复杂度的权衡294
16.4.4下一步的研究方向297
致谢297
参考文献297
第17章双向网络和对等网络中的网络编码306
17.1网络编码背景306
17.2双向网络中的网络编码307
17.2.1无向网络中的单一多播308
17.2.2线性规划视角311
17.2.3类似互联网的双向网络中的单一多播312
17.2.4更严格的界限313
17.2.5多个通信会话313
17.2.6多播的源自主属性314
17.3对等网络中的网络编码314
17.3.1网络编码下的节点辅助内容分发315
17.3.2网络编码下的节点辅助流媒体316
17.4总结318
参考文献319
第18章网络经济:中立性、竞争和服务差异化322
18.1中立性324
18.1.1模型325
18.1.2单边和双边定价的分析326
18.1.3用户福利和社会福利328
18.1.4比较328
18.1.5结论331
18.2竞争332
18.2.1模型333
18.2.2电路类比334
18.3服务差异化339
致谢340
参考文献340
索引343
內容試閱
第一部分使能技术
第1章T比特分组交换机的光学交换结构
Davide Cuda,Roberto Gaudino,Guido A. Gavilanes Castillo,Fabio Neri
都灵理工大学(Politecnico di Torino),都灵,意大利
不论过去、现在还是未来,交换节点都是通信基础设施的一个关键元素。在最近几年,与电路交换相比,分组交换处于统治地位,因此现今的交换节点通常是分组交换机和路由器。虽然在交换领域光技术的更深层次的突破将最有可能引入电路交换的形式,它更适合光领域中的实现,而且在长期看来光交叉连接(cross-connect)[1,7.4节]可能不再扮演重要角色。因此,本章仍关注高性能分组交换机。
尽管在通信市场上几经沉浮,但是需要用网络传输的信息的量仍随着时间持续增长。新应用与P2P模式的成功和大接入带宽的实现(xDSL和无线宽带上的几Mbits,通常是每个用户连接高至十倍或百倍Mbits,正如现在的无源光网络(Passive Optical Network,PON)所提供的那样),总体上正对互联网和网络基础设施产生持续的流量增长。流量增长速度很快,一些研究表明,它比电子技术的增长速度(如摩尔定律体现的那样,每18个月性能和容量都将成倍增长)更快。
光纤是交换节点之间链路上的主要技术。虽然每根光纤几十Tbits的理论容量实际上从未达到,但是仍然有了高信息密度的商业实现:每个波长信道上10~40Gbits,即100Gbits的速度在WDM(波分复用)传输系统中是正常的,每个光纤可以携带最多几十个信道,以至于每个光纤可以达到Tbits级的信息速率。
今天市场上的分组交换机和路由器有了非常好且成熟的商业产品,总交换容量可以达到Tbits级。如今这些设备在电子领域完全实现:从光纤中受到的信息在线卡(linecard)中转换给电子领域,在这里分组被处理、为解决冲突而存储、通过交换结构交换给线卡中合适的输出端口,在线卡中它们又被转换回光领域以便传输。
快速的流量增长引发了对分组交换机和路由器的电子实现的容量的关注,因为要跟进待处理和交换的信息量。高容量分组交换机和路由器的不断演进,如今让最新的实现方式接近电子设备的基本物理极限,主要是这几个方面:最大的时钟频率,每个硅芯里门的最大数量,功率密度,功耗(典型地,当今大型路由器需要几十千瓦的功率供应;一个经常引用的例子是CRS-1系统[2])。新的每一代交换设备有更高的组件复杂度,也比上一代更耗电。现在的体系结构的趋势是将交换结构和线卡分离,并且在它们之间经常会使用光学点对点的互连(如文献[3]的CRS-1系统)。这个方案导致较大的占地面积(现在的大型交换机通常是多机架(multi-rack)),又因为大量的活跃设备造成严重的可靠性问题,而且极其耗电。
在研究界正在进行一场关于如何克服这些限制的活跃的讨论。如今光技术在实际中受限于传输功能的实现,而且在商业产品中很少能找到光电交换设备。然而一些研究者认为光技术也可以给交换功能的实现带来巨大的好处:随着更高容量具有更好的扩展性,更高的可靠性,在内部交换机连接和背板上具有更高的信息密度,减少了占地面积和能耗[7,8]。
本章本章开始的部分出现在文献[4]~[6]。这项工作由Network of Excellence BONE “Building the Future Optical Network in Europe”部分地支持,由欧洲委员会通过the Seventh Framework Programme提供资金。考虑光子技术实现在分组交换机和路由器中的子系统,最近已经由一些学术界和产业界的研究组织所完成。特别地,考虑一个中期的情景:依据互联网网络模式的分组交换仍然占主导地位。因此,根据现有的格式和协议(如IP、以太网、packet over Sonet),假设分组在输入端口处被接收。为了处理分组和解决冲突,进一步假设在线卡的电子域中分组被转换。提出在线卡之间使用光互连,从而实现交换机内部的光学交换结构。在输出线卡处,分组被转换回传统的格式和协议,这样新的架构仍然与现在的网络基础设施兼容。对于这些架构,会评估可以达到的最大的交换容量,也会根据现有的离散组件来估计实现的成本(与相应的比例定律)。
1.1光学交换结构
为了研究光技术对于分组交换设备中交换结构实现的适用性,关注三个光学互连体系结构,它们属于熟知的通常称为“可调谐的发射端,固定的接收端”(Tunable Transmitter, Fixed Receiver,TTx-FRx)的家族,在过去被广泛研究(这三个架构在欧洲e-PhotonOne项目中被研究[9,10])。特别地,基于“广播和选择”(broadcast-and-select)或“波长路由”(wavelength-routing)技术,考虑光学互连架构通过一个完全的光学系统来实现分组交换,在这个系统中使用波分和空间复用。实际上,WDM和空间复用已经证明会最好地利用光域的不同特性。
我们的架构方案是这样的,交换决策可以完全地由线卡处理,使分布式调度算法能够使用。然而不会涉及控制和资源分配算法,而是关注交换结构的设计,这样会在某种程度上详细地考虑物理层可行性、扩展性问题和关于用现有组件实现的成本。
在过去的10~15年中发布的许多光交换实验使用光学处理技术,例如,波长转换或3R再生[1,第3章],甚至光学标签识别,或者全光交换控制,而且在实验室环境中被多次成功地证明。然而它们离商用可行性还差得远,因为它们需求的光学器件要么还处于婴儿期,要么过于昂贵。我们采用一种保守的方式,将注意力限制在如今可行的架构上,因为它们需求的只是在本书出版时可用的商业光学器件。具有纳秒转换时间的快速可调激光器可能是唯一的重要特例,因为它们在商业上还没有真正成熟,虽然它们的可行性已经在很多实验性项目[7]中被证明并在市场上出现第一批产品。
本章中考虑的光学交换结构的架构展示在图1.1中:N个输入线卡将分组发送到一个光学互连结构,这个互连结构使用WDM和光学空间复用技术向N个输出线卡提供连通性。该光学交换结构被整理在S个交换平面,一部分输出线卡连接到这些平面。如同主要提到分组交换,快速光学交换机(或者笼统地讲,平面分布子系统)允许输入线卡选择平面,该平面能够基于逐包(packet-per-packet)机制连接到指定输出线卡。显然,在电路交换下较慢的交换速度就足够了。在每个平面中,波长路由技术选择合适的输出。因此在每个输入线卡处,分组交换由一个快速可调激光器(即在波长域中)控制;对于S1,由一个快速光交换机(即在空间域中)控制。每个线卡
都装备有一个可调发射端(TTx)和一个固定波长突发接收端(Burst-Mode Receiver,BMR),以一个WDM信道的数据速率进行工作。突发模式工作需要基于逐包机制。注意,TTx和BMR最近在市场上已经出现,可以用来满足对灵活WDM系统的需求(对于TTx)和对无源光网络(PON)中上行接收端的需求(对于BMR)。
图1.1多平面光学结构架构
简要地这个假设并不是严格必要的,但是引入它是为了以更简要的方式来描述交换结构的运行过程。,假设所有的新架构都有同步和时隙的特征,像文献 [4] 和文献 [5] 中表述的那样:所有的线卡都根据一个统一的时钟信号进行同步,该信号可以光学地或电子地分布。
分组传输调度时,在一个时隙内至多一个分组被发送给每个接收端(即冲突在发送端被解决)。分组调度在当今大多数的分组交换机中可以用一种集中化的方式来实现。在这种情况下,电子调度器是必需的,进而在接收从线卡传来的状态信息后,它给每个时隙决策一个新的排列,即输入输出端口连接的模式。集中化机制在吞吐量上可能提供出色的性能表现,但是调度器实现的电子复杂度可能限制了可达到的性能的上限[8],而且集中化的仲裁机制要求信号带宽收集状态信息并分发调度决策,这将由于传输这些信息和执行调度算法花费时间而导致延迟。由于这个原因,分布式调度机制的实现成为评价提议的光学互连架构真实价值的关键问题。已经有和本章所提出的架构类似的方案,是仅使用本地可用信息在线卡之间达到良好连接的分布式机制(如文献[11]和文献[12])。它们在信号发送过程中避免带宽浪费,也限制调度算法的复杂度,因而可以改善整个结构的可扩展性。
激光器调谐范围,即发射端需要调谐的波长的数量,是一个实际的限制因素。即使对实验室原型,可调谐激光器的最大调谐范围也就是几十个波长的排列[13]。结果是,当线卡的数量N很大时,波长维度本身不能确保输入输出的连通性。多个交换平面,即空间多样性维度,实际上被引入来克服这个限制。这样做是因为每个交换平面上相同的波长可以重复使用,如果S是交换平面的数量,那么波长可调谐性(tunability)应该等于NS(而不是N)。
在考虑的三个架构中,如图1.2~图1.4所示,发射端通过合适的光学分布阶段到达S个不同平面,这些阶段实际上将三个架构区分开。在交换平面的输出端,一个S∶1的光学耦合器收集分组,这些分组经过掺铒光纤放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA)放大,然后经过一个WDM多路输出选择器(demultiplexer)分发给NS个接收端。这些结构的体系架构被设计成这样后,对于所有的输入输出路径,耦合器的数量和分组必须经过的设备的数量是相同的。因此EDFA WDM放大阶段可以对所有波长信道增加相等的增益,所有的分组以相同的功率电平到达。
1.1.1波长选择架构
这个架构,如图1.2所示,最开始提出是为了e-PhotonOne项目[9]中的光学分组交

 

 

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