© Frontier Technologies in Computer Science 通识卓越课程 http://en.tjcities.com/index.php/works 计算机科学前沿技术 Frontier Technologies in Computer Science 课程网站：http://en.tjcities.com/index.php/works 联系方式： [email protected] 微博：http://weibo.com/willtongji © Frontier Technologies in Computer Science 课程内容 • • • • • • • • 第1章 概述 第2章 计算机硬件的发展 第3章 高性能计算 第4章 现代操作系统 第5章 计算机网络新技术 第6章 可信系统和可信软件 第7章 数据库技术的发展 第8章 数据挖掘及其应用 • • • • • • • • 第9章 人工智能前沿 第10章 机器学习的研究 第11章 搜索引擎技术 第12章 集体智慧与Web 2.0 第13章 云计算 第14章 物联网技术 第15章 服务科学与服务计算 第16章 智慧地球 © Frontier Technologies in Computer Science 第5章 计算机网络新技术 © Frontier Technologies in Computer Science 本章内容 计算机网络的发展 下一代互联网（Next Generation Ineternet） 对等计算的研究 无线局域网前沿技术 • 小结 • 推荐阅读 • 问题与讨论 4 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 最成功的计算机网络——互联网的诞生 • 967年10月，Joseph Licklider为主的研究小组提出 “ARPANET”（阿帕网 ）的计划，发明了一种叫做“分组交换（包交换）”的技术 • 1981年，传输控制规范最终确定和发布，并得到采用 • 1982年，在美国以外的ARPANET连接都被转变使用新的TCP/IP协议， 互联网诞生了 Joseph Licklider和ARPANET计划 分组交换的思想 5 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 计算机网络的历史 • 第一代计算机网络（早期的计算机网络） ：20世纪50年代中后期 • 以单个计算机为中心的远程联机系统 • 典型应用：美国航空公司与IBM在20世纪50年代初开始联合研究，20世 纪60年代投入使用的飞机订票系统SABRE-I，它由一台计算机和全美范 围内2 000个终端组成 电子订票和网上值机 6 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 计算机网络的历史 • 第二代计算机网络（现代计算机网络的发展）：20世纪60年代后期 • 以远程大规模互联为主要特点，以通信子网为中心，同时由“能够相互共 享资源为目的，互连起来的具有独立功能的计算机的集合体”组成 • 现代意义上的计算机网络是1969年美国国防部高级研究计划局（DARPA ）建成的ARPAnet实验网开始的 • 两个主机间通信是对传送信息内容的理解、信息的表示形式，以及各种情 况下的应答信号必须遵守一个共同的约定，这就是“协议” • 在ARPA网中，将协议按功能分成了若干层次。如何分层，以及各层中具 体采用的协议总和，成为网络体系结构 • 最成功的网络体系结构实例是OSI参考模型和TCP/IP体系结构 7 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 计算机网络的历史 • 第三代计算机网络（计算机网络标准化阶段）：20世纪70年代至80年代 中期 • 开放系统互联参考模型OSI/RM标志着新一代计算机网络的诞生 • OSI/RM参考模型把网络划分为七个层次，计算机之间只能在对应层之间 进行通信，这是公认的新一代计算机网络体系结构的基础，为普及局域网 奠定了基础 OSI参考模型（来源Wikipedia） 8 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 计算机网络的历史 • 第四代计算机网络（微机局域网的发展时期，互联网出现）：20世纪90 年代后 • 此时，计算机网络定义为“将多个具有独立工作能力的计算机系统通过通 信设备和线路由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的系统” • 1972年，Xerox公司发明了Ethernet（以太网） • 1980年2月IEEE组织了802委员会，开始制定局域网标准。 • 1992年，Internet学会成立 • 1993年，美国总统Bill Clinton 宣布正式实施国家信息基础设施 （NII）计划 局域网技术 9 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 计算机网络的历史 • 下一代计算机网络（Next Generation Network，NGN） • 普遍认为是因特网、移动通信网络、固定电话通信网络的融合、IP网络和 光网络的融合 • 是可以提供包括语音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络构架 • 是业务驱动、业务与呼叫控制分离、呼叫与承载分离的网络 10 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 中国的网络发展史 • 第一阶段为1987至1993年，也是研究试验阶段 • 第二阶段为1994年至1996年，同样是起步阶段 • 第三阶段从1997年至今，是Internet在我国发展最为快速的阶段 中国网民规模、增长率及普及率 11 © Frontier Technologies in Computer Science 1 计算机网络的发展 互联网的发展和主要面临的技术挑战 • 拓展性受到限制 • 安全性问题日益突出 • 日益增长的速度需求， 使用与部署还不够方便 • 提高移动性面临挑战 移动互联网的发展 12 © Frontier Technologies in Computer Science 2 下一代互联网（Next Generation Internet） 下一代互联网的特征 • 重要的科学和技术问题包括：扩展性、安全性、高性能、实时性、移动性和可 管理性等。 • 未来互联网设计（FIND） • 全球网络创新环境（GENI） • 基于IPv4和IPv6技术逐步演进 未来互联网设计概念图 • IPv6（Internet Protocol Version 6），它是IETF（Internet Engineering Task Force）设计的用于替代现行版本IP协议（IPv4）的下一代IP协议IPv6介绍 • 更大、更快、更安全可信、更及时、更方便、更可管理、更有效 13 © Frontier Technologies in Computer Science 2 下一代互联网（Next Generation Internet） 下一代互联网的国内外研究进展 • 美国最近提出的GENI发展计划，实际上是在思考10年来发展 互联网遇到的问题，准备掀起新一轮发展互联网的高潮 • CERNET2是中国下一代互联网示范工程核心网的重要组成部 分，建成以后，将是世界上规模最大的纯Ipv6国家主干网 CNGI－CERNET主干网 14 © Frontier Technologies in Computer Science 3 对等计算的研究 对等计算概述 • 对等计算的核心思想是所有参与系统的节点（指互联网上的某个计算机） 处于完全对等的地位，没有客户机和服务器之分 • 对等网络服务取代了文件传输（FTP）以及超文本传输（HTTP） • 结构化覆盖网（Structured Overlay Network，SON）及分布式哈希表（ Distributed Hash Table，DHT） • 理论上实现对等计算的计算模式，必须完成：资源放置、资源定位、资源 获取 覆盖网络的示意 15 © Frontier Technologies in Computer Science 3 对等计算的研究 对等网络服务的底层架构 • 层次对等的无结构系统 常见的基于对等网的服务软件 • 利用构造几何造型和哈希函数的方法来建立的底层架构 常见对等网络几何架构 16 © Frontier Technologies in Computer Science 3 对等计算的研究 对等网络服务的应用情况 • 文件共享服务 文件共享是对等网络中最基本的一项服务，每个节点都把各自拥有的文件 共享出来，从而使这些文件能够在对等网络上获得访问 • 传输服务 一类是点对点的直接传输，比如节点之间文件的上传下载 另一类则是流媒体服务，比如视频点播等 • 搜索服务：定位、检索 PPLive和PPStream的界面 17 © Frontier Technologies in Computer Science 3 对等计算的研究 国内研究系统介绍 • Maze文件共享系统 • Maze是北京大学网络实验室开发的中心控制与对等连接相融合的对等计算文 件共享系统，结构上类似于Napster，对等计算搜索策略类似于Gnutella • Granary广域存储服务系统 • Granary是清华大学自主开发的对等计算存储服务系统。存储服务的提供者在 互联网中部署一定数量的存储服务器，为用户提供数据存储服务，确保数据的 可靠性、可用性、安全性和访问效率；存储服务的使用者按照所存储数据的容 量和质量付费 • AnySee视频组播系统 • AnySee 是华中科技大学自主设计研发的视频直播系统。它采用一对多的服务 模式，支持部分NAT 和防火墙的穿越，提高了视频直播系统的可扩展性。 18 © Frontier Technologies in Computer Science 3 对等计算的研究 对等网络面临的问题 • 信息或者服务的真实性和可靠性 • 使用P2P文件共享系统传播蠕虫和木马 • P2P文件共享系统中虚假文件 • P2P文件共享系统中的搜索毒害，即某些恶意用户通过在索引中插入大量 的虚假记录来降低系统的可用性 • 隐私问题、版权问题、系统安全问题 对等网络面临的问题 19 © Frontier Technologies in Computer Science 4 无线局域网前沿技术 无线局域网的基本概念 • 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物 • 1990年，Alcatel-Lucent（朗讯）科技在美国最先推出早期的计算机无线 网络系统──WLAN，用以解决工厂、矿山的布线和随时移动的问题 • 1997年6月，颁布了IEEE 802.11无线网络标准 • 无线局域网不仅可以通过接入点（Access Point，AP）为其他节点提供 网络接入服务，而且各个节点之间也可以很好地互相通讯 • 无线局域网技术主要包括：蓝牙（Bluetooth）、智能家居无线射频（ HomeRF）、高性能无线局域网（HiperLAN）和IEEE 802.11系列 无线局域网实例 20 © Frontier Technologies in Computer Science 4 无线局域网前沿技术 常见的无线局域网传输技术 • 红外线（Infrared） • 红外线是一种电磁波。在笔记本电脑、投影仪和一些手持设备中，红外线 也都是基本的无线通信手段 • 不会产生干扰，不容易被窃听，主要用于设备间的点对点短距离通信 • 蓝牙（Bluetooth） • 蓝牙是一种使用2.45GHz的无线频带（ISM频带）的通用无线接口技术， 主要为不同设备间提供双向短程通信 • HiperLAN • HiperLAN作为“宽带无线接入网”计划的组成部分，由欧洲电信标准化 协会（ETSI）的宽带无线电接入网络（Broadband Radio Access Networks，BRAN）制订，在欧洲得到了广泛支持和应用 21 © Frontier Technologies in Computer Science 4 无线局域网前沿技术 无线局域网的未来发展 • 服务质量（QoS） • 通常QoS描述的是一个定性的和量化的业务特征，如吞吐率、服务间隔、包的大小、 延迟、抖动、带宽和优先级等 • 有线网络下的传输机制对无线网络来说并不适合，没有QoS保障机制是阻碍IEEE 802.11无线局域网大范围普及的主要因素之一 • 无线网状网 • 无线网状网（Wireless Mesh Network，WMN）是一种通过无线链路以多跳方式连接 的自组网络，具有自组织、自配置、高容量、大覆盖和可扩展等特点 • 安全 • 无线局域网是利用网络技术和无线通信技术在一定局部范围内建立的网络，以无线多 址信道作为传输媒介，提供有线局域网（Local Area Network，LAN）的功能 • 无线局域网安全问题就成为了当前无线网络产业发展的最大问题 22 © Frontier Technologies in Computer Science 4 无线局域网前沿技术 IEEE 802.11系列标准 • IEEE 802.11无线局域网标准的制定是无线网络技术发展的一个里程碑 IEEE 802.11系列标准 23 © Frontier Technologies in Computer Science 4 无线局域网前沿技术 无线局域网的安全 • WEP协议 • WEP协议是IEEE 802.11b协议中最基本的无线安全加密措施，主要提供接入控制 、提供认证功能、提供对数据进行加密 • WPA协议 • WPA解决了WEP中共享密钥上的漏洞问题，此添加了用户级的认证措施，解决了 系统的升级问题 • IEEE 802.11i安全标准 • WLAN的安全标准802.11i包括Wi-Fi保护存取（WPA）和健壮安全网络（Robust Secure Network，RSN） • WAPI协议 • 优点：基于公钥证书的终端设备和接入点之间的双向身份认证、动态的会话密钥 协商、基于高强度加密算法的数据加密、灵活的集中式或分布集中式证书管理和 无会话密钥在信道中传输 24 © Frontier Technologies in Computer Science 小结 计算机网络的发展 下一代互联网（Next Generation Ineternet） 对等计算的研究 无线局域网前沿技术 25 © Frontier Technologies in Computer Science 第5章 计算机网络新技术 推荐阅读 • William Stallings. 计算机网络—互联网协议与技术(英文影印 版). 电子工业出版社, 2006. • 陈贵海, 李振华. 对等网络: 结构、应用与设计. 清华大学出版 社, 2007. • CNNIC. 第28次中国互联网络发展状况统计报告. http://www.cnnic.cn/dtygg/dtgg/201107/W020110719521725 234632.pdf • William Stallings. 网络安全基础应用与标准(第4版)(影印版). 清华大学出版社, 2010. 26 © Frontier Technologies in Computer Science 第5章 计算机网络新技术 问题与讨论 • 阅读推荐阅读[3]《第28次中国互联网络发展状况统计报告》 ，分析中国互联网发展趋势和特点。 • 查看INFOCOM和SIGCOMM最新的会议信息，列举出各研究 领域中的热门方向。 • 查看背景材料5-4中最新的信息安全会议网站，列举出各研究 领域中的热门方向。 27 © Frontier Technologies in Computer Science 通识卓越课程 http://en.tjcities.com/index.php/works Thanks!
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