吴功宜-物联网工程导论第5章物联网与互联网

《吴功宜-物联网工程导论第5章物联网与互联网》由会员分享，可在线阅读，更多相关《吴功宜-物联网工程导论第5章物联网与互联网（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、Nankai University1吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著 物联网工程导论Nankai University第5章 计算机网络与 互联网技术的发展2Nankai University第5 章 知 识 点 结 构3Nankai University5.1 计算机网络的发展史 5.1.1 计算机网络发展的四个阶段 第一阶段：20世纪50年代，数据通信技术与网 络理论基础研究 第二阶段：20世纪60年代，ARPANET与分组 交换技术 第三阶段：20世纪70年代中期，网络体系结构 与网络协议的标准化 第四阶段：20世纪90年代，互联网、高速网络 、无线网络、移动互联网与网络安全技术发展4N

2、ankai University计算机网络技术的主要特点： 互联网作为全球性的网际网与大型信息系统， 在当今政治、经济、文化、科研、教育与社会 生活等方面发挥了越来越重要的作用 互联网大规模接入推动了接入技术的发展，促 进了计算机网络、电信通信网与有线电视网的 “三网融合” 对等（peer-to-peer，P2P）网络技术的研究， 使得即时通信、网络视频、网络音乐、网络游 戏等新的网络应用不断涌现，进一步丰富了人 与人之间信息交互与共享的方式5Nankai University 无线局域网与无线城域网技术日益成熟，并已 进入应用阶段，无线自组网、无线传感器网络 的研究与应用受到了高度重视 互联

3、网应用中数据采集与录入从人工方式逐步 扩展到自动方式，通过射频标签RFID、各种 类型的传感器与传感器网络（Sense Network） ，以及光学视频感知与摄录设备，能够方便、 自动地采集各种物品、环境信息，拓宽了人与 人、人与物、物与物之间更为广泛的信息交互 ，促进了物联网技术的形成与发展 强烈的社会需求推动了网络安全技术快速发展6Nankai University5.1.2 计算机网络发展的三条主线7Nankai University5.2 互联网的形成与发展 5.2.1 ARPANET研究 集中式和非集中式拓扑构型 分布式网络的拓扑构型8Nankai University分组交换技术的

4、基本设计思路 网络中没有一个中心控制节点，联网计算机独立地完 成数据接收、转发、接收的功能 发送数据的主机预先将待发送的数据封装成多个短的 、有固定格式的分组 如何发送主机与接收主机之间没有直接连接的通信线 路，那么分组就需要通过中间节点“存储转发”，这 种中间转发节点就是目前广泛使用的路由器 每个路由器可以根据链路状态与分组的源地址、目的 地址，通过路由选择算法为每个分组选择合适的传输 路径 当目的主机接收到属于一个报文的所有分组之后，再 将分组中多个短的数据字段组合起来，还原成发送主 机发送的报文9Nankai UniversityARPANET设计思想 通信子网结构与分组交换原理示意图1

5、0Nankai University ARPANET最早四个节点的结构11Nankai UniversityARPANET对推动网络技术发展的贡献 开展了对计算机网络定义与分类方法的 研究 提出了资源子网与通信子网的二级结构 概念 研究了分组交换协议与实现技术 研究了层次型网络体系结构的模型与协 议体系 开展了TCP/IP协议与网络互联技术研究12Nankai University5.2.2 TCP/IP协议研究与发展网络协议的基本概念 计算机网络中连接的计算机之间要做到有条不 紊地交换数据，就必须遵守一些事先约定好的 通信规则 协议是一组控制数据交互过程的通信规则，这 些规则明确地规定所交换

6、数据的语义、格式和 时序 为网络数据交换制定的通信规则、约定与标准 被称为“网络协议” TCP/IP协议是互联网的核心协议13Nankai University 早期ARPANET的协议结构14Nankai University5.2.3 NSFNET对互联网发展的影响 从ARPANET到Internet的发展过程15Nankai University5.2.4 互联网的形成 互联网是一个全球范围的信息资源网，接入互 联网的主机可以是信息服务的提供者，也可以 是信息服务的使用者 传统的互联网应用主要有E-mail、TELNET、 FTP、BBS与 Web 互联网的全球性与开放性，使人们愿意在互

7、联 网上发布和获取信息，浏览器、搜索引擎、 IPTV、IP电话等 P2P技术的产生，对互联网的发展产生重要的 作用，使互联网中的信息更丰富、使用更方便16Nankai University5.2.5 互联网的高速发展与信息高速公路的建设 20世纪90年代，世界经济的发展带动了信息产业 的发展，信息技术与网络应用已成为衡量21世纪 综合国力与企业竞争力的重要标准 1993年9月美国公布了国家信息基础设施（NII） 建设计划，NII被形象地称为信息高速公路 各国政府开始认识到信息产业发展对经济发展的 重要作用，开始制定信息高速公路建设计划 1995年2月全球信息基础设施委员会成立，目的 是推动与协

8、调各国信息技术与信息服务的发展与 应用17Nankai University5.2.6 宽带城域网与三网融合技术的发展1.宽带城域网技术发展的背景 互联网的广泛应用推动电信网技术的高速发 展，电信运营商的服务业务也从以语音服务 为主，逐步向数据业务方向发展，引起世界 范围内大规模的产业结构调整与企业重组 电信运营商纷纷将竞争重点和大量资金，从 广域骨干网的建设转移到支持大量用户接入 、支持多种业务的城域网建设中，为信息产 业与现代信息服务业的高速发展奠定了坚实 的基础18Nankai University2. 三网融合技术的发展背景 “三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电 视传输网技术

9、的融合、业务的融合19Nankai University5.3 计算机网络定义与分类 5.3.1 计算机网络定义与特征 计算机网络是“以相互共享资源的方式互联起 来的自治计算机系统的集合” 计算机网络主要特征：组建计算机网络的主要目的是实现计算机资源的共享互联的计算机系统是自治的系统联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议20Nankai University5.3.2 计算机网络的分类按网络覆盖范围进行分类： 个人区域网（PAN）联接用户身边10m之内计算机、 打印机、PDA与智能手机等数字终端设备的网络 局域网（LAN）覆盖10m10km的网络 城域网（MAN）覆盖10km100km的网

10、络 广域网（WAN）覆盖100km1000km的网络21Nankai University5.3.3 广域网的基本概念 广域网建设投资很大，管理困难， 通常由电信运营商负责组建、运营 与维护，因此广域网是一种公共数 据网络 广域网需要保证数据交换的服务质 量（QoS），因此广域网研究的重点 是宽带核心交换技术22Nankai University5.3.4 城域网的基本概念 宽带城域网应用领域示意图23Nankai University宽带城域网主要技术特征： 完善的光纤传输网是宽带城域网的基础 传统电信、有线电视与IP业务的融合成 为了宽带城域网的核心业务 高端路由器和多层交换机是宽带城域网

11、 的核心设备 扩大宽带接入的规模与服务质量是发展 宽带城域网应用的关键24Nankai University 宽带城域网的功能结构25Nankai University 宽带城域网的网络层次结构26Nankai University5.4 计算机网络的组成与结构 5.4.1 早期计算机网络组成与结构 最早出现的计算机网络是广域网 广域网设计目标是将分布在世界各地计算机互联起来 从逻辑功能上看，广域网是由资源子网与通信子网两 个部分组成 资源子网包括：主机与终端、终端控制器、联网外设 、各种网络软件与数据资源，负责全网的数据处理业 务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务 通信子网包括：路由器、

12、各种互联设备与通信线路， 负责完成网络数据传输、路由与分组转发等通信处理 任务27Nankai University5.4.2 ISP的层次结构 从互联网运营管理的角度，而不是从地理位置和实际 连接的层次、结构的角度，ISP层次结构在一定程度上 反映出互联网的逻辑结构28Nankai University5.4.3 互联网的网络结构 互联网网络结构示意图29Nankai University 互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图30Nankai University5.4.4 IP网络：从IPv4到IPv6 互联网的核心技术是TCP/IP协议，它的网络层 使用的是IP协议 核心交换网中所示

13、的所有路由器都必须支持IP 协议，因此互联网核心交换网也称为IP网络 其他的通信网络，如移动通信网不使用IP协议 ，因此将不支持IP协议的网络称为非IP网络 由于IP网络与非IP网络的网络层协议不同，属 于异构的网络，异构网络的互联需要通过具有 协议变换功能的网关（gateway）来实现31Nankai University从IPv4到IPv6 IP协议共出现过6个版本，正式形成国际标准 、被采用的是IPv4与IPv6协议 IPv4协议是在1981年制定的，地址长度为32 位 2011年2月3日最后5块IPv4地址被分配给全球5 大区域互联网注册机构之后，IPv4地址全部分 配完毕 IPv6协

14、议具有地址空间大，能够自动配置地址 ，安全性与服务质量好的优点 从IPv4向IPv6的过渡已经是大势所趋32Nankai University5.5 接入技术* 5.5.1 接入技术的基本概念 接入技术类型33Nankai University 接入技术分类34Nankai University5.5.2 ADSL接入技术 ADSL可以在现有的用户电话线上通过传统的电话交换 网，以不干扰传统模拟电话业务为前提，同时能够提 供宽带互联网接入服务35Nankai University5.5.3 HFC接入技术 HFC技术用光纤取代有线电视网络中干 线同轴电缆 光纤接到居民小区的光纤节点之后，小 区

15、内部接入用户家庭仍然使用同轴电缆 ，形成了光纤与同轴电缆混合使用的传 输网络 在保证正常电视节目播放与交互式视频 点播VOD节目服务的同时，为家庭用户 计算机接入互联网提供服务36Nankai University HFC结构示意图37Nankai University5.5.4 光纤接入技术 光纤到路边（FTTC） 光纤到小区（FTTZ） 光纤到大楼（FTTB） 光纤到办公室（FTTO） 光纤到户（FTTH）38Nankai University5.5.6 无线接入技术39Nankai University 802.16无线宽带城域网结构40Nankai University 无线城市、WiFi接入点标志与应用情景41Nankai University5.5.7 电力线接入技术42Nankai University 智能家居中的PLC网络结构示意图43Nankai University5.6 互联网与物联网的区别与联系 5.6.1 互联网核心交换与端系统的抽象方法 从端系统接入的角度看互联网的结构44Nankai University 从端系统接入的角度看物联网的结构45Nankai University5.6.3 从网络数据采集与传输内容的角度看互联 网与物联网的区别与联系46Nankai University物联网与互联网的联系47