序
2019年對于我來說是非常有紀念意義的一年，這個“意義”來自兩個維度。
第一個維度是我從事的教學與研究的方向——計算機網絡。2019年是互聯網誕生50周年和我國全功能接入互聯網25周年。回顧計算機網絡的發展歷程，我們可以清晰地看到計算機網絡沿著“互聯網—移動互聯網—物聯網”的軌跡，由小到大地成長為覆蓋全世界的互聯網絡，由表及里地滲透到各行各業與社會的各個角落，潛移默化地改變著我們的生活方式、工作方式與社會發展模式。根據中國互聯網絡信息中心（CNNIC）第45次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》提供的數據，截至2020年3月底，我國的網民規模已經達到9.04億，互聯網普及率達到64.5%；手機網民規模達到8.97億，網民中使用手機訪問互聯網的比例上升到99.3%。我國的互聯網與移動互聯網的網民數量穩居世界第一，各種網絡應用方興未艾，互聯網與移動互聯網產業風生水起。物聯網在政府的大力推動下，已經在很多方面走到了世界的前列。我國在網絡強國的建設上向前邁進了一大步。
第二個維度是我讀書和工作了50多年的南開大學。2019年，南開大學喜迎百年華誕。計算機學院安排我作為計算機專業的老教師代表，在南開大學津南校區與返校的學生見面。我的計算機網絡課程從20世紀80年代至今持續了近30年，和不同時期的學生見面的場景很有喜劇色彩：20世紀80年代上過我的網絡課程的學生見面時異口同聲地說“七層協議”；20世紀90年代上過我的網絡課程的學生見面時異口同聲地說“TCP/IP”；2000年前后上過我的網絡課程的學生見面時則異口同聲地說“網絡編程”。甚至有一名學生悄悄地告訴我：“我到工作單位接手的第一個任務就是網絡課上做過的編程訓練題！”估計他們在來學校的路上已經回憶過那段在校學習經歷，并達成共識了。作為一名教師，看到學生們事業有成，倍感欣慰，付出的任何艱辛都覺得是值得的。
與學生們的交流，也讓我回憶起這30多年的“計算機網絡”課程教學歷程，感慨良多。記得20世紀80年代初，我在南開大學計算機系第一次開設計算機網絡課程時，全系近百名學生中只有7名選修了這門課程。當時，沒有人能預見計算機網絡技術將在未來如此蓬勃地發展，并深刻地影響我們的社會進程。在之后的教學與科研工作中，我一直跟蹤著計算機網絡技術的研究與發展，見證了計算機網絡從互聯網、移動互聯網到物聯網的發展過程。
1995年，我參與研究、起草了“天津市信息港工程規劃綱要”“天津市信息化建設‘九五’規劃”，對互聯網技術產生了極大的興趣。于是，在1996年到1997年，我以訪問學者的身份，用了將近一年的時間，在美國認真考察、研究、學習了互聯網的技術與應用。1997年，我在美國度過50歲生日，當夫人問到許下的愿望時，我的回答是：回國之后要為學生寫一本好的網絡課程教材。這是因為我在美國幾所大學了解網絡課程的教學與實驗后大受“刺激”。當時安德魯·S.塔嫩鮑姆（Andrew S.Tanenbaum）的《計算機網絡》（第3版）剛剛發行，美國學生抱著裝訂講究的大部頭教材坐在教室里，聽教授侃侃而談，下課后要讀五六篇文獻，還要完成網絡編程作業。而且，這些網絡編程作業的難度與編程量都不小。國內大學教授的計算機網絡課程與美國的差距之大是顯而易見的，作為一名網絡課程的任課教師，我深感不安。“知恥而后勇”，這就是我后來規劃本科計算機網絡課程體系、編寫《計算機網絡》教材的初衷和動力。這部教材在2008年被評為“精品教材”，現在已出版到第5版。之后又規劃了研究生計算機網絡課程體系，將科研成果轉化為“近似實戰”的網絡教材與實踐訓練內容，編寫并出版了《計算機網絡高級教程》《計算機網絡高級軟件編程技術》與《網絡安全高級軟件編程技術》系列教材。后兩部網絡編程教材共給出了不同難度級別的編程訓練題目34個，編程訓練內容覆蓋了計算機網絡各層、網絡安全的不同方面。
后來，我參與了天津市城市信息化建設“十五”“十一五”規劃的研究與制定，將“互聯網思維”融入我國城市信息化建設實踐中。作為科技獎評審專家與信息技術項目立項、結題評審專家，我不斷與同行交流，向同行專家學習，理解不同行業和領域對互聯網的應用需求，加深在計算機網絡與互聯網這一領域的學術積淀，這些工作開闊了我的學術視野。同時，我參與或主持的多項市級大型網絡應用系統的規劃、設計、實施，均取得了成功，這些系統目前還在穩定地運行，我從中獲得了很多寶貴的實踐經驗。我還與南開大學網絡實驗室的科研/教學團隊一起，開展了無線傳感器網絡、無線車載網、移動互聯網與網絡安全課題的研究。
我曾擔任南開大學信息技術科學學院院長多年，要與學院的計算機、自動化、通信工程、電子科學、光學工程、信息安全等多個一級學科的教師交流，聽取國內外相關領域專家的報告，參加各個學科科研開題與結題會議，這些工作讓我學到了很多相關領域的知識，也使我對交叉學科的發展產生了濃厚的興趣。這些經歷使得我跳出一名“單純”的計算機專業教學工作者的框架，逐漸學會了將技術、教育、產業與社會發展結合起來的思考方法。
2010年，物聯網異軍突起。面對這一新生事物，有人興奮，有人懷疑，更多的人則是想深入了解物聯網是什么、它來自哪里、又會向哪個方向發展。基于在計算機網絡與信息技術領域多年的知識與經驗的積累，我編寫了《智慧的物聯網：感知中國與世界的技術》一書，闡述了自己對物聯網概念、技術與發展趨勢的理解與認知。書中的很多觀點得到了同行和讀者的認同。目前，以“智能（AI）與物聯網（IoT）深度融合”為特征的“智能物聯網（AIoT）”概念與技術的出現，進一步印證了我對物聯網發展趨勢的判斷。
同年，教育部批準成立了高等學校第一批物聯網工程專業。作為面向戰略新興產業的新專業，教學體系與學科建設沒有成熟的經驗可供借鑒，更沒有適應專業培養目標的配套教材。當時，教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會邀請我參與了相關的專業建設研討，并邀請我編寫一本《物聯網工程導論》教材，向物聯網工程專業的學生和教師介紹物聯網技術。基于教育工作者的使命感，我接受了這個任務，并結合多年的知識積累與認知，艱難地完成了《物聯網工程導論》的編寫工作。之后又根據高校師生的授課和學習需求編寫了《物聯網技術與應用》與《解讀物聯網》兩本書。這四本書形成了關于物聯網的綜述性質的系列著作，我也在編寫過程中不斷深化對物聯網技術的理解。現在，《物聯網工程導論》和《物聯網技術與應用》已出版到第2版，并且入選了“‘十二五’國家重點圖書”項目；《物聯網工程導論》入選了教育部“‘十二五’國家級規劃教材”。
網絡類技術的快速發展，必然會對高校教育產生重大的影響，廣大教師都在思考高校計算機專業的課程是否能夠適應網絡時代的要求。2011年起，我應邀參與教育部高等學校計算機類專業教學指導委員會“計算機類專業系統能力培養”教學研究組的活動，之后又參與了“智能時代計算機教育研究”教學研究組的活動，并負責計算機網絡類課程改革的研究。研究組以培養系統能力為核心構建計算機類專業課程體系的想法與我多年來的探索不謀而合，同時在和參與改革的試點校、示范校溝通的過程中，我認真研究各個學校成功的經驗和面臨的困難，進一步找出網絡課程存在的問題，明晰智能時代以系統能力培養為核心的網絡課程改革方向。
基于我與教學/科研團隊開展的前期研究，確定了計算機網絡課程下一步改革的思路：
第一，貼近計算機發展與計算模式演變，從系統觀的視角分析網絡技術發展過程。
第二，在云計算、大數據、智能與5G發展的大趨勢下分析網絡技術的演變。
第三，關注SDN/NFV、云計算與移動云計算、邊緣計算與移動邊緣計算、QoS/QoE、區塊鏈、數字孿生等新技術的發展與應用。
第四，堅持以網絡軟件編程為切入點的能力培養方法。
計算機網絡技術是一門交叉學科，覆蓋面廣，技術發展迅速，形成適應智能時代的新的網絡課程知識體系絕非易事。教學研究組決定首先將前期研究與思考總結出來，并以《深入理解互聯網》《深入理解移動互聯網》與《深入理解物聯網》三部著作的形式呈現給讀者。我們希望通過規劃和構思這三部著作，研究計算機網絡技術發展中“變”與“不變”的關系；根據互聯網、移動互聯網與物聯網的不同特點，規劃三部著作的重點、知識結構與內容取舍。
計算機網絡技術發展中的“變”與“不變”可以歸納為：
·變：網絡應用的“系統功能”“實現技術”與“協議體系”發生了很大變化。
·不變：“層次結構模型”“端-端分析原則”與“進程通信研究方法”沒有發生本質性的變化。
如果用“開放、互聯、共享”來描述互聯網的特點，用“移動、社交、群智”來描述移動互聯網的特點，那么物聯網的特點可以用“泛在、融合、智慧”來描述。“開放”的體系結構、協議與應用成就了互聯網，實現了全世界計算機的“互聯”，成為全球范圍信息“共享”的基礎設施。“移動”使互聯網與人如影隨形，移動互聯網應用基本上都具有“社交”色彩，這也使得大規模、復雜社會“群智”感知成為可能。物聯網使世界上萬事萬物的“泛在”互聯成為可能，推動了大數據、智能技術與各行各業的深度“融合”，使人類在處理物理世界問題時具有了更高的“智慧”。
在《深入理解互聯網》《深入理解移動互聯網》與《深入理解物聯網》三部著作中，我們力求用“繼承”的觀點描述網絡發展三個階段中“不變”的研究方法，用“發展”的觀點闡述網絡中“變”的技術，勾畫出計算機網絡技術體系的演變，描繪出計算機網絡技術發展的路線圖。
《深入理解互聯網》系統地介紹互聯網發展的歷程，討論層次結構模型、網絡體系結構抽象方法的演變過程；結合網絡類型與特點的討論，深入剖析Ethernet工作原理；以網卡硬件設計為切入點，從計算機組成原理的角度剖析計算機如何接入網絡；以操作系統為切入點，從軟件的角度剖析網絡中的計算機之間如何實現分布式協同工作；通過IPv4與IPv6的對比，系統地介紹網絡層協議設計方法的演變與發展；通過分析TCP/UDP與RTP/RTCP設計方法與協議內容，回答網絡環境中分布式進程通信實現方法的發展；對主要的應用層協議設計思想與協議內容進行歸納和剖析，以常用的Web應用為例對計算機網絡的工作原理進行總結和描述；對云計算、虛擬化技術進行系統討論，重點介紹云計算與IDC網絡系統設計方法；系統地介紹SDN/NFV技術的研究與發展，對SDN/NFV的體系結構、工作原理與應用領域進行討論；從分析網絡安全中的五大關系出發，總結網絡空間安全體系與網絡安全技術研究的基本內容，討論云安全、SDN網絡安全、NFV網絡安全、軟件定義安全等新的網絡安全技術問題。通過以上內容的討論，詮釋互聯網“開放、互聯、共享”的特點。
《深入理解移動互聯網》系統地介紹移動互聯網的發展歷程，以Wi-Fi與5G為切入點，深入剖析無線網絡的工作原理與組網方法；討論移動通信網的發展與演變，5G的主要特征、技術指標與應用場景，6G的發展愿景；介紹移動IPv4、移動IPv6與移動IP的關鍵技術；對無線TCP傳輸機制、傳輸層QUIC協議的設計方法與協議內容進行分析，對容遲網（DTN）技術體系結構與應用進行系統的討論；以云計算到移動云計算、移動云計算到移動邊緣計算為路徑，介紹計算遷移的基本概念、原理、系統功能結構；以移動云存儲、流媒體、社交網絡、電子商務，以及基于移動云計算的移動位置服務、基于移動邊緣計算的增強現實與CDN應用為例，討論移動互聯網新的應用系統設計方法與實現技術；在介紹QoS概念與發展的基礎上，討論QoE的基本概念、定義、影響因素，研究評價方法與標準化問題；在分析移動互聯網面臨的新安全威脅的基礎上，討論移動終端硬件、軟件、應用軟件安全性，5G通信系統安全與挑戰，以及移動云計算與移動邊緣計算安全性等問題。通過以上內容的討論，詮釋移動互聯網“移動、社交、群智”的特點。
《深入理解物聯網》以物聯網（IoT）向智能物聯網（AIoT）的發展為主線，在分析和比較國際重要學術機構與主要廠商提出的物聯網定義、層次結構模型的基礎上，闡述物聯網的定義、技術特征與體系結構；系統地討論感知技術的研究與發展，分析傳感器與執行器接入技術，討論無線傳感器網絡的發展與演變；介紹物聯網核心傳輸網絡的設計方法、5G與物聯網的關系、SDN/NFV技術應用；討論大數據、智能技術在物聯網中的應用；介紹云計算與移動云計算、邊緣計算與移動邊緣計算、QoS/QoE、區塊鏈等新技術在物聯網中的應用；以工業物聯網、移動群智感知網絡、智能網聯汽車等為例，系統地討論物聯網應用的發展；在分析物聯網面臨的新安全威脅的基礎上，討論物聯網終端硬件、軟件、應用軟件與應用系統的安全性與挑戰。通過以上內容的討論，詮釋物聯網“泛在、融合、智慧”的特點。
三部著作的內容各有側重，互不重疊，相互補充，旨在形成一個全面描述計算機網絡技術發展的知識體系。
我希望這三部著作能對以下讀者有所幫助：
·高等學校計算機相關專業的本科生/研究生：這三部著作可以作為本科生/研究生計算機網絡課程的補充讀物。現有的計算機網絡教材大多關注網絡的原理和協議，對計算機網絡的一些新技術只做概要性介紹。讀者可以通過補充閱讀這三部著作，體會計算機網絡為什么會發展到今天的樣子、未來又會往什么方向發展，理解計算機網絡中的“變”與“不變”，掌握計算機網絡技術發展的脈絡。
·從事計算機網絡技術的研究者：這三部著作梳理了互聯網、移動互聯網和物聯網當前的熱點研究領域/問題，從事計算機網絡技術研究的讀者可以系統地了解當前熱點問題的研究現狀與趨勢，從中發現自己感興趣的問題，找到進一步開展研究的課題和方向。
·高等學校從事計算機網絡課程教學的教師：在近40年的教學中，我深深體會到“要給學生一碗水，自己就要準備一桶水”。因此，希望這三部著作能夠幫助從事計算機網絡課程教學的教師梳理網絡知識體系，為教學充實更多的素材，做好知識儲備，以進一步提高網絡課程的教學水平。
·從事計算機網絡研發工作的技術人員：現在知識的更新、迭代速度越來越快，涉及的知識面越來越廣，終身學習已經成為一種常態。很多技術人員困惑于網絡技術發展太快，不知如何跟上技術發展的步伐。在跟蹤計算機網絡技術發展的幾十年中，我的體會是，面對錯綜復雜的網絡技術，只要自己的研究思路清晰，還是可以梳理出新技術發展的自然傳承關系、認識到其發展規律的。我希望通過這三部著作，將自己對網絡技術發展的理解分享給有這樣困惑的技術人員，幫助大家把握技術發展方向，更好地適應技術的飛速發展。
我國是網絡應用的大國，但還不是網絡強國，實現建設網絡強國的目標必須要培養出大批的網絡精英，讓我們共同為實現這個偉大的目標而努力。
祝各位閱讀愉快！
吳功宜
2020年5月