吴功宜-物联网工程导论第5章物联网与互联网

,*,Nankai University,1,吴功宜 吴英 编著,物联网工程导论,第,5,章,计算机网络与,互联网技术的发展,2,第,5,章,知,识,点,结,构,3,5.1,计算机网络的发展史,5.1.1,计算机网络发展的四个阶段,第一阶段,：,20,世纪,50,年代，,数据通信,技术,与网络,理论基础,研究,第二阶段,：,20,世纪,60,年代,，,ARPANET,与分组交换技术,第三阶段,：,20,世纪,70,年代中期,，,网络体系结构与网络协议的标准化,第四阶段,：,20,世纪,90,年代,，,互联网,、,高速网络、无线网络、移动互联网与网络安全技术发展,4,计算机网络技术的,主要特点,：,互联网作为全球性的网际网与大型信息系统，在当今政治、经济、文化、科研、教育与社会生活等方面发挥了越来越重要的作用,互联网大规模接入推动了接入技术的发展，促进了计算机网络、电信通信网与有线电视网的“三网融合”,对等（,peer-to-peer,，,P2P,）网络技术的研究，使得即时通信、网络视频、网络音乐、网络游戏等新的网络应用不断涌现，进一步丰富了人与人之间信息交互与共享的方式,5,无线局域网与无线城域网技术日益成熟，并已进入应用阶段,，,无线自组网、无线传感器网络的研究与应用受到了高度重视,互联网应用中数据采集与录入从人工方式逐步扩展到自动方式，通过射频标签,RFID,、各种类型的传感器与传感器网络（,Sense Network,），以及光学视频感知与摄录设备，能够方便、自动地采集各种物品、环境信息，拓宽了人与人、人与物、物与物之间更为广泛的信息交互，促进了物联网技术的形成与发展,强烈的社会需求推动了网络安全技术快速发展,6,5.1.2,计算机网络发展的三条主线,7,5.2,互联网的形成与发展,5.2.1 ARPANET,研究,集中式和非集中式,拓扑构型,分布式网络的拓扑构型,8,分组交换技术的基本设计思路,网络中没有一个中心控制节点，联网计算机独立地完成数据接收、转发、接收的功能,发送数据的主机预先将待发送的数据封装成多个短的、有固定格式的分组,如何发送主机与接收主机之间没有直接连接的通信线路，那么分组就需要通过中间节点,“,存储转发,”,，,这种中间转发节点就是目前广泛使用的路由器,每个路由器可以根据链路状态与分组的源地址、目的地址，通过路由选择算法为每个分组选择合适的传输路径,当目的主机接收到属于一个报文的所有分组之后，再将分组中多个短的数据字段组合起来，还原成发送主机发送的报文,9,ARPANET,设计思想,通信子网结构与分组交换原理示意图,10,ARPANET,最早四个节点的结构,11,ARPANET,对推动网络技术发展的贡献,开展了对计算机网络定义与分类方法的研究,提出了资源子网与通信子网的二级结构概念,研究了分组交换协议与实现技术,研究了层次型网络体系结构的模型与协议体系,开展了,TCP/IP,协议与网络互联技术研究,12,5.2.2 TCP/IP,协议研究与发展,网络协议的基本概念,计算机网络,中连接的,计算机之间要做到有条不紊地交换数据，,就,必须遵守一些事先约定好的通信规则,协议是一组控制数据交互过程的通信规则,，,这些规则明确地规定所交换数据的,语义、,格式和时序,为网络数据交换制定的通信规则、约定与标准被称为“网络协议”,TCP/IP,协议,是,互联网的核心,协议,13,早期,ARPANET,的协议结构,14,5.2.3 NSFNET,对互联网发展的影响,从,ARPANET,到,Internet,的发展过程,15,5.2.4,互联网的形成,互联网是一个全球范围的信息资源网，接入互联网的主机可以是信息服务的提供者，也可以是信息服务的使用者,传统的互联网应用主要有,E-mail,、,TELNET,、,FTP,、,BBS,与,Web,互联网的全球性与开放性，使人们愿意在互联网上发布和获取信息,，,浏览器、搜索引擎、,IPTV,、,IP,电话等,P2P,技术的产生，对互联网的发展产生重要的作用，使互联网中的信息更丰富、使用更方便,16,5.2.5,互联网的高速发展与信息高速公路的建设,20,世纪,90,年代，世界经济的发展带动了信息产业的发展，信息技术与网络应用已成为衡量,21,世纪综合国力与企业竞争力的重要标准,1993,年,9,月美国公布了国家信息基础设施（,NII,）建设计划，,NII,被形象地称为信息高速公路,各国政府开始认识到信息产业发展对经济发展的重要作用，开始制定信息高速公路建设计划,1995,年,2,月全球信息基础设施委员会成立，目的是推动与协调各国信息技术与信息服务的发展与应用,17,5.2.6,宽带城域网与三网融合技术的发展,1.,宽带城域网技术发展的背景,互联网的广泛应用推动电信网技术的高速发展，电信运营商的服务业务也从以语音服务为主，逐步向数据业务方向发展，引起世界范围内大规模的产业结构调整与企业重组,电信运营商纷纷将竞争重点和大量资金，从广域骨干网的建设转移到支持大量用户接入、支持多种业务的城域网建设中，为信息产业与现代信息服务业的高速发展奠定了坚实的基础,18,2,.,三网融合技术的发展背景,“,三网融合,”,实质上是计算机网络、电信通信网与电视传输网技术的融合、业务的融合,19,5.3,计算机网络定义与分类,5.3.1,计算机网络定义与特征,计算机网络是“,以相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合,”,计算机网络主要特征,：,组建计算机网络的主要目的是实现计算机资,源的共享,互联的计算机系统是自治的系统,联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络,协议,20,5.3.2,计算机网络的分类,按网络覆盖范围进行分类,：,个人区域网（,PAN,）,联接用户身边,10m,之内计算机、打印机、,PDA,与智能手机等数字终端设备的网络,局域网（,LAN,）,覆盖,10m,10km,的网络,城域网（,MAN,）,覆盖,10km,100km,的网络,广域网（,WAN,）,覆盖,100km,1000km,的网络,21,5.3.3,广域网的基本概念,广域网建设投资很大，管理困难，通常由电信运营商负责组建、运营与维护,，因此,广域网是一种公共数据网络,广域网,需要,保证,数据交换的,服务质量（,QoS,）,，因此,广域网研究的重点是宽带核心交换技术,22,5.3.4,城域网的基本概念,宽带城域网应用领域示意图,23,宽带城域网主要技术特征,：,完善的光纤传输网是宽带城域网的基础,传统电信、有线电视与,IP,业务的融合成为了宽带城域网的核心业务,高端路由器和多层交换机是宽带城域网的核心设备,扩大宽带接入的规模与服务质量是发展宽带城域网应用的关键,24,宽带城域网的功能结构,25,宽带城域网的网络层次结构,26,5.4,计算机网络的组成与结构,5.4.1,早期计算机网络组成与结构,最早出现的计算机网络是广域网,广域网设计目标是将分布在世界各地计算机互联起来,从逻辑功能上看，广域网是由资源子网与通信子网两个部分组成,资源子网包括：主机与终端、终端控制器、联网外设、各种网络软件与数据资源,，,负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务,通信子网包括：路由器、各种互联设备与通信线路,，,负责完成网络数据传输、路由与分组转发等通信处理任务,27,5.4.2 ISP,的层次结构,从互联网运营管理的角度，而不是从地理位置和实际连接的层次、结构的角度，,ISP,层次结构在一定程度上反映出互联网的逻辑结构,28,5.4.3,互联网的网络结构,互联网网络结构示意图,29,互联网中边缘部分与核心交换部分结构示意图,30,5.4.4 IP,网络：从,IPv4,到,IPv6,互联网的核心技术是,TCP/IP,协议，它的网络层使用的是,IP,协议,核心交换网中所示的所有路由器都必须支持,IP,协议，因此互联网核心交换网,也,称为,IP,网络,其他的通信网络，如移动通信网不使用,IP,协议，因此将不支持,IP,协议的网络称为非,IP,网络,由于,IP,网络与非,IP,网络的网络层协议不同，属于异构的网络,，,异构网络的互联需要通过具有协议变换功能的网关（,gateway,）,来实现,31,从,IPv4,到,IPv6,IP,协议共出现过,6,个版本，正式形成国际标准、被采用的是,IPv4,与,IPv6,协议,IPv4,协议是在,1981,年制定的,，,地址长度为,32,位,2011,年,2,月,3,日最后,5,块,IPv4,地址被分配给全球,5,大区域互联网注册机构之后，,IPv4,地址全部分配完毕,IPv6,协议具有,地址空间大,，能够,自动配置地址,，,安全,性与,服务质量,好的优点,从,IPv4,向,IPv6,的过渡已经是大势所趋,32,5.5,接入技术,*,5.5.1,接入技术的基本概念,接入技术类型,33,接入技术分类,34,5.5.2 ADSL,接入技术,ADSL,可以在现有的用户电话线上通过传统的电话交换网，以不干扰传统模拟电话业务为前提，同时能够提供宽带互联网接入服务,35,5.5.3 HFC,接入技术,HFC,技术用光纤取代有线电视网络中干线同轴电缆,光纤接到居民小区的光纤节点之后，小区内部接入用户家庭仍然使用同轴电缆，形成了光纤与同轴电缆混合使用的传输网络,在保证正常电视节目播放与交互式视频点播,VOD,节目服务的同时，为家庭用户计算机接入互联网提供服务,36,HFC,结构示意图,37,5.5.4,光纤接入技术,光纤到路边（,FTTC,）,光纤到小区（,FTTZ,）,光纤到大楼（,FTTB,）,光纤到办公室（,FTTO,）,光纤到户（,FTTH,）,38,5.5.6,无线接入技术,39,802.16,无线,宽带城域网结构,40,无线城市、,WiFi,接入点标志与应用情景,41,5.5.7,电力线接入技术,42,智能家居中的,PLC,网络结构示意图,43,5.6,互联网与物联网的区别与联系,5.6.1,互联网核心交换与端系统的抽象方法,从端系统接入的角度看互联网的结构,44,从端系统接入的角度看物联网的结构,45,5.6.3,从网络数据采集与传输内容的角度看互联网与物联网的区别与联系,46,物联网与互联网的联系,47,