1、第一章 概述計算機網(wǎng)絡(luò)的歷史和新進展計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)Part 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史和新進展計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能 連通性計算機網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機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。 主機因特網(wǎng)國家最新產(chǎn)業(yè)政策主要目標(biāo)國務(wù)院發(fā)布關(guān)于促進信息消費擴大內(nèi)需的若干意見其主要目標(biāo)包括： 信息消費規(guī)模快速增長。到2015年，信息消費規(guī)模超過萬億元，年均增長20%以上，帶動相關(guān)行業(yè)新增產(chǎn)出超過萬億元，其中基于互聯(lián)網(wǎng)的新型信息消費規(guī)模達到萬億元，年均增長30%以上。基于電子商務(wù)、云計算等信息平臺的消費快速增長，

2、電子商務(wù)交易額超過18萬億元，網(wǎng)絡(luò)零售交易額突破3萬億元。信息基礎(chǔ)設(shè)施顯著改善。到2015年，適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的寬帶、融合、安全、泛在的下一代信息基礎(chǔ)設(shè)施初步建成，城市家庭寬帶接入能力基本達到每秒20兆比特（Mbps），部分城市達到100Mbps，農(nóng)村家庭寬帶接入能力達到4Mbps，行政村通寬帶比例達到95%。智慧城市建設(shè)取得長足進展。信息消費市場健康活躍。面向生產(chǎn)、生活和管理的信息產(chǎn)品和服務(wù)更加豐富，創(chuàng)新更加活躍，市場競爭秩序規(guī)范透明，消費環(huán)境安全可信，信息消費示范效應(yīng)明顯，居民信息消費的選擇更加豐富，消費意愿進一步增強。企業(yè)信息化應(yīng)用不斷深化，公共服務(wù)信息需求有效拓展，各類信息消費的需

3、求進一步釋放。國家最新產(chǎn)業(yè)政策主要任務(wù)其中信息基礎(chǔ)設(shè)施演進升級的主要任務(wù)包括： 完善寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。統(tǒng)籌推進移動通信發(fā)展。全面推進三網(wǎng)(電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng))融合。主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗計算機網(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、 、Internet類比運輸服務(wù)：物體的傳遞馬、火車、卡車和飛機不同的網(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)點數(shù)目、服務(wù)接口、可靠性, 單播/多播，實時，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

4、換節(jié)點：機械/電/光協(xié)議: TCP/IP, ATM, MPLS, SONET, Ethernet, PPP, X.25, FrameRelay, AppleTalk, IPX, SNA功能: 路由，差錯控制、擁塞控制、服務(wù)質(zhì)量(QoS)應(yīng)用：FTP、HTTP、X windows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, frame relay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)：飛機訂票網(wǎng)，銀行網(wǎng)，信用卡網(wǎng)， 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： 網(wǎng)、I

5、nternet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計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史計算機網(wǎng)絡(luò)的形成多終端系統(tǒng)1970年代的計算機網(wǎng)絡(luò)X.25 分組交換網(wǎng)：各國的電信部門建設(shè)運行各種專用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：SNA，DNAInternet 的前身ARPANET進行實驗運行1980年代的計算機網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準化計算機網(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)模計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史1990年代的計算機網(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

6、的計算機網(wǎng)絡(luò)IPv6網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展移動技術(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，作為研究項目，帶寬56kbps，連接計算機不超過100臺。1979年，TCP/IP成熟198083，APPANet和MILNET分開， ARPANET采用TCP/IP協(xié)議1983年，BSD UNIX內(nèi)含TCP/IP198586，NSF開始建設(shè)NSFNET，作為骨干網(wǎng)連接6個超級計算機中心，帶寬，連接10,000臺計算機Internet發(fā)展歷史198790，連接地區(qū)網(wǎng)絡(luò)，NSI，ESNET，DARTnet，TWBNet，計算機數(shù)量超過10萬臺199092

7、，NSFNET發(fā)展到45兆帶寬，連接16個地區(qū)網(wǎng)絡(luò)1994年，NSF骨干網(wǎng)解體，出現(xiàn)多個商用骨干網(wǎng)今天：Internet骨干網(wǎng)的速率達到，連接150多個國家的上千萬臺計算機，全球主要學(xué)術(shù)網(wǎng)宣布開通IPv6服務(wù)中國計算機網(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)（ 線）1990年代局域網(wǎng)Novell, TCP/IP廣域網(wǎng)及其應(yīng)用國民經(jīng)濟信息化高潮的到來，“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，中國第一個電子郵件發(fā)到Internet1990 1993，通過 與國際連

8、網(wǎng)，Tunet1994年，中科院高能所，64K，日本1995年，CERNET, 128K, Sprint；Chinanet, 64K + 64K, Sprint1996年，ChinaGBN,64K, Sprint，用戶74萬，用戶達到200萬，用戶達到6800萬，用戶達到10300萬Internet在中國的發(fā)展(2009)2009年底，中國網(wǎng)民人數(shù)達到億，比1997年增長了618倍，年均增長3，195萬人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達到28.9%，超過世界平均水平。中國境內(nèi)網(wǎng)站達323萬個，比1997年增長了2，152倍。中國擁有IPv4地址約億個，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

9、達到億人，使用 上網(wǎng)的網(wǎng)民達到億人。 2011年中國 用戶概況用戶總數(shù)已達9億2010年億用戶使用 上網(wǎng)，較2009年增加了億。2010年新增3G用戶數(shù)億，2011年第1季度新增3G用戶數(shù)億2010年購買智能 6200萬部，預(yù)計2011年購買智能 9500萬部 主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧Internet全球范圍、通用、異構(gòu)的公用計算機網(wǎng)絡(luò)Internet協(xié)議開放的標(biāo)準: Internet Engineering Task Force (IETF) 負責(zé)標(biāo)準的制訂維護和協(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） 由研究機構(gòu)開發(fā) Int

10、ernet的增長Internet上的主機數(shù):Aug. 1981 213Oct. 1984 1,024Dec. 1987 28,174 Oct. 1990 313,000 Oct. 1993 2,056,000Apr. 1995 5,706,000Jul. 1997 19,540,000Jul. 2000 93,047,785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)化后達到 5000 萬用戶為例電視用了13年，收音機用了38年， 更長Internet 從商業(yè)化后達到 5000 萬用戶用了4 年時間Internet

11、 正在以超過摩爾定理的速度發(fā)展網(wǎng)絡(luò)時代的三大基本定律摩爾定律:CPU性能18個月翻番,10年100倍。所有電子系統(tǒng)（包括電子通信系統(tǒng)，計算機）都適用光纖定律：超摩爾定律，骨干網(wǎng)帶寬9個月翻番，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性能光纖容量數(shù)據(jù)流量超過話音0199619971998199920002001200220406080100120140160180RelativeCapacity(%)VoiceDataSource: MCI (Vint C

12、erf)International data traffic already exceeds international voice from Australia and Scandinavia.數(shù)據(jù)中絕大部分是IP數(shù)據(jù)200019981996All OtherIPXTCP/IPTraffic RatiosSource: Gartner 1997100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%Internet上的信息趨于交互Relative UserPopulationMultimediaDynamic WWWStatic WWWFTP and TelnetE-Mail an

13、d NewsOther8%17%39%27%7%2%13%18%23%23%16%7%14%17%12%15%28%14%To Transactional Pages (Red) andAudio/Video Content (Purple)100%80%60%40%20%0%200019981996Source: The Yankee Group, 1996應(yīng)用促進網(wǎng)絡(luò)發(fā)展Simple Video, MultimediaBrowsing, PCM VoiceIP, PCS, E-Mail, File TransferPagingVideo Conferencing, MPEG1 NTSC V

14、ideoTelnet, VoIPISDN, Frame RelayATM/POST3/E3T1/E1New ModemWireless WANOld Modem.004.0192.0288.1283155Mb/sMinimum Bandwidth for Application per UserVirtual Reality, Medical ImagingData/Voice/Video 三網(wǎng)融合Internet高速信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向： 通信與計算聚合通信和計算技術(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、管理和安全機制分層結(jié)構(gòu)應(yīng)用（Application）

15、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-ISDNIP over ATMIP over SDH/SONETIP over OpticalLong-Term WinnersIPATMOpticalIPSDH/SONETOpticalIPOpticalMultiplexing, Protection, and Management at Every Layer.Eliminating Layers Lowers Costs.Internet標(biāo)準化組織Int

16、ernet Engineering Task Force（IETF）：IETF負責(zé)Internet協(xié)議的研發(fā)和改進。IETF被分為很多個工作組（working groups），他們提交的文檔稱為RFC（Request For Comments）。IRTF（Internet Research Task Force）：IRTF由一些專注于某個領(lǐng)域長期發(fā)展的研究小組組成。Internet Architecture Board（IAB）：IAB負責(zé)定義Internet的整體框架，為IETF提供大方向上的指導(dǎo)。The Internet Engineering Steering Group（IESG）：I

17、ESG在技術(shù)方面管理IETF的活動，負責(zé)Internet標(biāo)準的制定過程。INTERNET管理機構(gòu)關(guān)系圖因特網(wǎng)協(xié)會 ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG 因特網(wǎng)研究部 IRTF 因特網(wǎng)工程部 IETF 因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG RGWGRG領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會 IAB WGWGWGInternet標(biāo)準的制定過程所有的標(biāo)準以RFC的形式發(fā)布出來，可以從免費獲得。但不是所有的RFC都是Internet標(biāo)準。標(biāo)準形成的一般步驟是：Internet DraftsRFCsProposed StandardDraft Standard（需要兩個可以工作的實現(xiàn)）Internet Standard（

18、由IAB發(fā)布）David Clark, MIT, 1992: We reject: kings, presidents, and voting. We believe in: rough consensus and running code.”各種RFC之間的關(guān)系 因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準草案標(biāo)準因特網(wǎng)標(biāo)準歷史的 RFC實驗的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFCInternet提供的服務(wù)計算資源的共享訪問：telnet（1970s）數(shù)據(jù)和文件的共享訪問：FTP，NFS（1980s）人們互相通訊的媒介：email(1980s),網(wǎng)上聊天室,即時消息（1990s）語音和視頻（1990s）取代 ？信息

19、分發(fā)的媒介USENET（1980s）WWW(1990s)取代報紙、雜志？語音和視頻（1990s）取代電視、CD、電影？與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的工業(yè)界 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/路由器，芯片，光纖，計算機軟件公司Internet 物理結(jié)構(gòu)BackboneISPISPResidential AccessModemDSLCable modemSatelliteLANEnterprise/ISP access, Backbone trans

20、missionT1/T3, DS-1 DS-3OC-3, OC-12ATM vs. SONET, vs. WDM Campus networkEthernet, ATM長距離傳輸鏈路Types of linksT1/DS1: 1.544 MbpsT3/DS3: 44.736 MbpsSTS-1/OC-1: 51.850 MbpsSTS-3/OC-3: 155.2 MbpsSTS-12/OC-12: 622.080 MbpsSTS-48/OC-48: 2.488 GbpsSTS-192/OC-192: 9.953 GbpsHigher levels of services offered com

21、merciallyFrame RelayATMPossibilitiesIP over SDH/SONET IP over ATMIP over Frame RelayIP over WDMInternet的主要技術(shù)特點分層的分布式結(jié)構(gòu)無連接的分組交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP（IP over everything）路由器加專線技術(shù)可擴展的路由技術(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)驗有遠見的政府不斷支持：1969有風(fēng)險的企業(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/

22、RFC教育和科研的示范網(wǎng)絡(luò)為起點具有實驗物理學(xué)的研究特點ARPAnet、NSF、ANS、vBNS簡單實用的技術(shù)路線：TCP/IPResearch andDevelopmentCommercializationPartnershipsPrivatizationNSFNETInternet2, Abilene, vBNSAdvanced US Govt NetworksARPAnetgigabittestbedsActiveNetswirelessWDMSprintLinkInternetMCIUS GovtNetworksANSInteroperableHigh PerformanceResea

23、rch &EducationNetworks21st CenturyNetworkingQuality of Service(QoS)主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧Paul Baran在分布式通信方面的貢獻時間: 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)DST Distce Nxt-HDestination addressdataBaran的設(shè)計細節(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，就把報文轉(zhuǎn)發(fā)給所有的鄰居節(jié)點通過觀察路過的報文更新路由表，舊的路由表項會過期而被刪除盡可能快的轉(zhuǎn)發(fā)報文不需要每次

24、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)計細節(jié)報文發(fā)送每個交換節(jié)點根據(jù)自己的路由表判斷如何轉(zhuǎn)發(fā)報文每個報文的轉(zhuǎn)發(fā)都是獨立于其他報文的交換節(jié)點不保存端節(jié)點的狀態(tài)可擴展性好不是最有效的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送不是完美的端節(jié)點必須能容忍發(fā)送錯誤并從中恢復(fù) Baran的設(shè)計細節(jié)分布式系統(tǒng)所有交換節(jié)點是平等的避免了單一節(jié)點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)性路由模擬實驗表明： “extremely survivable networks can be built using a moderately low redundancy of connectivity l

25、evel”Paul Baran, 1964鮮為人知的故事.當(dāng)時很多電信界的人認為Baran的設(shè)計是完全荒謬的。“they kicked, screamed, grumbled, and worse. Their response tended to be emotional, often with anger, rarely with humor”“outsiders could not possibly understand the complexity of large systems like the telephone network”兩種實現(xiàn)可靠系統(tǒng)的思路 系統(tǒng) 笨終端，聰明的網(wǎng)絡(luò)

26、確保每個網(wǎng)絡(luò)部件都是可靠的 系統(tǒng)可靠性部件可靠性 通過局部冗余實現(xiàn)部件的高可靠性 期望每個部件都能正常工作，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，可以修正傳輸錯誤 Baran設(shè)計思想的一種實現(xiàn):the Internet連接異構(gòu)的子網(wǎng)，提供兩種基本功能 全球唯一的地址 報文通過動態(tài)路由從源節(jié)點發(fā)送到目的節(jié)點 特性: simple, flexible, scalable, and robustIPs view of the worldIPAll kinds of subnet technologies

27、all kinds of applicationsall kinds of transport protocols分組交換的特點：簡單性每個報文攜帶各自的地址信息 一個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 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：靈活性可以在各種底層物理網(wǎng)絡(luò)上運行 Ethernet,FDDI, Frame Relay, 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)What will the future bring? T

28、he best bet would be to stay flexible分組交換的特點：可擴展性可擴展的系統(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 路由頻繁的變化 With IP, “the network knows nothing about individual end applications; end applications know nothing about network internals”Van Jacobsonmade it possible to aggregate routing table entries according to scaling need分組交換的特點：健壯性動態(tài)路由具有自適應(yīng)的特性動態(tài)路由和報文轉(zhuǎn)發(fā)相輔相成周期性路由更新默認: