計算機網(wǎng)絡(luò)(第 6 版)課件第一章

1、計算機網(wǎng)絡(luò)（第 6 版）課件電子工業(yè)出版社 2012 年 謝希仁 編著（使用（使用 OfficeXP或或 Office 2003 演示動畫）演示動畫）2網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)n1。重要性（網(wǎng)絡(luò)作用）n2。內(nèi)容（從通信原理）n3。特點（散，多，廣，難）n4。學(xué)習(xí)的幾個層次n5。學(xué)習(xí)要求（看書，上課，作業(yè)，實踐）n考勤3第 1 章 概述(建立網(wǎng)絡(luò)課程的整體框架，重點：交換，性能，體系)1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用1.2 因特網(wǎng)概述 1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) 1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段 1.2.3 因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作1.3 因特網(wǎng)的組成 1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分 1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分4

2、第 1 章 概述（續(xù)）1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的類別 1.5.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義 1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能1.6.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.6.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征5第 1 章 概述（續(xù)）1.7 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)1.7.4 實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點1.7.5 TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)61.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用n21 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，它是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代。n網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會的命

3、脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)。n網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)。（三網(wǎng)融合，一網(wǎng)多能）n發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)。 7因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展n進入 20 世紀(jì) 90 年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。n已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。n已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。 8因特網(wǎng)的意義n因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。n現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開因特網(wǎng)。 9計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能 n連通性計算機網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)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。

4、 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。 101.2 因特網(wǎng)概述1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)n起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計算機互聯(lián)網(wǎng) n網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(node)和連接這些結(jié)點的鏈路(link)組成。 n互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 n連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。 11請注意名詞“結(jié)點”n“結(jié)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(wǎng)絡(luò)中的 node 的標(biāo)準(zhǔn)譯名是“結(jié)點”而不是“節(jié)點”。n但數(shù)

5、據(jù)結(jié)構(gòu)的樹(tree)中的 node 應(yīng)當(dāng)譯為“節(jié)點”。12網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)n網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起。n因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 13(a)(b)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點鏈路14主機因特網(wǎng)151.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段n第一階段是從單個網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。 n1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。n人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時間。 16Internet 和 internet 的區(qū)別n以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。 n以大寫字母I開始的的

6、 Internet（因特網(wǎng)）則是一個專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計算機網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國的 ARPANET。17三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) n第二階段的特點是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 n三級計算機網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)NSFNET、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。 18多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) n第三階段的特點是逐漸形成了多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。n出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者 ISP (Internet Service Provider)。 （IP地址，通信線路，連網(wǎng)設(shè)備）nISP層次（提供服務(wù)的覆蓋面積大小，IP地址數(shù)目）n

7、NAP（Network Access Point）（向各ISP提供交換設(shè)備）n用戶也可以成為ISP 19用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務(wù)提供者用戶通過 ISP 上網(wǎng)根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP 地址數(shù)目的不同，ISP 也分成為不同的層次。 20大公司公司本地 ISPAB主機A 本地 ISP 地區(qū) ISP 主干 ISP 地區(qū) ISP 本地 ISP 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地區(qū) ISP本地 ISP本地 ISPIXP本地 ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)下面是具有三層 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的概念示意圖 21

8、到 2012 年 3 月，全球已經(jīng)有 91 個國家擁有 IXP，其中擁有 10 個以上 IXP 的國家僅有 9 個，而僅擁有一個 IXP 的有 48 個國家。 22萬維網(wǎng) WWW 的問世的問世n因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出因特網(wǎng)究竟有多大。n因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于 20 世紀(jì) 90 年代。由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬維網(wǎng) WWW (World Wide Web)被廣泛使用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。 23因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況 網(wǎng)絡(luò)數(shù) 主機數(shù) 用戶數(shù) 管理機構(gòu)數(shù)1980 10

9、 102 102 1001990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 103241.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作因特網(wǎng)協(xié)會 ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG 因特網(wǎng)研究部 IRTF 因特網(wǎng)工程部 IETF 因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG RGWGRG領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會 IAB WGWGWG25制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下的四個階段 n因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個階段還不是 RFC 文檔。n建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個階段開始就成為 RFC 文檔。n草案標(biāo)準(zhǔn)(D

10、raft Standard)n因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard) nRFC（Requst For Comments）26各種RFC之間的關(guān)系 因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的 RFC實驗的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFC271.3 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)上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（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）。28因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機網(wǎng)絡(luò)路

11、由器因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分291.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分n處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)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” 30兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)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(wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 n對等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 311.

12、客戶服務(wù)器方式n客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進程。n客戶服務(wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。n客戶是服務(wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。（請求/響應(yīng)）32運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行服務(wù)器程序AB 請求服務(wù) 得到服務(wù)客戶服務(wù)器客戶 A 向服務(wù)器 B 發(fā)出請求服務(wù)，而服務(wù)器 B 向客戶 A 提供服務(wù)。33客戶軟件的特點 （顧客）n被用戶調(diào)用后運行，在打算通信時主動向遠地服務(wù)器發(fā)起通信（請求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。n不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。 34服務(wù)器軟件的特點（銀行，飯店） n一種專門用來提供某種服務(wù)

13、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(diào)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(wù)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。352. 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(wù)請求方還是服務(wù)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雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。 36對等連接方式的特點n對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同

14、時是服務(wù)器。n例如主機 C 請求 D 的服務(wù)時，C 是客戶，D 是服務(wù)器。但如果 C 又同時向 F提供服務(wù)，那么 C 又同時起著服務(wù)器的作用。37網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行P2P 程序運行P2P 程序DCEF運行P2P 程序運行P2P 程序381.3.2 因特網(wǎng)的核心部分(重點一：交換)n網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。n網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)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（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。n在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。n路由器是實現(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，

15、這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 39路由器的重要任務(wù)n路由器是實現(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。 401. 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。 41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(dāng)電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。 42使用交換機n當(dāng)電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。 交換機43“交換”的含義n在這里，“交換”(switching)的含

16、義就是轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。（中轉(zhuǎn)站，交通樞紐）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。（誰，什么時候可以使用線路） 44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45電路交換舉例46電路交換舉例nA 和 B 通話經(jīng)過四個交換機n通話在 A 到 B 的連接上進行交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA47電路交換舉例nC 和 D 通話只經(jīng)過一個本地交換機n通話在 C 到 D 的連接上進行交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA48電路交換傳送計算

17、機數(shù)據(jù)效率低（臨時性獨占，線路共享性差）n計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。n這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。49報文2. 分組交換的主要特點 （存儲轉(zhuǎn)發(fā)，短，并行，線路共享性利用率好）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(shù)據(jù)段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸50數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報文添加首部構(gòu)成分組n每一個數(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請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”51分組交換的傳輸單元n分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)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(shù) 據(jù)首部分

18、組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 352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(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。n用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。53收到分組后剝?nèi)ナ撞縩接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。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)54數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)最后還原成原來的報文n最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)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(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。報文110100011010101011010101110001001101

19、001055因特網(wǎng)的核心部分n因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網(wǎng)的邊緣部分。n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(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進行分組交換的。 56H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機57H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機58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

20、組路徑的變化！路由器主機59注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器主機在路由器 E 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達目的主機 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60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(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)；n把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。 61主機和路由器的作用不同n主機是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。n路由器對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把

21、分組交付目的主機。62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(wǎng)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。 63分組交換帶來的問題n分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)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。 64存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念 n在 20 世紀(jì) 40 年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)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。現(xiàn)在報文交換已經(jīng)

22、很少有人使用了。 65三種交換的比較(重要) 時延計算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(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)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(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)66計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景n是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。n60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡(luò)。n傳統(tǒng)的電路交換(circuit swi

23、tching)的電信網(wǎng)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?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。 67新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點n網(wǎng)絡(luò)用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。n網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)結(jié)點都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。n計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。n網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時還能夠非常可靠地傳送數(shù)據(jù)。 68ARPANET的成功使計算機網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化 n早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)是以單個主機為中心的星形網(wǎng)n各終端通過通信線路共享昂貴的

24、中心主機的硬件和軟件資源。 n分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。n用戶通過分組交換網(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。 69從主機為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心主機終端以主機為中心以分組交換網(wǎng)為中心主機分組交換網(wǎng)70習(xí)題nP34n1-10，1-11，1-17，1-18711. 4 計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展l鐵道部在 1980 年開始進行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗。l1989 年11 月我國第一個公用分組交換網(wǎng) CNPAC 建成運行。 l1994年4月20日我國用64 kb/s專線正式連入因特網(wǎng)。l中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET (China Education and Resear

25、ch NETwork)，簡稱為中國教育網(wǎng)，是由國家投資建設(shè)，教育部負責(zé)管理，清華大學(xué)等高等學(xué)校承擔(dān)建設(shè)和管理運行的全國性學(xué)術(shù)計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。l中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心 CNNIC (Network Information Center of China)每年兩次公布的我國因特網(wǎng)的發(fā)展情況。721.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類n1.5.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的不同定義n最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計算機的集合。(分散，自治，互連，共享)n因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。731.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)n1. 從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類n廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Netwo

26、rk)n局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) n城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network)n個人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network) 742. 不同使用者的網(wǎng)絡(luò)n從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類n公用網(wǎng) (public network) n專用網(wǎng) (private network) 75用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)n接入網(wǎng) AN (Access Network)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。n由 ISP 提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的“橋梁”作用。 761.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能1.6.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.

27、 速率（數(shù)據(jù)率，碼元率）n比特（bit）是計算機中數(shù)據(jù)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(shù)字”，因此一個比特就是二進制數(shù)字中的一個 1 或 0。n速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。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(biāo)稱速率。 772. 帶寬 n“帶寬”(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(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或

28、 b/s (bit/s)。 78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。（通信領(lǐng)域有時指10的冪次，小寫）79數(shù)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。 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 803. 吞吐量n吞吐

29、量(throughput)表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。n吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。n吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。 814. 時延(delay 或 latency)n傳輸時延（發(fā)送時延 ） 發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間/從媒體進入結(jié)點時間。（出門時間/進門時間）n也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)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)送時延 = 數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（發(fā)送速率）（比特/秒）82時延(delay 或 latency)n傳播時延 電磁波在信道中

30、需要傳播一定的距離而花費的時間。 n信號傳輸速率（即發(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）83時延(delay 或 latency)n處理時延 交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。 n排隊時延 結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。n排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。84時延(delay 或 latency)n數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延（端到端時延）就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和： 總時延 = 發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延85四種時延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器

31、隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點 B結(jié)點 A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結(jié)點 A 中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)從結(jié)點 A 向結(jié)點 B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路86時延計算例題n在下圖所示的采用“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”方式分組的交換網(wǎng)絡(luò)中，所有鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速度為100Mbps，分組大小為1000B，其中分組頭大小20B，若主機H1向主機H2發(fā)送一個大小為980000B的文件，則在不考慮分組拆裝時間和傳播延遲的情況下，從H1發(fā)送到H2接收完為止，需要的時間至少是（ ） 872010年全國研究生考試計算機年全國研究生考試計算機統(tǒng)考試題統(tǒng)考試題一、單選題 34小題nA.80ms B.80.08 C.80.16ms D

32、.80.24ms 88注意：發(fā)送延遲、傳播延遲、處理延遲、存儲轉(zhuǎn)發(fā)延遲的概念n解答：由題設(shè)可知，分組攜帶的數(shù)據(jù)長度為980B，文件長度為980000B，需要拆分為1000個分組，加上頭部之后，每個分組大小為1000B，總共需要傳送的數(shù)據(jù)量大小為1MB。由于所有的數(shù)據(jù)傳輸速率相同，因此文件傳輸經(jīng)過最短路徑時所需時間最少，最短路勁經(jīng)過分組交換機。當(dāng)t=1M*8/100Mbps = 80ms時，H1發(fā)送完最后一個比特；到達目的地，最后一個分組，需經(jīng)過2個分組交換機的轉(zhuǎn)發(fā)，每次轉(zhuǎn)發(fā)的時間為t0 = 1K8/100Mbps = 0.08ms，所以，在不考慮分組拆裝時間和傳播延時的情況下，當(dāng)t = 80m

33、s + 2t0= 80.16ms時，H2接受完文件，即所需的時間至少為80.16ms。 892013年全國研究生考試計算機年全國研究生考試計算機統(tǒng)考試題統(tǒng)考試題一、單選題 35小題n 主機甲通過1 個路由器（存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式）與主機乙互聯(lián)，兩段鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率均為10Mbps，主機甲分別采用報文交換和分組大小為10 kb 的分組交換向主機乙發(fā)送1 個大小為8 Mb（1M=106）的報文。.若忽略鏈路傳播延遲、分組頭開銷和分組拆裝時間，則兩種交換方式完成該報文傳輸所需的總時間分別為nA. 800 ms、1 600 ms B. 801 ms、1 600 msnC. 1 600 ms、800 ms D

34、. 1 600 ms、801 ms90n35. Dn解析：不進行分組時，發(fā)送一個報文的時延是8 Mb/10 Mb/s=800 ms，在接收端接收此報文件的時延也是800 ms，共計1 600 ms。進行分組后，發(fā)送一個報文的時延是1kb/10Mb/s=1 ms，接收一個報文的時延也是1 ms，但是在發(fā)送第二個報文時，第一個報文已經(jīng)開始接收。共計有800 個分組，總時間為801 ms。91容易產(chǎn)生的錯誤概念 n對于高速網(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。 n提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。n返回三種交換時空圖 925. 時延帶寬積（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積

35、 = 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。 (容量) 時延帶寬積93往返時延 RTTn往返時延 RTT (Round-Trip Time) 表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認（接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認），總共經(jīng)歷的時延。946. 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(shù)據(jù)通過）。完全空閑的信道的利用率是零。n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。n信道利用率并非越高越好。 95時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系n根據(jù)排隊論的理論，當(dāng)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(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D 表示

36、網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延，則在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡單公式表示 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。 96時延 D利用率 U10D0時延急劇增大971.6.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 n費用n質(zhì)量n標(biāo)準(zhǔn)化n可靠性n可擴展性和可升級性 n易于管理和維護 981.7 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（重點）（分層，功能，協(xié)議，抽象）n1.7.1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成n相互通信的兩個計算機系統(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。 n“分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)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。 99關(guān)于開放系統(tǒng)互

37、連參考模型OSI/RMn只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)時沒有商業(yè)驅(qū)動力；nOSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低；nOSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)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(fù)出現(xiàn)。 100兩種國際標(biāo)準(zhǔn)n法律上的(de jure)國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場的認可。n是非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。nTCP/IP 常被稱為事實上的(de fac

38、to) 國際標(biāo)準(zhǔn)。1011.7.2協(xié)議與劃分層次n計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。 n這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時序的意思）。n網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡稱為協(xié)議，是為進行網(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。 102網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素 n語法 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)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(yīng)。 n同步 事件實現(xiàn)順序的詳細說明。 103劃分層次的概念舉例 n主機 1 向主機 2 通過網(wǎng)絡(luò)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(guān)。n確信對方已

39、做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。n雙方協(xié)調(diào)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(zé)。104兩個主機交換文件 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105再設(shè)計一個通信服務(wù)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(wù)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(wù)模塊通信服務(wù)模塊106再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)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(wù)模塊通信服務(wù)模塊

40、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)接入模塊負責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。107分層的好處 n各層之間是獨立的。n靈活性好。n結(jié)構(gòu)上可分割開。n易于實現(xiàn)和維護。n能促進標(biāo)準(zhǔn)化工作。 108層數(shù)多少要適當(dāng) n若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。n層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難。 109計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) n計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 n體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。n實現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)

41、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(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。 1101.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) nTCP/IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。n但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)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(jié)構(gòu) 。 111五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) n應(yīng)用層(application layer) n運輸層(transport layer) n網(wǎng)絡(luò)層(network layer) n數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) n物理層(physica

42、l layer) 數(shù)據(jù)鏈路層5 應(yīng)用層4 運輸層3 網(wǎng)絡(luò)層2 數(shù)據(jù)鏈路層1 物理層112主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應(yīng)用進程數(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 PDU113主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應(yīng)用層 PDU 再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文114主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報（或分組）115主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2

43、AP1主機 2IP 數(shù)據(jù)報再傳送到數(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116主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 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117主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) n應(yīng)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 2118主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層119主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù)

44、 5432154321主機 1AP2AP1主機 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120主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給運輸層121主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層122主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進程123主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)

45、用程序數(shù)據(jù)！124主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101 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運輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部125主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 210100110100101 比 特 流 110101110101計算機 2 的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路

46、層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)126H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2數(shù)據(jù)鏈路層剝?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)127H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層128H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2運

47、輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層129應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進程130主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP1主機 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！1311.7.4 實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點（協(xié)議，服務(wù)，接口） n實體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。 n協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。 n在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一

48、層提供服務(wù)。n要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。 132實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點（續(xù)） n本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議。n下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的。 n協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則。n服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。n同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點 SAP (Service Access Point)。 133實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點（續(xù)） 協(xié)議(n + 1)SAPSAP交換原語交換原語實體(n + 1)服務(wù)提供者第 n 層第 n + 1 層實體(n + 1)服務(wù)用戶實體(n)實體(n)協(xié)議(n)134協(xié)議很復(fù)雜