7计算机网络教程.docx

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7计算机网络教程

计算机网络及数据通信

小组成员：

谢小龙、肖洒、杨春林、陈汉源、张金侠

一、发展历史

二、学科的新发展

三、建筑智能化与智能建筑工程项目中的典型应用

数据通信其发展历史

数据通信：

通信（Communication）作为电信（Telecommunication）是从19世纪30年代开始的。

1831年法拉第发现电磁感应。

1837年莫尔斯发明电报。

1873年马克斯韦尔的电磁场理论。

1876年贝尔发明电话。

1895年马可尼发明无线电。

开辟了电信（Telecommunication）的新纪元。

1906年发明电子管，从而模拟通信得到发展。

1928年奈奎斯特准则和取样定理。

1948年香农定理。

20世纪50年代发明半导体，从而数字通信得到发展。

20世纪60年代发明集成电路。

20世纪40年代提出静止卫星概念，但无法实现。

20世纪50年代航天技术。

1963年第一次实现同步卫星通信。

20世纪60年代发明激光，企图用于通信，未成功。

20世纪70年代发明光导纤维，光纤通信得到发展。

发展阶段：

第一阶段：

以语言为主，通过人力、马力、烽火等原始手段传递信息。

第二阶段：

文字、邮政。

（增加了信息传播的手段）

第三阶段：

印刷。

（扩大信息传播范围）

第四阶段：

电报、电话、广播。

（进入电器时代）

第五阶段：

信息时代，除语言信息外，还有数据、图像历史

计算机网络其发展历史

计算机网络：

是指将处于不同位置的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通讯线路连接起来，并且可以通过网络操作系统，在网络管理软件及网络通讯协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

发展阶段：

第一阶段：

诞生阶段

20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统。

典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机订票系统。

终端是一台计算机的外部设备包括显示器和键盘，无CPU和内存。

随着远程终端的增多，在主机前增加了前端机（FEP）。

当时，人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”，但这样的通讯系统已具备网络的雏形。

第二阶段：

形成阶段

20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务，兴起于60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET。

主机之间不是直接用线路相连，而是由接口报文处理机（IMP）转接后互联的。

IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通讯子网。

通讯子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，组成资源子网。

这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，形成了计算机网络的基本概念。

第三阶段：

互联互通阶段

20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵守国际标准的开放式和标准化的网络。

ARPANET兴起后，计算机网络发展迅猛，各大计算机公司相继推出自己的网络体系结构及实现这些结构的软硬件产品。

由于没有统一的标准，不同厂商的产品之间互联很困难，人们迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境，这样应运而生了两种国际通用的最重要的体系结构，即TCP/IP体系结构和国际标准化组织的OSI体系结构。

第四阶段：

高速网络技术阶段

20世纪90年代至今的第四代计算机网络，由于局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，多媒体网络，智能网络，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以Internet为代表的互联网。

数据通信的新发展

综合业务数字网ISDN

城域网

IP网

宽带接入网

全光网——光通信的发展方向

智能网

三网融合

Ⅰ综合业务数字网ISDN

ISDN起源于1972年

1980年有了明确的定义

CCITTI系列建议对ISDN的定义（84年红皮书）

ISDN是这样一种网络，它是由电话综合数字网（IDN）演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务（包括话音和非话业务），它为用户进网提供一组有限的标准多用途的用户－网络接口。

•综合数字网（IDN）－在网络中使用数字传输与数字交换设备，即实现数字传输和数字交换的综合。

•ISDN在IDN的基础上增加了业务综合的概念，并将网络数字化扩展到用户线。

ISDN的构想

♦将多种信息业务的传输和交换综合在一个网内

♦向用户提供一组标准的用户－网络接口

♦用户只需提出一次申请使用一条用户线就可将多种业务终端接入网内

♦按统一的规程进行通信

♦实现业务的综合

vISDN的产生不是一次新的传输和交换技术革命

v它是将新的技术注入到传统通信网

v对原有网络技术的综合和发展

v电路交换，利用现有的电话交换系统

v有拨号连接过程

v全数字传输网络

ISDN的基本特性：

端到端的数字连接

ISDN是一个数字网络

ISDN完全可以由现有的电话综合数字网（IDN）演变而来

IDN向ISDN的转变最首要的工作便是实现用户环路的数字化

提供综合的通信业务

理论上讲，任何形式的原始信号，只要可转换成（且是由用户转化成）数字信号，就可利用ISDN进行传送和交换，完成用户间的通信

标准的多用途用户网络接口

多用途：

入网的接口对于多种多样的业务是通用的，即不同的业务和不同的终端可通过同一接口接入网络。

通用性：

ISDN接口的信道结构、速率、插座的形状以及控制信号的格式和通信过程都有明确的标准可遵循。

ISDN提供的业务通常指ISDN所具有的通信能力。

基本业务

承载业务－ISDN在参考点S和T所提供的电信业务；在承载业务中，网络向用户提供的只是一种低层次的信息传递能力（将信息由一个地方搬运到另一个地方而不作任何处理）；它与交换方式有关，但与终端类型无关。

用户终端业务－由用户终端提供的通信业务。

它由ISDN协议层次特性所规定。

补充业务

是对基本业务的变更或补充，向用户提供额外的功能。

它不能单独向用户提供而必须随基本业务一起提供。

ISDN的网络结构

ISDN用户/网络接口（UNI）

q1.信道结构

q2.接口的结构：

q基本速率接口

q基群（或一次群）速率接口（PRI）

q3.接口的配置

1.信道结构

☐B信道——基本用户信道

☐速率：

64kb/s

☐电路交换的基本单位

☐用于传送话音、数据等用户信息

☐支持的连接类型：

电路交换连接、分组交换连接、帧方式和半固定（租用）连接

☐D信道

☐速率：

16kb/s或64kb/s

☐分组方式传递信息

☐用于传公共信道信令、分组数据或低速用户数据（如遥测遥控数据）

H信道

用于传送高速、高质量用户信息（如高速传真图像、高质音响等）

H0信道：

384kb/s

H11信道：

1536kb/s

H12信道：

1920kb/s

2.接口的结构

1.基本速率接口－BRI

将现有电话网的用户线作为ISDN用户线而规定的接口

ISDN最基本的用户－网络接口

2B＋D接口

B信道：

64kb/s，独立全双工

D信道：

16kb/s，全双工

接口速率：

192kb/s

q2.基群速率接口－PRI

v这种接口主要用于装有专用小型交换机PBX或具有召开电视会议用的高速信道等需要很大业务量的用户。

vB信道结构

Ø典型PRA/PRI接口结构

Ø（23B＋D）或（30B＋D）

ØB、D速率：

64kb/s

ØB信道传用户信息，D信道传信令

vH0信道结构

Ø包含多个H0信道

Ø3H0＋D或4H0（1544kb/s）

Ø5H0＋D（2048kb/s）

ØH0传送用户信息，速率：

384kb/s

ØD传送信令，速率：

64b/s

Ø4H0结构中信令由其它接口的D信道提供

vH1信道结构

ØH11：

1536kb/s，与1544kb/s对应，信令由其它接口提供

ØH12＋D：

♦H12传用户信息，速率1920kb/s

♦D传信令，速率64kb/s

vB和H0混合结构

ØnB＋mH0＋D

ØB、H0传送用户信息

ØD传送信令，速率64kb/s

Øm和n的值可由信令改变

3.ISDN用户/网络接口的配置

其配置包括物理、电气、协议、业务、能力、维护、操作和性能特点等内容。

ISDNUNI的参考配置：

由功能群和参考点构成

功能群：

用户接入ISDN所需的一组功能，可以由一个或多个设备来完成

参考点是物理接口所在之处，用来分割功能群的概念上的点。

☐各功能群的功能

☐1类终端设备（TE1）

ØISDN标准终端设备，符合ISDN用户/网络接口（S/T参考点）标准

Ø可被直接连到ISDN的“S”类型接口上,

Ø通过4根（2对）数字线路连接到ISDN网络。

Ø综合语音和数据终端、数字电话、可视电话等

☐2类终端设备（TE2）

Ø非ISDN标准终端设备，不遵循ISDN用户－网络接口标准

Ø必须通过一个TA（终端适配器）功能群与ISDN设备相连

Ø模拟电话、X.25终端

终端适配器TA

Ø允许非ISDN标准终端TE2与标准的ISDN用户/网络接口相连接

Ø可以是一个单独的设备，也可以安装在TE2内。

Ø外置式TA通常有下述端口：

两个模拟端口用于连接电话和传真，一个RS-232串口和一个用于ISDN线路的Ｓ接口。

网络终端2（NT2）

Ø智能网络终端（PABX、集中器、局域网）

Ø完成交换和数据集中功能，包含OSI1~3层的功能

Ø终端数量多，需要使用NT2做交换连接。

网络终端1（NT1）

是用户传输线装置（ISDN的数字接口点），与4线的ISDN用户线或传统的2线用户环路连接。

一般由电信公司提供，是ISDN网络的一部分。

包含OSI第1层的功能。

NT1的用户端接口可支持连接8台ISDN终端设备。

NT1的功能

线路维护（包括物理和电气终端装置的环路测试和线路性能监测）

2/4线变换

第1层上比特的多路复用（同步时分）

定时

参考点

ISDN网络中不同设备之间连接的规范。

R

TE2与TA之间的分界点

无统一标准

S

TE1/TA与NT2/NT1之间的分界点

与TE1或TA一一对应

T

NT1与NT2之间的分界点

NT2不存在时T与S相重合，称S/T参考点

S/T参考点是ISDN标准的对象

U

NT1与交换机之间的分界点，描述用户线上的双向信号传送

B-ISDN

B-ISDN使用快速分组交换－异步转移方式ATM

其用户环路和干线都采用光缆

使用虚通路的概念，其比特率只受用户到网络接口的物理比特率的限制，可以传送高速图像

B-ISDN复杂：

一直未能实用化

这种在链路层交换的体制无法实现不同网络间的互联互通

Ⅱ城域网

城域网是一个能覆盖一个大都市地域的局域网，以光纤为传输媒体，距离超过50Km，通信速率达到100Mb/s

可作为骨干网连接LAN、PABX等

标准：

IEEE802.6

FDDI（FiberDistributedDataInterface）

▪网络由双环构成，可靠性高。

▪传输速率为100Mbps。

▪介质访问控制方法采用TokenPassing，类似于令牌环。

▪传输介质主要为光纤，网络覆盖范围较大（几十km）。

Ⅲ全光网

又称宽带高速光联网

它一波长路由光交换技术和波分复用传输技术为基础，在光域上实现信息的高速传输和交换，数据信号在全程的传输过程中始终使用光信号，在网络的交换结点处采用高可靠、大容量和高度灵活的光交叉连接设备（OXC）

网络结构：

可以分为光网络层、电网络层和应用层

光网络层（光链路相连的部分）采用了WDM技术，使一个光网络中能传送几个波长的光信号，并在网络各节点之间采用OXC，以实现多个光信号的交叉连接。

电网络层主要完成各种电子交换

应用层提供各种业务

OXC是全光网中的核心器件，它与光纤组成了一个全光网络。

当光纤中断或业务失效时，OXC能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络重新配置等操作，使业务不中断，即它具有高速光信号的路由选择、网络恢复等功能。

OXC除了提供光路由选择外，还允许光信号插入或分离出电网络层，

Ⅳ三网融合

三网融合：

电信网、有线电视网、计算机网在高层业务应用的融合，三大网络通过技术改造，都能提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。

在全球，三网融合是业界数十年来的共同追求，代表了技术发展的趋势和潮流；在中国，三网融合同时也是构建和谐社会、节约型社会的内在需求和有效手段。

是现有网络向NGN演进的切入点

NGN是一个建立在IP技术基础上的新型公共电信网络，能够容纳各种形式的信息，在统一的管理平台下，实现音频、视频、数据信号的传输和管理，提供各种宽带应用和传统电信业务，是一个真正实现宽带窄带一体化、有线无线一体化、有源无源一体化、传输接入一体化的综合业务网络。

电信网：

主要以语音业务为主的通信网以及基础数据网

公用电话交换网（PSTN）

数字数据网（DDN）

移动通信网

有线电视（CATV）网

由两部分组成

有线电视台之间传送节目源的传送网络

面向用户的节目分配网络

是一种多用户共享的宽带分配网络

其资源优势在于已经建成相当规模的光缆长途干线和覆盖面很广的宽带分配网络

不具备双相通信功能、交换功能和网络管理功能

计算机网络

网络结构简单，技术更新快，建造成本比传统电信网低

缺乏对全网的有效控制，难以实现统一管理，实时性较差

三网融合，是一个复杂的系统工程，需要光传输网、承载网、核心业务网、城域网和接入网等多个层面共同推动。

光传输网的改造完善是三网融合的基础。

承载网的融合是三网融合的关键。

在路由器中增加ATM技术中的流量工程以及操作维护管理（OAM）功能，或者参照ATM技术改造路由器技术，从而提供QoS保证。

MPLS是公认的实现三网融合、保证QoS的核心技术。

仅靠MPLS技术并不能解决承载网的QoS问题，还必须通过路由器的改造使IP网成为可控可管、有QoS保证的网络。

核心业务网融合是三网融合的引擎。

IMS技术架构是解决业务体系垂直独立、实现彻底的功能分层结构的理想选择，IMS的优势在于一方面按照NGN的概念，实现了承载与控制、控制与业务功能的分离；另一方面也实现了控制与接入方式、终端的分离，使用户使用不同的终端（手机、PDA、固定电话、PC等）在不同的地点（家、办公室、路上）都可以接入其进行通信并享受丰富的多媒体应用及娱乐服务，创建一个跨越不同终端、不同接入方式、不同网络，可享受各种应用的和谐网络应用环境

城域网、接入网的融合是三网融合的保证。

计算机网络技术的新发展

多层交换技术

IPv6

网格技术及应用

P2P网络及应用

1多层交换技术

1.1第三层交换

☐什么是三层交换

☐三层交换技术也称为IP交换技术、高速路由技术等。

这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。

☐第三层交换的目标是，只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二层通路，就没有必要经过路由器转发数据包。

☐第三层交换使用第三层路由协议确定传送路径，此路径可以只用一次，也可以存储起来，供以后使用。

之后数据包通过一条虚电路绕过路由器快速发送。

1.1第三层交换技术

☐IpsilonIP交换：

IP交换技术由Ipsilon公司首倡，即识别数据包流，尽量在第二层进行交换，以绕过路由器，改善网络性能。

该技术适用于机构内部的局域网和校园网。

☐Cisco标签交换：

给数据包贴上标签，此标签在交换节点读出，判断包传送路径。

该技术适用于大型网络和Internet。

☐3ComFastIP：

侧重数据策略管理、优先原则和服务质量。

FastIP协议保证实时音频或视频数据流能得到所需的带宽。

FastIP支持其它协议（如IPX），可以运行在除ATM外的其它交换环境中。

客户机需要有设置优先等级的软件。

1.1第三层交换技术

☐IBMARIS：

与Cisco的标签交换技术相似，包上附上标记，借以穿越交换网。

ARIS一般用于ATM网，也可扩展到其它交换技术。

边界设备是进入ATM交换环境的入口，含有第三层路由映射到第二层虚电路的路由表。

允许ATM网同一端两台以上的计算机通过一条虚电路发送数据，从而减少网络流量。

☐MPOA（MultiProtocolOverATM）：

ATM论坛提出的一种规范。

经源客户机请求，路由服务器执行路由计算后给出最佳传输路径。

然后，建立一条交换虚电路，即可越过子网边界，不用再做路由选择。

1.2第四层交换

第四层交换技术利用第三层和第四层包头中的信息来识别应用数据流会话，这些信息包括TCP／User数据报协议（UDP）端口号、标记应用会话开始与结束的“SYN/FIN”位以及IP源／目的地址。

利用这些信息，第四层交换机可以做出向何处转发会话传输流的智能决定。

对于使用多种不同系统来支持一种应用的大型企业数据中心、Internet服务提供商或内容提供商来说，第四层交换的作用是尤其重要的。

同样，当在很多服务器上进行复制功能时，第四层交换也会起到不小的作用。

2下一代互连网协议―IPV6

2.1IPv6概述

☐IPv4的不足：

☐地址资源即将枯竭

☐路由表越来越大

☐缺乏服务质量保证

☐地址分配不便

2.1IPv6概述

☐IPv6的优势：

☐地址容量大大扩展

☐能够真正的实现无状态地址自动配置

☐报头格式大大简化

☐加强了对扩展报头和选项部分的支持

☐流标签的使用可以提供个性化的网络服务

☐认证与私密性

☐IPv6在移动网络和实时通信方面有很多改进

2.2IPv6的报头结构

2.3IPv6地址

☐IPv6的128位地址以16位为一分组，每个16位分组写成4个十六进制数，中间用冒号分隔，称为冒号分十六进制格式。

☐例如：

21DA:

00D3:

0000:

2F3B:

02AA:

00FF:

FE28:

9C5A

68E6:

8C64:

FFFF:

FFFF:

0000:

1180:

960A:

FFFF

☐零压缩（zerocompression），即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。

☐例如：

FF05:

0:

0:

0:

0:

0:

0:

B3可以写成FF05:

:

B3

2.4IPv4到IPv6的过渡

☐隧道技术

☐路由器将IPv6的数据分组封装入IPv4，IPv4分组的源地址和目的地址分别是隧道入口和出口的IPv4地址。

在隧道的出口处，再将IPv6分组取出转发给目的站点。

☐网络地址转换/协议转换技术

☐通过与SIIT协议转换和传统的IPv4下的动态地址翻译（NAT）以及适当的应用层网关（ALG）相结合，实现了只安装了IPv6的主机和只安装了IPv4机器的大部分应用的相互通信。

☐IPv6/IPv4双协议栈技术

☐双栈机制就是使IPv6网络节点具有一个IPv4栈和一个IPv6栈，同时支持IPv4和IPv6协议。

☐应用服务系统（DNS）过渡技术

☐IPv4和IPv6的DNS记录格式等方面有所不同，为了实现IPv4网络和IPv6网络之间的DNS查询和响应，可以采用应用层网关DNS-ALG结合NAT-PT的方法，在IPv4和IPv6网络之间起到一个翻译的作用。

2.5几种IPv6应用介绍

视频应用

移动智能终端应用

无线网络应用

3网格技术

☐网格简介

☐网格一词译自英文单词“Grid”，是把整个因特网整合成一台巨大的超级计算机，实现计算资源、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源的全面共享，其规模可以大到某个洲，小到企事业内部、局域网、甚至家庭和个人。

☐网格技术的应用

☐网格技术的应用离我们的生活并不遥远，在科学研究、企业信息处理、电子政务以及个人娱乐等我们社会生活的各个领域都活跃着网格技术的身影。

4P2P网络

☐P2P简介

P2P是“peer-to-peer”的缩写，称为对等网。

P2P是一种分布式网络，其中的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源，这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其他peer直接访问而无需经过中间实体。

在此网络中的参与者既是资源提供者，又是资源获取者。

P2P网络

传统的Internet流量模型和P2P流量模型的区别

P2P网络

☐P2P应用

☐P2P内容共享

☐P2P通信协作

☐P2P协同计算

☐P2P网络媒体

建筑智能化与智能建筑工程项目中的典型应用

 1通信技术的发展及其在智能建筑的应用

    信息化社会的一个重要特点就是信息的数字化和通信业务的多样化,近年来,随着经济的发展和技术的进步,通信技术也在发生着翻天覆地的变化。

传统的通信技术,如电话、传真和电报已经延拓至可视图文、数据通信、可视电话、远程视频会议,融语音、数据、图像等信息传输于一体、实时和非实时高分辨率的静止和运动图像传输等技术领域。

宽带多媒体网络技术、ATM技术、接入网技术、智能网技术、卫星通信、数字微波通信、数据通信、移动通信技术等新技术作为通信技术的组成部分也在迅速的发展。

    智能建筑在20世纪80年代在美国的哈特福德市出现,因在回收率、经济效益诸方面获得了成功,所以世界其他的国家,如日本和西欧等国家也紧跟而上,我国智能建筑始于20世纪90年代,并获得到了政府部门和企业院校和厂矿企业的大力支持,在北京、上海等地陆续兴建了一大批的智能型建筑。

近年来,随着国家政策的指导和行业规定逐步完善,智能建筑技术也越来越成熟,成功的工程施工案例也越来越多,人们对于智能建筑的深入了解,为设计更加实用化和更加先进化的住宅小区提供了帮助,后者目前已经成为建筑发展的主要市场。

    通信技术在智能建筑中的发展和应用也日益受到行业人员的关注。

例如,具有专业汇报大厅和会议室的新型高级写字楼设置的专网,最大限度的发挥了传输速度快,数据处理量大的优点;在通信配置方面,采用综合性布线的方式,既满足了当前需要,也可兼顾今后的扩充。

通信系统的网络化、办公、安防楼宇控制的自动化、信息化以及建筑主题的多功能化和人性化已经成为智能型建筑的基本构成要素;建筑内的语音、数据、图像传输,都是建筑通信系统的基础,与其他的通信网络相连,从技术层面上确保信息从多信道实现大范围内的可靠传输。

☐

☐2智能化建筑中的系统集成

    建筑智能化系统的系统集成,是将建筑智能化系统中的不同职能化子系统右击地链接合成,实现信息综合、资源共享、实现效率较高的协同运作。

    智能化系统中有若干个功能特显显著的子系统,如计算机网络系统,综合布线系统、通信自动化系统和楼宇自动化系统,如果没有布线,则有可能引入无线局域网技术,这些子系统合成一个大的系统,要让该大系统高效运作,且保持较高的智商性,就必须使各个子系统进行优化的只能连接,就需要系统集成,系统集成不是诸子系统的简单堆叠而成,而是通过许多“智能接口”彼此“嵌入”的智能化连接,具有开放性、可靠性、容错性和协调运行。

系统集成的特点和基本思想:

（1）由于智能建筑系统中包含安防系统、办公自动化系统等复杂而又多样的子系统构成,在结构化布线的同时,就要兼顾考虑各个子系统结构接口和协议的差异,在这样的多设备、多协议、多接口、