計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第8版課件-第1章-概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述第1章1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用1.2互聯(lián)網(wǎng)概述1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)別1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)信息時(shí)代：以網(wǎng)絡(luò)為核心萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)有線電視網(wǎng)絡(luò)電信網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供電話、電報(bào)及傳真等服務(wù)。向用戶傳送各種電視節(jié)目。使用戶能在計(jì)算機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)文件。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)大眾熟悉的三大類(lèi)網(wǎng)絡(luò)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)“三網(wǎng)融合”：融入現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)Internet：全球最大、最重要的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)如何稱(chēng)呼Internet？因特網(wǎng)：推薦，但卻長(zhǎng)期未得到推廣?；ヂ?lián)網(wǎng)：目前流行最廣，事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)譯名。互聯(lián)網(wǎng)≠互連網(wǎng)。互連網(wǎng)：局部范圍互連起來(lái)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。思考：它們說(shuō)的是哪個(gè)網(wǎng)？上網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)民，網(wǎng)吧，網(wǎng)銀，網(wǎng)購(gòu)，網(wǎng)管，知網(wǎng)。萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)是什么？應(yīng)用和服務(wù)游戲，視頻，社交，電子郵件，購(gòu)物，網(wǎng)店，網(wǎng)銀，無(wú)現(xiàn)金支付，數(shù)字錢(qián)包，數(shù)字貨幣，…工作原理互連結(jié)構(gòu)，交換技術(shù)，TCP/IP體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議，…萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)的2個(gè)重要基本特點(diǎn)連通性(connectivity)使上網(wǎng)用戶之間可以非常便捷、非常經(jīng)濟(jì)地交換各種信息好像這些用戶終端都彼此直接連通一樣。資源共享(Sharing)實(shí)現(xiàn)信息共享、軟件共享、硬件共享。由于網(wǎng)絡(luò)的存在，這些資源好像就在用戶身邊一樣地方便使用。是Internet提供許多服務(wù)的基礎(chǔ)。萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)在生活中地位

已經(jīng)融入人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往。

已經(jīng)成為社會(huì)最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)+：新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)指“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)”。把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域。互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)農(nóng)業(yè)教育醫(yī)療商業(yè)交通金融政務(wù)萬(wàn)物聯(lián)網(wǎng)人人用網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)的負(fù)面影響傳播病毒竊?。簲?shù)據(jù)，錢(qián)財(cái)?shù)壬⒉贾{言不良信息欺詐網(wǎng)癮……需要加強(qiáng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的管理。1.2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)1.2.2互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展的三個(gè)階段1.2.3互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作1.2互聯(lián)網(wǎng)概述1.2.1

網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：由若干節(jié)點(diǎn)(node)和連接這些節(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。節(jié)點(diǎn)可以是計(jì)算機(jī)、集線器、交換機(jī)或路由器等。圖1-1(a)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)鏈路圖例計(jì)算機(jī)集線器網(wǎng)絡(luò)1.2.1

網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)(internetwork或internet)：多個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一些路由器相互連接起來(lái)，構(gòu)成了一個(gè)覆蓋范圍更大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)?！熬W(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks)。圖1-1(b)由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互連網(wǎng)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)圖例計(jì)算機(jī)集線器路由器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)鏈路網(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)用“云”表示網(wǎng)絡(luò)：主機(jī)在“云”里網(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(jī)用“云”表示網(wǎng)絡(luò)：主機(jī)在“云”外網(wǎng)絡(luò)：把許多計(jì)算機(jī)連接在一起。互連網(wǎng)：把許多網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一些路由器連接在一起。與網(wǎng)絡(luò)相連的計(jì)算機(jī)常稱(chēng)為主機(jī)。互連網(wǎng)(internet)

≠互聯(lián)網(wǎng)(Internet)網(wǎng)絡(luò)與互連網(wǎng)1.2.2互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展的三個(gè)階段1969–1990從單個(gè)網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。1985–1993建成了三級(jí)結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)。1993–

現(xiàn)在全球范圍的多層次ISP結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)。ARPANET：最初只是一個(gè)單個(gè)的分組交換網(wǎng)，不是一個(gè)互連網(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(jì)算機(jī)都能利用互連網(wǎng)相互通信。人們把1983年作為互聯(lián)網(wǎng)的誕生時(shí)間。1990年，ARPANET正式宣布關(guān)閉。第一階段：1969–1990SRIUCSBUCLAUTAH1969年的ARPANET國(guó)家科學(xué)基金網(wǎng)NSFNET。三級(jí)結(jié)構(gòu)：主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。覆蓋了全美國(guó)主要的大學(xué)和研究所，并且成為互聯(lián)網(wǎng)中的主要組成部分。第二階段：1985–1993主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者ISP(InternetServiceProvider)：提供接入到互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)。需要收取一定的費(fèi)用。多層次ISP結(jié)構(gòu)：主干ISP、地區(qū)ISP和本地ISP。覆蓋面積大小和所擁有的IP地址數(shù)目的不同第三階段：1993–現(xiàn)在

通信舉例：主機(jī)A→本地ISP→地區(qū)ISP→主干ISP→地區(qū)ISP→本地ISP→主機(jī)B大公司公司本地

ISPAB本地

ISP主干ISP本地

ISP本地

ISP主干ISP主干ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP內(nèi)容提供者IXP校園網(wǎng)校園網(wǎng)地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISPIXP第三階段：1993–現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)交換點(diǎn)IXP(InterneteXchangePoint)：允許兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)直接相連并快速交換分組。常采用工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。世界上較大的IXP的峰值吞吐量都在Tbit/s量級(jí)。內(nèi)容提供者(ContentProvider)：在互聯(lián)網(wǎng)上向所有用戶提供視頻等內(nèi)容的公司。不向用戶提供互聯(lián)網(wǎng)的轉(zhuǎn)接服務(wù)。第三階段：1993–現(xiàn)在

萬(wàn)維網(wǎng)WWW(WorldWideWeb)：20世紀(jì)90年代：萬(wàn)維網(wǎng)WWW的問(wèn)世由歐洲原子核研究組織CERN開(kāi)發(fā)。成為互聯(lián)網(wǎng)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。2019年3月底，互聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)已超過(guò)了43.8億。互聯(lián)網(wǎng)研究部IRTF互聯(lián)網(wǎng)工程部IETF…RGWG……RG…領(lǐng)域領(lǐng)域WGWGWG互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會(huì)IAB互聯(lián)網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG互聯(lián)網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)ISOC1.2.3互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到了非常重要的作用。組織架構(gòu)RFC：RequestForComments（請(qǐng)求評(píng)論）。所有的RFC文檔都可從互聯(lián)網(wǎng)上免費(fèi)下載。任何人都可以用電子郵件隨時(shí)發(fā)表對(duì)某個(gè)文檔的意見(jiàn)或建議。但并非所有的RFC文檔都是互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。只有很少部分的RFC文檔最后才能變成互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。RFC文檔按發(fā)表時(shí)間的先后編上序號(hào)（即RFCxxxx，xxxx是阿拉伯?dāng)?shù)字）。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)表：以RFC的形式RFCxxxx互聯(lián)網(wǎng)草案

(InternetDraft)建議標(biāo)準(zhǔn)(ProposedStandard)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

(InternetStandard)(記為STDxx)草案標(biāo)準(zhǔn)

(DraftStandard)標(biāo)準(zhǔn)軌道非標(biāo)準(zhǔn)軌道歷史(Historic)信息(Informational)實(shí)驗(yàn)

(Experimental)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成1.3.1

互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分1.3.2

互聯(lián)網(wǎng)的核心部分1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成從互聯(lián)網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為兩大塊：邊緣部分：由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)組成，由用戶直接使用，用來(lái)進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。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，為邊緣部分提供服務(wù)（提供連通性和交換）。1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成互聯(lián)網(wǎng)的核心部分互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分主機(jī)路由器網(wǎng)絡(luò)1.3.1互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分的就是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱(chēng)為端系統(tǒng)

(endsystem)。端系統(tǒng)在功能上可能有很大差別：小的端系統(tǒng)：普通個(gè)人電腦、智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等。大的端系統(tǒng)：非常昂貴的大型計(jì)算機(jī)或服務(wù)器。端系統(tǒng)的擁有者：可以是個(gè)人、單位、或某個(gè)ISP。1.3.1互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分互聯(lián)網(wǎng)的核心部分互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分主機(jī)端系統(tǒng)智能手機(jī)IP攝像頭大型或超級(jí)計(jì)算機(jī)服務(wù)器實(shí)際上是指：主機(jī)A的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī)B上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信?！坝?jì)算機(jī)之間通信”的含義客戶/服務(wù)器方式Client/Server方式簡(jiǎn)稱(chēng)為C/S方式對(duì)等方式PeertoPeer方式簡(jiǎn)稱(chēng)為P2P方式端系統(tǒng)之間的兩種通信方式客戶/服務(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(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。1.客戶-服務(wù)器方式（C/S方式）運(yùn)行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行服務(wù)器程序AB①請(qǐng)求服務(wù)客戶服務(wù)器客戶A向服務(wù)器B發(fā)出請(qǐng)求服務(wù)，服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù)。②得到服務(wù)客戶與服務(wù)器的通信關(guān)系建立后，通信可以是雙向的，客戶和服務(wù)器都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)?？蛻舫绦虮挥脩粽{(diào)用后運(yùn)行，需主動(dòng)向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信（請(qǐng)求服務(wù)）。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)器程序?qū)ｉT(mén)用來(lái)提供某種服務(wù)的程序，可同時(shí)處理多個(gè)客戶請(qǐng)求。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。不需要知道客戶程序的地址。一般需要強(qiáng)大的硬件和高級(jí)的操作系統(tǒng)支持。客戶程序和服務(wù)器程序主要特點(diǎn)兩臺(tái)主機(jī)在通信時(shí)不區(qū)分服務(wù)請(qǐng)求方和服務(wù)提供方。只要都運(yùn)行了P2P軟件，就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。2.對(duì)等連接方式（P2P方式）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)既是客戶又是服務(wù)器。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互聯(lián)網(wǎng)的核心部分是互聯(lián)網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的主機(jī)提供連通性，使任何一臺(tái)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信。互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分路由器網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器

(router)。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換

(packetswitching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組。分組轉(zhuǎn)發(fā)是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。1.3.2互聯(lián)網(wǎng)的核心部分典型交換技術(shù)包括：電路交換分組交換報(bào)文交換等?；ヂ?lián)網(wǎng)的核心部分采用分組交換技術(shù)。電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)量的平方（N2）成正比。1.電路交換的主要特點(diǎn)5部電話機(jī)兩兩直接相連，需10對(duì)電線。N部電話機(jī)兩兩直接相連，需N(N–1)/2對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，使用電話交換機(jī)將這些電話連接起來(lái)。使用交換機(jī)交換機(jī)每一部電話都直接連接到交換機(jī)上，而交換機(jī)使用交換的方法，讓電話用戶彼此之間可以很方便地通信。

這種交換方式就是電路交換(circuitswitching)?！敖粨Q(switching)”的含義轉(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(lái)。從通信資源的分配角度來(lái)看，就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。分為三個(gè)階段：建立連接：建立一條專(zhuān)用的物理通路（占用通信資源）。通話：主叫和被叫雙方互相通電話（一直占用通信資源）。釋放連接：釋放剛才使用的專(zhuān)用的物理通路（歸還通信資源）。電路交換特點(diǎn)這種必須經(jīng)過(guò)“建立連接（占用通信資源）、通話（一直占用通信資源）、釋放連接（歸還通信資源）”三個(gè)步驟的交換方式稱(chēng)為電路交換。AB電信網(wǎng)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)中繼線用戶線用戶線CDEF計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性，這導(dǎo)致在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，通信線路的利用率很低，真正用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間往往不到10%，甚至不到1%，已被用戶占用的通信線路資源在絕大部分時(shí)間里都是空閑的。電路交換特點(diǎn)：通話的兩個(gè)用戶始終占用端到端的通信資源采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。2.分組交換的主要特點(diǎn)報(bào)文110100011010101011010101110001001101001011在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)首部首部首部分組1分組2分組3報(bào)文注意：左邊是“前面”分組又稱(chēng)為“包”，而分組的首部也可稱(chēng)為“包頭”。數(shù)據(jù)段前面添加首部就構(gòu)成了分組

(packet)互聯(lián)網(wǎng)采用分組交換技術(shù)。分組是在互聯(lián)網(wǎng)中傳送的數(shù)據(jù)單元。發(fā)送端依次把各分組發(fā)送到接收端。分組交換以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元數(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報(bào)文110100011010101011010101110001001101001011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。接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞浚€原成原來(lái)的報(bào)文根據(jù)首部中包含的目的地址、源地址等重要控制信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。每一個(gè)分組在互聯(lián)網(wǎng)中獨(dú)立選擇傳輸路徑。位于網(wǎng)絡(luò)核心部分的路由器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)分組，即進(jìn)行分組交換。路由器要?jiǎng)?chuàng)建和動(dòng)態(tài)維護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)表。分組在互聯(lián)網(wǎng)中的轉(zhuǎn)發(fā)暫存收到的分組。檢查分組首部。查找轉(zhuǎn)發(fā)表。按照首部中的目的地址，找到合適的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。路由器處理分組的過(guò)程(a)核心部分的路由器把網(wǎng)絡(luò)互連起來(lái)網(wǎng)絡(luò)核心部分H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)主機(jī)(b)核心部分中的網(wǎng)絡(luò)可用一條鏈路表示H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC主機(jī)網(wǎng)絡(luò)核心部分注意分組路徑的變化！H1

向H5

發(fā)送分組H2

向H6

發(fā)送分組ABDEC路由器H2H4H6H5H3H1互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)每個(gè)分組獨(dú)立選擇傳輸路徑H1ABDECH5H6H2H3路由器最后到達(dá)目的主機(jī)H5互聯(lián)網(wǎng)H1

向H5

發(fā)送分組H4在路由器A暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口轉(zhuǎn)發(fā)在路由器C暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口轉(zhuǎn)發(fā)在路由器E暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口轉(zhuǎn)發(fā)主機(jī)分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程優(yōu)點(diǎn)所采用的手段高效在分組傳輸?shù)倪^(guò)程中動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用。靈活為每一個(gè)分組獨(dú)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(jī)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。分組交換的優(yōu)點(diǎn)排隊(duì)延遲：分組在各路由器存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)。不保證帶寬：動(dòng)態(tài)分配。增加開(kāi)銷(xiāo)：各分組必須攜帶控制信息；路由器要暫存分組，維護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)表等。分組交換帶來(lái)的問(wèn)題在20世紀(jì)40年代，電報(bào)通信就采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換

(messageswitching)。但報(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。報(bào)文交換P2P4P3P4P3報(bào)文報(bào)文報(bào)文ABCDABCDABCD報(bào)文交換電路交換分組交換t數(shù)據(jù)傳送報(bào)文P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送特點(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)P2P1P1P3P2P4存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)連接建立電路交換、報(bào)文交換和分組交換的主要區(qū)別若要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù)，且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于連接建立時(shí)間，則電路交換的傳輸速率較快。報(bào)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(shí)可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。由于一個(gè)分組的長(zhǎng)度往往遠(yuǎn)小于整個(gè)報(bào)文的長(zhǎng)度，因此分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小，同時(shí)也具有更好的靈活性。三種交換方式的比較1.4

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展1980年，鐵道部開(kāi)始進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。1989年11月，我國(guó)第一個(gè)公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運(yùn)行。1994年4月20日，我國(guó)用64kbit/s專(zhuān)線正式連入互聯(lián)網(wǎng)，我國(guó)被國(guó)際上正式承認(rèn)為接入互聯(lián)網(wǎng)的國(guó)家。1994年5月，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所設(shè)立了我國(guó)的第一個(gè)萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器。1994年9月，中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)CHINANET正式啟動(dòng)。1.4

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展到目前為止，我國(guó)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(gè)全國(guó)范圍的公用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其中規(guī)模最大的就是下面這五個(gè)：中國(guó)電信互聯(lián)網(wǎng)CHINANET（也就是原來(lái)的中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)）中國(guó)聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)CMNET中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET中國(guó)科學(xué)技術(shù)網(wǎng)CSTNET1.4

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展1994年，中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET(ChinaEducationandResearchNETwork)是我國(guó)第一個(gè)IPv4互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)。2004年2月，我國(guó)的第一個(gè)下一代互聯(lián)網(wǎng)CNGI的主干網(wǎng)CERNET2試驗(yàn)網(wǎng)正式開(kāi)通，并提供服務(wù)。試驗(yàn)網(wǎng)以2.5~10Gbit/s的速率連接北京、上海和廣州三個(gè)CERNET核心節(jié)點(diǎn)，并與國(guó)際下一代互聯(lián)網(wǎng)相連接。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心CNNIC(ChiNaNetworkInformationCenter)每年兩次公布我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況。到2019年底，我國(guó)的國(guó)際出口帶寬已超過(guò)8.8Tbit/s（1Tbit/s=103Gbit/s）。1996年，張朝陽(yáng)創(chuàng)立了中國(guó)第一家以風(fēng)險(xiǎn)投資資金建立的互聯(lián)網(wǎng)公司—愛(ài)特信公司。兩年后，愛(ài)特信公司推出“搜狐”產(chǎn)品，并更名為搜狐公司(Sohu)。搜狐網(wǎng)站(S)是中國(guó)首家大型分類(lèi)查詢搜索引擎。1997年，丁磊創(chuàng)立了網(wǎng)易公司(NetEase)，推出了中國(guó)第一家中文全文搜索引擎，開(kāi)發(fā)的超大容量免費(fèi)郵箱（如163和126等）。1998年，王志東創(chuàng)立新浪網(wǎng)站(S)。新浪的微博是全球使用最多的微博之一。對(duì)我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)發(fā)展影響較大的人物和事件1998年，馬化騰、張志東創(chuàng)立了騰訊公司(Tencent)。1999年，騰訊就推出了用在PC上的即時(shí)通信軟件OICQ，后改名為QQ。2011年，騰訊推出了專(zhuān)門(mén)供智能手機(jī)使用的即時(shí)通信軟件“微信”。2000年，李彥宏和徐勇創(chuàng)建了百度網(wǎng)站(B)，現(xiàn)在已成為全球最大的中文搜索引擎。1999年，馬云創(chuàng)建了阿里巴巴網(wǎng)站(A)。2003年，馬云創(chuàng)立了個(gè)人網(wǎng)上貿(mào)易市場(chǎng)平臺(tái)—淘寶網(wǎng)(T)。2004年，阿里巴巴集團(tuán)創(chuàng)立了第三方支付平臺(tái)—支付寶(A)。對(duì)我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)發(fā)展影響較大的人物和事件1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類(lèi)別1.5.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義1.5.2幾種不同類(lèi)別的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.5.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的精確定義并未統(tǒng)一。較好的定義：計(jì)算機(jī)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(zhuān)門(mén)用來(lái)實(shí)現(xiàn)某一特定目的（例如，傳送數(shù)據(jù)或視頻信號(hào)）。這些可編程的硬件能夠用來(lái)傳送多種不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)，并能支持廣泛的和日益增長(zhǎng)的應(yīng)用。“可編程的硬件”表明：這種硬件一定包含有中央處理器CPU。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所連接的硬件包括：一般的計(jì)算機(jī)；智能手機(jī)、電視等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以：傳送數(shù)據(jù)；支持多種應(yīng)用（包括今后可能出現(xiàn)的各種應(yīng)用）。如何理解？1.5.2幾種不同類(lèi)別的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有多種類(lèi)別?？梢园匆韵路椒ǚ诸?lèi)：按照網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類(lèi)；按照網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類(lèi)；用來(lái)把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。類(lèi)別作用范圍或距離廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)通常為幾十到幾千公里。有時(shí)也稱(chēng)為遠(yuǎn)程網(wǎng)(longhaulnetwork)。是互聯(lián)網(wǎng)的核心部分。城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)作用范圍一般是一個(gè)城市，作用距離約為5~50公里。局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)局限在較小的范圍（如1公里左右）。通常采用高速通信線路。個(gè)人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)范圍很小，大約在10米左右。有時(shí)也稱(chēng)為無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)

WPAN(WirelessPAN)。1.按照網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類(lèi)若中央處理機(jī)之間的距離非常近（如僅1米甚至更小些），則一般就稱(chēng)之為多處理機(jī)系統(tǒng)，而不稱(chēng)它為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。類(lèi)別作用范圍或距離公用網(wǎng)(publicnetwork)按規(guī)定交納費(fèi)用的人都可以使用的網(wǎng)絡(luò)。也可稱(chēng)為公眾網(wǎng)。專(zhuān)用網(wǎng)

(privatenetwork)為特殊業(yè)務(wù)工作的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)。2.按照網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類(lèi)公用網(wǎng)和專(zhuān)用網(wǎng)都可以傳送多種業(yè)務(wù)。如傳送的是計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，則分別是公用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。接入網(wǎng)AN(AccessNetwork)又稱(chēng)為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。用于將用戶接入互聯(lián)網(wǎng)。實(shí)際上就是本地ISP所擁有的網(wǎng)絡(luò)，它既不是互聯(lián)網(wǎng)的核心部分，也不是互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分。是從某個(gè)用戶端系統(tǒng)到本地ISP的第一個(gè)路由器（也稱(chēng)為邊緣路由器）之間的一種網(wǎng)絡(luò)。從覆蓋的范圍看，很多接入網(wǎng)還是屬于局域網(wǎng)。3.用來(lái)把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)本地ISP接入網(wǎng)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)1.6.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征1.6.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)重要性能指標(biāo)速率帶寬吞吐率時(shí)延時(shí)延帶寬積往返時(shí)間利用率性能指標(biāo)：從不同的方面來(lái)度量計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能。最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。指的是數(shù)據(jù)的傳送速率，也稱(chēng)為數(shù)據(jù)率

(datarate)或比特率

(bitrate)。單位：bit/s，或kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。

例如41010bit/s的數(shù)據(jù)率就記為40Gbit/s。速率往往是指額定速率或標(biāo)稱(chēng)速率，非實(shí)際運(yùn)行速率。1.速率千

=K=210=1024，兆=M=220=1024K，吉=G=230=1024M1字節(jié)(Byte)=8比特(bit）頻域某個(gè)信號(hào)具有的頻帶寬度。單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。某信道允許通過(guò)的信號(hào)頻帶范圍稱(chēng)為該信道的帶寬（或通頻帶）。時(shí)域網(wǎng)絡(luò)中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力，表示在單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的某信道所能通過(guò)的“最高數(shù)據(jù)率”。單位就是數(shù)據(jù)率的單位bit/s。2.帶寬(bandwidth)兩者本質(zhì)相同。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。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的實(shí)際數(shù)據(jù)量。受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。額定速率是絕對(duì)上限值?？赡軙?huì)遠(yuǎn)小于額定速率，甚至下降到零！有時(shí)可用每秒傳送的字節(jié)數(shù)或幀數(shù)來(lái)表示。3.吞吐量(throughput)指數(shù)據(jù)（一個(gè)報(bào)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(shí)間。有時(shí)也稱(chēng)為延遲或遲延。組成：（1）發(fā)送時(shí)延（2）傳播時(shí)延（3）處理時(shí)延（4）排隊(duì)時(shí)延4.時(shí)延(delay或latency)也稱(chēng)為傳輸時(shí)延。是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，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。（1）發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（bit）發(fā)送速率（bit/s）是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間。電磁波傳播速率：自由空間的傳播速率是光速=3.0ⅹ

105

km/s在銅線電纜中的傳播速率約=2.3ⅹ

105

km/s在光纖中的傳播速率約=

2.0ⅹ105km/s（2）傳播時(shí)延傳播時(shí)延=信道長(zhǎng)度（米）信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒）注意：發(fā)送時(shí)延與傳播時(shí)延有本質(zhì)上的不同。發(fā)送時(shí)延發(fā)生在機(jī)器內(nèi)部的發(fā)送器中，與傳輸信道的長(zhǎng)度（或信號(hào)傳送的距離）沒(méi)有任何關(guān)系。傳播時(shí)延則發(fā)生在機(jī)器外部的傳輸信道媒體上，而與信號(hào)的發(fā)送速率無(wú)關(guān)。信號(hào)傳送的距離越遠(yuǎn)，傳播時(shí)延就越大。（2）傳播時(shí)延（3）處理時(shí)延主機(jī)或路由器在收到分組時(shí)，為處理分組（例如分析首部、提取數(shù)據(jù)、差錯(cuò)檢驗(yàn)或查找路由）所花費(fèi)的時(shí)間。（4）排隊(duì)時(shí)延分組在路由器輸入輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待處理和轉(zhuǎn)發(fā)所經(jīng)歷的時(shí)延。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。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的通信量很大時(shí)會(huì)發(fā)生隊(duì)列溢出，使分組丟失，這相當(dāng)于排隊(duì)時(shí)延為無(wú)窮大。（3）處理時(shí)延和（4）排隊(duì)時(shí)延一般說(shuō)來(lái)，小時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)要優(yōu)于大時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)。在某些情況下，一個(gè)低速率、小時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)很可能要優(yōu)于一個(gè)高速率但大時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)。4.時(shí)延(delay或latency)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)延必須指出，在總時(shí)延中，究竟是哪一種時(shí)延占主導(dǎo)地位，必須具體分析?！l(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)生發(fā)送時(shí)延(即傳輸時(shí)延)在這里產(chǎn)生處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)假設(shè)從結(jié)點(diǎn)A向結(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路四種時(shí)延產(chǎn)生的地方不一樣四種時(shí)延產(chǎn)生的地方對(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。提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤概念以下說(shuō)法是錯(cuò)誤的：“在高速鏈路（或高帶寬鏈路）上，比特會(huì)傳送得更快些”。結(jié)點(diǎn)A要將一個(gè)數(shù)據(jù)塊通過(guò)1000km的光纖鏈路發(fā)送給結(jié)點(diǎn)B。假設(shè)忽略處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延。請(qǐng)分別計(jì)算下列情況時(shí)的總時(shí)延，并驗(yàn)證“數(shù)據(jù)的發(fā)送速率越高，其傳送的總時(shí)延就越小”的說(shuō)法是否正確。（1）數(shù)據(jù)塊大小為100MB，信道帶寬為1Mbit/s（2）數(shù)據(jù)塊大小為100MB，信道帶寬為100Mbit/s（3）數(shù)據(jù)塊大小為1B，信道帶寬為1Mbit/s（4）數(shù)據(jù)塊大小為1B，信道帶寬為1Gbit/s分析舉例光纖鏈路1000km結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)A分析舉例解：

傳播時(shí)延=1000km/2.0ⅹ105

km/s=

5ms。（1）發(fā)送時(shí)延=100220

8106=838.9s，

總時(shí)延=838.9+0.005≈838.9s。（2）發(fā)送時(shí)延=100220

8

108

=8.389s

總時(shí)延=8.389+0.005

=8.394s。縮小到（1）的近

1/100。（3）發(fā)送時(shí)延=1

8106=810–6s=8s,

總時(shí)延=0.008+5=5.008ms。（4）發(fā)送時(shí)延=1

8

109

=8

10–9s=0.008s

總時(shí)延=0.000008+5=5.000008ms。與（3）相比沒(méi)有明顯減小。不能籠統(tǒng)地認(rèn)為：“數(shù)據(jù)的發(fā)送速率越高，其傳送的總時(shí)延就越小”。（傳播）時(shí)延（管道長(zhǎng)度）鏈路帶寬（管道截面積）時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延帶寬鏈路的時(shí)延帶寬積又稱(chēng)為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。管道中的比特?cái)?shù)表示從發(fā)送端發(fā)出但尚未到達(dá)接收端的比特?cái)?shù)。只有在代表鏈路的管道都充滿比特時(shí)，鏈路才得到了充分利用。鏈路像一條空心管道5.時(shí)延帶寬積表示從發(fā)送方發(fā)送完數(shù)據(jù)，到發(fā)送方收到來(lái)自接收方的確認(rèn)總共經(jīng)歷的時(shí)間。

6.往返時(shí)間RTT(Round-TripTime)往返時(shí)間RTT=結(jié)點(diǎn)A到B的傳播時(shí)延tP

+結(jié)點(diǎn)B處理和排隊(duì)時(shí)延tPQB

+結(jié)點(diǎn)B發(fā)送時(shí)延tTB

+結(jié)點(diǎn)B到A的傳播時(shí)延tP

=2x傳播時(shí)延tP

+結(jié)點(diǎn)B處理和排隊(duì)時(shí)延tPQB

+結(jié)點(diǎn)B發(fā)送時(shí)延tTB

結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B數(shù)據(jù)確認(rèn)tTAtPtPtPQB往返時(shí)間RTTtTB成功發(fā)送的總時(shí)延結(jié)點(diǎn)A要將一個(gè)100MB數(shù)據(jù)以100Mbit/s的速率發(fā)送給結(jié)點(diǎn)B，B正確收完該數(shù)據(jù)后，就立即向A發(fā)送確認(rèn)。假定A只有在收到B的確認(rèn)信息后，才能繼續(xù)向B發(fā)送數(shù)據(jù)，且確認(rèn)信息很短。計(jì)算A向B發(fā)送數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)率。分析舉例100Mbit/s結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)ARTT=2s解：分析舉例發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)長(zhǎng)度發(fā)送速率=100×220×8100×106≈8.39s有效數(shù)據(jù)率=數(shù)據(jù)長(zhǎng)度發(fā)送時(shí)間+RTT=100×220×88.39+2≈80.7Mbit/s100Mbit/s結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)ARTT=2s在互聯(lián)網(wǎng)中，往返時(shí)間還包括各中間結(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)的發(fā)送時(shí)延。當(dāng)使用衛(wèi)星通信時(shí)，往返時(shí)間RTT相對(duì)較長(zhǎng)，此時(shí)，RTT是很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。6.往返時(shí)間RTT(Round-TripTime)結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)A信道利用率某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（即有數(shù)據(jù)通過(guò)）。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。問(wèn)題：信道利用率越高越好嗎？7.利用率根據(jù)排隊(duì)論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，時(shí)延會(huì)迅速增加。時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系其中：D0：網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延。D：網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前的時(shí)延。U：網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的利用率，數(shù)值在0到1之間。D=D0

1-U時(shí)延D利用率U10D0時(shí)延急劇增大當(dāng)信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延迅速增加。1.6.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量可靠性管理和維護(hù)可擴(kuò)展性和可升級(jí)性這些非性能特征與性能指標(biāo)有很大的關(guān)系。1.7.1計(jì)算機(jī)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(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)1.7.5TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(1)必須有一條傳送數(shù)據(jù)的通路。(2)發(fā)起方必須激活通路。(3)要告訴網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別接收方。(4)發(fā)起方要清楚對(duì)方是否已開(kāi)機(jī)，且與網(wǎng)絡(luò)連接正常。(5)發(fā)起方要清楚對(duì)方是否準(zhǔn)備好接收和存儲(chǔ)文件。(6)若文件格式不兼容，要完成格式的轉(zhuǎn)換。(7)要處理各種差錯(cuò)和意外事故，保證收到正確的文件。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要互相傳送文件需解決很多問(wèn)題計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)B最初的ARPANET

設(shè)計(jì)時(shí)提出了分層的設(shè)計(jì)方法。分層：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。1974年，IBM按照分層的方法制定并提出了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA(SystemNetworkArchitecture)。此后，其他一些公司也相繼推出了具有不同名稱(chēng)的體系結(jié)構(gòu)。提出了不同體系結(jié)構(gòu)但由于網(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。ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)提出的OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)是使各種計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架。OSI/RM是個(gè)抽象的概念。1983年，形成了著名的ISO7498國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即七層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMOSI試圖達(dá)到一種理想境界：全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都遵循這個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因而全球的計(jì)算機(jī)將能夠很方便地進(jìn)行互連和交換數(shù)據(jù)?；赥CP/IP的互聯(lián)網(wǎng)已搶先在全球相當(dāng)大的范圍成功地運(yùn)行了。OSI的專(zhuān)家們?cè)谕瓿蒓SI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)，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的層次劃分也不太合理，有些功能在多個(gè)層次中重復(fù)出現(xiàn)。但I(xiàn)SO/OSI失敗了法律上的(dejure)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)OSI但并沒(méi)有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。事實(shí)上的(defacto)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP獲得了最廣泛的應(yīng)用。存在兩種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)1.7.2協(xié)議與劃分層次網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

(networkprotocol)，簡(jiǎn)稱(chēng)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。三個(gè)組成要素：語(yǔ)法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。語(yǔ)義：需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。同步：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。TCPconnectionreq.TCPconnectionreply.getplan.pdf<plan.pdf>網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不可缺少的組成部分。協(xié)議的兩種形式文字描述：便于人來(lái)閱讀和理解。程序代碼：讓計(jì)算機(jī)能夠理解。不論什么形式，都必須能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)上信息交換過(guò)程做出精確的解釋。ARPANET的研制經(jīng)驗(yàn)表明：對(duì)于非常復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該是層次式的。層次式協(xié)議結(jié)構(gòu)文件傳送模塊主機(jī)1主機(jī)2文件傳送模塊文件及傳送命令好像是按照水平方向的虛線直接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1，將文件傳送模塊作為最高的一層劃分層次的概念舉例：兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送文件文件傳送模塊主機(jī)1主機(jī)2文件傳送模塊2，再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊層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)模塊文件及傳送命令好像是按照水平方向的虛線直接傳送的劃分層次的概念舉例：兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送文件文件傳送模塊主機(jī)1主機(jī)2文件傳送模塊3，再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊層好像可直接把文件可靠地傳送到對(duì)方通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口文件及傳送命令好像是按照水平方向的虛線直接傳送的通信網(wǎng)絡(luò)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，并向上層提供接入和通信服務(wù)。劃分層次的概念舉例：兩臺(tái)主機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送文件各層之間是獨(dú)立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開(kāi)。易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。有些功能會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，因而產(chǎn)生了額外開(kāi)銷(xiāo)。分層的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)注意：每一層的功能應(yīng)非常明確。層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。層數(shù)太多，又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。差錯(cuò)控制：使相應(yīng)層次對(duì)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(lái)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，在接收端將其還原。復(fù)用和分用：發(fā)送端幾個(gè)高層會(huì)話復(fù)用一條低層的連接，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。各層完成的主要功能網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(NetworkArchitecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合，就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)件所應(yīng)完成的功能的精確定義（不涉及實(shí)現(xiàn)）。實(shí)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(wèn)題。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。1.7.3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會(huì)話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP的四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)(a)(b)(c)五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)4應(yīng)用層1網(wǎng)絡(luò)接口層2網(wǎng)際層IP(各種應(yīng)用層協(xié)議，如DNS,HTTP,SMTP等)3運(yùn)輸層(TCP或UDP)（這一層并沒(méi)有具體內(nèi)容）運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321任務(wù)：通過(guò)應(yīng)用進(jìn)程間的交互來(lái)完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。協(xié)議：定義的是應(yīng)用進(jìn)程間通信和交互的規(guī)則。把應(yīng)用層交互的數(shù)據(jù)單元稱(chēng)為報(bào)文(message)。例如：DNS，HTTP，SMTP各層的主要功能運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321任務(wù)：負(fù)責(zé)向兩臺(tái)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。具有復(fù)用和分用的功能。主要使用兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP。各層的主要功能運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321TCP(TransmissionControlProtocol)：提供面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆?bào)文段

(segment)。UDP(UserDatagramProtocol)：提供無(wú)連接的盡最大努力(best-effort)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)（不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕?。?shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報(bào)。各層的主要功能運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)。兩個(gè)具體任務(wù)：路由選擇：通過(guò)一定的算法，在互聯(lián)網(wǎng)中的每一個(gè)路由器上，生成一個(gè)用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)分組的轉(zhuǎn)發(fā)表。轉(zhuǎn)發(fā)：每一個(gè)路由器在接收到一個(gè)分組時(shí)，要依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表中指明的路徑把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)路由器。各層的主要功能運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321互聯(lián)網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是無(wú)連接的網(wǎng)際協(xié)議IP(InternetProtocol)和許多種路由選擇協(xié)議，因此互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層也叫做網(wǎng)際層或IP層。IP協(xié)議分組也叫做IP數(shù)據(jù)報(bào)，或簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)據(jù)報(bào)。各層的主要功能運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321常簡(jiǎn)稱(chēng)為鏈路層。任務(wù)：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的可靠通信。在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的鏈路上傳送幀（frame）。如發(fā)現(xiàn)有差錯(cuò)，就簡(jiǎn)單地丟棄出錯(cuò)幀。如果需要改正出現(xiàn)的差錯(cuò)，就要采用可靠傳輸協(xié)議來(lái)糾正出現(xiàn)的差錯(cuò)。這種方法會(huì)使數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議復(fù)雜。各層的主要功能運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321任務(wù)：實(shí)現(xiàn)比特（0或1）的傳輸。確定連接電纜的插頭應(yīng)當(dāng)有多少根引腳，以及各引腳應(yīng)如何連接。注意：傳遞信息所利用的一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無(wú)線信道等，并不在物理層協(xié)議之內(nèi)，而是在物理層協(xié)議的下面。各層的主要功能主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2數(shù)據(jù)物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H5數(shù)據(jù)物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H4運(yùn)輸層首部物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H4H4H5數(shù)據(jù)H3網(wǎng)絡(luò)層首部物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H4H4H5數(shù)據(jù)H3H3H4H5數(shù)據(jù)H2鏈路層首部T2鏈路層尾部物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H5數(shù)據(jù)H4H4H5數(shù)據(jù)H3H3H4H5數(shù)據(jù)H2T210100比特流110100物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP210100比特流110100物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2H3H4H5數(shù)據(jù)H2T210100比特流110100物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2H3H4H5數(shù)據(jù)H2T210100比特流110100物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體H4H5數(shù)據(jù)H3數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2H3H4H5數(shù)據(jù)H2T210100比特流110100物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體H4H5數(shù)據(jù)H3H4H5數(shù)據(jù)H3數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2H3H4H5數(shù)據(jù)H2T210100比特流110100物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體H4H5數(shù)據(jù)H3H4H5數(shù)據(jù)H3H2新首部T2新尾部H3H4H5數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2H3H4H5數(shù)據(jù)H2T210100比特流110100物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體H4H5數(shù)據(jù)H3H4H5數(shù)據(jù)H3H2新首部T2新尾部H3H4H5數(shù)據(jù)10101比特流110111數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體10101比特流110111數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體H2T2H3H4H5數(shù)據(jù)10101比特流110111數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體H2T2H3H4H5數(shù)據(jù)10101比特流110111H4H5數(shù)據(jù)H3數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程主機(jī)154321AP1主機(jī)2路由器3212154321AP2物理傳輸媒體物理傳輸媒體物理傳輸媒體H2T2H3H4H5數(shù)據(jù)10101比特流