互联网体系结构及4个发展阶段

1、互联网体系结构互联网体系结构主讲教师：李传杰主讲教师：李传杰本章目标本章目标n了解：互联网的发展历史了解：互联网的发展历史n掌握：计算机网络的定义和功能掌握：计算机网络的定义和功能n掌握：计算机网络的分类和组成掌握：计算机网络的分类和组成n了解：互联网的接入方式了解：互联网的接入方式n了解：互联网的典型应用了解：互联网的典型应用n了解：下一代互联网了解：下一代互联网计算机网络的形成与发展计算机网络的形成与发展 自从计算机网络从自从计算机网络从19541954年初见雏形以来，共经历年初见雏形以来，共经历了了4 4个主要的发展阶段，现在正处于第四阶段，并个主要的发展阶段，现在正处于第四阶段，并朝着

2、更加智能的方向发展。朝着更加智能的方向发展。 第一阶段：计算机网络诞生第一阶段：计算机网络诞生 第二阶段：分组交换的计算机网络第二阶段：分组交换的计算机网络 第三阶段：标准化的计算机网络第三阶段：标准化的计算机网络 第四阶段：高速、综合、移动的计算机网络第四阶段：高速、综合、移动的计算机网络1.1.计算机网络诞生计算机网络诞生时时 间：间：2020世纪世纪5050年代初年代初6060年代末。年代末。主要特点：面向终端、面向最终用户。主要特点：面向终端、面向最终用户。关键技术：线路控制器、多路线路控制器、前置关键技术：线路控制器、多路线路控制器、前置处理机处理机主要应用：主要应用：MITMIT林

3、肯实验室为美国空军设计的林肯实验室为美国空军设计的SAGESAGE半自动化地面防空系统，美国航空公司与半自动化地面防空系统，美国航空公司与IBMIBM共同共同研制的研制的SABRE-1SABRE-1飞机订票系统飞机订票系统。n19461946年世界上第一台电子数字计算机年世界上第一台电子数字计算机ENIACENIAC诞生时，诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系。计算机技术与通信技术并没有直接的联系。n19541954年出现了年出现了“线路控制器线路控制器”使更多人能够使用使更多人能够使用计算机。计算机。n2020世纪世纪6060年代初，出现了年代初，出现了“多重线路控制器多重线路控制器

4、”和和“前置处理机前置处理机”。2.2.分组交换网络分组交换网络时时 间：间：2020世纪世纪6060年代末年代末7070年代中后期年代中后期主要特点：资源共享、分散管理、分组交换、采主要特点：资源共享、分散管理、分组交换、采用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。用专门的通信控制处理机、分层的网络协议。关键技术：关键技术：分组交换分组交换 主要应用：主要应用：InternetInternet的前身的前身ARPANETARPANET分组交换分组交换3.3.标准化网络标准化网络时时 间：间：2020世纪世纪7070年代后期年代后期9090年代初。年代初。主要特点：开放、标准化。主要特点：开放、标

5、准化。关键技术：关键技术：OSIOSI网络层次模型网络层次模型主要应用：主要应用：InternetInternet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会话层会话层表示层表示层应用层应用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会话层会话层表示层表示层应用层应用层 传输数据传输数据 接收数据接收数据网络传输介质网络传输介质n19831983年，年，ARPAARPA和美国国防部通信局研制成功和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的了用于异构网络的TCP/IPTCP/IP协议协议 。n19861986年，美国国家科学基金会（年，美国国家科学基金会（Nationa

6、l National Science FoundationScience Foundation，NSFNSF）利用）利用ARPAnetARPAnet发发展出来的展出来的TCP/IP TCP/IP 的通讯协议，在的通讯协议，在5 5个科研教个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnetNSFnet广域网。广域网。 4.4.高速、移动的综合网络高速、移动的综合网络时时 间：间：2020世纪世纪9090年代至今年代至今主要特点：高速、综合性、移动。主要特点：高速、综合性、移动。关键技术：宽带技术、关键技术：宽带技术、WWWWWW主要应用：主要应用：Interne

7、tInternet、移动互联、移动互联5.5.下一代网络下一代网络时时 间：正在进行时间：正在进行时主要特点：智能化、综合化主要特点：智能化、综合化关键技术：软交换、关键技术：软交换、IPv6IPv6、光通信、光通信、NGNNGN（Next Next Generation NetworkGeneration Network）主要应用：新一代因特网、网格计算主要应用：新一代因特网、网格计算互联网在中国的发展互联网在中国的发展n19871987年，我国通过拨号线路与国际互联网年，我国通过拨号线路与国际互联网（InternetInternet）连通电子邮件服务，实现了与欧洲）连通电子邮件服务，实现了

8、与欧洲及北美地区的电子邮件通信功能。钱天白教授发及北美地区的电子邮件通信功能。钱天白教授发出我国第一封电子邮件出我国第一封电子邮件“Across the Great Wall Across the Great Wall we can reach every corner in the world.we can reach every corner in the world.”，揭开了中国人使用揭开了中国人使用InternetInternet的序幕。的序幕。n19901990年年1111月月2828日日 ，钱天白教授代表中国正式注册，钱天白教授代表中国正式注册登记了中国的顶级域名登记了中国的顶级

9、域名CN CN 。并且从此开通了使用。并且从此开通了使用中国顶级域名中国顶级域名CNCN的国际电子邮件服务，从此中国的国际电子邮件服务，从此中国的网络有了自己的身份标识。的网络有了自己的身份标识。n19921992年年6 6月，在日本神户举行的月，在日本神户举行的INETINET9292年会上，中年会上，中国科学院钱华林研究员约见美国国家科学基金会国科学院钱华林研究员约见美国国家科学基金会国际联网部负责人，第一次正式讨论中国连入国际联网部负责人，第一次正式讨论中国连入InternetInternet的问题，但被告知，由于网上有很多美的问题，但被告知，由于网上有很多美国的政府机构，中国接入国的政

10、府机构，中国接入InternetInternet有政治障碍。有政治障碍。 n 19931993年年3 3月月2 2日，中国科学院高能物理研究所租用日，中国科学院高能物理研究所租用AT&TAT&T公司的国际卫星信道接入美国斯坦福线性加公司的国际卫星信道接入美国斯坦福线性加速器中心（速器中心（SLACSLAC）的）的64K64K专线正式开通。专线开通专线正式开通。专线开通后，美国政府以后，美国政府以InternetInternet上有许多科技信息和其上有许多科技信息和其它各种资源，不能让社会主义国家接入为由，只它各种资源，不能让社会主义国家接入为由，只允许这条专线进入美国能源网而不

11、能连接到其它允许这条专线进入美国能源网而不能连接到其它地方。尽管如此，这条专线仍是中国部分连入地方。尽管如此，这条专线仍是中国部分连入InternetInternet的第一根专线。专线开通后，国家基金的第一根专线。专线开通后，国家基金委大力配合并投资委大力配合并投资3030万元，使各个学科的重大课万元，使各个学科的重大课题负责人能够拨号连入高能所的这根专线，几百题负责人能够拨号连入高能所的这根专线，几百名科学家得以在国内使用电子邮件。名科学家得以在国内使用电子邮件。 n19941994年年4 4月月2020日，中国国家计算与网络设施日，中国国家计算与网络设施NCFCNCFC工程通过美国工程通过

12、美国SprintSprint公司连入公司连入InternetInternet的的64K64K国际专线开通，实现了与国际专线开通，实现了与InternetInternet的的全功能连接。从此中国被国际上正式承认为全功能连接。从此中国被国际上正式承认为真正拥有全功能真正拥有全功能InternetInternet的国家。的国家。n到到19961996年底，中国的互联网已形成了四大主流网年底，中国的互联网已形成了四大主流网络体系，分别归属于国家指定的络体系，分别归属于国家指定的4 4个部级互联管理个部级互联管理单位：中科院、国家教委、邮电部和电子部。这单位：中科院、国家教委、邮电部和电子部。这四大主流

13、网络体系分别为：四大主流网络体系分别为：n中国公用计算机互联网（中国公用计算机互联网（CHINANETCHINANET）n中国教育科研网（中国教育科研网（CERNETCERNET）n中国科技网（中国科技网（CSTNetCSTNet）n中国金桥信息网（中国金桥信息网（CHINAGBNCHINAGBN）n中国互联网络信息中心中国互联网络信息中心（China Internet China Internet Network Information CenterNetwork Information Center，简称，简称CNNICCNNIC）是经国家主管部门批准，于是经国家主管部门批准，于19971

14、997年年6 6月月3 3日组日组建的管理和服务机构，行使国家互联网络信建的管理和服务机构，行使国家互联网络信息中心的职责。息中心的职责。 计算机网络的定义计算机网络的定义 1.1.计算机网络的定义计算机网络的定义 计算机网络是一种将处在计算机网络是一种将处在不同的地理位不同的地理位置且相互独立置且相互独立的计算机或设备，通过的计算机或设备，通过通信介通信介质和网络设备质和网络设备按照按照特定的网络协议特定的网络协议相互连接相互连接起来，利用起来，利用网络操作系统网络操作系统进行管理和控制，进行管理和控制，从而从而实现信息传输和资源共享实现信息传输和资源共享的一种信息系的一种信息系统。统。计算

15、机网络系统组成计算机网络系统组成 计算机网络计算机网络= =资源子网资源子网+ +通信子网通信子网 1.1.资源子网资源子网 硬件资源（主机、终端、硬件资源（主机、终端、I/OI/O设备等）、软件资设备等）、软件资源、数据资源等，负责全网数据处理业务，向网源、数据资源等，负责全网数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。络用户提供各种网络资源和网络服务。 2 2. .通信子网通信子网 传输介质（电缆、光纤、无线电波等）、通信传输介质（电缆、光纤、无线电波等）、通信设备（交换机等），承担全网的数据传输、转接、设备（交换机等），承担全网的数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作。加工和变

16、换等通信处理工作。计算机网络系统组成计算机网络系统组成n通信子网完成信息分组的传递工作，每个通信节通信子网完成信息分组的传递工作，每个通信节点具有存储转发功能。点具有存储转发功能。n资源子网包含所有由通信子网连接的主机，向网资源子网包含所有由通信子网连接的主机，向网络提供各种类型的资源。络提供各种类型的资源。网络的分类网络的分类按照地理范围分类按照地理范围分类 按照管理方式分类按照管理方式分类 按照数据传输方式分类按照数据传输方式分类 按照拓扑结构分类按照拓扑结构分类按照地理范围分类按照地理范围分类n局域网局域网（local area networklocal area network ， L

17、ANLAN）；）；n城域网城域网（metropolitan area networkmetropolitan area network ， MANMAN）；）；n广域网（广域网（wide area networkwide area network，WANWAN）。）。局域网的主要特点局域网的主要特点n短距离：短距离：0.10.125km25km，可以是一个建筑物内、一个，可以是一个建筑物内、一个校园内或办公室内。校园内或办公室内。n高速率：高速率：4Mbps4Mbps10Gbps10Gbps，从早期的，从早期的4Mbps4Mbps、十兆、十兆、百兆发展到现在的千兆、万兆，而且现在还在不百兆发展

18、到现在的千兆、万兆，而且现在还在不断向前发展。断向前发展。n高可靠：由于距离很近，传输相当可靠，有极低高可靠：由于距离很近，传输相当可靠，有极低的误码率。的误码率。n低成本：相对于城域网、广域网来说，局域网架低成本：相对于城域网、广域网来说，局域网架设成本是很廉价的。设成本是很廉价的。广域网的主要特点广域网的主要特点n长距离：地理范围从几十公里到几千公里，是跨长距离：地理范围从几十公里到几千公里，是跨越城市，甚至是联通全球的远距离连接。越城市，甚至是联通全球的远距离连接。n低速率：一般情况下，广域网的传输速率是以低速率：一般情况下，广域网的传输速率是以KbpsKbps为单位的。随着技术的发展，

19、传输速度能达为单位的。随着技术的发展，传输速度能达到到MbpsMbps，当然费用也大大提高了。，当然费用也大大提高了。n高成本：相对于城域网、局域网来说，广域网的高成本：相对于城域网、局域网来说，广域网的架设成本是很昂贵的。通信子网主要使用分组交架设成本是很昂贵的。通信子网主要使用分组交换技术。换技术。城域网的主要特点城域网的主要特点n城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；络；n城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；

20、n实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；多种信息的传输功能；n城域网在技术上与局域网相似。城域网在技术上与局域网相似。 局域网与广域网局域网与广域网（LANLAN）与与（WANWAN）按照管理方式分类按照管理方式分类按照管理方式分类按照管理方式分类n 通常是由很少几台计算机组成，现在一般都称之为工作通常是由很少几台计算机组成，现在一般都称之为工作组，工作组采用分散管理的方式，因为账号存放在每台主组，工作组采用分散管理的方式，因为账号存放在每台主机上，相同的配置工作需要在每台主机上重复进行，所以机上，相同的配置工作需要在每台主机上

21、重复进行，所以工作量较大，不适合大型网络的管理工作量较大，不适合大型网络的管理. . n 通常应用于大型网络中，采用集中管理方式，现在一般通常应用于大型网络中，采用集中管理方式，现在一般称之为域，在域中用户账号统一存放在域控制器上，管理称之为域，在域中用户账号统一存放在域控制器上，管理员可以在员可以在DCDC上通过组策略对账号的权限进行设置，而不需上通过组策略对账号的权限进行设置，而不需要在每台机器上都设置一遍，大大减轻了管理人员的负担。要在每台机器上都设置一遍，大大减轻了管理人员的负担。适合大型网络的管理。适合大型网络的管理。按照数据传输方式分类按照数据传输方式分类n 网络中的计算机或设备通

22、过一条共享的通信介质进行数网络中的计算机或设备通过一条共享的通信介质进行数据传播，所有节点都会收到任何节点发出的数据信息。这据传播，所有节点都会收到任何节点发出的数据信息。这种传输方式主要应用于局域网中。广播网络中有三种传输种传输方式主要应用于局域网中。广播网络中有三种传输类型：类型：和和。 n 网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，网络中的计算机或设备通过单独的链路进行数据传输，并且两个节点间都可能会有多条单独的链路。这种传播方并且两个节点间都可能会有多条单独的链路。这种传播方式主要应用于广域网中。式主要应用于广域网中。广播网络的三种类型广播网络的三种类型点对点网络点对点网络拓扑结

23、构拓扑结构n拓扑学是几何学的一个分支，拓扑学首先把实体拓扑学是几何学的一个分支，拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系系; ;n计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系间的结构关系; ;n计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型; ; n拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通

24、信费用都拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。有重大影响。网络拓扑图的作用网络拓扑图的作用n工程施工的依据工程施工的依据n日后维护的资料日后维护的资料按照拓扑结构分类按照拓扑结构分类u 总线型拓扑结构总线型拓扑结构 u 星型拓扑结构星型拓扑结构 u 环形拓扑结构环形拓扑结构 总线型拓扑结构总线型拓扑结构n优点：布线容易优点：布线容易n缺点：网络稳定性差、故障诊断困难缺点：网络稳定性差、故障诊断困难星型拓扑结构星型拓扑结构n优点：整体可靠性高、故障诊断容易。优点：整体可靠性高、故障诊断容易。n缺点：所需电缆多、整个网络依赖中央结点。缺点：所需电缆多、整个网络依赖中央结点。环形拓扑

25、结构环形拓扑结构n优点：所需电缆较少、适用于光纤。优点：所需电缆较少、适用于光纤。n缺点：整体可靠性差、故障诊断困难。缺点：整体可靠性差、故障诊断困难。混合型拓扑结构（网状）混合型拓扑结构（网状）n提供了网络的冗余路径，如果一条线路出现问题，提供了网络的冗余路径，如果一条线路出现问题，另一条线路就接过通信，网络继续使用。另一条线路就接过通信，网络继续使用。树型树型PCsServerHubPCsServerHubPCsServerHubPCsServerHubPCsServerHubRouter网络拓扑图分析网络拓扑图分析计算机网络的组成计算机网络的组成n计算机网络是由两个或多个计算机通过计算机

26、网络是由两个或多个计算机通过特定通信模式连接起来的一组计算机，特定通信模式连接起来的一组计算机，完整的计算机网络系统是由网络硬件系完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。统和网络软件系统组成的。计算机网络硬件组成计算机网络硬件组成n网络服务器网络服务器n网络工作站网络工作站n网络适配器（网卡）网络适配器（网卡）n连接线（传输介质）连接线（传输介质）n通信连接设备（通信连接设备（ModemModem、交换机、路由器等）、交换机、路由器等）计算机网络软件组成计算机网络软件组成n网络操作系统（网络操作系统（Network Operating SystemNetwork Operating System，NOS NOS ）：）：Windows 2003Windows 2003、UNIXUNIX和和LINUXLINUX等。等。n网络协议：网络协议：TCP/IPTCP/IP、IPX/SPXIPX/SPX、NetBEUINetBEUI等。等。n应用服务软件：应用服务软件：Lotus NotesLotus Notes、Microsoft Microsoft Exchange ServerExchange Server等。等。互联网的接入方式互联网的接入方式nISDNISDN接入接入nADSL