計算機信息網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史和新進展,計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能,連通性——計算機網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。 共享——即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。,世界十大互連網(wǎng)公司,谷歌、臉譜、阿里巴巴、亞馬遜、騰迅、百度、ebay、Priceline、雅虎和京東(2014.9)：,BAT,分別是B百度、A阿里巴巴、T騰訊的首字母,李克強與互連網(wǎng)+,2015年政府工

2、作報告：“制定‘互聯(lián)網(wǎng)+’行動計劃，推動移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等與現(xiàn)代制造業(yè)結(jié)合，促進電子商務(wù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)金融健康發(fā)展，引導(dǎo)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拓展國際市場。”,互連網(wǎng)+,互聯(lián)網(wǎng)+XX傳統(tǒng)行業(yè)=互聯(lián)網(wǎng)XX行業(yè)利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。電子商務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)金融、在線旅游、在線影視、在線房產(chǎn)等行業(yè)都是“互聯(lián)網(wǎng)+”的杰作。,十三五“網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略”,構(gòu)建泛在高效的信息網(wǎng)絡(luò)

3、：加快構(gòu)建高速、移動、安全、泛在的新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，推進信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛運用，形成萬物互聯(lián)、人機交互、天地一體的網(wǎng)絡(luò)空間 發(fā)展現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)體系：實施“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，促進互聯(lián)網(wǎng)深度廣泛應(yīng)用，帶動生產(chǎn)模式和組織方式變革，形成網(wǎng)絡(luò)化、智能化、服務(wù)化、協(xié)同化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài),國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要(2016.7),中國信息化戰(zhàn)略：2025年核心技術(shù)不受制于人到2020年3G、4G網(wǎng)絡(luò)要覆蓋中國城鄉(xiāng)，5G技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)要取得突

4、破性進展；信息消費總額要達到6萬億元(人民幣，下同)，電子商務(wù)交易規(guī)模達到38萬億元；核心關(guān)鍵技術(shù)部分領(lǐng)域要達到國際先進水平；建成中國-東盟信息港，初步建成網(wǎng)上絲綢之路。 到2025年，要實現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)無縫覆蓋；信息消費總額達到12萬億元，電子商務(wù)交易規(guī)模達到67萬億元；根本改變核心關(guān)鍵技術(shù)受制于人的局面。,國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要(2016.7),屆時，中國還計劃建成四大國際信息通道，連接太平洋、中東歐、西非北非、東南亞、中亞、印巴緬俄

5、等國家和地區(qū)，涌現(xiàn)一批具有強大國際競爭力的大型跨國網(wǎng)信企業(yè)。到本世紀(jì)中葉，中國網(wǎng)絡(luò)強國地位要日益鞏固，在引領(lǐng)全球信息化發(fā)展方面有更大作為。,主要內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧,,什么是網(wǎng)絡(luò) --- 從端系統(tǒng)的角度看(1),網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù): 信息傳遞信鴿、烽火、信使 、卡車、電報、電話、Internet…,什么是網(wǎng)絡(luò) --- 從端系統(tǒng)的角度看(2),不同的網(wǎng)絡(luò)以什么為區(qū)分所提供的服務(wù)服

6、務(wù)以什么為區(qū)分延遲、帶寬、丟失率、端節(jié)點數(shù)目、服務(wù)接口、可靠性, 單播/多播，實時，消息/字節(jié)流,什么是網(wǎng)絡(luò) --- 從網(wǎng)絡(luò)核心的角度看,電子、光子等作為傳輸介質(zhì)鏈路：光纖、電纜和衛(wèi)星交換節(jié)點：機械/電/光協(xié)議: TCP/IP, ATM, MPLS, SONET, Ethernet, PPP, X.25, FrameRelay, AppleTalk, IPX, SNA功能: 路由，差錯控制、擁塞控制、服務(wù)質(zhì)量(QoS)應(yīng)用：

7、FTP、HTTP、X windows,計算機網(wǎng)絡(luò)的形成多終端系統(tǒng)1970年代的計算機網(wǎng)絡(luò)X.25 分組交換網(wǎng)：各國的電信部門建設(shè)運行各種專用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：SNA，DNAInternet 的前身ARPANET進行實驗運行1980年代的計算機網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：OSI局域網(wǎng)絡(luò) LAN 技術(shù)空前發(fā)展建成NSFNET，Internet 初具規(guī)模,2011-2017移動智能終端發(fā)展態(tài)勢,中國計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史,19

8、70年代末開始1980年代局域網(wǎng)OSI網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)低速廣域網(wǎng)（電話線）1990年代局域網(wǎng)Novell, TCP/IPX.25廣域網(wǎng)及其應(yīng)用國民經(jīng)濟信息化高潮的到來，“金”字工程互聯(lián)網(wǎng)Internet在中國開始大規(guī)模發(fā)展 2000推動以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng),Internet在中國的發(fā)展,1988年，中國第一個電子郵件發(fā)到Internet1990 ~ 1993，通過 X.25與國際連網(wǎng)，Tunet1994

9、年，中科院高能所，64K，日本1995年，CERNET, 128K, Sprint；Chinanet, 64K + 64K, Sprint1996年，ChinaGBN,64K, Sprint1997.12，用戶74萬1998.12，用戶達到200萬2003.6，用戶達到6800萬2005.6，用戶達到10300萬,中國第一臺WWW服務(wù)器:1994年建于中國科學(xué)院高能物理研究所,1995年，中國第一家網(wǎng)站“瀛海威時空”,In

10、ternet在中國的發(fā)展(2009),2009年底，中國網(wǎng)民人數(shù)達到3.84億，比1997年增長了618倍，年均增長3，195萬人，互聯(lián)網(wǎng)普及率達到28.9%，超過世界平均水平。中國境內(nèi)網(wǎng)站達323萬個，比1997年增長了2，152倍。中國擁有IPv4地址約2.3億個，已成為世界第二大IPv4地址擁有國。中國使用寬帶上網(wǎng)的網(wǎng)民達到3.46億人，使用手機上網(wǎng)的網(wǎng)民達到2.33億人。,2011年中國手機用戶概況,2011.5用戶總數(shù)已

11、達9億2010年3.03億用戶使用手機上網(wǎng)，較2009年增加了2.3億。2010年新增3G用戶數(shù)3.47億，2011年第1季度新增3G用戶數(shù)1.35億2010年購買智能手機6200萬部，預(yù)計2011年購買智能手機9500萬部,主要內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧,Internet,全球范圍、通用、異構(gòu)的公用計算機網(wǎng)絡(luò)Internet協(xié)議開放的標(biāo)準(zhǔn): Internet Engine

12、ering Task Force (IETF) 負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的制訂維護和協(xié)調(diào)是其他類型網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet） 由研究機構(gòu)開發(fā),Internet的增長,Internet上的主機數(shù):Aug. 1981 213Oct. 1984 1,024Dec. 1987 28,174 Oct. 1990 313,000 Oct. 1993 2,

13、056,000Apr. 1995 5,706,000Jul. 1997 19,540,000Jul. 2000 93,047,785,最近的增長 (1991-2000),Internet 發(fā)展規(guī)模和趨勢,Internet的發(fā)展速度是歷史上發(fā)展最快的一種技術(shù)以商業(yè)化后達到 5000 萬用戶為例電視用了13年，收音機用了38年，電話更長Internet 從商業(yè)化后達到 5000 萬用戶用了4 年時間Int

14、ernet 正在以超過摩爾定理的速度發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)時代的三大基本定律,摩爾定律:CPU性能18個月翻番,10年100倍。所有電子系統(tǒng)（包括電子通信系統(tǒng)，計算機）都適用,光纖定律：超摩爾定律，骨干網(wǎng)帶寬9個月翻番，10年10000倍。帶寬需求呈超高速增長的趨勢,邁特卡爾夫定律:聯(lián)網(wǎng)定律，網(wǎng)絡(luò)價值隨用戶數(shù)平方成正比。未聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍，效率增加N倍。聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍，效率增加N2倍,網(wǎng)絡(luò)帶寬與CPU性能,光纖容量,數(shù)據(jù)流量超過話音,,,

15、,,,,,,,,,,,,,,,,,0,RelativeCapacity(%),Voice,Data,Source: MCI (Vint Cerf),International data traffic already exceeds international voice from Australia and Scandinavia.,數(shù)據(jù)中絕大部分是IP數(shù)據(jù),2000,1998,1996,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

16、,,,,,,,,,,,,,All Other,IPX,TCP/IP,Traffic Ratios,Source: Gartner 1997,100%,90%,80%,70%,60%,50%,40%,30%,20%,10%,0%,Internet上的信息趨于交互,Relative UserPopulation,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,8%,17%,

17、39%,27%,7%,2%,13%,18%,23%,23%,16%,7%,14%,17%,12%,15%,28%,14%,To Transactional Pages (Red) andAudio/Video Content (Purple),100%,80%,60%,40%,20%,0%,2000,1998,1996,Source: The Yankee Group, 1996,Data/Voice/Video 三網(wǎng)融合,高速信息網(wǎng)

18、絡(luò)的發(fā)展方向： 通信與計算聚合,通信和計算技術(shù)的聚合改變了各自的原有特征高速信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢分層結(jié)構(gòu)；分布控制、管理和安全機制分層結(jié)構(gòu)應(yīng)用（Application）服務(wù)（Service）基礎(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）,下一代互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(1),下一代互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)(2),協(xié)議層次扁平化,,,,,,ATM,SDH/SONET,IP,Optical,B-ISDN,IP over ATM

19、,IP over SDH/SONET,IP over Optical,Long-Term Winners,,,,,,IP,ATM,Optical,,,,,IP,SDH/SONET,Optical,,,,,IP,Optical,,,,,,,Multiplexing, Protection, and Management at Every Layer.,Eliminating Layers Lowers Costs.,INTERNET管理機

20、構(gòu)關(guān)系圖,,,因特網(wǎng)協(xié)會 ISOC,,,,,因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG,,因特網(wǎng)研究部 IRTF,因特網(wǎng)工程部 IETF,,,因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG,…,,,RG,WG,…,…,,,,,RG,…,領(lǐng)域,領(lǐng)域,因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會 IAB,WG,WG,WG,,各種RFC之間的關(guān)系,,,,,,,,,,,,,,,,,,,因特網(wǎng)草案,建議標(biāo)準(zhǔn),草案標(biāo)準(zhǔn),因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),歷史的 RFC,實驗的 RFC,提供信息的 RFC,,,,6 種

21、RFC,Internet提供的服務(wù),計算資源的共享訪問：telnet（1970’s）數(shù)據(jù)和文件的共享訪問：FTP，NFS（1980’s）人們互相通訊的媒介：email(1980’s),網(wǎng)上聊天室,即時消息（1990’s）語音和視頻（1990’s）取代電話？信息分發(fā)的媒介USENET（1980’s）WWW(1990’s)取代報紙、雜志？語音和視頻（1990’s）取代電視、CD、電影？,與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的工業(yè)界,電話公司擁

22、有傳輸線路和接入線路，大量的客戶有線電視公司擁有接入線路無線/衛(wèi)星公司通訊線路電力、鐵路公司有能力鋪設(shè)線路,與網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的工業(yè)界,媒體公司可以提供內(nèi)容ISP，Internet服務(wù)提供商設(shè)備制造商交換機/路由器，芯片，光纖，計算機軟件公司,Internet 物理結(jié)構(gòu),,,,,,,,,,,,,,,,Backbone,ISP,,,,,,ISP,,Residential AccessModemDSLCable mode

23、mSatelliteLAN,Enterprise/ISP access, Backbone transmissionT1/T3, DS-1 DS-3OC-3, OC-12ATM vs. SONET, vs. WDM,Campus networkEthernet, ATM,長距離傳輸鏈路,Types of linksT1/DS1: 1.544 MbpsT3/DS3: 44.736 MbpsSTS-1/OC-1: 51

24、.850 MbpsSTS-3/OC-3: 155.2 MbpsSTS-12/OC-12: 622.080 MbpsSTS-48/OC-48: 2.488 GbpsSTS-192/OC-192: 9.953 GbpsHigher levels of services offered commerciallyFrame RelayATM,PossibilitiesIP over SDH/SONET IP over ATM

25、IP over Frame RelayIP over WDM,Internet的主要技術(shù)特點,分層的分布式結(jié)構(gòu)無連接的分組交換技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議IP（IP over everything）路由器加專線技術(shù)可擴展的路由技術(shù)端到端的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)層次結(jié)構(gòu)的域名、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)通用的應(yīng)用技術(shù),Internet 的成功經(jīng)驗,有遠見的政府不斷支持：1969－有風(fēng)險的企業(yè)參與和投入：NFS：MCI、IBMvBNS：MCI；Abil

26、ene: Qwest，CISCO聯(lián)合協(xié)作的開放式研究：IETF/RFC教育和科研的示范網(wǎng)絡(luò)為起點具有實驗物理學(xué)的研究特點ARPAnet、NSF、ANS、vBNS簡單實用的技術(shù)路線：TCP/IP,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Research and,Development,Commercialization,Partnerships,Privatization,NSFNE

27、T,Internet2, Abilene, vBNS,Advanced US Govt Networks,ARPAnet,gigabit,testbeds,Active,Nets,wireless,WDM,SprintLink,InternetMCI,US Govt,Networks,ANS,Interoperable,High Performance,Research &Education,Networks,21st Cent

28、ury,Networking,Quality of Service,(QoS),主要內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)概述Internet的發(fā)展和成功經(jīng)驗計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷史回顧,,Paul Baran在分布式通信方面的貢獻,時間: 1960 - 1964目標(biāo):建造一套健壯的通信系統(tǒng)可以承受核攻擊結(jié)果: 分組交換網(wǎng)絡(luò),Baran的設(shè)計細(xì)節(jié),自適應(yīng)系統(tǒng): 熱土豆路由策略如果不知道正確的路由，就把報文轉(zhuǎn)發(fā)給所有的鄰居節(jié)點通過觀察路過的報文更新路由表，舊

29、的路由表項會過期而被刪除盡可能快的轉(zhuǎn)發(fā)報文不需要每次都沿著最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)?學(xué)習(xí)并適應(yīng)變化的環(huán)境,Baran的設(shè)計細(xì)節(jié),報文發(fā)送每個交換節(jié)點根據(jù)自己的路由表判斷如何轉(zhuǎn)發(fā)報文每個報文的轉(zhuǎn)發(fā)都是獨立于其他報文的交換節(jié)點不保存端節(jié)點的狀態(tài)可擴展性好不是最有效的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送不是完美的?端節(jié)點必須能容忍發(fā)送錯誤并從中恢復(fù),Baran的設(shè)計細(xì)節(jié),分布式系統(tǒng)所有交換節(jié)點是平等的避免了單一節(jié)點失效問題部件可以失效，但系統(tǒng)不可以系統(tǒng)的

30、健壯性來自于足夠的物理（硬件）冗余適應(yīng)性路由模擬實驗表明： “extremely survivable networks can be built using a moderately low redundancy of connectivity level”—Paul Baran, 1964,鮮為人知的故事...,當(dāng)時很多電信界的人認(rèn)為Baran的設(shè)計是完全荒謬的?！皌hey kicked, screamed, grumbl

31、ed, and worse. Their response tended to be emotional, often with anger, rarely with humor…”“outsiders could not possibly understand the complexity of large systems like the telephone network”,兩種實現(xiàn)可靠系統(tǒng)的思路,電話系統(tǒng) 笨終端，聰明的

32、網(wǎng)絡(luò) 確保每個網(wǎng)絡(luò)部件都是可靠的 系統(tǒng)可靠性＝部件可靠性 通過局部冗余實現(xiàn)部件的高可靠性 期望每個部件都能正常工作，部件失敗的可能性很低 需要人工配置的，高度控制的網(wǎng)絡(luò) Baran的系統(tǒng) 建立在簡單的、不可靠部件上的可靠系統(tǒng) 自適應(yīng)的系統(tǒng) 聰明的終端，可以修正傳輸錯誤,Baran設(shè)計思想的一種實現(xiàn):the Internet,連接異構(gòu)的子網(wǎng)，提供兩種基本功能 全球唯一的地址 報文通過動態(tài)路由從源節(jié)點發(fā)送到目的節(jié)點

33、特性: simple, flexible, scalable, and robust,IP’s view of the world,分組交換的特點：簡單性,每個報文攜帶各自的地址信息 一個路由表可以為所有的流量服務(wù) 可以適應(yīng)爆炸性的增長 越簡單越不容易出錯 越簡單越容易增長 對基本網(wǎng)絡(luò)功能的要求少，可以在其上建立多種類型的網(wǎng)絡(luò),分組交換的特點：靈活性,可以在各種底層物理網(wǎng)絡(luò)上運行 Ethernet,FDDI, Frame

34、Relay, ATM, SONET, DWDM …可以支持各種類型應(yīng)用 telnet, ftp, email, 多媒體, web, 電子商務(wù)What will the future bring? The best bet would be to stay flexible,分組交換的特點：可擴展性,可擴展的系統(tǒng)必須能對付端系統(tǒng)的增加 流量的增加 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長 大的路由表 路由頻繁的變化 With IP, “the

35、 network knows nothing about individual end applications; end applications know nothing about network internals”—Van Jacobsonmade it possible to aggregate routing table entries according to scaling need,分組交換的特點：健壯性,動態(tài)路由

36、具有自適應(yīng)的特性動態(tài)路由和報文轉(zhuǎn)發(fā)相輔相成周期性路由更新默認(rèn): 現(xiàn)有的部件會失效，會有新的部件加入，認(rèn)為變化是正常的犧牲一定的帶寬的利用率，提高健壯性(報文頭開銷，更新開銷),分組交換網(wǎng)絡(luò)原理總結(jié),存儲轉(zhuǎn)發(fā)動態(tài)路由(包括每個分組自帶源地址、目的地址，拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、路由選擇)出錯交由端系統(tǒng)處理,今天的Internet,與50年多前相比 規(guī)模更大 用戶更多 功能更多，更有價值 但是，健壯性、適應(yīng)性和互聯(lián)程度都下降了 ...

37、地址空間趨于耗盡 越來越多的用戶通過NAT(Network Address Translation)訪問網(wǎng)絡(luò),NAT: a feature or a problem?,NAT解決了地址耗盡的問題，并且增強了安全性和控制性 NAT打破了許多協(xié)議和應(yīng)用基于IP地址全球唯一的假設(shè)無法支持peer to peer的應(yīng)用。端到端的報文傳輸路徑變成多個NAT域的級聯(lián)，相當(dāng)于虛電路,NAT: a feature or a problem?,N

38、AT導(dǎo)致隨著時間推移，Internet原有結(jié)構(gòu)遭到破壞為了恢復(fù)Internet原有結(jié)構(gòu)，必須過渡到IPv6解決地址短缺的問題為什么IPv6還未大規(guī)模使用，一些反對者的說法NAT喜好者: NAT比過渡到IPv6便宜而且容易地址不會這么快耗盡，至少可以支撐到2010，甚至2020年,How Soon?,IPv4地址何時耗盡?NAT可以保證地址永遠夠用，但是降低整個網(wǎng)絡(luò)的互通性IPv6的部署宜早不宜遲對于指數(shù)增長的網(wǎng)絡(luò)，問題拖

39、得越久越難解決等兩年就意味著問題的難度增長了4倍,IPv4 address exhaustion,The top-level exhaustion occurred on 31 January 2011The RIR(Regional Internet registry) APNIC(Asia-Pacific Network Information Centre)'s exhaustion on 15 April 2011,