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1、第三章 网络互连与Internet技术3.5 Internet技术3.5.1 Internet 的形成和发展nInternet的形成n形成阶段：n1969年分组交换网ARPAnet建成。n1974年TCP/IP协议诞生。n实用阶段：80年代后，NSFnet 诞生并取代了ARPAnetn商业化阶段：1994，NSF宣布不再给NSFnet的运行和维护以经费支持3.5 Internet技术nInternet的发展史n70s:started as a research project,56 kbps,100 computersn80-83:ARPANET and MILNET split,n85-86
2、:NSF builds NSFNET as backbone,links 6 Supercomputer centers,1.5 Mbps,10,000 computersn87-90:link regional networks,NSI(NASA),ESNet(DOE),DARTnet,TWBNet(DARPA),100,000 computersn90-92:NSFNET moves to 45 Mbps,16 mid-level networksn94:NSF backbone dismantled,multiple private backbonesnToday:backbones r
3、un at 2.5/10 Gbps,10s millions computers in 150 countries3.5 Internet技术近年来的发展(1991-2000)nNumber of Hosts on the Internet:Aug.1981 213Oct.1984 1,024Dec.1987 28,174 Oct.1990 313,000 Oct.1993 2,056,000Apr.1995 5,706,000Jul.1997 19,540,000Jul.2000 93,047,7853.5 Internet技术3.5 Internet技术nInternet的发展速度n是历史
4、上发展最快的一种技术n以商业化后达到 5000 万用户为例n电视用了13年，收音机用了38年，电话更长nInternet 从商业化后达到 5000 万用户用了4 年时间nInternet 正在以超过摩尔定理的速度发展3.5 Internet技术摩尔定律摩尔定律摩尔定律摩尔定律:CPUCPUCPUCPU性能性能性能性能18181818个月个月个月个月翻番翻番翻番翻番,10,10,10,10年年年年100100100100倍。倍。倍。倍。所有电子系统所有电子系统所有电子系统所有电子系统（包括电子通（包括电子通（包括电子通（包括电子通信系统，计算信系统，计算信系统，计算信系统，计算机）都适用机）都适
5、用机）都适用机）都适用光纤定律光纤定律光纤定律光纤定律：超摩尔定律超摩尔定律超摩尔定律超摩尔定律，骨干网带宽骨干网带宽骨干网带宽骨干网带宽9 9个个个个月月月月翻番，翻番，翻番，翻番，10101010年年年年10000100001000010000倍倍倍倍。带宽带宽带宽带宽需求呈超高速需求呈超高速需求呈超高速需求呈超高速增长的趋势增长的趋势增长的趋势增长的趋势迈特卡尔夫定迈特卡尔夫定迈特卡尔夫定迈特卡尔夫定律律律律:联网定律联网定律联网定律联网定律，网络价值随用户网络价值随用户网络价值随用户网络价值随用户数平方成正比。数平方成正比。数平方成正比。数平方成正比。未联网设备增加未联网设备增加未联网
6、设备增加未联网设备增加N N N N倍，效率增加倍，效率增加倍，效率增加倍，效率增加N N N N倍。倍。倍。倍。联网设备增加联网设备增加联网设备增加联网设备增加N N N N倍，倍，倍，倍，效率增加效率增加效率增加效率增加N N N N2 2 2 2倍倍倍倍Internet的发展的规律3.5 Internet技术网络带宽与网络带宽与CPU性能性能200020001998199819961996All OtherIPXTCP/IPTraffic RatiosSource:Gartner 1997Source:Gartner 1997100%100%90%90%80%80%70%70%60%60
7、%50%50%40%40%30%30%20%20%10%10%0%0%3.5 Internet技术Relative Relative UserUserPopulationPopulationMultimediaDynamic WWWStatic WWWFTP and TelnetE-Mail and NewsOther8%8%17%17%39%39%27%27%7%7%2%2%13%13%18%18%23%23%23%23%16%16%7%7%14%14%17%17%12%12%15%15%28%28%14%14%To Transactional Pages(Red)andTo Transac
8、tional Pages(Red)andAudio/Video Content(Purple)Audio/Video Content(Purple)100%100%80%80%60%60%40%40%20%20%0%0%200020001998199819961996Source:The Yankee Group,1996Source:The Yankee Group,19963.5 Internet技术Simple Video,MultimediaSimple Video,MultimediaBrowsing,PCM VoiceBrowsing,PCM VoiceIP,PCS,E-Mail,
9、IP,PCS,E-Mail,File TransferFile TransferPagingPagingVideo Conferencing,MPEG1 NTSC VideoVideo Conferencing,MPEG1 NTSC VideoTelnet,Telnet,VoIPVoIPISDN,ISDN,Frame RelayFrame RelayATM/POSATM/POST3/E3T3/E3T1/E1T1/E1New ModemNew ModemWireless WANWireless WANOld ModemOld Modem.004.004.0192.0192.0288.0288.1
10、28.1281.51.53 3155155Mb/sMb/sMinimum Bandwidth for Minimum Bandwidth for Application per UserApplication per UserVirtual Reality,Medical ImagingVirtual Reality,Medical Imaging3.5 Internet技术InternetData/Voice/Video Transport Convergence3.5 Internet技术nInternet的应用n在信息交流方面的应用n在教育方面的应用n在医疗方面的应用n在政府工作中的应用
11、n在商业领域的应用n在娱乐方面的应用3.5 Internet技术nShared access to computing resourcesntelnet(1970s)nShared access to data/filesnFTP,NFS,AFS(1980s)nCommunication medium over which people interactnemail(1980s),on-line chat rooms,instant messaging(1990s)naudio,video(1990s)nreplacing telephone network?nA medium for inf
12、ormation disseminationnUSENET (1980s)nWWW(1990s)nreplacing newspaper,magazine?naudio,video(1990s)nreplacing radio,CD,TV?3.5 Internet技术Internet提供的服务：提供的服务：nEverything is digital:voice,video,music,picturesnEverything is on-line:bank statement,medical record,books,airline schedule,weather,highway traff
13、ic,toaster,refrigerator nEveryone is connected:doctor,teacher,broker,mother,son,friends,enemies3.5 Internet技术当前的状况：nElectronic commercenvirtual enterprisenInternet entertainmentninteractive sitcomnWorld as a small villagencommunity organized according to interestsnenhanced understanding among divers
14、e groupsnElectronic democracynlittle people can voice their opinions to the whole worldnbridge the gap between information haves and have nosnElectronic terrorismnhacker can bring the whole world to its knee3.5 Internet技术Internet 的展望：3.5 Internet技术3.5.2 Internet 的特点和结构nInternet的特点n具有公平性。所有的子网的地位是平等的
15、n具有开放行。采用TCP/IP协议n入网方式灵活多样。可拨号、专线、无线上网n信息资源极为丰富。n安全性差。n资源分散。BackboneISPISP3.5 Internet技术Internet 的逻辑结构3.5 Internet技术Internet 的协议结构OSI Model3.5 Internet技术3.5 Internet技术TCP/IPModel3.5 Internet技术3.5.3 Internet 在中国的发展n中国科技网（CSTNET）n始建于1990年，主要为科研单位、科技管理部门、政府部门以及高新企业的研发提供服务n中国公用计算机互联网（CHINANET）n由邮电部1994年
16、投资建设，主要用于商业用途n中国教育与科研网（CERNET）n国家计委投资、教育部主持于1994年建设，主要目标是将全国的高校连接起来，为教育和科研服务n中国金桥信息网（CGBNET）n又叫国家公用经济信息通信网，由吉通公司主持建设n其他互联网。包括联通、网通、移动等n1992年美国政府的“国家信息基础设施 NII”n1993年西方七国的“全球信息基础设施 GII”n美国NII组成部分“高性能计算和通信 HPCC”nNGI 和 vBNSnInternet 2 和 AbilenenTransPAC、APAN、STAR TAPnCANARIE 和 CA*net3国际高速信息网络技术研究计划n美国总
17、统和副总统宣布启动NGI（1996.10.10）n保证美国的重要利益n保持技术领先，创造更多的就业和市场机会nNGI 的三个主要目标：n先进网络技术的实验研究n下一代网络测试床n革命性的应用n政府协调：计算机、信息和通信协调办公室 CCICn可访问的Web站点:www.ccic.gov;www.ngi.govnNGI 的进展：nNGI 实现计划（1998年2月）nNGI 概念文章（1997年7月）NGI：美国下一代 Internet研究计划NGI 目标 1：先进网络技术的实验研究n网络工程n规划和模拟；监视；集成；数据传递；n网络管理；动态和自适应的网络n服务质量（端到端）n服务质量体系结构；
18、允许控制，计费和优先权；n可观察和控制的API；Drill Down技术n安全n用户用安全和公平的方法服务网络资源；n优越的网络管理；网络内部的监视；n移动/远程访问；n公钥基础设施NGI 目标 2：下一代网络测试床n开发下一代网络测试床，用比现在Internet快100倍 以上的速度连接至少100个大学和国家研究实验室n以1997年1.54Mbps计，10个连接点速度达到比现在Internet快1000倍n端到端连接速度达到100Mbps1GbpsnNGI 目标2包括n高性能连接：开发广域网结构，用100+Mbps速度连接100个广域点n下一代网络技术和超高性能连接：开发超高速交换和传输技术
19、，用 1+Gbps速度连接10个以上的局域点n主要策略：协调建立一个高性能的协作网络n利用现有的网络试验床：vBNS,ESnet,NRENn评价标准：连接点的数量，端到端的性能n支持目标1的研究，支持目标3的应用NGI 目标 3：革命性的网络应用n开发今天Internet没有，对国家重要的网络应用n健康保健：远程医疗、紧急医疗响应支持n教育：远程教育、数字图书馆n科学研究：能源、地理系统、气象、生物n国家安全：高性能全球通信、先进的信息传播n环境：监测、预测、警告、响应n政府：传递政府服务和信息给公民和企业n突发事件：灾难响应、危机管理n设计和制造：制造工程n主要策略：重点研究基础性应用n分布
20、式计算应用、协同性应用Internet 2nUCAID（120多个大学会员）的一项研究计划University Corporation for Advanced Internet Developmentn形成大学试验网，开发下一代 Internet 技术和应用nIPv6，Multicasting，QOSn以竞争方式得到 NGI 计划的经费支持nNGI是政府计划，Internet 2 是大学合作计划n相互补充，相互依靠nInternet 2和 NGI的合作范围nNSF支持的 vBNSnInternet 2 将建立用于地区连接的gigaPoPnInternet 2 的许多网络应用开发由NGI支持n
21、Richer content through higher bandwidthnVideo,audionVirtual realitynDynamic not static nMore interactivity via minimal delaynReliable content delivery through quality of service modelInternet 2Advanced Internet Benefits：nDeliver qualitative and quantitative improvements in the conduct of:nResearchnT
22、eachingnLearningnRequire advanced networkingInternet 2 Internet2 Applications：nInteractive research and instructionnReal-time access to remote scientific instrumentsVirtual LaboratoriesVirtual LaboratoriesnReal-time access to remote instrumentsnUniversity of Pittsburgh,Pittsburgh Supercomputing Cent
23、er3-D Brain MappingnVideo and audionIndiana UniversityVariations ProjectDigital LibrariesDistributed ComputationnMulti-site databasesnOld Dominion University Chesapeake Bay Simulation我国的高速网络研究计划n国家“九五”、“十五”科技攻关项目n国家 863 高技术研究发展计划n863计算机主题，863通信主题n中国高速信息示范网络 CAINONET（863-300）n国家“十五”863高技术研究发展计划n中国高速互
24、连网络示范工程 CAINETn中科院、上海市、广电部、铁道部联合建设n中国高速计算机互连试验网络 NSFCNETn国家自然科学基金会nCERNET 2000（高速网络）工程n面向 21世纪中国教育振兴计划：现代远程教育工程 北北 大大 清清 华华GSR12012GSR12008POS OC-48GEDPT Ring 北北 航航GSR12008 北北 邮邮GSR12008 基基 金金委委GSR12008 中中 科科 院院GSR12008CERNETCSTNETAPAN/STAR中国高速信息示范网中国高速信息示范网中国高速信息示范网中国高速信息示范网IP/SDH/DWDMIP/SDH/DWDM地区
25、地区地区地区A AOXCOXC节点节点节点节点A1A1OADMOADM节点节点节点节点A3A3OADMOADM节点节点节点节点A2A2CRCRSDHSDHUASUASPSTNPSTNADSLADSL地区地区地区地区B BOXCOXC节点节点节点节点B1B1SDHSDHOADMOADM节点节点节点节点B3B3ADMADMUASUASERERLANLANOADMOADM节点节点节点节点B2B2地区地区地区地区C COXCOXC节点节点节点节点C1C1OADMOADM节点节点节点节点C2C2OADMOADM节点节点节点节点C3C3OADMOADM节点节点节点节点C4C4TMTMERERLANLANE
26、RERL LA AN NL LA AN NERERCRCRCRCR中国高速信息示范网中国高速信息示范网中国高速信息示范网中国高速信息示范网 CAINONetCAINONet示意图示意图示意图示意图PSTNPSTNATMATM设备设备设备设备ATMATM设备设备设备设备TMTMTMTMATMATM设备设备设备设备ATMATM设备设备设备设备ADMADM机会和挑战并存，挑战大于机会n知识经济：机会和挑战并存，挑战大于机会nInternet、高速信息网络是国家信息基础设施的主要部分，具有重要的战略地位n要特别重视网络基础理论和关键技术的研究n优先发展以Internet、高速信息网络及其应用为主的我国
27、信息产业n建立平等开放的市场竞争机制是Internet、高速信息网络及其应用发展的重要条件3.6 TCP/IP协议3.6.1 TCP/IP的分层结构应用层应用层传输层传输层网间网络层网间网络层数据链路层数据链路层物理层物理层n网络接口层n包括各种逻辑链路控制协议和介质访问控制协议n网间网络层n简称网络层，又称互联层，主要协议为IP协议、RARP/ARP协议、ICMP协议、IGMP协议n传输层n提供端端的通信，主要的协议为TCP协议、UDP协议n应用层n主要的协议包括FTP、TELNET、DNS、SMTP协议等3.6 TCP/IP协议3.6.2 TCP/IP中的地址3.6 TCP/IP协议n物理
28、地址nMAC地址，网卡中的物理地址nIP地址n逻辑地址，用于统一标识网络中的主机n端口地址n对应于具体的应用服务3.6 TCP/IP协议Relation-ship of layers and addresses in TCP/IP3.6 TCP/IP协议3.6 TCP/IP协议物理地址Most local area networks use a 48-bit(6 bytes)physical address written as 12 hexadecimal digits,with every 2 bytes separated by a hyphen as shown below:3.6 T
29、CP/IP协议07-01-02-01-2C-4BA 6-byte(12 hexadecimal digits)physical addressIP地址地址3.6 TCP/IP协议An Internet address(in IPv4)is 32 bits in length,normally written as four decimal numbers,with each number representing 1 byte.The numbers are separated by a dot.Below is an example of such an address.3.6 TCP/IP
30、协议202.205.216.160端口端口地址地址3.6 TCP/IP协议3.6 TCP/IP协议A port address is a 16-bit address represented by one decimal number as shown below.Port：753 A 16-bit port address3.6 TCP/IP协议3.6.3 IP地址n nAn IP address is a 32-bit addressAn IP address is a 32-bit addressn nThe IP addresses are uniqueThe IP addresses
31、 are uniquen nThe address space of IPv4 is 2The address space of IPv4 is 23232 or or 4,294,967,2964,294,967,2963.6 TCP/IP协议IP地址的表示方法n n二进制的表示方法二进制的表示方法n如：01110101 10010101 00011101 11101010n n整数的表示方法整数的表示方法n n如：如：3.6 TCP/IP协议n n十六进制的表示方法十六进制的表示方法n如：0111 0101 1001 0101 0001 1101 1110 101075 95 1D EA0
32、 x75951DEAn n三种表示方法之间是可以相互转换的三种表示方法之间是可以相互转换的3.6 TCP/IP协议IP地址被分为五类3.6 TCP/IP协议n nA A类地址用于有大量主机的超大型网络类地址用于有大量主机的超大型网络n nB B类地址用于有很多的大型或中型网络类地址用于有很多的大型或中型网络n nC C类地址用于主机数量不多的小型网络类地址用于主机数量不多的小型网络n nD D类地址用于多目的地址广播传递类地址用于多目的地址广播传递n nE E类地址保留，主要用于研究和实验类地址保留，主要用于研究和实验5种IP地址的用途3.6 TCP/IP协议查找地址的过程：3.6 TCP/I
33、P协议3.6 TCP/IP协议主机的IP地址：包括网络标识号和主机标识号两部分3.6 TCP/IP协议A类地址空间类地址空间Millions of Millions of class A class A addresses addresses are are wastedwasted3.6 TCP/IP协议B类地址空间类地址空间Many class Many class B addresses B addresses are wastedare wastedC类地址空间类地址空间The number of The number of addresses in addresses in a cl
34、ass C block a class C block is smaller than is smaller than the needs of the needs of most most organizations.organizations.3.6 TCP/IP协议3.6 TCP/IP协议Class E addresses are reserved for special Class E addresses are reserved for special purposes;most of the block is wasted.purposes;most of the block is
35、 wasted.Class E addresses are reserved for special Class E addresses are reserved for special purposes;most of the block is wastedpurposes;most of the block is wasted3.6 TCP/IP协议特殊的IP地址Special AddressNetidHostid Source or DestinationNetwork addressSpecificAll 0sNoneDirect broadcast addressSpecificAl
36、l 1sDestinationLimited broadcast addressAll 1sAll 1sDestinationThis host on this networkAll 0sAll 0sSourceSpecific host on this networkAll 0sSpecificDestinationLoopback address127AnyDestination3.6 TCP/IP协议Network address3.6 TCP/IP协议Direct broadcast address3.6 TCP/IP协议Limited broadcast address3.6 TCP
37、/IP协议This host on this network3.6 TCP/IP协议Specific host on this network3.6 TCP/IP协议Loopback addressPrivate AddressesA number of blocks in each class are assigned for private use.They are not recognized globally.3.6 TCP/IP协议3.6 TCP/IP协议ClassNetidTotalA10.0.01B172.16 To 172.31 16C192.68.0 TO 192.68.25
38、5256Private Addresses3.6 TCP/IP协议多地址的主机A mask is a 32-bit binary number that gives the first address in the block(the network address)when bitwise ANDed with an address in the block.3.6 TCP/IP协议子网掩码3.6 TCP/IP协议工作原理3.6 TCP/IP协议The network address is the beginning The network address is the beginning
39、address of each block.It can be found address of each block.It can be found by applying the default mask toby applying the default mask toany of the addresses in the block any of the addresses in the block(including itself).(including itself).It retains the It retains the netidnetid of the block of
40、the block and sets the and sets the hostidhostid to zero to zero3.6 TCP/IP协议掩码的作用Given the address 201.180.56.5 and the class C default mask,find the beginning address(network address).The default mask is 255.255.0.0,which means that the first 2 bytes are preserved and the other 2 bytes are set to 0s.The network address is 132.6.0.0.3.6 TCP/IP协议例如：