现代计算机网络原理通信网技术及发展.ppt

2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,1,现代计算机网络原理_2 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,2,1、通信网络 1对1简单通信系统：发信端、信道（传输介质）、接收端 通信网络：发收终端、信道、网络设备（交换节点） 局域网（LAN）：终端通常采用集线器（Hub）以星形结构方式接入网络，Hub间再以星形方式接入上一级， 城域网（WAN）、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： 接入网（Access Network）：面向用户终端，处理与用户间的接入控制等； 核心网/骨干网（Core/Backbone Network），通常以网状网（Mesh）形式连接成网络的主干。,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,3,1、通信网络 一个典型的网络示例,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,4,传输距离增大,1、通信网络 无线网络技术,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,5,个域网（PAN：IEEE802.15）：十数米范围内使用。 （Zigbee、篮牙、超宽带（UWB） 局域网 （LAN：IEEE802.11）：若干百米范围内使用。（WiFi/WLAN） 城域网（MAN：IEEE802.16）:若干十公里范围内使用。（WiMAX） 广域网（WAN：IEEE802.20）:更大的传输距离使用。,1、通信网络 无线网络技术,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,6,1、通信网络 无线网状（Mesh）网,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,7,1、通信网络 网络中节点的主要功能： 接入控制 路由选择与交换 信息转发 资源调配、服务质量控制、业务及流量管理 拥塞控制 运行管理、故障处理,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,8,1、通信网络 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量的信息。 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 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,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,9,2、通信网络的有关特性及参数 业务特征 （1）信息速率 分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响： 信息速率通常由以下的参数描述 峰值速率 平均速率 突发度（突发性）,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,10,2、通信网络的有关特性及参数 业务特征,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,11,2、通信网络的有关特性及参数 业务特征 （2）突发性 业务流的突发性可由突发度来描述： 突发度峰值速率/平均速率 用户行为通常可由两个参数来描述和限定 平均速率： 瞬间允许的最大突发量： 通常要求用户传输速率应满足：,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,12,2、通信网络的有关特性及参数 带宽分配问题 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。 带宽资源的动态分配是网络的基本研究问题之一。,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,13,2、通信网络的有关特性及参数 通信网络的性能要求 （1）信息的透明性 无论用户发送什么信息，保证信息正确地传送到目的地。 不同的场合、不同的业务类型，对传输的要求有所不同。 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： 信道畸变 噪声和干扰 交换/复用过程出错 用户需求和网络可用资源不适配,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,14,2、通信网络的有关特性及参数 （1）信息的透明性 典型的误码分布特性,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,15,2、通信网络的有关特性及参数 （2）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。 有关时延的主要参数： 最大时延； 最小时延； 平均时延； 时延抖动：最大时延与最小时延之差。,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,16,2、通信网络的有关特性及参数 （2）时间透明性（续）：延时变化（抖动）的调节,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,17,2、通信网络的有关特性及参数 （3）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(链路层) 端到端进行操作(网络层) 前向纠错 资源的有效动态调度和控制 流量控制、资源预留 区分业务类别 控制包的大小和结构变化 固定包长：ATM信元,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,18,3、通信网络的发展与演变 主要特征和趋势 （1）数字化：包括电信网、移动通信网的变化、互联网 （2）标准化：各类网络的核心网IP网 （3）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 终端智能化易于构建各种类别服务 （4）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 网络综合各类专用网合并为一个通用网,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,19,3、通信网络的发展与演变 主要特征和趋势（续） （5）宽带化：计算机上网有线/无线宽带接入 移动通信 2G3G3G长期演进(LTE)4G （6）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,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,20,3、通信网络的发展与演变 电报通信：一种古老的有线/无线数字通信方式。 电话网：人工交换机械自动交换程控交换 软交换 基于电路交换方式工作 电路交换形式：时分交换 空分交换 采用专门的控制信令 终端信令：用户/网络间信令 网络信令：共路信令 随路信令,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,21,3、通信网络的发展与演变 数据通信网/计算机网络 早期的公共数据通信网：X.25（协议）网 早期应用的计算机网络：企业自定协议，互不兼容 1969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 1984年国际标准化组织（ISO）发布开放系统互连（OSI）7层参考模型 TCP/IP最终成为网络层及网络以上层协议的事实标准 IEEE802.XX最终成为链路层、物理层协议的事实标准,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,22,2950s-1960s 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； 1969 美国国防部高级计划署（ARPANET）投资建立具有4个交换节点，链路速率为56 kbit/s 的数据交换网络； 1974 在美国国防部资助下，美国人 Vinton G. Cerf、 Robert E. Kahn 设计出最早的TCP/IP网络协议； 1979 IP version 4 （IPv4）协议制定，一直沿用到今天。,3、通信网络的发展与演变 国际互联网（Internet）的发展简史,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,23,3、通信网络的发展与演变 国际互联网（Internet）的发展简史（续）,第2章 通信网技术及发展,1991：美国国家自然科学基金委（NSF）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； 1993: 互联网主干的链路速率升级到 T3 (45 Mbit/s)水平； TCP/IP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；,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,24,3、通信网络的发展与演变 中国互联网的发展简史,第2章 通信网技术及发展,1986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(Chinese Academic Network：CANET)启动； 1988年初，中国第一个X.25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、深圳等城市； 1989年10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（NCFC）； 1992底，清华大学校园网采用FDDI技术建成中国第一个采用TCP/IP体系结构的校园网；,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,25,3、通信网络的发展与演变 中国互联网的发展简史（续）,第2章 通信网技术及发展,1993年6月，中国专家在INET93会议上重申了中国连入Internet的要求，获得大部分到会人员的支持； 1994年4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(NSF)重申连入Internet的要求并最终得到认可； 1994年7月初，由清华大学等六所高校建设的“中国教育和科研计算机网”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NCFC的国际出口与Internet互联网，成为第一个全国范围运行TCP/IP协议的计算机互联网络；,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,26,3、通信网络的发展与演变 中国互联网的发展简史（续）,第2章 通信网技术及发展,1994年8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(CERNET)正式立项； 1994年9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(CHINANET)的建设开始启动 1995年12月，由中国自行设计“中国教育和科研计算机网(CERNET)示范工程”建设完成。 2003年8月，国务院正式批复启动“中国下一代互联网示范工程”CNGI(China Next Generation Internet)。CNGI是实施我国下一代互联网发展战略的启步工程.,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,27,3、通信网络的发展与演变 网络协议的层次结构,第2章 通信网技术及发展,ISO 七层协议 TCP/IP 协议,DATA LINK,PHYSICAL,NETWORK,TRANSPORT,SESSION,APPLICATION,PRESENTATION,NETWORK INTERFACE IEEE802.XX, FR, ATM),INTERNET (IP, ARP, RARP),TRANSPORT (TCP or UDP),APPLICATION (FTP, TELNET, SNMP, DNS),ICMP, IGMP,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,28,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 应用层：定义具体应用的有关数据结构、规程等,3、通信网络的发展与演变 TCP/IP协议的基本功能：,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,29,OSPF,EGP,TCP,UDP,ICMP,IGMP,IP,RARP,ARP,RIP,BGP,Ethernet, Token Ring, PPP, and so on,Telnet, FTP, TFTP,HTTP,SNMP,SMTP, and so on,Port Number,Protocol Number,Type code,Application Layer,Data Link Layer,Internet Layer,Transport Layer,3、通信网络的发展与演变 TCP/IP协议的基本结构,第2章 通信网技术及发展,业务增加变化大,技术发展变化大,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,30,3、通信网络的发展与演变 数据通信的方式 电路交换： 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， 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 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 务速率（N64kbps）,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,31,3、通信网络的发展与演变 数据通信的方式 分组交换： 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 目前服务质量主要依赖足够大的带宽来保证,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,32,3、通信网络的发展与演变 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 分组交换的主要类别： 数据报方式（Datagram）/无连接方式 每个分组携带地址，独立传输，如IP数据包 虚电路方式（Virtual Circuit）/面向连接方式 每个分组携带标签，沿设定的路径传输，如ATM信元,第2章 通信网技术及发展,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,33,3、通信网络的发展与演变 曾经广泛应用的数据通信的技术 （1）X.25分组交换网 采用国际电联（原CCITT）X.25协议 X.25协议定义了物理、