互联网络测量理论与应用

第1章 概论 1

1.1 互联网的体系结构 1

1.1.1 计算机网络的发展历史 2

1.1.2 互联网的历史 3

1.1.3 互联网的设计原则 5

1.1.4 协议分层与应用 8

1.2 互联网的运行管理与管治 23

1.2.1 互联网的运行管理 23

1.2.2 互联网的治理 31

1.3 互联网的演进 35

1.3.1 互联网发展面临的挑战 35

1.3.2 下一代互联网 37

1.3.3 下一代互联网的主要特征 37

1.3.4 互联网的其他演进路线 39

小结 42

参考文献 43

第2章 互联网络测量与行为研究 45

2.1 网络测量与行为学研究概述 45

2.1.1 简要回顾 46

2.1.2 网络测量的用途与定义 48

2.1.3 网络测量研究范畴 50

2.2 网络测量方法与分类 51

2.2.1 主动测量与被动测量 52

2.2.2 拓扑测量与性能测量 53

2.2.3 网络层测量与应用层测量 55

2.2.4 单点测量与多点测量 56

2.2.5 讨论 56

2.3 网络测量研究现状 57

2.3.1 互联网工程任务组 57

2.3.2 互联网数据分析合作组织 60

2.3.3 应用网络研究国家实验室 65

2.3.4 IEPM/SLAC 68

2.3.5 Surveryor/ANS 71

2.3.6 IPMA/Merit 71

2.3.7 TTM/RIPE 72

2.3.8 其他机构及研究项目 75

小结 77

参考文献 78

第3章 测量分析理论基础 81

3.1 线性代数 81

3.2 概率 82

3.2.1 背景知识 83

3.2.2 网络测量中与概率相关的特殊问题 88

3.3 统计 89

3.3.1 基本概念 89

3.3.2 网络测量中与统计相关的特性 90

3.4 图论 91

3.4.1 基本概念 91

3.4.2 图的特征及其描述 92

3.4.3 网络测量中与图论相关的特性 93

3.4.4 小世界网络 95

3.5 测量指标 95

3.5.1 抽样 95

3.5.2 时间平均值和事件平均值 96

小结 96

参考文献 96

第4章 网络测量基础设施及其体系结构 98

4.1 被测网络的特性 98

4.1.1 物理设备特性 98

4.1.2 拓扑特性 101

4.1.3 网络流量的交互特性 103

4.1.4 网络测量面临的困难 103

4.2 网络测量工具 105

4.2.1 主动测量工具 105

4.2.2 被动测量工具 107

4.2.3 混合测量方法 109

4.3 网络测量体系结构 109

4.3.1 网络测量体系结构简介 110

4.3.2 网络测量体系结构的演进 111

4.4 网络测量基础设施部署的关键问题 117

4.4.1 测量点的选择 117

4.4.2 “噪声”分组的过滤 117

4.4.3 时钟同步 118

4.4.4 匿名化 118

4.4.5 网络测量的误差及校准 119

小结 120

参考文献 120

第5章 网络性能测量 124

5.1 网络性能指标 124

5.1.1 主要性能指标 125

5.1.2 标准化定义 130

5.2 性能测量方法 132

5.2.1 测量方法 132

5.2.2 测量指标的动态性与抽样 133

5.2.3 面临的困难 133

5.3 网络带宽测量 134

5.3.1 变长报文方法 134

5.3.2 基于探测报文间隔模型的方法 136

5.3.3 自拥塞方法 143

5.3.4 带宽测量中的问题 144

5.4 时延及其他端到端性能指标的测量 145

5.4.1 主动测量方法 146

5.4.2 被动测量方法 147

5.5 逐跳路径性能与网络层析 150

5.6 常用的网络性能测量工具 151

5.6.1 网络性能测量工具 151

5.6.2 网络性能测量工具的评估 153

5.7 网络性能分析及应用 155

5.7.1 路径容量及可用带宽 156

5.7.2 时延及时延抖动 157

5.7.3 丢包特征 158

5.7.4 数据报文失序 158

5.7.5 TCP的性能分析 158

小结 160

参考文献 160

第6章 网络流量测量 166

6.1 概述 166

6.1.1 网络流量的构成 166

6.1.2 流量测量面临的困难 170

6.2 流量数据采集 171

6.2.1 采集点的选择 171

6.2.2 流量捕获方法 172

6.2.3 常用的流量采集工具 177

6.3 流量缩减与抽样 178

6.3.1 流量缩减的方法 178

6.3.2 流量抽样的基本概念与方法 179

6.3.3 分组抽样 182

6.3.4 流抽样 185

6.3.5 抽样数据的应用 192

6.3.6 数据概要 193

6.4 流量数据的共享与去隐私处理 196

6.4.1 IP地址匿名化 196

6.4.2 IP地址匿名化方法与工具 199

6.4.3 应用层信息隐藏 201

6.4.4 安全性分析 202

6.4.5 流量数据的存储格式 203

6.4.6 数据共享 205

小结 206

参考文献 206

第7章 流量分析与建模技术 212

7.1 流量的统计分析与分类 212

7.1.1 流量统计分析 212

7.1.2 流量分类 214

7.2 流量数据分析建模与预测 222

7.2.1 网络流量特性分析 222

7.2.2 传统网络流量模型 225

7.2.3 自相似网络流量模型 229

7.2.4 流量预测模型 233

7.3 流量矩阵估算与应用 240

7.3.1 流量矩阵的概念 241

7.3.2 流量矩阵的估算方法 242

7.3.3 流量矩阵的应用 250

7.3.4 研究展望 253

7.4 流量可视化技术 254

7.4.1 可视化相关技术 255

7.4.2 流量可视化系统 255

7.4.3 流量可视化研究进展及相关技术 256

小结 258

参考文献 259

第8章 路由测量 267

8.1 互联网路由体系结构 267

8.1.1 路由器概述 268

8.1.2 自治域和ISP概念 269

8.1.3 互联网路由 270

8.2 路由信息采集方法 275

8.2.1 基于控制层的非注入式测量方法 275

8.2.2 基于SNMP的管理层监控 276

8.2.3 基于BGP Beacon的主动测量方法 277

8.2.4 各种测量方法的比较 278

8.3 路由动态性 279

8.3.1 路由动态性概念 280

8.3.2 路由动态性测量 281

8.3.3 BGP路径穷举 285

8.3.4 对BGP Update报文的抑制 290

8.3.5 BGP路径穷举的改进 291

8.3.6 域内路由协议的事件模型 294

小结 295

参考文献 296

第9章 网络拓扑测量与建模 299

9.1 拓扑测量方法 300

9.1.1 Traceroute 300

9.1.2 Traceroute别名解析 302

9.1.3 AS级拓扑测量 303

9.1.4 各种测量方法的比较 308

9.2 拓扑图的描述与度量 309

9.2.1 基于度的度量 309

9.2.2 基于距离的度量 310

9.2.3 基于邻接矩阵的度量 311

9.3 AS级拓扑建模 311

9.3.1 AS级拓扑性质 311

9.3.2 拓扑生成 321

9.4 路由器级拓扑建模 322

小结 324

参考文献 324

第10章 面向网络应用的测量 327

10.1 应用发展与测量 327

10.1.1 应用的发展 327

10.1.2 应用测量 328

10.2 Web应用测量 330

10.2.1 Web应用的发展与测量 330

10.2.2 测量方法 331

10.2.3 性能测量 333

10.2.4 基本特征 335

10.2.5 Web数据挖掘 338

10.3 P2P应用测量 345

10.3.1 P2P应用的发展与测量 345

10.3.2 P2P测量方法 349

10.3.3 P2P流量特征与识别 351

10.3.4 拓扑特征 356

10.3.5 结点活动特征 357

10.3.6 性能测量 365

小结 369

参考文献 370

第11章 测量应用 377

11.1 网络运行监控 377

11.1.1 周期性 377

11.1.2 报文长度分布 379

11.1.3 端口分布 380

11.1.4 协议分布 381

11.1.5 流量TopN分析 381

11.1.6 热门网址统计 382

11.1.7 用户分类统计 382

11.2 流量聚类 383

11.2.1 流量聚类定义 383

11.2.2 流量聚类算法 385

11.3 网络异常检测 390

11.3.1 网络异常概念 390

11.3.2 网络异常检测 391

11.3.3 异常检测方法 392

11.4 网络计费 400

小结 401

参考文献 401

第12章 未来发展趋势 404

12.1 测量对网络运行管理的重要性 404

12.1.1 网络测量与传统网管五大功能的关系 405

12.1.2 网络测量与网络科学研究 406

12.2 网络测量与未来互联网的演进 408

12.2.1 互联网演进模型 409

12.2.2 网络拓扑 409

12.2.3 可扩展路由算法研究 410

12.3 网络测量其他发展趋势 410

12.3.1 新型网络测量体系结构 411

12.3.2 面向用户的测量 414

12.3.3 测量、路由与流量工程 415

12.3.4 测量与IP定位 417

12.3.5 测量联盟 422

参考文献 424

《互联网络测量理论与应用》从讨论互联网络测量与行为研究的动机入手，系统而全面地介绍了互联网络测量与行为研究领域涉及的各个方面的内容，包括网络测量方法与内容分类、网络测量的基础设施与体系结构、网络性能测量、网络流量测量、流量分析与建模技术、网络拓扑特性测量与路由监控、面向应用的测量以及网络测量的具体应用等。《互联网络测量理论与应用》内容全面深入，既包括互联网络测量与行为研究的基本问题和基础知识介绍，更注重对互联网络测量领域涉及的各相关专题前沿研究的论述。全书基本上反映了近几年来网络测量领域的最新研究成果并逐章提供了详尽的参考文献。
《互联网络测量理论与应用》既可以作为计算机通信与网络等专业的高年级本科生及研究生教材，也可供广大网络及网络运行管理技术的科研人员、网络工程技术人员、网络运行管理维护人员的参考。