第5章 計算機網絡與互聯(lián)網技術發(fā)展

1、第第5章章 計算機網絡與計算機網絡與互聯(lián)網技術的發(fā)展互聯(lián)網技術的發(fā)展1第第 5章章知知識識點點結結構構25.1 計算機網絡的發(fā)展史計算機網絡的發(fā)展史5.1.1 計算機網絡發(fā)展的四個階段計算機網絡發(fā)展的四個階段 第第一一階段階段：20世紀世紀50年代，年代，數(shù)據通信數(shù)據通信技術技術與網與網絡絡理論基礎理論基礎研究研究 第第二二階段階段：20世紀世紀60年代年代，ARPANET與分組與分組交換技術交換技術 第第三三階段階段：20世紀世紀70年代中期年代中期，網絡體系結構網絡體系結構與網絡協(xié)議的標準化與網絡協(xié)議的標準化 第第四四階段階段：20世紀世紀90年代年代，互聯(lián)網互聯(lián)網、高速網絡、高速網絡、無

2、線網絡、移動互聯(lián)網與網絡安全技術發(fā)展無線網絡、移動互聯(lián)網與網絡安全技術發(fā)展3計算機網絡技術的計算機網絡技術的主要特點主要特點： 互聯(lián)網作為全球性的網際網與大型信息系統(tǒng)，互聯(lián)網作為全球性的網際網與大型信息系統(tǒng)，在當今政治、經濟、文化、科研、教育與社會在當今政治、經濟、文化、科研、教育與社會生活等方面發(fā)揮了越來越重要的作用生活等方面發(fā)揮了越來越重要的作用 互聯(lián)網大規(guī)模接入推動了接入技術的發(fā)展，促互聯(lián)網大規(guī)模接入推動了接入技術的發(fā)展，促進了計算機網絡、電信通信網與有線電視網的進了計算機網絡、電信通信網與有線電視網的“三網融合三網融合” 對等（對等（peer-to-peer，P2P）網絡技術的研究，）

3、網絡技術的研究，使得即時通信、網絡視頻、網絡音樂、網絡游使得即時通信、網絡視頻、網絡音樂、網絡游戲等新的網絡應用不斷涌現(xiàn)，進一步豐富了人戲等新的網絡應用不斷涌現(xiàn)，進一步豐富了人與人之間信息交互與共享的方式與人之間信息交互與共享的方式4 無線局域網與無線城域網技術日益成熟，并已無線局域網與無線城域網技術日益成熟，并已進入應用階段進入應用階段，無線自組網、無線傳感器網絡無線自組網、無線傳感器網絡的研究與應用受到了高度重視的研究與應用受到了高度重視 互聯(lián)網應用中數(shù)據采集與錄入從人工方式逐步互聯(lián)網應用中數(shù)據采集與錄入從人工方式逐步擴展到自動方式，通過射頻標簽擴展到自動方式，通過射頻標簽RFID、各種、

4、各種類型的傳感器與傳感器網絡（類型的傳感器與傳感器網絡（Sense Network），以及光學視頻感知與攝錄設備，），以及光學視頻感知與攝錄設備，能夠方便、自動地采集各種物品、環(huán)境信息，能夠方便、自動地采集各種物品、環(huán)境信息，拓寬了人與人、人與物、物與物之間更為廣泛拓寬了人與人、人與物、物與物之間更為廣泛的信息交互，促進了物聯(lián)網技術的形成與發(fā)展的信息交互，促進了物聯(lián)網技術的形成與發(fā)展 強烈的社會需求推動了網絡安全技術快速發(fā)展強烈的社會需求推動了網絡安全技術快速發(fā)展55.1.2 計算機網絡發(fā)展的三條主線計算機網絡發(fā)展的三條主線65.2 互聯(lián)網的形成與發(fā)展互聯(lián)網的形成與發(fā)展5.2.1 ARPANE

5、T研究研究 集中式和非集中式集中式和非集中式 拓撲構型拓撲構型 分布式網絡的拓撲構型分布式網絡的拓撲構型7分組交換技術的基本設計思路分組交換技術的基本設計思路 網絡中沒有一個中心控制節(jié)點，聯(lián)網計算機獨立地完網絡中沒有一個中心控制節(jié)點，聯(lián)網計算機獨立地完成數(shù)據接收、轉發(fā)、接收的功能成數(shù)據接收、轉發(fā)、接收的功能 發(fā)送數(shù)據的主機預先將待發(fā)送的數(shù)據封裝成多個短的、發(fā)送數(shù)據的主機預先將待發(fā)送的數(shù)據封裝成多個短的、有固定格式的分組有固定格式的分組 如何發(fā)送主機與接收主機之間沒有直接連接的通信線如何發(fā)送主機與接收主機之間沒有直接連接的通信線路，那么分組就需要通過中間節(jié)點路，那么分組就需要通過中間節(jié)點“存儲轉

6、發(fā)存儲轉發(fā)”，這這種中間轉發(fā)節(jié)點就是目前廣泛使用的路由器種中間轉發(fā)節(jié)點就是目前廣泛使用的路由器 每個路由器可以根據鏈路狀態(tài)與分組的源地址、目的每個路由器可以根據鏈路狀態(tài)與分組的源地址、目的地址，通過路由選擇算法為每個分組選擇合適的傳輸?shù)刂?，通過路由選擇算法為每個分組選擇合適的傳輸路徑路徑 當目的主機接收到屬于一個報文的所有分組之后，再當目的主機接收到屬于一個報文的所有分組之后，再將分組中多個短的數(shù)據字段組合起來，還原成發(fā)送主將分組中多個短的數(shù)據字段組合起來，還原成發(fā)送主機發(fā)送的報文機發(fā)送的報文8ARPANET設計思想設計思想 通信子網結構與分組交換原理示意圖通信子網結構與分組交換原理示意圖9

7、ARPANET最早四個節(jié)點的結構最早四個節(jié)點的結構10ARPANET對推動網絡技術發(fā)展的貢獻對推動網絡技術發(fā)展的貢獻 開展了對計算機網絡定義與分類方法的研究開展了對計算機網絡定義與分類方法的研究 提出了資源子網與通信子網的二級結構概念提出了資源子網與通信子網的二級結構概念 研究了分組交換協(xié)議與實現(xiàn)技術研究了分組交換協(xié)議與實現(xiàn)技術 研究了層次型網絡體系結構的模型與協(xié)議體系研究了層次型網絡體系結構的模型與協(xié)議體系 開展了開展了TCP/IP協(xié)議與網絡互聯(lián)技術研究協(xié)議與網絡互聯(lián)技術研究11125.2.2 TCP/IP協(xié)議研究與發(fā)展協(xié)議研究與發(fā)展網絡協(xié)議的基本概念網絡協(xié)議的基本概念 計算機網絡計算機網絡

8、中連接的中連接的計算機之間要做到有條不計算機之間要做到有條不紊地交換數(shù)據，紊地交換數(shù)據，就就必須遵守一些事先約定好的必須遵守一些事先約定好的通信規(guī)則通信規(guī)則 協(xié)議是一組控制數(shù)據交互過程的通信規(guī)則協(xié)議是一組控制數(shù)據交互過程的通信規(guī)則，這這些規(guī)則明確地規(guī)定所交換數(shù)據的些規(guī)則明確地規(guī)定所交換數(shù)據的語義、語義、格式和格式和時序時序 為網絡數(shù)據交換制定的通信規(guī)則、約定與標準為網絡數(shù)據交換制定的通信規(guī)則、約定與標準被稱為被稱為“網絡協(xié)議網絡協(xié)議” TCP/IPTCP/IP協(xié)議協(xié)議是是互聯(lián)網的核心互聯(lián)網的核心協(xié)議協(xié)議13 早期早期ARPANET的協(xié)議結構的協(xié)議結構145.2.3 NSFNET對互聯(lián)網發(fā)展的影

9、響對互聯(lián)網發(fā)展的影響 從從ARPANET到到Internet的發(fā)展過程的發(fā)展過程155.2.4 互聯(lián)網的形成互聯(lián)網的形成 互聯(lián)網是一個全球范圍的信息資源網，接入互互聯(lián)網是一個全球范圍的信息資源網，接入互聯(lián)網的主機可以是信息服務的提供者，也可以聯(lián)網的主機可以是信息服務的提供者，也可以是信息服務的使用者是信息服務的使用者 傳統(tǒng)的互聯(lián)網應用主要有傳統(tǒng)的互聯(lián)網應用主要有E-mail、TELNET、FTP、BBS與與 Web 互聯(lián)網的全球性與開放性，使人們愿意在互聯(lián)互聯(lián)網的全球性與開放性，使人們愿意在互聯(lián)網上發(fā)布和獲取信息網上發(fā)布和獲取信息，瀏覽器、搜索引擎、瀏覽器、搜索引擎、IPTV、IP電話等電話等

10、 P2P技術的產生，對互聯(lián)網的發(fā)展產生重要的技術的產生，對互聯(lián)網的發(fā)展產生重要的作用，使互聯(lián)網中的信息更豐富、使用更方便作用，使互聯(lián)網中的信息更豐富、使用更方便165.2.5 互聯(lián)網的高速發(fā)展與信息高速公路的建設互聯(lián)網的高速發(fā)展與信息高速公路的建設 20世紀世紀90年代，世界經濟的發(fā)展帶動了信息產業(yè)年代，世界經濟的發(fā)展帶動了信息產業(yè)的發(fā)展，信息技術與網絡應用已成為衡量的發(fā)展，信息技術與網絡應用已成為衡量21世紀世紀綜合國力與企業(yè)競爭力的重要標準綜合國力與企業(yè)競爭力的重要標準 1993年年9月美國公布了國家信息基礎設施（月美國公布了國家信息基礎設施（NII）建設計劃，建設計劃，NII被形象地稱為

11、信息高速公路被形象地稱為信息高速公路 各國政府開始認識到信息產業(yè)發(fā)展對經濟發(fā)展的各國政府開始認識到信息產業(yè)發(fā)展對經濟發(fā)展的重要作用，開始制定信息高速公路建設計劃重要作用，開始制定信息高速公路建設計劃 1995年年2月全球信息基礎設施委員會成立，目的月全球信息基礎設施委員會成立，目的是推動與協(xié)調各國信息技術與信息服務的發(fā)展與是推動與協(xié)調各國信息技術與信息服務的發(fā)展與應用應用175.2.6 寬帶城域網與三網融合技術的發(fā)展寬帶城域網與三網融合技術的發(fā)展1.寬帶城域網技術發(fā)展的背景寬帶城域網技術發(fā)展的背景互聯(lián)網的廣泛應用推動電信網技術的高速發(fā)互聯(lián)網的廣泛應用推動電信網技術的高速發(fā)展，電信運營商的服務業(yè)

12、務也從以語音服務展，電信運營商的服務業(yè)務也從以語音服務為主，逐步向數(shù)據業(yè)務方向發(fā)展，引起世界為主，逐步向數(shù)據業(yè)務方向發(fā)展，引起世界范圍內大規(guī)模的產業(yè)結構調整與企業(yè)重組范圍內大規(guī)模的產業(yè)結構調整與企業(yè)重組電信運營商紛紛將競爭重點和大量資金，從電信運營商紛紛將競爭重點和大量資金，從廣域骨干網的建設轉移到支持大量用戶接入、廣域骨干網的建設轉移到支持大量用戶接入、支持多種業(yè)務的城域網建設中，為信息產業(yè)支持多種業(yè)務的城域網建設中，為信息產業(yè)與現(xiàn)代信息服務業(yè)的高速發(fā)展奠定了堅實的與現(xiàn)代信息服務業(yè)的高速發(fā)展奠定了堅實的基礎基礎182. . 三網融合技術的發(fā)展背景三網融合技術的發(fā)展背景 “三網融合三網融合”實

13、質上是計算機網絡、電信通信網與電實質上是計算機網絡、電信通信網與電視傳輸網技術的融合、業(yè)務的融合視傳輸網技術的融合、業(yè)務的融合195.3 計算機網絡定義與分類計算機網絡定義與分類5.3.1 計算機網絡定義與特征計算機網絡定義與特征 計算機網絡是計算機網絡是“以相互共享資源的方式互聯(lián)起以相互共享資源的方式互聯(lián)起來的自治計算機系統(tǒng)的集合來的自治計算機系統(tǒng)的集合” 計算機網絡主要特征計算機網絡主要特征： 組建計算機網絡的主要目的是實現(xiàn)計算機資組建計算機網絡的主要目的是實現(xiàn)計算機資 源的共享源的共享 互聯(lián)的計算機系統(tǒng)是自治的系統(tǒng)互聯(lián)的計算機系統(tǒng)是自治的系統(tǒng) 聯(lián)網計算機之間的通信必須遵循共同的網絡聯(lián)網計

14、算機之間的通信必須遵循共同的網絡 協(xié)議協(xié)議205.3.2 計算機網絡的分類計算機網絡的分類按網絡覆蓋范圍進行分類按網絡覆蓋范圍進行分類： 個人區(qū)域網（個人區(qū)域網（PAN）聯(lián)接用戶身邊聯(lián)接用戶身邊10m之內計算機、之內計算機、打印機、打印機、PDA與智能手機等數(shù)字終端設備的網絡與智能手機等數(shù)字終端設備的網絡 局域網（局域網（LAN）覆蓋覆蓋10m10km的網絡的網絡 城域網（城域網（MAN）覆蓋覆蓋10km100km的網絡的網絡 廣域網（廣域網（WAN）覆蓋覆蓋100km1000km的網絡的網絡215.3.3 廣域網的基本概念廣域網的基本概念 廣域網建設投資很大，管理困難，通廣域網建設投資很大，

15、管理困難，通常由電信運營商負責組建、運營與維常由電信運營商負責組建、運營與維護護，因此，因此廣域網是一種公共數(shù)據網絡廣域網是一種公共數(shù)據網絡 廣域網廣域網需要需要保證保證數(shù)據交換的數(shù)據交換的服務質量服務質量（QoS），因此，因此廣域網研究的重點是廣域網研究的重點是寬帶核心交換技術寬帶核心交換技術225.3.4 城域網的基本概念城域網的基本概念 寬帶城域網應用領域示意圖寬帶城域網應用領域示意圖23寬帶城域網主要技術特征寬帶城域網主要技術特征： 完善的光纖傳輸網是寬帶城域網的基礎完善的光纖傳輸網是寬帶城域網的基礎 傳統(tǒng)電信、有線電視與傳統(tǒng)電信、有線電視與IP業(yè)務的融合成業(yè)務的融合成為了寬帶城域網的

16、核心業(yè)務為了寬帶城域網的核心業(yè)務 高端路由器和多層交換機是寬帶城域網高端路由器和多層交換機是寬帶城域網的核心設備的核心設備 擴大寬帶接入的規(guī)模與服務質量是發(fā)展擴大寬帶接入的規(guī)模與服務質量是發(fā)展寬帶城域網應用的關鍵寬帶城域網應用的關鍵24 寬帶城域網的功能結構寬帶城域網的功能結構25 寬帶城域網的網絡層次結構寬帶城域網的網絡層次結構265.4 計算機網絡的組成與結構計算機網絡的組成與結構5.4.1 早期計算機網絡組成與結構早期計算機網絡組成與結構 最早出現(xiàn)的計算機網絡是廣域網最早出現(xiàn)的計算機網絡是廣域網 廣域網設計目標是將分布在世界各地計算機互聯(lián)起來廣域網設計目標是將分布在世界各地計算機互聯(lián)起來

17、 從邏輯功能上看，廣域網是由資源子網與通信子網兩從邏輯功能上看，廣域網是由資源子網與通信子網兩個部分組成個部分組成 資源子網包括：主機與終端、終端控制器、聯(lián)網外設、資源子網包括：主機與終端、終端控制器、聯(lián)網外設、各種網絡軟件與數(shù)據資源各種網絡軟件與數(shù)據資源，負責全網的數(shù)據處理業(yè)務，負責全網的數(shù)據處理業(yè)務，向網絡用戶提供各種網絡資源與網絡服務向網絡用戶提供各種網絡資源與網絡服務 通信子網包括：路由器、各種互聯(lián)設備與通信線路通信子網包括：路由器、各種互聯(lián)設備與通信線路，負責完成網絡數(shù)據傳輸、路由與分組轉發(fā)等通信處理負責完成網絡數(shù)據傳輸、路由與分組轉發(fā)等通信處理任務任務275.4.2 ISP的層次結

18、構的層次結構 從互聯(lián)網運營管理的角度，而不是從地理位置和實際從互聯(lián)網運營管理的角度，而不是從地理位置和實際連接的層次、結構的角度，連接的層次、結構的角度，ISP層次結構在一定程度上層次結構在一定程度上反映出互聯(lián)網的邏輯結構反映出互聯(lián)網的邏輯結構2820162016年中國年中國ISPISP排行排行2930313233你你是是怎怎么么出出去去的的？34355.4.3 互聯(lián)網的網絡結構互聯(lián)網的網絡結構 互聯(lián)網網絡結構示意圖互聯(lián)網網絡結構示意圖36 互聯(lián)網中邊緣部分與核心交換部分結構示意圖互聯(lián)網中邊緣部分與核心交換部分結構示意圖375.4.4 IP網絡：從網絡：從IPv4到到IPv6 互聯(lián)網的核心技術

19、是互聯(lián)網的核心技術是TCP/IP協(xié)議，它的網絡層協(xié)議，它的網絡層使用的是使用的是IP協(xié)議協(xié)議 核心交換網中所示的所有路由器都必須支持核心交換網中所示的所有路由器都必須支持IP協(xié)議，因此互聯(lián)網核心交換網協(xié)議，因此互聯(lián)網核心交換網也也稱為稱為IP網絡網絡 其他的通信網絡，如移動通信網不使用其他的通信網絡，如移動通信網不使用IP協(xié)議，協(xié)議，因此將不支持因此將不支持IP協(xié)議的網絡稱為協(xié)議的網絡稱為非非IP網絡網絡 由于由于IP網絡與非網絡與非IP網絡的網絡層協(xié)議不同，屬網絡的網絡層協(xié)議不同，屬于異構的網絡于異構的網絡，異構網絡的互聯(lián)需要通過具有異構網絡的互聯(lián)需要通過具有協(xié)議變換功能的網關（協(xié)議變換功能

20、的網關（gateway）來實現(xiàn)來實現(xiàn)38從從IPv4到到IPv6 IP協(xié)議共出現(xiàn)過協(xié)議共出現(xiàn)過6個版本，正式形成國際標準、個版本，正式形成國際標準、被采用的是被采用的是IPv4與與IPv6協(xié)議協(xié)議 IPv4協(xié)議是在協(xié)議是在1981年制定的年制定的，地址長度為地址長度為32 位位 2011年年2月月3日最后日最后5塊塊IPv4地址被分配給全球地址被分配給全球5大區(qū)域互聯(lián)網注冊機構之后，大區(qū)域互聯(lián)網注冊機構之后，IPv4地址全部分地址全部分配完畢配完畢 IPv6協(xié)議具有協(xié)議具有地址空間大地址空間大，能夠，能夠自動配置地址自動配置地址，安全安全性與性與服務質量服務質量好的優(yōu)點好的優(yōu)點 從從IPv4向

21、向IPv6的過渡已經的過渡已經開始開始395.5 接入技術接入技術*5.5.1 接入技術的基本概念接入技術的基本概念 接入技術類型接入技術類型40 接入技術分類接入技術分類41425.5.2 ADSL接入技術接入技術 ADSL可以在現(xiàn)有的用戶電話線上通過傳統(tǒng)的電話交換可以在現(xiàn)有的用戶電話線上通過傳統(tǒng)的電話交換網，以不干擾傳統(tǒng)模擬電話業(yè)務為前提，同時能夠提網，以不干擾傳統(tǒng)模擬電話業(yè)務為前提，同時能夠提供寬帶互聯(lián)網接入服務供寬帶互聯(lián)網接入服務435.5.3 HFC接入技術接入技術 HFC技術用光纖取代有線電視網絡中干技術用光纖取代有線電視網絡中干線同軸電纜線同軸電纜 光纖接到居民小區(qū)的光纖節(jié)點之后，小光纖接到居民小區(qū)的光纖節(jié)點之后，小區(qū)內部接入用戶家庭仍然使用同軸電纜，區(qū)內部接入用戶家庭仍然使用同軸電纜，形成了光纖與同軸電纜混合使用的傳輸形成了光纖與同軸電纜混合使用的傳輸網絡網絡 在保證正常電視節(jié)目播放與交互式視頻在保證正常電視節(jié)目播放與交