计算机网络技术 王宇新 大连理工大学.

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1 计算机网络技术 王宇新 大连理工大学

2 第一章 计算机网络概论 第四节 计算机网络发展的 4个阶段与3条主线

3 一、计算机网络发展的4个阶段 第一阶段 准备 计算机网络技术与理论准备阶段 — 20世纪50年代，数据通信技术的研究与应用
这个阶段的特点与标志性成果表现在： — 数据通信的研究与技术的日趋成熟，为计算机网络的形成奠定了技术基础； — 分组交换 概念的提出为计算机网络的研究奠定了理论基础。 任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：强烈的社会需求；前期技术的成熟。 对网络技术的发展，我们通过当时的“社会需求”和“前期技术”作为背景来认识，可分为四个阶段： 数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有有线数据通信与无线数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。 第一阶段：以语言为主，通过人力、马力、烽火等原始手段传递信息。 第二阶段：文字、邮政。（增加了信息传播的手段） 第三阶段：印刷。（扩大信息传播范围） 第四阶段：电报、电话、广播。（进入电器时代） 第五阶段：信息时代，除语言信息外，还有数据、图像历史。 分组交换是以分组为单位进行传输和交换的，它是一种存储-转发交换方式，即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。

4 第二阶段 形成 计算机网络的形成 —始自20世纪60年代ARPANET与分组交换技术 这个阶段的特点与标志性成果表现在：
— TCP/IP协议的广泛应用为更大规模的网络互联奠定坚实的基础。 —DNS、 、FTP、TELNET、BBS等应用展现了网络技术应用的广阔前景。 "阿帕"（ARPA），是美国高级研究计划署（Advanced Research Project Agency）的简称。

5 第三阶段 标准化 网络体系结构的研究 —大致从20世纪70年代中期开始； 这个阶段的特点与标志性成果主要表现在：
— ISO/OSI参考模型的研究对网络理论体系的形成与发展， 推进网络协议标准化方面起到重要的推动作用； — TCP/IP协议经受了检验，推动了互联网应用的发展，成为业界事实上的标准。 TCP/IP协议经受了市场和用户的检验. OSI（Open System Interconnect）开放式系统互联。 一般都叫OSI参考模型，是ISO，International Standard Organized （国际标准化组织）组织在1985年研究的网络互联模型。

6 第四阶段 发展 互联网应用、无线网络与网络安全技术研究的发展 —始于20世纪90年代； 这个阶段的特点与标志性成果表现在：
互联网应用、无线网络与网络安全技术研究的发展 —始于20世纪90年代； 这个阶段的特点与标志性成果表现在： —互联网作为全球性的网际网与信息系统，在社会生活各方面发挥越来越重要的作用； —计算机网络、电信网络、有线电视网络“三网融合” 促进了宽带城域网概念、技术的演变。 政治、经济、文学、科学、教育与社会生活等

7 无线网络 对等网络 网络安全 局域网、城域网、自组网、传感器网 P2P, 新的通信模式与网络应用 新的学科与研究热点
—无线局域网与无线城域网技术日益成熟，已经进入应用阶段，无线自组网、无线传感器网络的研究与应用受到了高度重视； —对等（P2P）网络的研究使新的网络应用不断涌现，成为现代信息服务业新的产业增长点； 对等网络（PeertoPeer，简称P2P）也称为对等连接，是一种新的通信模式，每个参与者具有同等的能力，可以发起一个通信会话。 —随着网络应用的快速增长，新的网络安全问题不断出现，促使网络安全技术的研究与应用进入高速发展阶段。

8 计算机网络的形成与发展 过程中有三个标志性的网络： ARPANET、NSFNET与Internet，经历了从军转民的发展过程
(D)ARPA，(Defense Advanced Research Project Agency) 美国国防部高级研究计划署 ARPANET，一个专门用于传输军事命令与 控制信息的网络

9 1. ARPANET的研究 通信网络方案设计的两个基本问题： 网络拓扑结构：分布式网络的拓扑构型 数据传输方式：分组交换技术

10 2. NSFNET对互联网发展的影响 通过“计算机科学网（CSNET）”间接接入ARPANET，连接美国所有大学计算机系；
域名技术发展加强对网络运行和接入计算机的管理：文本文件HOSTS => 域名系统DNS NSFNET 网络组建，主干网连接美国6个超级计算中心

11 NSFNET 发展进程 1984年NSF （美国国家科学基金会）组建NSFnet，使用TCP/IP协议，最初速率56kbps；采取层次型结构，分为主干网、地区网与校园网； 1989年NSFnet主干网的传输速率为1.544Mb/s； 1990年美国高级网络和服务公司接管NSFNET，1991年年底提供速率44.746Mb/s的主干网连通。 1995年4月1日，NSF和MCI合作创建了高性能骨干网服务NvBS；运行的速率范围是从622Mb/s到4.8G b/s。

12 从ARPANET到Internet的发展过程

13 3. 互联网的形成 “互连”与“互联”的区分 从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网；
这两个名词的英文均为interconnection，意思基 本一样，但用的地方不同。 互连是一种物理连接，指一个计算机系统中的 两个部件的通信。多指一种电气或机械连接。 例如：系统互连；开放系统互连等。 互联是指联合、联盟的意思，多用在网络方面， 例如：互联网。 从用户的角度来看，Internet是一个全球范围的信息资源网； 从网络结构角度看，Internet是一个由路由器互联起来的大型网际网。 互联网应用高速发展 80年代中期人们开始认识到Internet的重要作用；90年代是Internet历史上发展的最快的时期； 1993年9月，美国公布国家信息基础设施NII建设计划，称为信息高速公路。 1995年2月全球信息基础设施委员会GIIC成立，推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用。 互联网覆盖了商业、金融、政府、医疗、科研、教育、信息服务、休闲娱乐等众多领域。 基于Web的电子商务、电子政务、远程医疗、远程教育，以及基于对等结构P2P网络应用使得互联网以超常规的速度发展。 Internet应用主要有WWW、Telnet、FTP、 等，随着规模和用户不断增长，Internet上的应用领域也进一步得到开拓；

14 Internet2 由于Internet商业化，业务量增多，网络性能降低；1996年10月，一些大学申请建立Internet2，为其成员组织服务，初始运行速率可达10Gb/s。 Internet2在网络层运行IPv4，同时支持IPv6业务，希望形成下一代Internet技术与标准。 正在逐步升级到100G 。 Internet2可用于多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播、天气预报等领域； 人们希望利用更先进的网络服务技术，开展全球通信、数字地球、环境检测预报、能源与地球资源的利用，紧急事务的快速反应等方面的研究与应用。

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16 二、计算机网络技术发展的3条主线 按照时间轴，横向地思考，分为4个发展阶段； 按照技术类型，纵向地去认识，分为3条主线。
第一条主线是从ARPANET到Internet； 第二条主线是从无线分组网到无线自组网、无线传感器网络的无线网络技术； 第三条主线是网络安全技术。

17 计算机网络发展的3条主线

18 第一条主线：从ARPANET到Internet
1) ARPANET的研究奠定互联网发展的基础，联系二者的是TCP/IP协议。 2) 强烈的社会需求促进各种网络技术的研究与应用的发展，技术的成熟与标准化加速了互联网的发展进程。 3) TCP/IP 协议对互联网的快速发展起到重要的推动作用。 强烈的社会需求（学术、产业、商业）促进广域网、城域网与局域网技术的研究与应用的发展

19 4) 区别于传统的客户/服务器（C/S）工作模式，对等（P2P）工作模式淡化了服务提供者与使用者的界限，进一步扩大网络资源共享范围和深度，提高网络资源利用率。 5) 计算机网络、电信网络与有线电视网络从结构、技术到服务领域正在快速融合，成为21世纪信息产业发展最具活力的领域。 三网融合 4）达到信息共享最大化的目的。 5）随着互联网的广泛应用

20 第二条主线：从无线分组网到无线 自组网、无线传感器网络
第二条主线：从无线分组网到无线 自组网、无线传感器网络 1) 无线网络分为基于基础设施与无基础设施两类 802.11无线局域网(WLAN) 与802.16无线城域网(WMAN) 属于需要基础设施的一类无线网络。 无线自组网、无线传感器网络属于不需要基础设施的另一类无线网络。 WMAN技术是因宽带无线接入(BWA)的需求而来；以无线方式构建的城域网并提供面向互联网的高速连接，它是在无线局域网的基础上产生的，由多个WLAN连接而成。

21 2) 无线自组网 (Ad hoc) 是一种特殊的自组织、对等式、多跳、无线移动网络，在军事、特殊应用领域有重要的应用前景。
3) 无线网状网(WMN)是无线自组网在接入领域的一种应用，WLAN,WMAN 的补充，解决无线接入“最后一公里”问题。 2)在无线分组网的基础上发展起来的无线自组网 Ad hoc网络是由一组用户群构成、不需要基站的移动通信模式。 3)在传统的无线局域网(WLAN)中，每个客户端均通过一条与AP相连的无线链路来访问网络，用户如果要进行相互通信的话，必须首先访问一个固定的接入点(AP)，这种网络结构被称为单跳网络。而在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。 在无线多跳网络中，源结点到目的结点之间的典型路径是由多跳组成的，该路径上的中间结点充当转发结点。因此，无线多跳网络中一个结点具有两种功能，首先结点可以充当端结点产生或接受数据分组，其次结点可以充当路由器对来自其它结点的数据分组进行转发。

22 4) 在军事领域，将无线自组网与传感器技术相结合进行无线传感器网络(WSN) 技术研究。评价为“21世纪最有影响的21项技术之一”和“改变世界的十大技术之首”。
当无线自组网技术日趋成熟的时候，无线通信、微电子、传感器技术得到快速发展。 用于对敌方兵力和装备的监控、战场的实时监控与目标的定位； 如：森林防火。

23 广域网作用是扩大信息社会中资源共享的范围
局域网进一步增强信息社会中资源共享的深度 无线网络增强人类共享信息资源的灵活性 无线传感器网络将改变人类与自然界的交互方式，极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。

24 第三条主线：网络安全 网络安全问题已超出技术和传统意义上 计算机犯罪的范畴，已发展成为国家之 间一种政治与军事的手段。
1) 网络安全是现实社会安全问题在网络虚拟社会中的反映。 2) 网络安全是网络技术研究中一个永恒的主题。 3) 只要网络存在，网络入侵和攻击就一定存在。 4) “攻击—防御—新攻击—新防御”的循环。 5) 网络安全是一个系统的社会工程。 网络安全问题已超出技术和传统意义上 计算机犯罪的范畴，已发展成为国家之 间一种政治与军事的手段。 1）人类创造了网络虚拟社会的繁荣，也制造了其中的麻烦。 2）现实社会对网络技术依赖的程度越高，网络安全技术就越显得重要。 3）只要计算机存在，计算机病毒就存在； 4）网络攻击技术与网络反攻击技术相互影响、相互制约，共同发展，这个过程将一直延续下去。 5）网络安全是一个系统的社会工程，涉及技术、管理、道德与法制环境等多个方面。 各国只能立足于自身，研究网络安全技术，培养专门人才，发展网络安全产业，构筑网络与信息安全保障体系。

25 三、互联网协议标准、RFC文档与管理机构
1. 网络与互联网协议标准化组织 国际电话电报咨询委员会CCITT（电信） 国际电信联盟ITU（92年CCITT更名，电信，国与国之间互联）：电信标准制定 国际标准化组织ISO （国际网络）：数据通信标准的制定与OSI参考模型的研究 电子工业协会EIA（RS-232，蜂窝移动） 电气与电子工程师协会IEEE：局域网802标准 ATM论坛 （ATM技术）

26 2. RFC(request for comment) 文档
请求评价（RFC）文档从1969年ARPANET出现时就开始存在；是用于Internet开发团体的最初的技术文档系列； 任何人都可以提交RFC文档，但它并不一定会成为标准，事实上很多RFC 文档都没有实现； RFC文档草案对于从事Internet技术研究与开发的技术人员是获得技术发展状况与动态的重要信息来源； 读者可以很方便地从相关主机使用FTP、Web和其它的检索方式获取这些文档。

27 读RFC文档时，需要注意： RFC文档按照它发展与成熟的过程可以分为 4个阶段： 草案标准、建议标准、草案标准和标准； 3种形式：
实验性的、信息性的或历史性的。 RFC文档又可以分为被要求、被推荐、被选择、 受限制使用或不被推荐。 一是需要确定它是最新的文档，二是需要注意RFC文档的类别；所有的RFC文档都要经历评论和反馈过程，并且在这一段时间内它们会被划分为不同的类别；

28 各种RFC文档之间的关系

29 3. 互联网管理机构 国家科学基金会NSF (1950) Internet协会ISOC(1992，生存能力和规模)
Internet体系结构委员会IAB(1992,ISOC技术咨询机构) Internet工程任务组IETF（标准化） Internet工程指导委员会IESG（推荐标准） Internet研究任务组IRTF（ISOC执行机构） Internet网络信息中心InterNIC（域名注册和管理） Internet地址分配授权机构IANA（分配IP地址） WWW联盟（工业联盟，web相关协议制定）

30 互联网管理机构结构

31 四、我国互联网应用的发展 1. 我国互联网网民数量增长情况 截止到2009年6月底，我国网民数量已经达到3.38亿，居世界第一。

32 我国互联网普及率的增长 2009年6月，我国互联网普及率达到25.5%，超过国际互联网平均普及率23.8%。
由于我国的人口基数大，在互联网普及率上与互联网应用发展较发达的美、日相比有一定的差距。

33 2. 我国互联网网民接入方式的变化 2009年6月底，我国网民采用宽带方式接入互联网的比例高达94.3%，宽带网民数已达到3.2亿。
2009年6月底，我国使用手机上网的网民上升到1.55亿人，占网民数的45.9%，手机网民规模呈现出迅速增长的势头。

34 3. 我国IP地址、域名、国际出口带宽 增长情况
2009年6月底，我国IPv4 地址拥有数达到2.05亿个，年增长率达到29.7%。 2009年6月底，我国注册的域名总量为1.63亿个，其中.cn域名数量占我国域名数量的66.8%；.com.cn的域名占25%。 2009年6月底，我国互联网国际出口带宽达到 Gbps，较2008年同期增长51.4%。

35 4. 我国互联网应用情况分析 排名 应用 使用率 类别 1 网络音乐 85.5% 网络娱乐 2 网络新闻 78.7% 信息获取 3 即时通信
72.2% 交流沟通 4 搜索引擎 69.4% 5 网络视频 65.8% 6 网络游戏 64.2% 7 电子邮件 55.4% 8 博客应用 53.8% 9 论坛/BBS 30.4% 10 网络购物 26.0% 商务交易 11 网上支付 22.4% 12 网络炒股 10.4% 13 旅行预订 4.1%