信息技术导论-网络工程学科简介

2023年11月信息技术导论

网络工程学科简介

主讲：蒋朝惠网络的重要性2023年7月15日，中国互联网络信息中心〔CNNIC〕在京公布了《第26次中国互联网络进展状况统计报告》。《报告》显示，截至2023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%。手机网民到达2.77亿人〔手机用户已超过8亿〕。互联网商务化程度快速提高，全国网络购物用户到达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个联结可制造出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。随着因特网技术的进展和信息根底设施的完善，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一般家庭。计算机网络已成为人们猎取和沟通信息的一种特别重要、快捷的手段，它正深刻影响着社会治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、网上炒股网上谈天、网上消遣、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〔数据库治理员〕SA〔系统治理员〕IT参谋或询问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力量进展到了一个空前的高度，并且还将连续快速进展。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，则打算了一个国家从整个世界猎取资源的力量。在21世纪，谁能掌握信息、掌握网络，谁就将掌握整个世界。主要内容第1节网络进展历史第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状况及就业前景分析第5节网络技术进展方向第一节网络进展历史网络进展历史通信技术进展历史原始通信方式千百年来，鼓声、烽火上帝制造了何等的奇迹！－电报1837年，莫尔斯电报“沃森特先生，快来帮我啊”—1876年，贝尔“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进展历史网络进展历史纵横制接线器 1919年，瑞典大型纵横制局程控交换机 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ARPAnetNSFnetInternet下一代网络： 1997年开头争论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

网络进展的动力三个因素推动网络的进展:流量增长新业务进展技术进步例如：竞争和技术进步费用下降流量增长和新业务进展〔年增长60–80%〕新网络需求新网络构造和新技术〔每10年更新一代〕其次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网三级构造，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构造一级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其次层ISP其次层ISPNAPNAPAB主机A→本地ISP→其次层ISP→NAP→第一层ISP→NAP→其次层ISP→本地ISP→主机B第一层

ISP其次层ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一层

ISP第一层其次层第三层本地

ISP其次层ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP其次层ISP本地

ISP本地

ISP其次层ISPInternet构造Internet构造电视网络现有网络类型按掩盖范围划分广域网 〔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〕特别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转变无线传感网〔物联网〕无人监测：环境、生态、工程构造、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/F128.8901Data

AddressPrefix128.890……I/FDataDataRouteUpdate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－主机连接根底上的应用－应用连接HostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel恳求/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效劳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掌握QoS-sensitiveschedulingrequest/reply效劳质量无抖动无丢帧低时延安全InternetWebSiteUsersISPNetwork

sniffed,attackedNetwork

sniffed,

attackedNetwork

sniffed,

attackedTrojanhorse

Applications

(database,

Webserver)

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

PIN,creditcard#安全安全内联网防火墙效劳器入侵检测系统(IDS)入侵防范系统(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、网络治理与计费系统等〕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〕等第五节网络技术进展方向网络技术进展方向1、21世纪的根本特征信息化网络化数字化智能化个人化2、信息技术〔IT〕进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力量就会增加一倍。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个联结可制造出N*N的效益。网络技术进展方向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，渐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、话音和视像在内的全部业务的通信。因此，这种网络体系应当具有以下几个特征：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，不转变信息的内容，也就是说，网络之间要相互透亮。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穿插的，但又可以相互独立，互不防碍，并且在各自的网络上可以像以往那样独立进展自己的新业务。网络之间的协议兼容或者可以进展转换，这是由于各个网络都有自己的协议，因此信息从一个网传送到另一个网时它应当满足所转向网络的协议要求。网络技术进展方向4、三网融合三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。其表现为技术上趋向全都，网络层上可以实现互联互通，形成无缝掩盖，业务层上相互渗透和穿插，应用层上趋向使用统一的IP协议，在经营上相互竞争、相互合作，朝着向人类供给多样化、多媒体化、共性化效劳的同一目标渐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也渐渐趋向统一。三大网络通过技术改造，能够供给包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。这就是所谓的三网融合。三网融合，在概念上从不同角度和层次上分析，可以涉及到技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。目前更主要的是应用层次上相互使用统一的通信协议。IP优化光网络就是新一代电信网的根底，是我们所说的三网融合的结合点。数字技术的快速进展和全面承受，使、数据和图像信号都可以通过统一的编码进展传输和交换，全部业务在网络中都将成为统一的“0”或“1”的比特流。光通信技术的进展，为综合传送各种业务信息供给了必要的带宽和传输高质量，成为三网业务的抱负平台。软件技术的进展使得三大网络及其终端都通过软件变更，最终支持各种用户所需的特性、功能和业务。网络技术进展方向5、网络进展的技术路线第一代互联网主要的技术是TCP／IP，其次代主要是WWW，第三代主要是以IPv6为根底的网络技术。互联网现在的进展超出了当时的设想，更多的应用是流媒体和多媒体。“流”是互联网络上从特定源点到特定终点〔单播或多播〕的一系列数据报〔照实时音频或视频〕，“流”所经过的路径上的路由器都保证指明的效劳质量。全部属于同一个流的数据报都具有同样的流标号。移动通信的进展路线是：第一代移动通信是模拟制，双工方式为FDD，多址方式为FDMA，基于电路交换网络〔如TACS、AMPS等〕。其次代移动通信是数字制，话音为低比特率编码〔6－13kbit／s〕，第三代移动通信的主要特征是基于分组网络。承受DWDM(密集波分复用)技术光纤〔有线〕通信，带宽已经到达3.2T〔3200G〕，而且这个数值还在提高。网络技术进展方向6、网络转型〔演进〕的五大进展方向向多元化的宽带接入网演进xDSL、HFC(xPON+EoC)、FTTx、Wi-Fi、WiMAX、3G、Bluetooth向以光联网为根底的下一代传送网演进SDH、WDM、DWDM、ASON实现光网络节点的智能化、全网资源的动态配置向以IPv6为根底的下一代互联网演进海量IP地址空间、效劳质量、治理敏捷性、安全性向以3G为代表的下一代移动通信网演进TD－SCDMA、WCDMA、CDMA20233G(2Mbps〕、E3G、B3G、3GPPLTE、4G(100Mbps)、5G(3.6Gbps)向以软交换为核心的下一代交换网演进软交换打破了传统的封闭交换构造，承受完全不同的横向组合合的模式，将交换机各功能间接口翻开，承受开放的接口和通用的协议，构成一个开放的、分布的、多厂家应用的系统构造。软交换机硬件分散，业务掌握和业务规律则相对集中。这样可以使业务供给者敏捷选择最正确和最经济的设备组合来构建网络，不仅建网本钱低，网路升级简洁，而且便于加快新业务和新应用的开发、生成和部署，能快速实现低本钱广域业