网络技术与信息基础设施

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1、第二讲 网络技术与信息基础设施 1、计算机网络技术 2、互联网技术 3、格网技术 4、城市信息基础设施1一、计算机网络技术模拟信号和数字信号 模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值 数字信号：时间上离散，仅包含有限数目 的预定值2数据传输模式 单工：数据单向传输（无线电广播） 半双工：数据可以双向传输，但不能在同 一时刻双向传输（对讲机） 全双工：数据可同时双向传输（电话） 两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路， 或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的 信号传输3传输媒体(介质)磁介质 金属导体 双绞线、 同轴电缆(粗、细)光纤 无线介质 无线电、短波、微波、卫

2、星、光波4双绞线内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套-典型连接距离100m（LAN） -RJ45插座、插头 -优缺点：成本低密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性一般连接距离较短5屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP)6地面微波接力7地球同步卫星与地面站相对固定位置 使用3个卫星覆盖全球传输延迟时间长22,30022,300 公里公里地球地球8局域网(LAN)概述 覆盖范围小 房间、建筑物、园区范围 距离25km 高传输速率 10Mbps1000Mbps 低误码率 10-8 10-10 采用总线、星形、环形拓扑 双绞线、同轴电缆、光纤 为一个单位所拥有，自行建设

3、，不对外提供服务910 LAN典型拓扑结构 总线型: 所有结点都直接连接到共享信道 星型 : 所有结点都连接到中央结点 环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接11网络接口卡NIC负责信号的发送、接收 检测介质上有否信号 对发送/接收的数据译码，变换成适合于在 LAN上传输的信号控制网卡各部件的协调运行 CPU(部分网卡有) 增强网卡智能化，减少 网络传输对主机CPU的依赖，提高传输效 率12网络集线器HUB多端口的中继器 功能：在网段之间拷贝比特流，信号整形 和放大 端口数：常见的有8，12，16，24口13网络交换机(Switch)HUB HUBMAC广播域网络交换机14路由器(Rout

4、er)在网络之间转发网络分组 能够提供最佳路由HUB HUB路由器15 ATM网与IP网 ATM网：电信业多使用 IP网：计算机业多使用 ATM网与IP网的相同点：分组交换技术不同点：面向连接和面向无连接。 比喻：铁路与公路 16按传输介质分类可以将局域网分为同轴电 缆局域网、双绞线局域网和光纤局域网。 若采用无线电波、微波，则可以称为无线 局域网17 LAN的互联 本地互联 特点：范围有限、主干采用局域网技术 ，如FDDI、Ethernet 互联设备：网桥、交换机、路由器 远程互联 特点：范围大、主干采用广域连网技术 ，如ISDN、X.25、DDN、ATM、F.R等 互联设备：路由器、网关1

5、8网络互联协议TCPIP在计算机网络中，处在两个不同地理位置的计算 机上的两个进程相互通信需要通过交换信息来协 调他们的动作，并达到同步。 TCPIP协议组是互联网实现网络互联的最主要 的通信协议，是指两台计算机用来交换信息所使 用的一种“公用语言”的规范和约定。 网际协议(IP)和传输控制协议(TCP)是网络互联 协议中最为重要的两个协议，是确保互联网运行 的软件系统19互联网的应用层协议 （1）HTTP HTTP（Hypertext Transfer Protocol）是超文本传 输协议的缩写，负责传输和显示页面的互联网协 议。 （2） SMTP、POP和IMAP 简单邮件传输协议SMTP

6、（Simple Mail Transfer Protocol）和邮局协议POP（Post Office Protocol ）是负责用客户机服务器模式发送和检索电子 邮件的协议。互联网信息访问协议（IMAP）是一 种优于POP的新协议20 (3)FTP 文件传输协议（File Transfer Protocol）是 TCP/IP的组成部分，用于在TCP/IP连接的 计算机之间传输文件，采用的是客户机/服 务器模式。FTP允许文件从客户机到服务 器或从服务器到客户机21 IP地址和域名系统 互联网中的地址方案分为两套： IP地址系 统和域名地址系统。 这两套地址系统是一一对应的关系22 IP地址

7、因特网上的IP地址具有全球唯一性； IP网络中每台主机都必须有一个惟一的IP 地址； 32位，4个字节，常用点分的十进制标记 法： 如 00001010 00000010 00000000 00000001 记为 10.2.0.1 IP地址划分为五类：A-E类，常用的为A、 B、C类23 IP地址分类A类B类C类00011 17bits24 bits14 bits16 bits网络号主机号网络号主机号21bits8bits网络号主机号A类 0.0.0.0 126.255.255.255 B类 128.0.0.0 191.255.255.255 C类 192.0.0.0 223.255.255.

8、255 24网络标记语言 超文本标记语言（Hypertext Markup Language，HTML）:提供了一种将同一 文档不同部分或不同文档之间的信息联系 起来的机制 可扩展标记语言（Extensible Markup Language，XML）: XML使用一个简单而 灵活的标准格式，为基于Web的应用提供 了一个描述数据和交换数据的有效手段。25 HTML描述了显示全球数据的通用方法 XML提供了直接处理全球数据的通用方法26远程登录Telnet 是互联网上一台计算机连接到另一台远程 计算机并运行其系统的程序，利用该功能 用户可以把自己所使用的计算机变成某一 远程主机的远程终端，使用

9、远程计算机来 完成一些工作 电子公告牌BBS简介27校园网介绍 中国教育科研网（全国最大） 截至2003年12月，CERNET主干网传输速率达到 2.5Gbps，地区网传输速率达到155Mbps，覆盖全 国31个省市近200多座城市，自有光纤20000多公 里，独立的国际出口带宽超过800M。CERNET 目前有10个地区中心，38个省节点，全国中心设 在清华大学。CERNET目前联网大学、教育机构 、科研单位超过1300个，用户超过1500万人28 CERNET分四级管理全国网络中心； 地区网络中心和地区主结点； 省教育科研网； 校园网。 CERNET全国网络中心设在清华大学2930苏州科技

10、学院校园网31格网技术基本概念 是一种在动态的、多机构的虚拟组织（VO）中 进行协同地资源共享和问题解决的技术。其中， VO 是由某种共享规则定义组成的个体和（或） 机构的集合。 处理机资源 存储资源 数据资源 网络通信资源 特种仪器设备 服务资源323334网格的起源420世纪60年代，遍布各地的“计算公用基础设 施”，它们提供类似电力和电话这样的公用基 础服务” 。420世纪80年代末，提出了“元计算”（meta- computing）概念。通过联网环境透明地获得和使用的强大的计算资源。 490年代末，提出了网格（Grid）概念。一个无缝集成的计算和协同环境。35网格系统实例 计算网格系统

11、 数据网格系统 信息网格系统36计算网格系统实现跨地域的超级计算能力，支持科学计算。 4美国国家科学基金会资助的NPACI4国家技术网格（NTG）4分布万亿次级计算设施（DTF）4美国宇航总署的IDG4美国能源部的ASCI Grid37数据网格系统实现大范围管理、访问、使用和分配海量数据 。 4欧洲数据网格（Data GRID） 4欧洲空间网格（Space GRID）38数据网格示意图39信息网格系统提供分布、协同、智能化的信息处理。 4美国军方的全球信息网格（GIG）4IBM的“网格计算创新计划”4Sun的网格引擎软件40 Grid基础理论海量信息处理 语义网格计算 分布式Grid计算可信计

12、算环境41海量信息处理 将Grid的各种信息资源形成知识，使可被 有效地发现、自动控制、调用和管理42语义网格计算 Semantic Web + Grid Computing 知识服务的描述语言和框架研究。 基于计算的Agent研究： Autonomous Agent研究：Grid中的实 体，如服务提供者和服务调用者是可自我 管理系统，可视为Autonomous Agent。 Interacting Agent研究：各个自治系 统需要建立交互机制，需要研究 Interacting Agent理论和技术。43分布式Grid计算 大规模的分布式计算：Grid计算是大规模的、动 态的和分布式的系统，

13、可协作各部分的计算资源 进行并行计算，目的是提供高性能计算。 Peer to Peer 计算：在Grid环境中的P2P计算是分 散计算，比传统“Client-Sever”计算模式具有容错 性和高性能等优点。然而，也带来新的挑战： 安全性 分布式环境下发现资源服务能力 高效性、可扩展性和匿名性。44可信计算环境 多方面要求的综合。目标是提供可靠性、 安全性、保密性和商业完整性(Business Integrity)45网格体系结构46网格 结构网格 应用网格中间件网格 工具组织间连网的资源计算机集群数据资源科学仪器存储系统局部资源管理器操作系统查询系统TCP/IP & UDP库&应用核心分布式资

14、源耦合服务通信签名&安全信息QoS进程数据访问开发环境及工具语言库调试器Web 工具资源代理监视器应用程序及入口问题解决.科学合作工程Web使能应用47代表性的网格原型系统 美国的Globus 美国的Legion 澳大利亚的Nimrod/G 欧洲的UNICORE48 Globus的特点面向计算网格 具有分层的体系结构 核心是Globus元计算工具集（GMT, Globus Metacomputing Toolkit）GMT提供了较完善的核心服务， 已经被很多网格系统采用 。Globus是目前最有影响的一个网格系统。49 Globus的体系结构50 Legion的特点全对象 类管理自身的实例 用

15、户能够自定义类优点：能够充分利用面向对象方法带来的优势。缺点：Legion的面向对象特性使得它与传统服务和应用交 互时需要转换。51 Legion的体系结构52 Nimrod/G的特点将经济理论引入网格资源管理和调度，并 提出了计算经济性网格体系结构GRACE （Grid Architecture for Computational Economy） 使用Globus网格中间件服务为科学和工程领域的仿真计算和建模提供 了一个一致的方案53 Nimrod/G的体系结构54 UNICORE的特点提供了统一的任务调度接口，提供了图 形用户界面GUI 能分解分布式应用的任务，支持同步/异 步执行 基于抽象作业概念提出了一个开放体系 结构 UNICORE主要面向批处理作业，不支持交互式处理过程。55 UNICORE的体系结构56网格系统的组件模型57网格资源：包括网络上所有分布的，可访问的计 算资源。仅仅实现了计算资源在物理上的连通。 网格中间件：一系列工具和协议软件。屏蔽网格 资源的分布、异构特性，提供透明、一致的接