吴功宜物联网工程导论第5章：网络.ppt

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1、1,吴功宜 吴英 编著,物联网工程导论,第5章 计算机网络与互联网技术的发展,2,第 5章知识点结构,3,5.1 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,4,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

2、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,5,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，

3、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,6,5.1.2 计算机网络发展的三条主线,7,5.2 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,8,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

4、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,9,ARPANET设计思想,通信子网结构与分组交换原理示意图,10,ARPANET最早四个节点的结构,11,ARPANET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,12,5.2.2 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

5、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,13,早期ARPANET的协议结构,14,5.2.3 NSFNET对互联网发展的影响,从ARPANET到Internet的发展过程,15,5.2.4 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，使人们愿意在互联网上发布和获取信息，浏览器、搜索引擎

6、、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,16,5.2.5 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，目的是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用,17,5.2.6 宽带城域网与三网融合技术的发展,1.

7、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,18,2.三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的融合、业务的融合,19,5.3 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：

8、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,20,5.3.2 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的网络广域网（WAN）覆盖100km1000km的网络,21,5.3.3 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

9、研究的重点是宽带核心交换技术,22,5.3.4 城域网的基本概念,宽带城域网应用领域示意图,23,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,24,宽带城域网的功能结构,25,宽带城域网的网络层次结构,26,5.4 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

10、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、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,27,5.4.2 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,28,5.4.3 互联网的网络结构,互联网网络结构示意图,29,互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图,30,5.4.4 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

11、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,31,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

12、的优点从IPv4向IPv6的过渡已经是大势所趋,32,5.5 接入技术*5.5.1 接入技术的基本概念,接入技术类型,33,接入技术分类,34,5.5.2 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,35,5.5.3 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,36,HFC结构示意图,

13、37,5.5.4 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）,38,5.5.6 无线接入技术,39,802.16无线宽带城域网结构,40,无线城市、WiFi接入点标志与应用情景,41,5.5.7 电力线接入技术,42,智能家居中的PLC网络结构示意图,43,5.6 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,44,从端系统接入的角度看物联网的结构,45,5.6.3 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,46,物联网与互联网的联系,47,