Ch开篇网络技术的发展与启示

《计算机网络》蔡开裕副教授kycai@国防科大603室2002年11月1主要参考书《计算机网络》，Peterson，机械工业出版社，2001年《计算机网络》，Kurose，PearsonEdu出版集团，2001年《计算机网络系统结构分析》，倪鹏云，国防工业出版社，2000《高速网络－TCP/IP和ATM的设计原理》，WilliamStallings，电子工业出版社，1999年《计算机网络与Internet》，DouglasE.Comer，电子工业出版社，1998年《计算机网络》，A.S.Tanenbaum，清华大学出版设，1998年2网络技术的发展与启示3网络技术的发展与启示一、引言二、互联网发展历史三、网络技术发展四、面临的挑战五、启示4一、引言（1）20世纪科技成就超出了19世纪人们最大胆的想象。Internet：20世纪最伟大的工程技术成就之一。对人类社会发展具有最积极的影响。对人们生活质量改善具有重大影响。5引言（2）Internet发展速度超出了人们的估计覆盖范围上网用户技术性能提供服务回顾、总结其发展，有很多有意义的启示。6二、互联网发展历史分组交换技术开发和验证阶段1961~1972：网络互联、私有网络发展阶段1972~1980网络繁荣阶段：1980~1990s商业化和Web时代：1990s~7开发和验证阶段(1)分组交换技术：互联网的基础1962年：MIT的研究生LeonardKleinrock用排队论证明packetswitching技术对于突发通信是有效的；Whypacketswitching?话音：1/3浪费数据：99%浪费8话音与数据业务的比较9开发和验证阶段(2)1964年：美国空军Rand公司的PaulBarnan研究通信网络如何在遭受核打击后保持通信；1967年：L.Roberts发表关于分组交换网设计的论文；1967年：DonaldDavies&RoyerSeantebury在英国国家物理实验室NPL开发基于packetswitching的试验性分组交换服务网EPSS。10开发和验证阶段(3)1969：J.Licklider&L.Roberts(Kleinrock在MIT的同事)领导第一个基于分组交换技术的计算机网络—ARPAnet，该项目合同由BBN公司在1968年取得(IMP由BBN公司生产)。1969年12月：ARPAnet问世1969年LaborDay(劳工节，九月的第一个星期一)，第一台IMP在Kleinrock的监督下安装在UCLA，其他三台分别在SRI(StandfordResearchInstitute)、UCSantaBarbara&Univ.ofUtah。11开发和验证阶段(4)1972年：15个节点RobertKahn在InternationalConferenceonComputerComm.发表论文DARPA提出建立网络的网络[RobertKahn]第一个host-to-hostprotocol叫NCP(NetworkControlProtocol)完成(RFC001)第一个E-mail程序由BBN公司的Tomlinson完成12私有网络、网络互联发展阶段广域网局域网网络互联13广域网Telenet，BBN商业分组交换网[1974]Tymnet&Transpac，法国分组交换网[1973]Digital’sDNA，1975Xerox’sXNS，1976IBM’sSNA，1974ATMArtichitecture[Fraser1983,1993/Turner1986]面向连接固定信元14局域网ALOHAnet：Hawaii大学的分组无线电网络，第一个采用多路访问协议[Abramson1970]RobertMetcalfe’s发表关于Ethernet原理的Ph.D论文[1973]Ethernet发明[Metcalfe，1976]IBMToken-Ring15网络互联1973年，来自Standford的Vinton

Cerf和DARPA的RobertKahn开发传输控制程序TCP(TCP包括现在的TCP、UDP和IP)，并提出建立互联网。1974年，VintinCerf&RobertKahn出版了《AProtocolforPacketNetworkIntercomm.》，此协议具体描述了传输控制程序TCP的设计。1978年，传输控制程序TCP分为传输控制协议TCP和互联网协议IP。1983年，美国政府规定与ARPAnet连接的每台机器必须使用TCP/IP协议。TCP/IP成为Internet标准协议，彻底取代NCP，成为defacte标准。16网络繁荣阶段(1)大学网络互联BINet(BecauseIt’stheNetwork)：提供E-mail和FTP服务CSNet(ComputerScienceNetwork)：访问ARPAnet的接入网1986，NFSnet建立17网络繁荣阶段(2)ARPAnet方面1983,1,1，TCP/IP取代NCP协议1988年，Jacobson实现了TCP拥塞控制DNS32位IP地址18商业化和Web时代NSFnet、MILnet和DDN(DefenseDataNetwork)合并，NSFnet成为Internet主干WWW的发明Internet走向商业Grid计算、语义网、主动网络？19什么是Internet？Internet是目前世界上最大的计算机互联网Internet通过TCP/IP将全世界各个国家、各个机构的部门的计算机网络连接起来，集许多领域的各种信息为一体构成全球数字化信息库Internet是自印刷术发明以来人类在通信方面最为巨大的变革Internet是第四媒体（广播、电视和报刊）20Internet发展历史(1)1969,12ARPAnet的诞生，4个节点；StandfordUniversity斯坦福大学UniversityofUTAH犹他大学UCLA加州大学洛杉机分校UCSB加州大学圣巴巴拉分校DARPA美国国防部高级研究计划局21Internet发展历史(2)1983年DARPA资助BBNUnix中实现TCP/IP；推出第一个内含TCP/IP的BSDUnix；1984年DNS推出主机数突破1000；

1986NSFnet(主干网速率为56Kbps)建成，并与ARPAnet相连，形成Internet;1987主机数突破10,000台22Internet发展历史(3)1988年蠕虫worm侵入Internet，影响了6000台机器；1989年主机数突破100,000；1990年1990年，NSFnet取代ARPAnet，成为Internet主干网；ANS接管NSFNET，并将线路速率从1.5Mbps提高到45Mbps，构成ANSNET；23Internet发展历史(4)1991年CERN发表WWW；1992年主机数超过100万；1993年WWW浏览器Mosaic推出美国白宫联入Internet： 24Internet发展历史(5)1994,5中科院高能所的计算机正式进入Internet1996MCI升级Internet主干，提供155Mbps到622Mbps线路1999,3,26Internet遭受W97M/Melissa病毒的攻击25中国Internet现状六大互联网ChinaNet：中国互联网(电信总局)CERNET：中国教育科研网(教育部)ChinaGBN：中国金桥信息网(吉通公司)CSTnet： 中国科技网(中科院)CNCnet： 中国网通网UNCnet： 中国联通网上网情况（截止2001年底）用户数：3000万国际出口线路总带宽>1Gbps26Internet从体系结构视图看遵循TCP/IP协议的各种网络互联从应用的视图看各类路由器+通信基础设施

27通信基础设施长途干线(long-haultrunks)：由长途业务商(又称IntereXchangeCarries，IXCs)运营地区连接(localloop)：由地区业务商(又称LocalExchangCarries，LECs)或subscriperloops或lastmileconnections运营28路由器接入路由器企业级路由器核心路由器BGP路由协议快速交换路由表项大高速传输端口29三、网络技术发展1、传输技术2、交换技术3、路由器技术4、网络体系结构技术5、网络应用技术301、传输技术(高速、可靠)长途干线初期：50Kbps(租用/专用电话线)目前：2.5Gbps，10Gbps(单端口)发展：40Gbps，160Gbps(电信号处理速度跟不上)目前技术：160波长*10Gbps/波长320波长*40Gbps/波长光纤通信技术推动31传输技术、端口密度、网络带宽32光纤通信技术发展史(1)60年代中期，高传输损耗使光纤通信不实用1000dB/km，1km光纤上传输波长为1µm的光信号，从接收端只要求接收一个光子，则输入端的光子数约为2*1081，相当于太阳1047年发出的全部光能。1966年，光纤通信理论，20dB/km(高锟、霍科汉姆)33光纤通信技术发展史(2)1970年，康宁公司推出低损耗石英光纤30年来，光纤经历了四代0.85µm，多模1.3µm，多模1.3µm，单模1.55µm，单模掺饵光纤放大器(放大1.55µm光信号)，重要里程碑34光纤特性分布图35光纤通信技术发展史(3)1977年，世界第一个商用光纤通信系统在美国芝加哥的两个电话局(相距7公里)之间开通，是用多模光纤，波长0.85µm，数据传输率44.736Mbps。目前，全世界约有2亿公里，年增长5000万公里。1996年，WDM商用产品问世1997年，DWDM技术产生，光通道间隔<0.8nm。36光纤通信技术发展史(4)60年代-95年，专线价格每79个月降一半。97后，专线价格每12个月降一半。传输容量每6个月翻一番，到2008年，约100Tbps。网络应用流量：每6个月翻一番。几十年前，什么东西均以tron-命名，前一段时间则以.com命名，今天，将以opto-命名。37光纤通信技术38光纤带宽与CPU速度39LastMile(最后一英里)xDSL：速度取决于两点间的距离和线的质量，一般约为1Mbps左右；CableModem无线通信：无线ATM，无线局域网，宽带CDMA光纤到小区光纤到用户正在发展中的自由空间光链路技术40光纤到用户铺设光缆费用太大光纤终端设备太贵(光/电转换器件，约1000美元)仍要电信号放大设备，以提供站设备所要求的功率41自由空间光链路技术激光束穿过自由空间距离数百英尺气候影响小，激光功率安全数据传输率约为1Gbps422、交换技术全光交换技术(基于波长交换)，如：Lucent的RambdaRouterI/O端口：256端口带宽：40Gbps总交换能力：10Tbps433、路由器技术交换方式存储转发线速交换交换容量200kbps：IMPTbps级IP路由器(“银河玉衡”—72Gbps)多协议—解决安全问题QoS支持444、网络体系结构技术从“专用”到“开放”新协议、新标准不断引入RFC—Internet标准455、网络应用技术网络应用层出不穷网络中间件软件网络计算模型C/S或B/SP2P(Peer-to-peer)GRID46四、面临的挑战(1)网络信息安全“专用”、“封闭”与“开放”问题多协议栈(主动网络)如何快速获取有用信息(摆脱信息垃圾困扰)语义网络网络代理47面临的挑战(2)资源有效聚合和利用GRID计算“流媒体”传输—QoS支持Tbps级路由交换技术如何有效利用带宽TCP/IP协议的改进或替换网络计算理论48Internet的不足之处TooSlowUnreliable(best-effortdelivery)NoQoSGuaranteeend-to-endlatencypacketlossratiopacketarrivaljitterbandwidthpre-allocationNoSafetyUnaffordable49InternetEvolutionSecurePrivateAccountableClassofServiceResourcesonDemandVoiceandVideoQualityofServiceReliableScalablePredictableConnectivityInternetQualityInternetCommerceInternetMultimediaInternet50五、启示(1)网络发展是一个不断创新的过程E-mail，1972，BBN工程师RayTomlinsonTCP/IP，1974，VintonCerf&RobertKahnWWW，1989由TimBerners-LeeMosaic，21岁的Marc-Andreessen51启示(2)网络是相关技术交叉结合的产物通信计算机微电子光电子52启示(