Part2 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展、分類、性能指標(biāo)和體系結(jié)構(gòu)

復(fù)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義：組成、功能因特網(wǎng)概述：網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段因特網(wǎng)的組成：邊緣部分+核心部分邊緣部分（C/S、P2P）核心部分（電路交換和分組交換）1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展從1987年至1990年代，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)主要依靠撥號(hào)上網(wǎng)。2000年后，寬帶用戶接入數(shù)量開始快速攀升。在中國(guó)，寬帶是互聯(lián)網(wǎng)的主要接入方式，占總體網(wǎng)民比例的90.6%；近年來(lái)，無(wú)線接入方式，特別是手機(jī)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量在迅速上升，使用固定電話撥號(hào)上網(wǎng)人數(shù)，自從在2004年達(dá)到峰值后，逐年繼續(xù)減少。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商主要由中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)移動(dòng)三大企業(yè)支配要接入互聯(lián)網(wǎng)，要租用三大企業(yè)的線路。中國(guó)電信：有線網(wǎng)絡(luò)（撥號(hào)上網(wǎng)、FTTx）、CDMA無(wú)線網(wǎng)中國(guó)聯(lián)通：有線網(wǎng)絡(luò)（撥號(hào)上網(wǎng)、FTTx）、WCDMA無(wú)線網(wǎng)中國(guó)移動(dòng)：有線網(wǎng)絡(luò)（撥號(hào)上網(wǎng)、FTTx）、GPRS和TD-SCDMA無(wú)線網(wǎng)1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)

從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)1.不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)，作用范圍通常是幾十到幾千公里。連接廣域網(wǎng)中間結(jié)點(diǎn)的鏈路一般是高速鏈路，采用光纖傳輸介質(zhì)進(jìn)行連接。城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)作用范圍是一個(gè)城市，距離約為5-50km局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

一般用微型計(jì)算機(jī)或工作站通過(guò)高速通信線路連接，使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)。作用范圍比較小。個(gè)人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)

也稱為無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN），作用范圍大約10m左右。2.不同使用者的網(wǎng)絡(luò)公用網(wǎng)(publicnetwork)也稱為公眾網(wǎng)，是指電信公司出資建造的大型網(wǎng)絡(luò)。三大網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商（ISP）：中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信專用網(wǎng)(privatenetwork)

某個(gè)部門為本單位的特殊業(yè)務(wù)工作的需要建造的網(wǎng)絡(luò)，不向本單位以外的人提供服務(wù)。銀行網(wǎng)絡(luò)、鐵路票務(wù)管理網(wǎng)、校園網(wǎng)VPN（虛擬專用網(wǎng)）：在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。濱州學(xué)院VPN地址2把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)

AN(AccessNetwork)，又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。由ISP提供的接入網(wǎng)起到用戶與因特網(wǎng)連接的“橋梁”作用。接入網(wǎng)本身既不屬于因特網(wǎng)的核心部分，也不屬于因特網(wǎng)的邊緣部分。1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.速率（網(wǎng)速）比特（bit）是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)量的最小單位來(lái)源于binarydigit，意思是一個(gè)“二進(jìn)制數(shù)字”，一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè)1或0速率即數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)是連接在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中上的主機(jī)在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率單位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s

，Tb/s2.帶寬模擬傳輸網(wǎng)（電話網(wǎng)）：信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。數(shù)字傳輸網(wǎng)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語(yǔ)，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。常用的帶寬單位常用的帶寬單位是千比每秒，即kb/s（103

b/s）兆比每秒，即Mb/s（106

b/s）吉比每秒，即Gb/s（109

b/s）太比每秒，即Tb/s（1012

b/s）3.吞吐量吞吐量(throughput)：表示在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量經(jīng)常用于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測(cè)量，以便知道有多少數(shù)據(jù)量通過(guò)了網(wǎng)絡(luò)。吞吐量=帶寬*時(shí)間1011001…發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn)在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時(shí)延(即發(fā)送時(shí)延)在發(fā)送節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)鏈路時(shí)延：數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時(shí)間4.時(shí)延(delay或latency)發(fā)送時(shí)延：數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。傳播時(shí)延：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。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）發(fā)送時(shí)延=

數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特/秒）處理時(shí)延：為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行處理所花費(fèi)的時(shí)間排隊(duì)時(shí)延：結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延，取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延之和。練習(xí)收發(fā)兩端之間的傳輸距離為1000km，信號(hào)在媒體上的傳播速率為2*108m/s。試問(wèn)以下情況的發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為107比特，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kb/s數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為103比特，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gb/s5.利用率信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過(guò)）完全空閑的信道的利用率是零信道利用率并非越高越好網(wǎng)絡(luò)利用率是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(jù)排隊(duì)論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。若令D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)延。在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡(jiǎn)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(shí)延

D利用率

U10D0時(shí)延急劇增大假定網(wǎng)絡(luò)的利用率到達(dá)了90%，請(qǐng)估算現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是它的最小值多少倍？1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)提出的背景——網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、異質(zhì)性不同的通信介質(zhì)——有線、無(wú)線、…

…不同種類的設(shè)備——主機(jī)、路由器、交換機(jī)…

…不同的操作系統(tǒng)——Unix、Windows、…

…不同的軟/硬件、接口和通信約定（協(xié)議）不同的應(yīng)用環(huán)境——固定、移動(dòng)、…

…不同種類業(yè)務(wù)——分時(shí)、交互、實(shí)時(shí)、…

…結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)便于更新與維護(hù)較強(qiáng)的獨(dú)立性和適應(yīng)性復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如何合理組織結(jié)構(gòu)達(dá)到：解決：分而治之！一個(gè)生活中的例子：物流系統(tǒng)郵政系統(tǒng)的組織:層次的觀點(diǎn)：

每層實(shí)現(xiàn)一種特定的服務(wù)通過(guò)自己內(nèi)部的功能依賴自己的下層提供的服務(wù)用戶(寄件者)快遞員(取信)分檢員(分檢)運(yùn)輸工具(出發(fā))用戶(收件者)快遞員(送信)分檢員

(分檢)運(yùn)輸工具(到達(dá))運(yùn)輸線路分層的物流系統(tǒng)組織:服務(wù)用戶-to-用戶：信息服務(wù)快遞員-to-快遞員：傳遞服務(wù)分檢員-to-分檢員：地址選擇服務(wù)

運(yùn)輸工具-to-運(yùn)輸工具：運(yùn)輸服務(wù)層次功能的分布式實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸工具(出發(fā))運(yùn)輸工具(到達(dá))運(yùn)輸線路信件發(fā)送方信件接收方中間交通樞紐運(yùn)輸線路運(yùn)輸線路用戶(寄件者)用戶(收件者)快遞員(取信)快遞員(送信)分檢員(分檢)分檢員(分檢)相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的?！胺謱印睂嫶蠖鴱?fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)題，而這些較小的局部問(wèn)題比較易于研究和處理。

1.7.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成1974年，美國(guó)IBM公司宣布了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA1983年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO形成開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）的正式文件?；ミB網(wǎng)實(shí)際遵守的體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)1.開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM開放：只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信系統(tǒng)：指在現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)中與互連有關(guān)的部分1983年形成了OSI的正式文件，即七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層法律上的(dejure)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)OSI沒(méi)有得到市場(chǎng)的認(rèn)可注意只有物理層存在直接連接，其余層均為間接連接以運(yùn)輸層為界，將體系結(jié)構(gòu)分為兩大部分：通信子網(wǎng)（核心部分）、資源子網(wǎng)（邊緣部分）2.TCP/IP模型應(yīng)用層運(yùn)輸層（TCP）網(wǎng)絡(luò)層（IP）網(wǎng)絡(luò)接口層非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP獲得了最廣泛的應(yīng)用稱為事實(shí)上的(defacto)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層1.7.2協(xié)議與劃分層次1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（networkprotocol），簡(jiǎn)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)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定的規(guī)則。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(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素：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）2.劃分層次的概念舉例計(jì)算機(jī)

1

向計(jì)算機(jī)

2

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個(gè)計(jì)算機(jī)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)。兩個(gè)計(jì)算機(jī)交換文件文件傳送模塊計(jì)算機(jī)

1計(jì)算機(jī)

2文件傳送模塊只看這兩個(gè)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(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊文件傳送模塊計(jì)算機(jī)

1計(jì)算機(jī)

2文件傳送模塊只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊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)模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊文件傳送模塊計(jì)算機(jī)

1計(jì)算機(jī)

2文件傳送模塊通信服務(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(zhǎng)度等。3.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)（architecture）是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。體系結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。1.7.3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

兩種體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)：OSI七層體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層TCP/IP四層體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。采取折中的辦法，綜合

OSI和

TCP/IP

的優(yōu)點(diǎn)，采用有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。

五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(applicationlayer)運(yùn)輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

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，成為應(yīng)用層

PDU主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2應(yīng)用層PDU再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層報(bào)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(bào)（或分組）主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2IP數(shù)據(jù)報(bào)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)鏈路層幀主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

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主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)應(yīng)用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體主機(jī)

1AP2AP1電信號(hào)（或光信號(hào)）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(jī)

2主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

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)層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

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(jìn)程主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

2我收到了

AP1

發(fā)來(lái)的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

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(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

210100110100101比特流110101110101計(jì)算機(jī)2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

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)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

1

向主機(jī)

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機(jī)

1AP2AP1主機(jī)

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(yùn)輸層H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機(jī)

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