第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史和新進(jìn)展課件

第一章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的

歷史和新進(jìn)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的

最重要的功能連通性——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計(jì)算機(jī)都可以彼此直接連通一樣。共享——即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。

關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)命題高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是信息社會(huì)的神經(jīng)和血管體系結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)的骨架和神經(jīng)協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)的心臟和血液主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗(yàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧什么是網(wǎng)絡(luò)

從端系統(tǒng)的角度看網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù):信息傳遞信鴿、烽火、信使、卡車、電報(bào)、電話、Internet…類比運(yùn)輸服務(wù)：物體的傳遞馬、火車、卡車和飛機(jī)不同的網(wǎng)絡(luò)以什么為區(qū)分所提供的服務(wù)服務(wù)以什么為區(qū)分延遲、帶寬、丟失率、端節(jié)點(diǎn)數(shù)目、服務(wù)接口、可靠性,單播/多播，實(shí)時(shí)，消息/字節(jié)流什么是網(wǎng)絡(luò)

從網(wǎng)絡(luò)核心的角度看電子、光子等作為傳輸介質(zhì)鏈路：光纖、電纜和衛(wèi)星交換節(jié)點(diǎn)：機(jī)械/電/光協(xié)議:TCP/IP,ATM,MPLS,SONET,Ethernet,PPP,X.25,FrameRelay,AppleTalk,IPX,SNA功能:路由，差錯(cuò)控制、擁塞控制、服務(wù)質(zhì)量(QoS)應(yīng)用：FTP、HTTP、Xwindows網(wǎng)絡(luò)類型空間距離局域網(wǎng)(LAN):以太網(wǎng)、令牌環(huán)、FDDI城域網(wǎng)(MAN):DQDB,SMDS廣域網(wǎng)(WAN):X.25,ATM,framerelay信息類型數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)vs.通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類型專用網(wǎng)絡(luò)：飛機(jī)訂票網(wǎng)，銀行網(wǎng)，信用卡網(wǎng)，電話網(wǎng)通用網(wǎng)絡(luò)：Internet網(wǎng)絡(luò)類型使用權(quán)私有：企業(yè)網(wǎng)公用：電話網(wǎng)、Internet協(xié)議的所有權(quán)私有:SNA開放:IP技術(shù)地面vs.衛(wèi)星有線vs.無線協(xié)議IP,AppleTalk,SNA計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成多終端系統(tǒng)1970年代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)X.25分組交換網(wǎng)：各國的電信部門建設(shè)運(yùn)行各種專用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：SNA，DNAInternet的前身ARPANET進(jìn)行實(shí)驗(yàn)運(yùn)行1980年代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：OSI局域網(wǎng)絡(luò)LAN技術(shù)空前發(fā)展建成NSFNET，Internet初具規(guī)模計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史1990年代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Internet空前發(fā)展Web技術(shù)在Internet/Intranet得到廣泛應(yīng)用2000年代的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)IPv6網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展移動(dòng)技術(shù)發(fā)展迅速下一代互聯(lián)網(wǎng)研究受到普遍重視Internet發(fā)展歷史1969年，ARPANET產(chǎn)生1970年代，作為研究項(xiàng)目，帶寬56kbps，連接計(jì)算機(jī)不超過100臺(tái)。1979年，TCP/IP成熟1980－83，APPANet和MILNET分開，ARPANET采用TCP/IP協(xié)議1983年，BSDUNIX內(nèi)含TCP/IP1985－86，NSF開始建設(shè)NSFNET，作為骨干網(wǎng)連接6個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)中心，帶寬1.544Mbps，連接10,000臺(tái)計(jì)算機(jī)Internet發(fā)展歷史1987－90，連接地區(qū)網(wǎng)絡(luò)，NSI，ESNET，DARTnet，TWBNet，計(jì)算機(jī)數(shù)量超過10萬臺(tái)1990－92，NSFNET發(fā)展到45兆帶寬，連接16個(gè)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)1994年，NSF骨干網(wǎng)解體，出現(xiàn)多個(gè)商用骨干網(wǎng)今天：Internet骨干網(wǎng)的速率達(dá)到2.5/10Gbps，連接150多個(gè)國家的上千萬臺(tái)計(jì)算機(jī)2019.1，全球主要學(xué)術(shù)網(wǎng)宣布開通IPv6服務(wù)中國計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史1970年代末開始1980年代局域網(wǎng)OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)低速廣域網(wǎng)（電話線）1990年代局域網(wǎng) Novell,TCP/IPX.25廣域網(wǎng)及其應(yīng)用國民經(jīng)濟(jì)信息化高潮的到來，“金”字工程互聯(lián)網(wǎng)Internet在中國開始大規(guī)模發(fā)展2000推動(dòng)以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)Internet在中國的發(fā)展1988年，中國第一個(gè)電子郵件發(fā)到Internet1990~1993，通過X.25與國際連網(wǎng)，Tunet1994年，中科院高能所，64K，日本2019年，CERNET,128K,Sprint；Chinanet,64K+64K,Sprint2019年，ChinaGBN,64K,Sprint 2019.12，用戶74萬2019.12，用戶達(dá)到200萬2019.6，用戶達(dá)到6800萬2019.6，用戶達(dá)到10300萬Internet在中國的發(fā)展(2009)2009年底，中國網(wǎng)民人數(shù)達(dá)到3.84億，比2019年增長了618倍，年均增長3，195萬人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達(dá)到28.9%，超過世界平均水平。中國境內(nèi)網(wǎng)站達(dá)323萬個(gè)，比2019年增長了2，152倍。中國擁有IPv4地址約2.3億個(gè)，已成為世界第二大IPv4地址擁有國。中國使用寬帶上網(wǎng)的網(wǎng)民達(dá)到3.46億人，使用手機(jī)上網(wǎng)的網(wǎng)民達(dá)到2.33億人。

2019年中國手機(jī)用戶概況2019.5用戶總數(shù)已達(dá)9億2019年3.03億用戶使用手機(jī)上網(wǎng)，較2009年增加了2.3億。2019年新增3G用戶數(shù)3.47億，2019年第1季度新增3G用戶數(shù)1.35億2019年購買智能手機(jī)6200萬部，預(yù)計(jì)2019年購買智能手機(jī)9500萬部主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗(yàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧Internet全球范圍、通用、異構(gòu)的公用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)Internet協(xié)議開放的標(biāo)準(zhǔn):InternetEngineeringTaskForce(IETF)負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的制訂維護(hù)和協(xié)調(diào)是其他類型網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）

由研究機(jī)構(gòu)開發(fā)

Internet的增長Internet上的主機(jī)數(shù):Aug.1981213Oct.19841,024Dec.198728,174Oct.1990313,000Oct.19932,056,000Apr.20195,706,000Jul.201919,540,000Jul.200093,047,785最近的增長(1991-2000)Internet發(fā)展規(guī)模和趨勢Internet的發(fā)展速度是歷史上發(fā)展最快的一種技術(shù)以商業(yè)化后達(dá)到5000萬用戶為例電視用了13年，收音機(jī)用了38年，電話更長Internet從商業(yè)化后達(dá)到5000萬用戶用了4年時(shí)間Internet正在以超過摩爾定理的速度發(fā)展網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的三大基本定律摩爾定律:CPU性能18個(gè)月翻番,10年100倍。所有電子系統(tǒng)（包括電子通信系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)）都適用光纖定律：超摩爾定律，骨干網(wǎng)帶寬9個(gè)月翻番，10年10000倍。帶寬需求呈超高速增長的趨勢邁特卡爾夫定律:聯(lián)網(wǎng)定律，網(wǎng)絡(luò)價(jià)值隨用戶數(shù)平方成正比。未聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍，效率增加N倍。聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍，效率增加N2倍網(wǎng)絡(luò)帶寬與CPU性能光纖容量高水平大容量光纖傳輸試驗(yàn)系統(tǒng)容量 光纖長度 特點(diǎn) 研制單位3Tb/s 40km 用T-EDFA NTT(160Gb/sX19CHOTDM/WDM) (DSF-0=1535nm) 用DSF光纖 (NZDSF) PD1-11.02Tb/s 1000km 0.4b/s/Hz，用SMF光纖 CNET(20Gb/sx51CHWDM) (SMF環(huán)測) 101km放大器間距 PD4-11Tb/s 342km 用TrueWave光纖 Lucent(40Gb/sx25CH) (TrueWave光纖) 85km放大器間距 PD7-1750Gb/s 2000km 采用C波段和L波段 Tyco(5.3Gb/sx50CH,10Gb/sx8CH)(純Si光纖+NZDSF環(huán)測)純Si光纖 PD16-1640Gb/s 7200km 0.33b/s/Hz Tyco(10Gb/sx64CH) (NZDSF環(huán)測) PD2-1490Gb/s 335.2KM 采用拉曼放大+EDFA混合 Lucent(10Gb/sx49CH) (ZDSF環(huán)測) 0色散光纖(67km)+NZDSF(17km)PD8-1340Gb/s 6380km 實(shí)線試驗(yàn) Alcatel(10Gb/sx34CHWDM) (NZDSF) 50GHzSpacing PD18-180Gb/s 172km Soliton Chalmer(10Gb/sx8CHOTDM) (DSF0=1547nm) 已敷設(shè)的光纖 PD6-1數(shù)據(jù)流量超過話音0201920192019201920002019201920406080100120140160180Relative

Capacity

(%)VoiceDataSource:MCI(VintCerf)InternationaldatatrafficalreadyexceedsinternationalvoicefromAustraliaandScandinavia.數(shù)據(jù)中絕大部分是IP數(shù)據(jù)200020192019AllOtherIPXTCP/IPTrafficRatiosSource:Gartner2019100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%Internet上的信息趨于交互RelativeUserPopulationMultimediaDynamicWWWStaticWWWFTPandTelnetE-MailandNewsOther8%17%39%27%7%2%13%18%23%23%16%7%14%17%12%15%28%14%ToTransactionalPages(Red)and

Audio/VideoContent(Purple)100%80%60%40%20%0%200020192019Source:TheYankeeGroup,2019應(yīng)用促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展SimpleVideo,MultimediaBrowsing,PCMVoiceIP,PCS,E-Mail,

FileTransferPagingVideoConferencing,MPEG1NTSCVideoTelnet,VoIPISDN,

FrameRelayATM/POST3/E3T1/E1NewModemWirelessWANOldModem.004.0192.0288.1281.53155Mb/sMinimumBandwidthforApplicationperUserVirtualReality,MedicalImagingData/Voice/Video三網(wǎng)融合Internet高速信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向：

通信與計(jì)算聚合通信和計(jì)算技術(shù)的聚合改變了各自的原有特征高速信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢分層結(jié)構(gòu)；分布控制、管理和安全機(jī)制分層結(jié)構(gòu)應(yīng)用（Application）服務(wù)（Service）基礎(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）下一代互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(1)下一代互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(2)協(xié)議層次扁平化ATMSDH/SONETIPOpticalB-ISDNIPoverATMIPoverSDH/SONETIPoverOpticalLong-TermWinnersIPATMOpticalIPSDH/SONETOpticalIPOpticalMultiplexing,Protection,andManagementatEveryLayer.EliminatingLayersLowersCosts.Internet標(biāo)準(zhǔn)化組織InternetEngineeringTaskForce（IETF）：IETF負(fù)責(zé)Internet協(xié)議的研發(fā)和改進(jìn)。IETF被分為很多個(gè)工作組（workinggroups），他們提交的文檔稱為RFC（RequestForComments）。IRTF（InternetResearchTaskForce）：IRTF由一些專注于某個(gè)領(lǐng)域長期發(fā)展的研究小組組成。InternetArchitectureBoard（IAB）：IAB負(fù)責(zé)定義Internet的整體框架，為IETF提供大方向上的指導(dǎo)。TheInternetEngineeringSteeringGroup（IESG）：IESG在技術(shù)方面管理IETF的活動(dòng)，負(fù)責(zé)Internet標(biāo)準(zhǔn)的制定過程。Internet標(biāo)準(zhǔn)的制定過程所有的標(biāo)準(zhǔn)以RFC的形式發(fā)布出來，可以從免費(fèi)獲得。但不是所有的RFC都是Internet標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)形成的一般步驟是：InternetDraftsRFCsProposedStandardDraftStandard（需要兩個(gè)可以工作的實(shí)現(xiàn)）InternetStandard（由IAB發(fā)布）DavidClark,MIT,1992:"Wereject:kings,presidents,andvoting.Webelievein:roughconsensusandrunningcode.”Internet提供的服務(wù)計(jì)算資源的共享訪問：telnet（1970’s）數(shù)據(jù)和文件的共享訪問：FTP，NFS（1980’s）人們互相通訊的媒介：email(1980’s),網(wǎng)上聊天室,即時(shí)消息（1990’s）語音和視頻（1990’s）取代電話？信息分發(fā)的媒介USENET（1980’s）WWW(1990’s)取代報(bào)紙、雜志？語音和視頻（1990’s）取代電視、CD、電影？與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的工業(yè)界電話公司擁有傳輸線路和接入線路，大量的客戶有線電視公司擁有接入線路無線/衛(wèi)星公司通訊線路電力、鐵路公司有能力鋪設(shè)線路與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的工業(yè)界媒體公司可以提供內(nèi)容ISP，Internet服務(wù)提供商設(shè)備制造商交換機(jī)/路由器，芯片，光纖，計(jì)算機(jī)軟件公司Internet物理結(jié)構(gòu)BackboneISPISPResidentialAccessModemDSLCablemodemSatelliteLANEnterprise/ISPaccess,BackbonetransmissionT1/T3,DS-1DS-3OC-3,OC-12ATMvs.SONET,vs.WDMCampusnetworkEthernet,ATM長距離傳輸鏈路TypesoflinksT1/DS1:1.544MbpsT3/DS3:44.736MbpsSTS-1/OC-1:51.850MbpsSTS-3/OC-3:155.2MbpsSTS-12/OC-12:622.080MbpsSTS-48/OC-48:2.488GbpsSTS-192/OC-192:9.953GbpsHigherlevelsofservicesofferedcommerciallyFrameRelayATMPossibilitiesIPoverSDH/SONETIPoverATMIPoverFrameRelayIPoverWDMInternet的主要技術(shù)特點(diǎn)分層的分布式結(jié)構(gòu)無連接的分組交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP（IPovereverything）路由器加專線技術(shù)可擴(kuò)展的路由技術(shù)端到端的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)層次結(jié)構(gòu)的域名、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)通用的應(yīng)用技術(shù)Internet的成功經(jīng)驗(yàn)有遠(yuǎn)見的政府不斷支持：1969－有風(fēng)險(xiǎn)的企業(yè)參與和投入：NFS：MCI、IBMvBNS：MCI；Abilene:Qwest，CISCO聯(lián)合協(xié)作的開放式研究：IETF/RFC教育和科研的示范網(wǎng)絡(luò)為起點(diǎn)具有實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的研究特點(diǎn)ARPAnet、NSF、ANS、vBNS簡單實(shí)用的技術(shù)路線：TCP/IPResearchandDevelopmentCommercializationPartnershipsPrivatizationNSFNETInternet2,Abilene,vBNSAdvancedUSGovtNetworksARPAnetgigabittestbedsActiveNetswirelessWDMSprintLinkInternetMCIUSGovtNetworksANSInteroperableHighPerformanceResearch&EducationNetworks21stCenturyNetworkingQualityofService(QoS)主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗(yàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧PaulBaran在分布式通信方面的貢獻(xiàn)時(shí)間:1960-1964目標(biāo):建造一套健壯的通信系統(tǒng)可以承受核攻擊結(jié)果:分組交換網(wǎng)絡(luò)DSTDistceNxt-HDestinationaddressdataBaran的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)自適應(yīng)系統(tǒng):熱土豆路由策略如果不知道正確的路由，就把報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給所有的鄰居節(jié)點(diǎn)通過觀察路過的報(bào)文更新路由表，舊的路由表項(xiàng)會(huì)過期而被刪除盡可能快的轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文不需要每次都沿著最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)學(xué)習(xí)并適應(yīng)變化的環(huán)境Baran的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)報(bào)文發(fā)送每個(gè)交換節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的路由表判斷如何轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文每個(gè)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)都是獨(dú)立于其他報(bào)文的交換節(jié)點(diǎn)不保存端節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)可擴(kuò)展性好不是最有效的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送不是完美的端節(jié)點(diǎn)必須能容忍發(fā)送錯(cuò)誤并從中恢復(fù)

Baran的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)分布式系統(tǒng)所有交換節(jié)點(diǎn)是平等的避免了單一節(jié)點(diǎn)失效問題部件可以失效，但系統(tǒng)不可以系統(tǒng)的健壯性來自于足夠的物理（硬件）冗余適應(yīng)性路由模擬實(shí)驗(yàn)表明：“extremelysurvivablenetworkscanbebuiltusingamoderatelylowredundancyofconnectivitylevel”—PaulBaran,1964鮮為人知的故事...當(dāng)時(shí)很多電信界的人認(rèn)為Baran的設(shè)計(jì)是完全荒謬的?！皌heykicked,screamed,grumbled,andworse.Theirresponsetendedtobeemotional,oftenwithanger,rarelywithhumor…”“outsiderscouldnotpossiblyunderstandthecomplexityoflargesystemslikethetelephonenetwork”兩種實(shí)現(xiàn)可靠系統(tǒng)的思路電話系統(tǒng)笨終端，聰明的網(wǎng)絡(luò)確保每個(gè)網(wǎng)絡(luò)部件都是可靠的系統(tǒng)可靠性＝部件可靠性通過局部冗余實(shí)現(xiàn)部件的高可靠性期望每個(gè)部件都能正常工作，部件失敗的可能性很低需要人工配置的，高度控制的網(wǎng)絡(luò)Baran的系統(tǒng)建立在簡單的、不可靠部件上的可靠系統(tǒng)自適應(yīng)的系統(tǒng)聰明的終端，可以修正傳輸錯(cuò)誤Baran設(shè)計(jì)思想的一種實(shí)現(xiàn):theInternet連接異構(gòu)的子網(wǎng)，提供兩種基本功能

全球唯一的地址

報(bào)文通過動(dòng)態(tài)路由從源節(jié)點(diǎn)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)

特性:simple,flexible,scalable,androbustIP’sviewoftheworldIPAllkindsofsubnettechnologiesallkindsofapplicationsallkindsoftransportprotocols分組交換的特點(diǎn)：簡單性每個(gè)報(bào)文攜帶各自的地址信息

一個(gè)路由表可以為所有的流量服務(wù)

可以適應(yīng)爆炸性的增長

越簡單越不容易出錯(cuò)

越簡單越容易增長

對基本網(wǎng)絡(luò)功能的要求少，可以在其上建立多種類型的網(wǎng)絡(luò)

分組交換的特點(diǎn)：靈活性可以在各種底層物理網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行

Ethernet,FDDI,FrameRelay,ATM,SONET,DWDM…可以支持各種類型應(yīng)用

telnet,ftp,email,多媒體,web,電子商務(wù)Whatwillthefuturebring?Thebestbetwouldbetostayflexible分組交換的特點(diǎn)：可擴(kuò)展性可擴(kuò)展的系統(tǒng)必須能對付端系統(tǒng)的增加

流量的增加

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長

大的路由表

路