通信导论第8章-计算机网络与宽带IP技术.ppt

NCEPU NCEPU 1 1第八章第八章 计算机网络计算机网络与宽带与宽带IPIP技术技术华北电力大学通信技术研究所华北电力大学通信技术研究所NCEPU NCEPU 2 28.1 8.1 计算机网络技术计算机网络技术8 8.2.2 计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议8 8.3 3 计算机局域网计算机局域网8 8.4 4 网络互连网络互连8 8.5 5 下一代通信网下一代通信网NGNNGN第八章第八章第八章第八章 计算机网络与宽带计算机网络与宽带计算机网络与宽带计算机网络与宽带IPIPIPIP技术技术技术技术NCEPU NCEPU 3 38.1.1 8.1.1 计算机网络的定义计算机网络的定义 19701970年美国信息学会对计算机网络地定义年美国信息学会对计算机网络地定义是是 ：计算机网络是把地理位置上分散的以：计算机网络是把地理位置上分散的以能够相互共享资源（硬件、软件、信息）能够相互共享资源（硬件、软件、信息）的方式而连接起来，并且具有独立功能的的方式而连接起来，并且具有独立功能的计算机系统之集合。计算机系统之集合。8.1 计算机网络技术计算机网络技术NCEPU NCEPU 4 4 计算机网络的基本组成计算机网络的基本组成 1 1、计算机系统：、计算机系统：至少两台具有独立功能的计算机系统至少两台具有独立功能的计算机系统2 2、通信线路和通信设备、通信线路和通信设备3 3、网络协议、网络协议4 4、网络软件、网络软件NCEPU NCEPU 5 58.1.3 计算机网络的发展计算机网络的发展（一）面向终端的计算机通信网络（一）面向终端的计算机通信网络 NCEPU NCEPU 6 6（二）以共享资源为目的的计算机网络（二）以共享资源为目的的计算机网络 资源子网提供访问网络和数据处理以及管理和分配共享资源子网提供访问网络和数据处理以及管理和分配共享资源的能力。资源的能力。通信子网提供网络的通信功能，专门负责计算机间通信的通信子网提供网络的通信功能，专门负责计算机间通信的控制和处理，为资源子网提供信息传输服务。控制和处理，为资源子网提供信息传输服务。ccpccpccpccpHTTHHH资源子网通讯子网NCEPU NCEPU 7 7（三）标准化网络（三）标准化网络各计算机公司研发自己的计算机网络体系结各计算机公司研发自己的计算机网络体系结构和协议，没有统一标准，造成不同厂家生产构和协议，没有统一标准，造成不同厂家生产的计算机及网络产品难以实现互连。的计算机及网络产品难以实现互连。19771977年年ISOISO为实应网络标准化的发展趋势，专为实应网络标准化的发展趋势，专门成立了一个委员会研究门成立了一个委员会研究“开放系统互连开放系统互连”问问题，并于题，并于19841984年公布了年公布了OSI/RMOSI/RM开放系统互开放系统互连参考模型连参考模型NCEPU NCEPU 8 88.1.4 计算机网络的功能与应用计算机网络的功能与应用 计算机网络的功能计算机网络的功能l共享硬件共享硬件l共享软件共享软件l共享信息共享信息l通信功能通信功能l高可靠性高可靠性l均衡负荷均衡负荷计算机网络的应用计算机网络的应用l应用广泛，为人们的生活应用广泛，为人们的生活带来咱新的通信手段和变带来咱新的通信手段和变化。化。l应用领域：工业自动控制、应用领域：工业自动控制、辅助决策、远程教学、网辅助决策、远程教学、网 管、购物、电子商务、电管、购物、电子商务、电视会议、过程控制等。视会议、过程控制等。NCEPU NCEPU 9 9 计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 总线型结构总线型结构环形结构环形结构星型结构星型结构树型结构树型结构网状结构网状结构混合型结构混合型结构NCEPU NCEPU 10108.1.6 计算机网络的分类计算机网络的分类按网络覆盖的地理分类按网络覆盖的地理分类:局域网局域网(LAN)(LAN)、广域网、广域网(WAN)(WAN)、城域网、城域网(MAN)(MAN)按网络的拓扑结构分类按网络的拓扑结构分类:按网络协议分类：以太网、令牌环网、按网络协议分类：以太网、令牌环网、ATMATM网网按使用的传输介质分类：双绞线网络、光纤网络、按使用的传输介质分类：双绞线网络、光纤网络、卫星数据通信网卫星数据通信网按使用的网络操作系统分类：按使用的网络操作系统分类：NetwareNetware网、网、UNIXUNIX网、网、Windows NTWindows NT网网按传输技术分类：按传输技术分类：广播式网络、广播式网络、点到点网络点到点网络NCEPU NCEPU 11 11（一）协议（一）协议协议：网络中实体之间有关通信规则约定协议：网络中实体之间有关通信规则约定的集合。的集合。协议三要素：语法、语义、时序协议三要素：语法、语义、时序语法：数据与控制信息的格式、数据编码语法：数据与控制信息的格式、数据编码等。等。语义：控制信息的内容，需要做出的动作语义：控制信息的内容，需要做出的动作及反应。及反应。时序：事件先后顺序和速度匹配。时序：事件先后顺序和速度匹配。8.2 计算机网络体系结构与协议计算机网络体系结构与协议NCEPU NCEPU 1212减少复杂性减少复杂性标准化接口标准化接口便于模块化设计便于模块化设计便于协作开发便于协作开发促进网路发展促进网路发展方便学习和推广方便学习和推广为什么分层？为什么分层？我们希望退货他们要退货?我们希望退货尊敬的XX:由于我们希望退货尊敬的XX:由于我们希望退货尊敬的XX:由于E-Mail TO:我们希望退货尊敬的XX:由于 E-Mail:（二）协议的层次性（二）协议的层次性NCEPU NCEPU 1313（三）（三）OSI参考模型参考模型网络应用处理网络应用处理Application7数据表示、加密、解密与解压缩数据表示、加密、解密与解压缩Presentation6主机间会话进程的通信主机间会话进程的通信 Session5端到端的连接端到端的连接Transport4网络地址和路由选择网络地址和路由选择Network3介质访问控制介质访问控制Data Link22进制数据传输进制数据传输Physical1应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层Open Systems InterconnectionNCEPU NCEPU 1414（四）（四）TCP/IP参考模型参考模型OSI与与TCP/IP参考模型的对照关系参考模型的对照关系432应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层传输层传输层网络互连层网络互连层网络接口层网络接口层1NCEPU NCEPU 15158.3.1 8.3.1 局域网概述局域网概述8.3.2 8.3.2 局域网体系结构与局域网体系结构与IEEE802IEEE802标准标准8.3.3 8.3.3 以太网以太网 EthernetEthernet8.3.4 8.3.4 交换式以太网交换式以太网 Switching EthernetSwitching Ethernet8.3 计算机局域网计算机局域网NCEPU NCEPU 1616背景：1969年，远程分组交换网ARPANET产生，资源共享和近距离高速通信的要求；1973年，以太网出现；70年代末，IEEE802局域网标准化工作委员会成立；1981年，IEEE802.3分委员会成立，制订了IEEE802.3以太网标准（10BASE-5）1983年，光纤高速网标准FDDI，使局域网速度提高到了100M；1985年制定了令牌环标准IEEE802.5；1995通过了100BASE-T标准IEEE802.3u；以上均是共享式局域网；随后，交换技术使局域网进入了交换网络阶段，并相继推出了ATM和千兆以太网等技术。8.3.1 局域网概述局域网概述-局域网的产生和发展局域网的产生和发展NCEPU NCEPU 1717局域网的特点局域网的特点覆盖范围小覆盖范围小速度高速度高延时小延时小出错率低出错率低单一组织拥有单一组织拥有NCEPU NCEPU 1818局域网的组成局域网的组成网络硬件网络软件计算机系统通信系统网络服务器：网络工作站：又被称为客户机。网络设备：集线器、中继器、交换机、网桥、路由器等。网络接口卡：传输介质：通信双方交流信息的物理通道。介质连接设备：各种转换接头等。网络系统软件网络应用软件网络通信、软硬件资源提供、文件管理、网络应用服务、Internet服务、网络管理等完成物理层与链路层的大部分功能，包括与介质的物理连接、介质访问控制、数据帧的拆装、帧的发送与接收、错误校验、数据信号的编/解码、数据的串并行转换等。网络操作系统网络协议软件NCEPU NCEPU 1919应用层表示层回话层传输层网络层数据链路层物理层传输媒体局域网参考模型高层协议LLC子层LLC子层MAC子层MAC子层物理层物理层传输媒体IEEE802标准范围8.3.2 局域网体系结构与局域网体系结构与IEEE802标准标准IEEE802IEEE802局域网参考模型局域网参考模型NCEPU NCEPU 20208.3.2 局域网体系结构与IEEE802标准（续）一、物理层：传输介质与传输特性、物理接口的特性、传输信号的编码方案、错误校验以及同步信号的产生与删除、传输速率、拓扑结构以及热物理信令。二、MAC子层：主要功能是进行合理地信道分配，解决信道竞争问题。介质访问控制方法决定了局域网的主要性能，它对局域网的响应时间、吞吐量和网络利用率等都有十分重要的影响。三、LLC子层：与传输介质无关，独立于介质访问控制方法，隐藏了802各种网络之间的差别，向网络层提供一个统一的格式和接口。作用是在MAC子层提供的介质访问控制和物理层提供的比特服务的基础上，将不可靠的信道处理为可靠的信道，确保数据帧的正确发送。具体功能包括：数据帧的组装与拆卸、帧的收发、差错控制、数据流控制和发送顺序控制等功能并为网络层提供面向连接和无连接的服务。NCEPU NCEPU 2121IEEE802IEEE802各分委员会结构关系与局域网标准图各分委员会结构关系与局域网标准图802.1局域网概述、体系结构、网络互连域网络管理802.7宽带技术802.10安全与加密802.2逻辑链路控制LLC802.12100VG-ANYLAN802.11无线局域网802.9语音数据综合局域网802.6城域网802.5令牌环802.4令牌总线802.3CSMA/CD物理层物理层物理层物理层802.8光纤技术物理层数据链路IEEE802局域网标准局域网标准 NCEPU NCEPU 22228.3.3 以太网以太网PSTN拨号服务器拨号服务器Total Control网络中心交换机网络中心交换机网络中心交换机网络中心交换机服务器组代理计费、数据库、Mail(Smtp)、视频、OA.院内及移动用户各二级交换机NCEPU NCEPU 2323介质访问控制介质访问控制局域网是一个基于冲突的局域网是一个基于冲突的网络，在冲突的介质中需网络，在冲突的介质中需要进行访问控制；要进行访问控制；介质访问控制方法的不同介质访问控制方法的不同决定了各种局域网的特性。决定了各种局域网的特性。NCEPU NCEPU 2424CSMA/CD工作原理工作原理准备发送站监听信道1传输数据并监听信道4按Backoff策略等待发送JAM信号5传输完成无冲突信道空闲2信道忙3检测到冲突1CSMA（载波监听多路访问）2CD（冲突检测）3CSMA/CD的工作流程图NCEPU NCEPU 2525 一、以太网的技术特性一、以太网的技术特性1.以太网是基带网，它采用基带传输技术。2.以太网的标准是IEEE802.3，它使用CSMA/CD介质访问控制方法，对单一信道的访问进行控制、分配介质的访问权，以保证同一时间只有一对网络站点使用信道，避免发生冲突。3.以太网是一种共享型网络，网络上的所有站点共享传输媒体和带宽4.以太网是广播式网络。5.以太网的数字信号采用曼彻斯特编码方案，快速以太网采用4B/5B编码方案。6.以太网所支持的传输介质类型有50基带同轴电缆（粗同轴电缆和细同轴电缆）、无屏蔽双绞线和光纤。7.以太网所构成的拓扑结构主要是总线型和星型。8.有多种以太网标准，它们支持不同的传输速率（10Mb/s、100Mb/s和1000Mb/s），最高可达1Gbps。9.以太网是可变长帧，长度为：64Bytes1518Bytes。10.以太网技术先进，但很简单，这是它获得成功的主要原因。11.以太网技术成熟，价格低廉、易扩展、易维护、易管理。NCEPU NCEPU 2626以太网的帧结构以太网的帧结构先导字段7 Byte10101011数据字段长度2 ByteSourceAddr.6 BytesData数据0-1500 ByteDest.Addr.6 Bytes填充字段0-46 Bytes检查和4 Byte帧开始标记1 Byte均为均为10101010NCEPU NCEPU 27278.3.4 交换式以太网交换式以太网(Switching Ethernet)PresentationApplicationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalPresentationApplicationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalData LinkPhysicalSwitchNCEPU NCEPU 2828以太网交换机以太网交换机 可堆叠的第二层以太网交换机可堆叠的第二层以太网交换机以太网汇聚交换机以太网汇聚交换机第三层核心路由交换机第三层核心路由交换机NCEPU NCEPU 29298.4 网络互连网络互连Which Path?Which Path?路由器的主要功能：路由选择和数据转发。路由器的主要功能：路由选择和数据转发。NCEPU NCEPU 3030IP 数据包格式数据包格式版本号版本号(4)目的目的IP地址地址(32)可选项可选项(0 或多个或多个)数据数据(064K)位位 0位位 15位位16位位31头长度头长度(4)服务类型服务类型(8)总长度总长度(16)标识符标识符(16)标志标志(3)段偏移值段偏移值(13)生存时间生存时间(8)协议类型协议类型(8)头校验和头校验和(16)源源IP地址地址(32)20字节字节NCEPU NCEPU 3131DestinationNetworkLAN-to-LAN RoutingNetwork 1.0Network 3.0E0E1To0Host 5Host 4Network 2.0Routing TableFrom LANto LAN802.3 Net 2.0,Host 5802.5 Net 2.0,Host 5OutgoingPortE0To0E11.02.03.0NCEPU NCEPU 3232LAN-to-LAN Routing（续）（续）Host AHost B192.30.10.2008-00-2B-00-76-10193.40.10.1000-00-A2-00-00-B1193.40.10.2008-00-2B-00-52-01HeaderToken Ring FrameIP Datagram802.2SNAPDASASDACFCFCSFSED00-00-A2-00-80-0108-00-2B-00-76-10HeaderEthernet II FrameIP DatagramDASA00-00-A2-00-45-6700-00-A2-00-00-21HeaderEthernet II FrameIP DatagramDASA08-00-2B-00-52-0100-00-A2-00-00-B1PREPRETypeTypeCRCCRCRouter ARouter B195.60.10.2000-00-A2-00-45-67195.60.10.1000-00-A2-00-00-21192.30.10.1000-00-A2-00-80-01NCEPU NCEPU 3333XYA AB BC CApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalApplicationPresentationSessionTransportNetworkData LinkPhysicalABCXYNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalNetworkData LinkPhysicalIP 数据包的转发过程数据包的转发过程NCEPU NCEPU 3434通信网与计算机网络的融合：通信网与计算机网络的融合：从一网多能到三网合一从一网多能到三网合一智 能双 向信令或协议交换或寻址计费、安全实 时 性宽带能力电信网计算机网有线电视网网络功能网络类型8.5 下一代通信网络下一代通信网络NGNNCEPU NCEPU 3535通信网技术的发展趋势通信网技术的发展趋势模拟模拟 =数字数字低速（窄带）低速（窄带）=高速（宽带）高速（宽带）简单简单 =智能智能电路交换电路交换 =分组交换分组交换单一业务的交换单一业务的交换 =综合业务的交换综合业务的交换电子电路控制电子电路控制 =灵活的软件控制灵活的软件控制NCEPU NCEPU 3636下一代通信网络（下一代通信网络（NGN）Everything Over IPAll IPAll ServicesIP Over EverythingIMSIMS：IPIP多媒体子系统。多媒体子系统。