前言

随着互联网的进一步普及，基于网络的新型应用不断涌现，如视频点播、视频会议、远程教育、网络多媒体交互协作平台、在线网络游戏等，这些新型应用要求通信网络提供高可靠性、高带宽、低时延的服务。然而，在互联网规模日益扩大的同时，Internet本身的僵化现象越来越明显。例如，链路故障恢复时间长以及路由膨胀等问题，严重影响端到端的传输性能；IP多播的部署难和可扩展性差等问题，限制了日益增长的一对多和多对多数据传输；缺乏对QoS的有效保障，无法满足某些业务的需求。此外，互联网的基础服务提供商（ISP）之间存在复杂的商业利益关系，这使得对现有技术的重大调整变得异常困难。

覆盖网络（Overlay Network）的出现为现有互联网的改造和升级提供了新的思路。覆盖网络是建立在已有网络上的一种逻辑网络，利用隧道或封装机制将覆盖节点（Overlay Nodes）互连起来，形成覆盖网络拓扑来完成数据传输，而无须改变原有的互联网基础设施。覆盖网络除了能完成类似P2P（Peer-to-Peer）、CDN（Content Delivery Network）这样的内容分发与共享服务之外，随着终端节点性能（CPU带宽和存储能力）的不断提升，也可以提供路由和组播这些原本只能由路由器完成的基础性服务。另一方面，随着服务器虚拟化和存储虚拟化技术的日臻完善，网络虚拟化技术成为国内外科学界研究的热点。覆盖网络技术作为网络虚拟化的一种有效的解决方案，为下一代互联网、云计算和数据中心网的规划设计提供了一种可行的思路。

虽然覆盖网络在提高路由质量、保障QoS、提供组播服务等方面能够对现有的互联网络基础设施起到很好的补充作用，但在构建覆盖网络时如何感知基础设施结构，达到上下层优势互补，还有许多关键问题亟待解决。例如，如何考虑物理网络中部分关键节点对覆盖网络拓扑构造、路由和数据分发的影响；如何解决两条或多条覆盖链路共享物理链路，造成性能下降的问题；如何建立具有节点邻近意识的覆盖网络，减少端到端的时延；在多播通信中如何降低节点状态的维护代价等。其次，覆盖路由是通过覆盖网络进行的路由模式，是根据用户的特定需求在应用层上计算路由，是覆盖网络研究的关键技术，受到了国内外学者的广泛关注。在现实中，为了提升服务的性能，服务提供商（SP）在互联网上部署了大量支持各种类型服务的覆盖网络。然而，覆盖路由的本质是自私路由，它根据具体服务的需求进行路由，与物理网络流量工程的路由目标通常并不一致，因此常常会发生冲突；同时，共存的覆盖网络之间也可能会因为竞争网络资源而出现冲突。这种冲突所引起的路由交互问题，严重影响了网络的效率和稳定性。本书针对上述问题，对覆盖网络拓扑构建、多路径路由、应用层多播、上下层路由冲突等覆盖网络关键问题进行了深入细致的研究。在研究过程中，遵循IP网络的运行规律，通过问题抽象、模型构建、算法设计与求解、理论证明、实验验证等一系列严谨的过程，其结论对于下一代互联网的规划与设计具有一定的借鉴意义。

全书共分为8章，其中1～6章由田生文编写，第7章和第8章由龚军编写。在撰写过程中，参考且引用了国内外有关覆盖网络、Internet网络等方面的大量文献，在此，向相关作者表示衷心的感谢。

本书的出版得到国家自然科学基金（No.61170161）的资助。另外，本书的编写还得到鲁东大学邹海林教授、王刚教授、杨洪勇教授；北京邮电大学廖建新教授、王晶教授、王敬宇老师、戚琦老师的大力支持，在此对他们的支持和帮助表示衷心的感谢。

特别感谢清华大学出版社，感谢责任编辑及其他参与此书编辑和出版的各位老师，为本书的顺利出版付出的辛勤劳动。

由于作者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请广大读者和同行批评指正。

作者邮箱：sw_tian@yeah.net。

编者2017年1月