計算機網(wǎng)絡(luò)謝希仁第1章概述 xg

1、計算機網(wǎng)絡(luò)謝希仁第1章概述 第一頁，共一百六十一頁。第二頁，共一百六十一頁。第三頁，共一百六十一頁。1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用21 世紀(jì)的一些重要特征是數(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。網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已經(jīng)成為信息社會的命脈和開展知識經(jīng)濟(jì)的重要根底。群眾熟悉的三大類網(wǎng)絡(luò)有：電信網(wǎng)絡(luò)：提供 、電報及 等效勞；有線電視網(wǎng)絡(luò)：向用戶傳送各種電視節(jié)目；計算機網(wǎng)絡(luò)：使用戶能在計算機之間傳送數(shù)據(jù)文件；開展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)。第四頁，共一百六十一頁。1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用隨著技術(shù)的開展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互融合：電信網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)都逐漸融入了現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技

2、術(shù)，擴(kuò)大了原有的效勞范圍；計算機網(wǎng)絡(luò)也能夠向用戶提供 通信、視頻通信以及傳送視頻節(jié)目的效勞。從理論上講，可以把上述三種網(wǎng)絡(luò)融合成一種網(wǎng)絡(luò)就能夠提供所有的上述效勞，這就是很早以前就提出來的“三網(wǎng)融合。但實現(xiàn)融合并不簡單，因為這涉及到各方面的經(jīng)濟(jì)利益和行政管轄權(quán)的問題。第五頁，共一百六十一頁。Internet 開展自從 20 世紀(jì) 90 年代以后，以 Internet 為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的開展。已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)免費逐步開展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)有償使用。已成為全球最大的和最重要的計算機網(wǎng)絡(luò)。是人類自印刷術(shù)創(chuàng)造以來人類在存儲和交換信息領(lǐng)域中的最大變革。第六頁，共一百六十一頁。Internet

3、中文譯名Internet 的中文譯名并不統(tǒng)一?，F(xiàn)有的 Internet 譯名有兩種：因特網(wǎng)，這個譯名是全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會推薦的，但卻長期未得到推廣；互聯(lián)網(wǎng)，這是目前流行最廣的、事實上的標(biāo)準(zhǔn)譯名?，F(xiàn)在我國的各種報刊雜志、政府文件以及電視節(jié)目中都毫無例外地使用這個譯名。該譯名能夠表達(dá)出 Internet 最主要的特征：由數(shù)量極大的各種計算機網(wǎng)絡(luò)互連起來的。第七頁，共一百六十一頁?；ミB網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)不同的網(wǎng)絡(luò)?；ミB網(wǎng)：指在局部范圍互連起來的計算機網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)：指當(dāng)今世界上最大的計算機網(wǎng)絡(luò) Internet。第八頁，共一百六十一頁?！熬W(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)有時，往往使用更加簡潔的方式表示互聯(lián)網(wǎng)，這就是只用一個

4、 “網(wǎng)字。例如：“上網(wǎng)就是表示使用某個電子設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，而不是連接到其他的網(wǎng)絡(luò)上。網(wǎng)民、網(wǎng)吧、網(wǎng)銀網(wǎng)上銀行、網(wǎng)購網(wǎng)上購物等。這里的“網(wǎng)，一般都不是指電信網(wǎng)或有線電視網(wǎng)，而是指當(dāng)今世界上最大的計算機網(wǎng)絡(luò) Internet 互聯(lián)網(wǎng)。第九頁，共一百六十一頁。什么是互聯(lián)網(wǎng)？互聯(lián)網(wǎng)是由數(shù)量極大的各種計算機網(wǎng)絡(luò)互連起來而形成的網(wǎng)絡(luò)?？梢詮膬煞N不同的方面來認(rèn)識互聯(lián)網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)工作原理與特點第十頁，共一百六十一頁?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用絕大多數(shù)人通過使用互聯(lián)網(wǎng)而認(rèn)識了互聯(lián)網(wǎng)。上網(wǎng)玩游戲看網(wǎng)上視頻和朋友在微信上聊天在互聯(lián)網(wǎng)上搜索和查閱各種信息利用互聯(lián)網(wǎng)的電子郵件相互通信包括傳送各種照片和視頻文件互聯(lián)網(wǎng)上購置各種

5、物品在互聯(lián)網(wǎng)上購置機票或火車票在互聯(lián)網(wǎng)上預(yù)訂酒店利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)賬或買賣股票等交易第十一頁，共一百六十一頁?；ヂ?lián)網(wǎng)的兩個重要特點互聯(lián)網(wǎng)之所以能夠向用戶提供許多效勞，是因為互聯(lián)網(wǎng)具有兩個重要根本特點：連通性 (connectivity)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息數(shù)據(jù)，以及各種音頻視頻 ，好似這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。注意，互聯(lián)網(wǎng)具有虛擬的特點，無法準(zhǔn)確知道對方是誰，也無法知道對方的位置。共享 (Sharing)指資源共享。資源共享的含義是多方面的?？梢允切畔⒐蚕?、軟件共享，也可以是硬件共享。由于網(wǎng)絡(luò)的存在，這些資源好似就在用戶身邊一樣，方便使用。第十二頁，共一百六十一頁?；ヂ?lián)網(wǎng)在

6、生活中的地位現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會最為重要的根底設(shè)施。同時，互聯(lián)網(wǎng)也使人們的生活方式發(fā)生了重大的變化。第十三頁，共一百六十一頁?；ヂ?lián)網(wǎng)+指“互聯(lián)網(wǎng) + 各個傳統(tǒng)行業(yè)。利用信息通信技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進(jìn)行深度融合，創(chuàng)造新的開展生態(tài)。特點：把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟(jì)社會各領(lǐng)域之中，從而大大地提升了實體經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力。第十四頁，共一百六十一頁?；ヂ?lián)網(wǎng)負(fù)面影響互聯(lián)網(wǎng)也給人們帶來了一些負(fù)面影響，例如：利用互聯(lián)網(wǎng)傳播計算機病毒利用互聯(lián)網(wǎng)竊取國家機密和盜竊銀行或儲戶的錢財網(wǎng)上欺詐在網(wǎng)上肆意散布謠言、不良信息和播放不健康的視頻節(jié)目

7、青少年棄學(xué)而沉溺于網(wǎng)絡(luò)游戲 等因此，必須加強對互聯(lián)網(wǎng)的管理。第十五頁，共一百六十一頁。1.2 互聯(lián)網(wǎng)概述1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)1.2.2 互聯(lián)網(wǎng)根底結(jié)構(gòu)開展的三個階段1.2.3 互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作第十六頁，共一百六十一頁。1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò) (簡稱為網(wǎng)絡(luò))由假設(shè)干結(jié)點(node)和連接這些結(jié)點的鏈路(link)組成?；ミB網(wǎng) (internetwork 或 internet)可以通過路由器把網(wǎng)絡(luò)互連起來，這就構(gòu)成了一個覆蓋范圍更大的計算機網(wǎng)絡(luò)，稱之為互連網(wǎng)?！熬W(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)(network of networks)?；ヂ?lián)網(wǎng) (Internet)特指Internet，起源于美國，現(xiàn)已開展

8、成為世界上最大的、覆蓋全球的計算機網(wǎng)絡(luò)。第十七頁，共一百六十一頁。1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)(a)計算機網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點鏈路(b)互連網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(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)網(wǎng)絡(luò) 簡單的網(wǎng)絡(luò)(a) 和 由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互連網(wǎng)(b)網(wǎng)絡(luò)圖例計算機集線器路由器第十八頁，共一百六十一頁。主機因特網(wǎng)第十九頁，共一百六十一頁。關(guān)于“云當(dāng)使用一朵“云來表示網(wǎng)絡(luò)時，可能會有兩種不同的情況：云表示的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)包含了和網(wǎng)絡(luò)相連的計算機。云表示的網(wǎng)絡(luò)里面就只剩下許多路由器和連接這些路由器的鏈路，把有關(guān)的計算機畫在云的外面。習(xí)慣上，與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機常稱為主機 (host)。主機互連網(wǎng) 互連網(wǎng)與所連接的主機第二十頁，共一百六

9、十一頁。根本概念要清楚網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起?；ミB網(wǎng)那么把許多網(wǎng)絡(luò)通過路由器連接在一起。與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機常稱為主機。互連網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(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)網(wǎng)絡(luò)主機主機可以是計算機，也可以是智能手機等智能機器。第二十一頁，共一百六十一頁。1.2.2 互聯(lián)網(wǎng)根底結(jié)構(gòu)開展的三個階段第一階段：從單個網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)開展的過程。 1969年，美國國防部創(chuàng)立ARPANET網(wǎng)。1983 年， TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使得所有使用 TCP/IP 協(xié)議的計算機都能利用互連網(wǎng)相互通信。人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時間。1990年，ARPANET 正式

10、宣布關(guān)閉。第二十二頁，共一百六十一頁。internet 和 Internet 的區(qū)別以小寫字母 “i 開始的 internet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)。 以大寫字母 “I 開始的的 Internet互聯(lián)網(wǎng)或因特網(wǎng)那么是一個專用名詞，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)那么，且其前身是美國的 ARPANET。第二十三頁，共一百六十一頁。internet 和 Internet 的區(qū)別任意把幾個計算機網(wǎng)絡(luò)互連起來不管采用什么協(xié)議，并能夠相互通信，這樣構(gòu)成的是一個互連網(wǎng) (internet)，而不

11、是互聯(lián)網(wǎng) (Internet)。第二十四頁，共一百六十一頁。1.2.2 互聯(lián)網(wǎng)根底結(jié)構(gòu)開展的三個階段第二階段：建成了三級結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)。 它是一個三級計算機網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)。主干網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)第二十五頁，共一百六十一頁。1.2.2 互聯(lián)網(wǎng)根底結(jié)構(gòu)開展的三個階段第三階段：逐漸形成了多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)。 出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)效勞提供者 ISP (Internet Service Provider)。任何機構(gòu)和個人只要向某個 ISP 交納規(guī)定的費用，就可從該 ISP 獲取所需 IP 地址的使用權(quán)，并可通過該 ISP 接入到互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)提供效

12、勞的覆蓋面積大小以及所擁有的 IP 地址數(shù)目的不同，ISP 也分成為不同層次的 ISP：主干 ISP、地區(qū) ISP 和 本地 ISP。第二十六頁，共一百六十一頁。用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)效勞提供者用戶通過 ISP 上網(wǎng)根據(jù)提供效勞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。 第二十七頁，共一百六十一頁。主機A 本地 ISP 地區(qū) ISP 主干 ISP 地區(qū) ISP 本地 ISP 主機B大公司公司本地 ISPAB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 ISPI

13、XP本地 ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)基于 ISP 的多層結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)的概念示意圖IPX:因特網(wǎng)交換點：允許2個網(wǎng)絡(luò)直接交換分組，無需通過第三網(wǎng)絡(luò)第二十八頁，共一百六十一頁。到2021年3月，全球已經(jīng)有 226 個 IXP，分布在 172 個國家和地區(qū)。但互聯(lián)網(wǎng)的開展在全世界還很不平衡?；ヂ?lián)網(wǎng)交換點 IXP 在全球的分布圖2021年第二十九頁，共一百六十一頁。萬維網(wǎng) WWW 的問世互聯(lián)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)確說出互聯(lián)網(wǎng)究竟有多大?；ヂ?lián)網(wǎng)的迅猛開展始于 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)

14、被廣泛使用在互聯(lián)網(wǎng)上，大大方便了廣闊非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為互聯(lián)網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。 第三十頁，共一百六十一頁。互聯(lián)網(wǎng)的開展情況概況從 1993 年至 2021 年互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)的增長情況如下圖。這里的用戶是指在家中上網(wǎng)的人?？梢钥闯?，在 2005 年互聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)超過了 10 億，在 2021 年超過了 20 億，而在2021年 已接近了 30億。1993 年至 2021 年互聯(lián)網(wǎng)用戶的增長情況第三十一頁，共一百六十一頁。互聯(lián)網(wǎng)的開展情況概況年份網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構(gòu)數(shù)198010102102100199010310510610120001051071081022005

15、106108109103互聯(lián)網(wǎng)的開展概況統(tǒng)計到 2005 年第三十二頁，共一百六十一頁。1.2.3 互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會 ISOC互聯(lián)網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG 互聯(lián)網(wǎng)研究部 IRTF 互聯(lián)網(wǎng)工程部 IETF 互聯(lián)網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG RGWGRG領(lǐng)域領(lǐng)域互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會 IAB WGWGWG互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作對互聯(lián)網(wǎng)的開展起到了非常重要的作用。第三十三頁，共一百六十一頁。成為互聯(lián)網(wǎng)正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過三個階段互聯(lián)網(wǎng)草案 (Internet Draft) 有效期只有六個月。在這個階段還不是 RFC 文檔。建議標(biāo)準(zhǔn) (Proposed Standard) 從這個階段開始就成為 RFC 文

16、檔。互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) (Internet Standard) 到達(dá)正式標(biāo)準(zhǔn)后，每個標(biāo)準(zhǔn)就分配到一個編號 STD xx。 一個標(biāo)準(zhǔn)可以和多個 RFC 文檔關(guān)聯(lián)。所有互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都以 RFC 的形式在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表。第三十四頁，共一百六十一頁。各種 RFC 之間的關(guān)系 互聯(lián)網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的 RFC實驗的 RFC提供信息的 RFC除了建議標(biāo)準(zhǔn)和互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)這兩種 RFC 文檔外，還有三種 RFC 文檔，即歷史的、實驗的和提供信息的 RFC 文檔。第三十五頁，共一百六十一頁。1.3 互聯(lián)網(wǎng)的組成1.3.1 互聯(lián)網(wǎng)的邊緣局部1.3.2 互聯(lián)網(wǎng)的核心局部第三十六頁，共一百六十一頁。1.3 互聯(lián)網(wǎng)的組成從

17、互聯(lián)網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為兩大塊：(1) 邊緣局部： 由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機組成。 這局部是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻和資源共享。(2) 核心局部： 由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這局部是為邊緣局部提供效勞的提供連通性和交換。第三十七頁，共一百六十一頁。互聯(lián)網(wǎng)的核心部分互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分主機網(wǎng)絡(luò)路由器互聯(lián)網(wǎng)的邊緣局部與核心局部互聯(lián)網(wǎng)的邊緣局部與核心局部第三十八頁，共一百六十一頁。1.3.1 互聯(lián)網(wǎng)的邊緣局部處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣的局部就是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng) (end system)。端系統(tǒng)在功能上可能有很大的差異小的端系統(tǒng)可以是一臺普

18、通個人電腦，具有上網(wǎng)功能的智能 ，甚至是一個很小的網(wǎng)絡(luò)攝像頭。大的端系統(tǒng)那么可以是一臺非常昂貴的大型計算機。端系統(tǒng)的擁有者可以是個人，也可以是單位如學(xué)校、企業(yè)、政府機關(guān)等，當(dāng)然也可以是某個 ISP。第三十九頁，共一百六十一頁。端系統(tǒng)之間通信的含義 “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。簡稱為“計算機之間通信。 第四十頁，共一百六十一頁。端系統(tǒng)之間的兩種通信方式端系統(tǒng)之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻粜谄鞣绞紺/S 方式即Client/Server方式，

19、簡稱為 C/S 方式。 對等方式P2P 方式 即 Peer-to-Peer方式 ，簡稱為 P2P 方式。第四十一頁，共一百六十一頁。1. 客戶效勞器方式客戶 (client) 和效勞器 (server) 都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程?？蛻粜谄鞣绞剿枋龅氖沁M(jìn)程之間效勞和被效勞的關(guān)系?？蛻羰切诘恼埱蠓?，效勞器是效勞的提供方。效勞請求方和效勞提供方都要使用網(wǎng)絡(luò)核心局部所提供的效勞。第四十二頁，共一百六十一頁。運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行效勞器程序AB 請求服務(wù) 得到服務(wù)客戶效勞器客戶 A 向效勞器 B 發(fā)出請求效勞，效勞器 B 向客戶 A 提供效勞客戶-效勞器工作方式第四十三頁，共一百

20、六十一頁?？蛻糗浖奶攸c 被用戶調(diào)用后運行，在打算通信時主動向遠(yuǎn)地效勞器發(fā)起通信請求效勞。因此，客戶程序必須知道效勞器程序的地址。不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。 第四十四頁，共一百六十一頁。效勞器軟件的特點 一種專門用來提供某種效勞的程序，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，效勞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?？蛻襞c效勞器的通信關(guān)系建立后，通信可以是雙向的，客戶和效勞器都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。第四十五頁，共一百六十一頁。2. 對等連接方式 對等連接 (peer-to

21、-peer，簡寫為 P2P) 是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是效勞請求方還是效勞提供方。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、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。 第四十六頁，共一百六十一頁。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效勞器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又是效勞器。例如主機 C 請求 D 的效勞時，C 是客戶，D 是效勞器。但如果 C 又同時向 F提供效勞，那么 C 又同時起著效勞器的作用。對等連接工作方式可支持大量對等用戶如上百萬個同時工作。第四十七頁，共一百六十一頁。網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行

22、P2P 程序運行P2P 程序DCEF運行P2P 程序運行P2P 程序?qū)Φ冗B接工作方式P2P方式第四十八頁，共一百六十一頁。1.3.2 互聯(lián)網(wǎng)的核心局部網(wǎng)絡(luò)核心局部是互聯(lián)網(wǎng)中最復(fù)雜的局部。網(wǎng)絡(luò)中的核心局部要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣局部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)。在網(wǎng)絡(luò)核心局部起特殊作用的是路由器 (router)。 第四十九頁，共一百六十一頁。1.3.2 互聯(lián)網(wǎng)的核心局部路由器是實現(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)核心局部最重要的功能。為了理解分組交換，首先了解電路交換的根本概念。第五

23、十頁，共一百六十一頁。1. 電路交換的主要特點 2 部 機只需要用 1 對電線直接連接就能夠互相通話。 機的不同連接方法 (a) 兩部 直接相連第五十一頁，共一百六十一頁。1. 電路交換的主要特點5 部 機兩兩直接相連，需 10 對電線。 機的不同連接方法 (b) 5 部 機兩兩直接相連 第五十二頁，共一百六十一頁。1. 電路交換的主要特點N 部 機兩兩直接相連，需 N(N 1)/2 對電線。這種直接連接方法所需要的電線對的數(shù)量與 機數(shù)量的平方 N2 成正比。第五十三頁，共一百六十一頁。使用交換機當(dāng) 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)。 交換機每一部 都直接連接到交換機上，而交

24、換機使用交換的方法，讓 用戶彼此之間可以很方便地通信。 所采用的交換方式就是電路交換 (circuit switching)。 機的不同連接方法 (c) 用交換機連接許多部 第五十四頁，共一百六十一頁?！敖粨Q的含義在這里，“交換(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接 把一條 線轉(zhuǎn)接到另一條 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。 第五十五頁，共一百六十一頁。電路交換特點電路交換必定是面向連接的。 電路交換分為三個階段：建立連接：建立一條專用的物理通路，以保證雙方通話時所需的通信資源在通信時不會被其他用戶占用；通信：主叫和被叫雙方就能互相通

25、；釋放連接：釋放剛剛使用的這條專用的物理通路釋放剛剛占用的所有通信資源。第五十六頁，共一百六十一頁。電路交換舉例A 和 B 通話經(jīng)過四個交換機通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行 ABCDEF電信網(wǎng)交換機交換機交換機交換機中繼線用戶線用戶線電路交換的用戶始終占用端到端的通信資源第五十七頁，共一百六十一頁。電路交換缺點計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。這導(dǎo)致在傳送計算機數(shù)據(jù)時，通信線路的利用率很低用來傳送數(shù)據(jù)的時間往往不到10%甚至1% 。第五十八頁，共一百六十一頁。2. 分組交換的主要特點 分組交換那么采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。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。 報文11010001101010

26、10110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸?shù)谖迨彭摚惨话倭豁?。添加首部?gòu)成分組每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組(packet)。數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報文首部首部首部分組 1分組 2分組 3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面第六十頁，共一百六十一頁。分組交換的傳輸單元分組交換網(wǎng)以“分組作為數(shù)據(jù)傳輸單元。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) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3以分組為根本單位在網(wǎng)絡(luò)中傳送第六十一頁，共一百六十一頁。分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址諸如目的地址和源地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組

27、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。每個分組在互聯(lián)網(wǎng)中獨立地選擇傳輸路徑。用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。第六十二頁，共一百六十一頁。收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞繌?fù)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)第六十三頁，共一百六十一頁。最后復(fù)原成原來的報文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)過失，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報文1101000110101010110101011100010011010010第六十四頁，共一百六十一頁?；ヂ?lián)網(wǎng)的核心局部互聯(lián)網(wǎng)的核心局

28、部是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在互聯(lián)網(wǎng)的邊緣局部?；ヂ?lián)網(wǎng)核心局部中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局部那么通常以相對較低速率的鏈路相連接。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。路由器的用途那么是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換的。 第六十五頁，共一百六十一頁。網(wǎng)絡(luò)核心局部H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)主機分組交換的示意圖(a) 核心局部的路由器把網(wǎng)絡(luò)互連起來第六十六頁，共一百六十一頁。網(wǎng)絡(luò)核心局部H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC主機分組交換的示意圖(b) 核心局部中的網(wǎng)絡(luò)可用一條鏈路表示第

29、六十七頁，共一百六十一頁。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！路由器主機第六十八頁，共一百六十一頁。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)的端口在路由器 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口第六十九頁，共一百六十一頁。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，找出到某個目的地址應(yīng)

30、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。 第七十頁，共一百六十一頁。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。第七十一頁，共一百六十一頁。分組交換的優(yōu)點優(yōu)點所采用的手段高效在分組傳輸?shù)倪^程中動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活為每一個分組獨立地選擇最合適的轉(zhuǎn)發(fā)路由。迅速以分組作為傳送單位，可以不先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組?？煽勘ＷC可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式多路由的分組交換網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。第七十二頁，共一百六十一頁。分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一

31、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。 第七十三頁，共一百六十一頁。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?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。 第七十四頁，共一百六十一頁。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)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)

32、存儲轉(zhuǎn)發(fā)第七十五頁，共一百六十一頁。三種交換的比較假設(shè)要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù)，且其傳送時間遠(yuǎn)大于連接建立時間，那么電路交換的傳輸速率較快。報文交換和分組交換不需要預(yù)先分配傳輸帶寬，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時可提高整個網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。由于一個分組的長度往往遠(yuǎn)小于整個報文的長度，因此分組交換比報文交換的時延小，同時也具有更好的靈活性。第七十六頁，共一百六十一頁。1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的開展1980 年，鐵道部開始進(jìn)行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗。1989 年11 月，我國第一個公用分組交換網(wǎng) CNPAC 建成運行。 1994年4月20日，我國用 64kbit/s 專線正式連入互聯(lián)網(wǎng)，我國被國際上正式成認(rèn)為接入互聯(lián)網(wǎng)的國

33、家。1994年5月，中國科學(xué)院高能物理研究所設(shè)立了我國的第一個萬維網(wǎng)效勞器。1994年9月中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng) CHINANET 正式啟動。第七十七頁，共一百六十一頁。1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的開展到目前為止，我國陸續(xù)建造了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的并能夠和互聯(lián)網(wǎng)互連的多個全國范圍的公用計算機網(wǎng)絡(luò)，其中規(guī)模最大的就是下面這五個：(1) 中國電信互聯(lián)網(wǎng) CHINANET也就是原來的中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)(2) 中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng) UNINET(3) 中國移動互聯(lián)網(wǎng) CMNET(4) 中國教育和科研計算機網(wǎng) CERNET(5) 中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng) CSTNET第七十八頁，共一百六十一頁。1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的開展

34、中國教育和科研計算機網(wǎng) CERNET (China Education and Research NETwork) 始建于1994年，是我國第一個IPv4互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)。2004年2月，我國的第一個下一代互聯(lián)網(wǎng) CNGI 的主干網(wǎng) CERNET2 試驗網(wǎng)正式開通，并提供效勞。中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心 CNNIC (Network Information Center of China) 每年兩次公布我國互聯(lián)網(wǎng)的開展情況。第七十九頁，共一百六十一頁。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)第八十頁，共一百六十一頁。1.5.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)的精確定

35、義并未統(tǒng)一。較好的定義：計算機網(wǎng)絡(luò)主要是由一些通用的、可編程的硬件互連而成的，而這些硬件并非專門用來實現(xiàn)某一特定目的例如，傳送數(shù)據(jù)或視頻信號。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數(shù)據(jù)，并能支持廣泛的和日益增長的應(yīng)用。第八十一頁，共一百六十一頁。1.5.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義根據(jù)這個定義：(1) 計算機網(wǎng)絡(luò)所連接的硬件，并不限于一般的計算機，而是包括了智能 。(2) 計算機網(wǎng)絡(luò)并非專門用來傳送數(shù)據(jù)，而是能夠支持很多種的應(yīng)用包括今后可能出現(xiàn)的各種應(yīng)用。請注意，上述的“可編程的硬件說明這種硬件一定包含有中央處理機 (CPU)。第八十二頁，共一百六十一頁。1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)有

36、多種類別。典型包括：1. 從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類2. 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類3. 用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)第八十三頁，共一百六十一頁。1. 從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)：作用范圍通常為幾十到幾千公里。城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network)：作用距離約為5 50 公里。局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) ：局限在較小的范圍如 1 公里左右。個人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network) ：范圍很小，大約在10 米左右假設(shè)中央處理機之間的距離非常近如僅1米的數(shù)量級甚至更

37、小些，那么一般就稱之為多處理機系統(tǒng)，而不稱它為計算機網(wǎng)絡(luò)。 第八十四頁，共一百六十一頁。2. 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類公用網(wǎng) (public network) 按規(guī)定交納費用的人都可以使用的網(wǎng)絡(luò)。因此也可稱為公眾網(wǎng)。專用網(wǎng) (private network) 為特殊業(yè)務(wù)工作的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)。公用網(wǎng)和專用網(wǎng)都可以傳送多種業(yè)務(wù)。如傳送的是計算機數(shù)據(jù)，那么分別是公用計算機網(wǎng)絡(luò)和專用計算機網(wǎng)絡(luò)。第八十五頁，共一百六十一頁。3. 用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng) AN (Access Network)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。接入網(wǎng)是一類比較特殊的計算機網(wǎng)絡(luò)，用于將用戶接入互聯(lián)網(wǎng)。接入網(wǎng)本身既

38、不屬于互聯(lián)網(wǎng)的核心局部，也不屬于互聯(lián)網(wǎng)的邊緣局部。接入網(wǎng)是從某個端系統(tǒng)到另一個端系統(tǒng)的路徑中，由這個端系統(tǒng)到第一個路由器也稱為邊緣路由器之間的一些物理鏈路所組成的。從覆蓋的范圍看，很多接入網(wǎng)還是屬于局域網(wǎng)。從作用上看，接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與互聯(lián)網(wǎng)連接的“橋梁作用。第八十六頁，共一百六十一頁。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)的非性能特征第八十七頁，共一百六十一頁。1.6.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)計算機網(wǎng)絡(luò)的性能一般是指它的幾個重要的性能指標(biāo)，主要包括：速率帶寬吞吐率時延時延帶寬積往返時間 RTT利用率第八十八頁，共一百六十一頁。1. 速率比特bi

39、t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。比特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。速率是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)，指的是數(shù)據(jù)的傳送速率，它也稱為數(shù)據(jù)率 (data rate)或比特率 (bit rate)。速率的單位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。例如 4 1010 bit/s 的數(shù)據(jù)率就記為 40 Gbit/s。速率往往是指額定速率或標(biāo)稱速率，非實際運行速率。 第八十九頁，共一百六十一頁。2. 帶寬 兩種不同意義：“帶寬(bandwidth) 本來是指信號具

40、有的頻帶寬度，其單位是赫或千赫、兆赫、吉赫等。在計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力。表示在單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的某信道所能通過的“最高數(shù)據(jù)率。單位是 bit/s ，即 “比特每秒。 在“帶寬的上述兩種表述中，前者為頻域稱謂，而后者為時域稱謂，其本質(zhì)是相同的。也就是說，一條通信鏈路的“帶寬越寬，其所能傳輸?shù)摹白罡邤?shù)據(jù)率也越高。第九十頁，共一百六十一頁。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 第九十一頁，共一百六十一頁。常用的帶寬

41、單位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/s106 b/s吉比每秒，即 Gb/s109 b/s太比每秒，即 Tb/s1012 b/s請注意：在計算機界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。第九十二頁，共一百六十一頁。3. 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)的額定速率的限制。 第九十三頁，共一百六十一頁。4. 時延 (delay 或 laten

42、cy)時延 (delay 或 latency) 是指數(shù)據(jù)一個報文或分組，甚至比特從網(wǎng)絡(luò)或鏈路的一端傳送到另一端所需的時間。有時也稱為延遲或遲延。網(wǎng)絡(luò)中的時延由以下幾個不同的局部組成：(1) 發(fā)送時延(2) 傳播時延(3) 處理時延(4) 排隊時延第九十四頁，共一百六十一頁。4. 時延 (delay 或 latency)(1) 發(fā)送時延也稱為傳輸時延。發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)幀從結(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)幀長度（bit）發(fā)送速率（bit/s）第九十五頁，共一百六十一頁。4. 時延 (delay 或 la

43、tency)(2) 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。 發(fā)送時延與傳播時延有本質(zhì)上的不同。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）第九十六頁，共一百六十一頁。4. 時延 (delay 或 latency)(3) 處理時延主機或路由器在收到分組時，為處理分組例如分析首部、提取數(shù)據(jù)、過失檢驗或查找路由所花費的時間。 (4) 排隊時延分組在路由器輸入輸出隊列中排隊等待處理所經(jīng)歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。第九十七頁，共一百六十一頁。4. 時延 (delay 或 latency)數(shù)據(jù)

44、在網(wǎng)絡(luò)中經(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 + 排隊時延必須指出，在總時延中，究竟是哪一種時延占主導(dǎo)地位，必須具體分析。第九十八頁，共一百六十一頁。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)生發(fā)送時延(即傳輸時延)在結(jié)點 A 中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)假設(shè)從結(jié)點 A 向結(jié)點 B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路幾種時延產(chǎn)生的地方不一樣第九十九頁，共一百六十一頁。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

45、數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。 以下說法是錯誤的：“在高速鏈路或高帶寬鏈路上，比特會傳送得更快些。第一百頁，共一百六十一頁。5. 時延帶寬積鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。 傳播時延鏈路帶寬時延帶寬積 = 傳播時延 帶寬只有在代表鏈路的管道都充滿比特時，鏈路才得到了充分利用。鏈路像一條空心管道第一百零一頁，共一百六十一頁。6. 往返時間 RTT互聯(lián)網(wǎng)上的信息不僅僅單方向傳輸，而是雙向交互的。因此，有時很需要知道雙向交互一次所需的時間。往返時間表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方確實認(rèn)，總共經(jīng)歷的時間。在互聯(lián)網(wǎng)中，往返時間還包括各中間結(jié)點的處理時延、排隊時延以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時的發(fā)送時延。

46、當(dāng)使用衛(wèi)星通信時，往返時間 RTT 相對較長，是很重要的一個性能指標(biāo)。第一百零二頁，共一百六十一頁。7. 利用率分為信道利用率和網(wǎng)絡(luò)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。網(wǎng)絡(luò)利用率那么是全網(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。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。第一百零三頁，共一百六十一頁。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。 假設(shè)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，那么在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡單公式表示 D 和 D0

47、之間的關(guān)系： 其中：U 是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。 第一百零四頁，共一百六十一頁。時延 D利用率 U10D0時延急劇增大時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系當(dāng)信道的利用率增大時，該信道引起的時延迅速增加。第一百零五頁，共一百六十一頁。1.6.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 一些非性能特征也很重要。它們與前面介紹的性能指標(biāo)有很大的關(guān)系。主要包括：費用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化可靠性可擴(kuò)展性和可升級性 易于管理和維護(hù) 第一百零六頁，共一百六十一頁。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、效勞和效勞訪問點1.7

48、.5 TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)第一百零七頁，共一百六十一頁。1.7.1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成計算機網(wǎng)絡(luò)是個非常復(fù)雜的系統(tǒng)。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。 “分層可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為假設(shè)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。 第一百零八頁，共一百六十一頁。1.7.1 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成1974年，美國的 IBM 公司宣布了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA (System Network Architecture)。這個著名的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)就是按照分層的方法制定的。不久后，其他一些公司也相繼推出自己公司的具有不同名稱的體系結(jié)構(gòu)。由于

49、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的不同，不同公司的設(shè)備很難互相連通。第一百零九頁，共一百六十一頁。開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)都能互連，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 ISO 于1977年成立了專門機構(gòu)研究該問題。他們提出了一個試圖使各種計算機在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架，即著名的開放系統(tǒng)互連根本參考模型 OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model)，簡稱為 OSI。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(jìn)行通信。第一百一十頁，共一百六十一頁。開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMOS

50、I 只獲得了一些理論研究的成果，在市場化方面卻失敗了。原因包括：OSI 的專家們在完成 OSI 標(biāo)準(zhǔn)時沒有商業(yè)驅(qū)動力；OSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低；OSI 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(jìn)入市場；OSI 的層次劃分也不太合理，有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn)。 第一百一十一頁，共一百六十一頁。最終的結(jié)果：兩種國際標(biāo)準(zhǔn)法律上的 (de jure) 國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場的認(rèn)可。非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 卻獲得了最廣泛的應(yīng)用。 TCP/IP 常被稱為事實上的 (de facto) 國際標(biāo)準(zhǔn)。第一百一十二頁，共一百六十一頁。1.7.2 協(xié)議與劃

51、分層次計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)那么。 這些規(guī)那么明確規(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。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 (network protocol)，簡稱為協(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)那么、標(biāo)準(zhǔn)或約定。 第一百一十三頁，共一百六十一頁。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三個組成要素 語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 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)。 同步：事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 由此可見，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)的不可缺少的組成局部。第一百一十四頁，共一百六十一頁。協(xié)議的兩種形式一種是使用便于人來閱讀和理解的文字描述。另一種是使用讓計算機能夠理解

52、的程序代碼。這兩種不同形式的協(xié)議都必須能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)上信息交換過程做出精確的解釋。第一百一十五頁，共一百六十一頁。層次式協(xié)議結(jié)構(gòu)ARPANET 的研制經(jīng)驗說明，對于非常復(fù)雜的計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該是層次式的。第一百一十六頁，共一百六十一頁。劃分層次的概念舉例 主機 1 向主機 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分：第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。雙方已協(xié)調(diào)好一致的文件格式。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(fù)責(zé)。第一百一十七頁，共一百六十一頁。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

53、送模塊好似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)送把收到的文件交給上層模塊第一百一十八頁，共一百六十一頁。再設(shè)計一個通信效勞模塊 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效勞模塊好似可直接把文件可靠地傳送到對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效勞模塊通信效勞模塊第一百一十九頁，共一百六十一頁。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文件傳送模塊通信效勞模塊通信效勞模塊網(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?，幀的最大長度等。第一百二十頁，共一百

54、六十一頁。分層的好處與缺點 好處各層之間是獨立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實現(xiàn)和維護(hù)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。 缺點降低效率。有些功能會在不同的層次中重復(fù)出現(xiàn)，因而產(chǎn)生了額外開銷。第一百二十一頁，共一百六十一頁。層數(shù)多少要適當(dāng) 層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。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。 第一百二十二頁，共一百六十一頁。各層完成的主要功能 過失控制：使相應(yīng)層次對等方的通信更加可靠。 流量控制：發(fā)送端的發(fā)送速率必須使接收端來得及接收，不要太快。 分段和重裝 ：發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊劃分為更小的單位，在接收端將其復(fù)原。 復(fù)用和分用：發(fā)送端幾個高層會話復(fù)用一

55、條低層的連接，在接收端再進(jìn)行分用。 連接建立和釋放：交換數(shù)據(jù)前先建立一條邏輯連接，數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后釋放連接。第一百二十三頁，共一百六十一頁。計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 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。 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。實現(xiàn) (implementation) 是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)那么是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。 第一百二十四頁，共一百六十一頁。1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)OSI 的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的概念清楚，理論也較完整，

56、但它既復(fù)雜又不實用。TCP/IP 是四層體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。因此往往采取折中的方法，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) 。 第一百二十五頁，共一百六十一頁。1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI 的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層 IP(各種應(yīng)用層協(xié)議，如DNS, HTTP, SMTP 等)運輸層 (TCP 或 UDP)TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)(a)(b)(c)運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)這一層并沒有具

57、體內(nèi)容計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：(a) OSI 的七層協(xié)議；(b) TCP/IP 的四層協(xié)議；(c) 五層協(xié)議第一百二十六頁，共一百六十一頁。五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 應(yīng)用層 (application layer) 運輸層 (transport layer) 網(wǎng)絡(luò)層 (network layer) 數(shù)據(jù)鏈路層 (data link layer) 物理層 (physical 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 物理層第一百二十七頁，共一百六十一頁。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(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為

58、應(yīng)用層 PDUPDU (Protocol Data Unit)：協(xié)議數(shù)據(jù)單元。OSI參考模型把對等層次之間傳送的數(shù)據(jù)單位稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PDU。第一百二十八頁，共一百六十一頁。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，成為運輸層報文第一百二十九頁，共一百六十一頁。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)報或分組第一百三十頁，共一百六十一頁。主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機 1AP2AP

59、1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)鏈路層幀第一百三十一頁，共一百六十一頁。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第一百三十二頁，共一百六十一頁。主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 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第一百三十三頁，共一百六十一頁。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)鏈路層第一百三十四頁

60、，共一百六十一頁。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膊咳〕鰯?shù)據(jù)局部，上交給網(wǎng)絡(luò)層第一百三十五頁，共一百六十一頁。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?，取出?shù)據(jù)局部上交給運輸層第一百三十六頁，共一百六十一頁。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)局部上交給應(yīng)用層第一百三十七頁，共一百六十一頁。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)