计算机网络基本知识西部大学培训西部大学校园网培训教材编写组
2002年 12月主要内容一 计算机网络概论二 网间互联协议( TCP/IP)
三 局域网技术
以太网与快速以太网
交换以太网
千兆以太网
万兆以太网
虚拟网及其在校园网中的应用
无线局域网四 广域网技术五 网络设备计算机网络概论一 计算机网络概论
1,计算机网络定义计算机网络是把地理上分散、多台具有独立功能的计算机,用通信线路和通信设备连接起来,以实现资源共享的系统。
连接对象:计算机、数据终端等连接介质:通信线路、通信设备控制机构:网络协议、网络软件从用户的角度看,计算机网络是一个透明的数据传输机构计算机网络概论
2.计算机网络基本组成
1)硬件系统计算机、数据终端通信链路-由传输介质和通信设备组成网络设备
2)协议和软件协议 -通信双方在通信过程中,必须共同遵守的约定和规则计算机网络概论网络软件-在网络环境下使用和运行或者控制和管理网络工作的计算机软件。
网络系统软件
网络操作系统( NOS-Network Operating
System)
网络协议软件
网络应用软件计算机网络概论
3.计算机网络的逻辑结构资源子网 -提供访问网络和数据处理以及管理和分配共享资源的能力通信子网 -提供网络的通信功能
H
H
H
H
H
CCP
CCP
CCP
CCP
CCP
CCP
T
T
T
T T
资源子网通信子网
4,计算机网络的拓扑结构网络拓朴结构是计算机网络节点和通信链路所组成的几何形状
1) 总线型总线型结构采用一条单根的通信线路作为公共的传输通道 (总线),所有的节点都通过相应的接口直接连接到总线上,并通过总线进行数据传输。
广播式传输技术、基带传输、串行传输结构简单灵活、易于扩展共享能力强网络响应速度快,负荷重时则性能迅速下降计算机网络概论
2)环型环型结构是各个网络节点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中。
单环结构 (ToKen Ring)
双环结构 (FDDI)
结构简单信息流在网络中沿环单向传递延迟固定可靠性差、可扩充性差节点增加时,使网络响应时间变长,加大时延计算机网络概论
3) 星型每个节点都有一条单独的链路与中心节点相连,信息的传输是通过中心节点的存储转发技术实现的结构简单,便于管理和维护易实现结构化布线易扩充,易升级中心节点负担重,易成为信息传输的瓶颈和单点故障点计算机网络概论
4)树型结构树型结构是从总线型和星型结构演变来的,
网上各结点按一定的层次连接起来,形状像一棵倒置的树对根节点的依赖性大,易出现单点故障易于扩展电缆成本高计算机网络概论
5) 网状网状结构是指将各网络节点与通信线路互连成不规则的形状,每个节点至少与其它两个结点相连,或者说每个节点至少有两条链路与其他节点连接有冗余链路,可靠性高可选择最佳路径,减少时延改善流量分配,提高网络性能路经选择比较复杂结构复杂,不易管理和维护线路成本高适用于大型广域网 广州北京西安成都武汉南京上海沈阳计算机网络概论
5,计算机网络的分类
1)分类方法
按网络的拓扑结构分
按网络覆盖的地理范围分类
按网络协议分类
按传输介质分类
按所使用的网络操作系统分类
按传输技术分类
2)按网络覆盖的地理范围分类局域网( LAN)
城域网 (MAN)
广域网 (WAN)
计算机网络概论
6.传输介质传输介质是传输数字信号和模拟信号的通路,它构成了发送方和接收方的物理通路传输介质的类型
1)有线传输介质(硬介质)
双绞线 (TP-Twisted Pair)
将一对绝缘线按一定密度拧绞在一起,
任意拧成螺旋型,就构成了双绞线计算机网络概论
– 屏蔽双绞线( STP - Shielded Twisted
Pair)
STP外面由一层金属材屏蔽层特点,抗干扰能力优于 UTP
防止信息被窃听价格较高安装比较复杂具有较高的数据传输速率
UTP无金属屏蔽材料计算机网络概论
– 无屏蔽双绞线( UTP- Unshielded Twisted
Pair)
国家电气工业协会 EIA 规定
category 1,2,3,4,5,超 5类 6 7
3类( category 3)最高传输速率为 10Mbps
4类( category 4)最高传输速率为 16Mbps
5类 (category 5) 高传输速率为 1Gbps
超 5类
6类 200MHz
7类 600MHz
计算机网络概论
2)同轴电缆 (Coaxial cable)
同轴电缆 - 由绕同一轴线的两个导体组成
50?同轴电缆(基带同轴电缆)
用于传输单路信号,应用于局域网细同轴电缆 (RG-11) 10Mbps 185米 -925米粗同轴电缆 (RG-58) 10Mbps 500米 -2500米
75?同轴电缆(宽带同轴电缆)
用于传输多路信号应用于长途电话,CATV电视计算机网络概论
3)光纤 (Optical Fiber)
光纤(光缆)是光导纤维的简称,是传送光信号的传输媒体
光传输系统的组成
光源 - 光波产生的根源发光二极管 LED和光电二极管( PIN)
半导体激光 ILD-激光器( laser)
雪蹦光电二极管( APD)
计算机网络概论
传输介质 - 光纤,是传输光波的导体
光发送器 - 产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤
光接收器 -负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号光电二极管发光二极管光电二极管电信号 电信号传输介质计算机网络概论
光纤种类
多模光纤 (Multi Mode Fiber)
多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输,可以认为每一束光线有一个不同的模式,
这种有多种模式的光纤,称为多模光纤阶跃折射 剃度折射
单模光纤 (Single Mode Fiber)
光纤直径很小,小到只有一个光波波长大小,光纤就像一根波导一样,光在其中没有反射,而沿直线向前传播,这样的光纤称为单模光纤。
计算机网络概论计算机网络概论多模 单模芯径 粗 50 /62,5? m) 细 ( 8.3 -10? m )
耗散 大 极小效率 低 高成本 低 高传输速率 低 高传输距离 短 长光源 发光二极管 激光
计算机网络常用的光纤型号
8.3?m/125?m 单模光纤 1310nm 1500nm
62.5?m/125?m 多模光纤 1310nm 1500nm
50?m/125?m 多模光纤
常用光纤连接器 SC ST FC
光纤技术的发展全光网是计算机网络发展的方向
CWDM DWDM 技术的发展状况计算机网络概论容量 WDM 传输距离
1.02Tbps 160Gbps X 19ch 40Km
1Tbps 40Gbps X 51ch 1000Km
1Tbps 40Gbps X 51ch 1000Km
750Gbps 5.3gbps X 50 2000Km
640Gbps 10Gbps X 64ch 7200Km
490Gbps 10Gbps X 49ch
340Gbps 10Gbps X 34ch 6380Km
80Gbps 10Gbps X 8ch 172Km
计算机网络概论
2)无线传输介质(软介质利用电磁波或光波充当传输通路的传输介质
微波微波通信是利用微波波段的电磁波在对流层的视距范围内利用无线电波进行信息传输的一种通信方式微波波段的频率是,300MHz - 300GHz
通常工作于射频的微波频段,1-20GHz
两个微波通信站之间的距离,30-50公里计算机网络概论传输速率,64Kbps - 10Mbps
延迟时间,3?s/Km
工作方式:多路复用工作频带宽,信道容量大投资少,见效快有较好的灵活性要求两站之间的可视性强通信的保密性差计算机网络概论
卫星卫星通信是在地球站之间利用位于 36000Km
高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种接力通信。卫星通信属于宇宙通信的范畴卫星的运行轨道:
在赤道的平面上,高度 35786.6Km,转速与地球自转速度相同计算机网络概论
覆盖范围广,传输距离远,一个同步卫星可覆盖 18000Km,全球 1/3的地区
国际常用的频段
C波段( 4/6) 3.7 - 4.2 GHz(下行)
5.925 - 6.425GHz(上行)
Ku波段( 11/14) 11.7 -12.2GHz (下行)
14.0 - 14.5 GHz(上行)
Ka波段( 20/30) 1.7 - 21.7 GHz(下行)
27.5 - 30.5 GHz (上行)
计算机网络概论
上、下行频宽,500MHz
是一种广播介质
延迟时间长,250ms - 300ms
工作方式:多路复用 (FDM TDM)
工作频带宽,信道容量大
受外界干扰小,可靠性、稳定性好
传输速率与距离无关
安全保密性差计算机网络概论
4,计算机网络体系结构( Network
Architecture)
计算机网络体系结构是层和协议的集合
1) 标准化组织
国际标准化组织( ISO)
ISO-International Standard Organization
ISO的主要活动是制定国际标准,协调世界范围内的标准化工作。
ISO下设 200个技术委员会,标准的制定过程经过 4个阶段:工作草案,建议草案、国际标准草案、国际标准计算机网络概论
国际电信联盟( ITU)
ITU-T — International Telcommunication
Union
ITU的宗旨是维护与发展成员国间的合作以改进和共享各种电信技术
ITU有 4个常设机构:
总秘书处国际频率注册委员会国际无线电咨询委员会国际电报电话咨询委员会( CCITT)
计算机网络概论
国际电信联盟 -电信标准部( ITU-T)
ITU-T — ITU Telecommunication
Standardization Sector
其前身是 CCITT,是一个开发全球电信技术标准的国际组织,其宗旨是研究与电话、电报、
电传运作和关税有关的问题,并对各种通信设备及通信规程的标准化的一系列建议
I系列建议 - 数字网,包括 ISDN
T系列建议 - 终端设备
V系列建议 - 电话网上的通信,Modem
X系列建议 -数据通信网络的建议 X.25
计算机网络概论
电器与电子工程师协会( IEEE)
IEEE — Institute os Electrical and
Electronics Engineers
它是世界上最大的专业性组织,主要开发通信和局域网标准
欧洲计算机制造商协会( ECMA)
ECMA—European Computer Manufacturer’s
Association
其宗旨是促进国家和国际机构间的合作,
致力于数据处理系统的标准化和应用( OSI协议、数据网,..)
计算机网络概论
美国国家标准学会( ANSI)
ANSI—American National Standards
Institute
研究物理层、数据链路层、局域网标准
电子工业协会( EIA)
EIA—Electronic Industries
Association
制定电气标准的组织
EIA RS-232 ES-449
计算机网络概论
2) OSI参考模型
OSI-Open System Interconnection
开放系统互联参考模型
OSI是为不同开放系统的应用进程之间进行通信所定义的标准
OSI包含两部分:
ISO/OSI/RM (ISO7498)
服务与协议计算机网络概论
OSI参考模型
OSI参考模型将整个网络分为七层计算机网络概论应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层传输介质
5
2
3
4
1
6
7
OSI参考模型应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层发送进程 接收进程应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议物理层数据链路层网络层主机 A 主机 B路由器路由器物理层数据链路层网络层通信子网物理介质 物理介质图 2-3 OSI参考模型示意图
物理层( physical layer)
物理层是 OSI参考模型 的最低层,与传输媒体直接相连,主要作用是建立、保持和断开物理连接,以确保二进制比特流的正确传输。
物理层协议规定了数据终端设备( DTE)与数据通讯设备( DCE)之间的接口标准。包含接口的 4个特性机械特性电器特性功能特性规程特性计算机网络概论
DTE(Data Terminal Equipment) -是具有一定数据处理能力和数据转发能力的设备
DCE(Data Circuit-Terminal Equipment)数据链路端接设备(通信设备),其作用是在
DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能
机械特性规定接口的形状、规格尺寸、插头 /插座的数量及位置排列、固定和锁定装置等
功能特性规定各接口信号线的功能及相互间的操作关系计算机网络概论
电气特性规定信号线的电器连接及电路特性。包括在物理连接上传输二进制位流时,线路上的信号电平,输出阻抗、输入阻抗、平衡特性、
负载要求、传输速率和连接距离等
规程特性规定利用信号线进行二进制位流传输的一组操作过程。即在传输过程中事件发生的合法顺序。
计算机网络概论物理层接口的标准和位置计算机网络概论
D
T
E
D
C
E
V系列建议 X
系列建议 I
系列建议
EIA标准
V系列建议 I
系列建议线路 DT
E
D
C
E
V系列建议 X
系列建议 I
系列建议
EIA标准终端主计算机物理层协议
RS-232 RS-449 V.24 V.35 X.21
异步通信接口标准
EIA RS-232C和 EIA RS-232D
机械特性:
接口连接器芯数,25针( DB25),9针连接器宽度,47.04?0.13mm(46.91-47.17)
连接器芯针排列顺序,1-13,14-25
DCE(Modem)的接口为母
DTE(计算机)的接口为公计算机网络概论计算机网络概论电气特性采用分离元件技术、非平衡接口、每个电路使用一根导线、两个方向共用一根地线,单端发送单端接收、
,1‖电平,-5V - 15V
―0‖ 电平,+5V - +15V
噪声容限,2V
输出阻抗,300?
输出电平,-25 — +25V
输入电压允许范围,-25 — +25
最大负载电容,2500pf
最大传输距离,15米传输速率,2400,4800,9600,19200 33600
计算机网络概论功能特性 —规定连接器引脚分配和信号线功能、
名称和含义信号线类型:
数据线控制线定时线地线
25针接口计算机网络概论信号线类型 信号线名称 芯
TD Transmit Data
2
数据线
RD Rec ei ve D at a 3
DTR Da ta T er m i na l R ea d y 20
CT S Cle ar t o Se nd 5
DSR Data Set Ready 6
RTS Request to Send
4
CD 载波检测 8
控制线
RI Ring indicator
22
S G S ign al G ro un d 7
地线
PG 保护地 1
RC 接收定 时 17
定时
TC 发送定时 15
25针与 9针的对照关系计算机网络概论信号名 25 - pin 9 - pin
TD Transmit Data 2
3
RD Rec eive D ata 3 2
RTS Request to Send 4 7
CTS Clear to Send
5 8
DSR Data Set Ready 6 6
SG Signal Ground 7
5
DCD Data Carrier Detect 8 1
DTR Data Terminal Ready
20 4
RI Ring indicator 22
9
4
5
8 ON
2
3
计算机网络概论规程特性:规定在通讯过程中,各条信号线的工作状态、接通或断开的顺序和关系
DTE DCE
DTR on(数据终端就绪 ) DSR on(通信设备就绪 )
EIA RS-232C接口的物理连接
DTE DTEDCE DTE
2 TD 2
3 RD 3
4 RTS 4
5 CTS 5
6 DSR 6
7 SG 7
8 DCD 8
20 DTR 20
22 RI 22
2 2
3 3
4
5
8
6
22 20
7 7
8 45
20 622
计算机网络概论
数据链路层( data link layer)
数据链路层是 OSI参考模型的第二层,主要负责数据链路的建立、维持和拆除,确保在一段物理链路上数据帧的正确传输数据链路层协议面向字节(字符) ——依靠特殊含义的字符来定界用户信息和整个信息交换过程,传输基本单位是字节面向比特(位) —传输基本单位是比特计算机网络概论广域网数据链路层协议面向字节
BSC- Binary Synchronous Communication
二进制同步通信规程传输基本单位为字符信息编码 五单位码、七单位码、汉字代码( ASCII EBCDIC 六单位转换码)
面向位计算机网络概论面向位
SDLC-同步数据链路控制
HDLC-高级数据链路控制
LAP-链路接入规程
LAPB—链路接入规程 -平衡型串行线协议
SLIP-串行线路网际协议只支持 IP协议传输速率 19.2Kbps
计算机网络概论不提供差错检测功能能支持拨号线的异步传输
PPP-点到点协议支持多种网络层协议 IP IPX AppleTalk
支持异步,也支持同步( DDN)
可靠性高,有身份认证、差错检测功能应用广泛拨号,DDN,帧中继 卫星 微波计算机网络概论
网络层( Network layer)
网络层是 OSI模型的第三层,又叫通信子网层,主要用于控制通信子网的运行。
网络层主要作用是将从高层传送下来的数据分组打包,再进行必要的路由选择、流量控制、
差错控制、顺序检测等处理,使数据正确无误地传送到目的端
主要功能路径选择和中继功能计算机网络概论计算机网络概论目的端
R
R
R
A
D
C
B
子网 3
子网 1
子网 2
子网 4源端数据分组 /重组功能,形成网络层数据单拥塞控制与流量控制分组传输,包括顺序编号和分组确认等差错的检测与纠正计帐功能网络互连网络层向传输层提供服务
面向连接服务虚电路( VC-Virtual Circuit)
永久虚电路( PVC) 交换虚电路( SVC)
计算机网络概论无连接服务数据报数据报传输方式不需建立虚电路,每个分组带有源和目的地址,可沿不同的路由并发地传送到目的端。
计算机网络概论
DCE1
DCE2 DCE3
DCE4
DCE5
DTE1
DTE2
DTE5
DTE3
DTE4
LC1 LC3
LC4
3 2 1
3 2 1
计算机网络概论网络层协议
IP,RARP,ARP ( TCP/IP)
IPX DECNET Appletalk X.25
路由选择协议 — RIP OSPF IGRP BGP4
DCE
DCE DCE
DCE
DCE
DTE1
DTE2
DTE5
DTE3
DTE4
1233
3
12
4) 传输层( Transport Layer)
它位于资源子网和通信子网之间,是通信子网和资源子网的桥梁。
传输层的主要作用是为利用通信子网进行通信的两个主机,提供端到端的可靠的、透明的通信服务。它与应用进程相关传输层协议
TCP UDP
计算机网络概论传输地址 - 传输服务访问点( TSAP)
用于识别应用进程,使一个应用进程与一个远程应用进程建立连接
IP地址+端口地址 Socket
保留地址
FTP 21
E-mail 25
Telnet 23
主机 1 主机 2
应用或会话层网络层传输实体应用或会话层网络层传输实体
TPDU
传输地址网络地址计算机网络概论
www 8080
端口号长度,16bit
TCP和 UDP分别提供 216个不同的端口保留端口,小于 256
自由端口 大于 256
ftp-control 20 TCP
ftp-data 21 TCP
HTTP 80 UTP
Telnet 23 TCP
E-mail 25 TCP
dns 53 TCP/UDP
计算机网络概论
会话层( Session Layer)
高三层是面向信息处理的高层协议会话层的主要作用是组织并协商两个应用进程之间的会话,并管理它们之间的数据交换。
会话层的主要功能
管理和控制会话连接
会话连接同步
数据交换
会话交互管理
异常报告计算机网络概论
表示层( Prosentation Layer)
表示层解决用户信息的语法表示问题,主要目的是使数据保持原来的含义主要功能:
转换信息的格式和编码数据压缩和数据加密、解密表示层连接管理机制为应用层提供表示连接服务原语计算机网络概论
6)应用层( Application Layer)
应用层是 OSI模型的最高层,是唯一直接向应用程序提供服务的一层,它直接面向用户,以满足用户的不同需求主要功能网络完整的透明性用户资源的配置应用管理和系统管理分布式信息服务分布式数据库管理计算机网络概论应用层协议
CCITT X.400 SMTP 电子邮件
FTP 文件传输
HTTP 超文本传输协议
SNMP 简单的网络管理协议
DNS 域名服务系统
SMTP 简单的邮件传输协议
ISO9040/1 虚终端
ISO8831/2 作用传送与操作协议
ISO8649/50 公共应用服务元素计算机网络概论应用层协议
CCITT X.400 SMTP 电子邮件
FTP 文件传输
HTTP 超文本传输协议
SNMP 简单的网络管理协议
DNS 域名服务系统
SMTP 简单的邮件传输协议
ISO9040/1 虚终端
ISO8831/2 作用传送与操作协议
ISO8649/50 公共应用服务元素计算机网络概论计算机互联网络 Internet技术,
历史、现在和未来吴建平清华大学计算机科学与技术系
2002年 12月 20日主要内容
计算机互联网络技术的历史
计算机互联网络的成功经验
计算机互联网络技术的现在
下一代互联网络技术研究的特点
国际下一代互联网络研究计划
中国下一代互联网络研究进展计算机信息网络发展历史的回顾
七十年代的计算机信息网络
X.25 分组交换网:各国的电信部门建设运行
各种专用的网络体系结构,SNA,DNA
Internet 的前身 ARPANET进行实验运行
八十年代的计算机信息网络
标准化计算机网络体系结构,OSI
局部网络 LAN 技术空前发展
建成 NSFNET,Internet 初具规模
九十年代的计算机信息网络
Internet空前发展
Web技术在 Internet/Intranet 得到广泛应用计算机互联网络技术的历史
1960年代,首次提出用于数据传输分组交换理论
1969,美国 ARPA和英国 NPL首次建成分组交换计算机网络
1970年代,各种网络技术和试验网络不断产生
1982,TCP/IP协议体系结构逐步成熟
1986,美国 NSF建立世界上第一个 Internet主干网:
NSFNET
1990,Internet开始接入商业用户
1992,发明 Web技术,使 Internet使用空前增长
1990年代,Internet开始大规模商业化
Internet 的主要技术特点
分层的分布式结构
无连接的分组交换技术
网络互连协议 IP( IP over everything)
路由器加专线技术
可扩展的路由技术
端到端的网络连接技术
层次结构的域名、网络管理技术
开发通用的应用技术
Internet 的 发展现状
Internet目前的发展规模
– 连接计算机 2亿多台
– Internet用户已超过 5亿人
Internet的发展速度
– 是历史上发展最快的一种信息网络技术
– 以商业化后达到 5000 万用户为例
电视用了 13年,收音机用了 38年,电话 100年
Internet 从商业化达到 5000 万用户用了 4 年时间
Internet 正在以超过摩尔定理的速度发展
Internet 技术的现状
广域网络技术
– 通信线路:光纤,DWDM,SDH、卫星
– 交换技术:高性能路由器技术,ATM交换 技术
局域网络技术
– Ethernet,Switch Ethernet,Fast Switch Ethernet
– G Ethernet,10G Ethernet
– Wireless,Cable TV,ADSL
主要的网络应用技术
– Web技术、信息组织和发现技术、网络计算技术
– CSCW,InternetPhone,VideoConferencing,VOD
– 电子商务技术
Internet 的成功经验
有远见的政府不断支持,1996-
有风险的企业参与和投入:
– NSF,MCI,IBM
– vBNS,MCI
– Abilene,Qwest,CISCO
联合协作的开放式研究,IETF/RFC
教育和科研的示范网络为起点
– 具有实验物理学的研究特点
– ARPAnet,NSF,ANS,vBNS,Abilene
简单实用的技术路线,TCP/IP
网络应用总是要求更高网络速度
Simple Video,Multimedia
Browsing,PCM Voice
IP,PCS,E-Mail,
File Transfer
Paging
Video Conferencing,MPEG1 NTSC Video
Telnet,VoIP
ISDN,
Frame Relay
ATM/POS
T3/E3
T1/E1
New Modem
Wireless WAN
Old Modem
.004
.0192
.0288
.128
1.5
3
155
Mb/s Minimum Bandwidth for
Application per User
Virtual Reality,Medical Imaging
用户接入要求更快更便宜
1997 1998 1999 2000 2001 2002
US $60
50
40
30
20
10
0
Aver
ag
e U
S
Co
st
per
M
on
th
ADSL
Cable
Dialup
ISDN
Source,Forrester Research,January 1998
最有希望接入技术
Ethernet
Data (Still) Overtaking Voice
0
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Relative
Capacity
(%)
Voice
Data
Source,MCI (Vint Cerf)
International data traffic already exceeds international
voice from Australia and Scandinavia.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1997 1998 1999 2001 2002
Voice Traffic (Rising) over
Converged Networks
13%
0%
Billions
of
Minutes/
Month
Voice Traffic on
Multiservice Networks
Fraction
of Total
Voice
Source,Frost & Sullivan; Business Week,April 6,1998
Relative
User
Population
Multimedia
Dynamic WWW
Static WWW
FTP and Telnet
E-Mail and News
Other
8%
17%
39%
27%
7%
2%
13%
18%
23%
23%
16%
7%
14%
17%
12%
15%
28%
14%
Internet (Still) Going Interactive
To Transactional Pages (Red) and
Audio/Video Content (Purple)
100%
80%
60%
40%
20%
0%
200019981996
Source,The Yankee Group,1996
Traditional Separate
Infrastructure
Benefits
– Uses existing equipment.
– Independence
(reliability).
Problems
– Duplicate networks.
– Costly and unwieldy.
– Complex operations.
– Video is not networked,
only on point-to-point
links.
Video
Voice
Data
IP ATM
SDH/SONET
Optical
IP Deep-Convergent
Transport Infrastructure
Benefits:
– Unified network infrastructure.
– New-world economics.
– IP brings scale and ubiquity.
– CoS via edge ―policy routing.‖
– Leverage Internet growth:
Applications/content/services.
Cost/performance curve.
Interoperability.
Challenges:
– Backbone-class devices only
emerging now.
– QoS mainly probabilistic; still
becoming industrial strength.
– SDH/SONET integration.
Data Voice Video
IP
SDH/SONET
Optical
ATM
SDH/SONET
IP
Optical
IP Transport Alternatives
B-ISDN
IP over
ATM
IP over
SDH/SONET
IP over
Optical
Long-Term Winners
IP
ATM
Optical
IP
SDH/SONET
Optical
IP
Optical
Multiplexing,Protection,and Management at Every Layer.
Eliminating Layers Lowers Costs.
光纤容量网络带宽与 CPU性能
Traffic Growth
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350
1990 1995 2000 2005
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Data
Voice
Data is 23x
Voice Traffic
Data is 5x
Voice Traffic
Source:Lightwave April 1998
计算机互联网络发展中的若干问题
计算机互联网络与传统电信网络的一些技术分歧
– 已经共认 TCP/IP是未来网络的核心协议,但认识不同
– 无连接通信-有连接通信
–,路由器+专线”组网-为用户提供网络服务
– IP/专线( SDH、光波)- IP/ATM
– 路由器 /光波-路由器 /光网
– NGI- NGN
计算机互联网络相关的技术层出不群,需要识别
日本最近总结计算机互联网络接入技术的教训
– 近几年已经投入 2000多亿美元,基本以失败告终
– 五种技术使他们受到影响,Cable Modem; ADSL; 光纤入户;综合布线;蓝牙技术计算机互联网络的发展趋势
美国主导着 Internet的发展,已经把对网络技术的研究开发演变成为市场竞争的武器。
美国已从 Internet中获得重大的经济利益和社会利益,
已从很大程度上控制了各国的信息基础设施
美国对 Internet的成功已经进行了认真的总结
未来互连网络及其系统的发展趋势
– 更大、更快、更安全、更及时、更方便
继续投资研究新一代信息网络的理论和技术,新的研究成果不断出现。
– 美国政府“下一代 Internet‖研究计划 NGI,依托 vBNS
– 美国 100多所大学的 Internet 2 研究计划,依托 Abilene
– 加拿大政府的全光 Internet计划 CA*NET3
Research and
Development
Commercialization
Partnerships
Privatization
NSFNET
Internet2,Abilene,vBNS
Advanced US Govt Networks
ARPAnet
gigabit
testbeds
Active
Nets
wireless
DWDM
SprintLink
InternetMCI US Govt
Networks
ANS
Interoperable
High Performance
Research
&EducationNetworks
21st Century
Networking
Quality of Service
(QoS)
下一代互联网现状与发展趋势( 1)
国外下一代互联网研究计划
– 北美下一代互联网研究组织及其计划
NGI/vBNS,LSN,Internet2/Abilene,CA*NET3/4
– 欧洲共同体下一代互联网研究计划:
DANTE/GéANT
– 亚太地区下一代互联网络组织及其计划:
APAN
– 全球下一代互联网络计划,GTRN
下一代互联网现状与发展趋势( 2)
国外产业界发展下一代互联网的情况
– 已开发出 IPv6网络设备
Cisco,Juniper,Nokia,Fujitsu,Hitachi,NEC
– 小规模商业 IPv6试验网,Sprint,MCI,NTT
– 下一代网络软件,Microsoft,IBM,SUN
– 支持下一代互联网研究:赞助网络设备和光纤线路
Cisco,Juniper,Nortel,Qwest
国外下一代互联网发展存在的问题
– 美国互联网产业正从互联网中获利,对发展下一代互联网犹豫不决
– 仍然延用传统互联网的研究模式,不重视可持续发展国际下一代互联网络研究的新进展
美国 NGI和 Internet2研究计划非常活跃
– 每年 2- 3次的会议,进行学术交流
– 注意国际合作伙伴的研究动向
Internet的 IETF组织正在推动下一代互联网络技术研究及其标准 RFC的制定
国际互联网络域名和地址管理组织 ICANN也在推动下一代互联网络的地址和域名分配工作
各国下一代互联网络的研究工作全面展开
亚太地区下一代互联网络组织 APAN积极活动
IPv6的研究工作引起人们的广泛注意
– 开始建立 IPv6试验网,开发基于 IPv6的网络应用
– 商业化的 IPv6的路由器开始问市下一代互联网的定义和主要特征
目前还没有统一的严格定义,下一代互联网将是一个渐进的发展过程
目前已取得共识的主要特征
– 更大,IPv6的地址空间,网络的规模更大,接入网络的终端种类和数量更多,网络应用更广泛
– 更快,100Mbps以上的端到端高性能通信,
– 更安全可信,对象识别,身份认证和访问授权,数据加密和完整性,可信任的网络
– 更及时,组播服务,服务质量( QoS),大规模实时交互应用
– 更方便,基于移动和无线通信的丰富应用
– 更可管理,有序的管理、有效的运营、及时的维护;
– 更有效,有盈利模型,获得重大社会效益和经济效益
Internet2网络基础设施
主干网工作速率达 2.4千兆比特 /秒
( OC48光纤线路)
GigaPoPs(千兆级交换节点) 为连接的地区提供高性能汇聚接入点
校园网为终端用户提供 100兆( 1兆=
1000K)速率的接入速率接入速率对比:拨号上网 -- 56K,ADSL -- 512k,
宽带 < 10兆
Internet2
主干网络
GigaPoP
1
Internet2 网络体系结构
GigaPoP
2
GigaPoP
4
GigaPoP
3
Network Architecture
Internet2 Interconnect
Cloud
GigaPoP
One
Regional Network
University C
Commercial
Internet
Connections
University B
University A
Internet2 Backbone Networks
Donna Cox,
Robert Patterson,NCSA
Internet2的千兆级交换节点 GigaPoP
2002年 4月有 31个
STAR TAP
Common Interconnect for NGI,Internet2,
International High-Performance Networks
MPLS 6PE
Dedicated Data
Link layers for
Native IPv6
IPv6 Tunnels
over IPv4
Low cost,low risk to offer IPv6 services,No
infrastructure change,Has to evolve when many
IPv6 clients get connected
Natural evolution when connecting many IPv6
customers,Require a physical infrastructure to share
between IPv4 and IPv6 but allow separate operations
Low cost,low risk,it requires MPLS and MP-BGP4,
No need to upgrade the Core devices,keep all MPLS
features (TE,IPv4-VPN)
BenefitsPhases
IPv6 Deployment Phases
Dual stack Requires a major upgrade,Valid on Campus or Access networks as IPv6 hosts may be located anywhere
IPv6-Only Requires upgrading all devices,Valid when IPv6 traffic will become preponderant
信息技术的下一波大浪潮将在 2004- 2005年度出现,
并造就 2005-2020 十五年的黄金时代
这个大浪潮将极大地改变我们的工作和生活。到
2020年,由此产生的互联网将成长为一个 20万亿美元 产值的大工业。
信息市场从 2000年的 1万亿美元增长 20倍。
这一波浪潮的本质特征,就是将从万维网( World
Wide Web)升华为全域网格( Global Grid)。
21世纪初互联网将引发 20万亿美元的大市场
,福布斯,杂志对市场的预测
,2061》计划:美国科学教育改革计划为了使美国的青少年成为 21世纪的主人,在美国科学促进会的组织下制定了科学技术教育普及计划 --,2061,计划。
,2061,计划已制定分项计划,如:面向全体美国人的科学、科学素养基准和关于科学素养的资源:职业培训等,
利用网络将是主要手段。
未来的竞争是人才的竞争消除数字鸿沟是当务之急本报告的要点是:
1.网络中心战的定义;
2.与 2020联合作战设想的关系;
3.空军与网络中心战的关系;
4.与 C4ISR(以及 GIG)的关系;
5.实施计划和进度。
2002年的,MC02演习,的重点之一是网络中心战。
未来的战争将从“平台中心战”
转型为“网络中心战”
美军的战略分析和军事演习用于网络计算的芯片、计算机、服务器,
基于网络的系统软件、中间件、路由器,
以及各类应用和服务将是产业发展重点。
未来的信息产业将面向网络的应用、服务和产品下一代互联网络技术的核心
光传输技术
无线通信技术
下一代互联网络的体系结构
– IPv6
– 移动互联网技术
高速、超高速路由器技术
– 高性能并行计算机系统
– 大型并行程序设计
Anatomy of a Network
发达国家学术计算机网络的重要作用
Internet是从大学和科研单位发展起来的
目前世界上所有发达国家都有国家级学术网络
– 美国的 NSF,ANS,VBNS,Internet 2,NGI
– 欧洲的 Ten 155计划,Ten 622计划
– 英国的 Janet,德国的 DFN,……
– 日本文部省的教育网络,新加坡的教育网络
– 香港的 HANET,台湾的 TANET
是培养面向 21世纪高素质人才的信息基础实施
– 在国家的支持下,优先使学生得到廉价网络服务
是从事各种网络新技术试验的测试床和研究基地
– 实际上是各个国家互连网络及其应用发展的先驱
– 在各个国家电信改革,网络革命中发挥了重要作用几点基本结论
DWDM技术已使光纤传输速度大大提高
– 16x10G,160x10G 已经开始商业化
IP/DWDM+高速路由器:互连技术的发展趋势
– 已经开始试验,受路由器限制,目前最高速率为 2.5G
– IP/WDM/DWDM仍然处于试验阶段,技术变化大
各发达国家都在建设采用上述技术的学术网,并且通过 STAR TAP相互连接
– 先于运行的网络,进行互连技术和应用的试验和示范
– 已经开始进行下一代互连网络技术的竞争
我国急需 开展下一代互联网络的研究,尽早加入
NGI/Internet2的研究行列中国下一代互连网络技术研究工作
1998年开始多次与 UCAID,vBNS,Abilene,
STAR TAP以及 APAN等 Internet2国际组织联系
1998年底,向科技部建议开展下一代互连网技术研究。 1999年 863- 300重大联合项目“中国高速信息示范网络”开始实施
1999年 1月,CERNET和 CSTNET与美国网络界学者召开了“中美先进网络高级研讨会 CAN’1999‖
1999年 2月,CERNET和 CSTNET派代表参加了在日本召开的 APAN学术会议,APAN- CN工作组 。
1999年 3月,国家自然科学基金会信息学部召开
,中国超高速互连网基础研究与关键技术研讨会,。 1999年底批复立项,开始建设,中国高速互连试验研究网 NSFCNET‖
中国下一代互连网络技术研究工作
2000年 3月 29日,CERNET与 UCAID签署了合作备忘录
MoU,以及 CERNET与 Abilene互连的协议书 。
2000年 5月底,UCAID进一步与 CERNET,CSTNET和
NSFCNET三方签署合作备忘录 。
2000年 3月- 4月,美国 Teleglobe公司愿意免费捐赠
CERNET一条 10Mbps国际 电路,与 STAR TAP的互连 。
2000年 4月 24日,日本高速网络研究计划 WIDE和通信研究实验室愿意免费捐赠 CERNET一条 10Mbps国际 卫星电路,与 APAN的互连 。
2000年 9月,信息产业部大力支持和协调,中国网通和中国电信分别同意捐赠 10M国际线路连 Internet2
2000年 9月 15日,CERNET/CSTNET/NSFCNET与 Star
Tap正式联通,开始与国际 Internet研究计划接轨中国下一代互连网络技术研究项目
国家自然科学基金会,NSFCNET
– IP/DWDM,2.5- 10 GBPS,北京 6个节点
– Connect to APAN/STAR TAP,2000年 9月完成
– 清华大学等单位建议并负责实施
教育部,CERNET2 高速主干网
– IP/DWDM,2.5G/2.5X16=40G
– 2000年 9月 30日,北京-武汉-广州的 2.5G线路开通
科技部,863- 300中国高速信息示范网络
– 研究自主知识产权的下一代互连网络技术和产品
– CAINONET,China Advanced Information Optic Network,
December 2000
– IP/DWDM,2.5 GBPS/OXC/OADM,北京 5个节点
– 目前项目已经攻克了大部分关键技术北 大清 华 GSR12012
GSR12008
POS OC-48
GE
DPT Ring
北 航
GSR12008
北 邮
GSR12008
基 金 委
GSR12008
中 科 院
GSR12008
CERNET
CSTNET
APAN/STAR
NSFCNET
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2.5G 干 线杭州石家庄太原青岛哈尔滨济南天津大连厦门中国教育和科研计算机网 CERNET高速主干网 CERNET2