計算機網(wǎng)絡概論

計算機網(wǎng)絡遼東學院授課教師：厲鵬TEL：3789876E-mail：開設網(wǎng)絡課的意義！！網(wǎng)絡課需要講授的內(nèi)容！！課程的安排??！考核方式！！1〕計算機網(wǎng)絡體系結構2〕數(shù)據(jù)通信根底3〕數(shù)據(jù)鏈路層根本內(nèi)容4〕IP層〔網(wǎng)絡互聯(lián)層〕IP協(xié)議及IP數(shù)據(jù)報格式、網(wǎng)劃分、路由選擇協(xié)議、網(wǎng)絡設計5〕TCP/IP傳輸層TCP協(xié)議UDP協(xié)議、網(wǎng)絡擁塞控制6〕應用層各種應用協(xié)議及其實現(xiàn)7〕網(wǎng)絡平安8〕局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)課程綜述第1章計算機網(wǎng)絡概述了解計算機網(wǎng)絡的作用、計算機網(wǎng)絡的形成及因特網(wǎng)的開展掌握計算機網(wǎng)絡的定義、分類及組成與結構掌握網(wǎng)絡拓撲結構、數(shù)據(jù)交換技術掌握網(wǎng)絡體系結構的根本概念掌握OSI參考模型與TCP/IP參考模型各層的根本效勞功能了解：OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較目標學習完本章，您可以掌握如下知識點：計算機網(wǎng)絡在信息時代的作用21世紀的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡化和信息化，它是一個以網(wǎng)絡為核心的信息時代。網(wǎng)絡現(xiàn)已成為信息社會的命脈和開展知識經(jīng)濟的重要根底。網(wǎng)絡是指“三網(wǎng)〞，即：

計算機網(wǎng)絡向用戶提供的最重要功能是：電信網(wǎng)絡、有線電視網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡連通性、資源共享開展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡第一階段：20世紀50年代〔面向終端的計算機網(wǎng)絡〕計算機網(wǎng)絡的形成與開展軍事應用—1952年，美國在美國外鄉(xiāng)北部和加拿大境內(nèi)，建立了一個半自動地面防空系統(tǒng)，簡稱SAGE系統(tǒng)(Semi-AutomaticGroundEnvironment)，譯成中文叫賽其系統(tǒng)。代表應用：SABRE-1——聯(lián)機預定飛機票系統(tǒng)。1個host，2000個終端。SAGEAN/FSQ-7CPU具有通信功能的多機系統(tǒng)美國通用電氣公司的GE網(wǎng)：主計算機與7個中心集中器連接，每個集中器又分別與分布在23個地區(qū)的75個遠程集中器相連，形成了當時世界上最大的商業(yè)數(shù)據(jù)處理網(wǎng)。從主機為中心到以網(wǎng)絡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)第二階段：20世紀60年代〔以通信子網(wǎng)為中心的主機互連〕特點：網(wǎng)絡結構從“主機－終端〞轉變?yōu)椤爸鳈C－主機〞典型代表：美國國防部高級研究方案局〔ARPA，AdvancedResearchProjectsAgency〕的ARPAnet(通常稱為ARPA網(wǎng))。69年，4個結點；73年，40個結點；83年，100多個結點。ARPANET是計算機網(wǎng)絡技術開展的一個重要里程碑其奉獻主要表現(xiàn)在：以資源共享為目的的計算機網(wǎng)絡；提出了資源子網(wǎng)、通信子網(wǎng)的兩級網(wǎng)絡結構的概念研究了報文分組交換的數(shù)據(jù)交換方法使用TCP/IP協(xié)議作為通信協(xié)議，使網(wǎng)絡具有很好的開放性，為Internet的誕生奠定了根底。IMPIMPHOSTHOSTTTTTTTIMPHOSTTTT通信子網(wǎng)ARPAnet網(wǎng)絡結構如以下圖所示圖中：H〔HOST〕是計算機主機IMP

(InterfaceMessageProcessor)

接口報文處理機，是處理主機之間通信任務的通信控制處理機〔CCP〕(CommunicationControlProcessor)。各計算機制造廠商網(wǎng)絡結構標準化IBM公司在SNA〔SystemNetworkArchitecture〕、DEC公司公布了DNA〔數(shù)字網(wǎng)絡系統(tǒng)結構〕Univac公司公布了DCA〔數(shù)據(jù)通信體系結構〕、Burroughs〔寶來〕公司公布了BNA〔寶來網(wǎng)絡體系結構〕等。國際網(wǎng)絡體系結構標準化ISO的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型TCP/IP體系結構第三階段：20世紀70年代〔開放式的標準化計算機網(wǎng)絡〕Internet高速開展各國以及全球信息根底設施的建立和完善。NII國家信息根底設施行動動議美國1993GII全球信息根底設施美國1994CNII1995寬帶網(wǎng)絡和智能網(wǎng)絡的開展。網(wǎng)絡技術的飛速開展〔FDDI、ATM等〕第四階段：20世紀90年代〔Internet的應用與高速網(wǎng)絡技術開展〕因特網(wǎng)概述網(wǎng)絡(network)由假設干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成。網(wǎng)絡結點鏈路互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡的網(wǎng)絡）互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡〞(networkofnetworks)。連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。研究網(wǎng)：69年~83年，從單個網(wǎng)絡ARPAnet向互聯(lián)網(wǎng)開展的過程1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPAnet上的標準協(xié)議，在83年~84年間，因特網(wǎng)形成。運行網(wǎng)：85年~92年，建成了三級結構的因特網(wǎng)。分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)〔或企業(yè)網(wǎng)〕商業(yè)網(wǎng)：1993年開始，逐漸形成了多層次ISP〔InternetServiceProvider〕因特網(wǎng)效勞提供者或因特網(wǎng)效勞提供商〕結構的因特網(wǎng)。Internet的開展階段?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。一級ISP一級ISP第一層

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)第二層

ISP第二層

ISPNAPNAPAB主機A→本地ISP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→本地ISP→主機B第一層

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一層

ISP第一層第二層第三層本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISPNAP(NetworkAccessPoint)網(wǎng)絡接入點計算機網(wǎng)絡〔ComputerNetwork〕定義計算機網(wǎng)絡的定義與分類計算機資源：互聯(lián)計算機是分布在不同地理位置的聯(lián)網(wǎng)計算機之間的通信必須遵循共同的計算機網(wǎng)絡三要素：計算機網(wǎng)絡〔ComputerNetwork〕是利用通信線路和通信設備，把分布在不同地理位置的自治計算機、終端設備互相連接，按照網(wǎng)絡協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，由功能完善的網(wǎng)絡軟件，實現(xiàn)資源共享和網(wǎng)絡通信計算機系統(tǒng)的集合。硬件、軟件和數(shù)據(jù)自治計算機網(wǎng)絡協(xié)議1.按網(wǎng)絡傳輸技術進行分類傳輸技術：點對點方式和播送方式相應的計算機網(wǎng)絡也可以分為兩類：播送式網(wǎng)絡〔broadcastnetwork〕點-點式網(wǎng)絡〔point-to-pointnetwork〕2.按網(wǎng)絡的覆蓋范圍進行分類局域網(wǎng)〔localareanetwork，LAN〕城域網(wǎng)〔metropolitanareanetwork，MAN〕廣域網(wǎng)〔wideareanetwork，WAN〕個人區(qū)域網(wǎng)〔PAN/WPAN〕3.按傳輸介質進行分類4.按網(wǎng)絡拓撲結構進行分類計算機網(wǎng)絡的分類1、將小區(qū)域內(nèi)的計算機相互連接所構成的計算機網(wǎng)絡。2、高數(shù)據(jù)傳輸速率10Mb/s～10Gb/s；短距離：0.1km～1km;低誤碼率〔10-8～10-11〕。3、易于建立、維護與擴展。4、從介質訪問控制方式角度，局域網(wǎng)分為共享介質式局域網(wǎng)與交換式局域網(wǎng)局域網(wǎng)LAN城域網(wǎng)〔MetropolitanAreaNetwork〕，簡稱MAN，基于一種大型的LAN，通常使用與LAN相似的技術。之所以將MAN單獨的列出的一個主要原因是已經(jīng)有了一個標準：分布式隊列雙總線DQDB〔DistributedQueueDualBus〕，即IEEE802.6。DQDB是由雙總線構成，所有的計算機都連結在上面。1、作用范圍：5~50km。2、使用以太網(wǎng)技術。城域網(wǎng)MANWAN：幾十到幾千公里，連接廣域網(wǎng)各結點交換機的鏈路一般都是高速鏈路，具有較大的通信容量。WAN類型：PSTN、ISDN、X.25網(wǎng)、幀中繼網(wǎng)、ATM網(wǎng)廣域網(wǎng)WAN局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的差異？〔1〕局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)覆蓋范圍不同；〔2〕局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)所采用的協(xié)議和網(wǎng)絡技術也不同計算機網(wǎng)絡的拓撲構型所謂的“拓撲〞就是把實體抽象成與其大小、形狀無關的點，而將連接實體的線路抽象為線，進而以圖的形式表示這些點與線之間關系的方法。在計算機網(wǎng)絡中，我們把計算機和通信設備抽象成點，把連接這些設備的通信線路抽象成線，由這些點和線連接而成的幾何圖形稱為計算機網(wǎng)絡的拓撲結構。

拓撲設計對網(wǎng)絡性能、系統(tǒng)可靠性與通信費用都有重大影響。計算機網(wǎng)絡拓撲的定義（a）物理連接（b）拓撲圖網(wǎng)絡的物理連接與拓撲圖結點鏈路通路計算機網(wǎng)絡的拓撲結構總線型結構總線型結構結構簡單，可靠性好各結點共用總線，播送式傳輸擴充性好，增減結點容易總線爭用星型結構星型結構所有結點與中央結點連接結構簡單、控制簡單結點出現(xiàn)故障易于隔離中央結點的可靠性至關重要環(huán)型結構環(huán)型結構結構簡單、傳輸延時確定。各結點共享環(huán)路，結點出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡癱瘓采用令牌控制實時控制網(wǎng)狀結構網(wǎng)狀（不規(guī)則）結構端結點之間存在多條通路，需選擇路徑可靠性高通信控制復雜計算機網(wǎng)絡結構計算機網(wǎng)絡兩大根本功能:計算機網(wǎng)絡從邏輯功能上分為：資源子網(wǎng)—負責數(shù)據(jù)處理的主計算機、終端及各種軟件資源、信息資源。通信子網(wǎng)—負責數(shù)據(jù)通信處理的通信控制處理機、通信線路與其它通信設備。數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)通信資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)結構示意圖

資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)結構示意圖通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)擁有資源的用戶主機

請求資源的用戶終端

通信子網(wǎng)接口設備和軟件

提供訪問網(wǎng)絡和處理數(shù)據(jù)的能力通信控制處理機〔交換〕高速通信線路〔傳輸〕提供網(wǎng)絡通信功能，完成主機之間的數(shù)據(jù)傳輸、交換控制和變換等通信任務因特網(wǎng)的核心局部因特網(wǎng)的邊緣局部主機網(wǎng)絡路由器因特網(wǎng)的組成因特網(wǎng)的組成(1)邊緣局部由所有連接在因特網(wǎng)上的主機組成。這局部是用戶直接使用的，用來進行通信〔傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻〕和資源共享。工作方式：采用客戶效勞器方式(C/S)和對等通信方式〔P2P〕(2)核心局部由大量網(wǎng)絡和連接這些網(wǎng)絡的路由器組成。路由器是實現(xiàn)分組交換(packetswitching)的關鍵構件，其任務是轉發(fā)收到的分組，為邊緣局部提供效勞。工作方式：采用電路交換、分組交換。1.網(wǎng)絡硬件傳輸介質同軸電纜、雙絞線、光纜無線電、微波等。網(wǎng)絡效勞器工作站網(wǎng)絡設備網(wǎng)卡〔網(wǎng)絡適配器〕中繼器集線器網(wǎng)橋交換機路由器2.網(wǎng)絡軟件網(wǎng)絡軟件可大致分為網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件和網(wǎng)絡應用軟件。網(wǎng)絡系統(tǒng)軟件是控制和管理網(wǎng)絡運行、提供網(wǎng)絡通信和網(wǎng)絡資源分配與共享功能的網(wǎng)絡軟件，它為用戶提供了訪問網(wǎng)絡和操作網(wǎng)絡的友好界面。網(wǎng)絡應用軟件是指為某一個應用目的而開發(fā)的網(wǎng)絡軟件，它為用戶提供一些實際的應用。運行客戶程序網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)絡核心運行效勞器程序AB①請求服務②得到服務客戶效勞器客戶A向效勞器B發(fā)出請求效勞，而效勞器B向客戶A提供效勞。2.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。網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)絡核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序因特網(wǎng)的核心局部因特網(wǎng)的核心局部是由許多網(wǎng)絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網(wǎng)的邊緣局部。在因特網(wǎng)核心局部的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網(wǎng)絡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行信息處理的，并且可以和其他主機通過網(wǎng)絡交換信息。路由器的用途那么是用來轉發(fā)分組的，即進行分組交換的。H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡網(wǎng)絡核心局部主機H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡核心局部主機計算機網(wǎng)絡的性能計算機網(wǎng)絡的性能指標1.速率比特〔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。Bit來源于binarydigit，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。速率即數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)是計算機網(wǎng)絡中最重要的一個性能指標。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稱速率。2帶寬“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〕?，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)。常用的帶寬單位b/s(bit/s)，更常用的帶寬單位是：千比每秒，即kb/s〔103b/s〕，兆比每秒，即Mb/s〔106b/s〕，吉比每秒，即Gb/s〔109b/s〕，太比每秒，即Tb/s〔1012b/s〕。請注意：在計算機界，K=210=1024，M=220,G=230,T=240。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。時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡〔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。吞吐量受網(wǎng)絡的帶寬或網(wǎng)絡的額定速率的限制。4.時延(delay或latency)傳輸時延〔發(fā)送時延〕發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結點進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。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。處理時延：交換結點為存儲轉發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。排隊時延：結點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡中當時的通信量。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〔如圖1-11所示〕：總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+處理時延下面是四種時延所產(chǎn)生的地方。假設信息從結點A向結點B發(fā)送數(shù)據(jù)。5.時延帶寬積 傳播時延和帶寬的乘積叫做時延帶寬積，如下圖。這是一個代表鏈路的圓形管道，管道的長度是鏈路的傳播時延，而管道的截面積是鏈路的帶寬，因此，時延帶寬積就表示這個管道的體積，表示這樣的鏈路可容納多少個比特。往返時間RTT它表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方接收到來自接收方確實認總共經(jīng)歷的時間。計算機網(wǎng)絡的非性能特征費用質量標準化可靠性可擴展性和可升級性易于管理和維護6.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)絡利用率那么是全網(wǎng)絡的信道利用率的加權平均值。信道利用率并非越高越好。時延與網(wǎng)絡利用率的關系：根據(jù)排隊論的理論，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。假設令D0表示網(wǎng)絡空閑時的時延，D表示網(wǎng)絡當前的時延，那么在適當?shù)募俣l件下，可以用下面的簡單公式表示D和D0之間的關系：U是網(wǎng)絡的利用率，數(shù)值在0到1之間。分組交換技術的根本概念數(shù)據(jù)交換技術電路交換〔circuitexchanging〕存儲轉發(fā)〔store-and-forwardexchanging〕交換存儲轉發(fā)交換技術報文〔messageexchanging〕報文分組交換〔packetexchanging〕數(shù)據(jù)報方式虛電路方式“交換〞的含義“交換〞(switching)的含義就是轉接——把一條線轉接到另一條線，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。電路交換電路交換是面向連接的效勞。在數(shù)據(jù)傳送之前需建立一條物理通路，在線路被釋放之前，該通路將一直被一對用戶完全占有。電路交換在數(shù)據(jù)傳輸過程中要經(jīng)過三個階段：建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接。優(yōu)點：適用于連續(xù)傳輸大量數(shù)據(jù)，信息傳輸延遲小。缺點：電路建立時間長，線路利用率低。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BDCA電路交換舉例C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機通話在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BDCA主機B主機C主機D結點A結點B結點E結點F結點G結點C結點D通信子網(wǎng)主機A報文交換(messageexchanging)整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉發(fā)表，轉發(fā)到下一個結點。報文結構報文號目的地址源地址數(shù)據(jù)校驗優(yōu)點：采用了存儲轉發(fā)技術，線路利用率高。缺點：傳輸延遲長，不能滿足實時傳輸?shù)男枰?。報文分組交換(packetexchanging)報文和報文分組結構分組交換：將報文劃分為假設干個大小相等的分組(Packet)進行存儲轉發(fā)，到目的地后重新將分組組裝成報文。〔0.1KB~1KB〕優(yōu)點：對轉發(fā)結點的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組——速度快；轉發(fā)延時小——適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。缺點：分組在各結點存儲轉發(fā)時需要排隊，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。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)局部，復原成報文數(shù)據(jù)分組11010011101?

???????00101001110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

???????00101001110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

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口最后到達目的主機

H5在路由器

C

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在路由器

A

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口分組交換分為：虛電路〔分組〕交換數(shù)據(jù)報〔分組〕交換虛電路方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方和接收方預先建立一條邏輯連接的虛電路，在數(shù)據(jù)傳輸階段，每個分組只需要攜帶連接標識，就可沿著已建立的虛電路順序傳送。虛電路是面向連接的通信方式，工作過程：虛電路建立階段，數(shù)據(jù)傳輸階段，虛電路撤除階段。虛電路分為兩種：一種永久虛電路〔PVC〕；另一種為交換虛電路〔SVC〕。永久虛電路〔PVC〕是指通信雙方的電路在用戶看來是永久連接的虛電路。PVC

由網(wǎng)管預先定義。交換虛電路〔SVC〕是指通信雙方的電路在用戶看來是由獨立節(jié)點臨時且動態(tài)連接的虛電路。一旦通信完成，便取消虛電路。具有虛電路性能的網(wǎng)絡包括

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連接、幀中繼以及ATM網(wǎng)絡。虛電路(VirtualCircuit)分組交換方式虛電路方式1234567BACDEa1a2a3a1a2a3a1a2a3a1a3a2a1a2a3數(shù)據(jù)包〔報〕分組交換一個報文被分割為假設干分組數(shù)據(jù)包〔報〕進行傳送，每個分組必須帶有完整的源地址和目的地址，可以獨立地選擇一條到目的結點的傳輸路徑，將分組轉發(fā)出去。同一報文的不同分組到達目的節(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復與喪失現(xiàn)象。數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，不適用于長報文、會話式通信。數(shù)據(jù)報方式1234567BACDEa1a2a3a1a2a3a1a2a3a1a2a3a1a2a3虛電路和數(shù)據(jù)報的比較：虛電路：虛電路適用于兩端之間的長時間數(shù)據(jù)交換，尤其是在交互式會話中每次傳送的數(shù)據(jù)很短的情況下，可免去每個分組要有地址信息的額外開銷；可按順序到達；可對流量進行控制，接收方在來不及接收數(shù)據(jù)時，可以通知發(fā)送方暫緩發(fā)送分組；弱點是當某個結點或某條鏈路出故障即徹底失效時，那么所有經(jīng)過故障點的虛電路將立即破壞。數(shù)據(jù)報：省去呼叫建立階段，它傳輸少數(shù)幾個分組的速度比虛電路簡便靈活；各結點需為每個分組作路徑選擇判定，故可繞開故障點而到達目的地；不保證按順序到達，數(shù)據(jù)的喪失也不會立即知道。三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD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發(fā)存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)存儲轉發(fā)網(wǎng)絡層次模型結構網(wǎng)絡層次結構如何實現(xiàn)異構性網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通信？這就是網(wǎng)絡體系結構要解決的問題。網(wǎng)絡體系結構解決異質性網(wǎng)絡的通信問題采用的是分層方法。層次結構層次結構就是把一個復雜的系統(tǒng)設計問題分解成多個層次清楚的局部問題，并規(guī)定每一層所必須完成的功能。根本的網(wǎng)絡體系結構就是層次結構模型。

??網(wǎng)絡體系結構對等通信例：兩個人收發(fā)信件問題：收信人與發(fā)信人之間、郵局之間，他們是在直接通信嗎？郵局、運輸系統(tǒng)各向誰提供什么樣的效勞？郵局、收發(fā)信人各使用誰提供的什么效勞？信件內(nèi)容郵件地址貨物地址發(fā)信人郵局運輸系統(tǒng)信件內(nèi)容郵件地址貨物地址收信人對信件內(nèi)容的共識對信件如何傳遞的共識對貨物如何運輸?shù)墓沧RP3P2P1公路，鐵路，航空郵局運輸系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構的根本概念網(wǎng)絡協(xié)議為進行網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)那么、約定與標準。網(wǎng)絡協(xié)議的三要素：語義、語法與時序；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；語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式；時序：對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。〔同步〕網(wǎng)絡協(xié)議networkprotocol網(wǎng)絡體系結構〔NetworkArchitecture〕指計算機網(wǎng)絡層次結構模型和各層協(xié)議的集合?；蛘哒f，計算機網(wǎng)絡及其部件所應完成的功能的精確定義。網(wǎng)絡體系結構NetworkArchitecture對等層：不同系統(tǒng)的相同層次。〔同等層〕接口〔interface〕：同一系統(tǒng)相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的操作及下層對上層的效勞。效勞訪問點〔ServiceAccessPoint,SAP)：同一系統(tǒng)相鄰兩層實體交換信息的地方。是相鄰兩層實體的邏輯接口。效勞：某一層及其以下各層的一種能力，通過接口提供給其相鄰上層。從信息角度看，各層的效勞分為：面向連接的效勞和面向無連接的效勞對等層間通信物理層數(shù)據(jù)鏈路層傳輸層網(wǎng)絡層會話層應用層表示層物理層數(shù)據(jù)鏈路層傳輸層網(wǎng)絡層會話層應用層表示層網(wǎng)絡體系結構——研究方法各層之間是獨立的；靈活性好；結構上可分割開；易于實現(xiàn)和維護；能促進標準化工作。分層可將龐大而復雜的問題，轉化為假設干較小的局部問題，而這些較小的局部問題比較易于研究和處理。網(wǎng)絡體系結構為什么采用分層次的結構??網(wǎng)絡體系結構采用層次結構的好處：OSI參考模型在制定計算機網(wǎng)絡標準方面，起著很大作用的兩大國際組織是：國際電報與咨詢委員會CCITT，ConsultativeCommitteeonInternationalTelegraphandTelephone國際標準化組織ISO，InternationalStandardsOrganizationCCITT與ISO的工作領域是不同的：CCITT主要是考慮通信標準的制定ISO主要是考慮信息處理與網(wǎng)絡體系結構OSI參考模型網(wǎng)絡世界的法律!OSI參考模型：OpenSystemInterconnect開放系統(tǒng)互連參考模型OSI參考模型是由ISO〔國際標準化組織〕定義的OSI參考模型處理數(shù)據(jù)格式提供給用程序間通信建立，維護和管理會話端到端的連接尋址和路由選擇介質訪問，鏈路管理比特流傳輸PhysicalLayerDataLinkLayerNetworkLayerTransportLayerSessionLayerPresentationLayerApplicationLayer應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層1234567對等通信每一層都使用自己的協(xié)議每一層都利用下層提供的效勞與對等層通信HostAHostBAPDUPPDUSPDUSegment〔段〕Packet〔包〕Frame〔幀〕Bit〔比特〕應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層例子1FTP允許你選擇binary和ASCII兩種傳輸方式。如果是binary方式，發(fā)送端就不會改變文件的內(nèi)容。如果是ASCII方式，發(fā)送端就會先把內(nèi)容從發(fā)送端的字符集轉換成標準的ASCII碼再發(fā)送。接受端再從ASCII碼轉換為本地的字符集。表示層例子2例如：增加一個傳輸文件的選項，即文件傳輸效勞。應用層例子3從ATM提款機提款時，需要插卡、輸入密碼、輸入提款金額、提取現(xiàn)金。每一步都需要上一步確認。會話層例子4對于一個運行IP的Cisco路由器來說，它會檢查包的目的IP，將這個IP同路由表進行比較，如果輸出界面需要一個比較小的包的話，還需要對包進行分片，然后將包送入隊列等待發(fā)送。網(wǎng)絡層例子5TCP提供了一個4200字節(jié)的數(shù)據(jù)段給IP進行投遞。如果某種媒體不能傳輸4200個字節(jié)的包，那么IP將對數(shù)據(jù)進行分片。這樣，接收端的TCP也許就會接收到3個不同的1400字節(jié)的段。并且，接收段可能按照和發(fā)送不同的順序接收，所以它需要記錄接收的段，并將它們重組為4200字節(jié)的段。然后將數(shù)據(jù)送給上一層。傳輸層例子6RJ45定義了連接器的形狀和電纜芯/針的數(shù)量。Ethernet和802.3定義了1，2，3，6芯/針的使用。所以一根給Ethernet使用的帶有RJ45連接器的5類電纜，同時應用了Ethernet和802.3對應層標準。物理層復習1、OSI參考模型按順序有哪些層？〔〕A、應用層、傳輸層、網(wǎng)絡層、物理層B、應用層、表示層、會話層、網(wǎng)絡層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層C、應用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層D、應用層、會話層、傳輸層、物理層2、在OSI七層模型中，網(wǎng)絡層的功能有〔〕A、確保數(shù)據(jù)的傳送正確無誤B、確定數(shù)據(jù)包如何轉發(fā)與路由C、在信道上傳送比特流D、糾錯與流控CB數(shù)據(jù)封裝一臺計算機要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一臺計算機，數(shù)據(jù)首先必須打包，打包的過程成為封裝。封裝就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的協(xié)議頭部。OSI環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸過程數(shù)據(jù)封裝與解封裝DataData第7層頭+第7層頭+第6層頭Data第7層頭第6層頭+第5層頭Data第7層頭第6層頭第5層頭+第4層頭Data第7層頭第6層頭第5層頭第4層頭+第3層頭Data第7層頭第6層頭第5層頭第4層頭第3層頭+第2層頭Data第7層頭第6層頭第5層頭第4層頭第3層頭第2層頭+第1層頭應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層Data第2層頭第3層頭第4層頭第5層頭第6層頭第7層頭二進制的數(shù)據(jù)流第1層頭Data第2層頭第3層頭第4層頭第5層頭第6層頭第7層頭Data第3層頭第4層頭第5層頭第6層頭第7層頭Data第4層頭第5層頭第6層頭第7層頭Data第5層頭第6層頭第7層頭Data第6層頭第7層頭Data第7層頭封裝解封裝OSI中數(shù)據(jù)的類型：協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU〔ProtocalDataUnit〕接口數(shù)據(jù)單元IDU〔InterfaceDataUnit〕效勞數(shù)據(jù)單元SDU〔ServiceDataUnit〕。協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU：同等實體之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。接口數(shù)據(jù)單元IDU：相鄰層界面上表達的數(shù)據(jù)單元。效勞數(shù)據(jù)單元SDU:相鄰兩層間交換的數(shù)據(jù)單元。PCI：協(xié)議控制信息;ICI：接口控制信息

OSI參考模型7層的運行方式各層的數(shù)據(jù)單元ALPLSLTLNLDLPHL7654321分組(Packet)幀(Frame)比特流(BitsStream)TPDUAPDUPPDUSPDUPacketHeader+TPDUFH+Packet+FT0100011010110011100101101TH+SPDUAPDUPH+APDUSH+PPDUPDU:ProtocolDataUnit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元OSI環(huán)境中各層的數(shù)據(jù)單元OSI參考模型中，對等層協(xié)議之間交換的信息單元統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU，ProtocolDataUnit)。而傳輸層及以下各層的PDU另外還有各自特定的名稱：傳輸層——報文〔message〕網(wǎng)絡層——分組〔數(shù)據(jù)報〕〔Packet〕數(shù)據(jù)鏈路層——數(shù)據(jù)幀〔Frame〕物理層——比特〔Bit〕會話層〔SPDU〕表示層〔PPDU〕應用層〔APDU〕物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層會話層表示層應用層PB系統(tǒng)B物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸層會話層表示層應用層PA系統(tǒng)A物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡層傳輸介質OSI中的數(shù)據(jù)流報文分組幀結點2結點1OSI環(huán)境APDUPPDUSPDUTPDUPacketFrameBitsPacketFrameBitsAPDUPPDUSPDUTPDUPacketFrameBitsTheOSIReferenceModel面向連接效勞與無連接效勞通信效勞可以分為兩大類：面向連接效勞〔connect-orientedservice〕無連接效勞〔connectlessservice〕區(qū)別:〔1〕數(shù)據(jù)傳輸過程不同。面向連接通信：建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接。面向無連接直接進行數(shù)據(jù)通信，不需要建立、維護、釋放連接?！?〕數(shù)據(jù)的保序性不同：面向連接通信具有數(shù)據(jù)保序性，即能保證接收數(shù)據(jù)的順序與發(fā)送數(shù)據(jù)的順序一致，傳輸可靠性好，但協(xié)議復雜，通信效率低。面向無連接不能保證數(shù)據(jù)的順序性，可能出現(xiàn)亂序、重復與喪失的現(xiàn)象，傳輸可靠性不好，但協(xié)議簡單，通信效率較高。TCP/IP模型的層次結構應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層1234567應用層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接口層1234OSI參考模型TCP/IP模型網(wǎng)絡層應用層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接口層1234TCP/IP模型負責將數(shù)據(jù)包送達正確的目的數(shù)據(jù)包的路由路由的維護主要協(xié)議IPICMPIGMP傳輸層應用層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接口層1234TCP/IP模型負責提供端到端通信數(shù)據(jù)完整性校驗過失重傳數(shù)據(jù)的重新排序主要協(xié)議TCPUDP應用層應用層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接口層1234TCP/IP模型負責處理特定的應用程序細節(jié)遠程訪問資源共享主要協(xié)議TelnetFTP/TFTPSMTP/POP3SNMP/HTTP網(wǎng)絡接口層應用層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接口層1234TCP/IP模型負責處理與傳輸介質相關的細節(jié)物理線路和接口鏈路層通信主要協(xié)議以太網(wǎng)/FDDI/令牌環(huán)SLIP/HDLC/PPPX.25/幀中繼/ATM相同之處：都采用了分層的結構，都有網(wǎng)絡層、傳輸層、應用層。不同之處：〔1〕OSI參考模型采用7層結構，TCP/IP參考模型采用了4層結構；〔2〕OSI參考模型的網(wǎng)絡層提供無連接和面向連接的效勞，傳輸層只提供面向連接的效勞，而TCP/IP參考模型網(wǎng)絡層僅提供無連接的效勞，傳輸層提供無連接與面向連接的效勞。OSI參考模型與TCP/IP參考模型比較具有五層協(xié)議的體系結構TCP/IP是四層的體系結構：應用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。但最下面的網(wǎng)絡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)議的體系結構。五層協(xié)議的體系結構應用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網(wǎng)絡層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5

應用層4

運輸層3

網(wǎng)絡層2

數(shù)據(jù)鏈路層1

物理層一種建議的參考模型主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用進程數(shù)據(jù)先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層

PDU主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層PDU再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文主機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)絡層加上網(wǎng)絡層首部，成為IP數(shù)據(jù)報〔或分組〕主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1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主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)應用層(applicationlayer)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)絡層主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)局部上交給運輸層主機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)局部上交給應用層主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝?nèi)ナ撞?，取出應用程序?shù)據(jù)上交給應用進程主機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應用程序數(shù)據(jù)應用層首部H5比特流注意觀察參加或剝?nèi)ナ撞俊参膊俊车膶哟螒贸绦驍?shù)據(jù)H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2比特流計算機2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(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)局部交給網(wǎng)絡層H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(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)絡層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)局部交給運輸層H5應用程序