前言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步普及，基于網(wǎng)絡(luò)的新型應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，如視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)多媒體交互協(xié)作平臺(tái)、在線網(wǎng)絡(luò)游戲等，這些新型應(yīng)用要求通信網(wǎng)絡(luò)提供高可靠性、高帶寬、低時(shí)延的服務(wù)。然而，在互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大的同時(shí)，Internet本身的僵化現(xiàn)象越來越明顯。例如，鏈路故障恢復(fù)時(shí)間長以及路由膨脹等問題，嚴(yán)重影響端到端的傳輸性能；IP多播的部署難和可擴(kuò)展性差等問題，限制了日益增長的一對多和多對多數(shù)據(jù)傳輸；缺乏對QoS的有效保障，無法滿足某些業(yè)務(wù)的需求。此外，互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)服務(wù)提供商（ISP）之間存在復(fù)雜的商業(yè)利益關(guān)系，這使得對現(xiàn)有技術(shù)的重大調(diào)整變得異常困難。

覆蓋網(wǎng)絡(luò)（Overlay Network）的出現(xiàn)為現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的改造和升級(jí)提供了新的思路。覆蓋網(wǎng)絡(luò)是建立在已有網(wǎng)絡(luò)上的一種邏輯網(wǎng)絡(luò)，利用隧道或封裝機(jī)制將覆蓋節(jié)點(diǎn)（Overlay Nodes）互連起來，形成覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋪硗瓿蓴?shù)據(jù)傳輸，而無須改變原有的互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。覆蓋網(wǎng)絡(luò)除了能完成類似P2P（Peer-to-Peer）、CDN（Content Delivery Network）這樣的內(nèi)容分發(fā)與共享服務(wù)之外，隨著終端節(jié)點(diǎn)性能（CPU帶寬和存儲(chǔ)能力）的不斷提升，也可以提供路由和組播這些原本只能由路由器完成的基礎(chǔ)性服務(wù)。另一方面，隨著服務(wù)器虛擬化和存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)的日臻完善，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)成為國內(nèi)外科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。覆蓋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種有效的解決方案，為下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供了一種可行的思路。

雖然覆蓋網(wǎng)絡(luò)在提高路由質(zhì)量、保障QoS、提供組播服務(wù)等方面能夠?qū)ΜF(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施起到很好的補(bǔ)充作用，但在構(gòu)建覆蓋網(wǎng)絡(luò)時(shí)如何感知基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)，達(dá)到上下層優(yōu)勢互補(bǔ)，還有許多關(guān)鍵問題亟待解決。例如，如何考慮物理網(wǎng)絡(luò)中部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造、路由和數(shù)據(jù)分發(fā)的影響；如何解決兩條或多條覆蓋鏈路共享物理鏈路，造成性能下降的問題；如何建立具有節(jié)點(diǎn)鄰近意識(shí)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，減少端到端的時(shí)延；在多播通信中如何降低節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的維護(hù)代價(jià)等。其次，覆蓋路由是通過覆蓋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的路由模式，是根據(jù)用戶的特定需求在應(yīng)用層上計(jì)算路由，是覆蓋網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵技術(shù)，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。在現(xiàn)實(shí)中，為了提升服務(wù)的性能，服務(wù)提供商（SP）在互聯(lián)網(wǎng)上部署了大量支持各種類型服務(wù)的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。然而，覆蓋路由的本質(zhì)是自私路由，它根據(jù)具體服務(wù)的需求進(jìn)行路由，與物理網(wǎng)絡(luò)流量工程的路由目標(biāo)通常并不一致，因此常常會(huì)發(fā)生沖突；同時(shí)，共存的覆蓋網(wǎng)絡(luò)之間也可能會(huì)因?yàn)楦偁幘W(wǎng)絡(luò)資源而出現(xiàn)沖突。這種沖突所引起的路由交互問題，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的效率和穩(wěn)定性。本書針對上述問題，對覆蓋網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建、多路徑路由、應(yīng)用層多播、上下層路由沖突等覆蓋網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。在研究過程中，遵循IP網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行規(guī)律，通過問題抽象、模型構(gòu)建、算法設(shè)計(jì)與求解、理論證明、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，其結(jié)論對于下一代互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

全書共分為8章，其中1～6章由田生文編寫，第7章和第8章由龔軍編寫。在撰寫過程中，參考且引用了國內(nèi)外有關(guān)覆蓋網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)絡(luò)等方面的大量文獻(xiàn)，在此，向相關(guān)作者表示衷心的感謝。

本書的出版得到國家自然科學(xué)基金（No.61170161）的資助。另外，本書的編寫還得到魯東大學(xué)鄒海林教授、王剛教授、楊洪勇教授；北京郵電大學(xué)廖建新教授、王晶教授、王敬宇老師、戚琦老師的大力支持，在此對他們的支持和幫助表示衷心的感謝。

特別感謝清華大學(xué)出版社，感謝責(zé)任編輯及其他參與此書編輯和出版的各位老師，為本書的順利出版付出的辛勤勞動(dòng)。

由于作者水平有限，書中不足之處在所難免，懇請廣大讀者和同行批評(píng)指正。

作者郵箱：sw_tian@yeah.net。

編者2017年1月