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5Internet教学设计
教学对象
教学时间
年 月 日
教学内容
第5章 Internet
5.1 Internet概述
教学目的
通过本节内容的学习,了解Internet的基本概念、特点、组成、功能和在国内外的发展历程,把握其未来的发展方向。
教学重点
介绍Internet的基本概念、特点和在国内外的发展历程。
教学难点
建议学时
0.8学时
教学教具
多媒体教学系统
教学方法
讲授(PPT)
演示设计
板书设计
5.1.1 Internet基本概念
5.1.2 Internet发展历程
5.1.3 Internet管理组织
5.1.4 Internet组成与功能
教学过程
课程导入
目前Internet以其使用广泛、操作便捷已成为网络的代名词,并渗透到人们生产、生活、工作、学习的各个角落。
熟练掌握和运用Internet直接关系到能否胜任新的工作和适应日新月异的新生活,本节正是了解和掌握Internet的基础,是从总体上对Internet的宏观把握,主要包括Internet基本概念,Internet形成和发展,Internet管理组织以及Internet组成与功能四大方面的内容。
提问:
Internet在人们的生活中扮演什么样的角色?
你认为Internet与一般的广域网有什么不同?
你认为Internet未来的发展方向是什么?
通过提问,激发学生对日常生活中接触到的Internet进行思考,了解Internet的概念、它的形成和发展以及组成和功能。
5.1 Internet概述
5.1.1 Internet基本概念
1. Internet定义
对于Internet,1995年美国联邦网络理事会给出如下定义:
(1)Internet是一个全球性的信息系统;
(2)是基于Internet协议及其补充部分的全球唯一一个由地址空间逻辑连接而成的系统;
(3)它通过使用TCP/IP协议组及其补充部分或其他IP兼容协议支持通信;
(4)它公开或非公开地提供使用或+访问存在于通信和相关基础结构的高级别服务。
简言之,Internet是指主要通过TCP/IP协议将世界各地网络连接起来,实现资源共享、提供各种应用服务的全球性计算机网络,国内一般称因特网或国际互联网。
2. Internet逻辑结构
Internet使用路由器将分布在世界各地数以千计的规模不一的计算机网络互连起来,成为一个超大型国际网,网络之间通信采用TCP/IP协议,屏蔽了物理网络连接的细节,使用户感觉使用的是一个单一网络,可以没有区别地访问Internet上任何主机。
Internet逻辑结构如图5.1所示。
图5.1 Internet的逻辑结构
3. Internet的特点
(1)灵活多样的入网方式
(2)三大技术融为一体
(3)采用C/S(客户机/服务器)结构
(4)信息覆盖面广、容量大、时效长
(5)收费低廉
(6)具有公平性
但是另一方面,资源的分散化管理为Internet上信息查找带来很大困难,而且Internet目前仍存在安全性问题,作为一个“没有法律、没有警察、没有国界和没有总统的全球性网络”,其开放性和自治性使它在安全方面先天不足。
此外,计算机病毒也是困扰Internet发展的重要因素之一。
5.1.2 Internet发展历程
1. Internet发展阶段
Internet的发展经历了研究实验、实用发展和商业化三个阶段。
(1)1968-1983年为研究实验阶段。
此阶段也是Internet的产生阶段。
Internet起源于1969建成的ARPAnet,它最初采用“主机”协议,后改用“网络控制协议(NCP)”。
直到1983年,ARPAnet上的协议才完全过渡到TCP/IP。
美国加利福尼亚伯克利分校把该协议作为其BSDUNIX(BerkeleySoftwareDistributionUNIX)的一部分,使得该协议流行起来,从而诞生了真正的Internet。
(2)1984-1991年为实用发展阶段。
此阶段Internet以美国国家科学基金网(NSFnet)为主干网。
1986年,美国国家科学基金会(NSF,NationalScienceFoundation)利用TCP/IP协议,在5个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnet广域网。
其目的是共享它拥有的超级计算机,推动科学研究发展。
随后,ARPAnet逐步被NSFnet替代。
到1990年,ARPAnet退出了历史舞台,NSFnet成为Internet的骨干网。
(3)自1991年起为商业化阶段。
1991年,美国的三家公司GenelraIAtomics,PerformanceSystemslntemational,UUnetTelchnologies开始分别经营自己的CERFnet、PSInet及Alternet网络,可以在一定程度上向客户提供Internet联网服务和通信服务。
他们组成了“商用Internet协会”(CIEA,CommercialInternetExchangeAssociation),该协会宣布用户可以把它们的Internet子网用于任何的商业用途。
由此,商业活动大面积展开。
1995年4月30日,NSFnet正式宣布停止运作,转为研究网络,代替它维护和运营Internet骨干网的是经美国政府指定的三家私营企业:
PacificBell、AmeritechAdvancedDataservicesandBellcore以及Sprint。
至此,Internet骨干网的商业化彻底完成。
今日,Internet已经联系着全球不同国家和地区的数以万计的子网和近2亿台主机,直接上网用户达到7.86亿,占人口总量的12%,全球域名数和网站数分别达到6300万和4600万。
Internet已成为世界上信息资源最丰富的计算机公共网络,是全球信息高速公路的基础。
2. 我国Internet的发展
Internet引入我国的时间不长,但发展很快,总体分为三个阶段:
(1)1986-1993年,研究试验阶段(E-mailOnly)
1986年,北京市计算机应用技术研究所实施的国际联网项目——中国学术网(CANET,ChineseAcademicNetwork)启动,其合作伙伴是德国卡尔斯鲁厄大学(UniversityofKarlsruhe)。
1987年9月CANET在北京计算机应用技术研究所内正式建成中国第一个国际互联网电子邮件节点,并于当月14日发出了中国第一封电子邮件:
“AcrosstheGreatWall,wecanreacheverycornerintheworld.(越过长城,走向世界)”,揭开了中国人使用互联网的序幕。
1989年至1993年建成世界银行贷款项目中关村地区教育与科研示范网络(NCFC,NationalComputingandNetworkingFacilityofChina)工程,包括一个主干网和三个院校网——中科院院网(CASNET)、清华大学校园网(TUNET)、北京大学校园网(PUNET)。
1990年11月28日,钱天白教授代表中国正式在SRI-NIC(StanfordResearchInstitute'sNetworkInformationCenter)注册登记了中国的顶级域名CN,并且开通了使用中国顶级域名CN的国际电子邮件服务,从此中国的网络有了自己的身份标识。
(2)1994-1996年,起步阶段(FullFunctionConnection)。
这一阶段主要为教育科研应用。
1994年1月,美国国家科学基金会同意了NCFC正式接入Internet的要求。
同年4月20日,NCFC工程通过美国Sprint公司连入Internet的64K国际专线开通,实现了与Internet的全功能连接,从此我国正式成为有Internet的国家。
1994年5月,开始在国内建立和运行我国的域名体系。
随后几大公用数据通信网——中国公用分组交换数据通信网(ChinaPAC)、中国公用数字数据网(ChinaDDN)、中国公用帧中继网(ChinaFRN)建成,为我国Internet的发展创造了条件。
同一时期,我国相继建成四大互联网——中国科学技术网(CSTNET)、中国教育和科研网(CERNET)、中国公用计算机网(CHINANET)、中国金桥信息网(CHINAGBN)。
(3)从1997年至2003年,快速增长阶段。
1997年6月3日,根据国务院信息化工作领导小组办公室的决定,中国科学院在中科院网络信息中心组建了中国互联网络信息中心CNNIC,同时,国务院信息化工作领导小组办公室宣布成立中国互联网络信息中心工作委员会。
在这一阶段我国的Internet沿着两个方向迅速发展,一是商业网络迅速发展,二是政府上网工程开始启动。
商业网络方面,我国接入互联网络的计算机从1998年的64万台直升到2003年底的3089万台,互联网用户从1998年的80万急速增长到2003年底的7950万。
此外到2003年CN下注册的域名数、网站数分别达到34万和59.6万,IP地址数也增长到59571712个,即2A+394B+766C,网络国际出口带宽总量达到27216M,连接有美国、加拿大、澳大利亚、英国、德国、法国、日本、韩国等十多个国家和地区。
政府上网工程方面,1999年1月22日“政府上网年”的第一幕正式拉开,由原国家经贸委信息中心和中国电信共同主办,联合48个部委和国务院直属机构共同发起的“政府上网工程”正式启动。
2000年,80%以上的各级政府及各个部门在网上建有正式站点,并提供信息共享和便民应用项目。
到今日,政府上网已达到一定广度和深度,电子政务已大面积立项并展开建设。
(4)从2004年开始,步入多元化实用阶段
从中国进入国际互联网发展至今,我国互联网日新月异,取得了丰硕成果,并在普及应用上进入崭新的多元化应用阶段。
主要体现在上网方式更加多元化、上网途径多元化、实际应用更加多元化、上网用户所属行业进一步多元化等多方面。
(5)目前发展情况
总体来看,从1994年正式接入Internet到现在的十年间,我国互联网络在上网计算机数、上网用户人数、CN下注册的域名数、WWW站点数、网络国际出口带宽、IP地址数等方面皆有不同程度的变化,呈现出快速增长态势。
据中国互联网络信息中心(CNNIC)公布的第十四次中国互联网络发展状况统计报告显示,截止到2004年6月30日,我国上网用户总数为8700万,占中国人口的6.7%,比去年同期增长27.9%。
其中专线上网用户数2870万,拨号上网用户数5155万,ISDN上网用户数600万,特别是宽带上网用户数从年年底1740万增长到3110万,半年增长78.7%。
1997年至2004年全国上网用户数增长趋势和全国不同方式上网用户数趋势分别如图5.3所示和图5.4所示。
图5.3 1997-2004年全国上网用户总数趋势图(单位:
万人)
图5.4 1997-2004年全国不同方式上网用户数趋势图(单位:
万人)
截止到2004年6月30日,上网计算机达到3630万台,其中专线上网计算机数652万,拨号上网计算机数2097万,比去年同期增长41.1%。
我国国际出口带宽的总容量为53941M,与半年前相比增加了26725M,增长率为98.2%,和去年同期相比增加190.3%,是1997年10月第一次调查结果25.408M的2123倍。
在IP地址方面,大陆IP地址数达49421824个,与半年前相比增加7965696个,增长率为19.2%,和去年同期相比增长54.0%。
可见,中国的IP地址资源近几年增长较快,在数量上达到了一定的规模,但是这些IP地址资源目前仍不能完全满足中国互联网络运营单位发展的需要。
此外,我国CN下注册域名数为382216个,比去年同期增长52.5%,而全球COM的年增长率为21%,远低于CN域名增长率。
从CN下注册域名的地域分布来看,华北、华东、华南的CN下注册域名比例为79.1%,东北、西南、西北所占比例仍非常小。
我国WWW站点数达到626600个,比去年同期增长32.2%,站点地区分布上主要集中在华北、华东、华南,占到84%。
由域名和站点分布可见我国地区之间互联网发展水平、普及水平存在明显差距,呈现东快、西慢,城快、村慢的特点,和各地区的经济发达程度一致。
这主要是因为绝大多数农村人口尤其是在中西部地区,在网络革命与信息革命中被边缘化,形成了新世纪新型的知识贫困和信息贫困人群。
3. 下一代Internet
1996年10月,美国政府发起下一代国际互联网(NGI,NextGenerationInternet)计划,其主要研究工作涉及协议、开发、部署高端试验网以及应用演示,由美国国家科学基金会(NSF)与美国通信公司(MCI)合作建立了NGI主干网vBNS(VeryHighBandwidthNetworkService);1998年,美国下一代互联网研究的大学联盟UCAID成立,启动Internet2计划,并于1999年底建成传输速率2.5Gbps的Internet2骨干网Abilene,向220个大学、企业、研究机构提供高性能服务,至2004年2月已升级到10Gbps。
继NGI计划结束之后,美国政府立即启动了旨在推动下一代互联网产业化进程的LSN(LargeScaleNetwork)计划。
加拿大政府支持了其全国性光因特网CA*net3/4(Canada-widehigh-speednetwork)发展计划,目前已经历4次大规模升级。
由于政府的高度重视和大力支持,目前以美加为主的北美地区代表了全球下一代互联网的最高水平。
同阶段,在亚洲区,日本、韩国和新加坡3国于1998年发起建立了“亚太地区先进网络APAN(Asia-PacificAreaNetwork)”,加入下一代互联网的国际性研究。
日本目前在国际IPv6的科学研究乃至产业化方面占据国际领先地位。
在欧洲区,2001年欧盟启动下一代互联网研究计划,建立了连接30多个国家学术网的主干网GEANT(GigabitEuropeanAcademicNetwork),并以此为基础全面进行下一代互联网各项核心技术的研究和开发。
2002年,美国Internet2联合欧洲、亚洲各国发起“全球高速互联网GTRN(GlobalTerabitResearchNetwork)”计划,积极推动全球化的下一代互联网研究和建设。
2004年1月15日,包括美国Internet2,欧盟GEANT和中国CERNET在内的全球最大学术互联网,在比利时首都布鲁塞尔欧盟总部向全世界宣布,同时开通全球IPv6下一代互联网服务。
近年来,我国已经启动了一系列和下一代互联网研究相关的计划,如国家“863”计划“十五”期间的IPv6核心技术开发、IPv6综合试验环境、高性能宽带信息网(3Tnet)重大专项;中科院的“IPv6关键技术及城域示范网”和国家计委的“下一代互联网中日IPv6合作项目”等。
这些计划已经取得部分成果,为我国下一代互联网建设奠定了一定的基础。
特别是在下一代互联网络试验网及其应用方面,2000年在北京地区已建成中国第一个下一代互联网NSFCNET(中国高速互联研究试验网络)和中国第一个下一代互联网络交换中心“DragonTAP”,实现了与国际下一代互联网Internet2的连接。
此外,2004年3月19日,中国第一个下一代互联网主干网——CERNET2试验网正式宣布开通并提供服务。
作为目前全球最大的纯IPv6国家骨干网,CERNET2标志着中国下一代互联网研究取得重要进展。
5.1.3 Internet管理组织
Internet的最大特点是管理上的开放性。
在Internet中没有一个有绝对权威的管理机构,任何接入者都是自愿的。
Internet是一个互相协作、共同遵守一种通信协议的集合体。
1. Internet管理者
在Internet中,最权威的管理机构是Internet协会(InternetSociety—ISOC)。
它是一个完全由志愿者组成的指导国际互联网络政策制定的非赢利、非政府性组织,目的是推动Internet技术的发展与促进全球化的信息交流。
在Internet协会中,有一个专门负责协调Internet技术管理与技术发展的分委员会——Internet体系结构委员会(IAB,InternetArchitectureBoard)。
IAB设有两个具体的部门:
Internet工程任务组(IETF,InternetEngineeringTaskForce)与Internet研究任务组(IRTF,InternetResearchTaskForce)。
其中,IETF负责技术管理方面的具体工作,包括Internet中、短期技术标准和协议制定以及Internet体系结构的确定等;而IRTF负责技术发展方面的具体工作。
Internet的日常管理工作由网络运行中心(NOC,NetworkOperationCenter)与网络信息中心(NIC,NetworkInformationCenter)承担。
其中,NOC负责保证Internet的正常运行与监督Internet的活动;而NIC负责为ISP与广大用户提供信息方面的支持,包括地址分配、域名注册和管理等。
2. 我国Internet管理者
我国的Internet由中国互联网信息中心(CNNIC)进行管理,其主要职责如下:
(1)为我国的互联网用户提供域名注册、IP地址分配等注册服务。
(2)提供网络技术资料、政策与法规、入网方法、用户培训资料等信息服务。
(3)提供网络通信目录、主页目录与各种信息库等目录服务。
CNNIC工作委员会由国内著名专家与五大主干网的代表组成,它们的具体任务是协助制订网络发展的方针与政策,协调我国的信息化建设工作。
5.1.4 Internet组成与功能
1. Internet组成部分
Internet由硬件和软件两大部分组成,硬件主要包括通信线路、路由器和主机,软件部分主要是指信息资源。
(1)通信线路
通信线路是Internet的基础设施,它将网络中的路由器、计算机等连接起来,主要分为两类:
有线通信线路(如光缆、铜缆等)和无线通信线路(如卫星、无线电等)。
(2)路由器
路由器是Internet中极为重要的设备,它是网络与网络之间连接的桥梁,负责将数据由一个网络送到另一个网络,关于此设备详细介绍参见4.2节。
(3)主机
计算机是Internet中不可或缺的成员,它是信息资源和服务的载体。
所有连接在Internet上的计算机统称为主机,分为两类,即服务器(Server)和客户机(Clint)。
(4)信息资源
信息资源是用户最关心的问题,Internet中存在各种各样类型的资源,例如文本、图像、声音、视频等。
2. Internet主要功能
随着技术的更新、人们需求的变化和社会变革,Internet的功能和应用在不断扩展,目前主要表现为以下几个方面。
(1)共享的资源宝库
(2)便利的通信服务
(3)快捷的电子商务
(4)丰富的远程教育
(5)即时的医疗服务
(6)公开的政府工作
(7)动感的娱乐项目
教学小结
学习指导
通过本节的学习掌握Internet的基本概念、特点、组成、功能以及国内外的发展历程,把握其未来的发展方向。
参阅教材
教材第5章第1节
网络资源
运用 等键入Internet关键字查询。
www.isoc.org
作 业
习题5.1、5.3、5.5
教学后记
教学对象
教学时间
年 月 日
教学内容
第5章 Internet
5.2 Internet工作原理
教学目的
通过本节内容的学习,掌握Internet的工作原理。
教学重点
介绍TCP/IP协议及其工作原理,C/S和B/S的基本原理和特点。
教学难点
TCP/IP协议和其工作原理;C/S和B/S的比较。
建议学时
1.0学时
教学教具
多媒体教学系统
教学方法
讲授(PPT)
演示设计
板书设计
5.2.1 分组交换原理
5.2.2 TCP/IP协议
5.2.3 Internet工作模式
教学过程
课程导入
从本质上讲,Internet是网络的网络,它的工作原理与局域网基本相同。
只是由于规模不同,从而产生了从量变到质变的飞跃。
TCP/IP通信协议保证了Internet的跨平台性和网上信息传输的顺畅。
回顾之前学过的分组交换原理。
提问:
根据以前上网的经验,你所理解的TCP/IP的作用是什么?
通过提问,督促学生复习和理解已学过的知识,同时更好地了解和掌握有关Internet工作原理的知识。
5.2 Internet工作原理
Internet工作原理主要包括分组交换原理、TCP/IP协议和工作模式(C/S结构)。
5.2.1 分组交换原理
1. 共享线路与延迟
在计算机网络中,系统中的计算机往往是通过共享的方式来共同使用底层的硬件设备,比如说通信线路等。
这种方式可以只用少量的线路和交换设备,共享传输线路,从而降低成本,然而共享也带来弊端,当一台计算机长时间占用共享设备时,就会产生延迟,正如堵车一样,很多车辆挤在同一路口,只能允许几辆车先通过,而别的车必须排队等候,当网络流量较大时,排在前面的可以享用设备,而其他的只能等待。
解决的方法是将信息分解成数据包(分组),每台机器每次只能传送一定数量的数据包,这称为轮流共享。
2. 分组交换
将数据总量分割,轮流服务的方法称为分组交换,而计算机网络中用这种方式来共享网络资源的技术就称为分组交换技术。
Internet上所有的数据都以分组的形式传送。
分组交换有效地避开了延迟。
当某台计算机发送较长信息时,可以分为若干个分组;另一台计算机发送较短信息,可以不分组或少分组。
长信息发送一个分组后,短信息有机会发送自己的分组,而无需等待长信息发送完毕,从而避开了延迟。
在分组交换网络中,传输速度很快,常常达到每秒传输1000个以上的分组。
当几个人同时将信息发送到一个共享网络时,千分之几秒的时间几乎感觉不到,所以可认为延迟不存在。
分组交换允许任何一台计算机在任何时候都能发送数据。
所有计算机按照轮流共享的原则,公平地使用网络。
实际上,Internet上的信息传递,就是同一时刻来自各个方向的多台计算机的分组信息的流动过程。
5.2.2 TCP/IP协议
1. TCP/IP协议简介
TCP/IP协议最早由斯坦福大学的两名研究人员于1973年提出。
随后从1977年到1979年间推出TCP/IP体系结构和协议规范。
它的跨平台性使其逐步成为Internet的标准协议。
通过TCP/IP协议,不同操作系统、不同架构的多种物理网络之间均可以进行通信。
TCP/IP协议套件实际是一个协议族,包括TCP协议、IP协议以及其它一些协议。
每种协议采用不同的格式和方式传送数据,它们都是Internet的基础,一个协议套件是相互补充、相互配合的多个协议的集合。
其中TCP协议用于在程序间传送数据,IP协议则用于在主机之间传送数据。
表5-1简单说明了TCP/IP协议套
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