计算机网络Internet历史现状与未来

1、计算机网络（计算机网络（InternetInternet）历史，现状与未来历史，现状与未来计算机网络计算机网络nTransportation service: move objectsuhorse, train, truck, airplane .nCommunication network: move informationubird, fire, telegraph, telephone, Internet nCommunication networks can be classified based on the way in which the nodes exchange infor

2、mation:A Taxonomy of Communication NetworksCommunication NetworkSwitchedCommunication NetworkBroadcastCommunication Network 广播，电视广播，电视Circuit-SwitchedCommunication Network 电话电话Packet-SwitchedCommunication NetworkDatagram NetworkVirtual Circuit NetworkInternetThe example n通话在通话在 A 到到 B (经过四个交换机经过四个交换

3、机) 的连接上进行的连接上进行n思考：电话交换对于计算机是否适合？思考：电话交换对于计算机是否适合？u 效率效率/成本成本u 应用实时应用实时(交换机交换机交换机交换机交换机交换机交换机交换机用户线用户线用户线用户线中继线中继线中继线中继线BDCACircuit Switching （电路交换电路交换-电话）电话）nA node (switch) in a circuit switching networkincoming linksoutgoing linksNodeCircuit Switching: Multiplexing/DemultiplexingnTime divided in

4、frames and frames divided in slotsnRelative slot position inside a frame determines which conversation the data belongs tonNeeds synchronization between sender and receivernIn case of non-permanent conversationsuNeeds to dynamic bind a slot to a conservationuHow to do this?Timing in Circuit Switchin

5、gpropagation delay between Host 1 and Node 1propagation delay between Host 2 and Node 1DATACircuit Circuit Establishment Establishment Data Data Transmission Transmission Circuit Circuit Termination Termination Host 1Host 2Node 1Node 2processing delay at Node 1报文报文11010001101010101101010111000100110

6、10010假定这个报文较长假定这个报文较长不便于传输不便于传输Packet Switching （分组分组/包交换）包交换） 1961 Computer networks self-development-packet switchingz分组交换网以分组交换网以“分组分组”( (也称也称 包包) )作为数据传输单元作为数据传输单元z依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数数 据据首部首部分组分组 1数数 据据首部首部分组分组 2数数 据据首部首部分组分组 3Computer networks development-packet swit

7、ching数数 据据数数 据据数数 据据报文报文1101000110101010110101011100010011010010Packet Switching （分组分组/包交换）包交换） 1961 nData are sent as formatted bit-sequences, so-called packetsnPackets have the following structure:FHeader and Trailer carry control information (e.g., destination address, check sum)nEach packet is p

8、assed through the network from node to node along some path (Routing)nAt each node the entire packet is received, stored briefly, and then forwarded to the next node (Store-and-Forward Networks)nTypically no capacity is allocated for packetsHeaderDataTrailerRouter CongestedRouter ARouter BRouter CRo

9、uter DRouter EPacket Switching - ExampleRouter FTiming of Datagram Packet SwitchingPacket 3Packet 3Packet 1Packet 2Packet 1Packet 2Packet 1Packet 2Packet 3processing delay of Packet 1 at Node 2Host 1Host 2Node 1Node 2propagationdelay betweenHost 1 and Node 2 transmission time of Packet 1at Host 1Pac

10、ket Switching （分组分组/包交换）包交换） 1961 incoming linksoutgoing linksNodeMemoryPacket Switching: Multiplexing/DemultiplexingnData from any conversation can be transmitted at any given timenHow to tell them apart?uUse meta-data (header) to describe datanDatagram Packet SwitchinguEach packet is independently

11、 switchedFEach packet header contains destination addressuNo resources are pre-allocated (reserved) in advanceuExample: IP networksModel: Queuing System Queuing System Queue Server Customers Response Time vs. Arrivals1WWaiting vs. Utilization00.00.2500.811.2W(sec) Internet 历史历史(1

12、) Sep69 1st IMP in UCLA, Oct69 2nd IMP in SRI Internet 之父之父- L. Kleinrock1999 1969 History of the Internet (2) History of the Internet (3)nLOGIN from UCLA to SRI CLAnWe sent an “L” - did you get the “L”? YEP! n We sent a “O” - did you get the “O”? YEP! nWe sent an “G” - did you get the “G”? Crash!Hi

13、story of the Internet (4)n1961-1972: Early packet-switching principlesn1961: Kleinrock queueing theory shows effectiveness of packet-switchingn1964: Baran - packet-switching in military netsn1967: ARPAnet conceived by Advanced Research Projects Agency (Licklider, Roberts)n1969: first ARPAnet node op

14、erationaln1972: ARPAnet has 15 nodesuARPAnet demonstrated publiclyuNCP (Network Control Protocol) first host-host protocolufirst e-mail programHistory of the Internet (5)n1972-1980: Internetworking, research networksn1970:ALOHAnet satellite network in Hawaii (Abramson)n1973:Metcalfes PhD thesis prop

15、oses Ethernetn1974:Cerf and Kahn - 2004 A.M. Turing Award -define todays Internet architectureuminimalism, autonomy no internal changes required to interconnect networksubest effort service modelustateless routersudecentralized controln1979:ARPAnet has 200 nodes, 56 kbps nLate 70s: proprietary archi

16、tectures: DECnet, SNA nLate 70s: switching fixed length packets (- ATM)History of the Internet (6)n1980s new protocols, a proliferation of netn1983:deployment of TCP/IP. (Critical separation; Cohen)n1982:SMTP e-mail protocol definedn1983:DNS defined for name-to-IP-address translationnmid-1980s: IETF

17、 activen1985:FTP protocol definedn1988:TCP congestion controlnnew national networks: Csnet, BITnet, Minitel , NSFnet (1.5 Mbps,10,000 computers), NSI (NASA), ESNet(DOE), DARTnet, TWBNet (DARPA), n100,000 hosts connected to confederation of networksHistory of the Internet (7)n1990s: commercialization

18、, the WWWnEarly 1990s: ARPAnet decommissionedn1991: NSFnet (45 Mbps) - commercial use of NSF (decommissioned, 1995)nLate 1990s:umultiple private backbonesu50 million computers on Internetu100 million+ usersubackbone links running at 1 Gbps nEarly 1990s: WWWuhypertext Bush 1945, Nelson 1960suHTML, ht

19、tp: Berners-Leeu1994: Mosaic, later Netscapeulate 1990s: commercialization of the WWWInternet 提供的服务提供的服务nShared access to computing resourcesutelnet (1970s)nShared access to data / filesuFTP, NFS, AFS (1980s)nCommunication medium over which people interactuemail (1980s), on-line chat / messaging (19

20、90s)uaudio, video (1990s)Freplacing telephone network?nA medium for information disseminationuUSENET (1980s)uWWW (1990s)Freplacing newspaper, magazine?uaudio, video (1990s)Freplacing radio, CD, TV?Internet Physical InfrastructureClassification by Coverage模型模型, 协议协议, 分层分层Protocol ArchitectureDont Nee

21、d All Layers EverywhereProtocol Data Unit - PDUsNetwork Components (Examples)FibersCoaxial CableLinksInterfacesSwitches/routersEthernet cardWireless cardLarge routerTelephoneswitchGrowth of the InternetInternet 在中国在中国趋势趋势: : 网络时代网络时代n每一件事务都是数字的每一件事务都是数字的: : 声音声音, , 视频视频, , 音乐音乐, , 画画片片n每一件事务都是在线的每一件

22、事务都是在线的: : 银行银行, , 医疗医疗, , 航空航空, , 天天气情况气情况, , 公路交通公路交通, , n每个人之间都是相互联系的每个人之间都是相互联系的: :医生医生, ,教师教师, ,经济人经济人, ,母亲母亲, ,儿子儿子, , 朋友朋友, , 敌人敌人n实现家庭实现家庭u教育，教育， 办公，办公， 购物，购物， 娱乐娱乐/ /网上娱乐网上娱乐n虚拟工作场所虚拟工作场所u20002000年，美国有五千五百万人实现远程工作年，美国有五千五百万人实现远程工作n网络制造网络制造/ /电子商务电子商务趋势趋势: : 网络时代网络时代n 计算机集成制造系统计算机集成制造系统/先进制造

23、先进制造/信息化信息化CIMS (Computer Integrated Manufacturing)，包括市场分析、产品设计、加工，包括市场分析、产品设计、加工制造、经营管理及售后服务的全部经营活动，制造、经营管理及售后服务的全部经营活动，处理处理产品可以看作数据的物质表现产品可以看作数据的物质表现.目标目标-提高竞争力（提高竞争力（CIMS-Internet）7070年代前年代前 降低劳动成本降低劳动成本降低产品成本降低产品成本7070年代年代提高企业整体效益提高企业整体效益降低产品成本降低产品成本 提出提出CIMSCIMS8080年代年代TQCSTQCSCIMSCIMS推广应用推广应用9

24、090年代年代新产品开发，信息、知识新产品开发，信息、知识CIMSCIMS发展发展20002000年代年代核心：服务核心：服务/ /用户用户范围：全球企业间范围：全球企业间/ /供应链供应链资源：信息、知识（无时空）资源：信息、知识（无时空）/ /电子商务电子商务网络制造网络制造电子商务电子商务n信息技术和信息技术和InternetInternet引发的商务过程的变化引发的商务过程的变化n利用以利用以InternetInternet为核心的信息技术，进行商务为核心的信息技术，进行商务活动和企业资源管理活动和企业资源管理nCIMSCIMS是企业实施电子商务的基础是企业实施电子商务的基础n企业实施

25、电子商务是企业实施电子商务是CIMSCIMS发展的主要标志和主发展的主要标志和主要内容要内容竞争环境改变竞争环境改变核心核心 产品竞争产品竞争电子商务产生背景电子商务产生背景服务竞争服务竞争范围范围 单个企业单个企业全球多企业全球多企业资源资源 人、财、物人、财、物信息、知识信息、知识管理重心迁移管理重心迁移生产管理生产管理供应供应/营销链管理营销链管理集中内部资源集中内部资源整合外部资源整合外部资源离散管理离散管理集约管理集约管理商务模式转化商务模式转化文秘型管理文秘型管理关注后台（企业内部）关注后台（企业内部）关注业务记录（报表）关注业务记录（报表）地区性地区性推销产品为中心推销产品为中心

26、（卖方市场）（卖方市场）自我服务型管理自我服务型管理关注前端（客户关系）关注前端（客户关系）要求商业智能（分析）要求商业智能（分析）全球化全球化客户为中心客户为中心（买方市场）（买方市场）传统商务传统商务电子商务电子商务客户客户供应商供应商合作伙伴合作伙伴网络智能网络智能市场营销市场营销产品产品/服务服务销售销售产品制造产品制造服务服务/支持支持e企业的业务体系结构企业的业务体系结构协同产品商务协同产品商务( CPC)制制 造造 规规 划划 方方 案案制制 造造 规规 划划 方方 案案生生 产产 管管 理理 方方 案案生生 产产 管管 理理 方方 案案销销 售售 和和 输输 送送 方方 案案销

27、销 售售 和和 输输 送送 方方 案案维维 护护 和和 售售 后后 服服 务务 方方 案案维维 护护 和和 售售 后后 服服 务务 方方 案案营营 销销 方方 案案营营 销销 方方 案案产产 品品 开开 发发 方方 案案产产 品品 开开 发发 方方 案案零零 部部 件件 管管 理理 方方 案案零零 部部 件件 管管 理理 方方 案案供供 应应 商商 方方 案案供供 应应 商商 方方 案案制制 造造 规规 划划 方方 案案制制 造造 规规 划划 方方 案案生生 产产 管管 理理 方方 案案生生 产产 管管 理理 方方 案案销销 售售 和和 输输 送送 方方 案案销销 售售 和和 输输 送送 方方

28、 案案维维 护护 和和 售售 后后 服服 务务 方方 案案维维 护护 和和 售售 后后 服服 务务 方方 案案营营 销销 方方 案案营营 销销 方方 案案产产 品品 开开 发发 方方 案案产产 品品 开开 发发 方方 案案零零 部部 件件 管管 理理 方方 案案零零 部部 件件 管管 理理 方方 案案供供 应应 商商 方方 案案供供 应应 商商 方方 案案Internet/Intranet制 造 企 业用 户供 应 商 企业的发展趋势企业的发展趋势部门之间的障碍部门之间的障碍 业务过业务过 程重组程重组 IDS Sheer业务流程业务流程2000年以后年以后电子商电子商务工程务工程 IDS S

29、heer企业之间的障碍企业之间的障碍网络制造网络制造-电子商务电子商务网络发展趋势网络发展趋势趋势趋势: 融合融合Trend:趋势趋势: : 更快的传输介质更快的传输介质Why Optical Networks? DWDM optoelectricl metro networkTrend:宽带无线网飞速增长宽带无线网飞速增长Trend:宽带无线网宽带无线网(Wi-Fi)飞速增长飞速增长Trend: Wireless / Mobile Integration of 3G and WLAN- offer possibility of achieving anywhere, anytime, hig

30、h speed and low expense Internet accessFuture Internet Research and ExperimentationTodays Internet Internet2 ProjectInternet2 Focus AreasAbilene Connections : Apr-2000Abilene Connections: July 2006Abilene Connections : Apr-2000Abilene International Peering 2006Research andDevelopmentCommercializatio

31、nPartnershipsPrivatizationInternet Development SpiralTodays InternetInternet2 Packet-Switching vs. Circuit-SwitchingnMost important advantage of packet-switching over circuit switching: ability to exploit statistical multiplexing:uEfficient bandwidth usage; ratio between peek and average rate is 3:1

32、 for audio, and 15:1 for data trafficnHowever, packet-switching needs to deal with congestion:uMore complex routersuHarder to provide good network services (e.g., delay and bandwidth guarantees)nIn practice they are combined:uIP over SONET, IP over Frame RelayVirtual-Circuit Packet SwitchingnHybrid

33、of circuit switching and packet switchinguData is transmitted as packetsuAll packets from one packet stream are sent along a pre-established path ( = virtual circuit)nGuarantees in-sequence delivery of packetsnHowever: Packets from different virtual circuits may be interleavednExample: ATM networksuMPLS?Virtual-Circuit Packet SwitchingHost AHost BHost EHost DHost