計算機網(wǎng)絡(luò)概述

1、計算機網(wǎng)絡(luò)尉哲明Y課程的任務(wù)、目的和基本要求掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)掌握數(shù)據(jù)通信的基本原理掌握計算機網(wǎng)絡(luò)各層協(xié)議的基本工作原理掌握Internet的特點和具體實現(xiàn)方法為以后計算機網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用的專題學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)了解網(wǎng)絡(luò)信息安全與信息管理方面的知識。 實驗課：了解計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基本實現(xiàn)技術(shù)， 掌握C/S模式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件的編程方法主要教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配引言 3數(shù)據(jù)通信的基本原理 10計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 4物理接口 4數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 10介質(zhì)訪問控制子層與局域網(wǎng) 10網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議 10Internet傳輸層協(xié)議 8Internet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 5共計（包括實驗課28學(xué)時）

2、 642892計算機網(wǎng)絡(luò)與通信主要參考書A.S Tanenbaum，Computer Networks（v5）， Prentice Hall，2011J F.Kurose，Computer Networking（v5）（自頂向下方法與Internet特色） ，Higher Education Press，2010謝希仁，計算機網(wǎng)絡(luò)（第6版），電子工業(yè)出版社，2013謝謙、向國全、郭拯危，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教程，河南大學(xué)計算機科學(xué)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)課程組Jeanna Matthews，計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教程，人民郵電出版社吳功宜等，計算機網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計，機械工業(yè)出版社，2012實驗實驗: 28學(xué)時, 除做1個協(xié)議實

3、現(xiàn)實驗、（3）個協(xié)議驗證實驗、1個組網(wǎng)實驗外，選作一個課程設(shè)計, 第3周開始。習(xí)題：第2周開始。 引 言計算機是20世紀(jì)人類最偉大的發(fā)明之一，它的產(chǎn)生使人類從工業(yè)社會走向信息社會；在計算機技術(shù)高速發(fā)展和得到廣泛應(yīng)用的同時，通信技術(shù)也在飛速發(fā)展，如全球范圍內(nèi)的電話通信系統(tǒng)，光纖通信系統(tǒng)，無線與衛(wèi)星通信系統(tǒng)； 20世紀(jì)末，計算機技術(shù)與通信技術(shù)密切結(jié)合的產(chǎn)物計算機網(wǎng)絡(luò)得到了空前的發(fā)展，曾經(jīng)獨立發(fā)展的電信網(wǎng)、移動網(wǎng)、電視網(wǎng)和計算機網(wǎng)融為一網(wǎng)，信息產(chǎn)業(yè)以最快的速度發(fā)展為全社會經(jīng)濟(jì)中最為強勁的部門。 引言計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史計算機網(wǎng)絡(luò)的一般概念 國內(nèi)外典型網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史面向終端的

4、計算機通信網(wǎng)分組交換網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究 Internet的應(yīng)用與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 無線網(wǎng)絡(luò) 面向終端的計算機通信網(wǎng) 面向終端的計算機通信網(wǎng)面向終端的計算機通信網(wǎng)面向終端的計算機通信網(wǎng)在60年代得到很大發(fā)展，其中最著名的是美國的半自動地面防空系統(tǒng)SAGE和美國飛機定票系統(tǒng)SABRE I，美國通用電氣公司的信息服務(wù)網(wǎng)（GE Information Services Network）是世界上最大的商用數(shù)據(jù)處理分時網(wǎng)絡(luò)之一，覆蓋范圍從美國延伸到加拿大，歐洲，澳大利亞和日本。這一階段的研究，對數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展起到重要推動作用，也為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 Back分組交換網(wǎng) 隨著技

5、術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多臺計算機互連的需求，希望將分布在不同地點的計算機，通過通信線路互連成為“計算機計算機”的網(wǎng)絡(luò)。典型代表是美國國防部高級研究計劃局（ARPA，Advanced Research Project Agency）的ARPANET。該網(wǎng)絡(luò)也叫“可生存系統(tǒng)”。這就要求這種網(wǎng)絡(luò)在遭受核戰(zhàn)爭或自然災(zāi)害后仍能繼續(xù)工作，而傳統(tǒng)的通信線路與電話交換網(wǎng)無法實現(xiàn)這種要求，如早期的電話交換網(wǎng)中，一條中繼線或一個交換機的損壞，就有可能導(dǎo)致電話通信的中斷。分組交換網(wǎng)設(shè)計一個計算機網(wǎng)絡(luò)需要選擇合適的通信系統(tǒng)。早期的通信系統(tǒng)中，最主要且應(yīng)用最廣泛的是電話交換系統(tǒng)。電話交換系統(tǒng)的本質(zhì)是電路交換。利用電話交換線路

6、來傳送計算機或終端的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)新的問題：用戶應(yīng)支付的通信線路費用是按用戶占用線路的時間來計算的。電話交換中，用于建立通路的呼叫過程對計算機通信來說也太長。計算機與各種終端的傳送速率不同。計算機通信要求能非常可靠并準(zhǔn)確無誤地傳送每一個比特。基于以上原因，必須尋找出適合于計算機通信的新的交換技術(shù)。 分組交換網(wǎng)分組交換的概念最初在1964年提出，1969年12月，美國第一個使用分組交換技術(shù)的ARPANET投入運行，雖然當(dāng)時只有四個節(jié)點，但對分組交換技術(shù)的研究起了重要作用。 分組交換網(wǎng)要完成數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)通信兩大功能，在結(jié)構(gòu)上也可分成兩部分：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理的計算機與終端（資源子網(wǎng)、邊緣部分、端系統(tǒng)）；負(fù)

7、責(zé)數(shù)據(jù)通信的通信控制處理機與通信線路（通信子網(wǎng)、核心部分）。 70年代中期，世界上便出現(xiàn)了由郵電部門或通信公司統(tǒng)一組建和管理的公用分組交換網(wǎng)，即公用數(shù)據(jù)網(wǎng)PDN，早期的PDN采用模擬通信的電話交換網(wǎng)，新型的PDN則采用數(shù)字傳輸技術(shù)和分組交換方法。典型的公用分組交換網(wǎng)有：美國的TELENET，加拿大的DATAPAC，法國的TRANSPAC，英國的PSS，日本的DDX等，我國于1989年11月建成CNPAC。 分組交換網(wǎng) 通信子網(wǎng) （分組交換網(wǎng)）主 機主 機主 機主 機ARPANET的成功使計算機網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化 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)各終端通過通信線路共享昂貴

8、的中心主機的硬件和軟件資源。 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。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。 從主機為中心-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)分組交換網(wǎng)PDN為計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了良好的外部通信條件，與公用電話交換網(wǎng)相似，它可以為更多的用戶提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)。以上討論的是利用遠(yuǎn)程通信線路組建的廣域網(wǎng)，隨著計算機的廣泛應(yīng)用，局部地區(qū)計算機連網(wǎng)的需求日益強烈。70年代初期，一些大學(xué)、研究所為把實驗室或校園內(nèi)多臺計算機互連，開始了局域網(wǎng)絡(luò)的研究，1972年美國加州大學(xué)研制了Newhall網(wǎng)，1976年美國Xerox

9、公司研究了總線拓?fù)涞膶嶒炐訣thernet網(wǎng)，1974年英國劍橋大學(xué)研制了Cambridge Ring網(wǎng)。這些研究成果對80年代局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展起了十分重要的作用。Back網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，一些大的計算機公司紛紛開展計算機網(wǎng)絡(luò)的研究與產(chǎn)品開發(fā)工作，同時提出了各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如IBM公司的SNA，DEC公司的DNA與UNIVAC公司的DCA。第三階段，網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究取得重大進(jìn)展，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制訂和頒布了OSI模型（開放系統(tǒng)互連參考模型，OSI RM，Open System Interconnection Refer

10、ence Model），80年代，ISO與CCITT分別為各個層次制訂了一系列協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。盡管對ISO/OSI RM的評價褒貶不一，但其研究成果對推動網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)理論發(fā)展的作用是重大的。 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的研究與此同時，局域網(wǎng)技術(shù)的研究也取得了突破性進(jìn)展。廣域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，微型機的廣泛應(yīng)用，推動了局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。80年代，Ethernet、Token Ring、Token Bus形成了三足鼎立之勢，且已有了國際標(biāo)準(zhǔn)；光纖分布式數(shù)字接口FDDI在高速與主干網(wǎng)應(yīng)用方面起了重要作用。90年代，局域網(wǎng)技術(shù)在傳輸介質(zhì)、局域網(wǎng)操作系統(tǒng)和客戶機/服務(wù)器模式等方面取得了突破性的進(jìn)展，使局域網(wǎng)進(jìn)入成熟階

11、段；TCP/IP協(xié)議的廣泛應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)也發(fā)展到一個嶄新的階段。BackInternet的應(yīng)用與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 Internet是覆蓋全球的信息基礎(chǔ)設(shè)施，用戶可利用Internet實現(xiàn)全球范圍的電子郵件，WWW信息查詢與瀏覽，電子新聞，文件傳輸，語音與圖象通信服務(wù)等功能。Internet是一個用路由器實現(xiàn)多個廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)互連的大型網(wǎng)際網(wǎng)。高速網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展主要表現(xiàn)在高速局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng)、虛擬局域網(wǎng)和B-ISDN、ATM技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已成為衡量21世紀(jì)綜合國力與企業(yè)競爭力的重要標(biāo)準(zhǔn)。1993年9月，美國宣布NII（國家信息基礎(chǔ)設(shè)施）計劃，該計劃被形象地稱為信息高速

12、公路。接著，世界各國紛紛制訂各自的信息高速公路建設(shè)計劃，1995年2月全球信息基礎(chǔ)設(shè)施委員會成立。 “全球一網(wǎng)”，任何人，在任何地點與任何時間都能使用各種通信服務(wù)。Back 無線網(wǎng)絡(luò)無線本地連接-藍(lán)牙技術(shù)無線局域網(wǎng)-IEEE802.11寬帶無線網(wǎng)-IEEE802.16Back計算機網(wǎng)絡(luò)的一般概念計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)的組成端系統(tǒng)的通信方式 網(wǎng)絡(luò)核心部分計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能計算機網(wǎng)絡(luò)的定義定義一批獨立自治的計算機系統(tǒng)的互連集合體。說明獨立自治的計算機系統(tǒng)，互連的手段是各種各樣的協(xié)議，在 Protocol 的支持下進(jìn)行工作。計算機網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起。因特網(wǎng)則把

13、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)點鏈路Back計算機網(wǎng)絡(luò)的組成一般講，計算機網(wǎng)絡(luò)由計算機系統(tǒng)、通信鏈路和網(wǎng)絡(luò)結(jié)點組成。例從功能上劃分，可以將計算機網(wǎng)絡(luò)分為兩部分。資源子網(wǎng):主要包括擁有資源的用戶主機和請求資源的用戶終端、通信子網(wǎng)接口設(shè)備和軟件等，提供訪問網(wǎng)絡(luò)和處理數(shù)據(jù)的能力。通信子網(wǎng):提供網(wǎng)絡(luò)通信功能，完成主機之間的數(shù)據(jù)傳輸、交換、控制等通信任務(wù)。通信子網(wǎng)可分為交換和傳輸兩部分，交換部分指結(jié)點交換機，通常是一臺小型計算機，起通信控制和轉(zhuǎn)發(fā)作用。傳輸部分指高速通信線路，負(fù)責(zé)傳輸信息。因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機網(wǎng)絡(luò)路由器用戶因特網(wǎng)IS

14、P1ISP2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。 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 Back因特網(wǎng)的邊緣部分處在因特網(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)。 “

15、主機 A 和主機 B 進(jìn)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(jìn)行通信”。即“主機 A 的某個進(jìn)程和主機 B 上的另一個進(jìn)程進(jìn)行通信”?；蚝喎Q為“計算機之間通信” 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客戶服務(wù)器方式C/S 方式、即Client/Server方式 對等方式P2P 方式、即 Peer-to-Peer方式 Back客戶服務(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程?？蛻舴?wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。客戶軟件的特點 被用戶

16、調(diào)用后運行，在打算通信時主動向遠(yuǎn)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。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 一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠(yuǎn)地或本地客戶的請求。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。一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。對等連接方式 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。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(jìn)行平等的、對等連接通

17、信。雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。 對等連接方式的特點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時是服務(wù)器。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。網(wǎng)絡(luò)核心部分網(wǎng)絡(luò)的核心部分是由通信鏈路和結(jié)點交換機組成，完成傳輸和交換兩大功能。在多結(jié)點通信網(wǎng)絡(luò)中，為有效利用通信設(shè)備和線路，一般希望動態(tài)地設(shè)定通信雙方間的線路。動態(tài)地接通或斷開通信線路，稱為“交換”。交換通過結(jié)點來完成。常用的交換方式包括電路交換和分組交換。為了應(yīng)付復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，人們引入了拓?fù)涞?/p>

18、概念。計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因特網(wǎng)的核心部分電路交換分組交換Back計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)?從圖論演變過來的幾何學(xué)的一個分支。拓?fù)涫紫劝褜嶓w抽象成與大小、形狀無關(guān)的點，將連接實體的線路抽象成線，進(jìn)而研究點、線、面之間的關(guān)系。計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渲饕侵竿ㄐ抛泳W(wǎng)的拓?fù)?。按照通信子網(wǎng)中信道類型，計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以被分為兩大類點點信道多點廣播信道采用點點信道的通信子網(wǎng)中，每條物理線路連接一對節(jié)點，基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下幾種：星型，環(huán)型，樹型，網(wǎng)狀型和全連接型。 點點信道多點廣播信道采用廣播信道的通信子網(wǎng)中，一個公共的通信信道被多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共享，基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下幾種：總線型，星型，環(huán)型，樹型，無線通信

19、與衛(wèi)星通信型。 因特網(wǎng)的核心部分因特網(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)。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)。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換(而主機的用途是為用戶進(jìn)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）。H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機電路交換（circuit switching）原理：直接利用可切換的物理通信線路，連接通信雙方。Figure Figure特點：在發(fā)送數(shù)據(jù)前，必須建立起點到點的物理通路；建立物理通路時間較

20、長，數(shù)據(jù)傳送延遲較短；Figure(A通話前先撥號建立連接。可能只要經(jīng)過一個交換機（如 A 到 B）可能要經(jīng)過多個交換機（如 C 到 D）通話過程中，通信雙方一直占用所建立的(物理)連接。通話結(jié)束后，掛機釋放連接。電路交換的特點交換機交換機交換機交換機(交換機交換機BCD兩部電話機互相連通兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。 更多的電話機互相連通5 部電話機兩兩相連，需 10 對電線。N 部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。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。 使用交換機當(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

21、換機“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義就是轉(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。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。 H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機分組交換網(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(dá)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

22、在路由器 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口路由器在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。路由器處理分組的過程是：把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表(路由表)，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。 主機和路由器的作用不同主機是為用戶進(jìn)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。路由器對分組進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機。數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)分組交換 在發(fā)送端把要發(fā)送的報文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊 每個塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包） 依次把各分組發(fā)送到接收端 接收端剝?nèi)ナ撞?，抽出?shù)據(jù)部分，還原成報文數(shù) 據(jù)分組11010011101 00101

23、001110報文發(fā)送端首部分組數(shù) 據(jù)首部分組首部數(shù) 據(jù)發(fā)送發(fā)送發(fā)送在前發(fā)送接收端數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部11010011101 00101001110分組從 A 傳送到 B 的過程網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器這就是基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換分組交換的優(yōu)點高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路 逐段占用。 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。迅速 不必先建立連接就能向其他主機 發(fā)送分組。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。

24、 分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要處理和排隊，這就會造成一定的時延。 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。 存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念 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)。 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)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(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(dá)終點報文報文報文分組分組分組存儲轉(zhuǎn)

25、發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)計算機網(wǎng)絡(luò)的分類按照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，計算機網(wǎng)絡(luò)有著不同的分類方法。例如，按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分，可以分為總線網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)等，按照使用范圍分，可以分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。一種主要的分類方法-按照網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍或規(guī)模分類局域網(wǎng) LAN覆蓋范圍在十幾公里以內(nèi)，校園內(nèi)或辦公樓群的計算機連接所構(gòu)成的計算機網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)采用廣播信道的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 廣域網(wǎng) WAN又叫遠(yuǎn)程網(wǎng)，覆蓋范圍在幾十到幾千公里，通常跨越很大的物理范圍，如一個國家。廣域網(wǎng)采用點點信道的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 城域網(wǎng) MAN覆蓋范圍在十幾公里到幾十公里，可以跨越相距不遠(yuǎn)的幾棟辦公樓，也可以跨越一座城市。技術(shù)上與局域網(wǎng)相類似，采用兩條單

26、向總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。個人區(qū)域網(wǎng) PAN又叫無線個人區(qū)域網(wǎng)，覆蓋范圍在10米以內(nèi)，在個人工作的地方把屬于個人使用的電子設(shè)備（如筆記本電腦、手機等）用無線技術(shù)連接起來的網(wǎng)絡(luò)。Back計算機網(wǎng)絡(luò)的性能速率網(wǎng)絡(luò)中的主機或通信結(jié)點在信道上傳送數(shù)據(jù)的速率。Bit 來源于 binary digit，意思是一個“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個 1 或 0。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 等速率往往是指額定速率或標(biāo)稱速率。 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能帶寬“帶寬”(bandwidth)

27、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）?，F(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 b/s (bit/s)。 數(shù)字信號流隨時間的變化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 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能吞吐量吞吐量(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。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)。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限

28、制。 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能時延傳輸時延（發(fā)送時延 ） 發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時間。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）發(fā)送速率（比特/秒）時延(delay 或 latency)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。 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）時延(delay 或 latency)處理時延 交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費的時間。 排隊時延 結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的

29、時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。時延(delay 或 latency)數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(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+處理時延四種時延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊列在鏈路上產(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)鏈路容易產(chǎn)生的錯誤概念 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。 提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。 ABAB寬帶線路窄帶線路在寬帶線路上比特傳播得快在窄帶線

30、路上比特傳播得慢錯誤的概念A(yù)BAB寬帶線路窄帶線路寬帶線路：每秒有更多比特從計算機 注入到線路。寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。正確的概念比喻：汽車運貨寬帶線路窄帶線路寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶線路：車距縮短時延帶寬積（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積 = 傳播時延 帶寬鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。 時延帶寬積往返時間RTT往返時間RTT（Round-Trip Time）表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認(rèn)（接收方收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認(rèn)），總共經(jīng)歷的時間。利用率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

31、。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。信道利用率并非越高越好。 時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(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。 若令 D0 表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D 表示網(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： U 是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。 時延 D利用率 U10D0時延急劇增大Back國內(nèi)外典型網(wǎng)絡(luò)介紹 Internet網(wǎng) 中國互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 Internet網(wǎng) ARPANET NSFNET INTERNET BackARPANET第一階段：1969年11月，實驗性ARPANET網(wǎng)開通

32、，只有分布在四所大學(xué)的四個結(jié)點(UCLA、UCSB、SRI和猶他大學(xué))。主要研究內(nèi)容是分組交換設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)通信與系統(tǒng)操作軟件。此后的幾年中，ARPANET發(fā)展迅速，到了1975年，已經(jīng)連入100多臺主機，從而結(jié)束實驗階段，移交美國國防部國防通信局正式運行。Figure第二階段：總結(jié)了第一階段的建網(wǎng)實踐經(jīng)驗，開始研究第二代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，重點是解決網(wǎng)絡(luò)互連問題，從而導(dǎo)致了TCP/IP協(xié)議的出現(xiàn)和發(fā)展。 第三階段：TCP/IP協(xié)議在ARPANET上得到普及，1979年，越來越多的研究人員投入了此項研究與開發(fā)。1980年，ARPANET上所有主機都轉(zhuǎn)向TCP/IP協(xié)議，1983年，轉(zhuǎn)換工作結(jié)束

33、，ARPANET被分成了兩個部分，一部分仍叫ARPANET，用于進(jìn)一步的研究工作；另一部分叫MILNET，用于軍方的非機密通信。原始的ARPANET設(shè)計ARPANET第四階段：TCP/IP協(xié)議進(jìn)一步得到了推廣，美國軍方資助加州大學(xué)伯克利分校將TCP/IP協(xié)議嵌入UNIX，SUN公司將TCP/IP協(xié)議引入廣泛的商業(yè)領(lǐng)域。隨著TCP/IP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，ARPANET的規(guī)模不斷擴(kuò)大，美國國內(nèi)及世界各地都采用TCP/IP協(xié)議通過遠(yuǎn)程通信線路連入ARPANET。80年代，ARPANET的主機數(shù)量劇增，針對這一問題，人們提出了域名系統(tǒng)，將多個主機劃分為不同的域，通過域名來組織和管理互連網(wǎng)中的主機。80年代

34、中期，ARPANET成為Internet的主干網(wǎng)。1990年，ARPANET被新的網(wǎng)絡(luò)代替，MILNET目前仍在運行。 NSFNET為了能夠使更多的大學(xué)共享ARPANET的資源，NSF（美國國家科學(xué)基金會）于1984年開始組建NSFNET，NSFNET的主干網(wǎng)連接美國六個超級計算機中心。NSFNET的通信子網(wǎng)所使用的硬件技術(shù)與ARPANET相同，軟件技術(shù)則從一開始就使用了TCP/IP協(xié)議。NSFNET的結(jié)構(gòu)是層次型的：分為主干網(wǎng)，地區(qū)網(wǎng)，校園網(wǎng)，各大學(xué)主機連入校園網(wǎng)，校園網(wǎng)連入地區(qū)網(wǎng)，地區(qū)網(wǎng)連入主干網(wǎng)，主干網(wǎng)再通過高速線路連入ARPANET。與此同時，其它一些國家與地區(qū)也在建設(shè)與NSFNET兼

35、容的網(wǎng)絡(luò)，歐洲的每個國家都建設(shè)有一個或多個國家網(wǎng)，它們都與NSFNET的地區(qū)網(wǎng)兼容。所有這些網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展都為最終Internet的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 INTERNET大量的網(wǎng)絡(luò)、主機和用戶都使用TCP/IP這種ARPANET的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議連入ARPANET，加上NSFNET與ARPANET的互連，ARPANET的規(guī)模呈指數(shù)式增長。人們認(rèn)識到這種大型互連網(wǎng)的作用，到1996年底，Internet用戶已超過6000萬，連入的國家與地區(qū)有170多個。普通用戶通過寬帶接入技術(shù)連入Internet服務(wù)提供商，辦公室計算機通過局域網(wǎng)連入校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)，最后通過校園網(wǎng)進(jìn)入Internet。 90年代，WWW技術(shù)

36、及應(yīng)用使Internet達(dá)到了一個新的高潮。 中國互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 中國科學(xué)院高能物理所從1987年起，即通過國際聯(lián)網(wǎng)線路進(jìn)入Internet使用電子郵件。1991年以專線方式實現(xiàn)同Internet的聯(lián)結(jié)，并開始為全國科學(xué)技術(shù)與教育界的專家提供服務(wù)。自1994年以來，高能物理網(wǎng)IHEPnet、中科院教育與科研示范網(wǎng)、國家教委科研教育網(wǎng)、國家公共數(shù)據(jù)網(wǎng)以及其他一些計算機網(wǎng)，先后完成同Internet的聯(lián)結(jié)。1995年后，出現(xiàn)商業(yè)性的ISP（Internet服務(wù)提供商），互聯(lián)網(wǎng)逐漸普及開來，商業(yè)化程度提高。1997年，互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)資費下調(diào)，ISP服務(wù)優(yōu)化，企業(yè)開始應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)。目前，全國各地區(qū)需要使用I

37、nternet的用戶都能夠通過不同的方式進(jìn)入Internet。中國互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展“政府上網(wǎng)工程” 、“企業(yè)上網(wǎng)工程” 、“家庭上網(wǎng)工程” 中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET）原郵電部系統(tǒng)，于1994年開始建設(shè)，首先在北京和上海建立國際節(jié)點，完成與國際互聯(lián)網(wǎng)和國內(nèi)公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的互聯(lián)。它是目前國內(nèi)覆蓋面最廣，向社會公眾開放，并提供互聯(lián)網(wǎng)接入和信息服務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)。 CHINANET也是一個分層體系結(jié)構(gòu)，由核心層、區(qū)域?qū)印⒔尤雽尤齻€層次組成，以北京網(wǎng)管中心為核心，按全國自然地理區(qū)域分為北京、上海、華北、東北、西北等8個大區(qū)，構(gòu)成8個核心層節(jié)點，圍繞8個核心節(jié)點形成8個區(qū)域，共31個節(jié)點，覆蓋全國各省、市、自治區(qū)，形成我國Internet的骨干網(wǎng)；以各省會城市為核心，聯(lián)接各省主要城市形成地區(qū)網(wǎng)，各地區(qū)網(wǎng)有各自的網(wǎng)管中心，分別管理由地區(qū)接入的用戶。各地區(qū)用戶由地區(qū)網(wǎng)接入，穿過骨干網(wǎng)通達(dá)CHINANET全國網(wǎng)。 中國互連網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展CHINANET提供的服務(wù)包括：Internet上所有的服務(wù)。E-Mail