信息技术导论——网络工程学科简介

2010年11月信息技术导论网络工程学科简介主讲：蒋朝惠[e-mail]网络的重要性2010年7月15日，中国互联网络信息中心（CNNIC）在京发布了《第26次中国互联网络发展状况统计报告》。《报告》显示，截至2010年6月底，我国网民规模达4.2亿人，互联网普及率持续上升增至31.8%。手机网民达到2.77亿人（手机用户已超过8亿）。互联网商务化程度迅速提高，全国网络购物用户达到1.4亿，网上支付、网络购物和网上银行半年用户增长率均在30%左右，远远超过其他类网络应用。网络的重要性麦特卡尔夫定律麦特卡尔夫定律可以描述为：网络的价值同网络用户数量的平方成正比，也就是说，N个联结可创造出N*N的效益。网络就是计算机，这已成为人们的共识。计算机网络技术是20世纪对人类社会影响最深远的科技成就之一。随着因特网技术的发展和信息基础设施的完善，计算机网络己广泛应用于政府、军事、教育、科研、商业等部门，并连接到千千万万个普通家庭。计算机网络已成为人们获取和交流信息的一种十分重要、快捷的手段，它正深刻影响着社会管理及经济运行模式以及人们的工作、学习、生活方式。网络的重要性因特网对我们生活的影响网上购物、网上旅游、网上炒股网上聊天、网上娱乐、远程医疗因特网对我们学习的影响网上学校、网上教育、网上学习因特网对我们工作的影响SOHO一族（在家办公）DBA（数据库管理员）SA（系统管理员）IT顾问或咨询专家网络秘书网络的重要性计算机网络使人类处理信息的能力发展到了一个空前的高度，并且还将继续快速发展。有无全国性的高速安全的计算机网络，已经成了衡量一个国家科学技术和综合国力的重要标志。而能否经Internet与世界沟通，则决定了一个国家从整个世界获取资源的能力。在21世纪，谁能控制信息、控制网络，谁就将控制整个世界。主要内容第1节网络发展历史第2节现有网络类型第3节网络的主要技术问题第4节网络涉及到的学科领域第6节社会对网络工程人才的需求情况及就业前景分析第5节网络技术发展方向第一节网络发展历史网络发展历史通信技术发展历史原始通信方式千百年来，鼓声、烽火上帝创造了何等的奇迹！－电报1837年，莫尔斯电报“沃森特先生，快来帮我啊”—电话1876年，贝尔电话“要是我能指挥电磁波，就可飞越整个世界”—无线电报1896年，波波夫、马可尼数字通信1937年，里夫斯脉冲编码调制节点节点网络概念链路连接的多个节点节点连接的多个网络网络发展历史网络发展历史纵横制接线器1919年，瑞典大型纵横制电话局程控交换机1965年，美国计算机通信1969年，ARPA网，联机终端网移动通信网1979年，蜂窝模拟移动通信系统局域网络1982年，以太网互联网1991年，商业用户首次超过学术界用户ARPAnetNSFnetInternet下一代网络：1997年开始研究下一代互联网下一代电信网下一代移动网节点节点节点节点交换机AllIP网网络发展的动力三个因素推动网络的发展:流量增长新业务发展技术进步例如：竞争和技术进步费用下降流量增长和新业务发展（年增长60–80%）新网络需求新网络结构和新技术（每10年更新一代）第二节现有网络类型现有网络类型按业务类型划分语音通信网络模拟通信数字通信网络无线通信数据通信网络计算机网络/局域网帧中继网Internet视频通信网络有线电视网络综合业务网络窄带综合业务数字网络ISDN宽带综合业务数字网络ATM电话网三级结构，全连接核心网AT&T:135个五百万门核心交换机本地交换局可同时连到多个核心交换机LocalExchangeCarrierCentralOfficeSwitchCO3CO2CO1TOLLSwitchWideAreaCoreSubscribersInternet结构一级ISP一级ISP第一层ISP大公司本地ISP大公司大公司公司本地ISP本地ISP校园网校园网校园网校园网第二层ISP第二层ISPNAPNAPAB主机A→本地ISP→第二层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→第二层ISP→本地ISP→主机B第一层ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第一层ISP第一层第二层第三层本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第二层ISP本地ISP本地ISP第二层ISPInternet结构LANLANLANASASInternetRRRRRRRRInternet结构电视网络现有网络类型按覆盖范围划分广域网（几百～几千公里）城域网（50公里左右）局域网（几十米～几公里）个人网（十几米以内）IRERIRIRIRRRRRRRIRIRIRIRIRERIRIRIRIRIRRRRRRRHost1Host2HostnHost3RouterHost1Host2HostnHost3Host1Host2HostnHost1Host2HostnHost3LANWANMANIRIRERIRIRERRRRRRRIRRIRRPANLANMANMAN现有网络类型按传输媒介划分有线网光纤网电视电缆网电话线/双绞线网电线网无线网卫星通信网移动通信网Adhoc网无线传感网光纤BackboneTransportNetworkVoiceDataWebHostingIPVoiceDataWebHostingIPMetroTransport/AccessNetworkMetroTransport/AccessNetworkVideoVideoADSL典型带宽1.5-2.0Mbps(DSLAccessMultiplexer)NID-NetworkInterfaceDevice电视电缆共享本地回路，但高速率无线蜂窝移动Adhoc网络不需要主架构网络支持易于构建在没有网络的地方（荒野、灾区、战区）非常有用可能需要通过多个链路到达目的地移动Adhoc网络移动会导致路由改变无线传感网（物联网）无人监测：环境、生态、工程结构、战区第三节网络的主要技术问题网络的主要技术问题之一点到点通信多路复用多路访问交换路由组播端到端传输HostAHostBHostEHostDHostCNode1Node2Node3Node4Node5Node6Node7点到点通信与多路访问点到点通信多路复用多路访问…L1L2L3R1R2R3交换/路由171.69PacketsForwardedBasedonIPAddressDataAddressPrefix128.89171.6911I/F…AddressPrefix128.89171.6901…01I/F128.8901128.89.25.4DataAddressPrefix128.890……I/FDataData128.89.25.4128.89.25.4128.89.25.4RouteUpdate路由Hosth2abbaaCABdcA.aA.cC.bB.acbHosth1自治系统内路由自治系统间路由自治系统内路由组播－MulticastSrc7：1Src组播－MulticastSrcSrc14：2组播－MulticastSrcSrc21：4组播－MulticastSrcSrc28：8组播－Multicast32：12组播－MulticastSrc7：1Src14：221：428：832：12端到端传输在主机－主机连接基础上的应用－应用连接HostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel请求/响应分布式文件系统数字图书馆(web)流视频:帧序列视频点播视频会议网络的主要技术问题之二间接虚拟移动安全质量可信间接中间boxHostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel内网防火墙内网代理虚拟局域网－VLANA1SwitchB1C1D1SwitchA2SwitchB2C2D2A3SwitchB3C3Switchs2s1SwitchS2S1VLAN1VLAN2VLAN3VLAN4虚拟专网－VPNMPLSBackboneBlueVPNYellowVPNRedVPN移动－MobileIPMobileHost(MH,移动主机)VisitingLocationHome(归属网)InternetCorrespondentHost(CH,通信主机)Packet移动－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA,归属代理)MobileHost(MH)Iamhere移动－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA)MobileHost(MH)Encapsulated服务质量保证资源预约呼叫建立,信令(RSVP)流和业务质量申报接入控制QoS-sensitiveschedulingrequest/reply服务质量无抖动无丢帧低时延安全(database,Webserver)hacked-OShacked1.System(OS)2.Network3.Applications(db)HolesUserid,Password,PIN,creditcard#安全安全内联网防火墙服务器入侵检测系统(IDS)入侵防御系统(IPS)内联网反病毒系统可信用户可信计算机硬件可信计算机启动系统可信计算机操作系统可信运行的程序可信网络可信可信第四节网络涉及到的学科领域网络涉及到的学科领域信息与通信工程信息理论编码压缩排队理论图论统计学与随机过程理论/性能评估数字信号处理有线或无线通信原理与技术计算机科学与技术计算机硬件（CPU、ASIC、NP等）计算机软件（网络操作系统、网络通信软件、网络管理与计费系统等）信息安全密码学（包括编码学（加密）、密码分析学（解密）、数字签名、数字证书、身份认证、报文摘要等）物理安全、计算机安全（包括系统安全、应用安全）、协议安全网络安全（包括交换节点安全、传输安全、链路安全）等第五节网络技术发展方向网络技术发展方向1、21世纪的基本特征信息化网络化数字化智能化个人化2、信息技术（IT）发展的三大定律摩尔定律每18~24个月处理器上的晶体管的数目增加一倍。吉尔德定律每9个月网络传输带宽的能力就会增加一倍。麦特卡尔夫定律网络的价值同网络用户数量的平方成正比，也就是说，N个联结可创造出N*N的效益。网络技术发展方向3、三网合一所谓三网合一即原先独立设计运营的传统电信网、计算机互联网和有线电视网将趋于相互渗透和相互融合。相应地，三类不同的业务、市场和产业也将相互渗透和相互融合，以三大业务来分割三大市场和行业的界限逐步变得模糊，逐渐形成一个统一的网络系统，并以全数字化的网络设施来支持包括数据、话音和视像在内的所有业务的通信。因此，这种网络体系应该具有以下几个特征：网络在物理层上是互通的，即一个网络的信号可以直接传递或者经过组织、变换，传送到另个一个网络中去，并且通过另外的网络传送到用户终端时，不改变信息的内容，也就是说，网络之间要互相透明。用户只需一个物理网络连接，就可以享用其他网络的资源或者与其他网络上的用户通信。在应用层上，网络之间业务是相互渗透和交叉的，但又可以相互独立，互不防碍，并且在各自的