信息技术导论网络工程学科简介

2010年11月信息技术导论

网络工程学科简介

主讲：蒋朝惠本文档共66页；当前第1页；编辑于星期三\2点7分网络的重要性2010年7月15日，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布了《第26次中国互联网络发展状况统计报告》。《报告》显示，截至2010年6月底，我国网民规模达4.2亿人，互联网普及率持续上升增至31.8%。手机网民达到2.77亿人（手机用户已超过8亿）。互联网商务化程度迅速提高，全国网络购物用户达到1.4亿，网上支付、网络购物和网上银行半年用户增长率均在30%左右，远远超过其他类网络应用。本文档共66页；当前第2页；编辑于星期三\2点7分网络的重要性麦特卡尔夫定律麦特卡尔夫定律可以描述为：网络的价值同网络用户数量的平方成正比，也就是说，N个联结可创造出N*N的效益。网络就是计算机，这已成为人们的共识。计算机网络技术是20世纪对人类社会影响最深远的科技成就之一。随着因特网技术的发展和信息基础设施的完善，计算机网络己广泛应用于政府、军事、教育、科研、商业等部门，并连接到千千万万个普通家庭。计算机网络已成为人们获取和交流信息的一种十分重要、快捷的手段，它正深刻影响着社会管理及经济运行模式以及人们的工作、学习、生活方式。本文档共66页；当前第3页；编辑于星期三\2点7分网络的重要性因特网对我们生活的影响网上购物、网上旅游、网上炒股网上聊天、网上娱乐、远程医疗因特网对我们学习的影响网上学校、网上教育、网上学习因特网对我们工作的影响SOHO一族（在家办公）DBA（数据库管理员）SA（系统管理员）IT顾问或咨询专家网络秘书本文档共66页；当前第4页；编辑于星期三\2点7分网络的重要性计算机网络使人类处理信息的能力发展到了一个空前的高度，并且还将继续快速发展。有无全国性的高速安全的计算机网络，已经成了衡量一个国家科学技术和综合国力的重要标志。而能否经Internet与世界沟通，则决定了一个国家从整个世界获取资源的能力。在21世纪，谁能控制信息、控制网络，谁就将控制整个世界。本文档共66页；当前第5页；编辑于星期三\2点7分主要内容第1节网络发展历史第2节现有网络类型第3节网络的主要技术问题第4节网络涉及到的学科领域第6节社会对网络工程人才的需求情况及就业前景分析

第5节网络技术发展方向本文档共66页；当前第6页；编辑于星期三\2点7分第一节网络发展历史本文档共66页；当前第7页；编辑于星期三\2点7分网络发展历史通信技术发展历史原始通信方式千百年来，鼓声、烽火上帝创造了何等的奇迹！－电报1837年，莫尔斯电报“沃森特先生，快来帮我啊”—电话1876年，贝尔电话“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界”—无线电报1896年，波波夫、马可尼数字通信1937年，里夫斯脉冲编码调制节点节点本文档共66页；当前第8页；编辑于星期三\2点7分网络概念链路连接的多个节点节点连接的多个网络本文档共66页；当前第9页；编辑于星期三\2点7分网络发展历史网络发展历史纵横制接线器 1919年，瑞典大型纵横制电话局程控交换机 1965年，美国计算机通信 1969年，ARPA网，联机终端网移动通信网 1979年，蜂窝模拟移动通信系统局域网络 1982年，以太网互联网 1991年，商业用户首次超过学术界用户ARPAnetNSFnetInternet下一代网络： 1997年开始研究下一代互联网下一代电信网下一代移动网节点节点节点节点交换机AllIP网

本文档共66页；当前第10页；编辑于星期三\2点7分网络发展的动力三个因素推动网络的发展:流量增长新业务发展技术进步例如：竞争和技术进步费用下降

流量增长和新业务发展（年增长60–80%）新网络需求新网络结构和新技术（每10年更新一代）本文档共66页；当前第11页；编辑于星期三\2点7分第二节现有网络类型本文档共66页；当前第12页；编辑于星期三\2点7分现有网络类型按业务类型划分语音通信网络模拟通信数字通信网络无线通信数据通信网络计算机网络/局域网帧中继网Internet视频通信网络有线电视网络综合业务网络窄带综合业务数字网络ISDN宽带综合业务数字网络ATM本文档共66页；当前第13页；编辑于星期三\2点7分电话网三级结构，全连接核心网AT&T:135个五百万门核心交换机本地交换局可同时连到多个核心交换机LocalExchangeCarrierCentralOfficeSwitchCO3CO2CO1TOLLSwitchWideAreaCoreSubscribers本文档共66页；当前第14页；编辑于星期三\2点7分Internet结构一级ISP一级ISP第一层

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP校园网校园网校园网校园网第二层

ISP第二层

ISPNAPNAPAB主机A→本地ISP→第二层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→第二层ISP→本地ISP→主机B第一层

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一层

ISP第一层第二层第三层本地

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP第二层

ISP本文档共66页；当前第15页；编辑于星期三\2点7分Internet结构本文档共66页；当前第16页；编辑于星期三\2点7分Internet结构本文档共66页；当前第17页；编辑于星期三\2点7分电视网络本文档共66页；当前第18页；编辑于星期三\2点7分现有网络类型按覆盖范围划分广域网 （几百～几千公里）城域网 （50公里左右）局域网 （几十米～几公里）个人网 （十几米以内）IRERIRIRIRRRRRRRIRIRIRIRIRERIRIRIRIRIRRRRRRRHost1Host2HostnHost3RouterHost1Host2HostnHost3Host1Host2HostnHost1Host2HostnHost3LANWANMANIRIRERIRIRERRRRRRRIRRIRRPANLANMANMAN本文档共66页；当前第19页；编辑于星期三\2点7分现有网络类型按传输媒介划分有线网光纤网电视电缆网电话线/双绞线网电线网无线网卫星通信网移动通信网Adhoc网无线传感网本文档共66页；当前第20页；编辑于星期三\2点7分光纤BackboneTransportNetworkVoiceDataWebHostingIPVoiceDataWebHostingIPMetroTransport/AccessNetworkMetroTransport/AccessNetworkVideoVideo本文档共66页；当前第21页；编辑于星期三\2点7分ADSL典型带宽1.5-2.0Mbps(DSLAccessMultiplexer)NID-NetworkInterfaceDevice本文档共66页；当前第22页；编辑于星期三\2点7分电视电缆共享本地回路，但高速率本文档共66页；当前第23页；编辑于星期三\2点7分无线蜂窝本文档共66页；当前第24页；编辑于星期三\2点7分移动Adhoc网络不需要主架构网络支持易于构建在没有网络的地方（荒野、灾区、战区）非常有用可能需要通过多个链路到达目的地本文档共66页；当前第25页；编辑于星期三\2点7分移动Adhoc网络移动会导致路由改变本文档共66页；当前第26页；编辑于星期三\2点7分无线传感网（物联网）无人监测：环境、生态、工程结构、战区本文档共66页；当前第27页；编辑于星期三\2点7分第三节网络的主要技术问题本文档共66页；当前第28页；编辑于星期三\2点7分网络的主要技术问题之一点到点通信多路复用多路访问交换路由组播端到端传输HostAHostBHostEHostDHostCNode1Node2Node3Node4Node5Node6Node7本文档共66页；当前第29页；编辑于星期三\2点7分点到点通信与多路访问点到点通信多路复用多路访问…L1L2L3R1R2R3本文档共66页；当前第30页；编辑于星期三\2点7分交换/路由171.69PacketsForwardedBasedonIPAddressDataAddressPrefix128.89171.6911I/F…AddressPrefix128.89171.6901…01I/F128.8901Data

AddressPrefix128.890……I/FDataDataRouteUpdate本文档共66页；当前第31页；编辑于星期三\2点7分路由Hosth2abbaaCABdcA.aA.cC.bB.acbHosth1自治系统内路由自治系统间路由自治系统内路由本文档共66页；当前第32页；编辑于星期三\2点7分组播－MulticastSrc7：1Src本文档共66页；当前第33页；编辑于星期三\2点7分组播－MulticastSrcSrc14：2本文档共66页；当前第34页；编辑于星期三\2点7分组播－MulticastSrcSrc21：4本文档共66页；当前第35页；编辑于星期三\2点7分组播－MulticastSrcSrc28：8本文档共66页；当前第36页；编辑于星期三\2点7分组播－Multicast32：12本文档共66页；当前第37页；编辑于星期三\2点7分组播－MulticastSrc7：1Src14：221：428：832：12本文档共66页；当前第38页；编辑于星期三\2点7分端到端传输在主机－主机连接基础上的应用－应用连接HostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel请求/响应分布式文件系统数字图书馆(web)流视频:帧序列视频点播视频会议本文档共66页；当前第39页；编辑于星期三\2点7分网络的主要技术问题之二间接虚拟移动安全质量可信本文档共66页；当前第40页；编辑于星期三\2点7分间接中间boxHostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel内网防火墙内网代理本文档共66页；当前第41页；编辑于星期三\2点7分虚拟局域网－VLANA1SwitchB1C1D1SwitchA2SwitchB2C2D2A3SwitchB3C3Switchs2s1SwitchS2S1VLAN1VLAN2VLAN3VLAN4本文档共66页；当前第42页；编辑于星期三\2点7分虚拟专网－VPNMPLSBackboneBlueVPNYellowVPNRedVPN本文档共66页；当前第43页；编辑于星期三\2点7分移动－MobileIPMobileHost(MH,移动主机)VisitingLocationHome(归属网)InternetCorrespondentHost(CH,通信主机)Packet本文档共66页；当前第44页；编辑于星期三\2点7分移动－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA,归属代理)MobileHost(MH)Iamhere本文档共66页；当前第45页；编辑于星期三\2点7分移动－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA)MobileHost(MH)Encapsulated本文档共66页；当前第46页；编辑于星期三\2点7分服务质量保证资源预约呼叫建立,信令(RSVP)流和业务质量申报接入控制QoS-sensitiveschedulingrequest/reply本文档共66页；当前第47页；编辑于星期三\2点7分服务质量无抖动无丢帧低时延本文档共66页；当前第48页；编辑于星期三\2点7分安全InternetWebSiteUsersISPNetwork

sniffed,attackedNetwork

sniffed,

attackedNetwork

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attackedTrojanhorse

Applications

(database,

Webserver)

hackedOShackedSystem(OS)NetworkApplications(db)HolesUserid,Password,

PIN,creditcard#本文档共66页；当前第49页；编辑于星期三\2点7分安全本文档共66页；当前第50页；编辑于星期三\2点7分安全内联网防火墙服务器入侵检测系统(IDS)入侵防御系统(IPS)内联网反病毒系统本文档共66页；当前第51页；编辑于星期三\2点7分可信用户可信计算机硬件可信计算机启动系统可信计算机操作系统可信运行的程序可信网络可信本文档共66页；当前第52页；编辑于星期三\2点7分可信本文档共66页；当前第53页；编辑于星期三\2点7分第四节网络涉及到的学科领域本文档共66页；当前第54页；编辑于星期三\2点7分网络涉及到的学科领域信息与通信工程信息理论编码压缩排队理论图论统计学与随机过程理论/性能评估数字信号处理有线或无线通信原理与技术计算机科学与技术计算机硬件（CPU、ASIC、NP等）计算机软件（网络操作系统、网络通信软件、网络管理与计费系统等）信息安全密码学（包括编码学（加密）、密码分析学（解密）、数字签名、数字证书、身份认证、报文摘要等）物理安全、计算机安全（包括系统安全、应用安全）、协议安全网络安全（包括交换节点安全、传输安全、链路安全）等本文档共66页；当前第55页；编辑于星期三\2点7分第五节网络技术发展方向本文档共66页；当前第56页；编辑于星期三\2点7分网络技术发展方向1、21世纪的基本特征

信息化网络化数字化智能化个人化2、信息技术（IT）发展的三大定律摩尔定律每18~24个月处理器上的晶体管的数目增加一倍。吉尔德定律每9个月网络传输带宽的能力就会增加一倍。麦特卡尔夫定律网络的价值同网络用户数量的平方成正比，也就是说，N个联结可创造出N*N的效益。

本文档共66页；当前第57页；编辑于星期三\2点7分网络技术发展方向3、三网合一

所谓三网合一即原先独立设计运营的传统电信网、计算机互联网和有线电视网将趋于相互渗透和相互融合。相应地，三类不同的业务、市场和产业也将相互渗透和相互融合，以三大业务来分割三大市场和行业的界限逐步变得模糊，逐渐形成一个统一的网络系统，并以全数字化的网络设施来支持包括数据、话音和视像在内的所有业务的通信。因此，这种网络体系应该具有以下几个特征：网络在物理层上是互通的，即一个网络的信号可以直接传递或者经过组织、变换，传送到另个一个网络中去，并且通过另外的网络传送到用户终端时，不改变信息的内容，也就是说，网络之间要互相透明。用户只需一个物理网络连接，就可以享用其他网络的资源或者与其他网络上的用户通信。在应用层上，网络之间业务是相互渗透和交叉的，但又可以相互独立，互不防碍，并且在各自的网络上可以像以往那样独立发展自己的新业务。网络之间的协议兼容或者可以进行转换，这是因为各个网络都有自己的协议，因此信息从一个网传送到另一个网时它应该满足所转向网络的协议要求。本文档共66页；当前第58页；编辑于星期三\2点7分网络技术发展方向4、三网融合

三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。其表现为技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。这就是所谓的三网融合。三网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及到技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。目前更主要的是应用层次上互相使用统一的通信协议。IP优化光网络就是新一代电信网的基础，是我们所说的三网融合的结合点。数字技术的迅速发展和全面采用，使电话、数据和图像信号都可以通过统一的编码进行传输和交换，所有业务在网络中都将成为统一的“0”或“1”的比特流。光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输高质量，成为三网业务的理想平台。软件技术的发展使得三大网络及其终端都通过软件变更，最终支持各种用户所需的特性、功能和业务。本文档共66页；当前第59页；编辑于星期三\2点7分网络技术发展方向5、网络发展的技术路线第一代互联网主要的技术是TCP／IP，第二代主要是WWW，第三代主要是以IPv6为基础的网络技术。互联网现在的发展超出了当初的设想，更多的应用是流媒体和多媒体。“流”是互联网络上从特定源点到特定终点（单播或多播）的一系列数据报（如实时音频或视频），“流”所经过的路径上的路由器都保证指明的服务质量。所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。移动通信的发展路线是：第一代移动通信是模拟制，双工方式为FDD，多址方式为FDMA，基于电路交换网络（如TACS、AMPS等）。第二代移动通信是数字制，话音为低比特率编码（6－13kbit／s），第三代移动通信的主要特征是基于分组网络。采用DWDM(密集波分复用)技术光纤（有线）通信，带宽已经达到3.2T（3200G），而且这个数值还在提高。本文档共66页；当前第60页；编辑于星期三\2点7分网络技术发展方向6、网络转型（演进）的五大发展方向向多元化的宽带接入网演进xDSL、HFC(xPON+EoC)、FTTx、Wi-Fi、WiMAX、3G、Bluetooth向以光联网为基础的下一代传送网演进SDH、WDM、DWDM、ASON实现光网络节点的智能化、全网资源的动态配置向以IPv6为基础的下一代互联网演进海量IP地址空间、服务质量、管理灵活性、安全性向以3G为代表的下一代移动通信网演进TD－SCDMA、WCDMA、CDMA20003G(2Mbps）、E3G、B3G、3GPPLTE、4G(100Mbps)、5G(3.6Gbps)向以软交换为核心的下一代交换网演进软交换打破了传统的封闭交换结构，采用完全不同的横向组合合的模式，将交换机各功能间接口打开，采用开放的接口和通用的协议，构成一个开放的、分布的、多厂家应用的系统结构。软交换机硬件分散，业务控制和业务逻辑则相对集中。这样可以使业务提供者灵活选择最佳和最经济的设备组合来构建网络，不仅建网成本低，网路升级容易，而且便于加快新业务和新应用的