高级计算机网络第一章

史忠植高级计算机网络1高级计算机网络第一章绪论史忠植中国科学院计算技术研究所史忠植高级计算机网络2内容提要1.1计算机网络的作用1.2计算机网络的发展过程1.3协议与体系结构1.4千兆位网络1.5移动计算1.6计算机网络在我国的发展史忠植高级计算机网络3知识经济信息化全球化三1.1计算机网络的作用史忠植高级计算机网络4信息既非物质，也非能量，是构成世界的基本要素之一。信息科学研究各种系统中信息过程(产生、采集、存储、变换、传递、处理和使用等)的一般规律，并能动地加以利用的科学。信息科学是以信息为主要研究对象、以信息及其运动规律为主要研究内容、以信息科学方法论为主要研究方法、以扩展人的信息功能特别是其中的智力功能为主要研究目标的一门新兴的横断科学。信息科学包括研究信息基本理论的信息论、研究信息过程基本物质手段的材料科学、研究基本技术手段的电子学，以信息处理工具—计算机为研究对象的计算机科学，研究系统中信息运动规律的系统与控制科学，研究信息传递的通信理论和技术、研究和模拟人脑中信息过程的智能科学。三信息化史忠植高级计算机网络5高速信息网络能够把各种信息以最适合的媒体形式传送给需要这些信息的个人，不论这些人所处的时间和地点。因此，在技术上高速信息网络正朝着宽带化、智能化、个人化和多媒体化的方向发展。从目前的形势来看，通信界、计算机网络界和有线电视界都在规划着21世纪高速信息网络的蓝图。全球性的电话网是世界上最大的通信网络，在无线电话和卫星电话的配合下，可以实现任何时间、任何地点的话音通信。但是电话通信网对于多种媒体的宽带通信尚不能支持。有线电视是宽带通信的典型，但对于双向、交互式的应用尚达实用化的程度。计算机网络Intemet是仅次于电话网的第二大全球通信网，发展极为迅速，预计到2000年将有一百万个网络，一亿台计算机和十亿个用户全球化史忠植高级计算机网络6电信网有线电视网计算机网三网合一史忠植高级计算机网络7电信网计算机电话领域目前是一个年营业额35亿美元,年增长率35%的工业领域,在它的许多业务领域年增长率超过100%。计算机电话领域有两个基本的目标:其一是让客户满意,其二是与生产者加强合作。计算机电话领域包括6个大的业务。消息发送:把声音、传真、电子邮件、传真服务和传真路线、分页和统一化的信息(也叫集成消息),国际互连网络电话信息,传真和图像信息进行消息发送。史忠植高级计算机网络8电信网实时连接:处理频内、频外的电话接通;预测和预览正在拨的电话号码;自动寻找接话人;自动寻找基于屏幕/局域网的呼叫路径;电话号码重拨;图像,基于声,像和基于文本的会议,个人微机上的``PBX,合作计算。通过电话进行事务处理和信息访问:交互式声音的交流;文本可视化;客户获取企业的信息;对数据转换为有声音和图像的形式;命令式传真;上的购物;与外部进行存储合作;电话上的自层导航。在接通电话服务中加入智能:处理频内、频外的电话接通中的客户事故记录的屏幕弹出;镜面Web页屏幕弹出;智能体;基于多种能力的接通路径;智能接通中心;虚拟接通中心;计算机群体网络;智能帮助平台;基于高级智能的计算机电话服务。史忠植高级计算机网络9电信网核心技术:声音识别;文本与语音的相互转换;数字信号处理;应用生成器;声音可视化,DSVD;基于计算机的传真二进制文件路径转换;USB(广义序列总线);GeoPort;声音、图像压缩;接通过程;拨号脉冲信号识别;送话人的账户和ANI;数字网络界面(T-1,E-1,ISDN,BR1,PR1,SS7,ATM),声音调制解调器,客户/服务器电话;逻辑调制解调器界面;多微机同步和合作软件电话;通讯微机;国际互连网;浏览器。新的核心标准:ITU-T的T.120(文档会议)和H.320(可视会议);微软公司的TAPI--一种集成Window98和WindowNT的集成部分,Novell公司的TSAPI--一种在NetWare下的电话开关控制器NLM;Intel公司的USB和InstantON,自然太阳公司的MVIP和HMVIP;Dialogic公司的SCSA和ECTF。史忠植高级计算机网络10计算机网络高速信息网络由高速信道、交换电路和应用环境组成。高速信道能够在节点间高速地传输信息。交换电路把信息传输到指定的目的地，应用环境使人们能够有效地使用信息。从目前的技术水平来看，高速信道将采用同步光纤传输系统，交换电路将采用异步转移模式(ATM)，应用环境将采用多媒体终端系统。在这三个方面，还有很多问题需要解决。但是从总体上来看，人们对于这三方面的发展趋势已经有了基本的共识，各种国际标准也已经制定出来或正在制定之中。史忠植高级计算机网络11计算机网络高速信息网络的研究和规划过程中所遇到的一些问题在它们原有的领域内研究可能更为合适。例如：排队论、拓扑学、图论、光孤子、光交换、常温超导等数学、物理问题；超高速器件、大规模集成电路等工程技术问题；充分利用原有通信基础设施的平稳过渡问题及相关的经济问题；高速信息网络的广泛应用对人们生活方式、工作方式、道德准则、人际关系的影响等社会问题。史忠植高级计算机网络121.2计算机网络的发展过程计算机网络的产生1954分组交换网的出现1969计算机网络体系结构的形成1974Iinternet时代90年代史忠植高级计算机网络131.2计算机网络的发展过程被人们称为“第一次浪潮”的Internet取得成功，即信息成为通过公共Web站点提供的商品，并不只是依靠浏览器实现的，而是第一次浪潮的技术、产品和内容等要素相结合，创造出一个非常实用的系统，并让所有的用户能够相当简明地理解如何利用这个系统而得以实现的。Netscape公司现在提供一种应用体系结构和编程模式来把以信息为基础的第一个浪潮的Internet，推向以服务为基础的第二次浪潮的Internet。史忠植高级计算机网络141.2计算机网络的发展过程第二次浪潮是把Internet使用的着眼点从公共信息在整个Internet上大规模分发转向通过Intranet和Extranet完全有针对性的专用分发。各个行业正在建立各种Intranet以连接老式专有系统，而且，他们通过创建支持数据共享和进行商业交易的Extranet，将其Intranet向商业伙伴和客户开放。我们可以举一个简单的例子来说明这种转移。购票是一种普遍的以Web为基础的电子商务，凭借第一次浪潮的Web站点，票务代理机构可以显示票的现有状况，而且甚至有可能连接一个数据库，当现有的票变动时更新页面。该页面也许能让用户在表格中输入信息来订票。但有时需要人工介入来读取订单，将订单信息传送给实际购票的后端系统，打出票来，验证购票人的信用卡或者履行其它业务才能真正的售出购票人所购买的票。这种Web原来主要用来提供信息，随后又能够让用户向票务代理人发出信息史忠植高级计算机网络151.2计算机网络的发展过程从理论上讲，第二次浪潮以服务为基础的Internet与第一个浪潮以信息为基础的模式同样便于最终用户使用，因为第二次浪潮将采用同样的浏览器和浏览技术。开发人员、管理员和Web主管所面临的巨大挑战，就是如何通过Internet无缝隙地提供各项服务。如果Intranet和Extranet的开发与部署给任何层次的可用性带来新的障碍，用户将利用自己的各种方法来完成手头的工作，或者提出新的解决方案。史忠植高级计算机网络161.2计算机网络的发展过程除了提供具有第一个浪潮可用性特征的易开发、跨平台部署能力和直观人机接口之外，支持电子商务的Internet必须解决下列第二次浪潮可用性所特有的问题:1.相互冲突的标准。相互冲突的网页设计标准令开发人员难以进行革新。2.编程复杂性的增加。随着越来越多的机构将其系统推向Internet，对实现商业服务和开发后端系统的需要呈指数增长。然而满足这种需要的昂贵的编程资源有限，而且增长缓慢。3.任务关键性性能。商家都需要可扩展的可靠的解决方案。性能一直不被当做是解决方案的大问题，在一定程度上可能是因为对Web的衷爱助长了人们容忍装载缓慢的站点、不能同时接纳多个用户的Web服务器和脆弱的早期服务器与浏览器软件。在第二次浪潮中，商家们再也不会容忍这性能了，因为他们要依靠网络为金融交易这样的时间因素非常重要的任务，在Intranet和Extranet上寻找“任务关键性”数据和应用。4.安全性。商家也同样要求高度的安全性。史忠植高级计算机网络171.3协议与体系结构OSI七层协议物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层史忠植高级计算机网络181.3协议与体系结构OSI七层协议物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层史忠植高级计算机网络19TCP/IP网络接口层网际层IP传输层TCP,UDP应用层(各种应用层协议：TELNET，FTP，SMTP等)史忠植高级计算机网络201.4千兆位网络高性能交互式网络应用需要千兆位（Gigabit）网络。目前，数据网络上的应用对延迟及带宽不太敏感，TCP/IP能够自动识别延迟的变化，E-mail、FTP等都能够动态地适应TCP所提供的带宽。很少有人去计较文件传输快慢的细微区别。然而，对于交互式应用，尤其是基于X-Windows和多媒体的远程应用，需要高速网络来支撑大量报文的传输。对于分布式文件系统，如网络文件系统（NFS），客户经常需要向文件服务器请求一大块数据,客户端的应用紧紧依赖于网络的传输时间。随着处理机速度的提高，根据Amdahl定律所述，每条指令至少需要一个位的I/O。由于处理机周期将接近1ns级，有的研究人员已经提出每条指令需要64位或128位（含指令及数据）的I/O。对于这样的系统，自然需要千兆位以上的千兆位网络。为此，这里将千兆位网络定义为千兆位以上。史忠植高级计算机网络21国外千兆位网络研究状况计算机技术、网络通信技术和电信技术的迅猛发展及融合，使三者间的结合更加紧密。最典型的例子是美国的千兆位级验证环境研究小组均是由这三个领域的研究人员共同组成的。另外，ATM也是例证之一，它最早的设计目标是支持话音及数据，而目前使用最广泛的是计算机网络领域。建立了实验式Gigabit网络，也称为验证环境（Testbed）。其中最著名的是美国的五个验证环境，它们大部分由NSF及ARP资助，构成了美国Gigabit的主要研究活动。史忠植高级计算机网络22国外千兆位网络研究状况*德国的RERKOM研究环境中铺设了大量光纤，购置了高速网及高性能工作站。目前主要研究ATM技术。*AT&T与加利福尼亚大学伯克利分校、Illinois大学和Wisconsin大学等联合启动了实验大学网络（XUNET），研究基于信元的广域网计划。1990年XUNET扩展为Blanca验证环境。其研究内容十分广泛，主要有呼叫、多路复用、拥塞控制、计算机与网络界面（如超级计算机的整合、网络虚拟存储机制）及Gigabit应用等。该工程已产生了不少有趣的结果，包括对多媒体协议的支持、拥塞控制与回避。在XUNET工程中，也有来自哥伦比亚大学、宾夕法尼亚大学的研究人员。NCSA（NationalCenterforSupercomputingApplications）的Catlell是当今高速应用的专家，AT&T的Fraster是信元网络的专家。史忠植高级计算机网络23国外千兆位网络研究状况*德国的RERKOM研究环境中铺设了大量光纤，购置了高速网及高性能工作站。目前主要研究ATM技术。*AT&T与加利福尼亚大学伯克利分校、Illinois大学和Wisconsin大学等联合启动了实验大学网络（XUNET），研究基于信元的广域网计划。1990年XUNET扩展为Blanca验证环境。其研究内容十分广泛，主要有呼叫、多路复用、拥塞控制、计算机与网络界面（如超级计算机的整合、网络虚拟存储机制）及Gigabit应用等。该工程已产生了不少有趣的结果，包括对多媒体协议的支持、拥塞控制与回避。在XUNET工程中，也有来自哥伦比亚大学、宾夕法尼亚大学的研究人员。NCSA（NationalCenterfo