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1、第21讲 超高速网络,张凯 博士 教授计算机科学技术系电话：62380002邮件：,一、什么是超高速网络二、超高速网络技术三、超高速网络研究现状四、超高速网络发展前景五、国内超高速网络的研究背景材料,一、什么是超高速网络 近年来，互联网的使用正日益普及，在人们的工作和生活中发挥着重要的作用。然而，随着用户数量的急剧膨胀，互联网正变得越来越拥挤。一些大学的科学家们对互联网这种放任自流的发展态势深感忧虑。在他们看来，互联网正从最初旨在为政府和科研机构共享信息提供服务的高速专业网“沦落”为更适于网上购物、电子邮件交换等简单应用的低速网络。,INTERNET 2是什么？INTERNET 2是美国参与开
2、发该项目的184所大学和70多家研究机构给未来网络起的名字，旨在为美国的大学和科研群体建立并维持一个技术领先的互联网，以满足大学之间进行网上科学研究和教学的需求。与传统的互联网相比，INTERNET 2的传输速率可达每秒2.4gb（吉位），比标准拨号调制解调器快8.5万倍。其应用将更为广泛，从医疗保健、国家安全、远程教学、能源研究、生物医学、环境监测、制造工程到紧急情况下的应急反应、危机管理等项目，INTERNET 2都将大展所长，因此INTERNET 2的研究已经成为国际关注的项目，目前全球已有170多所大学与业界及政府合作，研究开发这一技术。,二、超高速网络技术1.IPv6协议第一代国际互
3、联网IP地址协议是IPv4。IPv4设定的网络地址编码是32位，总共提供的IP地址为2的32次方，大约43亿个。目前，它所提供的网址资源已近枯竭。美国是第一代互联网的最大受益者。目前，全世界共有13台根服务器，其中10台在美国，而且2台由美军使用，1台由美国国家航空航天局使用。也就是说，每天世界各地的电子邮件有很多要先由美国人“过目”之后才能去它该去的地方。此外，美国私营公司掌握着全世界互联网域名的分配大权。假如美国与日本的关系急剧恶化，只要美国通过技术手段删去日本的域名“.jp”，日本马上就会成为“网上孤岛”，无法通过网络与外界联系。另一方面，从光纤中的玻璃丝到芯片，从路由器到操作系统，互联
4、网和信息产业链上每个环节的关键设备，基本上都由美国公司主宰。全世界的网络用户都要向美国支付费用，“全世界都在为美国打工”。下一代互联网采用的是IPv6协议，它设定的地址是128位编码，能产生2的128次方个IP地址，地址资源极端丰富。,2.Internet2的结构1996年10月，美国政府宣布启动“下一代互联网NGI”研究计划，其核心是互联网协议和路由器。目前，它的项目提出机构Internet2，已发展成为由200多所大学领导、政府及商业企业共同参与的网络技术研发组织，目的是开发及部署先进网络技术及应用，加速网络技术的发展。Internet2致力于在学术界、商业应用及政府间建立沟通交流的桥梁，
5、这些机构正是目前Internet网络的共同缔造者。Internet2社区除了骨干的200多所大学以外，还有70多家企业和40多个子机构，其中包括美国政府的研究实验室。它的主要目标是：建设高性能的边缘网络，为科研提供基础设施；开发具有革命性的Internet应用技术；促进新的网络服务及应用在Internet上的推广。,3.主要部分(1)先进网络基础设施(Advanced Network Infrastructure)(2)光网络(Optical networking)(3)中间件与安全(Middleware and Security)(4)核心中间件(5)中间件整合项目(6)先进应用(Advan
6、ced Applications)医疗卫生科学(HealthSciences)科学与工程(Science and Engineering)人文艺术(Arts and Humanities),三、超高速网络研究现状1.历史美国从60年代开始互联网的研究，到80年代中后期建成第一代互联网。1996年10月，美国政府宣布启动“下一代互联网NGI”研究计划。在2007年秋季的会员会议上，Internet 2协会宣布已经完成了下一代互联网Internet 2的基础架构，并且已经开始运行，它可以面向科研机构和教育人员提供100Gb/秒的传输速度。,2.现状(1)基本完成建设 新的Internet2网络在2
7、007年8月基本完成建设。(2)仍有提速潜力 3.应用(1)欧洲大型强子对撞机,LHC运行一年所产生的数据需要5600万张光盘来存储，这些光盘摞起来的高度约合6.4万米。研究人员7年前意识到，现有网络没有能力处理LHC产生的海量数据，必须建立超高速网络。,(3)遥控外科手术 随着网络应用先进技术的进展，比如Haptics(虚拟触觉感知技术)，外科手术仿真培训以及视频会议合作技术，在不远的将来，医药和技术领域的专家可以通过Internet2，在互联网上进行外科微创手术。斯坦福大学的W.LeRoy Heinrichs教授使用配备Haptics技术的腹腔镜演示了在升级的Internet2上进行外科手
8、术的模拟过程。,(4)未来的办公室 办公室的未来项目是使地理上距离遥远的人们能够在一种真实的、远程合作的环境协同工作。它将利用实时的电脑图像技术，抓取您的同事在他们自己的办公室里的动态三维图像，传送到您未来的办公室。在那里，使用虚拟现实的技术，遥远的空间被完全原样地创建到了视觉平台上。通过Internet2的升级网络，这些三维数据流的传输使得天各一方的参与者可以进行互动，在同一时间处理共享的虚拟对象。,(5)问题求解环境 犹他州大学SCI学院(计算机和图像科学学院)整合虚拟现实、模拟几何建模的技术，应用在了计算机问题求解环境的许多领域，包括心脏学、神经外科、放射学、核聚变和污染物的大气扩散等。
9、Internet2的升级网络为SCI的共同研究者们提供了来自全国的第一手数据渠道，还为以网格为基础的研究合作提供了网络条件。,(6)遥控显微镜和远程教育 在过去的四年里，密歇根大学的一台扫描电子显微镜在理海大学的“显微课程”里扮演了重要角色。每年，理海显微学校吸引了100150名工程师来这里学习各种各样的显微技术。课程的学员有新来的使用者，也有专家和专业人员，他们需要与扫描电子显微镜和分析电子显微领域的最新发展保持同步。这门45天的讲座/实验课程，由著名专家教授指导课程学员使用SEMs以及其他最新的仪器。遥控使得互联网范围内的学员都可以使用这台扫描电子显微镜，这是John Mansfield博
10、士及其合作者的工作成果。密歇根大学EMAL北校区(Electron Microbeam Analysis Laboratory微电子束分析实验室)的经理Mansfield解释道：“升级的网络提供了在世界任何地方实时控制SEMs所需要的带宽和性能。遥控操作使得这个极其昂贵的资源可以更多地服务于教学和合作研究。”,(7)远程大力神数码挖掘机 远程大力神是计算机化的挖掘机，可以通过Internet2进行遥控操作。由于尺寸大，以及可能的恶劣操作环境(比如救援的危险情况下)，远程大力神对双向反馈的精密程度要求非常高，包括通过高清晰立体图像显示的相应视觉深度。服务质量保证(QoS)如网络带宽、延迟控制、抖
11、动(延迟的变动性)控制对于保证远程大力神遥控操作者所要求的三维图像质量、声音，以及设备控制渠道，都是非常基本的。,(8)纳米控制器 纳米控制器是扫描探针显微镜(SPM)的界面之一，它使得用户可以看到、触摸到并且处理从DNA到单个原子大小的样品。纳米控制器的用户可以控制SPM，看到数据的交互三维立体图形，并通过一项反馈装置感觉到样品的形状。同一台纳米控制器还可以在“虚拟实验室”的环境里，由科学家们合作进行遥控，来使用共享的电子显微镜和之前收集的数据。在合作使用中，纳米控制器传输视频和系统控制数据所有这些工作都对带宽、数据丢失、延迟有严格的要求。与一些对带宽有爆发式需求的应用相反，使用纳米控制器的
12、典型科学实验将持续好几个小时，长时间地对网络有很高的要求。,四、国内超高速网络的研究2001年暑期。北京大学前校长、国家自然基金委主任陈佳洱院士带领自然基金委的工作人员参加名为“NSFCNET”中国高速互联试验网络项目的验收鉴定会。,该项目由清华大学、中国科学院计算机信息中心、北京大学、北京航空航天大学和北京邮电大学联合承担建设。从1999年12月立项到开通，仅用了9个月时间。NSFCNET采用200GBPS密集波分复用DWDM光传输技术，在北京建立了连接六个节点的2.5-10GBPS高速计算机互连研究试验网，并分别与中国教育和科研计算机网CERNET、中国科技网CSTNET，以及国际下一代互
13、联网络Internet2和亚太地区高速网APAN互联，是我国第一个与Internet2实现互联的计算机互联网。其中10GBPS，是世界上目前能达到的最高速度。,李未，男，1943年6月8日出生，北京人，北京航空航天大学校长，中国科学院院士，计算机专家。1961年09月1968年06月，就读于北京大学数学力学系。1968年06月1979年07月，先后任北京航空学院基础部、计算中心教师。1979年07月1983年01月，在英国爱丁堡大学计算机系攻读博士学位。1983年01月1986年08月，任北京航空学院计算机系讲师，1986年09月任北京航空航天大学计算机学院教授、博士研究生导师。1997年当选
14、为中国科学院院士。2002年01月任北京航空航天大学校长，党委副书记。学术兼职国务院学位委员会委员，国家自然科学基金委员会委员，国家中长期科技发展规划专家组成员。软件开发环境国家重点实验室主任，教育部计算机教学指导委员会主任,吴建平，男，1964年2月出生，博士，研究员，地球内部物理学与深部孕震环境研究室（八室）副主任。1985年至1988年在中科院地球物理所攻读硕士，1989年至今在地震局地球物理所工作。1997年在职博士毕业。2000年评为研究员。清华大学计算机科学与技术系教授，博士生导师，清华大学信息网络工程研究中心主任，中国教育和科研计算机网 CERNET 专家委员会主任、网络中心主任。国家信息化专家咨询委员会委员，中国互联网协会副理事长，国家高技术研究计划“十五”863信息领域专家委员会委员，曾任亚太地区先进网络组织APAN副主席和中国组APANCN主席。,Thanks!,
