第1章：网络科技发展(1)全解

高速路由的有效结合；
3. 以太网没有网络级管理能力，缺乏全网故障定位和
监测告警，路由选择、拥塞控制、故障恢复、路径 保护和流量管理无法满足高可靠性要求；
4. 以太网只能实现CoS，没有端到端的QoS保证，无
法实现不同用户的带宽要求，无法SLA承诺；
5. 缺乏可运营性，设备不能提供运营管理的统计信息，
以太网特色：广泛的用户基础，桌面OS
和以太网深度融合。从广域、城域、局域 到桌面接入使用统一的帧格式，以统一的 帧格式方便地建立端到端的连接，其接口 简单、简洁和易管理是任何其它网络所不 具备的。
共享粗缆1M /细缆2M 共享双绞线10M/100M 交换的双绞线10M/100M 交换的光纤10G 交换的光纤10G
第3阶段—万维网出现(90年代初至今) ，Berners Lee 发明的WWW技术为互联网的应用模式带来了革 命性变革；各种新的互联网应用和服务如雨后春 笋层出不穷,互联网快速遍布全社会,渗透到各行各 业, 成为信息社会的主流表现形式。
第4阶段—移动互联网和云计算(2008至今） ？ iphone Appstore Amason出现，进入移动互联 网和云计算新时代。 互联网各个阶段目标不同，研究重点也不同：初 期从着眼方便实现的角度研究体系结构；在开放 互联阶段，从不同网络系统互联、互通角度研究 体系结构；在现阶段，则主要从互联网应用的角 度研究体系结构（WebService、社交网络、云计 算） 体会互联网体系结构、需求和技术相互关系 ？
网络科学技术发展概论
Developments of Network Science and Technologies
华师大计算机学院 范冰冰 教授
一、网络发展回顾和主要概念 二、计算机网络发展 三、现代网络发展趋势
一、网络发展回顾和主要概念
通信是现代社会三大基础结构之一（能源、交通 和通信），人类进步主要标志。
互联网怎样实现异构网络互连？
统一标准层和各自独立嵌套传输。建立标准IP数据 报面向统一应用，IP包进入物理网络前，路由器把 IP数据报作为完整的帧数据重新封装到一个帧中， 这个帧格式符合某个物理网络传送的硬件要求。
互联网分层嵌套和分用
互联网分层架构实现应用层、运输层、网际层、数 据链路层的独立，大大简化设备和应用设计开发。
网。目前移动互联网进入快速发展期，云计算、物联 网在发展起步阶段。
联网的核心概念
电路交换：建立虚电路（交换）电路、资源 预留，拆除电路，信令系统，传统通信—电 路建立思想。
PSTN电路交换网，采用电路交换方式，高质量管理 和对称业务；但信令系统建立呼叫和维护连接状态信 息代价大，对大量突发、非对称小数据量的应用（如 网页浏览）是低效率。
802.1aq。解决：
任意两点间多路径同时转发流量ECMP 快速收敛、防止广播风暴、配置管理简洁性
2、运行虚拟机的服务器和交换机、存储设备 的扩展较多网线（光纤，常见 6-8 线，网卡或 总线适配卡）连接，带来布线、能耗和故障 增加。 FCoE （ 以太网光纤通道）：将服务器面向 LAN 和 FC SAN 连接融合，形成 FCoE 交换机， 实现多种模式服务器 --- 交换机 — 存储组网结 构。
ISDN、B-ISDN/ATM、GSM移动通信网 。
人类历史上网络最快速发展的时期，移动通信网在几 十年停滞后得到快速发展；信息社会转型起步标志期。
网络第5阶段：1990年代初开始, 互联网异构互联、因
特网、极大丰富的网络应用时代；融合网络与NGN。
网络第6阶段：2007开始,移动互联网、云计算、物联
网络发展的回顾
古代通信网：烽火台网络和军邮接力通信网，利用
简易的声、光、旗帜通信和运动通信（信鸽、驿马 和人），信息量小，实时性差。
近代通信网（第1阶段）：19世纪中-20世纪中，人
类第一次以电磁信号实现信息远距离传输，有线/ 无线的电话电报，点对点、人工转接和城市交换网。
网络第2阶段： 50-70年代，中容量微波/载波传输
分组交换：数据分组(块)、分组地址、分组 存储路由/交换转发，新革命性的通信思想。
以太网、ATM、因特网等都采用分组交换方式，高 质量管理和对称业务；分组通信利用效率远远高于传 统通信网，但网络管理不同网络设计差异性大。
通信交互的核心概念
面向连接的流模式，连接是通信对等实体开
始通信前建立的一种结合和预处理，然后业务 流在此约束管理下交互。
3、物理服务器中多虚拟机的运行都挤占相同 网络出口，但虚拟机 OS和网络不再唯一对应 关系，带来流量拥挤、管理复杂性、安全问 题（如染毒）。 虚拟交换机和虚拟网卡技术：物理服务器中 虚拟器间的交换、高带宽的外部交换。 4、SDN软件定义的网络，传统网络交换、安 全、负载均衡独立处理，怎样解决直接根据 的策略直接转发流量？
2.2、互联网技术发展
互联网发展
互联网采用TCP/IP技术的异构互联系统, 是上个世纪最 具代表性的科学和技术奇迹之一 。互联网发展3阶段: 第1阶段—基本雏形（60年代初~70年代初），设计具有 “graceful degradation”特性的由多个分散结点组成的非 集中式网络系统 ，采用的分组交换技术 ；实现计算资源 共享。 第2阶段—开放型结构 (70年代初~90年代初)，Kahn 1972 年提出著名的“Open-Architecture Networking”, 早 期互联网体系结构的4 条重要设计原则,即各个网络的自 治性、尽力而为传输模型、无状态的路由设备、非集中 式的控制，提出了TCP/IP协议。从追求单一联网技术， 转向从另一个角度的异构网络互联一体化。 互联网FTP\Email等信息交互早期功能，体现出方便和 新视野。
因特网实际架构、选路协议和算法
大公司
对等汇接中心 其他主干网
其他主干网
NSFNET主干网
小公司 ISP1区域网 NCAR
网络是实Байду номын сангаас信息（语音、文本、数据或集合）交 互（通信）和应用的网元设备和协议集合。 传统网络主要是通信网，如电报传真网、电话交 换网PSTN、数字数据网DDN、分组交换公用数据 网PSPDN，及后来帧中继网FRN、ATM网、移动 通信网等；计算机网络指LAN和互联网； NGN指 两者融合的网络。 应用是网络最终表现形式， 支撑网络业务和应用开发 和运行是网络必须解决的 问题。
桌面
核心层
交换的光纤100M/1000M 接入层
目前以太网技术以经济、宽带和简单满足日
益发展的低成本、高带宽的市场需求，特别 适合中国办公、居住密度大的国情；已是校 园网、行业骨干网建设首选形式，也适用于 中小型新兴运营商和城域网。
Ethernet问题
1. 没有TDM电路（共享复用方式）； 2. 解决广播域和共享域冲突问题，密集2层交换和3层
术结合所构建的宽带IP网，在可靠性， 安全性和QoS和用户接入、带宽和运 营的可管理性方面不断完善。
将来完全可能发展成为一种开放
的标准网络平台，但引发另一个 技术思想的争议。
WLAN发展
移动互联网是桌面互联网之后正在快速发展的技
术，是网络技术与应用目前发展重点。
移动互联网主要问题：移动基础网络WLAN 、
2.5G\3G\4G，移动智能终端（手机、Pad），终端 基础软件OS\浏览器系统，应用服务平台和应用。
WiFi 、 WiMAX 、 构 成 无 线 城 市 基 础 ，
WLAN\3G\4G、自组织网络将架构未来移动互 联网的基础。
高速、远距离、安全可靠，以及漫游移动性
WLAN，灵活组网方式，和3G\4G融合将成为当 前移动互联网基础技术的发展方向。
云环境下以太网新发展
1、云数据中心大量服务器和虚拟化部署，使服 务器之间横向交互流浪大增，传统STP（生成树 协议），限制一条路径方法，严重阻碍了快速 扩展和大规模流量（交换机端口、链路浪费）。 CISCO的FabricPath，IETF 的TRILL（多链接 半透明互联，IEEE的SPB(最短桥接路径）标准
可靠的以太网DPT/RPR
双环结构是可靠组网的传统技术，如SDH。 弹性分组环RPR，吸收了千兆以太网的经济 性、SDH对延时和抖动的严格保障、可靠时 钟和50ms环保护和恢复，具有带宽动态分配 、统计复用、支持业务级别等特点的新融合 技术。 RPR具有承载突发性IP业务，同时支持实时 传送，适合于中小型城域网。RPR2000年前 后得到业界的广泛关注和重视，IEEE802.17 工作组完成了RPR标准化。
体系、自动交换和卫星通信的应用，实现国家、 全球自动电话交换通信网络，电路交换、容量稍 小、话音通信
网络第3阶段： 70-80年代，数据通信网络、分组交
换系统、 LAN和光传输系统SDH。除话音外的局域 和远程数据通信网，极大容量光骨干网络。
网络发展的回顾
网络第4阶段：始于80年代中期，综合业务数字网 N-
网络互连研究怎样完成计算机广域互连，一种跨 越不同操作系统和通信链路的广泛互连技术，以 及在之上实现信息交互和业务应用，即互联网 （TCP/IP）技术。
2.1、以太网技术发展
Ethernet以太网发展
LAN（Ethernet）：从早期共享介质发展
为交换以太网， VLAN技术，光 Ethernet 技术的发展，形成区域、城域的高速网； WLAN 出现和发展，和 2G/3G 一起形成 移动网络环境。
而通过IP层软件提供；
Ethernet三层交换发展
当以太网交换解决带宽和覆盖范围后，LAN间 实现广播域分割和路由转发的相应提速，怎 样解决圆区网、城域网中LAN间的第三层IP 高速转发。（局域网L3交换） 1997年提出（出现）了结合路由和交换的优 点的解决方案——局域网L3交换。L3交换设 备是第三层路由功能的第二层交换机有机结 合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软 件简单地叠加在局域网交换机上。
网络交换技术的演进路线
计算机网
分组技术
MAC 以太网
IP路由
交换路由网
IP交换 MPLS交换
业务软 交换
光分组
快分组技术
X.25 FR交换 ATM交换
AAL2交换
电信网
电路交换
光交换
1786
1969 1988
1992
1999
2003
二、计算机网络发展
60年代开始，计算机网络经历了面向终端的网络、 面向通信的网络和面向应用的网络的主体发展过程， 逐步从互连和资源共享，走向基于网络的一体化应 用体系。 70年代开始，计算机网络核心内容：LAN、网络互 连；LAN研究解决小区域计算机高速互连和信息共 享的体系。
面向连接流模式是最常用的方式，电信网（PSTN、 FR、ATM分组、因特网TCP ）都采用面向连接的 业务流的传输。面向连接和电路或分组交换无关， 可以是虚电路（如 PSTN 、FR、ATM），也可以 不是（如TCP）。
报文模式（逐跳尽力传输） ，面向无连接的
尽力传送方式。
互联网无连接的尽力传送方式，通过简单、灵活 的寻址和选路功能，不需信令系统管理，即发送 数据不需要预先和接收端发生关系，也不要预定 资源。 报文模式的无连接分组传输，动态分配资源和发 送，呈现出的一种孤立和离散的分组传输特征 （比特流，而不是业务数据流），使用报文方式 的传送信息适合突发性消息发送，简单低成本， 但也无法解决乱序、丢包等质量问题。
你所认识网络？ 网络怎样发展而来的呢？ 网络技术主要内容？ 网络技术体系核心？ 附属的网络概念和技术？
因特网应用体系？
怎样开发网络应用？ 分布式网络协同计算 网络技术未来发展 ……
网络研究的主要领域（问题）
自顶而下，自下而上的网络分析方法
网络应用和网络编程 使用TCP/IP的互连 分组交换和联网技术 数据通信 附属的网络概念和技术
IP Over Ethernet发展
以太网交换、智能路由选择（3层交换）、CoS和
高端口密度，千兆、链路聚合和万兆光以太网， 大容量VLAN MAC地址，接入认证技术和等技术 进展，使以太网从局域网（接入网）走向城域网 和广域网，成为承载IP有竞争力的网络技术。
以太网和 MPLS 、 RPR 、 DWDM 技