现代计算机网络原理_2：通信网技术及发展

1、1 12 2n 1 1对对1 1简单通信系统：发信端、信道（传输介质）、接收端简单通信系统：发信端、信道（传输介质）、接收端n 通信网络：发收终端、信道、网络设备（交换节点）通信网络：发收终端、信道、网络设备（交换节点） 局域网（局域网（LANLAN）：终端通常采用集线器（）：终端通常采用集线器（HubHub）以星形结构方）以星形结构方式接入网络，式接入网络，HubHub间再以星形方式接入上一级，间再以星形方式接入上一级， 城域网（城域网（MANMAN）、大型电信网、互联网：通常由接入网络和）、大型电信网、互联网：通常由接入网络和核心网络两部分组成：核心网络两部分组成： 接入网（接入网（Acc

2、ess NetworkAccess Network）：面向用户终端，处理与用户间）：面向用户终端，处理与用户间的接入控制等；的接入控制等； 核心网核心网/ /骨干网（骨干网（Core/Backbone NetworkCore/Backbone Network），通常以网状网），通常以网状网（MeshMesh）形式连接成网络的主干。）形式连接成网络的主干。第第2 2章章 3 3n 一个典型的网络示例一个典型的网络示例第第2 2章章 AccessVP/VC SwitchingEdge DevicesEdge DevicesEdgeDevicesUNIUNICore/BackboneVP Cross

3、connectUNIUNIUNI4 4n 无线网络技术无线网络技术第第2 2章章 5 5 个域网（个域网（PANPAN：IEEE802.15IEEE802.15）：十数米范围内使用。）：十数米范围内使用。 （ZigbeeZigbee、篮牙、超宽带（、篮牙、超宽带（UWBUWB） 局域网局域网 （LANLAN：IEEE802.11IEEE802.11）：若干百米范围内使用。）：若干百米范围内使用。（WiFi/WLANWiFi/WLAN） 城域网（城域网（MANMAN：IEEE802.16IEEE802.16）: :若干十公里范围内使用。若干十公里范围内使用。（WiMAXWiMAX） 广域网（广域

4、网（WANWAN：IEEE802.20IEEE802.20）: :更大的传输距离使用。更大的传输距离使用。n 无线网络技术无线网络技术第第2 2章章 6 6n 无线网状（无线网状（MeshMesh）网）网第第2 2章章 7 7n 网络中节点的主要功能：网络中节点的主要功能： 接入控制接入控制 路由选择与交换路由选择与交换 信息转发信息转发 资源调配、服务质量控制、业务及流量管理资源调配、服务质量控制、业务及流量管理 拥塞控制拥塞控制 运行管理、故障处理运行管理、故障处理第第2 2章章 8 8n 互联网的特点互联网的特点 通信功能：网络中包含的集线器、交换机和路由器等组成通信功能：网络中包含的集

5、线器、交换机和路由器等组成的通信网络部分可实现信息的传递；的通信网络部分可实现信息的传递； 信息获取功能：网络中包含的大量服务器可为用户提供大信息获取功能：网络中包含的大量服务器可为用户提供大量的信息。量的信息。 现代的互联网可看成由两部分组成的网络：现代的互联网可看成由两部分组成的网络： 通信网部分：由集线器、路由器、交换机和有关的通信网部分：由集线器、路由器、交换机和有关的 系统控制服务器等组成系统控制服务器等组成 信息网部分：由各类信息服务器组成信息网部分：由各类信息服务器组成第第2 2章章 9 9n 业务特征业务特征 （1 1）信息速率）信息速率 分组交换网中的信息速率通常是一个变化分

6、组交换网中的信息速率通常是一个变化的量，受使用人的行为、传输内容和信号处理方法等方面的影的量，受使用人的行为、传输内容和信号处理方法等方面的影响：响： 信息速率通常由以下的参数描述信息速率通常由以下的参数描述 峰值速率峰值速率 平均速率平均速率 突发度（突发性）突发度（突发性）第第2 2章章 1010n 业务特征业务特征第第2 2章章 11 11n 业务特征业务特征 （2 2）突发性）突发性 业务流的突发性可由突发度来描述：业务流的突发性可由突发度来描述： 突发度峰值速率突发度峰值速率/ /平均速率平均速率 用户行为通常可由两个参数来描述和限定用户行为通常可由两个参数来描述和限定 平均速率：平

7、均速率： 瞬间允许的最大突发量：瞬间允许的最大突发量： 通常要求用户传输速率应满足：通常要求用户传输速率应满足：第第2 2章章 tsEs tsts1212n 带宽分配问题带宽分配问题 带宽：传输速率带宽：传输速率 按照峰值速率来分配带宽：延时最小但效率最低；按照峰值速率来分配带宽：延时最小但效率最低； 按照平均速率来分配带宽：延时很大但效率最高；按照平均速率来分配带宽：延时很大但效率最高； 实际的带宽分配方法：取值介于平均速率与峰值速率之间。实际的带宽分配方法：取值介于平均速率与峰值速率之间。 带宽资源的动态分配是网络的基本研究问题之一。带宽资源的动态分配是网络的基本研究问题之一。第第2 2章

8、章 1313n 通信网络的性能要求通信网络的性能要求 （1 1）信息的透明性）信息的透明性 无论用户发送什么信息，保证信息正确无论用户发送什么信息，保证信息正确地传送到目的地。地传送到目的地。 不同的场合、不同的业务类型，对传输的要求有所不同。不同的场合、不同的业务类型，对传输的要求有所不同。 衡量信息透明性的主要指标：误码率，分组差错率衡量信息透明性的主要指标：误码率，分组差错率 传输出错的原因：传输出错的原因： 信道畸变信道畸变 噪声和干扰噪声和干扰 交换交换/ /复用过程出错复用过程出错 用户需求和网络可用资源不适配用户需求和网络可用资源不适配 第第2 2章章 1414 （1 1）信息的

9、透明性）信息的透明性 典型的误码分布特性典型的误码分布特性第第2 2章章 1515 （2 2）时间透明性：无论用户发送什么信息，按照用户对时延）时间透明性：无论用户发送什么信息，按照用户对时延的要求将信息传送到目的地。的要求将信息传送到目的地。 有关时延的主要参数：有关时延的主要参数： 最大时延；最大时延； 最小时延；最小时延； 平均时延；平均时延； 时延抖动：最大时延与最小时延之差。时延抖动：最大时延与最小时延之差。 第第2 2章章 1616 （2 2）时间透明性（续）：延时变化（抖动）的调节）时间透明性（续）：延时变化（抖动）的调节 第第2 2章章 1717 （3 3）改善网络性能的基本方

10、法）改善网络性能的基本方法 差错控制：检错重发：逐段链路进行操作差错控制：检错重发：逐段链路进行操作( (链路层链路层) ) 端到端进行操作端到端进行操作( (网络层网络层) ) 前向纠错前向纠错 资源的有效动态调度和控制资源的有效动态调度和控制 流量控制、资源预留流量控制、资源预留 区分业务类别区分业务类别 控制包的大小和结构变化控制包的大小和结构变化 固定包长：固定包长：ATMATM信元信元 第第2 2章章 1818n 主要特征和趋势主要特征和趋势 （1 1）数字化：包括电信网、移动通信网的变化、互联网）数字化：包括电信网、移动通信网的变化、互联网 （2 2）标准化：各类网络的核心网）标准

11、化：各类网络的核心网IPIP网网 （3 3）智能化：网络智能化将网络的交换功能与控制功能）智能化：网络智能化将网络的交换功能与控制功能 分离，为各类业务提供灵活的传输服务分离，为各类业务提供灵活的传输服务 终端智能化易于构建各种类别服务终端智能化易于构建各种类别服务 （4 4）综合化：业务综合一个网络接入端口可提供各种业）综合化：业务综合一个网络接入端口可提供各种业 务的传输服务务的传输服务 网络综合各类专用网合并为一个通用网网络综合各类专用网合并为一个通用网第第2 2章章 1919n 主要特征和趋势（续）主要特征和趋势（续） （5 5）宽带化：计算机上网）宽带化：计算机上网有线有线/ /无线

12、宽带接入无线宽带接入 移动通信移动通信 2G2G3G3G3G3G长期演进长期演进(LTE)(LTE)4G4G （6 6）个性化：无论何时、何地、何种环境均能自由接入网）个性化：无论何时、何地、何种环境均能自由接入网 络，提供特定需求的定制服务络，提供特定需求的定制服务第第2 2章章 2020n 电报通信：一种古老的有线电报通信：一种古老的有线/ /无线数字通信方式。无线数字通信方式。n 电话网：人工交换电话网：人工交换机械自动交换机械自动交换程控交换程控交换 软交换软交换 基于电路交换方式工作基于电路交换方式工作 电路交换形式：时分交换电路交换形式：时分交换 空分交换空分交换 采用专门的控制信

13、令采用专门的控制信令 终端信令：用户终端信令：用户/ /网络间信令网络间信令 网络信令：共路信令网络信令：共路信令 随路信令随路信令第第2 2章章 2121n 数据通信网数据通信网/ /计算机网络计算机网络 早期的公共数据通信网：早期的公共数据通信网：X.25X.25（协议）网（协议）网 早期应用的计算机网络：企业自定协议，互不兼容早期应用的计算机网络：企业自定协议，互不兼容 19691969年美国国防部开展资助分组交换网络的研究，该研究年美国国防部开展资助分组交换网络的研究，该研究的成果最后演变成现在的国际互联网的成果最后演变成现在的国际互联网 19841984年国际标准化组织（年国际标准化

14、组织（ISOISO）发布开放系统互连（）发布开放系统互连（OSIOSI）7 7层参考模型层参考模型 TCP/IPTCP/IP最终成为网络层及网络以上层协议的事实标准最终成为网络层及网络以上层协议的事实标准 IEEE802.XXIEEE802.XX最终成为链路层、物理层协议的事实标准最终成为链路层、物理层协议的事实标准第第2 2章章 2222n 2950s-1960s 2950s-1960s 美国国防部出于保密通信的需要研究语音数美国国防部出于保密通信的需要研究语音数据分组交换传输；据分组交换传输；n 1969 1969 美国国防部高级计划署（美国国防部高级计划署（ARPANETARPANET）

15、投资建立具有）投资建立具有4 4个个交换节点，链路速率为交换节点，链路速率为56 kbit/s 56 kbit/s 的数据交换网络；的数据交换网络；n 1974 1974 在美国国防部资助下，美国人在美国国防部资助下，美国人 Vinton G. CerfVinton G. Cerf、 Robert E. Kahn Robert E. Kahn 设计出最早的设计出最早的TCP/IPTCP/IP网络协议；网络协议；n 1979 IP version 4 1979 IP version 4 （IPv4IPv4）协议制定，一直沿用到今天。）协议制定，一直沿用到今天。n 国际互联网（国际互联网（Inte

16、rnetInternet）的发展简史）的发展简史 第第2 2章章 2323n 国际互联网（国际互联网（InternetInternet）的发展简史（续）的发展简史（续）第第2 2章章 n 19911991：美国国家自然科学基金委（：美国国家自然科学基金委（NSFNSF）将互联网的主干转）将互联网的主干转交给私营的公司，互联网进入商业运行阶段；交给私营的公司，互联网进入商业运行阶段；n 1993: 1993: 互联网主干的链路速率升级到互联网主干的链路速率升级到 T3 (45 Mbit/s)T3 (45 Mbit/s)水平；水平； n TCP/IP TCP/IP成为事实上的网络互连标准，有专门的

17、标准制定管成为事实上的网络互连标准，有专门的标准制定管理机构和程序；理机构和程序；2424n 中国互联网的发展简史中国互联网的发展简史第第2 2章章 n 19861986年，北京计算机应用技术研究所实施的国际联网项目年，北京计算机应用技术研究所实施的国际联网项目- - -中国学术网中国学术网(Chinese(Chinese AcademicAcademic NetworkNetwork：CANET)CANET)启动；启动；n 19881988年初，中国第一个年初，中国第一个X.25X.25分组交换网建成，当时覆盖北分组交换网建成，当时覆盖北京、上海、广州、沈阳、西安、武汉、成都、南京、深圳等京

18、、上海、广州、沈阳、西安、武汉、成都、南京、深圳等城市；城市；n 19891989年年1010月，国家计委利用世界银行贷款重点学科项目建月，国家计委利用世界银行贷款重点学科项目建设：中关村地区教育与科研示范网络（设：中关村地区教育与科研示范网络（NCFCNCFC）；）； n 19921992底，清华大学校园网采用底，清华大学校园网采用FDDIFDDI技术建成中国第一个采技术建成中国第一个采用用TCP/IPTCP/IP体系结构的校园网；体系结构的校园网；2525n 中国互联网的发展简史（续）中国互联网的发展简史（续）第第2 2章章 n 19931993年年6 6月，中国专家在月，中国专家在INE

19、T93INET93会议上重申了中国连入会议上重申了中国连入InternetInternet的要求，获得大部分到会人员的支持；的要求，获得大部分到会人员的支持；n 19941994年年4 4月初，中美科技合作联委会在美国华盛顿举行，中月初，中美科技合作联委会在美国华盛顿举行，中国向美国国家科学基金会国向美国国家科学基金会(NSF)(NSF)重申连入重申连入InternetInternet的要求并最的要求并最终得到认可；终得到认可；n 19941994年年7 7月初，由清华大学等六所高校建设的月初，由清华大学等六所高校建设的“中国教育和中国教育和科研计算机网科研计算机网”试验网开通，连接北京、上海

20、、广州、南京、试验网开通，连接北京、上海、广州、南京、西安等五座城市，并通过西安等五座城市，并通过NCFCNCFC的国际出口与的国际出口与InternetInternet互联网，互联网，成为第一个全国范围运行成为第一个全国范围运行TCP/IPTCP/IP协议的计算机互联网络；协议的计算机互联网络；2626n 中国互联网的发展简史（续）中国互联网的发展简史（续）第第2 2章章 n 19941994年年8 8月，由国家计委投资，国家教委主持的中国教育和月，由国家计委投资，国家教委主持的中国教育和科研计算机网科研计算机网(CERNET)(CERNET)正式立项；正式立项；n 19941994年年9

21、9月，邮电部电信总局与美国商务部签订中美双方关月，邮电部电信总局与美国商务部签订中美双方关于国际互联网的协议，中国公用计算机互联网于国际互联网的协议，中国公用计算机互联网(CHINANET)(CHINANET)的的建设开始启动建设开始启动 n 19951995年年1212月，月，由中国自行设计由中国自行设计“中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网(CERNET)(CERNET)示范工程示范工程”建设完成。建设完成。 n 2003 2003年年8 8月，国务院正式批复启动月，国务院正式批复启动“中国下一代互联网示范中国下一代互联网示范工程工程”CNGI(ChinaCNGI(China Ne

22、xtNext GenerationGeneration Internet)Internet)。CNGICNGI是是实施我国下一代互联网发展战略的启步工程实施我国下一代互联网发展战略的启步工程. .2727n 网络协议的层次结构网络协议的层次结构第第2 2章章 ISO ISO 七层协议七层协议 TCP/IP TCP/IP 协议协议DATA LINKPHYSICALNETWORKTRANSPORTSESSIONAPPLICATIONPRESENTATIONNETWORK INTERFACEIEEE802.XX, FR, ATM)INTERNET(IP, ARP, RARP)TRANSPORT (T

23、CP or UDP)APPLICATION (FTP, TELNET, SNMP, DNS)ICMP, IGMP2828 网络层：路由、地址解析、网络监控等网络层：路由、地址解析、网络监控等 传输层：流量控制、顺序、差错控制等传输层：流量控制、顺序、差错控制等 应用层：定义具体应用的有关数据结构、规程等应用层：定义具体应用的有关数据结构、规程等n TCP/IPTCP/IP协议的基本功能：协议的基本功能：第第2 2章章 2929OSPFEGPTCPUDPICMPIGMPIPRARPARPRIP BGPEthernet, Token Ring, PPP, and so onTelnet, FTP,

24、 TFTP,HTTP,SNMP,SMTP, and so onPort NumberProtocol NumberType codeApplication LayerData LinkLayerInternetLayerTransportLayern TCP/IPTCP/IP协议的基本结构协议的基本结构第第2 2章章 业务增加变化大业务增加变化大技术发展变化大技术发展变化大3030n 数据通信的方式数据通信的方式 电路交换：电路交换： 适合于恒定速率业务的传输，延时小，无延时抖动适合于恒定速率业务的传输，延时小，无延时抖动 用户独占信道，用于互联网类别的业务效率低，用户独占信道，用于互联网类别

25、的业务效率低， 除在接入网部分外，已经基本不用除在接入网部分外，已经基本不用 电路交换服务形式的改进电路交换服务形式的改进 窄带综合业务数字网，一个端口提供多种服务窄带综合业务数字网，一个端口提供多种服务 多速率电路交换，动态提供电路交换的传输服多速率电路交换，动态提供电路交换的传输服 务速率（务速率（N N64kbps64kbps）第第2 2章章 3131n 数据通信的方式数据通信的方式 分组交换：分组交换： 信道统计复用，用于互联网数据业务效率高信道统计复用，用于互联网数据业务效率高 可用带宽、延时较难预测，延时抖动通常较大可用带宽、延时较难预测，延时抖动通常较大 目前服务质量主要依赖足够

26、大的带宽来保证目前服务质量主要依赖足够大的带宽来保证第第2 2章章 3232n 分组交换技术分组交换技术 数据以分组形式传输，一般采用存储转发的工作方式数据以分组形式传输，一般采用存储转发的工作方式 分组交换的主要类别：分组交换的主要类别： 数据报方式（数据报方式（DatagramDatagram）/ /无连接方式无连接方式 每个分组携带地址，独立传输，如每个分组携带地址，独立传输，如IPIP数据包数据包 虚电路方式（虚电路方式（Virtual CircuitVirtual Circuit）/ /面向连接方式面向连接方式 每个分组携带标签，沿设定的路径传输，如每个分组携带标签，沿设定的路径传输，如ATMATM信元信元第第2 2章章 3333n 曾经广泛应用的数据通信的技术曾经广泛应用的数据通信的技术 （1 1）X.25X.25分组交换网分组交换网 采用国际电联（原采用国际电联（原CCITTCCITT）X.25X.25协议协议 X.25X.25协议定义了物理、链路、分组（网络）级有关