第1章-计算机网络的研究与发展.ppt

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1、吴功宜吴功宜 编著编著“十一五十一五十一五十一五”国家重点图书国家重点图书国家重点图书国家重点图书 计算机科学与技术学科前沿丛书计算机科学与技术学科前沿丛书计算机科学与技术学科前沿丛书计算机科学与技术学科前沿丛书计算机科学与技术学科研究生系列教材（中文版）计算机科学与技术学科研究生系列教材（中文版）计算机科学与技术学科研究生系列教材（中文版）计算机科学与技术学科研究生系列教材（中文版）计算机网络计算机网络 高级教程高级教程1计算机网络高级教程计算机网络高级教程第第1章章计算机网络技术计算机网络技术的研究与发展的研究与发展2计算机网络高级教程计算机网络高级教程计算机网络技术发展的三条主线计算机网

2、络技术发展的三条主线 3计算机网络高级教程计算机网络高级教程主线主线1：ARPANET-TCI/IP-Internet4计算机网络高级教程计算机网络高级教程ARPANET与分组交换技术与分组交换技术 计算机网络技术准备和理论形成阶段出现的三计算机网络技术准备和理论形成阶段出现的三项标志性的成果项标志性的成果：数据通信技术的研究将彼此独立发展的计算机数据通信技术的研究将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合起来，为计算机网络的形技术与通信技术结合起来，为计算机网络的形成奠定了技术基础；成奠定了技术基础；分组交换概念的提出为计算机网络的形成奠定分组交换概念的提出为计算机网络的形成奠定了理论基础，标

3、志着现代电信时代的到来；了理论基础，标志着现代电信时代的到来；ARPANET的成功运行进一步证明了分组交换的成功运行进一步证明了分组交换技术的正确性，展示出计算机网络广阔的应用技术的正确性，展示出计算机网络广阔的应用前景。前景。5计算机网络高级教程计算机网络高级教程ARPANET的基本设计思想的基本设计思想 6计算机网络高级教程计算机网络高级教程ARPANET协议结构协议结构 7计算机网络高级教程计算机网络高级教程ARPANET最早的四个结点的结构草图最早的四个结点的结构草图 8计算机网络高级教程计算机网络高级教程ARPANET对推动网络技术发展的贡献对推动网络技术发展的贡献 完成了对计算机网

4、络定义与分类方法的研究；完成了对计算机网络定义与分类方法的研究；提出了资源子网、通信子网的网络结构概念；提出了资源子网、通信子网的网络结构概念；研究并实现了分组交换方法；研究并实现了分组交换方法；完善了层次型网络体系结构模型与协议体系；完善了层次型网络体系结构模型与协议体系；开始了开始了TCP/IP模型、协议与网络互联技术研模型、协议与网络互联技术研 究与应用。究与应用。9计算机网络高级教程计算机网络高级教程TCP/IP协议主要特点协议主要特点 开放的协议标准；开放的协议标准；独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的计算机硬件与操作系统；独立于特定的网络硬件，可以运行在局独立于特定的网络

5、硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网络中；域网、广域网，更适用于互联网络中；统一的网络地址分配方案，使得整个统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址；设备在网中都具有惟一的地址；标准化的应用层协议，可以提供多种可标准化的应用层协议，可以提供多种可靠的网络服务。靠的网络服务。10计算机网络高级教程计算机网络高级教程从从ARPANET到到Internet的发展过程的发展过程 11计算机网络高级教程计算机网络高级教程Internet的的ISP层次结构层次结构 12计算机网络高级教程计算机网络高级教程对应对应ISP层次结构的层次结构的Internet网络层次结构

6、网络层次结构 13计算机网络高级教程计算机网络高级教程接入接入Internet的主机的主机数量的增长过程数量的增长过程 14计算机网络高级教程计算机网络高级教程Internet中不同中不同应用的流量统计应用的流量统计 15计算机网络高级教程计算机网络高级教程Intrnet应用技术的发展与演变应用技术的发展与演变E-MailTelnetFTPBBSWeb电子商务电子商务电子政务电子政务远程教育远程教育远程医疗远程医疗搜索引擎搜索引擎VoIPIPTV播客播客Podcast博客博客Blog即时通信即时通信IM3D游戏游戏网络广告网络广告网络出版网络出版16计算机网络高级教程计算机网络高级教程搜索引擎

7、技术研究与发展搜索引擎技术研究与发展 搜索引擎是搜索引擎是Internet中的一类中的一类Web服务器，它的任务是服务器，它的任务是在在Internet中主动搜索其他中主动搜索其他Web服务器中的信息并对其服务器中的信息并对其自动索引，然后将索引内容存储在可供查询的大型数自动索引，然后将索引内容存储在可供查询的大型数据库中；据库中；用户可以利用搜索引擎提供的分类目录和查询功能来用户可以利用搜索引擎提供的分类目录和查询功能来查找所需信息；查找所需信息；搜索引擎可以分为自动搜索引擎和目录搜索引擎，或搜索引擎可以分为自动搜索引擎和目录搜索引擎，或网页搜索引擎和网站搜索引擎；网页搜索引擎和网站搜索引擎

8、；目前搜索引擎技术的研究主要集中在如何将自然语言目前搜索引擎技术的研究主要集中在如何将自然语言理解嵌入到搜索引擎，理解嵌入到搜索引擎，P-to-P搜索技术以及多媒体搜索搜索技术以及多媒体搜索技术等。技术等。17计算机网络高级教程计算机网络高级教程P2P文件共享技术文件共享技术 P2P系统中没有固定的客户与服务器。所有的系统中没有固定的客户与服务器。所有的成员计算机在不同时间中，可以充当客户机与成员计算机在不同时间中，可以充当客户机与服务器这两个不同的脚色。服务器这两个不同的脚色。P2P的对等概念是的对等概念是用来区别有固定服务器的网络结构。用来区别有固定服务器的网络结构。单纯从流量的角度来看，

9、单纯从流量的角度来看，P2P文件共享是最具文件共享是最具发展潜力的发展潜力的Internet应用之一。应用之一。如何在适合的应用中正确使用如何在适合的应用中正确使用P2P模式，如何模式，如何正确地判断正确地判断P2P流量，以及如何控制流量，以及如何控制P2P流量，流量，这些是目前急需解决的问题。这些是目前急需解决的问题。18计算机网络高级教程计算机网络高级教程播客技术播客技术 播客播客podcast是基于是基于Internet的数字广播技术之的数字广播技术之一。一。由于播客技术继承了传统播音的大众性，又增由于播客技术继承了传统播音的大众性，又增加了收听节目的灵活性，听众选择节目与参与加了收听节

10、目的灵活性，听众选择节目与参与节目的主动性、互动性，因此播客技术的应用节目的主动性、互动性，因此播客技术的应用发展非常迅速。发展非常迅速。尽管播客只是尽管播客只是Internet中一种新的信息交互方中一种新的信息交互方式，目前还没有形成完善的商业运作模式，但式，目前还没有形成完善的商业运作模式，但是已经可以看出它对传统传媒的冲击和潜在的是已经可以看出它对传统传媒的冲击和潜在的商机。商机。19计算机网络高级教程计算机网络高级教程博客技术博客技术 博客博客blog即网络日志或网志即网络日志或网志weblog是指以文章是指以文章的形式在的形式在Internet上发表和信息共享，技术上上发表和信息共享

11、，技术上属于网络共享空间，在形式上属于个人属于网络共享空间，在形式上属于个人Internet出版的一类应用，也是人们在出版的一类应用，也是人们在Internet上思想交流的一种新的方式。上思想交流的一种新的方式。提供博客服务的网站为博客的使用者开辟一个提供博客服务的网站为博客的使用者开辟一个共享空间。博客使用者可以使用文字、视频、共享空间。博客使用者可以使用文字、视频、图片或链接建立自己个性化的信息共享空间。图片或链接建立自己个性化的信息共享空间。博客的发展说明博客的发展说明Internet的应用开始从精英走的应用开始从精英走向平民。向平民。20计算机网络高级教程计算机网络高级教程即时通信即时

12、通信即时通信（即时通信（IM）是在计算机网络环境中）是在计算机网络环境中一对用户实时在计算机屏幕上发送和接一对用户实时在计算机屏幕上发送和接收文本或图形、视频信息的通信方式。收文本或图形、视频信息的通信方式。即时通信服务是点即时通信服务是点点之间的实时数据点之间的实时数据传输，而电子邮件服务传输的邮件需要传输，而电子邮件服务传输的邮件需要有中间邮件服务器转发，电子邮件服务有中间邮件服务器转发，电子邮件服务的数据传输不是实时的。的数据传输不是实时的。即时通信与播客、博客一起，创造了一即时通信与播客、博客一起，创造了一种网络环境中人与人交流新的方式。种网络环境中人与人交流新的方式。21计算机网络高

13、级教程计算机网络高级教程网络电视技术与应用网络电视技术与应用 网络电视网络电视IPTV是通过宽带是通过宽带IP网络传输的，网络传输的，可以实行与用户的互动点播，同时也可可以实行与用户的互动点播，同时也可以非常方便地将传统的电视服务与以非常方便地将传统的电视服务与WWW浏览、浏览、E-Mail，以及其他的，以及其他的Internet服务功能结合起来，因此有非常服务功能结合起来，因此有非常好地应用前景。好地应用前景。网络电视网络电视IPTV是三网融合的产物，同时是三网融合的产物，同时又是促进三网融合的动力。又是促进三网融合的动力。22计算机网络高级教程计算机网络高级教程网络计算概念与技术的发展网络

14、计算概念与技术的发展“网络计算网络计算”有着更为广泛的内涵。有着更为广泛的内涵。网络将被视为最强有力的超级计算环境，它包网络将被视为最强有力的超级计算环境，它包含丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，含丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用户可以在任何地方登录并处理以前不能完成用户可以在任何地方登录并处理以前不能完成的问题。的问题。网络计算技术包括移动计算网络、网络多媒体网络计算技术包括移动计算网络、网络多媒体计算、网络并行计算、网格计算、存储区域网计算、网络并行计算、网格计算、存储区域网络与网络分布式对象计算等，它们正在成为网络与网络分布式对象计算等，它们正在成为网络新的研究与应用热点

15、。络新的研究与应用热点。23计算机网络高级教程计算机网络高级教程主线主线2：PRNET-Ad hoc-WSN/WMN24计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线分组网技术的发展无线分组网技术的发展25计算机网络高级教程计算机网络高级教程IEEE803.11WLAN 体系结构体系结构26计算机网络高级教程计算机网络高级教程Ad hoc 体系结构：特殊的、不需要有基础设施体系结构：特殊的、不需要有基础设施 的无线移动自组网的无线移动自组网27计算机网络高级教程计算机网络高级教程Ad hoc 特征特征：无线无线移动移动自组织自组织对等对等多跳多跳Ad hoc网结点网结点：主机主机路由器路由器 28计

16、算机网络高级教程计算机网络高级教程PRNETSURANPRNET项目验证可行性，但是还是不能支持大型网络项目验证可行性，但是还是不能支持大型网络环境的需要；环境的需要；1983年启动了残存性自适应网络年启动了残存性自适应网络SURAN项目；项目；SURAN项目研究：如何将无线分组网项目研究：如何将无线分组网PRNET技术用技术用于支持更大规模的网络，并开发了能够适应战场快速于支持更大规模的网络，并开发了能够适应战场快速变化的自适应网络协议；变化的自适应网络协议；SURAN计划的三个具体的计划的三个具体的目标目标：*开发出一种体积小、成本低、功耗少，能支持更复杂开发出一种体积小、成本低、功耗少，

17、能支持更复杂 情况的分组无线网协议的产品；情况的分组无线网协议的产品；*开发并验证适合上万个结点的组网方法；开发并验证适合上万个结点的组网方法；*开发并验证，在存在复杂电子干扰条件下可生存的分开发并验证，在存在复杂电子干扰条件下可生存的分 组无线网技术。组无线网技术。29计算机网络高级教程计算机网络高级教程GloMo计划计划1994年启动了全球移动信息系统年启动了全球移动信息系统GloMo计划；计划；无线自适应移动信息系统无线自适应移动信息系统WAMIS：多跳、：多跳、移动环境下支持实时多媒体业务的高速移动环境下支持实时多媒体业务的高速分组无线网；分组无线网；WINGs研究项目研究项目：开始于

18、开始于1996年，年，2000年完成；年完成；主要目标：如何将无线移动自组网与主要目标：如何将无线移动自组网与 Internet无缝地连接起来。无缝地连接起来。30计算机网络高级教程计算机网络高级教程Ad hoc网络的应用网络的应用军事领域军事领域 民用领域民用领域 办公环境的应用办公环境的应用 特殊环境的应用特殊环境的应用 个人区域网络中的应用个人区域网络中的应用 家庭无线网络的应用家庭无线网络的应用 31计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线传感器网络无线传感器网络（wireless sensor network，WSN）传感器网络三要素：传感器、感知对象传感器网络三要素：传感器、感知对

19、象和观察者；和观察者；如果说如果说Internet改变了人与人之间的沟通改变了人与人之间的沟通方式，那么无线传感器网络将会改变人方式，那么无线传感器网络将会改变人类与自然界的交互方式；类与自然界的交互方式；人们可以通过传感网络直接感知客观世人们可以通过传感网络直接感知客观世界，从而极大地扩展现有网络的功能和界，从而极大地扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。人类认识世界的能力。32计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线传感器网络产生与发展的过程无线传感器网络产生与发展的过程1994年年William J.Kaiser在论文在论文“Low Power Wireless Integrated

20、Microsensers”中提出了无线传感器网络的概中提出了无线传感器网络的概念，当时研究的重点是低功耗、无线集成微型传感器，念，当时研究的重点是低功耗、无线集成微型传感器，而不涉及网络技术；而不涉及网络技术；1998年，年，Gregory J.Pottie在他的论文中从网络的角度诠在他的论文中从网络的角度诠释了无线传感器网络释了无线传感器网络WSN的概念；的概念；人们对无线传感器网络的作用和意义有了全新的认识，人们对无线传感器网络的作用和意义有了全新的认识，甚至有人提出甚至有人提出“Network is Sensor”的观点；的观点；无线传感器网络蕴藏着的巨大的商业价值与应用前景，无线传感器

21、网络蕴藏着的巨大的商业价值与应用前景，是是21世纪人类在信息技术研究领域面临的一次重大地挑世纪人类在信息技术研究领域面临的一次重大地挑战。战。33计算机网络高级教程计算机网络高级教程结点芯片结点芯片：数据采集数据采集数据处理数据处理数据融合数据融合数据缓存数据缓存数据转发数据转发34计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线传感器网络的特点无线传感器网络的特点 网络规模网络规模 ：结点数量与分布的地理范围：结点数量与分布的地理范围 自组织网络自组织网络 :自动形成转发监测数据的多自动形成转发监测数据的多 跳无线网络系统跳无线网络系统 拓扑结构的动态变化拓扑结构的动态变化 :具有动态的系统可具有动

22、态的系统可 重构性重构性 802.15.4标准标准：低功耗、低速率、低成本：低功耗、低速率、低成本35计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线传感器网络研究无线传感器网络研究网络拓扑控制网络拓扑控制网络协议网络协议网络安全网络安全时钟同步时钟同步结点定位结点定位数据融合数据融合数据并行处理数据并行处理无线传输无线传输嵌入式操作系统嵌入式操作系统应用层协议应用层协议36计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线传感器网络涉及无线传感器网络涉及：传感器技术传感器技术计算机网络技术计算机网络技术无线传输技术无线传输技术嵌入式计算技术嵌入式计算技术分布式信息处理技术分布式信息处理技术微电子制造技术微电子

23、制造技术软件编程技术软件编程技术 37计算机网络高级教程计算机网络高级教程对无线传感器网络技术发展的预测对无线传感器网络技术发展的预测美国美国MIT技术评论技术评论（2001年）在预测未来技术发展年）在预测未来技术发展的报告中，将无线传感器网络列为的报告中，将无线传感器网络列为21世纪改变世界的世纪改变世界的10大技术之首；大技术之首；商业周刊商业周刊预测无线传感器网络将与其他三项技术一预测无线传感器网络将与其他三项技术一起，在不远的将来要掀起新的产业高潮；起，在不远的将来要掀起新的产业高潮；我国的一份关于未来我国的一份关于未来20年可预见的技术报告中，关于信年可预见的技术报告中，关于信息技术

24、的息技术的157项技术中有项技术中有7项与无线传感器网络相关；项与无线传感器网络相关；2006年我国公布的年我国公布的国家中长期科学与技术发展规划纲国家中长期科学与技术发展规划纲要要中确定的信息技术的三个前沿方向中，其中有两项中确定的信息技术的三个前沿方向中，其中有两项与无线传感器网络直接相关与无线传感器网络直接相关。38计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线网格网无线网格网（wireless mesh network，WMN）Ad hoc技术向民用的接入网领域发展，技术向民用的接入网领域发展，出现了无线网格网出现了无线网格网WMN；无线网格网无线网格网WMN的出现大概在的出现大概在20世纪

25、世纪90年代中期之后，在年代中期之后，在2000年之后开始引起年之后开始引起了人们的重视；了人们的重视；推动无线网格网推动无线网格网WMN发展的直接动力是发展的直接动力是Internet接入的应用需求。接入的应用需求。39计算机网络高级教程计算机网络高级教程无线宽带接入网的结构无线宽带接入网的结构在中远距离（在中远距离（50KM范围内、范围内、70Mb/s的传输速的传输速率）采用率）采用802.16 WiMAX技术；技术；近距离采用近距离采用802.11 WLAN，可以满足一定的地，可以满足一定的地理范围内的用户无线接入需求；理范围内的用户无线接入需求；同时同时WLAN的接入点的接入点AP可以

26、与邻近的可以与邻近的WMN路路由器连接，由由器连接，由WMN路由器组成的无线自组网路由器组成的无线自组网传输平台，实行传输平台，实行WLAN不能覆盖范围的大量不能覆盖范围的大量VoIP手机、笔记本计算机、无线手机、笔记本计算机、无线PDA等设备的等设备的接入。接入。40计算机网络高级教程计算机网络高级教程主线主线3：Network Security41计算机网络高级教程计算机网络高级教程网络安全的研究与发展网络安全的研究与发展 当前网络中三大公害当前网络中三大公害：计算机病毒计算机病毒垃圾邮件与灰色软垃圾邮件与灰色软件件网络攻击网络攻击 网络安全三个主要技术网络安全三个主要技术：攻击检测攻击检测防火墙防火墙防病毒防病毒42计算机网络高级教程计算机网络高级教程网网络络发发展展过过程程中中出出现现的的重重要要技技术术与与标标准准 43计算机网络高级教程计算机网络高级教程