计算机网络原理与实用技术 陈涛 华中科技大学公共管理学院 2009年2月.

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1 计算机网络原理与实用技术 陈涛 华中科技大学公共管理学院 2009年2月

2 Importance of this course
Survey in class： 比尔·盖茨：互联网将改变人类生活的方方面面。 Opinions 2

3 Some famous people 开发信息资源， 服务四化建设。 1984年9月 为《经济参考》题词

4 Some famous people 四个现代化，哪一化 也离不开 信息化。 1991年 4

5 Some famous people 2000年10月9日（关于制定 “十五” 计划建议的说明）
新的历史机遇，使我们可以把工业化与信息化结合起来，以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现生产力跨越式发展。 我们讲抓住机遇，很重要的就是要抓住信息化这个机遇 。 十五、十一五 5

6 Some famous people 科学发现正在为技术创新和生 产力发展开辟更加广阔的道路，科技 成果产业化周期缩短，技术更新速度
越来越快，以信息科技、生物科技为 主要标志的高技术及其产业快速发展，不断创造出新的科技制高点和经济增长点，成为科技创新和先进生产力的集中体现，成为推动经济社会发展的强大动力。 ----胡锦涛在两院院士大会上的讲话 院士 会议 6

7 大思路 广度 高度 大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。
《十五规划建议》 大思路 广度 高度 大力推进国民经济和社会信息化，是覆盖现代化建设全局的战略举措。 以信息化带动工业化，发挥后发优势，实现社会生产力的跨越式发展。 信息产业部 大部制 投资 7

8 课程相关信息 Instructor: CHEN TAO
Office: 550, SCHOOL OF PUBLIC ADMINISTRATION Web site:

9 课程相关信息 参考教材: 计算机网络原理与实用技术（第2版），高阳，2005，电子 工业出版社

10 课程相关信息 课时安排: 课堂教学 28学时 实践教学 20学时 考试安排: 平时成绩 ％ 考试成绩 ％ 上机成绩 ％

11 教学内容 章节 周次 日期 第1章 计算机网络概论 第2章 数据通信 第3章 局域网 第4章 网络互联与广域网 第5章 Internet
第6章 Intranet与Extranet 第7章 网络管理 第8章 网络安全 第9章 网络数据管理 第10章 网络操作系统 第11章 网络设计与案例分析

12 第1章 计算机网络概论 1.1 计算机网络发展概述 1.2 计算机网络的组成与功能 1.3 计算机网络的类型 1.4 计算机网络体系结构与协议 1.5 计算机网络技术发展趋势

13 1.1 计算机网络发展概述 1.1.1 计算机网络 1.1.2 计算机网络的演变和发展 1.1.3 信息社会对网络技术的挑战
1.1 计算机网络发展概述 1.1.1 计算机网络 1.1.2 计算机网络的演变和发展 1.1.3 信息社会对网络技术的挑战 1.1.4 信息高速公路必将加速网络技术的进一步发展

14 1.1.1 计算机网络 计算机网络是现代计算机技术和通信技术密切结合的产物， 是随社会对信息的共享和信息传递的要求而发展起来的。
所谓的计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不 同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的 网络软件，如网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系 统等来实现网络中信息传递和资源共享的系统。这里所谓功 能独立的计算机系统，一般指有CPU的计算机。 1946年，第一台计算机的出现，电子管－晶体管－中小规模集成电路计算机－大规模集成电路，微处理器（约1973） ENIAC 30吨 通信技术的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶段。第二阶段是电通信阶段。1937年，莫 尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1876年，贝尔发明电话机。这样，利 用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进 程。1895年，马可尼发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。第 三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看，通信技术实际上就是通信系统和通 信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施，而通信网是由许多通信 系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。

15 美国军方 导弹的研制 计算弹道 30吨 1946: 世界上第一台计算机 Eniac

16 美国军方 导弹的研制 计算弹道 30吨 通信技术的发展

17 1.1.2 计算机网络的演变和发展 1． 联机系统 所谓联机系统，即以一台中央主计算机连接大量在地理上处于 分散位置的终端。所谓终端通常指一台计算机的外部设备，包括 显示器和键盘，无中央处理器（CPU，Central Processing Unit） 和内存。 随着连接的终端数增加，为了减轻中心计算机的负担，在通信 线路和中心计算机之间设置了一个前端处理机FEP（Front End Processor）或通信控制器CCU（Communication Control Unit）， 专门负责与终端之间的通信控制，出现了数据处理与通信控制的 分工，以便更好地发挥中心计算机的处理能力。如图1.1所示的远 程联机系统 。

18 1.1.2 计算机网络的演变和发展 图1.1 单计算机为中心的远程联机系统

19 1.1.2 计算机网络的演变和发展 2. 计算机互联网络 20世纪60年代中期开始，出现了若干个计算机互连系统， 开创了计算机——计算机通信的时代。随后各大计算机公司 都陆续推出了自己的网络体系结构，以及实现这些网络体系 结构的软件硬件产品。 但这些网络也存在不少弊端，主要问题是各厂家提供的网 络产品实现互连十分困难。这种自成体系的系统称为“封闭” 系统。因此，人们迫切希望建立一系列的国际标准，渴望得 到一个“开放”系统，这正是推动计算机网络走向国际标准 化的一个重要因素。

20 1.1.2 计算机网络的演变和发展 第二阶段典型的计算机网络如图1.2所示。这一阶段计算机 网络的主要特点是：资源的多向共享、分散控制、分组交换、 采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议，这些特点往 往被认为是现代计算机网络的典型特征。但这个时期的网络 产品彼此之间是相互独立的，没有统一标准。

21 1.1.2 计算机网络的演变和发展 Arpanet网 图1.2 以多计算机为中心的网络逻辑结构图

22 1.1.2 计算机网络的演变和发展 3. 标准化网络 20世纪70年代中期，计算机网络开始向体系结构标准化的 方向迈进，即正式步入网络标准化时代。 20世纪80年代,随着微机的广泛使用,局域网获得了迅速发 展。美国电气与电子工程师协会（IEEE）为了适应微机、个 人计算机（PC）以及局域网发展的需要,于1980年2月在旧 金山成立了IEEE802局域网络标准委员会,并制定了一系列局 域网络标准。在此期间,各种 局域网大量涌现。 这一阶段典型的标准化网络结构如图1.3所示，通信子网的 交换设备主要是路由器和交换机。

23 1.1.2 计算机网络的演变和发展 路由器 交换机 图1.3 标准化网络结构示意图

24 1.1.2 计算机网络的演变和发展 4. 网络互连与高速网络
进入20世纪90年代，随着计算机网络技术的迅猛发展， 特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII（NII， National Information Infrastructure）后，全世界许多国家纷 纷制定和建立本国的NII，从而极大的推动了计算机网络技术 的发展。使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机 网络互连与高速网络阶段。 目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经 形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。 网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络，如图 1.4所示。 图：因特网上互连的计算机数量

25 1.1.2 计算机网络的演变和发展 图1.4 网络互连与高速网络的基本模型

26 1.1.3 信息社会对网络技术的挑战 在信息社会，人们的工作、生活、学习和娱乐在很大程度 上将不再受地理环境的限制，而大部分可在家庭进行，也即 人们的就业方式、生产方式、工作方式、学习方式以至生活 方式将发生深刻变化。光纤、数据通信、卫星通信和移动通 信等现代信息技术将使世界范围内的交流变得更加方便更加 容易，真正实现所谓天涯若比邻。 应该看到，信息社会对网络技术提出了新的挑战、新的要 求，特别是业务量的增长、网络站点数的扩大、以及多媒体 的应用，要求网络的规模更大、带宽更宽、速率更高。

27 1.1.4 信息高速公路必将加速网络技术的发展 1993年9月，美国克林顿政府做出了一项重大决策，即放弃已 经花费300亿美元的星球大战计划，终止拟投入80～120亿美元 的超导对撞机计划，放慢航天计划步伐，推出一项举世瞩目的高 科技项目——国家信息基础设施，也被称为信息高速公路计划。 信息高速公路是“网络的网络”，是一个由许多客户机/服务器 和同等层与同等层组成的大规模网络，它能以每秒数兆位、数十 兆位、甚至数千兆位的速率在其主干网上传输数据。

28 1.2 计算机网络的组成与功能 1.2.1 计算机网络的组成 1.2.2 计算机网络的功能

29 1.2.1 计算机网络的组成 一般而论，计算机网络有三个主要组成部分：若干个主 机，它们各为用户提供服务；一个通信子网，它主要由结点 交换机和连接这些结点的通信链路所组成；一系列的协议。 为了便于分析，按照数据通信和数据处理的功能，一般 从逻辑上将网络分为通信子网和资源子网两个部分。如图 1.5所示。

30 1.2.1 计算机网络的组成 图1.5 计算机网络

31 1.2.1 计算机网络的组成 1．通信子网 通信子网由通信控制处理机（CCP）、通信线路与其他通信设 备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。 通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点。它一方面 作为与资源子网的主机、终端连结的接口，将主机和终端连入网 内；另一方面它又作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分 组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机报文准确发 送到目的主机的作用。目前通信控制处理机一般为路由器和交换 机。 通信线路为通信控制处理机与通信控制处理机、通信控制处理 机与主机之间提供通信信道。

32 1.2.1 计算机网络的组成 2．资源子网 资源子网主要包括实现网络资源共享的计算机与终端。资源 子网实现全网的面向应用的数据处理和网络资源共享，它由各 种硬件和软件组成。 主机Host。它是资源子网的主体，装有本地操作系统、网络操作系统、数据库、用户应用系统等软件。 终端设备。它是用户与网络之间的接口，用户通过网络终端取得网络服务。 网络操作系统。它是建立在各主机操作系统之上的一个操作系统，用于实现不同主机之间的用户通信。 网络数据库。它是建立在网络操作系统之上的一种数据库系统。 应用系统。它是建立在上述部件基础的具体应用，以实现用户的需求。

33 1.2.1 计算机网络的组成 图1.6 主机操作系统、网络操作系统、网络数据库系统之间的关系
图1.6中表示了主机操作系统、网络操作系统和网络数据库 系统之间的关系。 图1.6 主机操作系统、网络操作系统、网络数据库系统之间的关系

34 1.2.1 计算机网络的组成 3. 现代网络结构的特点 在现代的广域网结构中，随着使用主机系统用户的减少， 资源子网的概念已经有了变化。目前，通信子网由交换设备 与通信线路组成，它负责完成网络中数据传输与转发任务。 交换设备主要是路由器与交换机。 另外，从组网的层次角度看网络的组成结构，也不一定再 是一种简单的平面结构，而可能变成一种分层的立体结构。 图1.7所示的是一个典型的三层网络结构。

35 1.2.1 计算机网络的组成 图1.7 层次型网络组成

36 1.2.2 计算机网络的功能 1．数据通信 这是计算机网络最基本的功能，也是实现其他功能的基础。 数据通信功能包含以下几项具体内容：
连接的建立和拆除 数据传输控制 差错检测 流量控制 路由选择 多路复用

37 1.2.2 计算机网络的功能 2．资源共享 3．负荷均衡和分布处理
计算机网络中的资源可分为数据、软件、硬件三类。相应 地，资源共享也分为以下三类： 数据共享 软件共享 硬件共享 3．负荷均衡和分布处理 负荷均衡 分布处理

38 1.2.2 计算机网络的功能 4．提高系统的安全可靠性 计算机通过网络中的冗余部件可大大提高可靠性，例如在 工作过程中，一台机器除了故障，可以使用网中的另一台机 器；网中一条通信线路出了故障，可以取道另一条线路，从 而提高了网络整体系统的可靠性。

39 1.3 计算机网络的类型 1.3.1 按网络拓扑结构分类 1.3.2 按网络控制方式分类 1.3.3 按网络规模分类
1.3 计算机网络的类型 1.3.1 按网络拓扑结构分类 1.3.2 按网络控制方式分类 1.3.3 按网络规模分类 1.3.4 按通信传输方式分类 1.3.5 按网络配置分类 1.3.6 其他分类方式

40 1.3.1 按网络拓扑结构分类 拓扑结构一般指点和线的几何排列或组成的几何图形。计 算机网络的拓扑结构是指一个网络的通信链路和结点的几何 排列或物理布局图形。链路是网络中相邻两个结点之间的物 理通路，结点指计算机和有关的网络设备，甚至指一个网络。 按拓扑结构，计算机网络可分为以下五类。

41 1.3.1 按网络拓扑结构分类 1．星形网络 星形拓扑是由中央结点为中心与各结点连接组成的，多 结点与中央结点通过点到点的方式连接，拓扑结构如图1.8 （a）所示。 图1.8 星形和树形网络拓扑

42 1.3.1 按网络拓扑结构分类 它具有以下特点： 网络结构简单，便于管理。 控制简单，建网容易。 网络延迟时间较短，误码率较低。
网络线路共享能力较差。 通信线路利用率不高。 中央结点负荷太重。 网络可靠性低。

43 1.3.1 按网络拓扑结构分类 2．树形网络 树形网络是将多级星形网络按层次方式排列得到的网络， 其拓扑结构如图1.8（b）所示。
图1.8 星形和树形网络拓扑

44 1.3.1 按网络拓扑结构分类 图1.9 某大学校园网结构示意图

45 1.3.1 按网络拓扑结构分类 特点： 结构简单，成本低。 每个链路都支持双向传输。 结点扩充方便灵活。
除叶结点及其相连的链路外，任何一个结点或链路产生的故障都会影响整个网络。 星形和树形网络是LAN中最常见的实现形式。

46 1.3.1 按网络拓扑结构分类 3．总线形网络 由一条高速公用总线连接若干个结点所形成的网络即为总 线形网络，拓扑结构如图1.10（a）所示。 图1.10 总线形和环形网络拓扑

47 1.3.1 按网络拓扑结构分类 特点： 结构简单灵活，便于扩充。 信道利用率高。 传输速率高。 可靠性不高。 产生冲突问题。

48 1.3.1 按网络拓扑结构分类 4．环形网络 环形网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环 形通信线路中，环上任何结点均可请求发送信息，拓扑结构 如图1.10（b）所示。 图1.10 总线形和环形网络拓扑

49 1.3.1 按网络拓扑结构分类 特点： 大大简化了路径选择的控制。 可靠性高。 结点过多时，网络响应时间长。
网络确定时，其延时固定，实时性强。

50 1.3.1 按网络拓扑结构分类 图1.11 某大学主干网

51 1.3.1 按网络拓扑结构分类 5．网状形网 网状形网是广域网中最常采用的一种网络形式。拓扑结构 如图1.12所示。
图1.12 网状形网络拓扑结构

52 1.3.1 按网络拓扑结构分类 特点： 网络可靠性高。 可扩充性好。 网络可建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率。

53 1.3.1 按网络拓扑结构分类 以上介绍了五种基本的网络拓扑结构，事实上以此为基础， 还可构造出一些复合型的网络拓扑结构。例如，中国教育科 研计算机网络（CERNET）可认为是网状形网、树形网和环 形网的复合，如图1.13所示。其主干网为网状形结构，连接 的每一所大学大多是树形结构或环形结构。

54 1.3.1 按网络拓扑结构分类 图1.13 中国教育科研计算机网络拓扑图

55 1.3.2 按网络控制方式分类 1. 集中式计算机网络 2. 分布式计算机网络
这种网络的处理和控制功能都高度集中在一个或少数几个 结点上，所有的信息流都必须经过这些结点之一。因此，这 些结点是网络的处理和控制中心，其余的大多数结点则只有 较少的处理和控制功能。 2. 分布式计算机网络 在这种网络中，不存在一个处理和控制中心，网络中任一 结点都至少和另外两个结点相连接，信息从一个结点到达另 一结点时，可能有多条路径。

56 1.3.3 按网络规模分类 1. 局域网 一般用微机通过高速线路相连，作用范围通常在10公里以内， 一般是一幢楼房或一个单位。 2. 城域网 作用范围介于广域网和局域网之间，通常为数十至数百公里。 3. 广域网 又称远程网，作用范围通常为几十到几千公里。CHINADDN， CHINAGBN，CERNET以及覆盖全球的Internet均是广域网。

57 1.3.4 按通信传输方式分类 1．点到点信道 2．广播信道
网络中的每两台主机、两台结点交换机之间或主机与结 点交换机之间都存在一条物理信道。 2．广播信道 所有主机共享一条信道，某主机发出的数据，其他主机 都能收到。

58 1.3.5 按网络配置分类 1．同类网 2．单服务器网 3．混合网
如果在网络系统中，每台机器既是服务器，又是工作站， 那这个网络系统就是同类网，也称对等网络（Peer-to-peer Network）。 2．单服务器网 单服务器网指只有一台机器作为整个网的服务器，其他机 器全部都是工作站。 3．混合网 如果网络中的服务器不只一个，同时又不是每个工作站都 可以当作服务器来使用，那么这个网就是混合网。 服务器与工作站的区别

59 1.3.6 其他分类方式 （1） 按网络传输信息采用的物理信道来分类，可划分为 有线网络和无线网络。
（2）按通信速率的不同来分类，可划分为低速网络（数 据传输速率在1.5Mbps以下的网络系统）、中速网络（数据 传输速率在50Mbps以下的网络系统）、高速网络（数据传 输速率在50Mbps以上的网络系统）。

60 1.3.6 其他分类方式 （3）按使用范围的大小分类，可分为公用网和专用网。 其中专用网络根据网络环境又可细分为部门网络、企业网络、 校园网络三种。 （4）按传输的信号分类，可分为数字网和模拟网。 （5）按采用的网络操作系统分类，可分为Novell网、 Windows NT网、Windows 2000 Server网、Unix网、Linux 网等。

61 1.4 计算机网络体系结构与协议 1.4.1 引言 1.4.2 网络系统的体系结构 1.4.3 网络系统结构参考模型ISO/OSI
1.4 计算机网络体系结构与协议 1.4.1　引言 1.4.2　网络系统的体系结构 1.4.3　网络系统结构参考模型ISO/OSI 1.4.4　TCP/IP协议 1.4.5　OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较

62 1.4.1 引言 为了对体系结构与协议有一个初步了解，我们先分析一下 实际生活中的邮政系统，如图1.14所示。 图 邮政系统分层模型

63 1.4.2 网络的体系结构 1. 层次结构 人类思维能力不是无限的，如果同时面临的因素太多，就 不可能做出精确的思维。处理复杂问题的一个有效方法，就 是用抽象和层次的方式去构造和分析。 同样，对于计算机网络这类复杂的大系统，亦可如此。如 图1.15所示，可将一个计算机网络抽象为若干层。其中，第 n层是由分布在不同系统中的处于第n层的子系统构成。

64 1.4.2 网络的体系结构 每个层次的功能，层次无关性 图1.15 网络层次结构

65 1.4.2 网络的体系结构 2. 网络协议 网络协议是指在计算机网络中，各计算机之间或计算机 与终端之间在有关信息传输顺序、信息格式和信息内容等方 面的一组约定或规则。它由三个要素组成： 语义。指构成协议的协议元素含义的解释，如在基本型数据链路控制协议中，SOH的语义表示报头开始，ETX表示正文结束。 语法。指用于规定将若干个协议元素组合在一起表达一个更完整的内容时所应遵循的格式。 规则。规定事件的执行顺序。

66 1.4.2 网络的体系结构 3.网络体系结构 计算机网络的层次及其协议的集合，即网络的体系结构。 具体而言是关于计算机网络应设置哪几层，每层应提供哪些 功能的定义。至于这些功能应如何实现，则不属于网络体系 结构部分。

67 1.4.3 网络系统结构参考模型ISO/OSI 1. 有关标准化组织
为确保发送方和接受方能彼此协调，若干标准化组 织促进了通信标准的开发，先简单介绍5个这种组织： ANSI、ITU(CCITT)、EIA、IEEE和ISO。 ANSI：美国国家标准协会（American National Standard Institute） ITU：国际电信联盟（International Telecommunication Union） EIA：电子工业协会（Electronic Industries Association） IEEE：电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers） ISO：国际标准化组织（International Standard Organization） ISO简介

68 1.4.3 网络系统结构参考模型ISO/OSI 2．开放系统互连参考模型的制定
国际标准化组织信息处理系统技术委员会（ISO TC97）于 1978年为开放系统互连建立了分委员会SC16,并于1980 年 12月发表了第一个开放系统互连参考模型（OSI/RM：Open Syterms Interconnection/Reference Model）的建议书,1983 年它被正式批准为国际标准，即著名的0SI7498国际标准。 通常人们也将它称为OSI参考模型，并记为OSI/RM，有时简 称为 OSI。我国相应的国家标准是GB 9398。

69 1.4.3 网络系统结构参考模型ISO/OSI 3. OSI的七层体系结构

70 1.4.3 网络系统结构参考模型ISO/OSI 图1.16 OSI网络系统结构参考模型及协议

71 1.4.4 TCP/IP协议 1．TCP/IP协议分层 前已介绍，OSI模型最基本的技术就是分层，TCP/IP也采 用分层体系结构，每一层提供特定的功能，层与层间相对独 立，因此改变某一层的功能就不会影响其他层。这种分层技 术简化了系统的设计和实现，提高了系统的可靠性及灵活性。 TCP/IP也采用分层体系结构，共分四层，即网络接口层、 Internet层、传输层和应用层。每一层提供特定功能，层与 层之间相对独立，与OSI七层模型相比，TCP/IP没有表示层 和会话层，这两层的功能由应用层提供，OSI的物理层和数 据链路层功能由网络接口层完成。TCP/IP参考模型及协议族 如图1.17所示。

72 1.4.4 TCP/IP协议 图1.17 TCP/IP参考模型

73 1.4.4 TCP/IP协议 2. TCP/IP协议简介 TCP/IP的最高层是应用层。在这层中有许多著名协议， 如远程登录协议Telnet，文件传输协议FTP，简单邮件传送 协议SMTP等。 在往下的一层是TCP/IP的传输层，也叫主机到主机层。 这一层可使用两种不同的协议：一种是面向连接的传输控制 协议（TCP, Transmission Control Protocol），另一种是无 连接的用户数据报协议（UDP, User Data Protocol）。传输 层传送的数据单位是报文（message）或数据流（stream）。 报文也常称为报文段（segment）。

74 1.4.4 TCP/IP协议 传输层下面的是TCP/IP的互连层，其主要的协议就是无 连接的网络互连协议（IP, Internet Protocol）。该层传送的 数据单位是分组（packet）。与IP协议配合使用的还有三个 协议，那就是Internet控制报文协议（ICMP, Internet Control Message Protocol）、地址解析协议（ARP, Address Resolution Protocol）和逆地址解析协议（RARP, Reverse Address Resolution Protocol）。有关TCP/IP的详细内容将 在第5章作介绍。

75 1.4.5 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较
当然,除了一些基本的相似之处以外, 这两个模型之间也存 在着许多差异。 两个模型在层的数量上有明显的差别:OSI模型有七层,而 TCP/IP协议模型只有四层。 相对而言,TCP/IP协议要简单得多,ISO/OSI 协议在数量上 也要远远大于 TCP/IP 协议。

76 1.5 计算机网络技术发展趋势

77 1.5 计算机网络技术发展趋势 人们常用C&C（computer and communication）来描述计算 机网络，但从系统的观点看，这还很不够。固然计算机和通 信系统是计算机网络中非常重要的基本要素，但计算机网络 并不是计算机和通信系统的简单结合，也不是计算机或通信 系统的简单扩展或延伸，而是融合了信息采集、存储、传输、 处理和利用等一切先进信息技术，是具有新功能的新系统。 因此，对于现代计算机网络的研究和分析，应该特别强调 “计算机网络是系统”的观点，站在更高的高度来重新认识 计算机网络结构、性能及网络工程技术和网络实际应用中的 重要问题，便于把握计算机网络的发展趋势。

78 1.5 计算机网络技术发展趋势 1. 计算机网络的支撑技术 从系统的观点看，计算机网络是由单个结点和连结这些结 点的链路所组成。
单个结点主要是连入网内的计算机以及负责通信功能的结 点交换机、路由器，这些设备的物理组成主要是集成电路， 而集成电路的一个重要支撑就是微电子技术。 网络的另一个组成部分就是通信链路，负责所有结点间的 通信，通信链路的一个重要支撑就是光电子技术。为了对计 算机网络的发展有所把握，我们首先要对计算机网络的两个 重要的支撑技术，即微电子技术和光电子技术做深入探讨。

79 1.5 计算机网络技术发展趋势 微电子技术的发展是信息产业发展的基础，也是驱动信息 革命的基础。其发展速度是惊人的，可用摩尔定理来预测， 微电子芯片的计算功能每18个月提高一倍。这一发展趋势到 2010年趋于成熟，那时芯片最多可包含1010个元件，理论上 的物理极限是每个芯片可包含1011个元件。对于典型的传统 逻辑电路，每个芯片可包含的元件数少于108到109个。每个 芯片的实际元件数可能因经济上的限制而低于物理上的极限 值。

80 1.5 计算机网络技术发展趋势 自1980年以来，微处理器的速度一直以每5年10倍的速度增长。 PC的处理能力在2000年达103MIPS（Million Instructions Per Second） ，预测在2011可达105MIPS。 Metcalfe定理用于预测网络性能的增长，该定理预测网络性能 的增长是连到网上PC的能力的平方。这表示网络带宽的增长率 是每年3倍。不久的将来会出现每秒1015位的网络频宽需求。

81 1.5 计算机网络技术发展趋势 驱动信息革命的另一个支撑技术是光电子技术。光电子技术是一个 较为庞大的领域，可应用于信息处理的各个环节，这里我们讨论的是 在信息传输中的光电子技术——光纤通信。 评价光纤传输发展的标准是传输的比特率和信号需要再生前可传输 的距离的乘积，在过去10年间，该性能每年翻一番，这种增长速度可 望持续10到15年。 第一代光纤传输使用0.8μm波长的激光器，传输速率可达280Mbps。 第二代使用1.3μm波长的激光器和单模光纤，传输速率可达560Mbps。 第三代使用单频1.5μm波长的激光器和单模光纤。目前使用的第四代采 用光放大器，数据传输率可达10G～20Gbps。

82 1.5 计算机网络技术发展趋势 2. 计算机网络的关键技术
上面我们从系统物理组成的角度分析了计算机网络的发展 趋势，下面我们再从系统的层次结构对计算机网络做一分析。 计算机网络架构的发展方向将是IP技术+光网络，光网络将 会演进为全光网络。 目前比较关键的技术主要有软交换技术、IPv6技术、光交 换与智能光网络技术、宽带接入技术、3G以上的移动通信系 统技术等。

83 1.5 计算机网络技术发展趋势 （1）软交换技术 为了把服务控制功能和网络资源控制功能与传送功能完全 分开，需要应用软交换技术。根据新的网络功能模型分层， 计算机网络将分为接入与传输层，媒体层，控制层，业务／ 应用层（也叫网络服务层）四层，从而可对各种功能作不同 程度的集成。

84 1.5 计算机网络技术发展趋势 （2）IPv6技术 未来的计算机网络是基于IPv6技术的网络。现有的IPv4技 术在地址空间方面有很大的局限性，已成为网络发展的最大 障碍。 目前我们使用的第二代互联网IPv4技术，核心技术属于美 国。它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，编址 1600万个网络、40亿台主机，目前的IP地址近乎枯竭。 此外，IPv4在服务质量，传送速度，安全性，支持移动性 与多播等方面也有局限性，这些局限性妨碍着网络的发展， 使许多服务与应用难以开展。

85 1.5 计算机网络技术发展趋势 （3）光交换与智能光网络技术
尽管波分复用光纤通信系统有巨大的传输容量，但它只提 供了原始带宽，还需要有灵活的光网络节点实现更加有效与 更加灵活的组网能力。 当前组网技术正从具有上下光路复用(OADM)和光交叉连 接(OXC)功能的光联网向由光交换机构成的智能光网络发展： 从环形网向网状网发展；从光——电——光交换向全光交换 发展。即在光联网中引入自动波长配置功能，也就是自动交 换光网络(ASON)，使静态的光联网走向动态的光联网。 智能光网络是指一种具有灵活性、高可扩展性的，能直接 在光层上按需提供服务的光网络基础设施。

86 1.5 计算机网络技术发展趋势 （4）宽带接入技术 计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带服务 与应用才有可能开展。因为只有接入网的带宽瓶颈问题被解 决后，核心网和城域网的容量潜力才能真正发挥。尽管当前 宽带接入技术有很多种，但只要不和光纤或光结合的技术， 就是过渡的技术，而不是下一代网络应用的技术。目前光纤 到户（FTTH）的成本已下降至每户100～200美元，即将为 多数用户接受。其中有两个新技术发展较快，一个是基于以 太网无源光网络（EPON）的光纤到户技术，一个是自由空 间光系统（FSO）。

87 1.5 计算机网络技术发展趋势 （5）3G以上的移动通信系统技术
3G系统比现用的2G和2.5G系统传输容量更大，灵活性更 高，它以多媒体业务为基础，已形成很多标准，并将引入新 的商业模式。 当前正处于大规模商用的关键时刻。3G以上包括后3G， 4G，乃至5G系统将更是以宽带多媒体业务为基础，使用更 高更宽的频带，传输容量会更上一层楼。它们在不同网络间 无缝的连接，提供满意的服务；网络可以自行组织，终端可 以重新配置和随身携带，是一个包括卫星通信在内的端到端 的IP系统，可与其它技术共享一个IP核心网。它们都是构成 下一代移动互联网的基础设施。 第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。

88 1.5 计算机网络技术发展趋势 3. 计算机网络研究热点
在以上技术的带动下，计算机通信网将是一个包括地下的 光缆、地面的微波和蜂窝移动通信，地面以上数百至数千公 里的低轨道卫星通信，一万公里左右的中轨道卫星通信，以 及三点六万公里高的静止轨道通信卫星系统组成的一个混合 系统。在这样一个复杂的系统的支持下，并由人们实际需求 的推动，以下五个方面将成为计算机网络发展的热点。 下一代Web研究 网络计算 业务综合化 移动通信 网络安全与管理

89 小组作业 3G移动通信技术的发展与应用 第一组 责任小组： 时间安排：第2周，星期三 请制作PPT，发言时间15-20分钟左右。
U 曾杰 U 张会松 U 邢云龙 U 陈清莲 U 朱丹