数据通信与计算机网络(第4版)[电子教案] 第11章 因特网.ppt

1、1,数据通信与计算机网络（第 4 版）杨心强 陈国友编著电子工业出版社 2012 年 5 月,2,课件制作人声明,本课件是数据通信与计算机网络(第4版)的教辅材料，共12个 Powerpoint 文件(每章一个)。任课教师可根据教学的实际需要，自行修改或增删其内容，但不能自行出版销售。 对于课件中存在的缺点和错误，欢迎读者提出宝贵意见，以便及时修订。 课件制作人 杨心强 2012年5月,3,数据通信与计算机网络第 11 章因特网,4,第 11 章 因特网,教学目的 了解因特网的发展过程 掌握因特网的组成 了解因特网的四种接入技术 了解下一代因特网的两个项目,学习内容 因特网的发展过程 因特网的

2、组成 因特网的接入技术 下一代因特网,5,第 11 章：内容提纲,11.1 因特网的发展过程 11.2 因特网的组成 11.3 因特网的接入技术 11.4 下一代因特网,6,11.1 因特网的发展过程,因特网的发展分三个阶段 第一阶段 从单一的APRANET发展为互联网。 1969年，创建的第一个分组交换网 ARPANET 只是一个单个的分组交换网(不是互联网)。 20世纪70年代中期，ARPA开始 研究多种网络互连的技术，这导致互联网的出现。 1983年， ARPANET分解成两个：一个实验研究用的科研网ARPANET(人们常把1983年作为因特网的诞生之日)，另一个是军用的MILNET。

3、1990年， ARPANET正式宣布关闭，实验完成。,7,11.1 因特网的发展过程(续1),互联网的概念示意图,8,11.1 因特网的发展过程(续2),Internet 和 Internet 的区别 以小写字母 i 开始的 internet(互联网或互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。 以大写字母I开始的的 Internet(因特网)则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。,9,11.1 因特网的发展过程(续3),第二阶段 建成三级结构的因特网

4、。 1986 年，NSF 建立了国家科学基金网NSFNET。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网。 1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。 1993 年因特网主干网的速率提高到 45Mb/s (T3速率)。,10,11.1 因特网的发展过程(续4),三级结构的因特网,11,11.1 因特网的发展过程(续5),第三阶段 建立多层次ISP结构的因特网。 1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网(即服务提供者网络)所替代。用户通过因特网提供者ISP上网。 ISP是一个进行商业活动的公司，拥有从因

5、特网管理机构申请到的多个IP地址、通信线路、路由器等连网设备。任何机构和个人只要向ISP缴纳规定的费用，就可从ISP分配到所需的IP地址，并通过该ISP接入到因特网。 IP地址的管理机构不再为单个用户分配单一的IP地址，只把IP地址有偿批量地分配给有资格的ISP。,11.1 因特网的发展过程(续6),20世纪90年代初期，NSF在美国建立了4个NAP，用来连接主要的国家ISP。NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施(如ATM交换机) 。目前在美国大约有数10个NAP。 1994 年起，因特网逐渐演变成多层次ISP结构的网络。 1996年，主干网速率为155

6、 Mb/s(OC-3)。 1998年，主干网速率为2.5 Gb/s(OC-48)。 万维网WWW的出现更促进了因特网的发展。,12,13,11.1 因特网的发展过程(续7),基于ISP多层结构的因特网概念示意图,14,第 11 章：内容提纲,11.1 因特网的发展过程 11.2 因特网的组成 11.3 因特网的接入技术 11.4 下一代因特网,15,11.2 因特网的组成,根据因特网的工作方式，它由两大部分组成。 核心部分 由大量的各种网络和连接这些网络的路由器组成。它为周边部分提供连通和交换服务。 周边部分 由所有连接在因特网上的主机组成。它为用户提供通信(传送数据、音频或视频)和资源共享服

7、务。,16,11.2 因特网的组成(续1),因特网组成的示意图,17,11.2.1 因特网的核心部分,因特网的核心部分相当复杂，其中包含着类型、结构完全不同的网络，以及连接这些网络的路由器。 核心部分向周边部分提供连通性和交换服务，使得位于周边部分的任何一台主机都可以与其他主机进行通信。 在核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是一种专用计算机，它的主要功能是转发接收到的分组，是因特网上实现分组交换(packet switching)的关键部件。,18,11.2.2 因特网的周边部分,因特网的周边部分由连接在因特网上的所有主机组成。 位于因特周边部分任何两台主机之间的通信，实际上

8、是指：“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。通常把这些主机称为端系统（end system）。 端系统之间的通信有两种模式： 客户/服务器模式(Client/Server model) 对等模式(Peer-to-Peer),19,11.2.2 因特网的周边部分(续1),客户/服务器模式 客户/服务器模式的两个特点： 不对等服务；通信完全异步。 客户(client)和服务器(server)都是指通信中涉及的两个应用进程。 客户/服务器模式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。 客户/服务器模式在可扩展性、自治性、坚定性等方面存在诸多不足。

9、,20,11.2.2 因特网的周边部分(续2),客户/服务器模式(续) 主机A(客户)向主机B。 (服务器)发出请求服务。 主机B(服务器) B向主机A(客户)提供服务。,21,11.2.2 因特网的周边部分(续3),对等模式 对等模式 (peer-to-peer，简写 P2P)是指两个主机通信时所处的地位是对等的，它们运行着对等软件就可以同时起着客户或服务器的作用向对方提供服务。 对等模式的特点：从本质上看仍然是使用客户/服务器方式，但是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。,22,11.2.2 因特网的周边部分(续4),对等模式的工作情况 主机A、B、C都运行P2P软件，它们之间就

10、可以进行对等通信。,23,第 11 章：内容提纲,11.1 因特网的发展过程 11.2 因特网的组成 11.3 因特网的接入技术 11.4 下一代因特网,24,11.3 因特网接入技术,由于因特网的应用也越来越广泛，使用因特网的用户也越来越多，当然用户要求因特网的速率也是越高越好。 宽带因特网泛指传输速率超过1Mb/s、具备非拨号接入的、24小时连接的网络基础设施及服务的因特网。 宽带因特网可分为宽带骨干网和宽带接入网两个部分。从接入技术角度，宽带接入技术可分为宽带有线接入技术和宽带无线接入技术两大类别。,25,11.3 因特网接入技术 (续1),接入网技术涉及如何将成千上万的住宅、小型办公室

11、的用户计算机接入到因特网的方法，也涉及这些用户所能得到的网络服务类型、质量、资费等切身利益问题。 宽带有线接入技术包括 基于铜线的xDSL技术 基于混合光纤/同轴电缆的接入技术 基于五类线的以太网接入技术 光纤接入技术,26,11.3.1 基于铜线的xDSL技术,xDSL技术是利用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务的一种技术。xDSL是各种数字用户线接入技术的统称。 其中，DSL是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写，而字母x作为前缀，用以表示在数字用户线上实现不同的宽带接入方案。 目前xDSL技术有多种，如ISDN数字用户线IDSL，非

12、对称数字用户线ADSL，单线对数字用户线SDSL，高速数字用户线HDSL，超高速数字用户线VDSL。,27,11.3.1 基于铜线的xDSL技术(续1),xDSL技术在线路编码、回波抵消、自适应均衡等方面都采用了数字信号处理的新技术。,表11-1 各种xDSL技术的特性,28,11.3.1 基于铜线的xDSL技术(续2),ADSL是充分利用现有电话网络的双绞线资源，实现宽带接入的一种技术。它把上行(用户到ISP)和下行(ISP到用户)的带宽做成不对称的。并在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器。在这种调制解调器中，我国采用离散多音频DMT调制技术。,29,11.3.1 基于铜线的xDSL技

13、术(续3),DMT采用频分复用，把(401100)kHz频段划分成许多子信道，其中25个子信道用于上行信道，249个子信道用于下行信道。每个子信道占用4kHz带宽(实为4.3125kz)，并使用不同的音频进行数字调制。采用自适应技术使用户线能够传送尽可能高的数据率，通常上行数据率是32kb/s640kb/s，下行数据率是32kb/s6.4Mb/s。,DMT调制技术的频谱结构,11.3.1 基于铜线的xDSL技术(续4),ADSL 的极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系，而所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。例如，0.5 毫米线径的用户线，传输速率为 1.5

14、 2.0 Mb/s 时可传送 5.5 公里，但当传输速率提高到 6.1 Mb/s 时，传输距离就缩短为 3.7 公里。如果把用户线的线径减小到0.4毫米，那么在6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送2.7公里。,30,31,11.3.1 基于铜线的xDSL技术(续5),住宅使用ADSL的结构示意图,32,11.3.1 基于铜线的xDSL技术(续6),ADSL最主要的特点：利用现有的用户电话线通过公用交换电话网，进行传统的电话业务和高速数字业务，不需重新布线，节省了投资。 目前ADSL技术正在由第一代向第二代演进。第二代ADSL技术的主要改进在功能和传输性能两个方面,33,11.3.2 基于混合

15、光纤/同轴电缆接入技术,HFC(Hybrid Fiber Coax)接入技术是一种综合应用模拟和数字传输技术、同轴电缆和光缆技术、射频技术等高度分布式的接入网技术。它是电信网和有线电视网相结合的产物，是最先成熟和进入市场的宽带接入技术。 HFC网除可接收CATV电视信号外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。 现有的CATV网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而HFC网则需要对CATV 网进行改造。,34,11.3.2 基于HFC接入技术(续1),HFC网结构示意图,将原 CATV 网中的电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术(光振幅调制 AM

16、)。,35,11.3.2 基于HFC接入技术(续2),HFC网的优点是有很宽的频带。并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。将现有的450MHz 单向传输的有线电视网络改造为750 MHz 双向传输的HFC网。 HFC网的缺点是：采用树状结构，安全保密性差；采用双向传输，频率干扰问题不容忽视；HFC网的上行信道是所有用户共享的，容易出现信道访问的冲突问题。,HFC网的频谱分配,36,11.3.3 基于五类线的以太网接入技术,传统以太网技术不属于接入网的范畴，而属于用户驻地网领域。然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其它公用网领域扩展。 基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组

17、成。局侧设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内；或者局侧设备位于商业大楼内，而用户侧设备位于楼层内。局侧设备提供与IP骨干网的接口，用户侧设备提供与用户计算机相接的10/100BASET接口。局侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。,37,11.3.3 基于五类线的以太网接入技术(续1),基于五类线的高速以太网接入技术特别适合中国居民集中居住的环境，适于发展光纤到小区，再以快速以太网连接到用户的接入方式（用户端接入速率为10Mb/s或100Mb/s）。,38,11.3.4 光纤接入技术,光纤接入网是指接入网中的传输媒体为光纤的接入网。光纤接入网可分为两大类：有源光网络AON和无源光网

18、络PON。因PON可靠性高、维护方便、投资较低。目前多采用PON结构。 光纤接入网的一种参考配置,39,11.3.4 光纤接入技术(续1),根据光网络单元的位置，光纤接入方式主要有三种形式： 光纤到路边FTTC(Fiber TO The Curb) 光纤到大楼FTTB(Fiber TO The Building) 光纤到户FTTH(Fiber TO The Home) 此外，还有其他形式，如FTTO、FTTN、FTTD、FTTF、FTTZ。 光纤接入技术的最大优势是可用带宽大，传输无中继(可达100km。存在的主要问题是成本高。 以上各种有线接入方式都存在部分地区线路难以架设；建设速度慢；投资

19、较大等问题。,40,第 11 章：内容提纲,11.1 因特网的发展过程 11.2 因特网的组成 11.3 因特网的接入技术 11.4 下一代因特网,11.4 下一代因特网,因特网的变化并未改变因特网的基本结构。其变革慢的原因在于因特网的核心技术(TCP/IP) 很难改变。 自1996年起，美国开始了下一代互联网研究与建设。当时主要有两个项目：一个是由美国34所大学联合发起建设Internet2(简称I2)；另一个是美国国家科学基金会NSF提供资助的下一代因特网NGI。 目前，许多国家都在致力于下一代因特网NGI的开发。,41,11.4.1 Internet2,针对现有的因特网存在着技术上和功能

20、上的不足，美国一些大学申请了国家科学基金，以建立一个全新的、独立的仅供这些大学内部使用的、可以连接到现有因特网上的、初始运行速率可达10Gb/s的专用网络，这个想法在1996年10月以Internet2的形式付诸实施。Internet2已经成为全球下一代互联网建设的代名词。,42,11.4.1 Internet2(续1),Internet2的目的是为美国的大学和科研群体建立并维持一个技术领先的网络，充分实现宽带网的媒体集成、交互性以及实时合作的功能，推进全球范围内高层次的教育和信息服务，开发下一代互联网高级网络应用项目(诸如数字图书馆、虚拟实验室、网络教学和远程医疗等) ，以及大量的交互式图形

21、/多媒体应用(包括科研可视化、虚拟现实(VR) 和3D虚拟环境)的研究课题。I2 也为各种不同服务政策提供了试验场所，以及建设了一个独立的高速网络试验床Abilene。 Internet2 的核心技术主要包括：下一代网际协议IPv6，组播，区域性网络连接节点Gigapop，ATM层的路径信息、服务质量(QoS) 和网络安全。,43,11.4.2 下一代因特网,现有因特网的不足表现在：上网用户数激增，多媒体应用日趋通信主流，网络带宽已显不足；缺乏管理，造成信息泛滥的混乱局面；网络安全性已是不容忽视的重大问题。 目前对下一代因特网还没有统一的定义，但对其主要特征已有共识：下一代因特网NGI是指比现

22、行的因特网具有传输速率更快，网址更多，功能更强，安全更好，服务更及时，应用更方便，管理更容易，能基本达到信息高速公路计划目标的新一代因特网。,44,11.4.2 下一代因特网(续1),下一代因特网的基本计划，包括：下一代因特网计划、超宽带网络服务VBNS和 I2。 1997年10月，美国政府提出“下一代因特网计划NGI”。 下一代因特网计划(NGI)目标 开发下一代网络结构，以比现有的因特网高100倍的速率连接至少100个研究机构，以比现在的因特网高1000倍的速率连接10个类似的网点。端到端的传输速率要超过100 Mb/s至10 Gb/s。,45,46,11.4.2 下一代因特网(续2),下一代因特网计划(NGI)目标(续) 使用更加先进的网络服务技术和开发