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1第一章计算机网络技术的历史和新进展2计算机网络向用户提供的最重要的功能连通性——计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。共享——即资源共享。可以是信息共享、

软件共享，也可以是硬件共享。3关于计算机网络的三个命题高速计算机网络是信息社会的神经和血管体系结构：网络的骨架和神经协议：网络的心脏和血液4主要内容网络概述Internet的发展和成功经验计算机网络技术的历史回顾5什么是网络--

-从端系统的角度看网络提供的服务:信息传递信鸽、烽火、信使、卡车、电报、电话、Internet…类比运输服务：物体的传递马、火车、卡车和飞机不同的网络以什么为区分所提供的服务服务以什么为区分

延迟、带宽、丢失率、端节点数目、服务接口、可靠性,单播/多播，实时，消息/字节流6什么是网络---从网络核心的角度看电子、光子等作为传输介质链路：光纤、电缆和卫星交换节点：机械/电/光协议:TCP/IP,ATM,MPLS,SONET,Ethernet,PPP,X.2

5,FrameRelay,AppleTalk,IPX,SNA功能:路由，差错控制、拥塞控制、服务质量(QoS)应用：FTP、HTTP、Xwindows7网络类型空间距离局域网(LAN):以太网、令

牌环、FDDI城域网(MAN):DQDB,SMDS广域网(WAN):X.25,ATM,framerelay信息类型数据网络vs.通信网络应用类型专用网络：飞机订票网，银行网，信用卡网，电话网通用网络：Internet8网络类型使用权

私有：企业网公用：电话网、Internet协议的所有权私有:SNA开放:IP技术地面vs.卫星有线vs.无线协议IP,AppleTalk,SNA9计算机网络发展历史计算机网络的形成多终端系

统1970年代的计算机网络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1980年代的计算机网络标准化计算机网络体系结构：OSI局域网络LAN技术空前发展建成NSF

NET，Internet初具规模10计算机网络发展历史1990年代的计算机网络Internet空前发展Web技术在Internet/Intranet得到广泛应用2000年代的计算机网络IPv6网络快速发展移动技术发展迅速下一代互联网

研究受到普遍重视11Internet发展历史1969年，ARPANET产生1970年代，作为研究项目，带宽56kbps，连接计算机不超过100台。1979年，TCP/IP成熟1980－83，APPANet和MILNE

T分开，ARPANET采用TCP/IP协议1983年，BSDUNIX内含TCP/IP1985－86，NSF开始建设NSFNET，作为骨干网连接6个超级计算机中心，带宽1.544Mbps，连接10,000台计算机12Internet发展历史1987－90，连接

地区网络，NSI，ESNET，DARTnet，TWBNet，计算机数量超过10万台1990－92，NSFNET发展到45兆带宽，连接16个地区网络1994年，NSF骨干网解体，出现多个商用骨干网今天：Int

ernet骨干网的速率达到2.5/10Gbps，连接150多个国家的上千万台计算机2004.1，全球主要学术网宣布开通IPv6服务13中国计算机网络的发展历史1970年代末开始1980年代局域网OSI网络体系结构低速广域网（电话线）1990年代局域网Novell,TCP/I

PX.25广域网及其应用国民经济信息化高潮的到来，“金”字工程互联网Internet在中国开始大规模发展2000推动以IPv6为基础的下一代互联网14Internet在中国的发展1988年，中国第一个电子邮件发

到Internet1990~1993，通过X.25与国际连网，Tunet1994年，中科院高能所，64K，日本1995年，CERNET,128K,Sprint；Chinanet,64K+64K,Sprint1996年，Chin

aGBN,64K,Sprint1997.12，用户74万1998.12，用户达到200万2003.6，用户达到6800万2005.6，用户达到10300万15Internet在中国的发展(2009)2009年底，中国网民人数达到3.84亿，比1997年增长了618倍

，年均增长3，195万人，互联网普及率达到28.9%，超过世界平均水平。中国境内网站达323万个，比1997年增长了2，152倍。中国拥有IPv4地址约2.3亿个，已成为世界第二大IPv4地址拥有国。中国使用宽带上网的网民达到3.46亿人

，使用手机上网的网民达到2.33亿人。162011年中国手机用户概况2011.5用户总数已达9亿2010年3.03亿用户使用手机上网，较2009年增加了2.3亿。2010年新增3G用户数3.47亿，2011年第1季度新增3G用户数1.35亿2010年购买智能手机6200万部，预计2

011年购买智能手机9500万部17主要内容网络概述Internet的发展和成功经验计算机网络技术的历史回顾18Internet全球范围、通用、异构的公用计算机网络Internet协议开放的标准:InternetEngineeringTaskForce(IETF

)负责标准的制订维护和协调是其他类型网络的技术基础企业内部网（Intranet）由研究机构开发19Internet的增长Internet上的主机数:Aug.1981213Oct.19841,024Dec.198728,174

Oct.1990313,000Oct.19932,056,000Apr.19955,706,000Jul.199719,540,000Jul.200093,047,7851101001000100001000001000000100000001000000001981年1985年19

89年1993年1997年20最近的增长(1991-2000)21Internet发展规模和趋势Internet的发展速度是历史上发展最快的一种技术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，电话更长Int

ernet从商业化后达到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22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

23网络带宽与CPU性能24光纤容量25高水平大容量光纤传输试验系统容量光纤长度特点研制单位3Tb/s40km用T-EDFANTT(160Gb/sX19CHOTDM/WDM)(DSF-0=1535nm)用DSF

光纤(NZDSF)PD1-1---------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------1.02Tb/s1000km0.4b/s/Hz，用SMF光纤CNET(20Gb/sx51CHWDM)(SMF环测)101km放大器间距PD4-1----------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------

-------------1Tb/s342km用TrueWave光纤Lucent(40Gb/sx25CH)(TrueWave光纤)85km放大器间距PD7-1------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------750Gb/s2

000km采用C波段和L波段Tyco(5.3Gb/sx50CH,10Gb/sx8CH)(纯Si光纤+NZDSF环测)纯Si光纤PD16-1----------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------------------------640Gb/s7200km0.33b/s/HzTyco(10Gb/sx64C

H)(NZDSF环测)PD2-1-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------490Gb/s335.2KM采用拉曼放大+EDFA混合Lucent(10Gb/sx49CH)(ZDSF环测)0色散光纤(67km)+NZDSF(17km)PD8-1----------------------------------------------

-------------------------------------------------------------------------------------------340Gb/s6380km实线试验Alcatel(10Gb/sx34CHWDM)(NZDSF)50GHzSp

acingPD18-1---------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------80Gb/s172kmSolitonChalmer(10Gb/sx8CHOTDM)(DSF0=1547nm)已敷设的光纤PD6-126数据流量超过话音01996199719981999200020012

00220406080100120140160180RelativeCapacity(%)VoiceDataSource:MCI(VintCerf)Internationaldatatrafficalreadyexceedsinternationalvoicefr

omAustraliaandScandinavia.27数据中绝大部分是IP数据200019981996AllOtherIPXTCP/IPTrafficRatiosSource:Gartner1997100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%

0%28Internet上的信息趋于交互RelativeUserPopulationMultimediaDynamicWWWStaticWWWFTPandTelnetE-MailandNewsOther8%17%39%27%7%2%13%1

8%23%23%16%7%14%17%12%15%28%14%ToTransactionalPages(Red)andAudio/VideoContent(Purple)100%80%60%40%20%0%2000

19981996Source:TheYankeeGroup,199629应用促进网络发展SimpleVideo,MultimediaBrowsing,PCMVoiceIP,PCS,E-Mail,FileTransferPagingVideoCon

ferencing,MPEG1NTSCVideoTelnet,VoIPISDN,FrameRelayATM/POST3/E3T1/E1NewModemWirelessWANOldModem.004.0192.0288.12

81.53155Mb/sMinimumBandwidthforApplicationperUserVirtualReality,MedicalImaging30Data/Voice/Video三网融合Internet31高速信息网络的发展方向：通信

与计算聚合通信和计算技术的聚合改变了各自的原有特征高速信息网络体系结构的发展趋势分层结构；分布控制、管理和安全机制分层结构应用（Application）服务（Service）基础设施（Infrastructure）32下一代互联网的技术体系结构(1)应用（Applicati

on）服务（Service）基础设施（Infrastructure）高速计算机互连网络（IP）光纤传输网络（DWDM）＋Ethernet＋WLAN工程：组播、QoS、IPv6、网络管理、网络测量„数字视

频、协同工作、实时控制、虚拟现实、„„网格计算、远程教育、远程医疗、远程沉浸、„„中间件：身份认证、访问控制、目录服务、网格„33下一代互联网的技术体系结构(2)34协议层次扁平化ATMSDH/SONETIPOpticalB-ISDNIPoverATMI

PoverSDH/SONETIPoverOpticalLong-TermWinnersIPATMOpticalIPSDH/SONETOpticalIPOpticalMultiplexing,Protection,andManagementatEveryL

ayer.EliminatingLayersLowersCosts.35Internet标准化组织InternetEngineeringTaskForce（IETF）：IETF负责Internet协议的研发和改进。IETF被

分为很多个工作组（workinggroups），他们提交的文档称为RFC（RequestForComments）。IRTF（InternetResearchTaskForce）：IRTF由一些专注于某个领域长期发展的研究小组组成。InternetArchitectureBoa

rd（IAB）：IAB负责定义Internet的整体框架，为IETF提供大方向上的指导。TheInternetEngineeringSteeringGroup（IESG）：IESG在技术方面管理IETF的活动，负责Internet标准的制定过程。36Internet标准的制定过程所有

的标准以RFC的形式发布出来，可以从www.ietf.org免费获得。但不是所有的RFC都是Internet标准。标准形成的一般步骤是：InternetDraftsRFCsProposedStandardDraftStandard（需要两个可以工作的实现）Inter

netStandard（由IAB发布）DavidClark,MIT,1992:"Wereject:kings,presidents,andvoting.Webelievein:roughconsensusandrunningcode.”37Internet提供的服务计

算资源的共享访问：telnet（1970’s）数据和文件的共享访问：FTP，NFS（1980’s）人们互相通讯的媒介：email(1980’s),网上聊天室,即时消息（1990’s）语音和视频（1990’s）取代电话？信息分发的媒介USENET（198

0’s）WWW(1990’s)取代报纸、杂志？语音和视频（1990’s）取代电视、CD、电影？38与网络有关的工业界电话公司拥有传输线路和接入线路，大量的客户有线电视公司拥有接入线路无线/卫星公司通讯线路电力、铁路公司有能力铺设线路39与网络

有关的工业界媒体公司可以提供内容ISP，Internet服务提供商设备制造商交换机/路由器，芯片，光纤，计算机软件公司40Internet物理结构BackboneISPISPResidentialAccess-Modem-DSL-Cablemodem-Satell

ite-LANEnterprise/ISPaccess,BackbonetransmissionT1/T3,DS-1DS-3OC-3,OC-12ATMvs.SONET,vs.WDMCampusnetworkEthernet,ATM41长距离传输链路Typesoflink

s-T1/DS1:1.544Mbps-T3/DS3:44.736Mbps-STS-1/OC-1:51.850Mbps-STS-3/OC-3:155.2Mbps-STS-12/OC-12:622.080Mbps-STS-48/OC-48:2.488Gbps-STS-192/OC-192:9.953

GbpsHigherlevelsofservicesofferedcommercially-FrameRelay-ATMPossibilitiesIPoverSDH/SONETIPoverATMIPover

FrameRelayIPoverWDM42Internet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（IPovereverything）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通用的应用技术43Internet的成功经验有远见的政府不断支持：1969－有风险的企业参与和投入：NFS：MCI、IBMvBNS：MCI；Abilene:Qwest，CISC

O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简单实用的技术路线：TCP/IP44ResearchandDevelopm

entCommercializationPartnershipsPrivatizationNSFNETInternet2,Abilene,vBNSAdvancedUSGovtNetworksARPAnetgigabittestbedsActiveNetswirelessWDMSpri

ntLinkInternetMCIUSGovtNetworksANSInteroperableHighPerformanceResearch&EducationNetworks21stCenturyNetworkingQualityofServ

ice(QoS)45主要内容网络概述Internet的发展和成功经验计算机网络技术的历史回顾46PaulBaran在分布式通信方面的贡献时间:1960-1964目标:建造一套健壮的通信系统可以承受核攻击结果:分组交换网络DSTDistceNxt-HDesti

nationaddressdata47Baran的设计细节自适应系统:热土豆路由策略如果不知道正确的路由，就把报文转发给所有的邻居节点通过观察路过的报文更新路由表，旧的路由表项会过期而被删除尽可能快的转发报文不需要每次都沿着最短

路径转发学习并适应变化的环境48Baran的设计细节报文发送每个交换节点根据自己的路由表判断如何转发报文每个报文的转发都是独立于其他报文的交换节点不保存端节点的状态可扩展性好不是最有效的网络发送不是完美的端节点必

须能容忍发送错误并从中恢复49Baran的设计细节分布式系统所有交换节点是平等的避免了单一节点失效问题部件可以失效，但系统不可以系统的健壮性来自于足够的物理（硬件）冗余适应性路由模拟实验表明：“extremelysurvivablenetworkscanbe

builtusingamoderatelylowredundancyofconnectivitylevel”—PaulBaran,196450鲜为人知的故事...当时很多电信界的人认为Baran的设计是完全荒谬的。“the

ykicked,screamed,grumbled,andworse.Theirresponsetendedtobeemotional,oftenwithanger,rarelywithhumor…”“outsiderscouldnotpossiblyunderstand

thecomplexityoflargesystemslikethetelephonenetwork”51两种实现可靠系统的思路电话系统笨终端，聪明的网络确保每个网络部件都是可靠的系统可靠性＝部件可靠性通过局部冗余实现部件的高可靠性期望每

个部件都能正常工作，部件失败的可能性很低需要人工配置的，高度控制的网络Baran的系统建立在简单的、不可靠部件上的可靠系统自适应的系统聪明的终端，可以修正传输错误52Baran设计思想的一种实现:theInternet连接异构的子网，提供两种基本功能

-全球唯一的地址-报文通过动态路由从源节点发送到目的节点特性:simple,flexible,scalable,androbustIP’sviewoftheworldIPAllkindsofsubnettechnologiesallkindsofapplicationsallkindsoftr

ansportprotocols53分组交换的特点：简单性每个报文携带各自的地址信息一个路由表可以为所有的流量服务可以适应爆炸性的增长越简单越不容易出错越简单越容易增长对基本网络功能的要求少，可以在其上建立多种类型的网络54分组交换的特点：灵活性可以在各种底层物理网络上运行Eth

ernet,FDDI,FrameRelay,ATM,SONET,DWDM…可以支持各种类型应用telnet,ftp,email,多媒体,web,电子商务Whatwillthefuturebring?Thebestbetwouldbe

tostayflexible55分组交换的特点：可扩展性可扩展的系统必须能对付端系统的增加流量的增加网络规模的增长大的路由表路由频繁的变化WithIP,“thenetworkknowsnoth

ingaboutindividualendapplications;endapplicationsknownothingaboutnetworkinternals”—VanJacobsonmadeitpossibletoaggregaterouting

tableentriesaccordingtoscalingneed56分组交换的特点：健壮性动态路由具有自适应的特性动态路由和报文转发相辅相成周期性路由更新默认:现有的部件会失效，会有新的部件加

入，认为变化是正常的牺牲一定的带宽的利用率，提高健壮性(报文头开销，更新开销)57今天的Internet与30年前相比规模更大用户更多功能更多，更有价值但是，健壮性、适应性和互联程度都下降了...地址空间趋于耗尽越来越多的用户通过NAT访问网络58NAT:afeatu

reoraproblem?•NAT解决了地址耗尽的问题，并且增强了安全性和控制性•NAT打破了许多协议和应用基于IP地址全球唯一的假设•无法支持peertopeer的应用。•端到端的报文传输路径变成多个NAT域的级联，相当于虚电路LatercomerInternetNATNATNA

TNATNATNATNATNATNATNAT59NAT:afeatureoraproblem?NAT导致随着时间推移，Internet原有结构遭到破坏为了恢复Internet原有结构，必须过渡到IPv6解决地址短

缺的问题为什么IPv6还未大规模使用，一些反对者的说法NAT喜好者:NAT比过渡到IPv6便宜而且容易地址不会这么快耗尽，至少可以支撑到2010，甚至2020年60HowSoon?IPv4地址何时耗尽?NAT可以保证地址永远够用，但是降低整个网

络的互通性IPv6的部署宜早不宜迟对于指数增长的网络，问题拖得越久越难解决等两年就意味着问题的难度增长了4倍61小结基于分组交换的IP结构使网络的持续增长成为可能Internet需要过渡到IPv6以阻

止目前网络结构的破坏和保证将来的增长过渡到IPv6将会是困难和昂贵的，需要一个过程