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计算机网络 Computer Networks

计算机网络 Computer Networks. 主讲：洪佩琳、薛开平 plhong@ustc.edu.cn 辅导：叶浩 http://if.ustc.edu.cn/~kpxue/network. 教科书和参考书 Textbook & Reference. Textbook: Andrew S.Tanenbaum, Computer Networks, 4 rd ed, Prentice Hall, 2003 中文版： “ 计算机网络 ” ( 第 4 版 ) ，潘爱民译，清华大学出版社 References:

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Presentation Transcript

  1. 计算机网络Computer Networks 主讲：洪佩琳、薛开平 plhong@ustc.edu.cn 辅导：叶浩 http://if.ustc.edu.cn/~kpxue/network

  2. 教科书和参考书Textbook & Reference • Textbook: Andrew S.Tanenbaum, Computer Networks, 4rd ed, Prentice Hall, 2003 中文版：“计算机网络”(第4版)，潘爱民译，清华大学出版社 • References: 1. Larry Peterson, Computer Networks: A Systems Approach, 2nd ed, Morgan Kaufmann, 2000 2. JAMES F.KUROSE,KEITH W.ROSS，“计算机网络——自顶向下方法与Internet特色” （第3版 影印版），陈鸣等译，机械出版社，2005 3. 谢希仁“计算机网络”，电子工业出版社，2003

  3. 课程安排：54学时授课，20学时实验 成绩评定： 期末考试70% 平时作业10% 实验成绩20% 课程安排和成绩评定

  4. 课程内容Contents of the Course • 概述 • 网络的体系结构与参考模型 • 物理层 • 数据链路层 • 局域网与媒体访问控制 • 网络层 • Internet & TCP/IP • 传输层 • 应用层 • 网络安全

  5. 什么是计算机网络？ • 通过同一种技术（通信线路和网络设备按某些协议）相互连接起来的（具有通信功能的）一组自主计算机的集合[1]。 • 什么是因特网（Internet）？ • 指全球最大的、开放的，由众多网络相互连接而成的计算机网络，它由美国阿帕网（ARPAnet）发展而成，主要采用TCP/IP协议。（96年的定义） • 起源：美国阿帕网（ Advanced Research Projects Agency Network ） • 协议：TCP/IP——版本升级 • 端系统：计算机——手机、电话、PDA、信息家电、汽车等

  6. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 当前Internet的研究热点 • 1.6 网络的标准和标准化组织

  7. 详细可参见IEEE Infocom 2006 keynote speech, UCLA大学， Len Kleinrock教授 "The Internet History, Development and Forecast" http://www.comsoc.org/video/inform/06/index.html 1.1国际Internet 的发展史 • Internet——因特网（国际互连网，互联网（internet）） • 指全球最大的、开放的，由众多网络相互连接而成的计算机网络，它由美国阿帕网（ARPAnet）发展而成，主要采用TCP/IP协议。 • 历史 • 1969年起源于美国国防部高级研究计划署的ARPAnet • 1979年，研究开发TCP/IP，80年代TCP/IP-》UNIX • 1985年，美国国家科学基金会NSF投入TCP/IP的研发，建成NSFNet • 90年代后，Internet飞速发展，入网的用户数呈指数增长 • 93年美国政府提出建立信息高速公路（国家信息基础设施，NII，National Information Infrastructure），一个贯通全美各大学、研究机构、企业及家庭的全国性网络。之后， GII（Global Information Infrastructure）在全球掀起 • 1997年7月，美国提出了NGI（Next Generation Internet） • 2005年美国NSF启动GENI（Global Environment for Networking Innovation）和FIND (Future INternet Design)

  8. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 当前Internet的研究热点 • 1.6 网络的标准和标准化组织

  9. 1.2中国Internet的发展史 第一章：概述 • 1989年9月，国家计委向世界银行贷款建设中关村地区教育与科研示范网络（NCFC，The National Computing and Networking Facility of China），1992年NCFC工程全部完成。（后改名中国科技网CSTNet） • 1994年5月，NCFC代表中国正式加入Internet，向InterNIC注册CN域名。 • 1994年9月，中国公用计算机互联网（Chinanet）建设正式启动，96年1月正式开通。 • 1994年10月，中国教育科研网（Cernet)开始启动。 • 1996年9月，中国金桥网（ChinaGBN)正式开通。 • 1997年，Chinanet与CSTNet、Cernet、ChinaGBN互连互通。

  10. 1.2中国Internet的发展史（续） • 1997年底，中国互联网络信息中心(CNNIC)发布了第一次《中国互联网络发展状况统计报告》：截止到1997年10月31日，中国共有上网计算机29.9万台，上网用户数62万，CN下注册的域名4066个，WWW站点约1500个，国际出口带宽25.408M。 • 2001年底，CNNIC第一次发布《中国互联网络带宽调查报告》。截至2001年9月30日，中国国际出口带宽达到5724M。 • 2006年1月，CNNIC第十七次统计报告：中国共有上网计算机总数4950万台，用户数11100万，CN下注册的域名1096924个，WWW站点约694200个，国际出口带宽136,106M.

  11. 参考站点http://www.cnnic.com.cn 网络出口带宽（截至到2006年1月） 第一章：概述 • 总出口带宽：136,106M，其中： • 中国科技网（CSTNET):15120M • 中国公用计算机互连网（CHINANET):70622M • 中国教育科研计算网（CERNET)：4064M • 中国联通互联网（UNINET):3652M • 中国网通:38941M • 中国移动互联网（CMNET):3705M

  12. Cernet的网络结构 第一章：概述

  13. CERNET拓扑结构 第一章：概述

  14. 第一章：概述

  15. FDDI 主干 24个10M子网 IP、IPX协议 1994年主干结构

  16. 第一章：概述 SuperStack II 3300 千兆光纤 百兆光纤 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 CoreBuilder 3500 CoreBuilder 3500 CoreBuilder 3500 CoreBuilder 3500 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 CoreBuilder 9000 16-Slot SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 CoreBuilder 9000 7-Slot SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 核心层 SuperStack II 3300 Cisco 3550 SuperStack II 3300 分布层 SuperStack II 3300 接入层 SuperStack II 3300 CoreBuilder 9000 7-Slot SuperStack II 3300 接入层 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 CoreBuilder 9000 16-Slot SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 SuperStack II 3300 CoreBuilder 3500 CoreBuilder 3500 CoreBuilder 3500 CoreBuilder 3500 中国科大校园网主干修改结构图 2002

  17. Internet CNGI-CERNET2 万兆+IPv6+MPLS 家庭/出差人员 PSTN/VPN 电信/网通出口 教育网 IPv6出口 NAT 出口控制 西区 Catalyst 6509 super720 东区 Catalyst 6509 super720 服务器群 Catalyst 3750 Catalyst 3750 Catalyst 3750 图书馆 万亿次高性能计算机 中国科大2005年 网络改造示意图

  18. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 当前Internet的研究热点 • 1.6 网络的标准和标准化组织

  19. 1.3 IPv6发展史 • IPv6 is sometimes also called the Next Generation Internet Protocol or IPng. • 国际： • IPv6 was recommended by the IPng Area Directors of the Internet Engineering Task Force at the Toronto IETF meeting on July 25, 1994 in RFC 1752 • The core set of IPv6 protocols were made an IETF Draft Standard on August 10, 1998. ，RFC2460,“Internet Protocol, Version 6 (IPv6),DEC,1998 Specification ” • 1996年3月国际IPv6主干网（6bone)建成 • 国内： • 1998年4月，CERNET正式参加下一代IP协议(IPv6)试验网6BONE。8月国家 863计划启动“IPv6示范系统” • 2002年1月,国家启动“下一代互联网中日IPv6合作项目”。 • 2003年8月，国务院批复同意国家发改委等八部委"关于推动我国下一代互联网发展有关工作的请示"，正式启动"中国下一代互联网示范工程CNGI"。建设目标是在2003年到2005年的时间内，采用IPv6技术，完成CNGI主干网（覆盖20个城市30个核心节点） • 中国联通 ，北京、成都、广州、上海、昆明、郑州、济南 • 中国网通和中科院联合中标，北京、上海、广州、沈阳、长春、成都、兰州等7个节点的核心网建设 • 中国电信，关注现网过渡、兼容等问题 • 中国移动，关注移动应用中IPv6的引入 • CERNET2试验网已经开通，目前以2.5G的速度连接北京、上海和广州三个核心节点

  20. CERNET2 拓扑结构 10Gb/s传输速率

  21. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 当前Internet的研究热点 • 1.6 网络的标准和标准化组织

  22. 传统应用 Electronicmail FTP Telnet WWW University control Remote Learning Hospital Telemedicine 视频会议 Home TEL PBX TEL FAX 1.4Internet的应用 第一章：概述 Video conferencing 智能交通 Intelligent Transportation Systems Remote control Internet (Global infrastructure for information which uses TCP/IP Communication) 信息家电 Information Appliance Distributed databases Electronic commerce 应用的通信模式由 C/S => p2p 通信对象由 人与人=>人与机器，机器与机器 IP Phone Video Phone Remote Education Telemedicine Digital video/ audio/applications download Interconnection of networks (Intranets，VPN)

  23. 什么是P2P • 集中式 • 动态性低 • 简单，高效 • 扩展性差 • 全分布式 • 高动态性 • 复杂，开销大 • 扩展性好 纯P2P(Pure P2p)

  24. Overlay <无间行者>的索引在这里 索引结果 • P2P是实际物理网络之上的一个逻辑网络（或者称overlay) • Overlay层的构建只是为了进行P2P中索引信息的查找 • 实际的文件等信息的获取仍然在物理网络中传输 <无间 行者> 在这里 我要找电影 <无间行者> 索引请求 内容请求

  25. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 当前Internet的研究热点 • 1.6 网络的标准和标准化组织

  26. 1.5当前Internet的研究热点 第一章：概述 • 体系结构—顶层设计 • NGI与NGN • 新一代网络协议， IPv6 • 骨干网 • 全光网络 • 光交换（光分组交换，光波长交换，光突发交换） • 光传输， 例如WDM（wave division multiplexing) • MPLS多协议标记交换 • 服务质量（QoS）控制,高速路由交换技术 • 接入网：移动、无线网络 • 802.11,Wi-Mesh，802.16系列，3G（B3G,4G） • 移动Ad hoc网络，传感器网络 • 应用层 • 覆盖网络，P2P（文件共享，流媒体） • 网络安全

  27. Radio Access IP over DWDM QoS enabled IP Network 体系结构-协议栈 空间网络 xDSL DTN MGW DSLAM Softswitch PSTN Telephone Users DTN GW IP DWDM Wi-Fi 无线通信 GPS Wireless Users Internet Services SIP UDP IP wlan Wi-Mesh Internet

  28. 体系结构-协议栈

  29. 资源子网（信息共享，处理） 通信子网（信息传输，路由） 体系结构-协议栈 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

  30. 网络的演变和变革 • 资源子网 • 信息的共享，处理->信息的查询，路由 • 如：应用层组播，P2P（已经实用化） • 通信子网 • 信息的传输，路由转发->处理 • 如：主动网络，网络编码

  31. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 当前Internet的研究热点 • 1.6 网络的标准和标准化组织

  32. 1.6网络的标准和标准化组织 • 1. 标准化的必要性及类型 • 事实标准：没有正式规划，由一些大厂商产品形成的标准。 • 法规标准：由一些权威标准化组织制定的标准。 • 2. 国际标准界最有影响的组织 • 国际电信联盟ITU（如H.323，G.723.1等）(http://www.itu.int) • 国际标准化组织ISO (http://www.iso.org) • 电气电子工程协会IEEE（如IEEE 802）(http://www.ieee.org) • 3. Internet的标准化组织 • Internet工程任务组IETF（如请求评注RFC）(http://www.ietf.org) • Internet研究任务组IRTF • 4. 其他组织 • 各种论坛Forum（如ATM Forum，http://www.atmforum.com） • 美国国家标准协会ANSI • 地区标准化组织（如欧洲、日本的一些标准）

  33. What was the first message even sent on the Internet? • 1844年，电报发明人Morse的第一份电报“What hath God Wrought” • 1876年，电话发明人Bell的第一句电话 “Watson, come here. I want you. ” • 1969年，Armstrong登上月球的第一句话“One Giant Leap for Mankind. ” It was simply a LOGIN from the UCLA computer to the SRI computer. Nobody noticed!!

  34. 1969年12月的ARPAnet 返回

  35. 1988年的NSFNet 返回

  36. 接入因特网的主机数 第一章：概述

  37. This large graph shows the router level connectivity of the Internet as measured by Hal Burch and Bill Cheswick's Internet Mapping Project 返回

  38. 6BONE CERNET 返回

  39. 1.6信息通信网的发展过程——“三网合一，三网融合”＝》“NGI & NGN” 第一章：概述 电信网 1835年电报网 1876年模拟电话网3.4KHz 1960年程控电话网64Kb/s 1988年ISDN 192Kb/s-2Mb/s 1992年B-ISDN 155Mb/s-622Mb/s 2000年 光交换网 Gb/s-Tb/s 软交换 公用数据网 1976年分组交换网9.6Kb/s-64Kb/s 1990年帧中继网2~45Mb/s NGN 2000年 W-CDMA（3GPP） CDMA2000（3GPP2） 21世纪初 B3G/4G 无线网 80年代模拟移动 90年代GSM IP 有线电视网 750MHz~1GHz 200ch。数字TV cable modem 450MHz 60ch.模拟TV 70年代CATV 1994年HFC NGI 21世纪初期WPAN/WLAN/WMAN 802.16（WiMAX） 1997 802.11（WiFi） 70年代 10BASE-5 10Mb/s 80年代 FDDI 100Mb/s 90年代初 100BASE-T 100Mb/s 97年 GBE 1000Mb/s 90年代中 ATM-LAN 计算机局域网 1969年 ARPA 1982年 TCP/IP 1992年 IPv6，RTP RSVP 1998年 IP OVER SDH IP OVER WDM 1996年 第3,4层交换 因特网

  40. 网真 Cisco： Telepresence （２００６.12） HP： Halo Collaboration Studio （2006.8） 返回

  41. 芬兰推出狩猎专用手机 猎人可对猎犬下达追逐令 “机警”的便携“侦探” 配有全球移动电话系统(GSM)和全球定位系统(GPS)的手机，能使你时时掌握宠物的动向。 用手机遥控你的家 日本电信电话公司下属的移动电话系统公司新近开发出“手机遥控居家系统”。 用户可使用手机通过因特网照顾家中的各种事务，如开关窗户和照明灯、监视人员出入等。如出现问题，家中设备会自动通过电子邮件向主人报警。 心脏病人的“求救器” IBM日前就为手机增添了一项新功能：为高危心脏病患者发送求救信息。 目前主要功能：电话、短信、照相、游戏、股票交易、电视 身份识别、电子支付 返回

  42. 返回

  43. 返回

  44. 信息化社会带来的影响 • 生活丰富多彩 • 工业化社会——物质享受 • 信息化社会——精神享受，双刃剑 • 经济生活日益变化 • 产业结构的变革 • 社会功能不断充实 • 新的法律、法规急需出台 • 国际间合作更加密切 • “地球村”

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