CH1-5ed 概述 - 課件

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交通信息工程及控制專業(yè)（2011-2012第二學(xué)期）朱飛祥朱飛祥1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用l21 世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代。l網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會(huì)的命脈和發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。l網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。l發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 1.2 因特網(wǎng)概述1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)l起源于美國(guó)的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國(guó)際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) l網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。 l互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networ

2、ks)。 l連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。 網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)l網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起。l因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 (a)(b)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點(diǎn)鏈路主機(jī)因特網(wǎng)1.3 因特網(wǎng)的組成 從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分 由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來(lái)進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由器因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程

3、序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾簂客戶服務(wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 l對(duì)等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 1. 客戶服務(wù)器方式運(yùn)行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心AB 請(qǐng)求服務(wù) 得到服務(wù)客戶服務(wù)器運(yùn)行服務(wù)器程序客戶軟件的特點(diǎn) l被用戶調(diào)用后運(yùn)行，在打算通信時(shí)主動(dòng)向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信（請(qǐng)求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。l不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。 服務(wù)器軟件的特點(diǎn) l一種專門(mén)用來(lái)提供某種服務(wù)的程序，可同時(shí)處理多個(gè)遠(yuǎn)地或本地客戶的請(qǐng)求。l系統(tǒng)啟動(dòng)后即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著，被動(dòng)地等待并接受來(lái)自各地的客戶的通信請(qǐng)求。

4、因此，服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。l一般需要強(qiáng)大的硬件和高級(jí)的操作系統(tǒng)支持。2. 對(duì)等連接方式 l對(duì)等連接(peer-to-peer，簡(jiǎn)寫(xiě)為 P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方。l只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。l雙方都可以下載對(duì)方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤(pán)中的共享文檔。 對(duì)等連接方式的特點(diǎn)l對(duì)等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對(duì)等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶又同時(shí)是服務(wù)器。l例如主機(jī) C 請(qǐng)求 D 的服務(wù)時(shí)，C 是客戶，D 是服務(wù)器。但如果 C 又同時(shí)向 F提供服務(wù)，那么 C 又同時(shí)起著服務(wù)器的

5、作用。網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序DCEF運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分l網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。l網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。l在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。l路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 路由器的重要任務(wù)l路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最

6、重要的功能。 l 5 部電話機(jī)兩兩相連，需 10 對(duì)電線。l N 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2 對(duì)電線。l 當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。 1. 電路交換的主要特點(diǎn)使用交換機(jī)l當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來(lái)完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。 交換機(jī)電路交換的特點(diǎn)l電路交換必定是面向連接的。 l電路交換的三個(gè)階段：建立連接通信釋放連接電路交換舉例lA 和 B 通話經(jīng)過(guò)四個(gè)交換機(jī)l通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換舉例lC 和 D 通話只經(jīng)過(guò)一個(gè)本地交換機(jī)l通話在 C 到 D 的連接上進(jìn)

7、行交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低l計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。l這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。報(bào)文2. 分組交換的主要特點(diǎn) l在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個(gè)報(bào)文較長(zhǎng)不便于傳輸數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報(bào)文添加首部構(gòu)成分組l每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。首部首部首部分組 1分組 2分組 3請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”分組交換的傳輸單元l分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。l依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù)

8、 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3分組首部的重要性l每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。l分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。l用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。收到分組后剝?nèi)ナ撞縧接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3收到的數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)最后還原成原來(lái)的報(bào)文l最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來(lái)的報(bào)文。l這里我們假定分組在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒(méi)有被丟棄。報(bào)文1101000110101010110101011100010011010010因特網(wǎng)的核心

9、部分l 因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來(lái)的路由器組成，而主機(jī)處在因特網(wǎng)的邊緣部分。l 在因特網(wǎng)核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機(jī)接入到核心部分則通常以相對(duì)較低速率的鏈路相連接。l 主機(jī)的用途是為用戶進(jìn)行信息處理的，并且可以和其他主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換的。 H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)分組交換網(wǎng)的示意圖H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機(jī)注意分

10、組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器主機(jī)在路由器 E 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī) H5在路由器 C 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口路由器l在路由器中的輸入和輸出端口之間沒(méi)有直接連線。l路由器處理分組的過(guò)程是：把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲(chǔ)）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。 分組交換的優(yōu)點(diǎn)l高效 動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用。 l靈活 以分組為傳送單位和查找路由。l迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組。l可靠 保證可靠性的網(wǎng)

11、絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。 分組交換帶來(lái)的問(wèn)題l分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。 l分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開(kāi)銷。 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念 l在 20 世紀(jì) 40 年代，電報(bào)通信也采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換(message switching)。 l報(bào)文交換的時(shí)延較長(zhǎng)，從幾分鐘到幾小時(shí)不等?，F(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。 三種交換的比較 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報(bào)文報(bào)文報(bào)文A B C D A B C DA B C D報(bào)文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報(bào)文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳

12、送的特點(diǎn)比特流直達(dá)終點(diǎn)報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組 分組 分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景l(fā) 是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。l 60 年代初，美國(guó)國(guó)防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。l 傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網(wǎng)有一個(gè)缺點(diǎn)：正在通信的電路中有一個(gè)交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀，則整個(gè)通信電路就要中斷。l 如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴?hào)建立連接。這將要延誤一些時(shí)間。 ARPANET的成功使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)

13、生根本變化 l早期的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個(gè)主機(jī)為中心的星形網(wǎng)各終端通過(guò)通信線路共享昂貴的中心主機(jī)的硬件和軟件資源。 l分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機(jī)都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。用戶通過(guò)分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。 從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心主機(jī)終端以主機(jī)為中心以分組交換網(wǎng)為中心主機(jī)分組交換網(wǎng)l不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network)個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network) 1.5

14、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.6.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1. 速率l比特（bit）是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。lBit 來(lái)源于 binary digit，意思是一個(gè)“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè) 1 或 0。l速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等l速率往往是指額定速率或標(biāo)稱速率。 2. 帶寬 l“帶寬”(bandwidth)本來(lái)是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。l現(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所

15、能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語(yǔ)，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 常用的帶寬單位l更常用的帶寬單位是千比每秒，即 kb/s （103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）l請(qǐng)注意：在計(jì)算機(jī)界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間的變化l在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。 每秒 106 個(gè)比特時(shí)間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時(shí)間每秒 4 106 個(gè)比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 3. 吞吐量l吞吐

16、量(throughput)表示在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。l吞吐量更經(jīng)常地用于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測(cè)量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)。l吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。 4. 時(shí)延(delay 或 latency)l傳輸時(shí)延（發(fā)送時(shí)延 ） 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。l也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。 發(fā)送時(shí)延 = 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特/秒）時(shí)延(delay 或 latency)l傳播時(shí)延 電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。 l信號(hào)傳輸速率（即發(fā)送速率）

17、和信號(hào)在信道上的傳播速率是完全不同的概念。 傳播時(shí)延 = 信道長(zhǎng)度（米）信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒）時(shí)延(delay 或 latency)l處理時(shí)延 交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。 l排隊(duì)時(shí)延 結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。l排隊(duì)時(shí)延的長(zhǎng)短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。時(shí)延(delay 或 latency)l數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延之和： 總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延四種時(shí)延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn) B結(jié)點(diǎn) A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時(shí)延(即發(fā)送時(shí)延)在結(jié)點(diǎn) A 中

18、產(chǎn)生處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤概念 l對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。 l提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。 5. 時(shí)延帶寬積（傳播）時(shí)延鏈路帶寬時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 帶寬l鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。 時(shí)延帶寬積6. 利用率l信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過(guò)）。完全空閑的信道的利用率是零。l網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。l信道利用率并非越高越好。 時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系l根據(jù)排隊(duì)論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增

19、加。 l若令 D0 表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D 表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)延，則在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡(jiǎn)單公式表示 D 和 D0之間的關(guān)系： UDD10U 是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。 時(shí)延 D利用率 U10D0時(shí)延急劇增大1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成l相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。 l“分層”可將龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)題，而這些較小的局部問(wèn)題就比較易于研究和處理。 關(guān)于開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMl 只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的

20、其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。l 在市場(chǎng)化方面 OSI 卻失敗了。OSI 的專家們?cè)谕瓿?OSI 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒(méi)有商業(yè)驅(qū)動(dòng)力；OSI 的協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來(lái)過(guò)分復(fù)雜，且運(yùn)行效率很低；OSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長(zhǎng)，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無(wú)法及時(shí)進(jìn)入市場(chǎng)；OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個(gè)層次中重復(fù)出現(xiàn)。 兩種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)l法律上的(de jure)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒(méi)有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。l是非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的(de facto) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。1.7.2 劃分層次的必要性l計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。 l這些規(guī)則明確規(guī)定了

21、所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問(wèn)題（同步含有時(shí)序的意思）。l網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡(jiǎn)稱為協(xié)議，是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。 劃分層次的概念舉例 l主機(jī) 1 向主機(jī) 2 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。l可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。l第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。l兩個(gè)主機(jī)將文件傳送模塊作為最高的一層 。剩下的工作由下面的模塊負(fù)責(zé)。兩個(gè)主機(jī)交換文件 文件傳送模塊主機(jī) 1主機(jī) 2文件傳送模塊只看這兩個(gè)文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交

22、給上層模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊 文件傳送模塊主機(jī) 1主機(jī) 2文件傳送模塊只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對(duì)方把文件交給下層模塊進(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊 文件傳送模塊主機(jī) 1主機(jī) 2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長(zhǎng)度等。分層的好處 l各層之間是獨(dú)立的。l靈活性好。l結(jié)構(gòu)上可分割開(kāi)。l易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。l能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。 層數(shù)多少要適當(dāng) l若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。l層數(shù)太多又會(huì)在描述和

23、綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。 1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) lTCP/IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。l但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒(méi)有具體內(nèi)容。l因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) l應(yīng)用層(application layer) l運(yùn)輸層(transport layer) l網(wǎng)絡(luò)層(network layer) l數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) l物理層(physical layer) 數(shù)據(jù)鏈路層5 應(yīng)用層4 運(yùn)輸層3 網(wǎng)絡(luò)層2 數(shù)據(jù)鏈路層1 物理層

24、主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層 PDU主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2IP 數(shù)據(jù)報(bào)再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)

25、送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) l應(yīng)用層(application layer) 5432154321物理傳輸媒體主機(jī) 1AP2AP1電信號(hào)（或光信號(hào)）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層主機(jī) 2主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送

26、數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)應(yīng)用層首部H51010011010010

27、1 比 特 流 110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 210100110100101 比 特 流 110101110101計(jì)算機(jī) 2 的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2數(shù)據(jù)鏈路

28、層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)

29、用層 PDU 首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！協(xié)議很復(fù)雜 l協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計(jì)到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 l看一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，而且還必須非常仔細(xì)地檢查這個(gè)協(xié)議能否應(yīng)付各種異常情況。 著名的協(xié)議舉例【例1-1】 l 占據(jù)東、西兩個(gè)山頂?shù)乃{(lán)軍1和藍(lán)軍2與駐扎在山谷的白軍作戰(zhàn)。其力量對(duì)比是：?jiǎn)为?dú)的藍(lán)軍1或藍(lán)軍2打不過(guò)白軍，但藍(lán)軍1和藍(lán)軍2協(xié)同作戰(zhàn)則可戰(zhàn)勝白軍。現(xiàn)藍(lán)軍1擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計(jì)算機(jī)發(fā)送電文給藍(lán)軍2。但通信線路很不好，電文出錯(cuò)或丟失的可能性較大（沒(méi)有電話可使用）。因此要求收到電文的友軍必須送回一個(gè)確認(rèn)電文。但此確認(rèn)電文也可能出錯(cuò)或丟失。試問(wèn)能否設(shè)計(jì)出一種協(xié)議使得藍(lán)軍1和藍(lán)軍2能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定（即100 %而不是99.999%）取得勝利？ 同意收到：收到“同意”結(jié)論l這樣無(wú)限循環(huán)下去，兩邊的藍(lán)軍都始終無(wú)法確定自己最后發(fā)出的電文對(duì)方是否已經(jīng)收到。l沒(méi)有一種協(xié)議能夠藍(lán)軍能 100% 獲勝。1.7.5 TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4