前言 以Internet为代表的计算机网络是现代社会最重要的信息基础设施。可以预见，超高速光通信技术、高速无线通信技术、云计算、物联网和移动互联网等技术的新进展会使网络技术在未来几年内产生新的飞跃，向着“更大、更快、更及时、更方便、更安全、更可管理和更有效”的新一代互联网发展。 充分认识和研究新一代互联网发展中的基础性问题，使新一代互联网能够更好地满足国家和社会的需求，已经成为摆在我们面前的紧迫任务。而培养一批掌握新一代互联网的基础理论和关键技术的高水平人才更是高等院校责无旁贷的任务。 为了使计算机网络与通信等相关专业的研究生，特别是博士研究生能够更加深入地掌握计算机网络和协议的研究现状，理解目前网络体系结构、协议和应用研究领域的最新发展，掌握计算机网络领域的基本研究方法和必要的基础理论，笔者从2002年起就为清华大学信息学院的研究生开设了“计算机网络前沿研究”课程。课程的内容在教学过程中不断发展，逐渐形成了由经典论文回顾、基础理论简介和前沿论文讨论组成的授课模式。主要内容围绕计算机网络的设计、建模、分析与优化展开。由于课程内容基本确定，为了更好地配合课程教学，我们着手编写了本书。 计算机网络和新一代互联网一直处于飞速发展之中，为了使学生对当前网络研究的现状有所了解，我们全面介绍了当前新一代互联网的主要研究项目，特别是从技术路线角度进行了分类总结。当前新一代互联网的发展主要可以分为革命式路线和改良式路线两大类，我们认为革命式路线在一个完全没有限制的环境下进行设计，并不一定有利于网络研究人员设计出合适的网络体系结构，也不利于互联网体系结构的稳定过渡。而单纯依赖打补丁式的改良也不能很好地满足互联网体系结构扩展性的各项需求。鉴于此，我们提出了可演进的互联网体系结构发展路线，认为互联网体系结构应该在保持现有体系结构基本核心原则不变的前提下，将革命式和改良式两种思路的优点结合起来共同解决互联网发展中面临的问题。 新一代互联网的建模、分析和优化越来越依赖于相关的基础理论，目前比较常用的理论包括微分方程、优化理论、博弈论、控制理论和随机过程。微分方程可以分析网络的动态演化，在新一代互联网体系结构设计中有重要的应用。优化理论是设计协议的重要数学工具，基于用户效用的最优化模型已经成为新型协议设计的标准模型。博弈论可以分析有冲突的实体之间的合作与冲突，在计算机网络中应用日益广泛。计算机网络可以看成是一个巨型的反馈控制系统，基于控制理论可以设计和分析计算机网络流量控制和拥塞控制算法。随机过程是网络协议分析和设计的基本理论，随机Petri网作为一种易于建模和分析的形式化理论，在网络设计中有着广泛的应用。 本书对这些相关理论进行了简要介绍，特别是提供了应用这些理论解决计算机网络和协议设计问题的实例（大部分实例来自本课题组的研究工作），希望通过这种理论结合应用的方式能使读者较快地熟悉这些常用理论并能够对理论在计算机网络研究中的应用有更直观的体会。限于篇幅，本书对这些理论的介绍只能是较为粗浅的，对于感兴趣的读者或者希望用这些理论开展研究工作的读者，建议进一步阅读相关的专门著作。 有一点需要指出，本书并不是一本计算机网络领域的入门书籍，如果读者对计算机网络的基本原理并不了解，建议读者先去阅读Tanenbaum教授编著的《计算机网络（第5版）》和拙作《高级计算机网络》。如果读者在掌握了计算机网络的基础知识后，希望更深入地了解网络体系结构的设计、建模、分析与优化，那么本书会是一个很好的选择。 我的研究生胡光武、朱敏、赵玉东、姚龙、钟宜峰、苏辉、李彤、张宇超等参与了本书的编写，协助作者做了大量文字整理工作，在此表示感谢。书中的部分研究实例来自朱敏、钟宜峰和我的共同研究成果，也包括了我已经毕业的研究生林嵩、何欢的研究成果。我要感谢我的全体研究生，能够成为他们的导师是我的荣幸。我还要感谢所有上过我的课的学生，课后同学们的掌声让我觉得一切付出都是值得的。在教学过程中同学们提出了大量的意见和建议，这促使我不断完善课程内容。 我要特别感谢任丰原和刘红英两位教授，在本书编写过程中，我深感自己在控制理论和优化理论方面的基础薄弱，向两位老师求援后，他们均欣然允诺。任丰原教授是网络控制和优化方面的专家，他编写了本书的第7章，刘红英教授在优化理论方面有非常深厚的造诣，她编写了本书的第5章。 我要感谢我所在课题组的学术带头人吴建平教授，他始终把握着我们课题组的研究方向，带领我们在新一代互联网领域努力前行。特别感谢林闯教授，林老师的批评和鼓励提升了我们的研究水平。还要感谢我的同事徐明伟、赵有健、尹霞、崔勇、张小平、刘莹、李丹、裴丹，我们就像一个大家庭一样互相支持。 我要感谢我的家人和朋友，特别是我的妻子、儿子和父母，写作本书的过程中，儿子经常会过来打断我，让我抱着他看一集《巴布工程师》，这对我何尝不是一种放松和休息！谨以本书献给他们。 感谢国家基础研究计划、国家自然科学基金委员会和国家科技重大专项多年来对作者研究工作的支持（项目编号： 2009CB320501、2012CB315803、61170292、60970104、2012ZX03005001）。 虽然任丰原和刘红英两位教授参与了部分编写工作，但是本书的文责当由我一人承担。书中的错误和不足之处希望得到广大读者的指正。计算机网络领域是一个飞速发展的领域，我们将在吸取大家的意见和建议的基础上，在适当的时候再做修订和补充。 徐恪 2014年1月于清华园

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