第1章下一代互联网与IPv6技术1

1.1互联网概述1

1.1.1互联网基本概念1

1.1.2互联网发展历史2

1.2IPv4技术发展现状4

1.2.1国内外IPv4地址现状4

1.2.2CIDR与NAT带来的问题6

1.3下一代互联网及其发展契机7

1.4IPv6技术简介9

1.4.1IPv6技术发展历史及现状10

1.4.2IPv6技术发展的优劣势12

1.4.3IPv6技术标准化进程14

1.5小结16

参考文献16

第2章IPv6基础知识19

2.1IPv6地址格式与分类19

2.1.1IPv6地址格式19

2.1.2IPv6前缀格式19

2.1.3IPv6地址分类20

2.2IPv6基础协议22

2.2.1IPv6报文格式22

2.2.2IPv6报文头部22

2.2.3IPv6扩展头部23

2.2.4IPv6协议细节24

2.2.5IPv6上层协议校验和25

2.3IPv6地址配置协议26

2.3.1无状态地址自动配置协议26

2.3.2IPv6动态主机配置协议28

2.4IPv6路由协议31

2.4.1下一代路由信息协议31

2.4.2开放最短路径优先协议第三版32

2.4.3IPv6中间系统到中间系统协议32

2.4.4多协议扩展边界网关协议33

2.5IPv6组播协议34

2.5.1IPv6组播概述34

2.5.2IPv6组播地址机制34

2.5.3IPv6组成员管理机制36

2.5.4IPv6组播路由机制37

2.6IPv6任意播协议38

2.6.1任意播概述38

2.6.2任意播地址38

2.6.3任意播使用事项39

2.7移动IPv640

2.7.1概述40

2.7.2基本原理40

2.7.3协议关键流程41

2.7.4代理移动IP43

2.8IPv6安全45

2.8.1IPv6安全概述45

2.8.2IPv6网络层安全46

2.8.3IPv6其他安全保障48

2.9IPv6支撑系统49

2.9.1网管系统49

2.9.2DNS系统49

2.10小结51

参考文献52

第3章IPv6过渡基本原理54

3.1IPv6过渡概述54

3.1.1IPv6过渡的相互依存关系54

3.1.2IPv6平滑过渡的原则56

3.2IPv6过渡关键技术要素56

3.2.1端到端透明性57

3.2.2编址及地址规划57

3.2.3路由可扩展性58

3.2.4状态维护59

3.2.5IPv4地址资源复用60

3.3双栈技术61

3.3.1IPv4单栈和IPv6单栈61

3.3.2双栈技术原理61

3.3.3公网双栈和私网双栈62

3.3.4双栈技术面临的挑战62

3.3.5双栈技术小结63

3.4翻译技术63

3.4.1翻译技术原理63

3.4.2翻译技术的主要组成元素64

3.4.3翻译技术的两种模型65

3.4.4翻译技术的优势与缺陷66

3.4.5翻译技术小结66

3.5隧道技术67

3.5.1隧道技术原理67

3.5.2隧道技术的两种模型68

3.5.3隧道技术的优势与缺陷69

3.5.4隧道技术小结69

3.6过渡技术的其他问题70

3.6.1分片与重组问题70

3.6.2DNS选择问题71

3.6.3应用层翻译问题72

3.7本章小结73

参考文献73

第4章IPv4IPv6翻译技术75

4.1无状态翻译75

4.1.1无状态翻译原理75

4.1.2SIIT技术76

4.1.3IVI技术79

4.2有状态翻译81

4.2.1有状态翻译原理81

4.2.2NATPT技术82

4.2.3NAT64、DNS64和Smart685

4.3应用层翻译88

4.3.1应用层网关概述88

4.3.2FTPALG89

4.3.3SIPALG90

4.4主机侧翻译92

4.4.1主机侧翻译概述92

4.4.2BIH技术93

4.5两次翻译95

4.5.1464XLAT技术95

4.5.2dIVI技术96

4.5.3MAPT技术98

4.5.44RD技术100

4.6小结102

参考文献102

第5章IPv6overIPv4隧道机制105

5.1IPv6overIPv4技术简介105

5.26to4协议106

5.2.1协议概述106

5.2.2组件介绍107

5.2.3地址格式108

5.2.4协议原理108

5.2.5协议总结109

5.36rd协议109

5.3.1协议概述109

5.3.2组件介绍110

5.3.3地址配置111

5.3.4协议原理111

5.3.5协议总结113

5.46PE协议113

5.4.1协议概述113

5.4.26PE原理114

5.4.36PE总结115

5.56over4协议116

5.5.1协议概述116

5.5.2组件介绍116

5.5.3地址格式116

5.5.4协议原理117

5.5.5协议总结118

5.6ISATAP协议118

5.6.1协议概述118

5.6.2组件介绍119

5.6.3地址格式119

5.6.4协议原理120

5.6.5协议总结121

5.7Teredo协议121

5.7.1协议概述121

5.7.2组件介绍122

5.7.3协议支持的NAT类型123

5.7.4地址格式123

5.7.5协议原理124

5.7.6协议总结126

5.8小结127

参考文献127

第6章主干网4over6隧道技术128

6.1主干网IPv6过渡难点分析128

6.1.1主干网概述128

6.1.2主干网过渡问题陈述及难点分析129

6.2主干网软线过渡技术框架131

6.2.1网状软线框架概述131

6.2.2路由信息分发132

6.2.3数据转发133

6.2.4软线安全性分析135

6.3基于路由协议扩展的4over6隧道过渡技术137

6.3.1机制概述137

6.3.2控制平面处理138

6.3.3数据平面处理139

6.3.4协议机制示例140

6.4主干网4over6组播过渡技术141

6.4.14over6组播机制概述141

6.4.2控制层面处理142

6.4.3数据层面处理143

6.5网状软线管理信息库144

6.5.1网络管理系统结构144

6.5.2网状软线管理信息库结构145

6.5.3网状软线管理信息库关键对象146

6.5.4其他相关MIB147

6.6小结148

参考文献148

第7章接入网IPv4overIPv6隧道技术150

7.1接入网IPv4overIPv6技术简介150

7.2DSLite协议151

7.2.1协议概述151

7.2.2组件介绍152

7.2.3协议原理152

7.2.4协议总结154

7.3Public 4over6协议154

7.3.1协议概述154

7.3.2组件介绍155

7.3.3地址分配技术155

7.3.4协议原理156

7.3.5协议总结157

7.4Lightweight 4over6协议158

7.4.1协议概述158

7.4.2组件介绍159

7.4.3地址复用技术159

7.4.4地址分配技术160

7.4.5协议原理161

7.4.6系统实现162

7.4.7故障恢复163

7.4.8协议总结164

7.5MAPE协议165

7.5.1协议概述165

7.5.2组件介绍165

7.5.3协议原理166

7.5.4协议总结167

7.6小结167

参考文献167

第8章过渡技术关键算法研究169

8.1端口使用量研究169

8.1.1用户主机端口消耗问题169

8.1.2端口消耗测量实验及分析170

8.2地址复用利用率及公平性优化研究172

8.2.1CGN地址复用模型173

8.2.2RAS地址复用优化算法174

8.2.3RAS算法利用率及公平性评价176

8.3基于端口集的地址共享研究177

8.3.1基于端口集的地址共享模型177

8.3.2LMB地址共享利用率优化算法179

8.3.3LMB优化算法共享效果评价182

8.4过渡网关负载均衡研究184

8.4.1过渡网关负载均衡模型184

8.4.2负载均衡器设计186

8.4.3ARA自适应重分配算法188

8.4.4ARA算法性能评价189

8.5过渡设备置放与路由规划研究191

8.5.1设备置放与路由规划模型192

8.5.2MIG近似求解算法193

8.5.3MIG算法性能评价195

8.6小结197

参考文献197

第9章IPv6过渡场景分析199

9.1IPv6部署现状199

9.2主干网过渡场景分析及过渡技术应用202

9.2.1过渡场景分析202

9.2.2主干网4over6过渡技术应用示例204

9.3接入网过渡场景分析及过渡技术应用209

9.3.1IPv6接入网过渡场景分析210

9.3.2IPv4接入网过渡场景分析213

9.3.3接入网过渡技术应用示例215

9.4ICP过渡场景分析及过渡技术应用217

9.4.1ICP过渡场景分析217

9.4.2ICP过渡技术应用示例218

9.5小结220

参考文献220

第10章下一代互联网研究现状与发展趋势222

10.1下一代互联网研究项目计划222

10.2下一代互联网体系结构要素分析224

10.3软件定义网络226

10.3.1概述226

10.3.2OpenFlow控制协议228

10.3.3研究方向229

10.3.4小结230

10.4FIA计划项目231

10.4.1NDN231

10.4.2MobilityFirst232

10.4.3NEBULA233

10.4.4XIA234

10.4.5ChoiceNet234

10.5其他新型体系结构235

10.5.1定位/标识分离协议236

10.5.2内容分发网237

10.5.3信息中心网238

10.6小结239

参考文献239

第1章THINPAD教学计算机硬件平台1

1.1概述1

1.2可编程逻辑器件简介2

1.2.1可编程逻辑器件简介2

1.2.2FPGA工作原理及内部结构3

1.2.3CPLD工作原理及内部结构7

1.3教学机总体结构9

1.4实验芯片11

1.4.1FPGA芯片11

1.4.2CPLD芯片15

1.5存储器18

1.5.1SRAM18

1.5.2Flash19

1.6总线19

1.7外部接口20

第2章THINPAD教学计算机软件平台21

2.1概述21

2.2指令系统21

2.2.1教学计算机指令格式22

2.2.2教学计算机指令及功能22

2.3监控程序32

2.3.1监控程序简介32

2.3.2监控程序框架33

2.3.3监控程序支持的命令34

2.3.4对中断的支持35

2.3.5监控程序使用36

2.4模拟器36

2.4.1模拟器简介36

2.4.2模拟器使用36

2.5汇编器Assembleler42

2.6终端程序Term42

2.7数据通信43

第3章VHDL硬件描述语言45

3.1概述45

3.2程序结构46

3.2.1基本结构46

3.2.2实体47

3.2.3结构体49

3.2.4配置50

3.2.5包集合50

3.2.6库52

3.2.7结构体子结构54

3.3语言元素56

3.3.1标识符56

3.3.2数据对象56

3.3.3数据类型59

3.3.4运算符与操作符64

3.3.5属性67

3.4基本描述语句69

3.4.1顺序描述语句69

3.4.2并行描述语句76

3.5描述方式80

3.5.1行为描述80

3.5.2寄存器传输描述方式81

3.5.3结构化描述82

第4章开发环境83

4.1概述83

4.2ISE用户界面84

4.3秒表设计实例85

4.3.1创建空白工程85

4.3.2添加源文件87

4.3.3综合与功能仿真91

4.3.4添加用户约束95

4.3.5实现97

4.3.6配置97

第5章验证性实验101

5.1THCO MIPS指令系统实验101

5.1.1实验目的101

5.1.2实验环境101

5.1.3实验内容101

5.1.4实验原理101

5.1.5主要实验步骤101

5.1.6思考题102

5.2监控程序扩展实验102

5.2.1实验目的102

5.2.2实验环境102

5.2.3实验内容103

5.2.4实验原理103

5.2.5主要实验步骤103

5.2.6思考题103

5.3算术逻辑部件ALU实验103

5.3.1实验目的103

5.3.2实验环境103

5.3.3实验内容103

5.3.4实验原理104

5.3.5主要实验步骤104

5.3.6实验数据106

5.3.7思考题106

5.4内存储器系统实验106

5.4.1实验目的106

5.4.2实验环境106

5.4.3实验内容106

5.4.4实验原理107

5.4.5主要实验步骤108

5.4.6实验数据110

5.4.7思考题111

5.5串行接口实验111

5.5.1实验目的111

5.5.2实验环境111

5.5.3实验内容111

5.5.4实验原理112

5.5.5主要实验步骤113

5.5.6实验数据115

5.5.7思考题115

5.6VGA接口实验116

5.6.1实验目的116

5.6.2实验环境116

5.6.3实验内容116

5.6.4实验原理116

5.6.5主要实验步骤117

5.6.6实验数据118

5.6.7思考题118

5.7PS2键盘接口控制器设计实验119

5.7.1实验目的119

5.7.2实验环境119

5.7.3实验内容119

5.7.4实验原理119

5.7.5主要实验步骤122

5.7.6实验数据123

5.7.7思考题124

5.8Flash实验124

5.8.1实验目的124

5.8.2实验环境124

5.8.3实验内容124

5.8.4实验原理124

5.8.5主要实验步骤127

5.8.6实验数据130

5.8.7思考题130

5.9控制器观测实验131

5.9.1实验目的131

5.9.2实验环境131

5.9.3实验内容131

5.9.4实验原理131

5.9.5主要实验步骤136

5.9.6实验数据138

5.9.7思考题138

第6章设计性实验139

6.1多周期CPU实验139

6.1.1实验目的139

6.1.2实验环境139

6.1.3实验内容139

6.1.4实验原理139

6.1.5主要实验步骤139

6.1.6实验测试及数据140

6.1.7思考题140

6.2指令流水CPU实验141

6.2.1实验目的141

6.2.2实验环境141

6.2.3实验内容141

6.2.4实验原理141

6.2.5主要实验步骤141

6.2.6实验测试及数据142

6.2.7思考题143

第7章综合性实验144

7.1基于多周期CPU的计算机系统设计与实现144

7.1.1实验目的144

7.1.2实验环境144

7.1.3实验内容144

7.1.4实验原理144

7.1.5主要实验步骤145

7.1.6实验测试及数据145

7.1.7思考题146

7.2支持指令流水的计算机系统设计与实现146

7.2.1实验目的146

7.2.2实验环境146

7.2.3实验内容146

7.2.4实验原理146

7.2.5主要实验步骤147

7.2.6实验测试及数据147

7.2.7思考题148

7.3扩展: 中断148

7.3.1实验目的148

7.3.2实验环境148

7.3.3实验内容148

7.3.4实验原理148

7.3.5主要实验步骤148

7.3.6实验测试149

7.3.7思考题149

7.4扩展: 双机通信149

7.5扩展: 多道程序149

7.6扩展: 外部设备150

7.7扩展: 应用程序动态加载150

附录A监控程序源代码151

附录BCPLD中UART的源代码165

附录C实验5.9所使用的控制器源代码174