1.4 1.4 计算机网络的应用计算机网络的应用 资源共享 (Resource Sharing) 包括硬件、软件和数据等资源共享 基本应用 WWW；电子邮件；文件传输；远程访问；资料检索，等等 分散对象的实时集中控制及管理 监控系统：四遥（遥控、遥测、遥信、遥调） +视频监视 均衡负荷及分布处理 (“DES密钥挑战” ) 。 综合信息服务 电子商务 /政务、数字图书馆、电子邮件、文件传输、终端仿真、电视会议、 IP电话、远程教育、远程医疗、新闻讨论组、 VOD、协同工作 /设计、网络游戏、虚拟现实等

带来的社会问题1. 管理和安全； 2. 黄色或暴力； 3. 知识产权； 4. 保护隐私

Internet 应用的三个发展阶段与 2 种工作模式

Internet 应用的三个发展阶段

计算机网络应用的 2 种工作模式 C/S （含 B/S) 工作模式 P2P 工作模式

基本的网络服务EMAILFTPBBSTELNETUsenet……

基于 web 的网络服务

•web

•电子商务•电子政务•远程教育•远程医疗•……

新的网络服务

•网络电话•网络电视•网络视频•博客•播客•即时通信•网络游戏•网络广告•网络出版•网络地图•网络存储•……

C/S 工作模式与 P2P 工作模式的比较

互联网

服务器

客户 客户

（ 1 ） C/S 工作模式

互联网

服务器

客户 客户

(2) P2P 工作模式P2P 网络

基于 P2P 的网络应用 文件共享类应用 Napster, BitTorrent, Gnutella, kaZaA, eDonkey/eMule 等 流媒体传输类应用 AnySee,PPLive,TvAnts 即时通信类应用 QQ, Skype, MSN Messenger, PoPo,Google Talk 共享存储类应用 Tapestry,OceanStore,Pastry 协同工作类应用 Groove Virtual Office 分布式计算类应用 GPU, SETI@home .....

Internet 的主要应用

Internet 的主要应用

Fig. Protocols / Applications / Anomalies breakdown vs. years. Bottom to top : Ping, DNS, common services, MS vulnerabilities, Sasser, HTTP,broadcast, suspected P2P, identified P2P, other TCP/UDP, GRE (US2Jp) or INLSP (Jp2US).

1.5 计算机网络的分类

计算机网络的分类方案：按计算机网络覆盖的地理范围按网络的交换功能按所面向的服务对象的公用与专用性质按所采用的技术按被传的媒体的性质与提供的服务种类 ……

按覆盖的地理范围划分

按网络覆盖的地理范围划分： 局域网（ LAN: Local Area Network ）（几公里以内

） 园区网 （十几公里） 城域网 (MAN: Metropolitan Area Network) 几十公里 广域网 (WAN: Wide Area Network)( 数十公里以上

）

城域网 城域网

接入网 接入网 接入网 接入网 接入网 接入网

广域网

局域网 局域网校园网 企业网

… …

广域网、城域网、接入网以及局域网的关系

从网络的交换功能分类 电路交换 报文交换 分组交换 混合交换

网络分类方法

按公用与专用划分

公用网 (Public Networks) 指由电信部门或从事专业电信运营业务的公司提 供 的 面 向 公 众 服 务 的 网 络 ， 如Chinapac 、 ChinaDDN 、 Chinanet ，以及非电信部门提供的以卫星通信为基础的“金桥网”。

指政府、行业、企业和事业单位为本行业、本企业和本事业单位服务而建立的网络。如教育科研网CERNET 、中科院网 CASNET 、中国经济信息网CEINET以及各级政府部门的网络等等。

专用网（ Private Networks ）

中国教育科研计算机网建设概况： http://202.194.64.1/nc/nc_build/build_cernet.htm中国教育科研计算机网建设概况： http://202.194.64.1/nc/nc_build/build_cernet.htm

CERNET backbone 2007

CERNET2 backbone

按 Internet 技术为基础的网络划分Internet(因特网）Intranet（企业内网

）Extranet（企业外网

）

供应商

合作伙伴客户

… … 建立一个更建立一个更虚拟的企业虚拟的企业

客户供应商

合作伙伴

远端工作人员

外包应用

运输服务商

全球各地

ExtranetExtranet 一般采一般采用用 VPNVPN （虚拟专（虚拟专用网络）技术。用网络）技术。

其它分类法

按照被传信息种类进行分类数据通信网多媒体网或综合业务数字网（ ISDN） 按所采用的主要网络技术分类以 X.25为基础的分组交换网以异步传输模式为基础的 ATM网以幀中继技术为主的幀中继网以卫星通信为基础的卫星网等等。按传输方式分：点到点网络、广播式网络

1.6 网络拓扑结构

图 4 树形

图 3 总线形

LAN ：星形，环形，总线形，或树形WAN ：网状

图 1 星形

集中器

图 2 环形

干线藕合器

图 5 网格形Complete Irregular

总线型与星型混合

混合形网络

混合形网络

Backbone

IPv4/v6 Access net

Logical LinkSF:aaaa

Crosscut link

Logical Domain2001:2def::/32

Logical Domain2001:2def:dddd::/48

Access

Logical Domain2001:2def:aaaa::/48

Site 2001:2def:cccc::abcd::/64

Site2001:2def:aaaa:abcd::/64

A Hierarchically switched Network

1.7 计算机网络的发展

计算机网络的五个里程碑

第一个里程碑：以 ARPA网的出现为标志；

第二个里程碑：以局域网（ LAN）的出现为标志；

第三个里程碑：网络标准化 , 以 OSI/RM的出现为标志；

第四个里程碑：以 Internet的迅速发展与推广为特征。

第五个里程碑：从 Internet( 互联网 )到 IOT （物联网）

ARPANET

1957 ： ARPA (Advanced Research Projects Agency)组建 ； 1969 ： ARPANET 进行联网研究； 1971 ： ARPANET 上连接了 15 个节点 (23 台主机 ) ； 1973 ： ARPANET 首次进行国际联网；后来发展成为Internet。 ARPA网是计算机网络技术发展的一个重要的里程碑，为网络技术的发展作出了突出的贡献： 完成了对计算机网络定义、分类与子课题研究内容的描述；完成了对计算机网络定义、分类与子课题研究内容的描述； 提出了提出了资源子网资源子网、、通信子网通信子网的两级网络结构的概念；的两级网络结构的概念； 研究并提出了研究并提出了分组交换分组交换的数据交换方法；的数据交换方法； 采用了采用了层次结构层次结构的网络体系结构模型与协议体系；的网络体系结构模型与协议体系； 促进了促进了 TCP/IPTCP/IP 协议的发展；协议的发展； 为为 InternetInternet 的形成与发展奠定了基础。的形成与发展奠定了基础。

局域网的出现

1973 年 Robert 与 David 提 出 了Ethernet（以太网），它是一种总线型结构的局域网。 1980年 Intel、 DEC和 Xeror三家公司联合公布了 Ethernet规范，奠定了总线型局域网的基础。

除了以太网外，另外两种主要的局域网是 IBM Token Ring（环型网的代表）， ARCNET（令牌总线网的代表）。

局域网的出现，促进了计算机网络的推广使用。目前 Ethernet 发展非常迅速 (10M→10G)

计算机网络标准化 互联网真正的广泛互联，是通过把通信协议标

准化之后才得以实现的。 ISO/OSI-RM ： ISO下设 100 多个技术委员会

(TC) ，其中 TC97 是信息处理委员会 ,下设SC6数据通信分委员会、 SC16开放系统互连技术委员会。该技术委员会制定了 OSI参考模型等相关的标准

TCP/IP 协议： Internet标准，主要由 IETF以 RFC 和 DRAFT给出

IEEE 802 系列标准，有关局域网的系列标准。

计算机网络标准化CCITT( 现该为 ITU-T 国际电信联盟 - 电信

标准化部门 ):VV 系列建议系列建议－电话网和用户电报网，如 V35 等XX 系列建议系列建议－公用数据通信网， X.21 、 X.25 、 X.75和 X.400 等 I I 系列建议系列建议－综合业务数字网 ISDNE E 系列建议系列建议－电话网和 ISDNGG 系列建议系列建议－国际电话连接和电路，如 G.703/G.704QQ 系列建议系列建议－电话交换和信令网络

其它标准如： ANSI 等也分别制定了一些网络标准

因特网的特点： 全球范围 , 通用 ,层次结构 , 开放的计算机网络

TCP/IP协议 网中网（互联网）

(Networks in Networks)

Internet— 互联网

BackboneISP

ISP

Residential Access

Modem DSL Cable

modem Satellite

Enterprise/ISP access, Backbone transmission T1/T3, DS-1 DS-3 OC-3, OC-12 ATM vs. SONET, vs.

WDM

Campus network Ethernet, ATM

Internet Service Providers（ ISP ）

access, regional, backbone Point of Presence (POP) Network Access Point (NAP)

Internet Physical Infrastructure— 网中网 接入层 汇聚层 核心层

1961: Kleinrock - queuing theory shows effectiveness of packet-switching

1964: Baran - packet-switching in military networks1967: ARPAnet – conceived by Advanced Research

Projects Agency1969: first ARPAnet node operational

1972: ARPAnet demonstrated publicly NCP (Network Control Protocol) first host-host

protocol first e-mail program ARPAnet has 15 nodes

History of the Internet 1961-1972: Early packet-switching principles

History 1972-1980: Internetworking, new and

proprietary nets1970: ALOHAnet satellite network in Hawaii1973: Metcalfe’s PhD thesis proposes

Ethernet1974: Cerf and Kahn - architecture for

interconnecting networkslate70’s: proprietary architectures: DECnet,

SNA, XNAlate 70’s: switching fixed length packets

(ATM precursor)1979: ARPAnet has 200 nodes

Cerf and Kahn’s internetworking principles:

minimalism, autonomy - no internal changes required to interconnect networks

best effort service model stateless routers decentralized control

Defines today’s Internet architecture

瑟夫（ Vinton Cerf ）Internet 之父TCP/IP 协议的合作设计者

1983: deployment of TCP/IP1982: SMTP e-mail protocol defined 1983: DNS defined for name-to-IP-address

translation1985: FTP protocol defined1988: TCP congestion control

new national networks: CSnet, BITnet, NSFnet, Minitel100,000 hosts connected to confederation of

networks

History 1980-1990: new protocols,

proliferation of networks

History 1990 - : commercialization and WWW

early 1990’s: ARPAnet decomissioned1991: NSF lifts restrictions on commercial

use of NSFnet (decommissioned, 1995)early 1990s: WWW

hypertext [Bush 1945, Nelson 1960’s]HTML, http: Berners-Lee1994: Mosaic, later Netscapelate 1990’s: commercialization of WWW

0100200300400500600700800900

1000

Mil

lion

use

rs

1995 1997 1999 2001 2003 2005

year

Internet: Users

300 1200 24009600

14400

2880033600

56000

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

1979 1980 1984 1987 1991 1993 1995 1997

year

bps

Technology: Modem speed

Figure 3. Cisco Forecasts 44 Exabytes per Month of IP Traffic in 2012

Figure 4. Cisco's Global Consumer Internet Traffic Forecast

Figure 5. Mobile Broadband to Double Every Year Through 2012

第一个阶段第一个阶段与与 INTERNETINTERNET 电子邮件的连通电子邮件的连通

第二个阶段第二个阶段与与 INTERNETINTERNET 实现全功能的实现全功能的TCP/IPTCP/IP 连接连接

中国互联网的发展

第一阶段：第一阶段：与因特网实现电子邮件的连通。与因特网实现电子邮件的连通。 19881988年，中科院高能物理研究所年，中科院高能物理研究所 IHEPIHEP 作为首批用户进入作为首批用户进入我国的我国的 CHINAPACCHINAPAC 公共数据交换网，速度公共数据交换网，速度 4.8kbps4.8kbps ，只能，只能进行进行 E-MailE-Mail 通信。通信。

第二阶段：第二阶段：与因特网实现全功能的与因特网实现全功能的 TCP/IPTCP/IP 连接连接。。 19941994年，中科院高能物理研究所、中关村教育研究示范网年，中科院高能物理研究所、中关村教育研究示范网(( 属属 NCFCNCFC ，国家计算机网络设施，国家计算机网络设施 )) ，以及北京化工大学，以及北京化工大学(BUCT)(BUCT) ，分别与国际，分别与国际 InternetInternet 建立了建立了 64kbps64kbps 的卫星线路。的卫星线路。

CERNETCERNET和和 CHINAGBNCHINAGBN启动建设。启动建设。 19961996年，规定了四个全功能连接的国际出口：年，规定了四个全功能连接的国际出口： CHINANETCHINANET、、

CERNETCERNET、、 CSTNETCSTNET 、 、 CHINAGBNCHINAGBN 。。

中国互联网的发展

中国互联网络的结构

INTERNETINTERNETINTERNETINTERNET

CHINANETCHINANET CERNETCERNET CSTNETCSTNET CHINAGBNCHINAGBN

北大校园网

西南交大校园网

核心层

汇聚层

接入层

中国互联网

我国网络国际出口带宽我国网络国际出口带宽总量为总量为 27216M27216M ，连接的国家有美国、，连接的国家有美国、加拿大、澳大利亚、英国、德国、法国、日本、韩国等。加拿大、澳大利亚、英国、德国、法国、日本、韩国等。按运营商划分：按运营商划分：

中国科技网（中国科技网（ CSTNETCSTNET ）：）： 155M155M 中国公用计算机互联网（中国公用计算机互联网（ CHINANETCHINANET ）：）： 16500M16500M 中国教育和科研计算机网（中国教育和科研计算机网（ CERNETCERNET ）：）： 447M447M 中国联通互联网（中国联通互联网（ UNINETUNINET ）：）： 1490M1490M 中国网通公用互联网（网通控股）中国网通公用互联网（网通控股） ((CNCNETCNCNET))：： 3592M3592M 宽带中国宽带中国 CHINA169 CHINA169 网（网通集团）：网（网通集团）： 4475M4475M 中国国际经济贸易互联网（中国国际经济贸易互联网（ CIETNETCIETNET ）：）： 2M2M 中国移动互联网（中国移动互联网（ CMNETCMNET ）：）： 555M555M 中国长城互联网（中国长城互联网（ CGWNETCGWNET ）：）： 中国卫星集团互联网（中国卫星集团互联网（ CSNETCSNET ）：）：

中国的主干网

中国电信网CHINANET(骨干网 )

中国电信网CHINANET(骨干网 )

中国科技网CSTNET

中国科技网CSTNET

中国教育科研网

CERNET

中国教育科研网

CERNET 中国经济信息网（金桥网）GBNET中国经济信息网（金桥网）GBNET

中国的四大公用网络中国的四大公用网络

http://www.nic.chinanet.cn.nethttp://www.nic.chinanet.cn.net

http://www.edu.cnhttp://www.edu.cn

科学院邮电部

信息产业部

Research Networks in China

CERNET: China Education and Research Network 1994, Managed by MOE, Nation wide backbone 800+ Universities and institutes, Users over 10 Millions

CSTNET: China Science and Technology Network 1994, Managed by CAS, Nation wide connections 100+ institutes, Users over 0.8 Millions

NSFCNET: 2000, Supported by NSFC, 6 nodes in Beijing city

CAINONET: 2001, Supported by MOST, 6 nodes in Beijing city Major technology development： DWDM switch and CR

南京合肥 重庆上海

福州广州

昆明

郑州

北京

西安

武汉

长沙南昌

南宁 湛江

海口

成都

长春

深圳

沈阳

地区中心 地区主节点 网管系统

桂林

2.5G

杭州

石家庄 太原

青岛

哈尔滨

济南

天津

大连

厦门

CERNET Backbone at 2.5G Mbps /155 Mbps CERNET Backbone at 2.5G Mbps /155 Mbps

155M

2.5G

2.5G

2.5G

155M

155M

Vision—— 网络技术带来的几次浪潮 Internet

解决了异种机、异种操作系统的互联问题 , 实现了计算机硬件的连通 Web

解决了应用问题 , 实现了网页的连通 实现了信息的发布、传播，以及各种网络应用的开展 使电子商务、电子政务等成为可能

Grid （网格） 解决了资源共享和协同工作问题 ,试图实现互联网上所有资源的全面连通

整合各种资源和应用 进入到协同工作层面 从各种层面来实现资源共享

P2P （对等网） 新的基于 P2P 的网络应用不断出现，成为 21世纪网络应用重要的发展

方向之一，被评为“改变互联网的新一代网络技术”。 物联网（无线传感器网络 WSN ）

美国《商业周刊》和《MIT 技术评论》在预测 21世纪“未来技术发展”的研究报告中，将WSN 列为改变世界的十大技术之首。

IBM 的网格远景：现在的计算机MemoryMemory

未来：因特网就是计算机 !— 网格计算

Grid Computing 网格是人们针对当今的一些科学难题于 90年代初提出的概念。它将分布在不同地理位置的互联网上所有资源 ( 包括“计算资源、存储资源、通信资源、软件资源、信息资源、知识资源等” ) ，通过高速互联网组成充分共享的资源集合，从而提供高性能计算、管理及服务的资源能力。

网格的思想源于电力网。在电力网中，对于最终用户而言，无需知道所使用的电是从哪个发电站生产的，也无需知道该电力是怎样产生的。用户关心的只是能够安全、可靠地用电，并且能够“即插即用”。网格与此类似，希望给最终用户提供与地理位置无关、具备实现透明计算的能力。网格在最终用户眼里，就像一台可以自主管理的超级虚拟计算机，和使用电力网上的电一样方便。

网络时代的三大基本定律

摩尔定律 :CPU 性能 18个月翻番， 10 年100 倍。所有电子系统（包括电子通信系统，计算机）都适用

摩尔定律 :CPU 性能 18个月翻番， 10 年100 倍。所有电子系统（包括电子通信系统，计算机）都适用

光纤定律：超摩尔定律，骨干网带宽 9个月翻番， 10 年 10000 倍。带宽需求呈超高速增长的趋势

光纤定律：超摩尔定律，骨干网带宽 9个月翻番， 10 年 10000 倍。带宽需求呈超高速增长的趋势

迈特卡尔夫定律 : 联网定律，网络价值随用户数平方成正比。未联网设备增加N 倍，效率增加N 倍。联网设备增加 N 倍，效率增加 N2 倍

迈特卡尔夫定律 : 联网定律，网络价值随用户数平方成正比。未联网设备增加N 倍，效率增加N 倍。联网设备增加 N 倍，效率增加 N2 倍

计算机第一定律——摩尔定律

晶体管数

单位时间执行的指令数

百万条/

每

秒

每 18 个月芯片能力增长一倍。

计算机第一定律——摩尔定律

晶体管数目

4004 奔腾 4

420,000,000

2,300

0.18 微米芯片

10 微米芯片

从 Internet 到物联网（ IOT ） 物联网（ the Internet of Things ）被誉为是继计算机和互

联网（ Internet ）之后信息技术产业的第三次发展浪潮。 传感技术、嵌入式技术的进展与智能化技术相结合，使人类更加深入地感知万物成为可能，也使网络的“信息源”和“信息受主”从“人和计算机”扩展到“人、机和普通的物理对象”，从而进入到“人 -机 -物”全面互联的时代。

为此， ITU提出了 The Internet of Things （ IoT) 的概念，是对实现“人 -机 -物”全面互联的“物联网”的高度抽象。

物联网是指利用条形码、射频识别（ RFID ）技术、激光扫描器、传感器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议，实现任何东西（人与人、人与物、物与物）在任何时间、任何地点的连接（ anything、 anytime、 anywhere ），进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的庞大网络系统。

从 Internet到IOT

物联网三个重要特征

1. 全面感知，利用 RFID 、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息

2. 可靠传递，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去

3. 智能处理，利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制

IOT 基本理论模型

智能卡

条形码

二维码

GPS

传感器技术

网关设备

近距离通信

因特网跟踪定位

高速数据网络

可靠传递

智能处理

全面感知

利用云计算，模糊识别等各种智能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制

物联网技术传感网络技术

是由使用传感器的器件组成的在空间上呈分布式的无线自治网络，用来感知环境参数，如温度、震动等等。

短近程通讯技术 是新兴的短距离连接技术，从很多无接触式的认证和互联技术演化而来， RFID、蓝牙、 ZigBee、 UWB、 6LoWPAN等是其中的重要代表。

物联网现阶段最主要的表现形式： M2M

M2M是机器到机器的无线数据传输，有时也包括人对机器和机器对人的数据传输。有多种技术支持 M2M网络中的终端之间的传输协议，目前主要有 CDMA 、 GPRS、 IEEE802.11a/b/g WLAN等等。

泛在网不是互联网的下一代，而是互联网应用的拓展

传感网、物联网与泛在网

机器联网了，人也联网了， 物体与物体联网还远吗？！！。。。

标准化组织

OSI七层模型

ISO(国际标准化组织)

标准化组织

ITU-T(国际电信联盟电信标准化部)

ANSI(美国国家标准化协会)

IEEE(电气电子工程师协会)

EIA(电子工业协会)

V系列标准： V.32, V.33, V.42X系列标准： X.25, ISDN

802项目 串行传输标准： EIA-232-D, EIA-449, EIA-530

论坛

FR帧中继

ATM异步传输模式

论坛

IETF因特网工程任务组

因特网协会 ISOC

因特网研究指导小组IRSG

因特网研究部 IRTF 因特网工程部 IETF

因特网工程指导小组IESG

…

RG WG… …RG…

领域 领域

因特网体系结构研究委员会 IAB

WGWGWG

因特网的标准化工作

Internet 机构

Internet Engineering Task Force (IETF): IETF 是Internet 的协议工程和发展组织，它划分为多个工作组。制订 Request For Comments or RFCs.

IRTF (Internet Research Task Force): IRTF由多个专业的、长远目的的研究小组组成。

Internet Architecture Board (IAB): IAB负责制定Internet 的总体结构 , 向 IETF提供指导和定向。

The Internet Engineering Steering Group (IESG): IESG 负责 IETF 技术管理和 Internet 标准进程。由不同方向的多个工作组组成。

因特网草案 (Internet Draft) ——在这个阶段还不是 RFC 文档。

建议标准 (Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。

草案标准 (Draft Standard) 因特网标准 (Internet Standard) 以 RFCnnnn编号形式出现，免费查询

获取 RFC 文档 : http://www.ietf.org

制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段

因特网草案

建议标准

草案标准

因特网标准

历史的 RFC

实验的 RFC 提供信息的 RFC

6 种 RFC

各种 RFC 之间的关系

需要至少两个具体的实现

由 IAB 发布

791 Internet Protocol （ IP ）792 Transmission Control

Protocol （ TCP ）793 Simple Mail Transfer

Protocol （ SMTP ）794 File Transfer Protocol （ FTP ）1180 TCP/IP Tutorial1188 Proposed Standard for

Transmission of Datagrams over FDDI networks1579 Address Allocation for Private

Internet2001 The PPP NetBIOS Frames Control Protocol

建议重点阅读的 RFC 文档

Quit 2

1. 网络按规模划分为哪几类？ 2.宽带与窄带的划分速率是多少？ 3.目前常用的宽带接入技术有哪些？