《通信與物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)概論》課件第5章 信息交換與信息網(wǎng)絡(luò)

5.1交換的基本作用和目的5.2交換的發(fā)展過程5.3典型的信息交換5.4信息網(wǎng)絡(luò)的基本概念5.5典型的信息網(wǎng)絡(luò)5.1交換的基本作用和目的5.1交換的基本作用和目的通信的目的是實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。一個(gè)能傳遞信息的通信系統(tǒng)至少應(yīng)該由終端和傳輸媒介組成，如圖5.1所示。對于通信網(wǎng)絡(luò)而言，根據(jù)組網(wǎng)方式的不同，通信網(wǎng)絡(luò)可分為點(diǎn)對點(diǎn)、全互連式和交換網(wǎng)3種。1.點(diǎn)對點(diǎn)通信僅涉及兩個(gè)終端的單向或交互通信稱為點(diǎn)對點(diǎn)通信。在點(diǎn)對點(diǎn)通信中，終端將含有信息的消息，如語音、圖像、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)等轉(zhuǎn)換成可被傳輸媒介接收的信號形式，電信系統(tǒng)就要轉(zhuǎn)換成電信號形式，光纖系統(tǒng)就要轉(zhuǎn)換成光信號形式，同時(shí)在接收端把來自傳輸媒介的信號還原成原始信息；傳輸媒介則把信號從一個(gè)地點(diǎn)送至另一個(gè)地點(diǎn)。2.全互連式通信當(dāng)存在多個(gè)終端，而且希望它們中的任何兩個(gè)都可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信時(shí)，最直接的方法是把所有終端兩兩相連，這樣的連接方式稱為全互連式。以5部電話機(jī)的連接為例，5個(gè)用戶要兩兩都能通話，則需要總電路數(shù)為10條，如圖5.3(a)所示。3.交換網(wǎng)交換(Switching)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)的統(tǒng)稱。從通信資源的分配角度來看，交換就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。最簡單的通信網(wǎng)僅由一臺交換設(shè)備組成。每一臺電話或通信終端通過一條專門的用戶線與交換設(shè)備中的相應(yīng)接口連接，如圖5.3(b)所示。當(dāng)電話用戶分布的區(qū)域較廣時(shí)，就設(shè)置多個(gè)交換設(shè)備，這些交換設(shè)備之間再通過中繼線相連，從而構(gòu)成更大的電話交換網(wǎng)。交換網(wǎng)絡(luò)以增加轉(zhuǎn)接次數(shù)、公用信道來換取開關(guān)點(diǎn)和線路的減少。當(dāng)線路數(shù)量很大時(shí)，可通過增加級數(shù)來進(jìn)一步壓縮。5.2交換的發(fā)展過程5.2.1人工交換第一個(gè)階段是人工交換階段。最早的電話交換機(jī)就是根據(jù)對交換設(shè)備需求分析的思路設(shè)計(jì)出來的人工電話交換機(jī)，它由號牌、塞孔、繩路等設(shè)備組成，由話務(wù)員控制。該人工電話交換機(jī)每個(gè)塞孔都與一個(gè)電話用戶話機(jī)相連，借助于塞孔、塞繩構(gòu)成用戶通話的回路，話務(wù)員是控制話路接續(xù)的關(guān)鍵。相應(yīng)地，當(dāng)時(shí)使用的終端是磁石電話機(jī)。圖5.5給出了一個(gè)典型的人工電話交換機(jī)。5.2.2機(jī)電式自動交換第二個(gè)階段是機(jī)電式自動交換階段。1909年德國西門子公司對史端喬式交換機(jī)進(jìn)行重大改進(jìn)，制成西門子式交換機(jī)，到1927年基本完善，成為步進(jìn)制交換機(jī)的基型，此后各種型號的步進(jìn)交換機(jī)基本只在電路方面做較小改進(jìn)。其中的縱橫制機(jī)型在電話交換設(shè)備的舞臺上雄霸80年，直到1993年，英國、日本等國的電話網(wǎng)絡(luò)里還有1/3的交換機(jī)是縱橫制的?？v橫制交換機(jī)的工作原理及外形(以HJ-921為例)如圖5.6所示。5.2.3電子式自動交換第三個(gè)階段是電子式自動交換階段。隨著電子計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速地被應(yīng)用于交換機(jī)的控制系統(tǒng)中，出現(xiàn)了程控交換機(jī)，即存儲程序控制式交換機(jī)。程控交換是用計(jì)算機(jī)控制的交換方式，采用的是電子計(jì)算機(jī)中常用的“存儲程序控制”方式。它把各種控制功能、步驟、方法編成程序，放入存儲器，通過運(yùn)行存儲器內(nèi)所存儲的程序來控制整個(gè)交換工作。程控交換機(jī)用預(yù)編程序控制交換接續(xù)的市內(nèi)和長途電話交換機(jī)，利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，接續(xù)快，體積、功耗、噪聲小，維護(hù)方便，且靈活性強(qiáng)，只要變換或增加相應(yīng)程序，就可實(shí)現(xiàn)交換性能的變更，如呼叫轉(zhuǎn)移、自動回叫、三方會議等。程控交換機(jī)分為局內(nèi)電話和局外電話。同一個(gè)區(qū)號的就稱為局內(nèi)電話，其他區(qū)號的就稱為局外電話。局內(nèi)電話是不需要撥中繼號的(如區(qū)號)。當(dāng)撥0時(shí)，程控交換機(jī)就自動識別這個(gè)號碼為中繼號，然后將號碼分析轉(zhuǎn)到中繼線上；如果撥其他一些號碼，如局內(nèi)電話，交換機(jī)就會內(nèi)部解決，不需要占用中繼線路。這里所說的中繼線是一個(gè)泛指的概念：交換局間的中繼線稱為局間中繼線，到用戶的中繼線稱為用戶中繼線。只要是單位用的、接小交換機(jī)用的外線，在電信營業(yè)上都簡稱為中繼線。除少量的中繼線是雙向的(可撥入、撥出)外，其余分為單入和單出，即只供撥入、撥出用，由業(yè)務(wù)量決定數(shù)量。1965年，美國研制了第一部存儲程序控制的空分交換機(jī)，其由小型縱橫繼電器和電子元件組成，后來又出現(xiàn)了時(shí)分模擬程控交換機(jī)，在話路部分采用脈沖幅度調(diào)制(PAM)方式。1970年出現(xiàn)了時(shí)分?jǐn)?shù)字程控交換機(jī)，它是計(jì)算機(jī)與PCM技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，以時(shí)隙交換取代了金屬開接續(xù)，話路部分采用PCM。5.2.4信息包交換第四個(gè)階段是信息包交換階段。由于各類非話業(yè)務(wù)的發(fā)展，對交換提出了新的要求，不僅要求有以程控交換為代表的電路交換，還需要更適合非話業(yè)務(wù)的信息包交換，如分組交換、ATM交換和IP交換等。與電路交換采用固定分配資源復(fù)用方式不同，信息包交換方式采用了動態(tài)統(tǒng)計(jì)分配資源復(fù)用方式，大大提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率、傳輸效率和服務(wù)質(zhì)量。信息包交換技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)志著交換技術(shù)有了進(jìn)一步的革命性的發(fā)展，使交換技術(shù)能夠適應(yīng)各種信息交換的要求，為多媒體通信和寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。5.3典型的信息交換5.3.1電路交換電路交換又名線路交換。根據(jù)ITU定義：“電路交換是根據(jù)請求，從一套入口和出口中，建立起一條為傳輸信息而從指定入口到指定出口的連接。”1.電路交換的基本理解我們以打一次電話來體驗(yàn)這種交換方式：打電話時(shí)，首先是摘起話機(jī)，交換機(jī)送來撥號音，聽到撥號音后開始撥號；撥號完畢，交換機(jī)就知道了要和誰通話，并為雙方建立一個(gè)連接，于是雙方進(jìn)行通話；等一方掛機(jī)后，交換機(jī)就把雙方的線路斷開，為雙方各自開始一次新的通話做好準(zhǔn)備?？梢哉f，電路交換就是當(dāng)終端之間通信時(shí)，一方發(fā)起呼叫，獨(dú)占一條物理線路，在整個(gè)通信過程中雙方一直占用該電路，通信完畢時(shí)斷開電路的過程，如圖5.8所示。2.電路交換的過程電路交換的過程包括建立線路、占用線路并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和釋放線路3個(gè)階段。(1)建立線路：發(fā)起方站點(diǎn)向某個(gè)終端站點(diǎn)(響應(yīng)方站點(diǎn))發(fā)送一個(gè)請求，該請求通過中間節(jié)點(diǎn)傳輸至終點(diǎn)；如果中間節(jié)點(diǎn)有空閑的物理線路可以使用，則接收請求，分配線路，并將請求傳輸給下一中間節(jié)點(diǎn)。整個(gè)過程持續(xù)進(jìn)行，直至終點(diǎn)。(2)占用線路并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：在已經(jīng)建立物理線路的基礎(chǔ)上，站點(diǎn)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)既可以從發(fā)起方站點(diǎn)傳往響應(yīng)方站點(diǎn)，也允許相反方向的數(shù)據(jù)傳輸。(3)釋放線路：當(dāng)站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸完畢后，執(zhí)行釋放線路的動作。該動作可以由任一站點(diǎn)發(fā)起，釋放線路請求通過途經(jīng)的中間節(jié)點(diǎn)送往對方，釋放線路資源。3.數(shù)字時(shí)分程控交換交換網(wǎng)絡(luò)采用同步時(shí)分交換方式(見圖5.9)，它的基本原理是把時(shí)間劃分為等長的基本時(shí)間單元，稱之為“幀”；每個(gè)幀再細(xì)分成更小的等長時(shí)間小段，稱之為“時(shí)隙”。實(shí)質(zhì)的時(shí)隙交換，是在每個(gè)時(shí)隙中安排一路語音數(shù)字化信號，稱為數(shù)字時(shí)分程控交換，又稱電路交換。4.電路交換的特點(diǎn)電路交換具有以下特點(diǎn)：(1)獨(dú)占性：建立線路之后，釋放線路之前，即使站點(diǎn)之間無任何數(shù)據(jù)可以傳輸，整個(gè)線路仍不允許其他站點(diǎn)共享，因此線路的利用率較低，并且容易引起接續(xù)時(shí)的擁塞。(2)實(shí)時(shí)性好：一旦線路建立，通信雙方的所有資源(包括線路資源)均用于本次通信，除了少量的傳輸延遲之外，不再有其他延遲，具有較好的實(shí)時(shí)性。(3)電路交換設(shè)備簡單，不提供任何緩存裝置。(4)用戶數(shù)據(jù)透明傳輸，要求收發(fā)雙方自動進(jìn)行速率匹配。這里說的“透明傳輸”是相對于路由來說的。路由就是要查路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；而透明傳輸就是不改變數(shù)據(jù)幀的任何屬性，可以把透傳的設(shè)備當(dāng)作普通連線對待。透明傳輸指的是不管傳的是什么，所采用的設(shè)備只是起到一個(gè)通道作用，把要傳輸?shù)膬?nèi)容完好地傳到對方，你發(fā)的是什么數(shù)據(jù)，中心接到的數(shù)據(jù)還是什么數(shù)據(jù)，不需要進(jìn)行多余的操作。非透明傳輸需要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行重新編碼然后進(jìn)行發(fā)送，接收端必須知道數(shù)據(jù)編碼的算法才能打開正確的數(shù)據(jù)，這樣的數(shù)據(jù)傳輸需要在接收端軟件加載對應(yīng)的驅(qū)動才能得到正確數(shù)據(jù)。但電路交換也有缺點(diǎn)，它最大的缺點(diǎn)就是電路利用率低，帶寬固定不靈活。5.3.2分組交換分組交換也稱包交換，以信息分發(fā)為目的，把從輸入端進(jìn)來的數(shù)據(jù)按一定長度分割成若干個(gè)數(shù)據(jù)段，這些數(shù)據(jù)段稱為分組(或包)，并且在每個(gè)信息分組中增加信息頭及信息尾，表示該段信息的開始及結(jié)束。1.復(fù)用傳輸方式分組交換的基本思想是實(shí)現(xiàn)通信資源的共享。從如何分配傳輸資源的角度，其可以分成兩類。(1)固定分配資源法。在一對用戶要求通信時(shí)，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)申請將傳輸資源(如頻帶、時(shí)隙等)在正式通信前預(yù)先固定地分配給該對用戶專用，無論該對用戶在通信開始后的某時(shí)刻是否使用這些資源，空閑與否，系統(tǒng)都不能再分配給其他用戶使用。(2)動態(tài)分配資源法(見圖5.10)。固定分配資源法的主要缺點(diǎn)是在通信進(jìn)行中即使用戶傳輸空閑，通路也只能閑置，使得線路的傳輸能力得不到充分的利用。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，人們提出了動態(tài)分配傳輸資源的概念。在固定分配資源復(fù)用方式(時(shí)分或頻分)中，每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)都是在預(yù)先固定的子通路(時(shí)隙或子頻帶)中傳輸，接收端也很容易由定時(shí)關(guān)系或頻率關(guān)系將它們區(qū)分開來，分接成各用戶的數(shù)據(jù)流；而在統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式中，各用戶終端的數(shù)據(jù)是按照一定單元長度隨機(jī)交織傳輸?shù)?。分組交換就是把數(shù)據(jù)信號分組，即“分組數(shù)據(jù)”進(jìn)行交換。2.分組交換的優(yōu)缺點(diǎn)分組交換的優(yōu)點(diǎn)如下：(1)線路利用率高；

(2)不同種類的終端可以相互通信；

(3)信息傳輸可靠性高；(4)分組多路通信；

(5)計(jì)費(fèi)與傳輸距離無關(guān)。但是，分組交換的缺點(diǎn)也很明顯，如下：(1)信息傳輸效率較低；

(2)實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜；

(3)信息傳輸時(shí)延大。分組交換方式又可分為虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)兩種交換方式。同時(shí)，我們也常常用是否面向連接來形容這些交換方式。面向連接包括電路和虛電路交換方式，它有呼叫、傳輸和釋放三個(gè)階段。傳輸前，需通過呼叫申請一條固定的連接；傳輸時(shí)，無論該連接是否獨(dú)占，所有信息都只走這一條路徑；傳輸后需要釋放連接，可確保傳送的次序和可靠性。而無連接不需要在數(shù)據(jù)傳輸前建立連接，如數(shù)據(jù)報(bào)交換方式，數(shù)據(jù)報(bào)的每個(gè)分組都是獨(dú)立發(fā)送的。5.3.3其他交換技術(shù)除了基本的電路交換和分組交換以外，后期又出現(xiàn)了異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)，它是實(shí)現(xiàn)B-ISDN業(yè)務(wù)的核心技術(shù)之一。ATM之后又出現(xiàn)了軟交換技術(shù)，軟交換設(shè)備是一種基于軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)程控交換機(jī)的“呼叫控制”功能實(shí)體。軟交換把“呼叫控制”功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)上的軟件來實(shí)現(xiàn)呼叫選路、連接控制、管理控制和信令互通。而現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬IP交換，IP是一個(gè)為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議。同時(shí)，在全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主要采用光交換技術(shù)，它實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的光—光傳輸。5.4信息網(wǎng)絡(luò)的基本概念5.4.1信息網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵妇W(wǎng)絡(luò)形狀，或者是它在物理上的連通性。網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有5種：網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)、星型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)和復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)。1.網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)(見圖5.12)的主要特點(diǎn)是任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都有連接線相連。其明顯的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，不會因?yàn)槟硞€(gè)連接失效而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不通，因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)都有多條路徑達(dá)到其他節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，建設(shè)成本高。它主要用在少數(shù)核心節(jié)點(diǎn)上。2.星型網(wǎng)絡(luò)星型網(wǎng)絡(luò)(見圖5.13)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都由一條單獨(dú)的通信線路與中心節(jié)點(diǎn)連結(jié)。它具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如下：(1)可靠性高。在星型網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)連接只與一個(gè)設(shè)備相連，因此單個(gè)連接的故障只影響一個(gè)設(shè)備，不會影響全網(wǎng)。(2)方便服務(wù)。中央節(jié)點(diǎn)和中間接線都有一批集中點(diǎn)，可方便地提供服務(wù)和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重新配置。(3)故障診斷容易。3.環(huán)型網(wǎng)絡(luò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)(見圖5.14)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)成本低，既不需要像網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)那樣需要很多鏈路，也不需要像星型網(wǎng)絡(luò)那樣需要一個(gè)中央節(jié)點(diǎn)來負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。但環(huán)型網(wǎng)絡(luò)也由此帶來較多的缺點(diǎn)：(1)可靠性較差。任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，都會導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中斷、癱瘓。(2)維護(hù)困難。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，都會造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)故障，導(dǎo)致查找故障困難，維護(hù)起來非常不便。(3)擴(kuò)展性能差。4.總線型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò)(見圖5.15)類似于一個(gè)斷開的環(huán)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)布線容易，電纜用量小?？偩€型網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)都連接在一個(gè)公共的通信介質(zhì)上，所以需要的電纜長度短，減少了安裝費(fèi)用，易于布線和維護(hù)。(2)可靠性高?？偩€結(jié)構(gòu)簡單，從硬件觀點(diǎn)來看十分可靠。(3)易于擴(kuò)充。在總線型網(wǎng)絡(luò)中，如果需要增加新節(jié)點(diǎn)，只需要在總線的任何點(diǎn)將其接入?？偩€型網(wǎng)絡(luò)雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有自己的局限性：(1)故障診斷困難。(2)通信介質(zhì)即總線本身的故障會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。5.復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)(見圖5.16)從星型網(wǎng)絡(luò)和總線型網(wǎng)絡(luò)演變而來，像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個(gè)分支還可帶子分支。樹根接收各站點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后廣播發(fā)送到全網(wǎng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是易于擴(kuò)展，故障隔離較容易；主要缺點(diǎn)在于節(jié)點(diǎn)對根依賴性太大，若根發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。5.4.2網(wǎng)絡(luò)的分類網(wǎng)絡(luò)的種類很多，可以從不同的角度進(jìn)行各式各樣的劃分。1.按通信方式劃分(1)點(diǎn)對點(diǎn)傳輸網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)以點(diǎn)到點(diǎn)的方式在計(jì)算機(jī)或通信設(shè)備中傳輸。(2)廣播式傳輸網(wǎng)絡(luò)：數(shù)據(jù)在共用介質(zhì)中傳輸。在廣播網(wǎng)中，每個(gè)數(shù)據(jù)站的收發(fā)信機(jī)共享同一個(gè)傳輸媒質(zhì)，如無線廣播和電視網(wǎng)。2.按服務(wù)區(qū)域劃分在電話通信領(lǐng)域按照服務(wù)區(qū)域范圍劃分，網(wǎng)絡(luò)可分為本地網(wǎng)、國內(nèi)長途網(wǎng)、國際長途網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等；在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域按照服務(wù)區(qū)域范圍劃分，網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。(1)局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)：一般限定在較小的區(qū)域內(nèi)，小于10km的范圍，可以采用有線或無線方式連接；(2)城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，MAN)：規(guī)模局限在一座城市的范圍內(nèi)，10～100km的區(qū)域；(3)廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)：網(wǎng)絡(luò)跨越國界、洲界，甚至全球范圍。3.按傳輸介質(zhì)劃分(1)有線網(wǎng)：采用各種電纜或光纜等有線連接網(wǎng)絡(luò)；(2)無線網(wǎng)：以空氣作為傳輸介質(zhì)，用電磁波作為載體來傳輸數(shù)據(jù)，主要有移動通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)等。4.按通信業(yè)務(wù)劃分按通信業(yè)務(wù)劃分，網(wǎng)絡(luò)可分為電話網(wǎng)(固定電話網(wǎng)、移動電話網(wǎng)、IP電話網(wǎng))、電報(bào)網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、電視網(wǎng)等。5.按服務(wù)范圍劃分(1)公用網(wǎng)：通信公司建立和經(jīng)營的網(wǎng)絡(luò)，向社會提供有償?shù)耐ㄐ藕托畔⒎?wù)；(2)專用網(wǎng)：某個(gè)行業(yè)、機(jī)構(gòu)等獨(dú)立設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)，僅限于一定范圍內(nèi)的人群之間的通信。5.4.3網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)根據(jù)不同的功能可將網(wǎng)絡(luò)分解成多個(gè)功能層，如圖5.17所示。在垂直分層網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)中，上層表示各種信息應(yīng)用與服務(wù)種類，中層表示支持各種信息服務(wù)的業(yè)務(wù)提供手段與裝備，下層表示支持業(yè)務(wù)網(wǎng)的各種接入與傳送手段和基礎(chǔ)設(shè)施。5.4.4網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量要求一般通信網(wǎng)的質(zhì)量要求包括以下幾點(diǎn)。(1)接通的任意性與快速性。接通的任意性與快速性是指網(wǎng)內(nèi)的任何一個(gè)用戶應(yīng)能快速地接通網(wǎng)內(nèi)任一其他用戶。影響接通的任意性與快速性的主要因素包括：①通信網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理會增加轉(zhuǎn)接次數(shù)，使阻塞率上升、時(shí)延增大；②通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源不足，導(dǎo)致阻塞概率增加；③通信網(wǎng)的可靠性降低會造成傳輸鏈路或交換設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至喪失其應(yīng)有的功能。(2)信號傳輸?shù)耐该餍耘c傳輸質(zhì)量的一致性。信號傳輸?shù)耐该餍允侵冈谝?guī)定業(yè)務(wù)范圍內(nèi)對用戶信息不加任何限制，都可以在網(wǎng)內(nèi)傳輸；傳輸質(zhì)量的一致性是指網(wǎng)內(nèi)任何兩個(gè)用戶通信時(shí)應(yīng)具有相同或相仿的傳輸質(zhì)量，而與用戶之間的距離無關(guān)。通信網(wǎng)的傳輸質(zhì)量直接影響通信的效果，因此要制定傳輸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行合理分配，使網(wǎng)中的各部分均滿足傳輸質(zhì)量指標(biāo)的要求。(3)網(wǎng)絡(luò)的可靠性?？煽啃允鞘雇ㄐ啪W(wǎng)平均故障間隔(兩次故障之間相隔時(shí)長的平均值)達(dá)到要求。5.5典型的信息網(wǎng)絡(luò)5.5.1固定電話網(wǎng)絡(luò)固定電話通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是提供從任一個(gè)電話終端到另一個(gè)電話終端傳送語音信息的通路，完成信息傳輸、信息交換，為終端提供良好的語音服務(wù)，如圖5.18所示。我國的電話網(wǎng)絡(luò)分為長途和市話兩部分。國內(nèi)長途電話網(wǎng)經(jīng)國際局，進(jìn)入國際電話網(wǎng)。在交換局之間的主干線路上傳輸介質(zhì)一般采用光纜，而用戶端到端局之間采用電纜。我國的長途電話網(wǎng)已演變?yōu)槎壗Y(jié)構(gòu)。本地電話網(wǎng)(LocalTelephoneNetwork)的定義是：同一個(gè)長途編號區(qū)范圍以內(nèi)的所有交換設(shè)備、傳輸設(shè)備和用戶終端設(shè)備組成的電話網(wǎng)絡(luò)。本地網(wǎng)的標(biāo)識是同一個(gè)長途編號，而不是行政區(qū)域劃分，或地理位置等其他因素。我國的本地網(wǎng)一般采用二級結(jié)構(gòu)，即匯接局和端局，如圖5.19所示。由于我國幅員遼闊，因此劃分了國內(nèi)長途片區(qū)。在這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，電話號碼的編排方式也相應(yīng)地分為長途區(qū)號和本地電話號碼兩個(gè)部分。國際長途電話網(wǎng)是指將世界各國的電話網(wǎng)相互連接起來進(jìn)行國際通話的電話網(wǎng)。為此，每個(gè)國家都需設(shè)一個(gè)或幾個(gè)國際電話局進(jìn)行國際去話和來話的連接。一個(gè)國際長途通話實(shí)際上是由發(fā)話國的國內(nèi)網(wǎng)部分、發(fā)話國的國際局、國際電路和受話國的國際局以及受話國的國內(nèi)網(wǎng)等幾部分組成的。國際電話網(wǎng)的特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，多數(shù)國家之間不鄰接的情況占多數(shù)。其傳輸手段多數(shù)是使用長中繼無線通信、衛(wèi)星通信或海底同軸電纜、光纜等；在通信技術(shù)上廣泛采用高效多路復(fù)用技術(shù)以降低傳輸成本，采用回音抑制器或回音抵消器以克服遠(yuǎn)距離四線傳輸時(shí)延長所引起的回聲振鳴現(xiàn)象。5.5.2數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)移動通信是指通信雙方或至少有一方是在移動中進(jìn)行的通信方式。早期的移動通信系統(tǒng)采用大區(qū)制工作方式，雖然服務(wù)半徑大到幾十千米，但容納的用戶數(shù)有限，通常只有幾百用戶。為了解決有限頻率資源與大量用戶的矛盾，可以采用小區(qū)制的覆蓋方式。對服務(wù)區(qū)域呈線狀的，可采用帶狀網(wǎng)；對一般的服務(wù)小區(qū)而言，均采用六邊形的蜂窩網(wǎng)格式。用戶就在這些小區(qū)間移動。當(dāng)正在進(jìn)行的移動臺與基站之間的通信鏈路從當(dāng)前基站轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基站時(shí)，通過越區(qū)切換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)蜂窩移動通信的“無縫隙”覆蓋。一個(gè)典型的GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由以下功能單元組成，如圖5.20所示。1)移動臺移動臺(MS)包括兩部分：移動設(shè)備和SIM卡。移動設(shè)備是用戶所使用的硬件設(shè)備，用來接入系統(tǒng)，每部移動設(shè)備都有一個(gè)唯一的對應(yīng)于它的永久性識別號IMEI(國際移動設(shè)備識別碼)。SIM卡是一張插到移動設(shè)備中的智能卡。SIM卡用來識別移動用戶的身份，還存有一些該用戶能獲得什么服務(wù)信息及一些其他信息。2)基站子系統(tǒng)基站子系統(tǒng)(BSS)是指在一定的覆蓋區(qū)中由MSC控制，與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備。其由基站收發(fā)信臺(BTS)和基站控制器(BSC)構(gòu)成。實(shí)際上，一個(gè)BSC根據(jù)話務(wù)量需要可以控制數(shù)十個(gè)BTS。BSC：具有對一個(gè)或多個(gè)BTS進(jìn)行控制的功能，任何送到BTS的操作信息都來自BSC，反之任何從BTS送出的信息也將經(jīng)BSC送出。BTS：BTS提供基站與移動臺之間的空中接口，完全由BSC控制，主要負(fù)責(zé)無線傳輸，完成無線和有線的轉(zhuǎn)換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。3)網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換子系統(tǒng)(NSS)主要包含有GSM系統(tǒng)的交換功能和用于用戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。5.5.3電話網(wǎng)絡(luò)的編號計(jì)劃編號計(jì)劃指的是本地網(wǎng)、國內(nèi)長途網(wǎng)、國際長途網(wǎng)、特種業(yè)務(wù)以及一些新業(yè)務(wù)等各種呼叫所規(guī)定的號碼編排和規(guī)程。自動電話網(wǎng)中的編號計(jì)劃是使自動電話網(wǎng)正常運(yùn)行的一個(gè)重要規(guī)程，交換設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)上述各項(xiàng)接續(xù)的編號需求。電話網(wǎng)中的每一個(gè)用戶都分配一個(gè)編號，用來在電信網(wǎng)中選擇和建立接續(xù)路由和作為呼叫的目的。每一個(gè)用戶號碼必須是唯一的，不得重復(fù)，因此需要有一個(gè)統(tǒng)一的編號方式。公共電話交換網(wǎng)中使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是由ITU規(guī)定的，采用E.163/E.164(通俗稱為電話號碼)進(jìn)行編址。1.固定電話本地直撥本地直撥的號碼由用戶號和局號組成?！び脩籼枺罕镜仉娫捥柎a的后4位?！ぞ痔枺杭釉谟脩籼柕那懊妫鞯貐^(qū)各時(shí)期的局號長度不等。改革開放以前，多數(shù)本地網(wǎng)就只有一個(gè)端局，交換機(jī)容量只有2000多，無需局號，電話號碼長度僅有4位。隨著用戶人數(shù)的增加，電話號碼也不斷升位。升位后的號碼長度要根據(jù)本地電話網(wǎng)的長遠(yuǎn)規(guī)劃容量來確定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)400萬人口的城市至少需要800萬號，所以7位不夠，9位太多，通常需要8位長度的本地電話號碼。2.國內(nèi)長途固定電話的編號方式若被叫方和主叫方不在一個(gè)本地電話網(wǎng)內(nèi)，則屬于長途電話。我國曾經(jīng)用撥打“173”來接通國內(nèi)人工長途電話話務(wù)員，由話務(wù)員接通被叫用戶?，F(xiàn)在的長途電話都使用全自動接續(xù)方式。打國內(nèi)長途電話時(shí)，需使用具有長途直撥功能的電話，所撥號碼分為3部分，即國內(nèi)長途字冠、國內(nèi)長途區(qū)號和本地號碼(市話號碼)。撥打國內(nèi)電話時(shí)，撥號順序如下：國內(nèi)長途字冠+國內(nèi)長途區(qū)號+本地號碼(1)國內(nèi)長途字冠：先撥表示國內(nèi)長途的字冠(NationalTrunkPrefix)，又稱接入碼(AccessCode)。中日韓英法德等大多數(shù)國家采用ITU推薦的“0”作為字冠；也有一些國家使用其他字冠，如美國使用“1”作為國內(nèi)長途字冠。(2)國內(nèi)長途區(qū)號：然后撥被叫用戶所在的國內(nèi)長途區(qū)域號碼(AreaCode)，有些國家稱其為城市號碼(CityCode)。國內(nèi)長途編號方案一般采用固定號碼系統(tǒng)，即各個(gè)城市的編號都是固定號碼。我國的國內(nèi)長途區(qū)號選用不等位制。我國的長途區(qū)號編號原來與4個(gè)長途等級C1～C4對應(yīng)，位長為1～4位。后來隨著本地網(wǎng)擴(kuò)大和長途網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整，合并了C4網(wǎng)，4位區(qū)號已經(jīng)消失，現(xiàn)在采用不等位三位制，位長為2～3位，與兩級長途等級對應(yīng)。(3)本地號碼：最后撥被叫方的本地號碼(LocalTelephoneNumber)。3.國際長途電話的編號方式國際長途電話的號碼分為4部分，即國際長途字冠、國家號碼、國內(nèi)長途區(qū)號和本地號碼(市話號碼)。撥打國際電話時(shí)，撥號順序如下：國際長途字冠+國際長途區(qū)號+國內(nèi)長途區(qū)號+本地號碼(1)國際長途字冠：國際自動呼叫時(shí)，國內(nèi)交換機(jī)識別為國際通話的數(shù)字，其形式由各國自由選擇，CCITT(國際電報(bào)電話咨詢委員會)沒有具體建議。由于各國的國際長途字冠五花八門，因此后期增設(shè)了“+”號為全球通用國際長途字冠。(2)國際長途區(qū)號：為1～3位的數(shù)字，如中國為(從國外打入先撥)“86”。(3)國內(nèi)長途區(qū)號：在撥打國際長途區(qū)號后再接著撥打國內(nèi)長途區(qū)號時(shí)，應(yīng)注意：此時(shí)，國內(nèi)長途區(qū)號前面無需加撥表示國內(nèi)長途的字冠“0”。(4)本地號碼：最后依舊是被叫方的本地號碼。4.移動電話網(wǎng)絡(luò)的編號計(jì)劃在移動電話網(wǎng)絡(luò)中，出于識別的目的，定義了移動臺的國際ISDN號碼(MSISDN)。打電話時(shí)撥打的手機(jī)號，其組成如圖5.21所示。5.5.4以太網(wǎng)1.以太網(wǎng)的定義以太網(wǎng)是一種基帶局域網(wǎng)規(guī)范，使用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，載波偵聽多路訪問/沖突檢測)技術(shù)，如圖5.22所示。它是當(dāng)今局域網(wǎng)中最通用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，很大程度上取代了其他局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)最早由羅伯特·梅特卡夫(RobertMetcalfe)在施樂公司工作時(shí)提出，1977年，梅特卡夫等人獲得了“具有沖突檢測的多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)”專利，標(biāo)志著以太網(wǎng)的誕生。1979年梅特卡夫創(chuàng)建了3COM公司，并促成了DIX1.0的發(fā)布(DIX即DEC/Intel/Xerox，3家公司聯(lián)合研發(fā))。1981年，3COM公司交付了第一款10Mb/s的以太網(wǎng)卡(NetworkInterfaceCard，NIC)，又名以太網(wǎng)適配器(NetworkAdaptor)。1982年，基于DIX2.0的IEEE802.3CSMA/CD標(biāo)準(zhǔn)獲得批準(zhǔn)，以太網(wǎng)從眾多局域網(wǎng)技術(shù)的激烈競爭中勝出。以太網(wǎng)支持的傳輸媒體從最初的同軸電纜發(fā)展到雙絞線和光纜。星型拓?fù)涞某霈F(xiàn)使以太網(wǎng)技術(shù)上了一個(gè)新的臺階，獲得迅速發(fā)展。從共享型以太網(wǎng)發(fā)展到交換型以太網(wǎng)，并出現(xiàn)了全雙工以太網(wǎng)技術(shù)，致使整個(gè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的帶寬呈十倍、百倍地增長，并保持足夠的系統(tǒng)覆蓋范圍。以太網(wǎng)以其高性能、低價(jià)格、使用方便等特點(diǎn)繼續(xù)發(fā)展。2.以太網(wǎng)的控制方式在以太網(wǎng)中，所有的節(jié)點(diǎn)共享傳輸介質(zhì)。如何保證傳輸介質(zhì)有序、高效地為許多節(jié)點(diǎn)提供傳輸服務(wù)，就是以太網(wǎng)的介質(zhì)訪問控制協(xié)議要解決的問題。因此，介質(zhì)訪問控制協(xié)議必須解決要發(fā)送信息的工作站當(dāng)發(fā)現(xiàn)媒體忙時(shí)或發(fā)生沖突時(shí)應(yīng)怎樣工作：如果媒體空閑，則傳輸；如果媒體忙，則一直監(jiān)聽直到信道空閑，馬上傳輸；如果在傳輸中檢測到?jīng)_突，則立即取消傳輸；沖突后，等待一段隨機(jī)時(shí)間，然后試圖傳輸(重復(fù)第一步)。以太網(wǎng)的媒體訪問控制方式是以太網(wǎng)的核心技術(shù)，它決定了以太網(wǎng)的主要網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)。在公共總線或樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)上，通常使用CSMA/CD技術(shù)。CSMA/CD又稱為隨機(jī)訪問或爭用媒體技術(shù)，若要組建一個(gè)基于CSMA/CD方式傳輸信息的工作站，首先要監(jiān)聽媒體，以確定是否有其他站正在傳播。如果媒體空閑，該工作站則可以傳播。3.以太網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)是以局域網(wǎng)的IEEE802參考模型為基礎(chǔ)的：它用帶地址的幀來傳送數(shù)據(jù)，不存在中間交換，所以不要求路由選擇，這樣就不需要網(wǎng)絡(luò)層；在局域網(wǎng)中只保留了物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層分成兩個(gè)子層，即媒體接入控制(MAC)子層和邏輯鏈路控制(LLC)子層。IEEE(電氣和電子工程師協(xié)會)于1980年2月成立了局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(簡稱IEEE802委員會)，專門從事局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，并制定了IEEE802標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802協(xié)議是一種物理協(xié)議，因?yàn)槠浒喾N子協(xié)議，把這些協(xié)議匯集在一起就稱為802協(xié)議集。IEEE802描述的局域網(wǎng)參考模型只對應(yīng)OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層，它將數(shù)據(jù)鏈路層劃分為LLC子層與MAC子層，如圖5.23所示。圖5.23中，OSI參考模型是ISO(InternationalOrganizationforStandardization，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)組織在1985年研究的網(wǎng)絡(luò)互連模型。ISO發(fā)布的最著名的標(biāo)準(zhǔn)是ISO/iIEC7498，又稱為X.200協(xié)議。該體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)定義了網(wǎng)絡(luò)互連的7層框架，即ISO開放系統(tǒng)互連參考模型。在這一框架下進(jìn)一步詳細(xì)規(guī)定了每一層的功能，以實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)環(huán)境中的互連性、互操作性和應(yīng)用的可移植性。802參考模型的物理層下方還有一些協(xié)議，這是因?yàn)長AN范圍小，常僅限于一個(gè)部門或一個(gè)建筑，在0.1～25km以內(nèi)，所以一般不需租用電話線，而是直接建立專用通信線路。因此，LAN的協(xié)議模型中增加了“第0層”，專門針對傳輸媒體和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做出說明，同時(shí)也使得LAN中的數(shù)據(jù)傳輸速度高，誤碼率低。LAN的協(xié)議模型中最高只到第2層。通常一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能提供1～3層的功能，但LAN的協(xié)議模型中最高只有第2層。這是因?yàn)長AN特許在最低2層實(shí)現(xiàn)1～3層的服務(wù)功能。通常的網(wǎng)絡(luò)第3層功能包括差錯(cuò)控制、流量控制、復(fù)用、提供面向連接的或無連接的服務(wù)等。但LAN的第2層已經(jīng)通過攜帶著地址的幀來傳送數(shù)據(jù)，因此LAN不存在中間交換，不要求路由選擇，也就無需第3層。4.以太網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)系統(tǒng)由集線器、網(wǎng)卡以及雙絞線組成，如圖5.24所示。在以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)重要的功能塊是編碼/譯碼模塊；另一個(gè)重要的功能塊稱為收發(fā)器，它主要是向媒體發(fā)送和接收信號，并識別媒體是否存在信號和識別碰撞，一般置于網(wǎng)卡中。5.以太網(wǎng)的MAC層地址MAC層的地址又譯為物理地址、硬件地址。它是一種物理地址，是全球唯一的用來表示互聯(lián)網(wǎng)上每一個(gè)站點(diǎn)的適配器地址，或稱網(wǎng)卡標(biāo)識符。MAC地址用來定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的位置，每一塊網(wǎng)卡的MAC地址都是唯一且固化在網(wǎng)卡上的，類似于人的身份證。除了網(wǎng)卡，路由器、手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)智能電視，平板電腦，各種專業(yè)設(shè)備包括EPON(以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò))、ONU、EOC(EthernetOverCable)、交換機(jī)等，都有自己的MAC地址。MAC地址共有12位十六進(jìn)制數(shù)，其中前半部分是由IEEE的注冊管理機(jī)構(gòu)RA給不同廠家分配的廠商標(biāo)識OUI(組織唯一標(biāo)識符)，后半部分是由各廠家自行指派給其生產(chǎn)的網(wǎng)卡的標(biāo)識NIC(網(wǎng)絡(luò)接口控制器)?？梢酝ㄟ^以下方式單擊查看到本機(jī)的MAC地址：單擊“開始”按鈕，選擇“運(yùn)行”命令，彈出“運(yùn)行”對話框，在“打開”文本框中輸入cmd，在打開的窗口中輸入ipconfig/all，或ipconfig-all，抑或getmac，如圖5.25所示。局域網(wǎng)是支持廣播方式的通信，當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)的所有站點(diǎn)都會收到此信息。但只有發(fā)往本站的幀網(wǎng)卡才進(jìn)行處理，否則就會簡單地丟棄。IP地址與MAC地址本身并不存在綁定關(guān)系，因此在網(wǎng)絡(luò)管理中，IP地址盜用現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。這不僅對網(wǎng)絡(luò)的正常使用造成影響，同時(shí)由于被盜用的地址往往具有較高的權(quán)限，因此也對用戶造成了大量的經(jīng)濟(jì)上的損失和潛在的安全隱患。為此，網(wǎng)管工作人員可以在代理服務(wù)器端分配IP地址時(shí)，通過配置交換機(jī)或路由器，把IP地址(端口)與網(wǎng)卡的MAC地址進(jìn)行捆綁。在網(wǎng)絡(luò)中往往是多種技術(shù)并存，不同的技術(shù)都有自己的編址方式。MAC地址與IP地址之間可以通過ARP(地址解析協(xié)議)來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。6.以太網(wǎng)的應(yīng)用以太網(wǎng)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，從40G、100G，到400G以太網(wǎng)技術(shù)都在紛紛開展。1995年，IEEE

802.3u定義了快速以太網(wǎng)(FE)，其最普通的形式稱為100BaseT。其中，100表示100Mb/s，Base代表基帶(Broad代表寬帶)，T表示雙絞線。1998—1999年，IEEE先后建立了802.3z和802.3ab千兆位以太網(wǎng)工作組。通過千兆以太網(wǎng)，局域網(wǎng)技術(shù)從桌面延伸至校園網(wǎng)及城域網(wǎng)。2002年獲批了萬兆以太網(wǎng)，即802.3ae10G以太網(wǎng)，常見的有10GBASE-X和10GBASE-T。10G以太網(wǎng)還保留了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的以太網(wǎng)最小和最大幀長，便于升級，只是不再使用銅線，而只使用光纖作為傳輸媒體。另外，隨著云計(jì)算互連市場，尤其是在“私有云”的互聯(lián)方案中，以太網(wǎng)交換機(jī)被更多地定位為數(shù)據(jù)中心互連設(shè)備，被眾多的區(qū)域、國家，甚至國際客戶選擇運(yùn)用。以太網(wǎng)還在車載網(wǎng)方面有很大的應(yīng)用空間，如用在汽車的控制系統(tǒng)中，以提升汽車內(nèi)部的通信。以太網(wǎng)還被運(yùn)用到高速傳輸自動駕駛、自動播放視頻、自動錄像等場合當(dāng)中。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展速度也相當(dāng)快，許多現(xiàn)場總線用戶正在轉(zhuǎn)向以太網(wǎng)應(yīng)用。無論是舊設(shè)施的升級，還是新工廠的建設(shè)，客戶都會大量使用工業(yè)以太網(wǎng)來升級他們的系統(tǒng)。在過程自動化領(lǐng)域中，工業(yè)以太網(wǎng)已成為控制層骨干網(wǎng)的首選，并逐漸向設(shè)備層遷移。尤其是發(fā)電、輸配電以及交通運(yùn)輸，成為工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的領(lǐng)先應(yīng)用行業(yè)。從智能電網(wǎng)的實(shí)施，特別是變電站自動化，到智能化鐵路、公路以及其他運(yùn)輸項(xiàng)目正越來越依賴工業(yè)以太網(wǎng)。工業(yè)以太網(wǎng)作為“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的核心組成部分，隨著“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的快速增長，工業(yè)以太網(wǎng)市場規(guī)模也勢必出現(xiàn)明顯的增長趨勢。5.5.5互聯(lián)網(wǎng)(Internet)1.?Internet的起源Internet是全世界最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它起源于1968年美國國防部高級研究計(jì)劃局(ARPA)主持研制的用于支持軍事研究的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)ARPANET。ARPANET的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于這樣一種主導(dǎo)思想：網(wǎng)絡(luò)要能夠經(jīng)得住故障的考驗(yàn)而維持正常工作，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的一部分因受攻擊而失去作用時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的其他部分仍能維持正常通信。最初，網(wǎng)絡(luò)開通時(shí)只有4個(gè)站點(diǎn)：斯坦福研究所、加利福尼亞大學(xué)、加利福尼亞大學(xué)和猶他大學(xué)。ARPANET不僅能提供各站點(diǎn)的可靠連接，而且在部分物理部件受損的情況下仍能保持穩(wěn)定，在網(wǎng)絡(luò)的操作中可以不費(fèi)力地增刪節(jié)點(diǎn)。與當(dāng)時(shí)已經(jīng)投入使用的許多通信網(wǎng)絡(luò)相比，這些網(wǎng)絡(luò)中有許多運(yùn)行不穩(wěn)定，并且只能在相同類型的計(jì)算機(jī)之間才能可靠地工作，ARPANET則可以在不同類型的計(jì)算機(jī)間互相通信。ARPANET的兩大貢獻(xiàn)：第一，分組交換概念的提出；第二，產(chǎn)生了今天的Internet，即產(chǎn)生了Internet最基本的通信協(xié)議——TCP/IP。1985年，美國國家科學(xué)基金會(NSF)為鼓勵大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)共享他們非常昂貴的4臺計(jì)算機(jī)主機(jī)，希望通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把各大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)與這些巨型計(jì)算機(jī)連接起來，于是他們決定利用ARPANET發(fā)展出來的稱為TCP/IP的通信協(xié)議自己出資建立名為NSFNET的廣域網(wǎng)。由于美國國家科學(xué)資金的鼓勵和資助，許多大學(xué)、政府資助的研究機(jī)構(gòu)，甚至私營的研究機(jī)構(gòu)紛紛把自己的局域網(wǎng)并入NSFNET。因此，NSFNET在1986年建成后取代ARPANET成為Internet的主干網(wǎng)。2.?Internet的體系結(jié)構(gòu)Internet的主要協(xié)議是IP協(xié)議，其主要功能是無連接數(shù)據(jù)報(bào)傳輸、路由選擇和差錯(cuò)控制。數(shù)據(jù)報(bào)是IP協(xié)議中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元。數(shù)據(jù)報(bào)傳輸前并不與目標(biāo)端建立連接即可將數(shù)據(jù)報(bào)傳輸，路由選擇會給出一個(gè)從源到目標(biāo)的IP地址序列，要求數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸時(shí)嚴(yán)格按指定的路徑傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的是TCP/IP體系結(jié)構(gòu)。它是一個(gè)協(xié)議族，TCP和IP是其中兩個(gè)最重要的且必不可少的協(xié)議，故用它們作為代表命名。TCP/IP結(jié)構(gòu)被形容為“兩頭大中間小的沙漏計(jì)時(shí)器”，因?yàn)槠漤攲雍偷讓佣加性S多各式各樣的協(xié)議，IP位于所有通信的中心，是唯一被所有應(yīng)用程序所共有的協(xié)議。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)比OSI參考模型更簡便、更流行，是一個(gè)被廣泛采用的互連協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如圖5.27所示。3.?Internet的IP地址IP地址是IP協(xié)議提供的一種地址格式，它為Internet上的每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)和每一臺主機(jī)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，以此來屏蔽物理地址(網(wǎng)卡地址)的差異。IP地址是運(yùn)行TCP/IP協(xié)議的唯一標(biāo)識，網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)接口都需要有一個(gè)IP地址。IP地址先后出現(xiàn)過多個(gè)版本，但多只存在于實(shí)驗(yàn)與測試論證階段，并沒有進(jìn)入實(shí)用領(lǐng)域，得到廣泛使用的只有IPv4和IPv6。4.?Internet的核心技術(shù)Internet中應(yīng)用層的各種協(xié)議非常多，其中由蒂姆·本尼斯李在1989年提出的萬維網(wǎng)(WWW)技術(shù)成為Internet爆炸性發(fā)展的導(dǎo)火索。WWW不是普通意義上的物理網(wǎng)絡(luò)，而是一種信息服務(wù)器的集合標(biāo)準(zhǔn)。超鏈接使得Web上的信息不僅可按線性方式搜索，而且可交叉訪問。WWW還包含了架構(gòu)起全球信息網(wǎng)的三大基本技術(shù)：HTTP(超文本傳輸協(xié)議)、HTML(超文本標(biāo)記語言)，以及URL(統(tǒng)一資源定位符)。其中，HTML技術(shù)雖然并不是專門為互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)超文本與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來后顯得如虎添翼。互聯(lián)網(wǎng)上原本孤島一般的眾多資源，通過超文本鏈接成了縱橫交錯(cuò)、相互關(guān)聯(lián)、暢通可達(dá)的網(wǎng)絡(luò)。超媒體等技術(shù)又能將本地的、遠(yuǎn)程服務(wù)器上的各種形式的文件綜合在一起，形成多媒體文檔。民眾極其歡迎這種開放的信息媒體，廣大商家也敏銳地看到商機(jī)，紛紛成立網(wǎng)站，促使相關(guān)技術(shù)繼續(xù)飛速發(fā)展。此外，蒂姆·本尼斯李還提出了HTTP協(xié)議。HTTP中的超文本(Hypertext)包含超鏈接(Link)和各種多媒體元素標(biāo)記(Markup)的文本。最常見的超文本格式是HTML。HTTP是一種按照URL指示，將超文本文檔從一臺主機(jī)(Web服務(wù)器)傳輸?shù)搅硪慌_主機(jī)上的應(yīng)用層協(xié)議。除此之外，DNS(域名系統(tǒng))協(xié)議也是網(wǎng)絡(luò)使用必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。人們給自己的網(wǎng)站起了好記的英文名字，稱之為“域名”。然后，利用DNS將域名和IP地址對應(yīng)起來。使用電子郵件服務(wù)時(shí)，處理電子郵件的計(jì)算機(jī)稱為郵件服務(wù)器，包括發(fā)送和接收兩種。電子信箱實(shí)質(zhì)上是郵件服務(wù)提供機(jī)構(gòu)在服務(wù)器的硬盤上為用戶開辟的一個(gè)專用存儲空間，每個(gè)電子郵箱有一個(gè)唯一的電子郵件地址。郵件地址由用戶名、@符號和電子郵件服務(wù)器名3部分組成。而搜索引擎則是通過使用網(wǎng)絡(luò)蜘蛛Spider技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)以某一個(gè)網(wǎng)址為起點(diǎn)，訪問鏈接的各個(gè)網(wǎng)頁，通過整理，提取并保存在自己的“網(wǎng)頁索引數(shù)據(jù)庫”中。用戶輸入搜索關(guān)鍵詞之后，搜索引擎不是在真正搜索Internet，而是搜索這個(gè)數(shù)據(jù)庫，從而快速地給出最為匹配的結(jié)果。但是Spider技術(shù)會消耗巨大流量，而且無所不在的Spider威脅到個(gè)人隱私。因此，1994年之后，又出現(xiàn)了Robots協(xié)議，來規(guī)定哪些信息可以被抓取，哪些不允許，規(guī)范了網(wǎng)站訪問限制政策(AccessPolicy)，保護(hù)了網(wǎng)站數(shù)據(jù)和敏感信息。5.?Internet的應(yīng)用CNNIC發(fā)布的第44次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，中國網(wǎng)民的規(guī)模已超過了8.54億人，普及率超過61%，人均上網(wǎng)時(shí)長近4小時(shí)/日。如今的Internet繼續(xù)向著“互聯(lián)網(wǎng)+”的方向發(fā)展?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”是指傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)條件下的“在線化”和“數(shù)據(jù)化”?！霸诰€化”是指商品、人和交易行為轉(zhuǎn)移到網(wǎng)上的行為；“數(shù)據(jù)化”是指這些行為變成流動的數(shù)據(jù)，并且可用來分享并利用。“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計(jì)劃將重點(diǎn)促進(jìn)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)等的融合創(chuàng)新，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)要素配置中的優(yōu)化和集成作用，將互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域之中，提升實(shí)體經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)施和實(shí)現(xiàn)工具的經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形態(tài)。5.5.6網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備1.網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備的概念市面上組網(wǎng)方式非常多，要想將各臺獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互相連接起來，就需要使用一些中間設(shè)備/系統(tǒng)，ISO的術(shù)語稱之為中繼(Relay)系統(tǒng)。2.常見的網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備常見的網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備如表5.4所示。3.網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備的應(yīng)用概況在網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備市場中，運(yùn)營商級路由器和交換機(jī)市場競爭十分激烈。我國的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速崛起，不僅滿足國內(nèi)發(fā)展需要，而且實(shí)現(xiàn)了海外拓展，高端路由器產(chǎn)品躋身全球市場前列。

在工業(yè)和信息化部組織編寫的《互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)了國家政策對網(wǎng)際互聯(lián)設(shè)備制造業(yè)的支持，強(qiáng)調(diào)了：支持高端服務(wù)器和核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等產(chǎn)業(yè)發(fā)展；研發(fā)高并發(fā)性、高吞吐量、高可靠性、高容錯(cuò)性的高端服務(wù)器，以及高處理能力、低成本、低能耗的超級服務(wù)器；研發(fā)低能耗高端路由器、大容量集群骨干核心路由器和虛擬化可編程路由器等核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

另外，用戶端無線智能路由器市場也拉開了大戰(zhàn)的序幕。越來越多的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)將路由器看成互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)圈里唯一一個(gè)軟硬件結(jié)合的入口，紛紛加入了路由器等硬件產(chǎn)品的產(chǎn)生中。5.5.7有線電視網(wǎng)絡(luò)有線電視(CableTelevision，CATV)，IEC(InternationalElectroTechnicalCommission，國際電工委員會)又稱其為電纜分配系統(tǒng)(CableDistributionSystem)，是指利用射頻電纜、光纜、多路微波或其組合來傳輸、分配和交換聲音、圖像及數(shù)據(jù)信號的電視系統(tǒng)。1.有線電視網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成有線電視網(wǎng)絡(luò)由信號源、前端、干線傳輸網(wǎng)絡(luò)、用戶分配網(wǎng)絡(luò)和用戶終端5部分組成，其基本框圖如圖5.31所示。2.有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向改造目前對有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向改造主要是傳輸網(wǎng)絡(luò)和用戶分配網(wǎng)絡(luò)，重點(diǎn)是用戶分配網(wǎng)絡(luò)的雙向改造。常見的有線電視分配網(wǎng)絡(luò)雙向改造的方案主要有CM方案(見圖5.32)、?EPON方案和FTTH方案。3.有線電視網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向展望未來，有線電視網(wǎng)絡(luò)將突破傳統(tǒng)電視業(yè)務(wù)的范圍，向著寬帶化、交互性和移動性等方向發(fā)展，還會與物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生新的應(yīng)用。其中，家庭物聯(lián)網(wǎng)是下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò)(NextGenerationBroadcastingNetwork，NGB)發(fā)展的必然趨勢。NGB的發(fā)展目標(biāo)是，10年發(fā)展2億用戶，加速形成與電信網(wǎng)公平競爭的態(tài)勢。將有線通信與無線通信結(jié)合，使“智慧”家庭發(fā)展為家庭物聯(lián)網(wǎng)，即從數(shù)字電視發(fā)展成家庭網(wǎng)絡(luò)。從終端上看，從機(jī)頂盒向家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)展，而且逐漸把家庭中的各類娛樂設(shè)施，甚至把各類電器