路由原理与技术第1章互联网概论课件

路由原理与技术第1章互联网概论第一章第一章 互联网概论互联网概论北京邮电大学北京邮电大学网络技术研究院网络技术研究院下一代互联网技术研究中心下一代互联网技术研究中心路由原理与技术第1章互联网概论2本课程主要内容本课程主要内容1.互联网概论互联网概论2.下一代互联网基础下一代互联网基础3.下一代互联网动态路由协议下一代互联网动态路由协议 4. IPv6网络设计与工程网络设计与工程 5.下一代互联网关键技术下一代互联网关键技术 6.未来互联网络发展趋势未来互联网络发展趋势 7. 实验与观摩实验与观摩路由原理与技术第1章互联网概论3本章提纲本章提纲互联网的基本概念互联网的基本概念互联网的发展历史互联网的发展历史互联网的主要问题互联网的主要问题下一代互联网概述下一代互联网概述路由原理与技术第1章互联网概论4电信网电信网互联网互联网广电网广电网 互联网互联网是主要实现计算机和计算机之间互联互通是主要实现计算机和计算机之间互联互通的一种信息网络。的一种信息网络。路由原理与技术第1章互联网概论5互联网的定义互联网的定义v国际国际“联合网络委员会联合网络委员会”（FNC：Federal Networking Council） 给互联网的定义给互联网的定义“互联网互联网”指的是全球性的信息系统：指的是全球性的信息系统： 1.通过通过全球性的唯一的地址逻辑地链接在一起全球性的唯一的地址逻辑地链接在一起。这个地址是建。这个地址是建立在立在“互联网协议互联网协议”（IP）或今后其它协议基础之上的；）或今后其它协议基础之上的； 2.可以通过可以通过“传输控制协议传输控制协议”和和“互联网协议互联网协议”（TCP/IP），）， 或者今后其它接替的协议或与或者今后其它接替的协议或与“互联网协议互联网协议”（IP）兼容）兼容 的的协议来进行通信；协议来进行通信；3.可以让公共用户或者私人用户使用可以让公共用户或者私人用户使用高水平的服务高水平的服务，这种服务，这种服务是建立在上述通信及相关的基础设施之上的。是建立在上述通信及相关的基础设施之上的。 路由原理与技术第1章互联网概论6三个方面的含义三个方面的含义v互联网是全球性的；互联网是全球性的；v互联网上的每一台主机都需要有互联网上的每一台主机都需要有“地址地址”；v这些主机必须按照共同的规则（协议）连接这些主机必须按照共同的规则（协议）连接在一起。在一起。路由原理与技术第1章互联网概论7本章提纲本章提纲互联网的基本概念互联网的基本概念互联网的发展历史互联网的发展历史互联网的主要问题互联网的主要问题下一代互联网概述下一代互联网概述路由原理与技术第1章互联网概论8 1946年2月10日美国的约翰约翰.莫齐利莫齐利、布雷斯帕布雷斯帕.埃克特埃克特等人研制出了世界上第一台电子计算机。1946年世界上第一台电子计算机计算机诞生年世界上第一台电子计算机计算机诞生互联网诞生的技术背景互联网诞生的技术背景资源共享的需求资源共享的需求推动计算机与通信结合与发展！推动计算机与通信结合与发展！路由原理与技术第1章互联网概论9互联网诞生的时代背景互联网诞生的时代背景v 1957年，前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星。作为响应，年，前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星。作为响应，美国国防部组建了高级研究计划署美国国防部组建了高级研究计划署(ARPA)，研究将科学技，研究将科学技术应用于军事领域。术应用于军事领域。 v 1961 年年MIT的的Leonard Kleinrock发表发表“Information Flow in Large Communication Nets”，第一篇有关，第一篇有关分组交换分组交换的论文。的论文。v 1969年，为了能在爆发核战争时保障通信联络，美国国防部年，为了能在爆发核战争时保障通信联络，美国国防部高级研究计划署高级研究计划署ARPA资助建立了资助建立了世界上第一个分组交换试世界上第一个分组交换试验网验网ARPANET，连接美国四个大学。，连接美国四个大学。 ARPANET即为现代即为现代互联网的前身。互联网的前身。路由原理与技术第1章互联网概论10斯坦福研究院犹他大学UCSBUCLAARPANETARPANET最初的结构最初的结构 指导思想：网络必须经受得住故障的考验而维持正指导思想：网络必须经受得住故障的考验而维持正常的工作，一旦发生战争，当网络的某一部分因遭受攻常的工作，一旦发生战争，当网络的某一部分因遭受攻击而失去工作能力时，网络的其他部分应能维持正常的击而失去工作能力时，网络的其他部分应能维持正常的通信工作。通信工作。路由原理与技术第1章互联网概论11TCP/IP协议的提出协议的提出 v1974年，年，Vinton Cerf和和Robert Kahn提出了提出了TCP/IP协议族，用以解决不同计算机网络的互联问题协议族，用以解决不同计算机网络的互联问题 。v1981年，年，IP的协议规范的协议规范RFC791和和TCP的协议规范的协议规范 RFC 793出现，并在出现，并在1983年成为年成为ARPNET的正式标的正式标准，这使准，这使ARPNET的规模迅速扩大。的规模迅速扩大。 路由原理与技术第1章互联网概论12互联网的诞生互联网的诞生v20世纪世纪80年代中期，美国国家自然科学委筹建年代中期，美国国家自然科学委筹建NSFNET。vNSFNET是一个通用的研究网络，它将地区网络连是一个通用的研究网络，它将地区网络连接起来，原来连接到接起来，原来连接到ARPANET 的的大学电脑大学电脑，转为转为接入接入 NSFNET，成为互联网的骨干网。，成为互联网的骨干网。v到到20世纪世纪90年代初，年代初， NSFNET被一个更有竞争力、被一个更有竞争力、商业化更强的骨干网商业化更强的骨干网ANSNET代替，将代替，将Internet向向商业用户开放。商业用户开放。 路由原理与技术第1章互联网概论13万维网的出现万维网的出现服务器服务器连接到互联网连接到互联网My webpageHello world!This is my first webpage!My webpageHello world!This is my first webpage!My webpageHello world!This is my first webpage!超文本超文本 1992年，欧洲粒子物理实验室提出了一个称为年，欧洲粒子物理实验室提出了一个称为WWW（World Wide Web）的概念，随后一年，发布了称为）的概念，随后一年，发布了称为Mosaic的的WWW客户程序。这是客户程序。这是Internet发展史上一个划时代的事件，发展史上一个划时代的事件，因为它使得因为它使得Internet从一个由科学家和研究人员使用的文本工从一个由科学家和研究人员使用的文本工具转变为可由普通人就可以使用的图形工具具转变为可由普通人就可以使用的图形工具。 路由原理与技术第1章互联网概论14从从IPv4到到IPv6v 以以TCP/IP协议体系为基础技术支撑的互联网在取得巨大成功协议体系为基础技术支撑的互联网在取得巨大成功的同时，也面临着越来越多的挑战和问题。的同时，也面临着越来越多的挑战和问题。v 直接原因：互联网规模迅速膨胀和各种新业务不断出现。直接原因：互联网规模迅速膨胀和各种新业务不断出现。v 根本原因：现有根本原因：现有IPv4协议存在着诸多设计上的缺陷，包括：协议存在着诸多设计上的缺陷，包括：地址空间不足地址空间不足配置复杂配置复杂不能很好的支持语音和视频服务不能很好的支持语音和视频服务安全性不高安全性不高移动性支持差移动性支持差路由原理与技术第1章互联网概论15从从IPv4到到IPv6v 互联网的标准化组织互联网的标准化组织IETF从从20世纪世纪90年代就着手制订下一年代就着手制订下一代网际协议代网际协议IPv6。v 1996年，描述年，描述IPv6及其支持协议的及其支持协议的RFC出现（出现（这些这些RFC基本基本上都已经被新的标准所代替上都已经被新的标准所代替）。）。v 1998年，新的描述年，新的描述IPv6的协议标准的协议标准RFC 2460取代了旧的取代了旧的RFC 1883，新的描述，新的描述IPv6地址结构的地址结构的RFC 2373代替了代替了RFC 1884，而这个，而这个RFC在在2003年又被年又被RFC 3513所代替。所代替。v 目前目前IPv6已经形成了比较完善的协议体系。已经形成了比较完善的协议体系。 路由原理与技术第1章互联网概论16本章提纲本章提纲互联网的基本概念互联网的基本概念互联网的发展历史互联网的发展历史互联网的主要问题互联网的主要问题下一代互联网概述下一代互联网概述路由原理与技术第1章互联网概论17互联网通信示意互联网通信示意路由原理与技术第1章互联网概论18数据转发（路由）问题数据转发（路由）问题 信息在互联网上传递，有两个基本问题需要解信息在互联网上传递，有两个基本问题需要解决：一个是数据在链路上的传输；另一个就是数据决：一个是数据在链路上的传输；另一个就是数据在中间节点的转发。在中间节点的转发。 对比：火车运行需要铁轨，还需要车站的调度对比：火车运行需要铁轨，还需要车站的调度路由原理与技术第1章互联网概论19如何实现快速正确的数据转发？如何实现快速正确的数据转发？v 互联网中负责对各种数据进行交换转发的设备称为路由器。互联网中负责对各种数据进行交换转发的设备称为路由器。v 路由器要实现快速正确的数据转发，有两个关键问题需要解路由器要实现快速正确的数据转发，有两个关键问题需要解决：决：v 路由器应该知道向哪个方向转发数据路由器应该知道向哪个方向转发数据不能南辕北辙不能南辕北辙v 路由器知道向哪个方向转发数据后，要快速的对数据进行处理路由器知道向哪个方向转发数据后，要快速的对数据进行处理v 第一个问题的解决：第一个问题的解决：动态路由协议动态路由协议v 第二个问题的解决：路由器硬件体系结构、调度算法、路由第二个问题的解决：路由器硬件体系结构、调度算法、路由查询算法等。查询算法等。路由原理与技术第1章互联网概论20网络设计问题网络设计问题v骨干网设计骨干网设计 给定节点位置和节点间流量，在网络成本给定节点位置和节点间流量，在网络成本最小原则下，选择每条链路的容量和流量，最小原则下，选择每条链路的容量和流量，满足时延等要求。满足时延等要求。v接入网设计接入网设计有线接入（光纤、有线接入（光纤、XDSL、同轴电缆等）、同轴电缆等）无线接入（移动接入、固定接入）无线接入（移动接入、固定接入）路由原理与技术第1章互联网概论21移动性问题移动性问题v电信网：有线电信网：有线无线无线移动移动v互联网的发展也遵循同样的规律互联网的发展也遵循同样的规律路由原理与技术第1章互联网概论22安全和管理问题安全和管理问题v互联网是一个开放性的网络，在给人们带来互联网是一个开放性的网络，在给人们带来方便的同时，也存在严重的安全隐患。方便的同时，也存在严重的安全隐患。v常见的网络安全问题：常见的网络安全问题：以各种方式有选择的破坏信息。如：修改、删除、以各种方式有选择的破坏信息。如：修改、删除、伪造、冒充、制造病毒等。伪造、冒充、制造病毒等。 在不干扰网络信息系统正常工作的情况下，进行在不干扰网络信息系统正常工作的情况下，进行侦听、截获、窃取、破译和业务流量分析。侦听、截获、窃取、破译和业务流量分析。路由原理与技术第1章互联网概论23组播问题组播问题 从视频服务器上下载视频，假设每人占用1M带宽，10个人就是10M，那1万个人呢？路由原理与技术第1章互联网概论24 大家用同一个地址来接收视频，1万个人也是1M带宽，这就是组播技术，即一对多，可以有效降低网络资源的消耗。路由原理与技术第1章互联网概论25互联网多种业务支持问题多种业务支持问题不仅包括传统的数据业务，还要包括语音和视频等各种业务路由原理与技术第1章互联网概论26本章提纲本章提纲互联网的基本概念互联网的基本概念互联网的发展历史互联网的发展历史互联网的主要问题互联网的主要问题下一代互联网概述下一代互联网概述路由原理与技术第1章互联网概论27互联网面临的重大技术挑战互联网面临的重大技术挑战 互联网在不断演进和发展的过程中，面互联网在不断演进和发展的过程中，面临着重大的技术挑战，这些挑战包括：临着重大的技术挑战，这些挑战包括： 地址空间即将耗尽地址空间即将耗尽 网络安全可信度差网络安全可信度差 移动漫游能力有限移动漫游能力有限 可扩展性压力日增可扩展性压力日增 网络质量难以保障网络质量难以保障 运营管理水平亟待提升运营管理水平亟待提升路由原理与技术第1章互联网概论28主要技术路线主要技术路线v以解决当前互联网地址短缺为出发点，在以以解决当前互联网地址短缺为出发点，在以IP为核心的现有互联网上不断为核心的现有互联网上不断“演进演进”的路的路线，通常称这一目标为线，通常称这一目标为“下一代互联网下一代互联网”。v以满足未来以满足未来1015年以后的互联网的发展需年以后的互联网的发展需要为出发点，重新设计新的互联网体系结构要为出发点，重新设计新的互联网体系结构的的“革命革命”路线，在有些国家将此体系目标路线，在有些国家将此体系目标称为称为“未来网络未来网络”或或“新一代互联网新一代互联网”。路由原理与技术第1章互联网概论29国内主要观点国内主要观点v不安全论不安全论v等待论等待论v落后论落后论v演进中创新论演进中创新论路由原理与技术第1章互联网概论30下一代互联网定义下一代互联网定义 一般来说，一般来说，“下一代互联网下一代互联网”是指在是指在目前互联网技术优势的基础上创新，较好目前互联网技术优势的基础上创新，较好解决上述重大技术挑战的新一代互联网。解决上述重大技术挑战的新一代互联网。路由原理与技术第1章互联网概论31下一代互联网主要特征下一代互联网主要特征v网络地址资源足够丰富网络地址资源足够丰富v基础设施更加先进基础设施更加先进v网络更加安全、可信、可控、可管、节能网络更加安全、可信、可控、可管、节能v更加智能地实现人与人、物与人、物与物更加智能地实现人与人、物与人、物与物互联互联路由原理与技术第1章互联网概论32全球下一代互联网发展现状全球下一代互联网发展现状v战略布局和规划措施战略布局和规划措施v网络建设、商用情况和产业规模网络建设、商用情况和产业规模v关键设备、软件、系统研发和产业化进展关键设备、软件、系统研发和产业化进展v技术、标准专利情况技术、标准专利情况v基础理论研究情况基础理论研究情况美国：美国：FIND（Future Internet Design）和）和GENI（Global Environment for Networking Innovation）计划。）计划。欧盟：欧盟：FIRE(Future Internet Research and Experimentation)计划。计划。路由原理与技术第1章互联网概论33我国下一代互联网发展现状我国下一代互联网发展现状v中国下一代互联网示范工程中国下一代互联网示范工程 建成了大规模下一代互联网示范网络，包括建成了大规模下一代互联网示范网络，包括6个主干网、个主干网、2个国际交换中心、个国际交换中心、273个驻地网。个驻地网。v关键技术研发关键技术研发863、支撑计划、支撑计划v基础研究基础研究973、国家自然科学基金、国家自然科学基金