信息技術導論-網絡工程學科簡介

2023年11月信息技術導論

網絡工程學科簡介

主講：蔣朝惠網絡的重要性2023年7月15日，中國互聯網絡信息中心〔CNNIC〕在京公布了《第26次中國互聯網絡進展狀況統(tǒng)計報告》?！秷蟾妗凤@示，截至2023年6月底，我國網民規(guī)模達4.2億人，互聯網普及率持續(xù)上升增至31.8%。手機網民到達2.77億人〔手機用戶已超過8億〕?；ヂ摼W商務化程度快速提高，全國網絡購物用戶到達1.4億，網上支付、網絡購物和網上銀行半年用戶增長率均在30%左右，遠遠超過其他類網絡應用。網絡的重要性麥特卡爾夫定律麥特卡爾夫定律可以描述為：網絡的價值同網絡用戶數量的平方成正比，也就是說，N個聯結可制造出N*N的效益。網絡就是計算機，這已成為人們的共識。計算機網絡技術是20世紀對人類社會影響最深遠的科技成就之一。隨著因特網技術的進展和信息根底設施的完善，計算機網絡己廣泛應用于政府、軍事、教育、科研、商業(yè)等部門，并連接到千千萬萬個一般家庭。計算機網絡已成為人們獵取和溝通信息的一種特別重要、快捷的手段，它正深刻影響著社會治理及經濟運行模式以及人們的工作、學習、生活方式。網絡的重要性因特網對我們生活的影響網上購物、網上旅游、網上炒股網上談天、網上消遣、遠程醫(yī)療因特網對我們學習的影響網上學校、網上教育、網上學習因特網對我們工作的影響SOHO一族〔在家辦公〕DBA〔數據庫治理員〕SA〔系統(tǒng)治理員〕IT參謀或詢問專家網絡秘書網絡的重要性計算機網絡使人類處理信息的力量進展到了一個空前的高度，并且還將連續(xù)快速進展。有無全國性的高速安全的計算機網絡，已經成了衡量一個國家科學技術和綜合國力的重要標志。而能否經Internet與世界溝通，則打算了一個國家從整個世界獵取資源的力量。在21世紀，誰能掌握信息、掌握網絡，誰就將掌握整個世界。主要內容第1節(jié)網絡進展歷史第2節(jié)現有網絡類型第3節(jié)網絡的主要技術問題第4節(jié)網絡涉及到的學科領域第6節(jié)社會對網絡工程人才的需求狀況及就業(yè)前景分析第5節(jié)網絡技術進展方向第一節(jié)網絡進展歷史網絡進展歷史通信技術進展歷史原始通信方式千百年來，鼓聲、烽火上帝制造了何等的奇跡！－電報1837年，莫爾斯電報“沃森特先生，快來幫我啊”—1876年，貝爾“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、馬可尼數字通信1937年，里夫斯脈沖編碼調制節(jié)點節(jié)點網絡概念鏈路連接的多個節(jié)點節(jié)點連接的多個網絡網絡進展歷史網絡進展歷史縱橫制接線器 1919年，瑞典大型縱橫制局程控交換機 1965年，美國計算機通信 1969年，ARPA網，聯機終端網移動通信網 1979年，蜂窩模擬移動通信系統(tǒng)局域網絡 1982年，以太網互聯網 1991年，商業(yè)用戶首次超過學術界用戶ARPAnetNSFnetInternet下一代網絡： 1997年開頭爭論下一代互聯網下一代電信網下一代移動網節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點交換機AllIP網

網絡進展的動力三個因素推動網絡的進展:流量增長新業(yè)務進展技術進步例如：競爭和技術進步費用下降流量增長和新業(yè)務進展〔年增長60–80%〕新網絡需求新網絡構造和新技術〔每10年更新一代〕其次節(jié)現有網絡類型現有網絡類型按業(yè)務類型劃分語音通信網絡模擬通信數字通信網絡無線通信數據通信網絡計算機網絡/局域網幀中繼網Internet視頻通信網絡有線電視網絡綜合業(yè)務網絡窄帶綜合業(yè)務數字網絡ISDN寬帶綜合業(yè)務數字網絡ATM網三級構造，全連接核心網AT&T:135個五百萬門核心交換機本地交換局可同時連到多個核心交換機LocalExchangeCarrierCentralOfficeSwitchCO3CO2CO1TOLLSwitchWideAreaCoreSubscribersInternet構造一級ISP一級ISP第一層

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP校園網校園網校園網校園網其次層ISP其次層ISPNAPNAPAB主機A→本地ISP→其次層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→其次層ISP→本地ISP→主機B第一層

ISP其次層ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一層

ISP第一層其次層第三層本地

ISP其次層ISP本地

ISP本地

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ISP本地

ISP其次層ISP本地

ISP本地

ISP其次層ISPInternet構造Internet構造電視網絡現有網絡類型按掩蓋范圍劃分廣域網 〔幾百～幾千公里〕城域網 〔50公里左右〕局域網 〔幾十米～幾公里〕個人網 〔十幾米以內〕IRERIRIRIRRRRRRRIRIRIRIRIRERIRIRIRIRIRRRRRRRHost1Host2HostnHost3RouterHost1Host2HostnHost3Host1Host2HostnHost1Host2HostnHost3LANWANMANIRIRERIRIRERRRRRRRIRRIRRPANLANMANMAN現有網絡類型按傳輸媒介劃分有線網光纖網電視電纜網線/雙絞線網電線網無線網衛(wèi)星通信網移動通信網Adhoc網無線傳感網光纖BackboneTransportNetworkVoiceDataWebHostingIPVoiceDataWebHostingIPMetroTransport/AccessNetworkMetroTransport/AccessNetworkVideoVideoADSL典型帶寬1.5-2.0Mbps(DSLAccessMultiplexer)NID-NetworkInterfaceDevice電視電纜共享本地回路，但高速率無線蜂窩移動Adhoc網絡不需要主架構網絡支持易于構建在沒有網絡的地方〔荒野、災區(qū)、戰(zhàn)區(qū)〕特別有用可能需要通過多個鏈路到達目的地移動Adhoc網絡移動會導致路由轉變無線傳感網〔物聯網〕無人監(jiān)測：環(huán)境、生態(tài)、工程構造、戰(zhàn)區(qū)第三節(jié)網絡的主要技術問題網絡的主要技術問題之一點到點通信多路復用多路訪問交換路由組播端到端傳輸HostAHostBHostEHostDHostCNode1Node2Node3Node4Node5Node6Node7點到點通信與多路訪問點到點通信多路復用多路訪問…L1L2L3R1R2R3交換/路由171.69PacketsForwardedBasedonIPAddressDataAddressPrefix128.89171.6911I/F…AddressPrefix128.89171.6901…01I/F128.8901Data

AddressPrefix128.890……I/FDataDataRouteUpdate路由Hosth2abbaaCABdcA.aA.cC.bB.acbHosth1自治系統(tǒng)內路由自治系統(tǒng)間路由自治系統(tǒng)內路由組播－MulticastSrc7：1Src組播－MulticastSrcSrc14：2組播－MulticastSrcSrc21：4組播－MulticastSrcSrc28：8組播－Multicast32：12組播－MulticastSrc7：1Src14：221：428：832：12端到端傳輸在主機－主機連接根底上的應用－應用連接HostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel懇求/響應分布式文件系統(tǒng)數字圖書館(web)流視頻:幀序列視頻點播視頻會議網絡的主要技術問題之二間接虛擬移動安全質量可信間接中間boxHostHostApplicationHostApplicationHostHostChannel內網防火墻內網代理虛擬局域網－VLANA1SwitchB1C1D1SwitchA2SwitchB2C2D2A3SwitchB3C3Switchs2s1SwitchS2S1VLAN1VLAN2VLAN3VLAN4虛擬專網－VPNMPLSBackboneBlueVPNYellowVPNRedVPN移動－MobileIPMobileHost(MH,移動主機)VisitingLocationHome(歸屬網)InternetCorrespondentHost(CH,通信主機)Packet移動－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA,歸屬代理)MobileHost(MH)Iamhere移動－MobileIPVisitingLocationHomeInternetCorrespondentHost(CH)PacketHomeAgent(HA)MobileHost(MH)Encapsulated效勞質量保證資源預約呼叫建立,信令(RSVP)流和業(yè)務質量申報接入掌握QoS-sensitiveschedulingrequest/reply效勞質量無抖動無丟幀低時延安全InternetWebSiteUsersISPNetwork

sniffed,attackedNetwork

sniffed,

attackedNetwork

sniffed,

attackedTrojanhorse

Applications

(database,

Webserver)

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

PIN,creditcard#安全安全內聯網防火墻效勞器入侵檢測系統(tǒng)(IDS)入侵防范系統(tǒng)(IPS)內聯網反病毒系統(tǒng)可信用戶可信計算機硬件可信計算機啟動系統(tǒng)可信計算機操作系統(tǒng)可信運行的程序可信網絡可信可信第四節(jié)網絡涉及到的學科領域網絡涉及到的學科領域信息與通信工程信息理論編碼壓縮排隊理論圖論統(tǒng)計學與隨機過程理論/性能評估數字信號處理有線或無線通信原理與技術計算機科學與技術計算機硬件〔CPU、ASIC、NP等〕計算機軟件〔網絡操作系統(tǒng)、網絡通信軟件、網絡治理與計費系統(tǒng)等〕信息安全密碼學〔包括編碼學〔加密〕、密碼分析學〔解密〕、數字簽名、數字證書、身份認證、報文摘要等〕物理安全、計算機安全〔包括系統(tǒng)安全、應用安全〕、協議安全網絡安全〔包括交換節(jié)點安全、傳輸安全、鏈路安全〕等第五節(jié)網絡技術進展方向網絡技術進展方向1、21世紀的根本特征信息化網絡化數字化智能化個人化2、信息技術〔IT〕進展的三大定律摩爾定律每18~24個月處理器上的晶體管的數目增加一倍。吉爾德定律每9個月網絡傳輸帶寬的力量就會增加一倍。麥特卡爾夫定律網絡的價值同網絡用戶數量的平方成正比，也就是說，N個聯結可制造出N*N的效益。網絡技術進展方向3、三網合一所謂三網合一即原先獨立設計運營的傳統(tǒng)電信網、計算機互聯網和有線電視網將趨于相互滲透和相互融合。相應地，三類不同的業(yè)務、市場和產業(yè)也將相互滲透和相互融合，以三大業(yè)務來分割三大市場和行業(yè)的界限逐步變得模糊，漸漸形成一個統(tǒng)一的網絡系統(tǒng)，并以全數字化的網絡設施來支持包括數據、話音和視像在內的全部業(yè)務的通信。因此，這種網絡體系應當具有以下幾個特征：網絡在物理層上是互通的，即一個網絡的信號可以直接傳遞或者經過組織、變換，傳送到另個一個網絡中去，并且通過另外的網絡傳送到用戶終端時，不轉變信息的內容，也就是說，網絡之間要相互透亮。用戶只需一個物理網絡連接，就可以享用其他網絡的資源或者與其他網絡上的用戶通信。在應用層上，網絡之間業(yè)務是相互滲透和穿插的，但又可以相互獨立，互不防礙，并且在各自的網絡上可以像以往那樣獨立進展自己的新業(yè)務。網絡之間的協議兼容或者可以進展轉換，這是由于各個網絡都有自己的協議，因此信息從一個網傳送到另一個網時它應當滿足所轉向網絡的協議要求。網絡技術進展方向4、三網融合三網融合是一種廣義的、社會化的說法，在現階段它并不意味著電信網、計算機網和有線電視網三大網絡的物理合一，而主要是指高層業(yè)務應用的融合。其表現為技術上趨向全都，網絡層上可以實現互聯互通，形成無縫掩蓋，業(yè)務層上相互滲透和穿插，應用層上趨向使用統(tǒng)一的IP協議，在經營上相互競爭、相互合作，朝著向人類供給多樣化、多媒體化、共性化效勞的同一目標漸漸交匯在一起，行業(yè)管制和政策方面也漸漸趨向統(tǒng)一。三大網絡通過技術改造，能夠供給包括語音、數據、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務。這就是所謂的三網融合。三網融合，在概念上從不同角度和層次上分析，可以涉及到技術融合、業(yè)務融合、行業(yè)融合、終端融合及網絡融合。目前更主要的是應用層次上相互使用統(tǒng)一的通信協議。IP優(yōu)化光網絡就是新一代電信網的根底，是我們所說的三網融合的結合點。數字技術的快速進展和全面承受，使、數據和圖像信號都可以通過統(tǒng)一的編碼進展傳輸和交換，全部業(yè)務在網絡中都將成為統(tǒng)一的“0”或“1”的比特流。光通信技術的進展，為綜合傳送各種業(yè)務信息供給了必要的帶寬和傳輸高質量，成為三網業(yè)務的抱負平臺。軟件技術的進展使得三大網絡及其終端都通過軟件變更，最終支持各種用戶所需的特性、功能和業(yè)務。網絡技術進展方向5、網絡進展的技術路線第一代互聯網主要的技術是TCP／IP，其次代主要是WWW，第三代主要是以IPv6為根底的網絡技術?；ヂ摼W現在的進展超出了當時的設想，更多的應用是流媒體和多媒體?！傲鳌笔腔ヂ摼W絡上從特定源點到特定終點〔單播或多播〕的一系列數據報〔照實時音頻或視頻〕，“流”所經過的路徑上的路由器都保證指明的效勞質量。全部屬于同一個流的數據報都具有同樣的流標號。移動通信的進展路線是：第一代移動通信是模擬制，雙工方式為FDD，多址方式為FDMA，基于電路交換網絡〔如TACS、AMPS等〕。其次代移動通信是數字制，話音為低比特率編碼〔6－13kbit／s〕，第三代移動通信的主要特征是基于分組網絡。承受DWDM(密集波分復用)技術光纖〔有線〕通信，帶寬已經到達3.2T〔3200G〕，而且這個數值還在提高。網絡技術進展方向6、網絡轉型〔演進〕的五大進展方向向多元化的寬帶接入網演進xDSL、HFC(xPON+EoC)、FTTx、Wi-Fi、WiMAX、3G、Bluetooth向以光聯網為根底的下一代傳送網演進SDH、WDM、DWDM、ASON實現光網絡節(jié)點的智能化、全網資源的動態(tài)配置向以IPv6為根底的下一代互聯網演進海量IP地址空間、效勞質量、治理敏捷性、安全性向以3G為代表的下一代移動通信網演進TD－SCDMA、WCDMA、CDMA20233G(2Mbps〕、E3G、B3G、3GPPLTE、4G(100Mbps)、5G(3.6Gbps)向以軟交換為核心的下一代交換網演進軟交換打破了傳統(tǒng)的封閉交換構造，承受完全不同的橫向組合合的模式，將交換機各功能間接口翻開，承受開放的接口和通用的協議，構成一個開放的、分布的、多廠家應用的系統(tǒng)構造。軟交換機硬件分散，業(yè)務掌握和業(yè)務規(guī)律則相對集中。這樣可以使業(yè)務供給者敏捷選擇最正確和最經濟的設備組合來構建網絡，不僅建網本錢低，網路升級簡潔，而且便于加快新業(yè)務和新應用的開發(fā)、生成和部署，能快速實現低本錢廣域業(yè)