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智能建筑与智能小区应用技术2
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1. 山东省建设厅建筑智能化技术 培 训 班智能建筑与智能小区 应用技术 哈尔滨工业大学建筑设计研究院 建筑智能化技术研究所 所长 刘晓胜 (博士后 • 副教授) 手 机: 1361-365-1278 电 话:0451-62811661
2. `第二部分网络通信技术2
3. 几个基本概念 计算机网络功能、组成、分类与结构 局域网技术与常用局域网 广域网技术 虚拟专用网网络通信技术3
4. 通信系统几个基本概念4
5. 数据编码:数字数据编码和模拟数据编码几个基本概念5
6. 数据编码 几个基本概念6
7. 数据编码几个基本概念7
8. 信号传输方式 (1) 基带传输 (2) 载波传输 (3) 宽带网 (4) 异步传输模式ATM(asynchronous transfer mode)几个基本概念8
9. 通信方式几个基本概念9
10. 介质访问控制方式 CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测) 令牌访问控制方式几个基本概念10
11. 数据交换方式 线路交换(Circuit Switching) 报文交换(Message Switching) 分组交换(Packet Switching) 信元交换几个基本概念11
12. 通信系统性能 传输速度:9600bps、40kbps、1Mbps、10Mbps 误码率:电话线:10-210-4;计算机:<10-9 信道容量:最大数据传输速率 信噪比几个基本概念12
13. 通信中的检错与纠错 检错法: 奇偶校验 循环冗余校验 交错法: 自动重发请求 正向纠错几个基本概念13
14. TCP/IP中的几个术语 网络连接:面向连接和无连接; 协议可靠性:可靠和不可靠; 协议数据:字节流服务和数据流服务; 虚电路几个基本概念14
15. 计算机网络 计算机网络功能 计算机网络组成 计算机网络分类 计算机网络拓扑结构 计算机网络通信协议计算机网络功能、组成、分类与结构15
16. 计算机网络功能 资源共享:数据、信息、软件、硬件; 信息服务:查询、交流、EDI、新闻、点播、CSCW、教育、娱乐等等; 其它功能:可靠性、协同计算、分布处理等;计算机网络功能、组成、分类与结构16
17. 计算机网络组成 (1) 网络工作站:PC机、其他设备 (2) 网络服务器:可从性能或功能划分; (3) 网络传输设备:NIC和网络传输介质; (4) 局域网交换设备:各种交换机、集线器; (5) 网络互连设备:中继器、网桥、路由器、网关和访问服务器; (6) 网络外部设备:磁盘阵列、绘图仪、打印机等; (7) 网络软件:网络操作系统和网络应用软件计算机网络功能、组成、分类与结构17
18. 计算机网络分类 按网络规模和范围分类: (1) 局域网(LAN,Local Area Network) (2) 城域网(MAN,Metropolitan Area Network) (3) 广域网(WAN,Wide Area Network) (4) 因特网(Internet) 按网络传输技术分类 (1)广播网络;(2)点对点网络;计算机网络功能、组成、分类与结构18
19. 因特网的总体框架计算机网络功能、组成、分类与结构19
20. 表3-1 网络分类计算机网络功能、组成、分类与结构20
21. 计算机网络拓扑结构:物理拓扑和逻辑拓扑计算机网络功能、组成、分类与结构21
22. 拓扑结构实例计算机网络功能、组成、分类与结构22
23. 拓扑结构实例 计算机网络功能、组成、分类与结构23
24. 计算机网络通信协议(Protocol) 一般包括三个关键组成部分: (1) 语法(Syntax): ”如何讲”; (2) 语义(Semantics):”讲什么”; (3) 定时(Timing):”讲话次序”。 计算机网络功能、组成、分类与结构24
25. 开放式系统互连参考模型OSI:83年计算机网络功能、组成、分类与结构25
26. TCP/IP 网络协议:DARPA,ARPAnet,1973计算机网络功能、组成、分类与结构26
27. 局域网技术与常用局域网 局域网组成、分类及国际标准 以太网 快速以太网 FDDI网 ATM网 千兆位以太网 虚拟局域网(VLAN)27
28. 局域网组成局域网技术与常用局域网28
29. 局域网分类: (1)按网络拓扑分类: (2)按传输信号分类: (3)按网络使用的介质分类: (4)按网络介质访问方式分类:局域网技术与常用局域网29
30. 相关国际标准 (1) IEEE 802.1A 局域网体系结构 (2) IEEE 802.1B 寻址、网络互连与网络管理 (3) IEEE 802.2 逻辑链路控制(LCC) (4) IEEE 802.3 CSMA/CD访问控制方法与物理层规范 (5) IEEE 802.3i 10Base-T访问控制方法与物理层规范 (6) IEEE 802.3u 100Base-T访问控制方法与物理层规范 (7) IEEE 802.3ab 1000Base-T访问控制方法与物理层规范 (8) IEEE 802.3z 1000Base-SX和1000Base-LX访问控制方法与物理层规范 (9) IEEE 802.4 Token-Bus访问控制方法与物理层规范 (10) IEEE 802.5 Token-Ring访问控制方法 局域网技术与常用局域网30
31. 相关国际标准 (11) IEEE 802.6 城域网访问控制与物理层规范 (12) IEEE 802.7 宽带局域网访问控制方法与物理层规范 (13) IEEE 802.8 FDDI访问控制方法与物理层规范 (14) IEEE 802.9 综合数据话音网络 (15) IEEE 802.10 网络安全与保密 (16) IEEE 802.11 无线局域网访问控制方法与物理层规范 (17) IEEE 802.12 100VG-AnyLAN访问控制方法与物理层规范局域网技术与常用局域网31
32. 以太网 (1)发起:Xerox、DEC、Intel 1975/1980.9 (2)本质:IEEE802.3标准、CSMA/CD 表3-5 常用基带802.3局域网局域网技术与常用局域网32
33. 以太网模型局域网技术与常用局域网33
34. 典型应用局域网技术与常用局域网34
35. 以太网交换机又称以太网交换器,也称交换式集线器,简称交换器局域网技术与常用局域网35
36. 快速以太网(Fast Ethernet):1993 (1)100Base-T:IEEE802.3u标准,3Com,Intel,Sun,Bay (2)100VG-AnyLAN:IEEE802.12标准:IBM,HP,AT&T 表3-6 100Base-T与10Base-T性能对比局域网技术与常用局域网36
37. 快速以太网内容与协议体系结构局域网技术与常用局域网IEEE802.3 LLC100Base-TX 100Mbps MACMII(功能与AUI相同) (两对5类线或STP) (四对3、4、5类线UTP) ( 光纤) 介 质100Base-T4 100Base-FX 数据链路层 物理层 传输介质 图4-15 100Mbase-T 协议体系结构 37
38. 快速以太网典型应用局域网技术与常用局域网100Mbps共享3类或5类UTP100Base-T集线器100Base-T集线器5类UTP服务器本地服务器100Mbps共享图3-16 一种100 Base-T典型应用38
39. FDDI(Fiber Distributed Data Interface) 体系结构:1982,(ANSI)X3T9.5委员会局域网技术与常用局域网逻辑链路控制(LLC)子层 IEEE 802.2 LLC介质存取控制(MAC)子层 (1)寻帧 (2)成帧 (3)令牌操作物理层协议(PHY) (1)编码/解码 (2)时钟 (3)符号集物理介质相关层(PMD) (1)发送参数 (2)连接器和电缆站管理(SMT) (1)环监视 (2)环管理 (3)连接管理 (4)SMT帧物理层 (Physical)数据链路层 (Data Link)图3-17 FDDI 协议层次与功能39
40. FDDI网的组成 ①光纤旁路开关(OBS,Optical Bypass Switch) ②单连接/双连接集中器(SAC/DAC, Single Attachment Concentrator/Dual Attachment Concentrator) ③单连接/双连接站点(SAS/DAS, Single Attachment Station/Dual Attachment Station)局域网技术与常用局域网40
41. FDDI 的一种典型应用结构局域网技术与常用局域网41
42. ATM网(Asynchronous Transfer Mode) 特点: 一种网络交换技术; B-ISDN基础; 以信元为单位,固定信元长度; 异步时间分割模式; 按需分配带宽.局域网技术与常用局域网42
43. ATM原理: (1)信元结构及信元头格式局域网技术与常用局域网1字节48字节5字节信元头信元数据域GFCCVPIVPIVCIVCIVCIHECPTRESCLPVPIVPIVCIVCIVCIHECPTRESCLP2字节3字节5字节4字节8765432187654321(a)信元结构(b)UNI信元头格式(c)NNI信元头格式图3-19 ATM信元结构及信元头格式43
44. ATM原理: (2)异步时分多路复用(ATDM)局域网技术与常用局域网44
45. ATM原理: (3)信元标识局域网技术与常用局域网45
46. ATM原理: (4)ATM交换与控制局域网技术与常用局域网46
47. ATM交换机原理局域网技术与常用局域网47
48. ATM交换机结构分类局域网技术与常用局域网ATM交换机结构空分结构时分结构共享存储 器结构共享环 结构共享总线 结构循环 结构Dalta 结构Banyan 结构图3-24 ATM交换机结构分类48
49. ATM网络的典型实例局域网技术与常用局域网49
50. 千兆位以太网 (1)IEEE802.3委员会1996.3成立IEEE802.3Z:光纤 (2)IEEE802.3委员会于1997.3成立IEEE802.3ab:5UTP (3)1998.6颁布IEEE802.3Z (3)采用CSMA/CD协议,与10Mbit/s和100Mbit/s兼容局域网技术与常用局域网50
51. 千兆位以太网体系结构局域网技术与常用局域网51
52. 千兆位以太网分类 全双工:不存在冲突、竞争、拥塞、过载等问题;采用IEEE802.3x全双工/流向控制协议。 半双工:采用CSMA/CD协议,介质共享。 千兆位以太网采用新技术 载体扩展(Carrier Extension)技术; 数据包突发(Packet Bursting)技术。局域网技术与常用局域网52
53. 表3-7 千兆以太网物理层标准局域网技术与常用局域网53
54. 千兆位以太网的典型应用局域网技术与常用局域网54
55. 虚拟局域网 VLAN(Virtual Local Area Network) 普通局域网中存在的问题 效率(第二层信道冲突)与广播风暴问题(第三层) 安全性问题 灵活性问题局域网技术与常用局域网55
56. 虚拟局域网VLAN技术基础:交换技术 基于LAN交换机的帧交换方式; 基于异步传输模式(ATM)交换机的信元交换; 局域网技术与常用局域网56
57. 虚拟局域网VLAN工作方式分类 (1)基于交换机端口的VLAN 优点:简单、易实现、便于监控; 缺点:自动化程度低、灵活性差。 (2)基于MAC地址的VLAN 优点:站点移动灵活,不需要重新配置; 缺点:大型网络的用户划分工作繁琐。 (3)基于网络层的VLAN 优点:按协议和网络地址划分,简化了网络管理 人员工作。 局域网技术与常用局域网57
58. 虚拟局域网VLAN安端口划分的例子局域网技术与常用局域网58
59. 广域网技术广域网简介WAN(Wide Area Networks) 特点: (1)覆盖面广;(2)传输速度低;(3)介质种类多; (4)ISO/OSI的低三层协议。 常用的几种广域网: 分组交换网 综合业务数字网 数字数据网 帧中继网 59
60. 分组交换网:(1)概念 分组:是交换处理和传送的对象,是一种信息处理和传输长度单位的称呼; 分组交换,就是采用存储/转发交换技术,先将发信终端发送的数据分成固定长度的分组,然后在网络中经各分组交换机逐级存储和转发,动态分配线路的带宽,最终使分组到达收信终端。 分组交换网:采用虚电路和数据报两种服务方式实现网络的信息通信。 公共分组交换数据网(PSDN,Packet Switched Data Network)简称分组交换网,习惯上称之为X.25网。广域网技术60
61. 分组交换网:(2)特点 ①分组交换网以分组为单位进行信息传输。 ②分组交换网提供统一的用户设备接口,实现不同速率、码型和控制规程的用户设备间的通信。 ③分组交换网动态使用带宽。 ④分组交换网延时不固定。 ⑤分组交换网采用交换虚电路和永久虚电路方式,无专用线路。 ⑥分局交换网具有比较高的可靠性。 ⑦分组交换网支持多种网络协议,可以与其它公共网络实现互连。 广域网技术61
62. 分组交换网:(3)组成 一般由分组交换机、通信传输线路和用户接入设备组成 分中继传输线路(简称中继线)和用户传输线路(简称用户线) 中继线通常采用的n×64Kbps数字通道 用户线分模拟和数字两种通道广域网技术62
63. 分组交换网:X.25协议广域网技术63
64. 分组交换网分组格式广域网技术64
65. 分组交换网:组装过程广域网技术65
66. 分组交换网应用广域网技术66
67. 分组交换网应用广域网技术67
68. 综合业务数字网ISDN(Integrated Services Digital Network) 特点: (1) 综合性(2) 经济性(3) 简便性(4) 一线多用 线路接口: (1)基本速率接口(BRI)线路:2B+D:144Kb/s (2)基群速率接口(PRI)线路:2.048Mb/s B信道:负载信道,64Kb/s;D信道:信令信道,16kb/s广域网技术68
69. 综合业务数字网ISDN 终端设备广域网技术69
70. 使用ISDN路由器实现网络互连广域网技术70
71. 使用ISDN适配器实现计算机通信与拨号上网广域网技术71
72. 数字数据网DDN(Digital Data Network) 表3-8 DDN用户入网速率广域网技术72
73. 通过Modem接入DDN的方式广域网技术73
74. LAN通过DDN互连及与Internet 互连广域网技术74
75. 虚拟专用网VPN:Virtual Private Network 1 研究VPN的原因 2 VPN标准 3 VPN组件 4 PPTP协议 5 IPSec协议 5 L2TP协议 6 三种典型解决方案虚拟专用网技术75
76. 研究VPN的原因 网络安全要求; 快速建网要求; 经济性要求 网络隔离方法: 物理层隔离; 数据链路层隔离; 网络层隔离;虚拟专用网技术76
77. VPN的功能 (1)数据加密; (2)信息认证; (3)身份认证; (4)访问控制;虚拟专用网技术77
78. VPN分类 (1)分支机构连接网络(Intranet VPN); (2)远程访问网络(Remote Access VPN); (3)连接业务合作伙伴或供应商网络(Extranet VPN)。 虚拟专用网技术78
79. VPN原理虚拟专用网技术79
80. VPN标准 IPSec:未来事实标准 L2TP running under IPSec:发展中标准 PPTP(Point To Point Tunnel Protocol):Microsoft、3Com Related RFCs:RFC2401~2412、2661虚拟专用网技术80
81. VPN组件 1 VPN服务器 2 VPN客户机 3 隧道(通道) Tunnel 4 VPN连接 5 隧道协议 6 隧道数据 7 传输互联网虚拟专用网技术81
82. 点对点隧道协议(PPTP) Microsoft率先推出的协议; PPP协议的一种扩展; 第二层上运行; 将拨号用户和宽带用户连接到公共Internet或专用企业网上; PPTP提供了PPTP客户机与PPTP服务器之间的加密通信; PPTP客户机、PPTP服务器; 多协议数据的安全VPN通信方式;虚拟专用网技术82
83. PPTP连接过程 拨号用户首先按常规方式拨号到ISP的接入服务器NAS,建立PPP连接。 在此基础上,客户进行二次拨号,建立到PPTP服务器的连接,该连接称之为PPTP通道。 二次拨号的实质是基于IP协议上的另一个PPP连接,IP包可以封装TCP/IP、IPX、NetBEUI; 对于直接连接到Internet上的客户,则不需要第一次PPP的拨号连接,可以直接与PPTP服务器建立虚拟通道; PPTP只支持IP作为传输协议。虚拟专用网技术83
84. PPTP采用基于RSA公司的RC4的数据加密算法; Microsoft的点到点加密方案MPPE采用上述标准,支持40位或128位加密算法; PPTP不验证单个数据包,只对会话进行验证; 对于许多企业来说,PPTP已经足够了。 PPTP在部署上较为容易。虚拟专用网技术84
85. 网际协议安全(IP Security,IPSec) IPSec把多种安全技术集合到一起,是一套协议; 1995年以来,IETF IPSec工作组发布几十个草案和12个RFC文件; 涉及的关键技术包括:Diffie Hellman密钥交换技术、DES、RC4数据加密技术、哈希散列算法DM5和SHA等; 虚拟专用网技术85
86. IPSec功能与特点 访问控制; 无连接的完整性保护 数据源认证 防止回放攻击 加密和流量控制 IPSec的DOI支持IP压缩 只支持TCP/IP协议;点对点协议;虚拟专用网技术86
87. IPSec安全体系结构的三个主要协议 IP认证报头(Authentication Header,AH):为IP包提供信息源验证和完整性保证; IP负载安全封装 (Encapsulation Security Payload,ESP):提供数据的完整性和可靠性; 因特网密钥交换(Internet Key Exchange,IKE):提供双方交流时的共享安全信息; 安全通道的建立:IPSec通过上述3个基本协议,在IP报头后增加新的字段来实现安全加密。虚拟专用网技术87
88. AH的公共密钥可以保证信息源的可靠性; AH中采用的MD5(单向数学函数)的128bytes指纹信息保证信息的完整性;SHA1:160bytes ESP协议保证用户数据的安全性; ESP采用DES、Triple DES、RC5、RC4、IDEA等加密算法; AH和ESP可以单独使用,也可以一起使用。虚拟专用网技术88
89. IPSec工作方式 通道模式 传输模式虚拟专用网技术89
90. IPSec中的AH和ESP只是加密了使用者。 IPSec中的IKE则用户通信双方身份认证、协商加密算法和散列算法以及生成公钥。 IPSec中提供最强密度168位三重DES加密算法,比128位RC4更安全; 逐包加密和验证; IPSec客户软件的部署和维护很繁重,必须慎重考虑。 虚拟专用网技术90
91. 第二层隧道协议(Layer 2 Tunnel Protocol,L2TP) 提供远程访问,支持多种传输协议; 对隧道的终端实体进行身份认证,但不认证隧道中流过的每一个数据报文; L2TP本身不提供任何数据加密手段; 支持内部地址NAT; 主要用于拨号 基于IPSec的L2TP协议 IETF决定使用IPSec协议为L2TP隧道提供安全保护虚拟专用网技术91
92. 三种典型的解决方案 远程访问VPN解决方案虚拟专用网技术92
93. Intranet VPN解决方案虚拟专用网技术93
94. Extranet VPN解决方案虚拟专用网技术94
95. 有关VPN新技术研究 隧道交换技术; 与公共密钥基础设施(Public Key Infrastructure,PKI)紧密集成; 服务质量(Quality of Service,QoS)保证; 无线虚拟专用网; 宽带网络中的VPN技术;虚拟专用网技术95
96. 谢谢各位!刘晓胜 博士 0451-6281166 1361365127896
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