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商品簡介
作者簡介
序
目次
商品簡介
本書在介紹內容中心網絡組織機理概念和背景的基礎上，對內容中心網絡的內容命名技術、緩存技術、路由與轉發技術、移動性技術、安全分析、軟件定義技術、參數化自適應內容管線結構及仿真平臺進行了全面系統的介紹。本書取材新穎、內容翔實、實用性強，反映了國內外內容中心網絡架構及其核心技術研究的現狀與未來，既適合從事新型網絡體系結構研究的工程技術人員閱讀，也可作為大專院校通信、計算機等專業和相關專業培訓班的教學參考書。
作者簡介
張震，博士學歷，碩士生導師，主要研究方向：新型網絡體系結構和網絡空間安全，主持國家自然科學基金、國家重點研發計劃等多項，獲省部級科技進步獎2項，發表論文30餘篇，撰寫專著1部，授權專利3項。
序
前 言
隨著互聯網技術與應用的飛速發展，互聯網正歷經從“以互聯為中心”到“以內容為中心”的演變。互聯網的設計理念可以上溯至20世紀六七十年代，當時主要的應用需求是計算資源共享，核心理念是實現主機的互聯互通，本質上是一種“主機?主機”的通信模式。TCP/IP體系結構以IP地址為核心、以傳輸為目的，按照端到端原理設計，很好地滿足了這一需求，促進了互聯網飛速發展。經過50多年的發展，互聯網的使用已發生了巨大的變化，現有互聯網的應用需求更多關注的是“內容共享”。人們越來越關心獲取內容的速度，以及內容的可靠性和安全性，內容中心化正成為互聯網發展的主旋律。
內容中心網絡採用“從零開始”互聯網體系結構設計思路，以信息名字取代IP地址作為網絡傳輸標識，將關注點由內容的位置（Where）轉向了內容本身（What）。內容中心網絡按照“發佈?請求?響應”的傳輸模式，採用內容信息統一命名、網內節點動態緩存、內容路由查找及未決興趣表等方法，實現了“用戶側”內容請求的快速應答，減小了“服務側”負載和響應率，降低了“網絡側”流量擁塞的發生概率。作為一種適應海量數據有效傳輸和迅速擴散的新型網絡體系架構，內容中心網絡得到了海內外學者的高度關注，已成為下一代互聯網體系結構的研究熱點。
本書主要內容：第1章介紹了內容中心網絡的體系結構，總結了內容中心網絡的研究現狀、研究意義、核心特徵及發展趨勢；第2章介紹了內容命名技術，包括層次命名、扁平命名和屬性命名方法，並對這三種典型命名方法進行了比較；第3章闡述了網內緩存技術，包括網內緩存特徵、面臨的問題、核心機制、性能優化技術和緩存系統建模與分析等；第4章介紹了路由與轉發技術，包括面向內容前綴的路由、面向緩存優化的路由、面向服務質量的路由和轉發信息表聚合機制等；第5章介紹了移動性技術，包括請求者移動性支持技術、數據源移動性支持技術及以內容為中心的無線自組織網等；第6章介紹了命名安全、路由與轉發安全和緩存安全等問題的分析和解決思路；第7章介紹了軟件定義網絡和內容中心網絡相結合的典型技術；第8章介紹了參數化自適應內容管線結構；第9章介紹了CCNx、ndnSIM、ccnSim、Mini-CCNx等仿真平臺。
本書在編寫過程中參考了國家自然科學基金課題（編號：61372121、61309019）、國家“973計劃”項目“可重構信息通信基礎網絡體系研究”（編號：2012CB315900）和國家重點研發計劃項目（編號：2017YFB0803200）等課題組的相關技術資料，在此表示感謝。
張震博士負責本書的統籌規劃，並編寫了第1章、第4章和第5章；蘭巨龍教授、王志明博士編寫了第2章和第3章；伊鵬研究員編寫了第8章和第9章；程國振博士、張果博士編寫了第6章和第7章。另外，項目組的李根、方馨蔚、陶勇、陳龍等人為本書的文字校閱、插圖繪製等做了大量工作。
由於編著者水平有限，且各種新型網絡體系結構及相關技術研究仍在快速發展和完善之中，本書難免存在錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正。
編著者
隨著互聯網技術與應用的飛速發展，互聯網正歷經從“以互聯為中心”到“以內容為中心”的演變。互聯網的設計理念可以上溯至20世紀六七十年代，當時主要的應用需求是計算資源共享，核心理念是實現主機的互聯互通，本質上是一種“主機?主機”的通信模式。TCP/IP體系結構以IP地址為核心、以傳輸為目的，按照端到端原理設計，很好地滿足了這一需求，促進了互聯網飛速發展。經過50多年的發展，互聯網的使用已發生了巨大的變化，現有互聯網的應用需求更多關注的是“內容共享”。人們越來越關心獲取內容的速度，以及內容的可靠性和安全性，內容中心化正成為互聯網發展的主旋律。
內容中心網絡採用“從零開始”互聯網體系結構設計思路，以信息名字取代IP地址作為網絡傳輸標識，將關注點由內容的位置（Where）轉向了內容本身（What）。內容中心網絡按照“發佈?請求?響應”的傳輸模式，採用內容信息統一命名、網內節點動態緩存、內容路由查找及未決興趣表等方法，實現了“用戶側”內容請求的快速應答，減小了“服務側”負載和響應率，降低了“網絡側”流量擁塞的發生概率。作為一種適應海量數據有效傳輸和迅速擴散的新型網絡體系架構，內容中心網絡得到了海內外學者的高度關注，已成為下一代互聯網體系結構的研究熱點。
本書主要內容：第1章介紹了內容中心網絡的體系結構，總結了內容中心網絡的研究現狀、研究意義、核心特徵及發展趨勢；第2章介紹了內容命名技術，包括層次命名、扁平命名和屬性命名方法，並對這三種典型命名方法進行了比較；第3章闡述了網內緩存技術，包括網內緩存特徵、面臨的問題、核心機制、性能優化技術和緩存系統建模與分析等；第4章介紹了路由與轉發技術，包括面向內容前綴的路由、面向緩存優化的路由、面向服務質量的路由和轉發信息表聚合機制等；第5章介紹了移動性技術，包括請求者移動性支持技術、數據源移動性支持技術及以內容為中心的無線自組織網等；第6章介紹了命名安全、路由與轉發安全和緩存安全等問題的分析和解決思路；第7章介紹了軟件定義網絡和內容中心網絡相結合的典型技術；第8章介紹了參數化自適應內容管線結構；第9章介紹了CCNx、ndnSIM、ccnSim、Mini-CCNx等仿真平臺。
本書在編寫過程中參考了國家自然科學基金課題（編號：61372121、61309019）、國家“973計劃”項目“可重構信息通信基礎網絡體系研究”（編號：2012CB315900）和國家重點研發計劃項目（編號：2017YFB0803200）等課題組的相關技術資料，在此表示感謝。
張震博士負責本書的統籌規劃，並編寫了第1章、第4章和第5章；蘭巨龍教授、王志明博士編寫了第2章和第3章；伊鵬研究員編寫了第8章和第9章；程國振博士、張果博士編寫了第6章和第7章。另外，項目組的李根、方馨蔚、陶勇、陳龍等人為本書的文字校閱、插圖繪製等做了大量工作。
由於編著者水平有限，且各種新型網絡體系結構及相關技術研究仍在快速發展和完善之中，本書難免存在錯誤之處，敬請廣大讀者批評指正。
編著者
目次
目 錄
第1章 內容中心網絡體系結構概述 1
1.1 現有網絡體系結構現狀 1
1.2 內容中心網絡體系演進 4
1.2.1 DONA體系結構 4
1.2.2 PSIRP體系結構 5
1.2.3 4WARD體系結構 7
1.3 內容中心網絡體系結構 8
1.3.1 基本架構 8
1.3.2 核心特徵 10
1.4 內容中心網絡研究進展 12
1.5 內容中心網絡發展前景 14
1.5.1 與現有網絡兼容 14
1.5.2 當前硬件處理速度和空間約束 14
1.5.3 構建基於內容尋址的服務承載網 15
本章參考文獻 15
第2章 內容命名技術 18
2.1 層次命名 19
2.1.1 TRIAD 19
2.1.2 NDN 20
2.2 扁平命名 22
2.2.1 DONA 22
2.2.2 NetInf 24
2.2.3 PSIRP 26
2.3 屬性命名 26
2.4 比較分析 28
2.5 小結 29
本章參考文獻 29
第3章 CCN緩存技術 31
3.1 網絡緩存技術的演進 31
3.2 CCN網內緩存的四大特徵 32
3.2.1 緩存泛在化 32
3.2.2 緩存透明化 32
3.2.3 緩存細粒度化 33
3.2.4 緩存處理線速化 33
3.3 CCN緩存技術面臨的問題 34
3.3.1 節點緩存空間的分配問題 34
3.3.2 請求內容的緩存決策問題 35
3.3.3 節點暫態緩存的利用問題 36
3.3.4 差異化緩存與內容分發問題 38
3.3.5 泛在緩存帶來的隱私洩露問題 39
3.4 CCN緩存核心機制 40
3.4.1 緩存系統性能優化方法 41
3.4.2 緩存系統建模與分析 41
3.5 緩存系統性能優化技術 42
3.5.1 緩存資源分配與共享 42
3.5.2 緩存替換算法 43
3.5.3 緩存決策策略 44
3.5.4 緩存方式 47
3.6 緩存系統建模與分析 47
3.6.1 緩存網絡拓撲結構 48
3.6.2 請求達到速率 48
3.6.3 緩存系統狀態分析 49
3.7 未來探索方向 50
3.7.1 面向移動的內容緩存 50
3.7.2 面向網絡編碼的內容緩存 52
本章參考文獻 53
第4章 CCN路由與轉發技術 59
4.1 內容路由基本原理 59
4.1.1 內部網關路由 59
4.1.2 外部網關路由 61
4.2 內容轉發基本原理 63
4.3 路由轉發面臨的問題 63
4.3.1 路由表項規模膨脹 63
4.3.2 路由查找複雜度增高 64
4.3.3 路由轉發方式具有盲目性 66
4.4 面向內容前綴的路由 67
4.4.1 命名數據鏈路狀態路由 67
4.4.2 域內分層路由 75
4.4.3 面向控制器的路由 79
4.5 面向緩存優化的路由 83
4.5.1 內容緩存勢能路由 83
4.5.2 內容緩存便捷路由 85
4.5.3 內容緩存循跡路由 90
4.6 面向服務質量的路由 92
4.6.1 服務質量路由建模 92
4.6.2 SoCCeR蟻群路由策略 93
4.6.3 RED-ACO蟻群路由策略 94
4.7 轉發信息表聚合機制 96
4.7.1 可選下一跳聚合 96
4.7.2 具體聚合算法 97
4.8 小結 98
本章參考文獻 99
第5章 CCN移動性技術 101
5.1 CCN移動性問題概述 101
5.1.1 現有網絡體系的移動性技術 101
5.1.2 CCN支持移動性的潛在優勢 102
5.1.3 CCN在支持移動性方面存在的挑戰 103
5.1.4 CCN移動主體劃分 105
5.2 請求者移動性支持技術 106
5.2.1 請求者移動性問題分析 106
5.2.2 基於緩存發現的請求者移動性解決方案 107
5.2.3 基於主動緩存的請求者移動性解決方案 110
5.3 數據源移動性支持技術 114
5.3.1 數據源移動性問題分析 114
5.3.2 基於位置管理和路由更新的數據源移動性解決方案 115
5.3.3 基於緩存的數據源移動性解決方案 118
5.4 以內容為中心的無線自組織網絡 123
5.4.1 無線自組織網絡簡介 123
5.4.2 無線自組織網絡中CCN的優勢 124
5.4.3 未來發展方向 124
本章參考文獻 125
第6章 CCN安全分析 127
6.1 CCN安全概述 127
6.1.1 基於內容的安全 127
6.1.2 CCN安全威脅 128
6.1.3 CCN安全需求 128
6.2 命名安全 129
6.3 路由與轉發安全 130
6.4 緩存安全 132
6.4.1 緩存安全威脅分析 132
6.4.2 緩存攻擊數學模型 134
6.5 小結 140
本章參考文獻 140
第7章 軟件定義CCN技術 142
7.1 軟件定義網絡 142
7.1.1 概述 142
7.1.2 SDN控制器 143
7.1.3 OpenFlow南向協議 144
7.1.4 展望 145
7.2 基於SDN的內容中心網絡體系 147
7.2.1 軟件定義的CCN架構概述 147
7.2.2 CONET 147
7.2.3 ContentFlow代理 148
7.2.4 I.C.N.P.的消息標識方案 149
7.2.5 Blackadder 150
7.2.6 C-Flow 151
7.2.7 SD-CCN 153
7.3 基於“SDN+NFV”模式的CCNaaS架構 154
7.3.1 網絡功能虛擬化 154
7.3.2 CCNaaS部署架構 156
7.3.3 CCNaaS設計細節 157
7.3.4 CCNaaS系統 158
7.3.5 原型實現 159
7.3.6 展望 159
7.4 小結 160
本章參考文獻 160
第8章 參數化自適應內容管線結構 162
8.1 參數化自適應內容管線結構研究意義 162
8.1.1 研究背景 162
8.1.2 內容中心網絡對參數化自適應內容管線結構的需求 163
8.2 內容管線結構詳細介紹 164
8.2.1 內容特徵解析 164
8.2.2 內容管線結構 165
8.2.3 管線對內容特徵的自動匹配 167
8.3 內容管線研究算法 174
8.3.1 基於內容感知的QoS保證機理和模型 174
8.3.2 基於內容共性特徵的跨層映射算法 177
8.4 小結 179
本章參考文獻 180
第9章 CCN仿真平臺 181
9.1 CCNx介紹 181
9.1.1 CCNx基本介紹 181
9.1.2 CCNx框架 185
9.1.3 CCNx組件 186
9.1.4 CCNx網絡配置 189
9.1.5 CCNx網包處理 191
9.2 CCNx安裝指導 193
9.2.1 CCNx代碼安裝 193
9.2.2 代碼開發 197
9.2.3 CCNx庫 198
9.3 ndnSIM介紹 199
9.3.1 相關工作 199
9.3.2 ndnSIM 2.0介紹 200
9.3.3 ndnSIM 2.0設計 200
9.4 ccnSim介紹 207
9.4.1 目錄和流行度模型 207
9.4.2 報文和數據塊 208
9.4.3 節點架構 208
9.5 Mi2ni-CCNx介紹 208
9.5.1 Mini-CCNx簡介 208
9.5.2 Mini-CCNx的安裝 209
9.5.3 Mini-CCNx的使用 209
9.5.4 圖形用戶界面 210
本章參考文獻 211
第1章 內容中心網絡體系結構概述 1
1.1 現有網絡體系結構現狀 1
1.2 內容中心網絡體系演進 4
1.2.1 DONA體系結構 4
1.2.2 PSIRP體系結構 5
1.2.3 4WARD體系結構 7
1.3 內容中心網絡體系結構 8
1.3.1 基本架構 8
1.3.2 核心特徵 10
1.4 內容中心網絡研究進展 12
1.5 內容中心網絡發展前景 14
1.5.1 與現有網絡兼容 14
1.5.2 當前硬件處理速度和空間約束 14
1.5.3 構建基於內容尋址的服務承載網 15
本章參考文獻 15
第2章 內容命名技術 18
2.1 層次命名 19
2.1.1 TRIAD 19
2.1.2 NDN 20
2.2 扁平命名 22
2.2.1 DONA 22
2.2.2 NetInf 24
2.2.3 PSIRP 26
2.3 屬性命名 26
2.4 比較分析 28
2.5 小結 29
本章參考文獻 29
第3章 CCN緩存技術 31
3.1 網絡緩存技術的演進 31
3.2 CCN網內緩存的四大特徵 32
3.2.1 緩存泛在化 32
3.2.2 緩存透明化 32
3.2.3 緩存細粒度化 33
3.2.4 緩存處理線速化 33
3.3 CCN緩存技術面臨的問題 34
3.3.1 節點緩存空間的分配問題 34
3.3.2 請求內容的緩存決策問題 35
3.3.3 節點暫態緩存的利用問題 36
3.3.4 差異化緩存與內容分發問題 38
3.3.5 泛在緩存帶來的隱私洩露問題 39
3.4 CCN緩存核心機制 40
3.4.1 緩存系統性能優化方法 41
3.4.2 緩存系統建模與分析 41
3.5 緩存系統性能優化技術 42
3.5.1 緩存資源分配與共享 42
3.5.2 緩存替換算法 43
3.5.3 緩存決策策略 44
3.5.4 緩存方式 47
3.6 緩存系統建模與分析 47
3.6.1 緩存網絡拓撲結構 48
3.6.2 請求達到速率 48
3.6.3 緩存系統狀態分析 49
3.7 未來探索方向 50
3.7.1 面向移動的內容緩存 50
3.7.2 面向網絡編碼的內容緩存 52
本章參考文獻 53
第4章 CCN路由與轉發技術 59
4.1 內容路由基本原理 59
4.1.1 內部網關路由 59
4.1.2 外部網關路由 61
4.2 內容轉發基本原理 63
4.3 路由轉發面臨的問題 63
4.3.1 路由表項規模膨脹 63
4.3.2 路由查找複雜度增高 64
4.3.3 路由轉發方式具有盲目性 66
4.4 面向內容前綴的路由 67
4.4.1 命名數據鏈路狀態路由 67
4.4.2 域內分層路由 75
4.4.3 面向控制器的路由 79
4.5 面向緩存優化的路由 83
4.5.1 內容緩存勢能路由 83
4.5.2 內容緩存便捷路由 85
4.5.3 內容緩存循跡路由 90
4.6 面向服務質量的路由 92
4.6.1 服務質量路由建模 92
4.6.2 SoCCeR蟻群路由策略 93
4.6.3 RED-ACO蟻群路由策略 94
4.7 轉發信息表聚合機制 96
4.7.1 可選下一跳聚合 96
4.7.2 具體聚合算法 97
4.8 小結 98
本章參考文獻 99
第5章 CCN移動性技術 101
5.1 CCN移動性問題概述 101
5.1.1 現有網絡體系的移動性技術 101
5.1.2 CCN支持移動性的潛在優勢 102
5.1.3 CCN在支持移動性方面存在的挑戰 103
5.1.4 CCN移動主體劃分 105
5.2 請求者移動性支持技術 106
5.2.1 請求者移動性問題分析 106
5.2.2 基於緩存發現的請求者移動性解決方案 107
5.2.3 基於主動緩存的請求者移動性解決方案 110
5.3 數據源移動性支持技術 114
5.3.1 數據源移動性問題分析 114
5.3.2 基於位置管理和路由更新的數據源移動性解決方案 115
5.3.3 基於緩存的數據源移動性解決方案 118
5.4 以內容為中心的無線自組織網絡 123
5.4.1 無線自組織網絡簡介 123
5.4.2 無線自組織網絡中CCN的優勢 124
5.4.3 未來發展方向 124
本章參考文獻 125
第6章 CCN安全分析 127
6.1 CCN安全概述 127
6.1.1 基於內容的安全 127
6.1.2 CCN安全威脅 128
6.1.3 CCN安全需求 128
6.2 命名安全 129
6.3 路由與轉發安全 130
6.4 緩存安全 132
6.4.1 緩存安全威脅分析 132
6.4.2 緩存攻擊數學模型 134
6.5 小結 140
本章參考文獻 140
第7章 軟件定義CCN技術 142
7.1 軟件定義網絡 142
7.1.1 概述 142
7.1.2 SDN控制器 143
7.1.3 OpenFlow南向協議 144
7.1.4 展望 145
7.2 基於SDN的內容中心網絡體系 147
7.2.1 軟件定義的CCN架構概述 147
7.2.2 CONET 147
7.2.3 ContentFlow代理 148
7.2.4 I.C.N.P.的消息標識方案 149
7.2.5 Blackadder 150
7.2.6 C-Flow 151
7.2.7 SD-CCN 153
7.3 基於“SDN+NFV”模式的CCNaaS架構 154
7.3.1 網絡功能虛擬化 154
7.3.2 CCNaaS部署架構 156
7.3.3 CCNaaS設計細節 157
7.3.4 CCNaaS系統 158
7.3.5 原型實現 159
7.3.6 展望 159
7.4 小結 160
本章參考文獻 160
第8章 參數化自適應內容管線結構 162
8.1 參數化自適應內容管線結構研究意義 162
8.1.1 研究背景 162
8.1.2 內容中心網絡對參數化自適應內容管線結構的需求 163
8.2 內容管線結構詳細介紹 164
8.2.1 內容特徵解析 164
8.2.2 內容管線結構 165
8.2.3 管線對內容特徵的自動匹配 167
8.3 內容管線研究算法 174
8.3.1 基於內容感知的QoS保證機理和模型 174
8.3.2 基於內容共性特徵的跨層映射算法 177
8.4 小結 179
本章參考文獻 180
第9章 CCN仿真平臺 181
9.1 CCNx介紹 181
9.1.1 CCNx基本介紹 181
9.1.2 CCNx框架 185
9.1.3 CCNx組件 186
9.1.4 CCNx網絡配置 189
9.1.5 CCNx網包處理 191
9.2 CCNx安裝指導 193
9.2.1 CCNx代碼安裝 193
9.2.2 代碼開發 197
9.2.3 CCNx庫 198
9.3 ndnSIM介紹 199
9.3.1 相關工作 199
9.3.2 ndnSIM 2.0介紹 200
9.3.3 ndnSIM 2.0設計 200
9.4 ccnSim介紹 207
9.4.1 目錄和流行度模型 207
9.4.2 報文和數據塊 208
9.4.3 節點架構 208
9.5 Mi2ni-CCNx介紹 208
9.5.1 Mini-CCNx簡介 208
9.5.2 Mini-CCNx的安裝 209
9.5.3 Mini-CCNx的使用 209
9.5.4 圖形用戶界面 210
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