第12章隧道工程课件

1、 物联网 计算机网络在信息时代的作用1. 计算机网络是关键基础设施、是核心 企事业单位、国家、全球2. 网络是发展知识经济的重要基础 知识经济：信息化、全球化3. 网络是人们生活、工作、交往的不可或缺的工具4. 网络是各国高新技术竞争的关键技术和重要方面5. 许多国家都在制定本国建设信息基础结构的计划计算机网络的定义v 把分布在不同物理位置、具有自主特性的计算机相互连起来，按照一定的规则实现相互通信，以达到资源共享为目的的计算机系统。计算机网络的发展过程一联机系统阶段二分组交换网的产生阶段三网络体系结构形成阶段四Internet与高速网络阶段一 联机系统阶段 1.使用线路控制器(Line Co

2、ntroller)的联机系统线路控制器(Line Controller)的作用：串并转换、简单的差错处理不足: (1) 主机负担重；既要进行数据处理、又要进行通信处理 (2) 线路利用率低、费用高； (3) 扩展不方便，终端不能太多；电话网络主机LCModem一 联机系统阶段(续1)2.使用多重线路控制器(Multiline Controller)的联机系统电话网络不足：主机负担重；既要进行数据处理、又要进行通信处理 线路利用率低，费用高；扩展不方便；主机MLCModem一 联机系统阶段(续2)3. 使用前端处理机(FEP:front end processor)的联机系统电话网络主机FEPM

3、odemFEP的作用 完成数据通信处理，使主机专注于数据处理 减轻主机负担，提高系统效率一 联机系统阶段(续3)4. 采用集中器/复用器的联机系统电话网络C集中器高速线路高速线路高速终端低速终端集中器(Concentrator)/复用器(Multiplexer)的作用 提高线路利用率；降低通信费用；一 联机系统阶段(续4)联机系统发展和完善的特点： 1、通信处理和数据处理的分离 2、提高线路利用率 3、解决终端和计算机间的通信 4、不能有效解决计算机与计算机间的通信二 分组交换网的产生阶段1、产生背景 基于战争需要(60年代初)，要求网络在受到打 击时，仍能通信；而提出了APRANet计划 A

4、PRANet的目的： (1) 实现计算机之间的数据传递 (2) 能连接不同类型的计算机 (3) 所有的网络结点都同等重要 (4) 必须有冗余的路由 (5) 简单、可靠2、计算机间的通信特点 (1) 数据量大 (2) 可靠性 (3) 突发性 (4) 速率匹配 (5) 不同用户、不同业务的要求不同 其有别于终端和计算机间的通信 电路交换技术不能满足于数据通信的要求二 分组交换网的产生阶段(续1)二 分组交换网的产生阶段(续2)3、ARPANet网络的拓扑结构 中间节点称为IMP(Interface message processor)二 分组交换网的产生阶段(续3)4、交换网络的构成: 由若干个结

5、点交换机和连接这些交换机的链路组成. 采用存储转发技术,在数据通信过程中断续(动态)分配传输带宽的策略 优点: 高效、灵活、迅速、可靠 缺点：时延、开销5、电路交换不能满足数据通信的要求二 分组交换网的产生阶段(续4) 面向连接的：建立连接通信释放连接 不便于传输突发性的数据二 分组交换网的产生阶段(续5)6、报文交换n基于存储转发技术n以报文(message)为单位转发n邮政系统7、分组交换中的两个重要概念 分组(Packet)：数据段+控制信息组成的首部。 1 Message= n Packets(n11 ) 结点交换机：使用存储转发技术进行分组交换 分组转发过程: (1)接收分组，将其缓

6、存 (2)查找转发表 (3)将分组从某端口转发出去二 分组交换网的产生阶段(续6)H2和H5通信二 分组交换网的产生阶段(续7)总结： (1) 通信子网、资源子网两级结构 (2) 分组交换、存储转发 (3) 适于数据通信不足：开销、时延二 分组交换网的产生阶段(续8)三 网络体系结构形成阶段1、采用分层思想、标准化方法，以理论指导实践2、IBM:SNA体系结构,1974年 通信介质、接口、高层处理应用都有详尽的规范和协议3、ISO:OSIRM(开放系统互联参考模型)(始于1977年)4、OSI参考模型未能取得成功，但作用显著5、TCP/IP体系结构成为了事实上的工业标准1、特点 (1) 网络规

7、模全球化 (2) 各种网络技术(通信)层出不穷：光通信 (3) 各种网络应用层出不穷:多媒体通信2、Internet结构 (1) 主干网 (2) 局域网 (3) 接入网3、网络速率 1M-10M-100M-1G-10G-.四 Internet与高速网络阶段计算机网络的特点和目标v 一 网络的特点v 虽然各种网络的具体用途、系统连接结构、数据传送方式各不相用，但各种网络系统都具有一些共同的特点。v 1) 计算机之间的数据交换v 2） 个计算机相对独立性v 3) 建网周期短、见效快计算机网络的特点和目标v 4）成本低、效益高v 5) 用户使用简单v 6）易于分布处理v 7）系统灵活性、适应性强v

8、二 计算机网络的目标v 1）资源共享v 2）提高系统可靠性计算机网络的特点和目标v 3）提高工作效率v 4）节省投资v 5）分散数据的综合处理v 6）系统负载的均衡与调节计算机网络的主要性能指标带宽时延时延带宽积和往返时延 带宽(bandwidth)v信号的带宽 信号具有的频率宽度，单位为HZ、KHZ、MHZv线路的带宽 模拟线路:通信线路允许通过的频带范围,单位HZ 数字线路:用数据率(传送数字信号的速率)作为线路的带宽， 单位为bps，kbps，Mbps，Gbps，Tp/sv吞吐量 指每秒实际发送的比特数;对数字线路,带宽也表示其吞吐量 时延(time delay,latency)v时延：

9、 一个报文或分组从网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间v总时延发送时延传播时延处理时延 发送时延： 发送数据时使数据块从结点进入到传输介质所需的时间； 发送时延数据块长度/信道带宽(传输速率) 时延(续1) 传播时延： 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 传播时延信道长度/电磁波在信道上的传播速度。 处理时延： 数据在交换结点进行存储转发所花费的时间 一般可用排队时延作为处理时延。传输速率(发送速率)和传播速率不同 传输速率是指某个端口或某个点上的发送速率，单位为b/s； 传播速率是指传输线路上比特的传播速率，单位为km/s. 时延带宽积和往返时延v 时延带宽积=传播时延

10、 X 带宽 时延带宽积表示链路可以容纳多少比特，又称为以比特为单位的链路长度。v 往返时延： 从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。v 往返时延带宽积=往返时延X带宽 表示当发送端发送数据时，在收到对方的确认之前，发送到链路上的比特数。计算机网络的分类 计算机网络的分类 (1)分布范围 广域网WAN(几十-几千Km) 局域网LAN(几米-几公里) 城域网MAN(5-50km) 接入网 (2)交换方式 电路交换 报文交换 分组交换 混合交换 (6)拓扑结构 星形 总线 环形 树形 网形(7)信道带宽 窄带 宽带(8)用途分类 教育、科研、商业、企业 计算机网络的分类

11、(续1)(3)信道模式 点-点传播方式网络 广播传播方式网络(4)使用管理范围 公用网络 专用网络(5)传输介质 有线网络：双绞线、同轴电缆、光纤 无线网络：微 波、卫星等局域网v 局域网技术是当前计算机网络技术领域中非常重要的一个分支，局域网作为一种重要的基础网络，在企业、机关、学校等各种单位和部门都得到广泛的应用。局域网还是建立互联网络的基础网络。局域网v 一 、局域网的概念v 局域网是一个数据通信系统，它在一个适中的地理范围内，把若干独立的设备连接起来，通过物理通信信道，以高的数据传输速率实现各独立设备之间的直接通信。局域网二、局域网硬件的基本组成1.网络服务器 对局域网来说网络服务器是

12、网络控制的核心，一个局域网至少需要一个服务器，特别是一个局域网配备一个文件服务器 。2.工作站 在网络环境中，工作站是网络的前端窗 局域网 口，用户通过工作站来访问网络的共享资源。3. 网卡 在局域网中，从功能角度上来说，网卡起着通信控制处理机的作用。4.传输媒体 传输媒体是网络通信的物质基础之一。5.网络互连设备三、局域网软件的基本组成 1.网上驱动程序 网卡功能的实现必须有其相应的驱动程序支持。 2.网络操作系统 局域网中的服务器或工作站必须有一个共同的、能够形成网络运行环境的网络操作系统。 局域网四、局域网技术要求 1.传输通道 2.寻址 3.数据传输 4.流量 5.使用权 局域网局域网

13、v 五、局域网的特点v 1）从功能角度来看有以下特点：共享传输信道；地理范围有限，用户个数有限；传输率高；误码率低；多采用分布式控制和广播式通信。v 2）从网络体系结构和传输协议来看局域网也有自己的特点:底层协议简单；不单独设立网络层；采用多种介质访问控制技术。一、广域网的概念 广域网是将地理位置上相距较远的多个计算机系统，通过通信线路按照网络协议连接起来、实现计算机之间相互通信的计算机系统的结合。 广域网 二、广域网的类型 广域网能按需要连接、横跨较大距离的许多节点。建立广域网的方法有多种，如果以此对广域网进行分类，广域网可以被划分为以下几种： 1）线路交换网 2）专用线路网 3）分组交换网

14、 广域网网络的拓扑结构v 由于计算机的局域网和广域网所涉及的地理范围不同，局域网和广域网所采用的技术、连接的方式都是不同的，所以，局域网和广域网的拓扑结构是有区别的。.局域网的拓扑结构v 1）总线型结构v 总线型结构网络是将各个节点设备和一根总线相连。网络中所有的节点工作站都是通过总线进行信息传输的。v 2）树形结构v 树形结构网络是天然的分级结构，又被称为分级的集中式网络。其特点是网络成本低，结构比较简单。局域网的拓扑结构v 3）星型结构v 这种结构的网络是各工作站以星形方式连接起来的，网中的每一个节点设备都已中心节点为中心，通过连接线与中心节点相连，如果一个工作站需要传输数据，它首先必须通

15、过中心节点。v 4）环形结构v 环形结构是网络中个节点通过一条首尾相局域网的拓扑结构v 连的用心链路连接起来的一个闭合环形结构网。环形结构网络的也比较简单，系统中个工作站地位相等。系统中通信设备和线路比较节省。 局域网的拓扑结构总线型/树型 : 所有结点都直接连接到共享信道星型 : 所有结点都连接到中央结点环型 : 结点通过点到点链路与相邻结点连接starbusringABCADCBCABCTree. . 由于广域网的作用范围非常广，广域网的通信和连接主要功用通信设施，广域网的拓扑结构主要包括以下几种：一、集中式拓扑结构二、分散式拓扑结构三、分布式拓扑结构四、全互连拓扑结构五、不规则拓扑结构广

16、域网的拓扑结构 InternetInternet介绍介绍 Internet的发展史 Internet的概念 Internet的功能和特点及对人类的影响 IP地址 域名 TCP/IP InternetInternet的发展史的发展史v美国美国InternetInternet发展历程发展历程 （1）ARPANET（高级研究计划署网络 Advanced Research Projects Agency Network） （2）NSFNET(National Science Foundation美国国家科学基金会) （3）ANSNET(Advanced Networks and Services ne

17、twork 高级网络与服务中心网络) :1990年9月（非盈利性网络）月（非盈利性网络）vInternetInternet在中国的发展在中国的发展 InternetInternet在美国的发展在美国的发展(1)ARPANET(1)ARPANET 1969年：4个节点； （试验网）； 1972年：23个节点 电子邮件； 1977年：111个节点；（运行网络） 1983年: ARPANET分裂为ARPANET、MILNET ARPANET全民转向TCP/IP,被称为Internet 1984年:引入DNS系统 ARPANET得到蓬勃发展，主机数1000台 1990年:终止运行 ARPANET五大特

18、点： 支持资源共享； 采用分布式控制技术； 采用分组交换技术； 使用通信控制处理机； 采用分层的网络通信协议。 ARPANET的 主要贡献 采用分组交换技术 采用TCP/IP并取得了成功 采用分层网络来组织管理 (2)NSFNET (2)NSFNET (美国国家科学基金会美国国家科学基金会) )： National Science Foundation 1) 1986年：6大超级计算中心 地区网络与超级计算中心相连 各超级计算中心互连 2) 1990年：NSFNET取代APRANET成Internet主干， 3)1995年，NSFNET被撤消，商业财团接管InternetInternetInt

19、ernet在美国的发展（续）在美国的发展（续） 1） ANS(Advanced Network&Science,Inc) 2）由Merit、IBM和MCI公司联合建立。 3）全美范围的T3级(45Mb/s)主干网。 4）容量为NSFNET网络的30倍 (3) ANSNET:1990(3) ANSNET:1990年年9 9月（非盈利性网络）月（非盈利性网络）（1 1）1987年： 第一封电子邮件 CANET(Chinese Academic Network)（2）1990年10月， 注册CN域名 （3）NCFC网络：中关村地区教育与科研网络 (4) CER Net：中国教育科研网络(清华大学)

20、1994年10月启动, 1995年12月一期通过国家验收 (5) CST Net：中国科技网络（中科院） 1995年4月启动(中科院、百所联网工程) (6) China Net:中国公用计算机互联网(邮电部、信息产业部) 19961月年建成、运行 (7) China GBN：中国金桥信息网（吉通、铁道部、电力部等） 1996年9月6日，专线接入和个人接入上网服务。 (8) 1997年，CHINANET+CSTNET+CERNET+CHINAGBNInternetInternet在中国的发展在中国的发展 InternetInternet的概念的概念v何谓何谓InternetInternet(1)

21、 Inter： 交互的； net：网络 Internet:国际互联网络 internet:一般的互联网络(2)目的 a.数据通信 b.资源共享(3)向应用程序隐藏网络细节 Internet的概念v Internet是指通过网络互连设备把不同的多个网络或网络群体互联起来形成的大网络，也称网际网，推荐使用名为因特网。 Internet的功能和特点及对人类的影响v Internet的功能v 因特网与大多数现有的商业计算机网络不同，它不是为某些专用的服务设计的。因特网能够适应计算机、网络和服务的各种变化，它能够提供多种信息服务。因此，因特网成为一种全球信息基础设施。主要服务为WWW、电子邮件、文件传输

22、、远程登录等。 Internet的功能和特点及对人类的影响v Internet的特点v 1）进行非常便捷的通信；v 2）获取应有尽有的信息。 Internet的功能和特点及对人类的影响v Internet对人类的影响v 1）传播媒介；v 2）数据检索；v 3）推进变革；v 4）超越国际；v 5）在家办公；v 6）电信社会。 IP地址v IP地址基本概念v Internet的每一台服务器或主机都有单一的IP网间协议地址号，简称IP地址，以便Internet上其他的计算机可以找到它。v IP地址由网络号和主机组成。网络号用于识别网络，主机号用于识别该网络中的主机。1、国际互联网络的层次结构Inte

23、rnet网络1网络 n主机 主机 主机 主机 Internet 网络 主机 国际互联网络（Internet）概念上的三个层次 IP地址2、对、对IP地址的要求地址的要求（1）IP地址必须反映上述结构：层次结构（2）Internet是由许多网络组成，每一网络中有许多主机，因此必须分别为网络、主机加以标识，对示区别。（3）这种地址模式要明显地携带位置信息，给出一主机的IP地址，就可以知道它位于哪个网络。 IP地址(续1)3、IP地址的作用地址的作用 (1) 隐藏了不同网络物理地址间的差异 (2) 在不同网络之间实现了地址统一 (3) 非常有效的地址模式。 (1) IP地址是一种层次型层次型地址，

24、(2) 携带有对象位置的信息 (3) 无结构的地址是不能承担Internet网络互联重任的4、IP地址的特点地址的特点 IP地址(续2)5 5、IPIP地址的结构地址的结构 (1) IP地址的长度为32bits (2) 采用点分十进制点分十进制记法 *.*.*.* (3) IPIP地址地址= =网络标识（网络标识（netidnetid）+ +主机标识（主机标识（hostidhostid） 网络标识中的某些信息还代表网络的种类 IP地址(续3)6 6、IPIP地址分类地址分类 IP地址(续4)保 留 0多站播送地址 10网络标识110网络标识（netid） 主机标识主机标识（hostid）主机标

25、识1110网络标识1E类1D类1C类1B类0A类 位0 7 8 15 16 23 24 31 （1） 网络标识：1个字节， （2）包含的网络： 共有126个A类地址（000和127保留）， （3）A类地址中的主机数：160万个节点 用于主机数介于216224大型网络。 7 7、A A类地址类地址 IP地址(续5)（1） 网络标识：2个字节（2）包含的网络： 共有16384个 B类网络（3）包含的主机数：最多65534台主机 用于主机数介于28216之间的中型网络。 8 8、B B类地址类地址 IP地址(续6)（1） 网络标

26、识：3个字节（2）包含的网络： 总共近210万个C类网络（3）包含的主机数：最多可以包含254台主机。 用于主机数少于254的大量的小型网络。 9 9、C C类地址类地址 IP地址(续7)10、D 类地址： 范围：55 用于多播地址。多播地址（multicast address）就是多点传送地址，用于支持多播传输技术。11 11、E E 类地址：类地址： 范围：54。 E类地址作为扩展用。 IP地址(续8)（1）作用： 用于区分IP地址中的网络标识、主机标识（2

27、）长度32位（3）表示方法同IP地址（4）由2部分构成：“全1”+“全0”（5）网络标识=IP地址 & 掩码1212、地址掩码、地址掩码 IP地址(续9)(1) A类地址：(2) B类地址：(3) C类地址： 网络掩码进一步扩展称为： 子网掩码：把一个A、B、C网络分成几个 子网合并: 把几个子网合并成一个网络 IP地址(续10)1313、特殊、特殊IPIP地址地址(1) 全0 ：本主机(2) 全0+主机标识：本网络上的主机(3) 全1 : 本地网络广播地址(4) 网络标识+全1：定向网络广播地址(5) 127+任意 ：Loopba

28、ck 用于TCP/IP协议测试，本机进程通信 IP地址(续11) 5 5、IPIP地址存在的不足地址存在的不足（1） IP地址标识的网络连接，不是主机 多址主机、设备网络1路由器网络2路由器必须有两个网络号 若路由器只有一个网络号，则无法进行转发拥有2块网卡的主机也是如此 IP地址(续12)（2）不同网络主机的迁移： 必须改变IP地址（3）使移动IP变得复杂（4）A类地址主机数过大 C类地址主机数过小（5）存在路由选择问题 IP地址(续13) 域名v 由于让人记住的IP地址是很困难的，人们就为每台主机起了个名字，主机的名字是由圆点分隔开的一连串的单词组成，这种命名方法被称为领域命名系统，简称为

29、域名系统。域名体系结构域名体系结构(1)什么是域名？ IP助记符(2) 层次树型结构（等级名字）(3) 域名的管理 顶级域名：美国 其他域名：各机构自行管理DNSDNS的优点的优点v 许多应用层软件经常直接使用域名系统 DNS (Domain Name System)，但计算机的用户只是间接而不是直接使用域名系统。 v 因特网采用层次结构的命名树作为主机的名字，并使用分布式的域名系统 DNS。v DNS与主机间通信使用的底层机制无关com eduorgad域名树实例域名树实例(1) 树中每一结点都有一字符串标号，最长62个字符；(2) 根节点的标号为空字符串；(3) 一个父结点的所有子结点，标

30、号不能重复；(4) 每个节点都有一个域名(5) 从某个结点到其祖先结点的路径标号序列构成一个域名(6) 域名的总长度最多只能是256字符(7) 完全域名：从结点到根的路径标号序列构成的域名(8) 部分域名: 从结点到其祖先(不是根)的路径标号序列 根edufhdaatcchallenger标号C.Edu.域名 域：域：domaindomain域：域名树空间中的一棵子树所构成的区域域：域名树空间中的一棵子树所构成的区域域可以进一步划分为子域域可以进一步划分为子域域域域域域名的存储与分布体系域名的存储与分布体系

31、(1) (1) 分级名字服务器分级名字服务器 一个服务器负责一个(若干)域或一个(若干)子域 则名字服务器就构成服务器树edu服务器根服务器com服务器fhda服务器bk服务器(2) (2) 区区(zone)(zone)1 1）含义：服务器所负责或授权的范围；）含义：服务器所负责或授权的范围；2 2）区与域的关系）区与域的关系 (1) 若一个服务器只对一个域负责，且该域没有再划分，则域与区是同一概念； 服务器中有一个区文件，该文件保留了该区中结点的所有信息； (2) 若域划分了子域，并将子域授予其他服务器管理，则区与域有差异；根区区域域服务器服务器根服务器根服务器 (1) 把整个域的管理授权委

32、托给其他服务器 (2) 保留到委托服务器的参照服务器与授权服务器服务器与授权服务器 (1) 一个服务器可以把它管理的域授权委托给其他服务器管理； (2) 服务器保留到授权服务器的参照3) 3) 主服务器主服务器 主服务器保存了其获得授权的区的区文件，并负责存储、维护、更新区文件的服务器；4 4）从服务器）从服务器 从服务器保存了其获得授权的区的区文件，但它只能从主服务器、从服务器接收区信息 从服务器实际上起备份作用，在一个区中可有多个；此外，一个服务器可以是某个区的主服务器，也可以是另一个区的从服务器；5 5）区域传送）区域传送 把主域名服务器中的区域文件复制到副域名服务器的过程Interne

33、tInternet中的主要域中的主要域(1)(1) 三类域三类域 Internet域可分为三大类： 1) 类属域 2) 国家(地区) 3) 反向域 标号标号说明说明标号标号说明说明comcom商业组织商业组织artsarts文化组织文化组织eduedu教育机构教育机构firmfirm企业企业govgov政府机构政府机构infoinfo信息服务提供者信息服务提供者intint国际组织国际组织nomnom个人个人milmil军事组织军事组织recrec娱乐、消遣娱乐、消遣netnet网络支持中心网络支持中心shop(store)shop(store)商店商店orgorg非赢利组织非赢利组织webw

34、eb与与WebWeb有关组织的有关组织的(2) (2) 类属域类属域(3) (3) 国家国家( (地区地区) )域域 使用二字符的国家、地区名字的缩写 1) 美国的国家域名为us 2) 中国的国家域名为cn 3) 中国香港地区的域名为hk 4) 中国台湾的域名为tw(4) (4) 反向域反向域 用于把IP地址翻译成域名根根arpain_addr20220209602.in_IP地址地址 TCP/IPv 1)TCP/IP的历史v 2)TCP/IP的应用范围v 3)TCP/IP的参考模型1 1）TCP/IPTCP/IP历史历史 TCP/IPTCP/IP历史上有几个重要里程碑：历史上有几个重要里程碑： 1）1970： ARPANET使用网络控制协议（NCP）； 2）1974： 文顿瑟夫、卡恩发表“分组网络互连的一个协议”， 提出： 能够连接不同网络系统的“网关”Gateway的概 念， 瑟夫和卡恩一起构建了TCP。后分为TCP、IP两个协议 瑟夫又不断将其完善，使TCP成为标准 3）1980：TCP/IP作为BSD Unixv4.2的标准通信部件 80年代，TCP/IP遭遇OSI挑战。OSI过于复杂而失败 4）1982：