《自然计算与网络状态认知和流量控制》王辉著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《自然计算与网络状态认知和流量控制》

【作　者】王辉著

【页 数】 286

【出版社】 西安：西安电子科技大学出版社 , 2016.08

【ISBN号】978-7-5606-4082-2

【价 格】37.00

【分 类】计算机网络-研究

【参考文献】 王辉著. 自然计算与网络状态认知和流量控制. 西安：西安电子科技大学出版社, 2016.08.

图书封面：

图书目录：

《自然计算与网络状态认知和流量控制》内容提要：

本书阐述了网络状态认知和拥塞控制的必要性及常用方法，然后介绍了模糊逻辑理论和方法、自然计算模型和方法，并将模糊综合评判理论和自然计算理论应用到网络状态认知和流量控制领域，最后通过几个典型案例演示自然计算应用于网络状态认知和流量控制。

《自然计算与网络状态认知和流量控制》内容试读

第1章

概述

1.1绪论

1.1.1网络发展的驱动力

21世纪的特征是数字化、网络化和信息化，这是一个以网络化为核心的信息时代。网络技术不仅为人们提供了全新的工作、学习、社交、休闲和娱乐模式，如视频会议、远程教育、电子邮件、博客、网络购物等，也为经济运行、政府工作、灾害预警、应急救援提供了快速高效的平台。网络技术推动社会不断进步，它已成为衡量一个国家综合国力的重要标志之一。网络成为经济社会发展的重要引擎和基础平台，各国已相继出台了符合本国资源优势的互联网国家战略和行动计划，我国也于2012年发布了《互联网行业“十二五”发展规划》，制订了我国今后一段时间网络发展的目标和任务。网络技术的发展是一个新老交替、优胜劣汰的过程。例如，有人曾认为异步转移模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)

是先进的技术，其实并非完全如此。1988年以来人们在ATM技术上投入了许多人力和物

力，如今却走下坡路。综合业务数字网(Integrated Services Digital Network,ISDN)的发展曾一度为全世界所看好，事实上其发展很慢。宽带综合业务数字网(Broadband ISDN,

B-ISDN)曾一度被认为是走向宽带的必由之路，标准很多，结果却是束之高阁。消息处

理系统(Message Handling System,MHS)是严格按开放系统互联参考模型(Open System

Interconnect reference model,OSI)七层模型开发的，当时被认为是最完善的消息转发系

统，但结果只有极少数地方采用，现在已经由TCP/IP等因特网技术所替代。此外，帧中

继(Frame Relay,FR)原先是为ISDN开发的，是属于ISDN的协议族，而ATM是为

B-ISDN开发的，是属于B-ISDN的协议族。然而这两种技术后来都只用到了数据网络

中，并没有提供综合服务。为什么世界上会有那么多大家都看好的技术，结果并不成功(或者成绩不理想)呢？这说明网络技术必然被更新、更加符合需求的技术所取代。

网络的发展受政府、技术标准、市场需求等三个方面综合作用的驱动。政府出于国家安全、公民隐私等方面考虑制定网络发展规划和政策法规。新技术（如信息传输容量、存储能量和计算处理能力)为网络协议和网络服务的实现提供支撑。标准使得不同厂商制造的设备可以实现互操作。标准对网络系统极为重要，网络的价值很大程度上取决于它所能影响的用户群。标准使得更多的厂家可以参与网络产品的开发，各公司可以专于自己擅长的核心网络技术开发，标准还使得生产相同产品的厂家互相竞争，从而开发出更好的产

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■自然计算与网络状态认知和流量控制

品。市场需求是网络发展的根本，什么样的技术、什么样的产品能够最终发展壮大就看它是否符合当时的市场需求。例如，20世纪70年代初期，美国有大量的投资致力于发展可视电话服务，以提供音频和视频通信。但是开展这种服务的市场并不成熟，随后的多次尝试也相继失败。又如，蜂窝式无线电话的部署，其在移动时进行通信的效果具有巨大的吸引力，使得该服务在短时间内取得了爆炸式的发展，蜂窝式电话用户的数量的急速增长反过来又促使了新的无线技术的发展。简言之，网络应响应政府号召，根据市场需求在技术标准的支撑下发展。

1.1.2网络的发展宗旨

网络就是用物理链路将各个孤立的工作站或主机相连在一起组成的数据链路。它是人们交流信息的一个工具。网络建立的目的是资源共享和通信。不论网络类型如何，其基本功能包括以下几个方面：

(1)共享软硬件资源。资源共享是网络的重要功能。网络资源主要包括硬件资源、软件资源和数据资源。硬件资源主要指高性能的处理机、大容量的存储设备和特殊的外围设备；软件资源指程序设计语言、软件包、应用程序等；数据资源指数据文件、数据库等。

(2)数据通信。对象之间的数据通信是网络的基本功能之一，它使不同地区的用户、计算机及进程通过网络进行对话并交换数据和信息。

(3)提高系统的可靠性。要提高系统的可靠性功能，可采用分布式处理，就是把处理任务分散到各个计算机上完成，这样既可以降低软件设计的复杂性，也可以降低对单个计算机硬件的性能要求，更能提高系统效率，降低系统成本。同时，分布式数据存储可以提高数据的安全性。

(4)综合信息服务。网上信息查询与获取、网上远程教学、网上医院、IP电话、网上

视频点播等项目都是网络提供的信息服务。

网络一直追求的目标是为用户提供一个更加可持续发展的（如IP6的设计）、更安全

的（如IPSec)、更多应用创新的(QoS/Diffserv、MPLS、Multicast、宽带）、更可靠的“开放网络平台”，使网络成为一个“让人人都可以参与的创新平台”。根据《互联网行业“十二五”发展规划》，到“十二五”期末，我国会建成宽带高速、广泛普及、安全可靠、可信可管、绿色健康的网络环境，形成公平竞争、诚信守则、创新活跃的市场环境，实现从应用创新、网络演进到技术突破、产业升级的全面提升，在转变经济发展方式、服务社会民生中的作用更加显著。

1.2计算机网络

计算机网络就是计算机之间通过连接介质（如网络线、光纤等）互联起来，按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的一种组织形式。凡将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式及网络操作系统等)实现网络资源共享的系统，都可称为计算机网络。2

第1章概述■

1.2.1计算机网络发展概述

计算机网络最早用于军事领域。出于安全考虑，1969年，美国国防部高级研究计划管理局(Advanced Research Projects Agency,ARPA)开始建立一个名为ARPAnet的网络，用来把美国的几个军事及研究用电脑主机连接起来，以保证美国军事指挥中心的安全，防止苏联的核摧毁。ARPAnet网络技术后来部分转为民用。ARPAnet在技术上最大的贡献

就是TCP/IP协议的开发和应用。现代计算机网络的许多概念和方法，如分组交换技术都

来自ARPAnet。ARPAnet不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且做了无线、

卫星网的分组交换技术研究。1983年，ARPA和美国国防部通信局研制成功了用于异构

网络的TCP/IP协议，美国加利福尼亚伯克利分校把该协议作为其BSD UNIX操作系统的

一部分，使得该协议得以在社会上流行起来，从而诞生了真正的Internet(互联网)。l986年，美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)利用ARPAnet发展出来的TCP/IP通信协议，在5个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnet广域网。由于美国国家科学基金会的鼓励和资助，很多大学、政府资助的研究机构甚至私营的研究机构纷纷把自己的局域网并人NSFnet中。l989年，由CERN开发成功环球信息网WWW,为Internet实现广域超媒体信息截取/检索奠定了基础。

在20世纪90年代以前，Internet的使用一直仅限于研究与学术领域，商业性机构进人Internet一直受到这样或那样的法规或传统问题的困扰。l991年美国的三家公司分别经营着自己的CERFnet、PSInet及Alternet网络，可以在一定程度上向客户提供Internet联网服务。它们组成了“商用Internet协会”(CIEA),宣布用户可以把它们的Internet子网用于任何商业用途。Internet商业化服务提供商的出现，使工商企业终于可以堂堂正正地进入Internet.。商业机构一踏人Internet这一陌生的世界就发现了它在通信、资料检索、客户服务等方面的巨大潜力，其发展态势一发不可收拾。世界各地无数的企业及个人纷纷涌人Internet,带来了Internet发展史上一个新的飞跃

我国Internet的出现以l987年通过中国学术网CAnet向世界发出第一封E-mail为标志。经过几十年的发展，形成了四大主流网络体系，即中科院的科学技术网CSTnet,国家教育部的教育和科研网CERnet,原邮电部的CHINANET和原电子部的金桥网

Chinagbnet。我国的Internet主要经历了以下三个阶段：

(1)1987一1993年，研究试验阶段。在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究Internet技术，并开展了科研课题和科技合作工作，但这个阶段的网络应用仅限于小范围内的电子邮件服务。

(2)1994一1996年，起步阶段。1994年4月，中关村地区教育与科研示范网络工程进人Internet,从此中国被国际上正式承认为有Internet的国家。之后，CHINANET、CERnet、CSTnet、Chinagbnet等多个Internet网络项目在全国范围相继启动。Internet开始进入公众生活，并在中国得到了迅速的发展。至1996年年底，中国Internet用户数已达20万，利用Internet开展的业务与应用逐步增多。

(3)1997年至今，Internet在我国快速发展的阶段。国内Internet用户数在1997年以后基本保持每半年翻一番的增长速度。

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■自然计算与网络状态认知和流量控制

1.2.2计算机网络的分类

计算机网络划分标准有很多，按网络的拓扑结构分类，它可分为星形网络、环形网络、总线形网络以及以此三种拓扑结构为基础的混合网络，如树形网、簇星形网、网状网等；按传输介质分类，它可分为采用线缆作传输介质的有线网和采用空气作传输介质的无线网。有线网可进一步细分为铜缆网络、光纤网络等。无线网主要有微波网和卫星网等。按地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把网络划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。一般来说，局域网只能是一个较小区域内的网络互联，城域网是不同地区的网络互联。不过在此要说明的一点就是，这里的网络划分并没有严格意义上地理范围的区分，只能是一个定性的概念。下面简要介绍这几种计算机网络。

1.局域网(Local Area Network,LAN)

通常见到的“LAN”就是指局域网，这是最常见、应用最广的一种网络。现在局域网随

着整个计算机网络技术的发展和提高得到了充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域网，有的甚至家庭中都有自己的小型局域网。很明显，所谓局域网，就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。一般来说，在企业局域网中，工作站的数量在儿十到两百台次左右。网络所涉及的地理距离一般可以是几米至10千米。局域网一般位于个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。这种网络的特点就是：

连接范围窄，用户数少，配置容易，连接速率高。目前局域网最快的速率要算现今的G

以太网了。IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN网：IEEE802.3以太网

(Ethernet)、IEEE802.4令牌总线网、IEEE802.5令牌环形网标准等。IEEE802.11标准是由802工作委员会创建的无线局域网标准，是由一系列标准组成的标准族。

2.城域网(Metropolitan Area Network,MAN)

一般来说，城域网络是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种

网络的连接距离为10~100千米，它采用的是IEEE802.6标准。MAN与LAN相比扩展

的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个

大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个IAN网，如政府机构的LAN、医

院的LAN、电信的LAN、公司企业的LAN等。由于光纤连接的引入，MAN中高速的

LAN互联成为可能。城域网多采用异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode,ATM)

技术做骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输

方法。ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上，在比特率

不变及变化的通信量之间进行切换。ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致

的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速度以及寻址

技术的网络。ATM的最大缺点就是成本太高，所以一般在政府城域网中应用，如邮政、银

行、医院等。

3.广域网(Wide Area Network,WAN)

广域网也称远程网(L,ong Haul Network)。它一般是不同城市之间的LAN或者MAN

网络互联，覆盖的范围比局域网(LAN)和城域网(MAN)都广，地理范围可从几百千米到

几千千米，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的

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第1章概述

远程网络。通常广域网的数据传输速率比局域网低，而信号的传播延迟却比局域网要大得多。广域网的典型速率是56kb/s~155Mb/s,已有622Mb/s、2.4Gb/s甚至更高速率的广域网。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网。广

域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网WAN一般最多只包含OSI参考模型的

低三层，而且大部分广域网都采用存储转发方式进行数据交换。也就是说，广域网是基于报文交换或分组交换技术的（传统的公用电话交换网除外）。广域网中的交换机先将发送给它的数据包完整接收下来，然后经过路径选择找出一条输出线路，最后交换机将接收到的数据包发送到该线路上，以此类推，直到将数据包发送到目的结点。

4.互联网(Internet)

互联网是世界范围内最大的广域网。因互联网的英文单词为“Internet'”,故又称为“因特网”。在互联网应用如此发展的今天，它已是我们每天都要打交道的一种网络，无论从地理范围还是从网络规模来讲，它都是最大的一种网络，我们常说的“Wb”、“WWW”和“万维网”等多种叫法指的都是它。从地理范围来说，因特网可以是全球计算机的互联，这种网络的最大特点就是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接人不断变化。当你连在互联网上的时候，你的计算机可以算是互联网的一部分，但一旦当你断开互联网的连接，你的计算机就不属于互联网了。然而互联网的优点也是非常明显的，就是信息量大，传播广，无论你身处何地，只要连上互联网，你就可以对任何联网的用户发出你的信函和广告。

1.3下一代网络

1.3.1下一代网络的概念

三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网在高层业务应用的融合。数字技术的迅速发展和全面采用、大容量光纤通信技术的发展、软件技术的发展为三网融合提供了实现

手段，IP协议的普遍采用为三网融合提供了统一的传送协议。下一代网络NGN是三网融

合的产物，是可以提供话音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络。NGN是Next

Generation Network的缩写，字面意思是下一代网络。当前所谓的下一代网络是一个很松散的概念，不同的领域对下一代网络有不同的看法。一般来说，下一代网络是基于“这一代”网络而言的，在“这一代”网络的基础上有突破性或者革命性进步才能称为下一代网络。

现在普遍认为NGN的主要思想是在一个统一的网络平台上以统一管理的方式提供多媒体

业务，在整合现有的市内固定电话、移动电话的基础上（统称FMC),增加多媒体数据服务

及其他增值型服务。其中，语音的交换将采用软交换技术，而平台的主要实现方式为P技

术。NGN是一个具有丰富内涵的术语，涵盖了目前网络发展的多个领域：以ASON

(Automatically Switched Optical Network,自动开关光网络)为主的下一代光网络，以IPv6和MPLS(多协议标签交换)为主的下一代因特网，以软交换和IMS(IP多媒体子系

统)为主的下一代交换控制网，以3G和4G为主的下一代移动网。下一代网络NGN是业

务驱动的网络，以软交换为核心，符合固定网络与移动网络融合的趋势，提供语音、数据、

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■自然计算与网络状态认知和流量控制

视频以及多媒体融合的业务。在NGN中，业务相关功能独立于底层传送相关技术。该网

络允许用户不受限地接人网络，自由地选择服务提供商和/或业务。NGN支持通用移动

性，从而能够向用户提供一致的、无处不在的业务。NGN要实现在任何时间(Whenever)、任何地点(Wherever)、以任何方式(Whatever)和任何人(Whoever)进行通信，是未来融合

网络发展的方向。广义上的NGN实际上包容了几乎所有的新一代网络技术，泛指一个不

同于目前一代的、大量采用创新技术的、以P为中心的可以同时支持语音、数据和多媒体

业务的融合网络。一方面，NGN不是现有电信网和IP网的简单延伸和叠加，也不是单项

节点技术和网络技术，而是整个网络框架的变革，是一种整体解决方案；另一方面，NGN

的出现是现有网络的演进，而不是革命，即在继承现有网络优势的基础上实现的平滑过渡。

1.3.2下一代网络的目标和基本特证

NGN的目标是：推动公平竞争，定义网络体系和能力框架，以满足不同的管制要求和

新的通信需求，提供开放的网络接口，不断提高对各种业务的创建、实现和管理的能力，建设一个能够提供语音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一

体，满足自由通信的分组融合网络。NGN的主要特征简述如下：

(1)采用开放式体系架构和标准接口。

(2)各网络功能分离并独立发展：呼叫控制与媒体层和业务层分离、控制功能与承载能力分离、呼叫与会晤分离、应用与服务分离、业务提供与网络分离。其目标是使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务提供。

(3)具有高速物理层、高速链路层和高速网络层。

(4)网络层趋向使用统一的IP实现业务融合。

(5)链路层趋向采用电信级大容量分组交换节点

(6)传送层趋向于实现光联网，可提供巨大的廉价的网络宽带和较低的网络成本。

(7)接入层采用多元化的宽带无缝接入技术

(8)是业务驱动的网络，支持业务的多样化，给用户提供自由选择业务的能力。

(9)基于分组传送，与传统网很好地配合互通」

(10)具有通用移动性，即允许用户作为单个人始终如一地使用和管理其业务，而不考

虑其采用何种接入技术。

(11)高安全性和可靠性

NGN需要很多新技术的支持，目前大多数人接受的NGN相关技术有：以软交换实现

端到端业务的交换；采用IP技术承载各种业务，实现三网融合；采用IPv6技术解决地址

问题，提高网络整体吞吐量；采用MPLS实现IP层和多种链路层协议(ATM/FR/PPP、以

太网或SDH、光波)的结合；采用OTN(Optical Transport Network,光传输网)和光交换网络解决传输和高带宽交换问题；采用宽带接人手段解决“最后一公里”的用户接人问题。NGN的研究领域包括软交换、IPv6、光网络、接人网、有线和无线的融合、业务、卫星通

信、移动通信等。NGN的研究内容为NGN的通用框架模型、NGN的功能体系结构模型

端到端业务质量、业务平台与模型、内容与网络的管理和安全、网络控制体系、NGN中业务

和网间的互操作性、网络融合技术、新型的控制管理、新型的网络协议、新的测试技术等。

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···试读结束···