信息技術(shù)導(dǎo)論網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)科簡介名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎市公開課獲獎?wù)n件

11月信息技術(shù)導(dǎo)論

網(wǎng)絡(luò)工程學(xué)科介紹

主講：蔣朝iangchaohui@126.com第1頁網(wǎng)絡(luò)主要性7月15日，中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心（CNNIC）在京公布了《第26次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況統(tǒng)計匯報》?！秴R報》顯示，截至6月底，我國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)4.2億人，互聯(lián)網(wǎng)普及率連續(xù)上升增至31.8%。手機(jī)網(wǎng)民到達(dá)2.77億人（手機(jī)用戶已超出8億）?；ヂ?lián)網(wǎng)商務(wù)化程度快速提升，全國網(wǎng)絡(luò)購物用戶到達(dá)1.4億，網(wǎng)上支付、網(wǎng)絡(luò)購物和網(wǎng)上銀行六個月用戶增加率均在30%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。第2頁網(wǎng)絡(luò)主要性麥特卡爾夫定律麥特卡爾夫定律能夠描述為：網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量平方成正比，也就是說，N個聯(lián)結(jié)可創(chuàng)造出N*N效益。網(wǎng)絡(luò)就是計算機(jī)，這已成為人們共識。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是20世紀(jì)對人類社會影響最深遠(yuǎn)科技成就之一。伴隨因特網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和信息基礎(chǔ)設(shè)施完善，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)己廣泛應(yīng)用于政府、軍事、教育、科研、商業(yè)等部門，并連接到千千萬萬個普通家庭。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已成為人們獲取和交流信息一個十分主要、快捷伎倆，它正深刻影響著社會管理及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式以及人們工作、學(xué)習(xí)、生活方式。第3頁網(wǎng)絡(luò)主要性因特網(wǎng)對我們生活影響網(wǎng)上購物、網(wǎng)上旅游、網(wǎng)上炒股網(wǎng)上聊天、網(wǎng)上娛樂、遠(yuǎn)程醫(yī)療因特網(wǎng)對我們學(xué)習(xí)影響網(wǎng)上學(xué)校、網(wǎng)上教育、網(wǎng)上學(xué)習(xí)因特網(wǎng)對我們工作影響SOHO一族（在家辦公）DBA（數(shù)據(jù)庫管理員）SA（系統(tǒng)管理員）IT顧問或咨詢教授網(wǎng)絡(luò)秘書第4頁網(wǎng)絡(luò)重要性計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使人類處理信息能力發(fā)展到了一個空前高度，而且還將繼續(xù)快速發(fā)展。有沒有全國性高速安全計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成了衡量一個國家科學(xué)技術(shù)和綜合國力重要標(biāo)志。而能否經(jīng)Internet與世界溝通，則決定了一個國家從整個世界獲取資源能力。在二十一世紀(jì)，誰能控制信息、控制網(wǎng)絡(luò)，誰就將控制整個世界。第5頁主要內(nèi)容第1節(jié)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史第2節(jié)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)類型第3節(jié)網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)問題第4節(jié)網(wǎng)絡(luò)包括到學(xué)科領(lǐng)域第6節(jié)社會對網(wǎng)絡(luò)工程人才需求情況及就業(yè)前景分析

第5節(jié)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向第6頁第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史第7頁網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史通信技術(shù)發(fā)展歷史原始通信方式千百年來，鼓聲、烽火上帝創(chuàng)造了何等奇跡?。妶?837年，莫爾斯電報“沃森特先生，快來幫我啊”—電話1876年，貝爾電話“要是我能指揮電磁波，就可飛越整個世界”—無線電報1896年，波波夫、馬可尼數(shù)字通信1937年，里夫斯脈沖編碼調(diào)制節(jié)點節(jié)點第8頁網(wǎng)絡(luò)概念鏈路連接多個節(jié)點節(jié)點連接多個網(wǎng)絡(luò)第9頁網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史縱橫制接線器 19，瑞典大型縱橫制電話局程控交換機(jī) 1965年，美國計算機(jī)通信 1969年，ARPA網(wǎng)，聯(lián)機(jī)終端網(wǎng)移動通信網(wǎng) 1979年，蜂窩模擬移動通信系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò) 1982年，以太網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng) 1991年，商業(yè)用戶首次超出學(xué)術(shù)界用戶ARPAnetNSFnetInternet下一代網(wǎng)絡(luò)： 1997年開始研究下一代互聯(lián)網(wǎng)下一代電信網(wǎng)下一代移動網(wǎng)節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點交換機(jī)AllIP網(wǎng)

第10頁網(wǎng)絡(luò)發(fā)展動力三個原因推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展:流量增加新業(yè)務(wù)發(fā)展技術(shù)進(jìn)步比如：競爭和技術(shù)進(jìn)步費(fèi)用下降流量增加和新業(yè)務(wù)發(fā)展（年增加60–80%）新網(wǎng)絡(luò)需求新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和新技術(shù)（每更新一代）第11頁第二節(jié)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)類型第12頁現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)類型按業(yè)務(wù)類型劃分語音通信網(wǎng)絡(luò)模擬通信數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)無線通信數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)/局域網(wǎng)幀中繼網(wǎng)Internet視頻通信網(wǎng)絡(luò)有線電視網(wǎng)絡(luò)綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)ISDN寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)ATM第13頁電話網(wǎng)三級結(jié)構(gòu)，全連接關(guān)鍵網(wǎng)AT&T:135個五百萬門關(guān)鍵交換機(jī)當(dāng)?shù)亟粨Q局可同時連到多個關(guān)鍵交換機(jī)LocalExchangeCarrierCentralOfficeSwitchCO3CO2CO1TOLLSwitchWideAreaCoreSubscribers第14頁Internet結(jié)構(gòu)一級ISP一級ISP第一層

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ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)第二層

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ISPNAPNAPAB主機(jī)A→當(dāng)?shù)豂SP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→當(dāng)?shù)豂SP→主機(jī)B第一層

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ISP第15頁Internet結(jié)構(gòu)第16頁Internet結(jié)構(gòu)第17頁電視網(wǎng)絡(luò)第18頁現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)類型按覆蓋范圍劃分廣域網(wǎng) （幾百～幾千公里）城域網(wǎng) （50公里左右）局域網(wǎng) （幾十米～幾公里）個人網(wǎng) （十幾米以內(nèi)）IRERIRIRIRRRRRRRIRIRIRIRIRERIRIRIRIRIRRRRRRRHost1Host2HostnHost3RouterHost1Host2HostnHost3Host1Host2HostnHost1Host2HostnHost3LANWANMANIRIRERIRIRERRRRRRRIRRIRRPANLANMANMAN第19頁現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)類型按傳輸媒介劃分有線網(wǎng)光纖網(wǎng)電視電纜網(wǎng)電話線/雙絞線網(wǎng)電線網(wǎng)無線網(wǎng)衛(wèi)星通信網(wǎng)移動通信網(wǎng)Adhoc網(wǎng)無線傳感網(wǎng)第20頁光纖BackboneTransportNetworkVoiceDataWebHostingIPVoiceDataWebHostingIPMetroTransport/AccessNetworkMetroTransport/AccessNetworkVideoVideo第21頁ADSL經(jīng)典帶寬1.5-2.0Mbps(DSLAccessMultiplexer)NID-NetworkInterfaceDevice第22頁電視電纜共享當(dāng)?shù)鼗芈?，但高速率?3頁無線蜂窩第24頁移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)不需要主架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)支持易于構(gòu)建在沒有網(wǎng)絡(luò)地方（荒野、災(zāi)區(qū)、戰(zhàn)區(qū)）非常有用可能需要經(jīng)過多個鏈路抵達(dá)目標(biāo)地第25頁移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)移動會造成路由改變第26頁無線傳感網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）無人監(jiān)測：環(huán)境、生態(tài)、工程結(jié)構(gòu)、戰(zhàn)區(qū)第27頁第三節(jié)網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)問題第28頁網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)問題之一點到點通信多路復(fù)用多路訪問交換路由組播端到端傳輸HostAHostBHostEHostDHostCNode1Node2Node3Node4Node5Node6Node7第29頁點到點通信與多路訪問點到點通信多路復(fù)用多路訪問…L1L2L3R1R2R3第30頁交換/路由171.69PacketsForwardedBasedonIPAddressDataAddressPrefix128.89171.6911I/F…AddressPrefix128.89171.6901…01I/F128.8901Data

AddressPrefix128.890……I/FDataDataRouteUpdate第31頁路由Hosth2abbaaCABdcA.aA.cC.bB.acbHosth1自治系統(tǒng)內(nèi)路由自治系統(tǒng)間路由自治系統(tǒng)內(nèi)路由第32頁組播－MulticastSrc7：1Src第33頁組播－MulticastSrcSrc14：2第34頁組播－MulticastSrcSrc21：4第35頁組播－MulticastSrcSrc28：8第36頁組播－Multicast32：12第37頁組播－MulticastSrc7：1Src14：221：428：832：12第38頁端到端傳輸在主機(jī)－主機(jī)連接基礎(chǔ)上應(yīng)用－應(yīng)用連接HostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel請求/響應(yīng)分布式文件系統(tǒng)數(shù)字圖書館(web)流視頻:幀序列視頻點播視頻會議第39頁網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)問題之二間接虛擬移動安全質(zhì)量可信第40頁間接中間boxHostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel內(nèi)網(wǎng)防火墻內(nèi)網(wǎng)代理第41頁虛擬局域網(wǎng)－VLANA1SwitchB1C1D1SwitchA2SwitchB2C2D2A3SwitchB3C3Switchs2s1SwitchS2S1VLAN1VLAN2VLAN3VLAN4第42頁虛擬專網(wǎng)－VPNMPLSBackboneBlueVPNYellowVPNRedVPN第43頁移動－MobileIPMobileHost(MH,移動主機(jī))VisitingLocationHome(歸屬網(wǎng))InternetCorrespondentHost(CH,通信主機(jī))Packet第44頁移動－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA,歸屬代理)MobileHost(MH)Iamhere第45頁移動－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA)MobileHost(MH)Encapsulated第46頁服務(wù)質(zhì)量確保資源預(yù)約呼叫建立,信令(RSVP)流和業(yè)務(wù)質(zhì)量申報接入控制QoS-sensitiveschedulingrequest/reply第47頁服務(wù)質(zhì)量無抖動無丟幀低時延第48頁安全I(xiàn)nternetWebSiteUsersISPNetwork

sniffed,attackedNetwork

sniffed,

attackedNetwork

sniffed,

attackedTrojanhorse

Applications

(database,

Webserver)

hackedOShackedSystem(OS)NetworkApplications(db)HolesUserid,Password,

PIN,creditcard#第49頁安全第50頁安全內(nèi)聯(lián)網(wǎng)防火墻服務(wù)器入侵檢測系統(tǒng)(IDS)入侵防御系統(tǒng)(IPS)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)反病毒系統(tǒng)第51頁可信用戶可信計算機(jī)硬件可信計算機(jī)開啟系統(tǒng)可信計算機(jī)操作系統(tǒng)可信運(yùn)行程序可信網(wǎng)絡(luò)可信第52頁可信第53頁第四節(jié)網(wǎng)絡(luò)包括到學(xué)科領(lǐng)域第54頁網(wǎng)絡(luò)包括到學(xué)科領(lǐng)域信息與通信工程信息理論編碼壓縮排隊理論圖論統(tǒng)計學(xué)與隨機(jī)過程理論/性能評定數(shù)字信號處理有線或無線通信原理與技術(shù)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)計算機(jī)硬件（CPU、ASIC、NP等）計算機(jī)軟件（網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信軟件、網(wǎng)絡(luò)管理與計費(fèi)系統(tǒng)等）信息安全密碼學(xué)（包含編碼學(xué)（加密）、密碼分析學(xué)（解密）、數(shù)字署名、數(shù)字證書、身份認(rèn)證、報文摘要等）物理安全、計算機(jī)安全（包含系統(tǒng)安全、應(yīng)用安全）、協(xié)議安全網(wǎng)絡(luò)安全（包含交換節(jié)點安全、傳輸安全、鏈路安全）等第55頁第五節(jié)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向第56頁網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向1、二十一世紀(jì)基本特征信息化網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化智能化個人化2、信息技術(shù)（IT）發(fā)展三大定律摩爾定律每18~24個月處理器上晶體管數(shù)目增加一倍。吉爾德定律每9個月網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬能力就會增加一倍。麥特卡爾夫定律網(wǎng)絡(luò)價值同網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量平方成正比，也就是說，N個聯(lián)結(jié)可創(chuàng)造出N*N效益。第57頁網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向3、三網(wǎng)合一

所謂三網(wǎng)合一即原先獨立設(shè)計運(yùn)行傳統(tǒng)電信網(wǎng)、計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)將趨于相互滲透和相互融合。對應(yīng)地，三類不一樣業(yè)務(wù)、市場和產(chǎn)業(yè)也將相互滲透和相互融合，以三大業(yè)務(wù)來分割三大市場和行業(yè)界限逐步變得含糊，逐步形成一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并以全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)設(shè)施來支持包含數(shù)據(jù)、話音和視像在內(nèi)全部業(yè)務(wù)通信。所以，這種網(wǎng)絡(luò)體系應(yīng)該含有以下幾個特征：網(wǎng)絡(luò)在物理層上是互通，即一個網(wǎng)絡(luò)信號能夠直接傳遞或者經(jīng)過組織、變換，傳送到另個一個網(wǎng)絡(luò)中去，而且經(jīng)過另外網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶終端時，不改變信息內(nèi)容，也就是說，網(wǎng)絡(luò)之間要相互透明。用戶只需一個物理網(wǎng)絡(luò)連接，就能夠享用其它網(wǎng)絡(luò)資源或者與其它網(wǎng)絡(luò)上用戶通信。在應(yīng)用層上，網(wǎng)絡(luò)之間業(yè)務(wù)是相互滲透和交叉，但又能夠相互獨立，互不防礙，而且在各自網(wǎng)絡(luò)上能夠像以往那樣獨立發(fā)展自己新業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)議兼容或者能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是因為各個網(wǎng)絡(luò)都有自己協(xié)議，所以信息從一個網(wǎng)傳送到另一個網(wǎng)時它應(yīng)該滿足所轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要求。第58頁網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向4、三網(wǎng)融合

三網(wǎng)融合是一個廣義、社會化說法，在現(xiàn)階段它并不意味著電信網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)物理合一，而主要是指高層業(yè)務(wù)應(yīng)用融合。其表現(xiàn)為技術(shù)上趨向一致，網(wǎng)絡(luò)層上能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通，形成無縫覆蓋，業(yè)務(wù)層上相互滲透和交叉，應(yīng)用層上趨向使用統(tǒng)一IP協(xié)議，在經(jīng)營上相互競爭、相互合作，朝著向人類提供多樣化、多媒體化、個性化服務(wù)同一目標(biāo)逐步交匯在一起，行業(yè)管制和政策方面也逐步趨向統(tǒng)一。三大網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過技術(shù)改造，能夠提供包含語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合多媒體通信業(yè)務(wù)。這就是所謂三網(wǎng)融合。三網(wǎng)融合，在概念上從不一樣角度和層次上分析，能夠包括到技術(shù)融合、業(yè)務(wù)融合、行業(yè)融合、終端融合及網(wǎng)絡(luò)融合。當(dāng)前更主要是應(yīng)用層次上相互使用統(tǒng)一通信協(xié)議。IP優(yōu)化光網(wǎng)絡(luò)就是新一代電信網(wǎng)基礎(chǔ)，是我們所說三網(wǎng)融合結(jié)合點。數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展和全方面采取，使電話、數(shù)據(jù)和圖像信號都能夠經(jīng)過統(tǒng)一編碼進(jìn)行傳輸和交換，全部業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中都將成為統(tǒng)一“0”或“1”比特流。光通信技術(shù)發(fā)展，為綜合傳送各種業(yè)務(wù)信息提供了必要帶寬和傳輸高質(zhì)量，成為三網(wǎng)業(yè)務(wù)理想平臺。軟件技術(shù)發(fā)展使得三大網(wǎng)絡(luò)及其終端都經(jīng)過軟件變更，最終支持各種用戶所需特征、功效和業(yè)務(wù)。第59頁網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向5、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展技術(shù)路線第一代互聯(lián)網(wǎng)主要技術(shù)是TCP／IP，第二代主要是WWW，第三代主要是以IPv6為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)現(xiàn)在發(fā)展超出了當(dāng)初構(gòu)想，更多應(yīng)用是流媒體和多媒體?！傲鳌笔腔ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)上從特定源點到特定終點（單播或多播）一系列數(shù)據(jù)報（如實時音頻或視頻），“流”所經(jīng)過路徑上路由器都確保指明服務(wù)質(zhì)量。全部屬于同一個流數(shù)據(jù)報都含有一樣流標(biāo)號。移動通信發(fā)展路線是：第一代移動通信是模擬制，雙工方式為FDD，多址方式為FDMA，基于電路交換網(wǎng)絡(luò)（如TACS、AMPS等）。第二代移動通信是數(shù)字制，話音為低比特率編碼（6－13kbit／s），第三代移動通信主要特征是基于分組網(wǎng)絡(luò)。采取DWDM(密集波分復(fù)用)技術(shù)光纖（有線）通信，帶寬已經(jīng)到達(dá)3.2T（3200G），而且這個數(shù)值還在提升。第60頁網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展方向6、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型（演進(jìn)）五大發(fā)展方向向多元化寬帶接入網(wǎng)演進(jìn)xDSL、HFC(xPON+EoC)、FTTx、Wi-Fi、WiMAX、3G、Bluetooth向以光聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)下一代傳送網(wǎng)演進(jìn)SDH、WDM、DWDM、ASON實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點智能化、全網(wǎng)資源動態(tài)配置向以IPv6為基礎(chǔ)下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)海量IP地址空間、服務(wù)質(zhì)量、管理靈活性、安全性向以3G為代表下一代移動通信網(wǎng)演進(jìn)TD－SCDMA、WCDMA、CDMA3G(2Mbps）、E3G、B3G、3GPPLTE、4G(100Mbps)、5G(3.6Gbps)向以軟交換為關(guān)鍵下一代交換網(wǎng)演進(jìn)軟交換打破了傳統(tǒng)封閉交換結(jié)構(gòu)，采取完全不一樣橫向組合合模式，將交換機(jī)各功效間接口打開，采取開放接口和通用協(xié)議，組成一個開放、分布、多廠家應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。軟交換機(jī)硬件分散，業(yè)務(wù)控制和業(yè)務(wù)邏輯則相對集中。這么能夠使業(yè)務(wù)提供者靈活選擇最正確和最經(jīng)濟(jì)設(shè)備組合來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，不但建網(wǎng)成本低，網(wǎng)路升級輕易，