CH1-2課時(謝希仁第六版)

1、計算機網絡課件 制作人：謝希仁計算機網絡 劉杰民 189-0334-基礎樓213 計算機網絡課件 制作人：謝希仁第 1 章 概述課時安排：2課時課件制作人：謝希仁第 1 章 概述（本章共有本章共有7個部分組成）個部分組成）1.1 計算機網絡在信息時代中的作用計算機網絡在信息時代中的作用1.2 因特網概述因特網概述 1.2.1 網絡的網絡 1.2.2 因特網的起源和發(fā)展 1.2.3 因特網的標準化工作1.3 因特網的組成因特網的組成 1.3.1 因特網的邊緣部分 1.3.2 因特網的核心部分課件制作人：謝希仁1.4 計算機網絡在我國的發(fā)展計算機網絡在我國的發(fā)展1.5 計算機網絡的類別計算機網絡的

2、類別 1.5.1 計算機網絡的定義 1.5.2 幾種不同類別的網絡1.6 計算機網絡的性能計算機網絡的性能 1.6.1 計算機網絡的性能指標 1.6.2 計算機網絡的非性能特征課件制作人：謝希仁1.7 計算機網絡的體系結構計算機網絡的體系結構1.7.1 計算機網絡體系結構的形成1.7.2 協(xié)議與劃分層次1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結構1.7.4 實體、協(xié)議、服務和服務訪問點1.7.5 TCP/IP 的體系結構課件制作人：謝希仁1.1 計算機網絡在信息時代的作用n21 世紀的一些重要特征就是數字化、網絡化和信息化，它是一個以網絡為核心的信息時代。n網絡現已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經濟的重要

3、基礎。n網絡是指三網，即電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡。n發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網絡。 課件制作人：謝希仁因特網(Internet)的發(fā)展n進入 20 世紀 90 年代以后，以因特網為代表的計算機網絡研究與應用得到了飛速的發(fā)展。 1998 - 2000年：IPv6網絡的研究 2001 - 2002年：移動互聯網研究階段 2003年左右： 新一代傳感器網絡（物聯網）研究階段 已從最初的教育科研網絡逐步發(fā)展成為商業(yè)網絡。n已成為僅次于全球電話網的世界第二大網絡。 課件制作人：謝希仁因特網的重要性和地位n信息的傳遞要依靠網絡，因此實現信息化離不開完善的網絡。網絡已成為信息社會的命脈和

4、重要基礎 現在有三種最主要的網絡：n電信網絡（電話網）n有線電視網絡n計算機網絡n在這三種網絡中，計算機網絡的發(fā)展最快，其技術已成為信息時代的核心技術課件制作人：謝希仁計算機網絡向用戶提供的最重要的功能 n連通性計算機網絡使上網用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。 n共享即資源共享?？梢允切畔⒐蚕怼④浖蚕?，也可以是硬件共享。 課件制作人：謝希仁1.2 因特網概述1.2.1 網絡的網絡n起源于美國的因特網現已發(fā)展成為世界上最大的國際性計算機互聯網 n網絡(network)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成。 n互聯網是“網絡的網絡”(ne

5、twork of networks)。 n連接在因特網上的計算機都稱為主機(host)。 課件制作人：謝希仁請注意名詞“結點”n“結點”的英文名詞是 node。n雖然 node 有時也可譯為“節(jié)點”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點，這種節(jié)點很像竹竿上的“節(jié)”。n在網絡中的 node 的標準譯名是“結點”而不是“節(jié)點”。n但數據結構的樹(tree)中的 node 應當譯為“節(jié)點”。課件制作人：謝希仁網絡與因特網n網絡把許多計算機連接在一起。n因特網則把許多網絡連接在一起。 (a)(b)網絡互聯網（網絡的網絡）結點鏈路主機因特網課件制作人：謝希仁斯坦福斯坦福研究院研究院猶他大學猶他大學加州大學圣加州

6、大學圣巴巴拉分校巴巴拉分校加州大學洛加州大學洛杉磯分校杉磯分校ARPAnet1.2.2 因特網的起源課件制作人：謝希仁IMP4TIPIMP3IMP2DECPDP-!0XDS940IBM360/75XDS-7IMP1主機主機主機主機TT56kbit/SIMP- 接口信息處理機TIP- 終端接口處理機加州大學洛杉磯分校（UCLA） 斯坦福研究院（SRI） 加州大學圣巴巴拉分校（UCSB） 猶他大學（Utah） ARPAnet的拓撲結構的拓撲結構課件制作人：謝希仁 73年文特.塞爾夫和羅伯特.卡恩提出了用于不同類型計算機網互通的TCP/IP協(xié)議。1980年，ARPAnet上的所有計算機開始了TCP/

7、IP協(xié)議轉換工作，1983年，ARPAnet的全部計算機完成了向TCP/IP的轉換。以 ARPAnet為主干網建立了初期的Internet。 1984年，美國國家科學基金會NSF規(guī)劃建立了13個國家超級計算中心 及國家教育科技網,100多所大學校園網互連, NSFnet替代了 ARPAnet的骨干地位。 1988年，Internet開始對外開放。1990年， ARPAnet退出了歷史舞臺。自己建立軍用網絡Milnet1991年，美國的三家公司組成了“商用internet協(xié)會”（CIEA）使工商 企業(yè)進入Internet 。世界各地無數的企業(yè)及個人紛紛涌入 Internet ，于是，其 勢一發(fā)不

8、可收拾。帶來Internet發(fā)展史 上一個新的飛躍。 Internet目前已經聯系著超過160個國家和地區(qū)、直接的用戶超過13億，成為世界上信息資源最豐富的公共網絡。課件制作人：謝希仁1.2.2 因特網發(fā)展的三個階段n第一階段是從單個網絡 ARPANET 向互聯網發(fā)展的過程。 1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標準協(xié)議。人們把 1983 年作為因特網的誕生時間。 課件制作人：謝希仁三級結構的因特網 n第二階段的特點是建成了三級結構的因特網。 三級計算機網絡，分為主干網、地區(qū)網和校園網（或企業(yè)網）。 課件制作人：謝希仁多層次 ISP 結構的因特網 n第三階段的特點是逐漸形

9、成了多層次 ISP 結構的因特網。 出現了因特網服務提供者 ISP (Internet Service Provider)。 用戶因特網ISP1ISP2因特網服務提供者用戶通過 ISP 上網根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP 地址數目的不同，地址數目的不同，ISP 也分成為不同的層次。也分成為不同的層次。 大公司公司本地 ISPAB主機主機A 本地本地 ISP 地區(qū)地區(qū) ISP 主干主干 ISP 地區(qū)地區(qū) ISP 本地本地 ISP 主機主機B本地 ISP主干 ISP本地 ISP本地 ISP地區(qū) ISP主干 ISP主干 ISP地區(qū) ISP地區(qū) ISP

10、地區(qū) ISP本地 ISP本地 ISPIXP本地 ISP校園網校園網下面是具有三層下面是具有三層 ISP 結構的因特網的概念示意圖結構的因特網的概念示意圖 課件制作人：謝希仁到到 2012 年年 3 月，全球已經有月，全球已經有 91 個國家擁有個國家擁有 IXP，其中擁有其中擁有 10 個以上個以上 IXP 的國家僅有的國家僅有 9 個，個，而僅擁有一個而僅擁有一個 IXP 的有的有 48 個國家。個國家。 課件制作人：謝希仁萬維網 WWW 的問世的問世n因特網已經成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網絡，沒有人能夠準確說出因特網究竟有多大。n因特網的迅猛發(fā)展始于 20 世紀 90 年代。

11、由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬維網 WWW (World Wide Web)被廣泛使用在因特網上，大大方便了廣大非網絡專業(yè)人員對網絡的使用，成為因特網的這種指數級增長的主要驅動力。 課件制作人：謝希仁1.2.3 關于因特網的標準化工作因特網協(xié)會 ISOC因特網研究指導小組IRSG 因特網研究部 IRTF 因特網工程部 IETF 因特網工程指導小組IESG RGWGRG領域領域因特網體系結構研究委員會 IAB WGWGWG課件制作人：謝希仁制訂因特網的正式標準要經過以下的四個階段 n因特網草案(Internet Draft) 在這個階段還不是 RFC 文檔。n建議標準(Proposed

12、 Standard) 從這個階段開始就成為 RFC 文檔。n草案標準(Draft Standard)n因特網標準(Internet Standard) 課件制作人：謝希仁各種RFC之間的關系 因特網草案建議標準草案標準因特網標準歷史的 RFC實驗的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFC課件制作人：謝希仁1.3 因特網的組成 從因特網的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分邊緣部分 由所有連接在因特網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。(2) 核心部分核心部分 由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（

13、提供連通性和交換）。因特網的核心部分因特網的核心部分因特網的邊緣部分因特網的邊緣部分主機網絡路由器因特網的邊緣部分與核心部分課件制作人：謝希仁1.3.1 因特網的邊緣部分n處在因特網邊緣的部分就是連接在因特網上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)(end system)。n “主機 A 和主機 B 進行通信”，實際上是指：“運行在主機 A 上的某個程序和運行在主機 B 上的另一個程序進行通信”。n即“主機 A 的某個進程和主機 B 上的另一個進程進行通信”?；蚝喎Q為“計算機之間通信” 課件制作人：謝希仁兩種通信方式在網絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通常可劃分為兩大類：n客戶服務器方式（

14、C/S 方式） 即Client/Server方式 n對等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 課件制作人：謝希仁1. 客戶服務器方式n客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。n客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。n客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方。運行客戶程序網絡邊緣網絡核心運行服務器程序AB 請求服務請求服務 得到服務得到服務客戶服務器客戶 A 向服務器 B 發(fā)出請求服務，而服務器 B 向客戶 A 提供服務。課件制作人：謝希仁客戶軟件的特點 n被用戶調用后運行，在打算通信時主動向遠地服務器發(fā)起通信（請求服務）。因

15、此，客戶程序必須知道服務器程序的地址。n不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng)。 課件制作人：謝希仁服務器軟件的特點 n一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。n系統(tǒng)啟動后即自動調用并一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務器程序不需要知道客戶程序的地址。n一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。課件制作人：謝希仁2. 對等連接方式 n對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方。n只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。n雙方

16、都可以下載對方已經存儲在硬盤中的共享文檔。 課件制作人：謝希仁對等連接方式的特點n對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。n例如主機 C 請求 D 的服務時，C 是客戶，D 是服務器。但如果 C 又同時向 F提供服務，那么 C 又同時起著服務器的作用。網絡邊緣網絡核心運行P2P 程序運行P2P 程序DCEF運行P2P 程序運行P2P 程序課件制作人：謝希仁1.3.2 因特網的核心部分n網絡核心部分是因特網中最復雜的部分。n網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種

17、形式的數據）。n在網絡核心部分起特殊作用的是路由器(router)。n路由器是實現分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉發(fā)收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。 課件制作人：謝希仁路由器的重要任務n路由器是實現分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉發(fā)收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。 課件制作人：謝希仁1. 電路交換的主要特點n兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。 課件制作人：謝希仁更多的電話機互相連通n5 部電話機兩兩相連，需 10 對電線。nN 部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。n當電話機的數量很大

18、時，這種連接方法需要的電線對的數量與電話機數的平方成正比。 課件制作人：謝希仁使用交換機n當電話機的數量增多時，就要使用交換機來完成全網的交換任務。 交換機課件制作人：謝希仁“交換”的含義n在這里，“交換”(switching)的含義就是轉接把一條電話線轉接到另一條電話線，使它們連通起來。n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。 課件制作人：謝希仁電路交換的特點n電路交換必定是面向連接的。 n電路交換的三個階段：n建立連接n通信n釋放連接課件制作人：謝希仁電路交換舉例nA 和 B 通話經過四個交換機n通話在 A 到 B 的連接上進行課件制作人：謝希仁電路交

19、換傳送計算機數據效率低n計算機數據具有突發(fā)性。n這導致通信線路的利用率很低。課件制作人：謝希仁報文2. 分組交換的主要特點 n在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸課件制作人：謝希仁數 據數 據數 據報文添加首部構成分組n每一個數據段前面添加上首部構成分組。首部首部首部分組 1分組 2分組 3請注意：現在左邊是“前面”課件制作人：謝希仁分組交換的傳輸單元n分組交換網以“分組”作為數據傳輸單元。n依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。數 據首部分組 1數 據首部分

20、組 2數 據首部分組 3課件制作人：謝希仁分組首部的重要性n每一個分組的首部都含有地址等控制信息。n分組交換網中的結點交換機根據收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉發(fā)到下一個結點交換機。n用這樣的存儲轉發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。課件制作人：謝希仁收到分組后剝去首部n接收端收到分組后剝去首部還原成報文。數 據首部分組 1數 據首部分組 2數 據首部分組 3收到的數據課件制作人：謝希仁數 據數 據數 據最后還原成原來的報文n最后，在接收端把收到的數據恢復成為原來的報文。n這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現差錯，在轉發(fā)時也沒有被丟棄。報文110100011010101011010101

21、1100010011010010課件制作人：謝希仁因特網的核心部分n因特網的核心部分是由許多網絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網的邊緣部分。n在因特網核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網絡邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。n主機的用途是為用戶進行信息處理的，并且可以和其他主機通過網絡交換信息。路由器的用途則是用來轉發(fā)分組的，即進行分組交換的。 H1H5H2H4H3H6路由器網絡網絡核心部分主機H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網絡核心部分主機課件制作人：謝希仁分組交換網的示意圖H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1 向

22、H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機課件制作人：謝希仁注意分組的存儲轉發(fā)過程H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器主機在路由器 E 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口最后到達目的主機 H5在路由器 C 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口課件制作人：謝希仁路由器n在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。n路由器處理分組的過程是：n把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；n查找轉發(fā)表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉發(fā)；n把分組送到適當的端口轉發(fā)出去。 課件制作人：謝希仁主機和路由器的作用不同n主機是為用

23、戶進行信息處理的，并向網絡發(fā)送分組，從網絡接收分組。n路由器對分組進行存儲轉發(fā)，最后把分組交付目的主機。課件制作人：謝希仁分組交換的優(yōu)點n高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 n靈活 以分組為傳送單位和查找路由。n迅速 不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組。n可靠 保證可靠性的網絡協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網絡有很好的生存性。 課件制作人：謝希仁分組交換帶來的問題n分組在各結點存儲轉發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。 n分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。 課件制作人：謝希仁存儲轉發(fā)原理并非完全新的概念 n在 20 世紀 40 年代，電報通信也采用了

24、基于存儲轉發(fā)原理的報文交換(message switching)。 n報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F在報文交換已經很少有人使用了。 三種交換的比較 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文A B C D A B C DA B C D報文交換電路交換分組交換t連接建立數據傳送報文P2P1連接釋放數據傳送的特點比特流直達終點報文報文報文分組 分組 分組存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)課件制作人：謝希仁計算機網絡的產生背景n是 20 世紀 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產物。n60 年代初，美國國防部領導的遠景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Projec

25、t Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強的網絡。n傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網有一個缺點：正在通信的電路中有一個交換機或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。n如要改用其他迂回電路，必須重新撥號建立連接。這將要延誤一些時間。 課件制作人：謝希仁新型網絡的基本特點n網絡用于計算機之間的數據傳送，而不是為了打電話。n網絡能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。n所有的網絡結點都同等重要，因而大大提高網絡的生存性。n計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。n網絡的結構應當盡可能地簡單，同時還能夠非常可靠地傳送數據。 課件

26、制作人：謝希仁ARPANET的成功使計算機網絡的概念發(fā)生根本變化 n早期的面向終端的計算機網絡是以單個主機為中心的星形網，各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機的硬件和軟件資源。 n分組交換網則是以網絡為中心，主機都處在網絡的外圍。用戶通過分組交換網可共享連接在網絡上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。 課件制作人：謝希仁從主機為中心到以網絡為中心主機終端以主機為中心以分組交換網為中心主機分組交換網課件制作人：謝希仁1. 4 計算機網絡在我國的發(fā)展l鐵道部在 1980 年開始進行計算機聯網實驗。l1989 年11 月我國第一個公用分組交換網 CNPAC 建成運行。 l1994年4月20日我國用64

27、kb/s專線正式連入因特網。l中國教育和科研計算機網CERNET (China Education and Research NETwork)，簡稱為中國教育網，是由國家投資建設，教育部負責管理，清華大學等高等學校承擔建設和管理運行的全國性學術計算機互聯網絡。l中國互聯網絡信息中心 CNNIC (Network Information Center of China)每年兩次公布的我國因特網的發(fā)展情況。課件制作人：謝希仁1.5 計算機網絡的分類n1.5.1 計算機網絡的不同定義n最簡單的定義：計算機網絡是一些互相連接的、自治的計算機的集合。n因特網(Internet)是“網絡的網絡”。課件制作

28、人：謝希仁1.5.2 幾種不同類別的網絡1. 從網絡的作用范圍進行分類n廣域網 WAN (Wide Area Network)n局域網 LAN (Local Area Network) n城域網 MAN (Metropolitan Area Network)n個人區(qū)域網 PAN (Personal Area Network) 課件制作人：謝希仁2. 不同使用者的網絡n從網絡的使用者進行分類n公用網 (public network) n專用網 (private network) 課件制作人：謝希仁3.用來把用戶接入到因特網的網絡n接入網 AN (Access Network)，它又稱為本地接入網

29、或居民接入網。n由 ISP 提供的接入網只是起到讓用戶能夠與因特網連接的“橋梁”作用。 課件制作人：謝希仁1.6 計算機網絡的性能1.6.1 計算機網絡的性能指標1. 速率n比特（bit）是計算機中數據量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。nBit 來源于 binary digit，意思是一個“二進制數字”，因此一個比特就是二進制數字中的一個 1 或 0。n速率即數據率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機網絡中最重要的一個性能指標。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等n速率往往是指額定速率或標稱速率。 課件制作人：謝希仁2. 帶寬 n“帶寬”(

30、bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。n現在“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率”的同義語，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 課件制作人：謝希仁常用的帶寬單位n更常用的帶寬單位是n千比每秒，即 kb/s （103 b/s）n兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）n吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）n太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）n請注意：在計算機界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。課件制作人：謝希仁數字信號流隨時間的變化n在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。

31、 每秒 106 個比特時間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時間每秒 4 106 個比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 課件制作人：謝希仁3. 吞吐量n吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。n吞吐量更經常地用于對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。n吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。 課件制作人：謝希仁4. 時延(delay 或 latency)n發(fā)送時延 發(fā)送數據時，數據幀從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。n也就是從發(fā)送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。 發(fā)送

32、時延 = 數據幀長度（b）發(fā)送速率（b/s）課件制作人：謝希仁時延(delay 或 latency)n傳播時延 電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。 n信號發(fā)送速率和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。 傳播時延 = 信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）課件制作人：謝希仁時延(delay 或 latency)n處理時延 交換結點為存儲轉發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。 n排隊時延 結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。n排隊時延的長短往往取決于網絡中當時的通信量。課件制作人：謝希仁時延(delay 或 latency)n數據經歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延

33、和排隊時延之和： 總時延 = 發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+處理時延課件制作人：謝希仁四種時延所產生的地方 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊列在鏈路上產生傳播時延結點 B結點 A在發(fā)送器產生發(fā)送時延(即傳輸時延)在結點 A 中產生處理時延和排隊時延數據從結點 A 向結點 B 發(fā)送數據鏈路課件制作人：謝希仁容易產生的錯誤概念 n對于高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是數據的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。 n提高鏈路帶寬減小了數據的發(fā)送時延。 課件制作人：謝希仁5. 時延帶寬積（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積 = 傳播時延 帶寬n鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。 時延帶寬積課件制作

34、人：謝希仁6. 利用率n信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。n網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。n信道利用率并非越高越好。 課件制作人：謝希仁時延與網絡利用率的關系n根據排隊論的理論，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。 n若令 D0 表示網絡空閑時的時延，D 表示網絡當前的時延，則在適當的假定條件下，可以用下面的簡單公式表示 D 和 D0之間的關系： UDD10U 是網絡的利用率，數值在 0 到 1 之間。 時延 D利用率 U10D0時延急劇增大課件制作人：謝希仁1.6.2 計算機網絡的非性能特征 n費用n質

35、量n標準化n可靠性n可擴展性和可升級性 n易于管理和維護 課件制作人：謝希仁1.7 計算機網絡的體系結構1.7.1 計算機網絡體系結構的形成n相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調工作才行，而這種“協(xié)調”是相當復雜的。 n“分層”可將龐大而復雜的問題，轉化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。 課件制作人：謝希仁關于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMn只要遵循 OSI 標準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。n在市場化方面 OSI 卻失敗了。nOSI 的專家們在完成 OSI 標準時沒有商業(yè)驅動力；nOSI 的協(xié)議實現起來過分復雜

36、，且運行效率很低；nOSI 標準的制定周期太長，因而使得按 OSI 標準生產的設備無法及時進入市場；nOSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復出現。課件制作人：謝希仁兩種國際標準n法律上的(de jure)國際標準 OSI 并沒有得到市場的認可。n是非國際標準 TCP/IP 現在獲得了最廣泛的應用。TCP/IP 常被稱為事實上的(de facto) 國際標準。課件制作人：謝希仁1.7.2 協(xié)議與劃分層次n計算機網絡中的數據交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。 n這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數據的格式以及有關的同步問題（同步含有時序的意思）。n網絡協(xié)議(network protocol)

37、，簡稱為協(xié)議，是為進行網絡中的數據交換而建立的規(guī)則、標準或約定。 課件制作人：謝希仁網絡協(xié)議的組成要素 n語法 數據與控制信息的結構或格式 。 n語義 需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。 n同步 事件實現順序的詳細說明。 課件制作人：謝希仁劃分層次的概念舉例 n主機 1 向主機 2 通過網絡發(fā)送文件。n可以將要做的工作進行如下的劃分。n第一類工作與傳送文件直接有關。n確信對方已做好接收和存儲文件的準備。n雙方協(xié)調好一致的文件格式。n兩個主機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責。課件制作人：謝希仁兩個主機交換文件 文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊只

38、看這兩個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行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊課件制作人：謝希仁再設計一個通信服務模塊 文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊只看這兩個通信服務模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務模塊通信服務模塊課件制作人：謝希仁再設計一個網絡接入模塊 文件傳送模塊主機 1主機 2文件傳送模塊通信服務模塊通信服務模塊網絡接入模塊網絡接入模塊通信網絡網絡接口網絡接口網絡接入模塊負責做與網絡接口細節(jié)有關的工作例如，規(guī)定傳輸的幀格式，幀的最大長度等。課件制作人：謝希仁分層的好處 n各層

39、之間是獨立的。n靈活性好。n結構上可分割開。n易于實現和維護。n能促進標準化工作。 課件制作人：謝希仁層數多少要適當 n若層數太少，就會使每一層的協(xié)議太復雜。n層數太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務時遇到較多的困難。 課件制作人：謝希仁計算機網絡的體系結構 n計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機網絡的各層及其協(xié)議的集合。 n體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。n實現(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。n體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。 課件制作人：謝

40、希仁1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結構 nTCP/IP 是四層的體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。n但最下面的網絡接口層并沒有具體內容。n因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優(yōu)點，采用一種只有五層協(xié)議的體系結構 。 課件制作人：謝希仁五層協(xié)議的體系結構 n應用層(application layer) n運輸層(transport layer) n網絡層(network layer) n數據鏈路層(data link layer) n物理層(physical layer) 數據鏈路層5 應用層4 運輸層3 網絡層2 數據鏈路層1 物理層主機 1 向主機 2 發(fā)

41、送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應用進程數據先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層 PDU主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應用層 PDU 再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層報文再傳送到網絡層加上網絡層首部，成為 IP 數據報（或分組）主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2IP 數據報再傳送到數據鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數據鏈路層幀主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 54321543

42、21主機 1AP2AP1主機 2數據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 1 向主機 2 發(fā)送數據 n應用層(application layer) 5432154321物理傳輸媒體主機 1AP2AP1電信號（或光信號）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 2主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2物理層接收到比特流，上交給數據鏈路層主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部取出數據部分，上交給網絡層主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 543215432

43、1主機 1AP2AP1主機 2網絡層剝去首部，取出數據部分上交給運輸層主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層剝去首部，取出數據部分上交給應用層主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應用層剝去首部，取出應用程序數據上交給應用進程主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2我收到了 AP1 發(fā)來的應用程序數據！主機 1 向主機 2 發(fā)送數據 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應 用 程 序 數 據應用層首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次應 用 程 序 數 據H5應 用 程 序 數 據H4H5應 用 程 序 數 據H3H4H5應 用 程 序 數 據H4運輸層首部H3網絡層首部H2鏈