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1、Nankai University1吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著 物联网工程导论物联网工程导论Nankai University第第5章章 计算机网络与计算机网络与互联网技术的发展互联网技术的发展2Nankai University第第 5章章知知识识点点结结构构3Nankai University5.1 计算机网络的发展史计算机网络的发展史5.1.1 计算机网络发展的四个阶段计算机网络发展的四个阶段第一阶段第一阶段：20世纪世纪50年代，年代，数据通信数据通信技术技术与网与网络络理论基础理论基础研究研究第二阶段第二阶段：20世纪世纪60年代年代，ARPANET与分组与分组交换技术交换技术
2、第三阶段第三阶段：20世纪世纪70年代中期年代中期，网络体系结构网络体系结构与网络协议的标准化与网络协议的标准化第四阶段第四阶段：20世纪世纪90年代年代，互联网互联网、高速网络、高速网络、无线网络、移动互联网与网络安全技术发展无线网络、移动互联网与网络安全技术发展4Nankai University计算机网络技术的计算机网络技术的主要特点主要特点：互联网作为全球性的网际网与大型信息系统，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
3、入技术的发展，促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进了计算机网络、电信通信网与有线电视网的“三网融合三网融合”对等（对等（peer-to-peer，P2P）网络技术的研究，）网络技术的研究，使得即时通信、网络视频、网络音乐、网络游使得即时通信、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，并已进入应用阶段进入应用阶段，无线自
4、组网、无线传感器网络无线自组网、无线传感器网络的研究与应用受到了高度重视的研究与应用受到了高度重视互联网应用中数据采集与录入从人工方式逐步互联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，通过射频标签扩展到自动方式，通过射频标签RFID、各种、各种类型的传感器与传感器网络（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，），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，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的信
5、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计算机网络发展的三条主线7Nankai University5.2 互联网的形成与发展互联网的形成与发展5.2.1 ARPANET研究研究集中式和非集中式集中式和非集中式 拓扑构型拓扑构型分布式网络的拓扑构型分布式网络的拓扑构型8Nankai University分组交换技术的基本设计思路分组交换技术的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网络中没有一个中心控制节点，联网计算机独立地完成数
6、据接收、转发、接收的功能成数据接收、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、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路，那么分组就需要通过中间节点“存储转发存储转发”，这这种中间转发节点就是目前广泛使用的路由器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地址，通过路由选择算法为每个
7、分组选择合适的传输路径路径当目的主机接收到属于一个报文的所有分组之后，再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机发送的报文9Nankai UniversityARPANET设计思想设计思想通信子网结构与分组交换原理示意图通信子网结构与分组交换原理示意图10Nankai UniversityARPANET最早四个节点的结构最早四个节点的结构11Nankai UniversityARPANET对推动网络技术发展的贡献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开展了对计算机
8、网络定义与分类方法的研究研究提出了资源子网与通信子网的二级结构提出了资源子网与通信子网的二级结构概念概念研究了分组交换协议与实现技术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研究了层次型网络体系结构的模型与协议体系议体系开展了开展了TCP/IP协议与网络互联技术研究协议与网络互联技术研究12Nankai University5.2.2 TCP/IP协议研究与发展协议研究与发展网络协议的基本概念网络协议的基本概念计算机网络计算机网络中连接的中连接的计算机之间要做到有条不计算机之间要做到有条不紊地交换数据，紊地交换数据，就就必须遵守一些事先约定好的必须遵守一些事先约定好的通信规
9、则通信规则协议是一组控制数据交互过程的通信规则协议是一组控制数据交互过程的通信规则，这这些规则明确地规定所交换数据的些规则明确地规定所交换数据的语义、语义、格式和格式和时序时序为网络数据交换制定的通信规则、约定与标准为网络数据交换制定的通信规则、约定与标准被称为被称为“网络协议网络协议”TCP/IPTCP/IP协议协议是是互联网的核心互联网的核心协议协议13Nankai University早期早期ARPANET的协议结构的协议结构14Nankai University5.2.3 NSFNET对互联网发展的影响对互联网发展的影响从从ARPANET到到Internet的发展过程的发展过程15Na
10、nkai University5.2.4 互联网的形成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是信息服务的使用者传统的互联网应用主要有传统的互联网应用主要有E-mail、TELNET、FTP、BBS与与 Web互联网的全球性与开放性，使人们愿意在互联互联网的全球性与开放性，使人们愿意在互联网上发布和获取信息网上发布和获取信息，浏览器、搜索引擎、浏览器、搜索引擎、IPTV、IP电话等电话等P2P技术的产生，对互联网的发展产生重要的技术的产生，对互联
11、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互联网的高速发展与信息高速公路的建设20世纪世纪90年代，世界经济的发展带动了信息产业年代，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的发展，信息技术与网络应用已成为衡量21世纪世纪综合国力与企业竞争力的重要标准综合国力与企业竞争力的重要标准1993年年9月美国公布了国家信息基础设施（月美国公布了国家信息基础设施（NII）建设计划，建设计划，NII被形象地称为信息高速公路被形象地称为信息高速
12、公路各国政府开始认识到信息产业发展对经济发展的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重要作用，开始制定信息高速公路建设计划1995年年2月全球信息基础设施委员会成立，目的月全球信息基础设施委员会成立，目的是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用应用17Nankai University5.2.6 宽带城域网与三网融合技术的发展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
13、也从以语音服务展，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、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与现代信息服务业的高速发展奠定了坚实的基础基础18Nankai University2. . 三网融合技术的发展背景三网融合技术的
14、发展背景“三网融合三网融合”实质上是计算机网络、电信通信网与电实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合视传输网技术的融合、业务的融合19Nankai University5.3 计算机网络定义与分类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定义与特征计算机网络是计算机网络是“以相互共享资源的方式互联起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来的自治计算机系统的集合”计算机网络主要特征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组建计算机网络的主要目的是实现计算机资资 源的共享源的共享 互联的计算机系统是自治的系统互联的计算机系
15、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联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络络 协议协议20Nankai University5.3.2 计算机网络的分类计算机网络的分类按网络覆盖范围进行分类按网络覆盖范围进行分类：个人区域网（个人区域网（PAN）联接用户身边联接用户身边10m之内计算机、之内计算机、打印机、打印机、PDA与智能手机等数字终端设备的网络与智能手机等数字终端设备的网络局域网（局域网（LAN）覆盖覆盖10m10km的网络的网络城域网（城域网（MAN）覆盖覆盖10km100km的网络的网络广域网（广域网（WAN）覆盖覆盖100km1000km的网络的网络21Nankai
16、 University5.3.3 广域网的基本概念广域网的基本概念广域网建设投资很大，管理困难，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、运营通常由电信运营商负责组建、运营与维护与维护，因此，因此广域网是一种公共数广域网是一种公共数据网络据网络广域网广域网需要需要保证保证数据交换的数据交换的服务质服务质量（量（QoS），因此，因此广域网研究的重广域网研究的重点是宽带核心交换技术点是宽带核心交换技术22Nankai University5.3.4 城域网的基本概念城域网的基本概念宽带城域网应用领域示意图宽带城域网应用领域示意图23Nankai University宽带城域网主要技术
17、特征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、有线电视与传统电信、有线电视与IP业务的融合成业务的融合成为了宽带城域网的核心业务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高端路由器和多层交换机是宽带城域网的核心设备的核心设备扩大宽带接入的规模与服务质量是发展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宽带城域网应用的关键24Nankai University宽带城域网的功能结构宽带城域网的功能结构25Nankai University宽带城域网的网络层次结构宽带城域网的网络层次结构26Nankai Unive
18、rsity5.4 计算机网络的组成与结构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、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各种网络软件与数据资源，负责全网的数据处理业务，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
19、网络服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、各种互联设备与通信线路通信子网包括：路由器、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负责完成网络数据传输、路由与分组转发等通信处理任务任务27Nankai University5.4.2 ISP的层次结构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，连接的层次、结构的角度，ISP层次结构在一定程度上层次结构在一定程度上反映出互联网的逻辑结构反映出互联网的逻辑结构28Nankai University5.4.3 互联网的网
20、络结构互联网的网络结构互联网网络结构示意图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：从网络：从IPv4到到IPv6互联网的核心技术是互联网的核心技术是TCP/IP协议，它的网络层协议，它的网络层使用的是使用的是IP协议协议核心交换网中所示的所有路由器都必须支持核心交换网中所示的所有路由器都必须支持IP协议，因此互联网核心交换网协议，因此互联网核心交换网也也称为称为IP网络网络其他的通信网络，如移动通信网不使用其他的通信网络，如移动通信网不使
21、用IP协议，协议，因此将不支持因此将不支持IP协议的网络称为非协议的网络称为非IP网络网络由于由于IP网络与非网络与非IP网络的网络层协议不同，属网络的网络层协议不同，属于异构的网络于异构的网络，异构网络的互联需要通过具有异构网络的互联需要通过具有协议变换功能的网关（协议变换功能的网关（gateway）来实现来实现31Nankai University从从IPv4到到IPv6IP协议共出现过协议共出现过6个版本，正式形成国际标准、个版本，正式形成国际标准、被采用的是被采用的是IPv4与与IPv6协议协议IPv4协议是在协议是在1981年制定的年制定的，地址长度为地址长度为32 位位2011年年
22、2月月3日最后日最后5块块IPv4地址被分配给全球地址被分配给全球5大区域互联网注册机构之后，大区域互联网注册机构之后，IPv4地址全部分地址全部分配完毕配完毕IPv6协议具有协议具有地址空间大地址空间大，能够，能够自动配置地址自动配置地址，安全安全性与性与服务质量服务质量好的优点好的优点从从IPv4向向IPv6的过渡已经是大势所趋的过渡已经是大势所趋32Nankai University5.5 接入技术接入技术*5.5.1 接入技术的基本概念接入技术的基本概念接入技术类型接入技术类型33Nankai University接入技术分类接入技术分类34Nankai University5.5.2
23、 ADSL接入技术接入技术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供宽带互联网接入服务35Nankai University5.5.3 HFC接入技术接入技术HFC技术用光纤取代有线电视网络中干技术用光纤取代有线电视网络中干线同轴电缆线同轴电缆光纤接到居民小区的光纤节点之后，小光纤接到居民小区的光纤节点之后，小区内部接入用户家庭仍然使用同轴电缆，区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形成了光纤与同轴电
24、缆混合使用的传输网络网络在保证正常电视节目播放与交互式视频在保证正常电视节目播放与交互式视频点播点播VOD节目服务的同时，为家庭用户节目服务的同时，为家庭用户计算机接入互联网提供服务计算机接入互联网提供服务36Nankai UniversityHFC结构示意图结构示意图37Nankai University5.5.4 光纤接入技术光纤接入技术光纤到路边（光纤到路边（FTTC）光纤到小区（光纤到小区（FTTZ）光纤到大楼（光纤到大楼（FTTB）光纤到办公室（光纤到办公室（FTTO）光纤到户（光纤到户（FTTH）38Nankai University5.5.6 无线接入技术无线接入技术39Nank
25、ai University802.16无线无线宽带城域网结构宽带城域网结构40Nankai University无线城市、无线城市、WiFi接入点标志与应用情景接入点标志与应用情景41Nankai University5.5.7 电力线接入技术电力线接入技术42Nankai University智能家居中的智能家居中的PLC网络结构示意图网络结构示意图43Nankai University5.6 互联网与物联网的区别与联系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网与物联网的区别与联系46Nankai University物联网与互联网的联系物联网与互联网的联系互互联网网Everybody over IP 物物联网网 Everything over IP47
