第一章 計算機網(wǎng)絡(luò)概念

第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概述

1

S計算機網(wǎng)絡(luò)課程

?通過本課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生對數(shù)據(jù)通信的基本概念和計

算機網(wǎng)絡(luò)的基本原理，包括計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)

通信的基本方法和協(xié)議、計算機網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用協(xié)議、計

算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全和管理知識有一個全面的理解。為從

事計算機網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。

?授課教師嚴(yán)楠jiffyan@

?考核方式

期末考試占80%

平時成績20%

袁練習(xí)7%

我考勤、課堂紀(jì)律8%

袁實驗5%

2

器1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程

給1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義和分類

我121計算機網(wǎng)絡(luò)的定義

需122常見計算機網(wǎng)絡(luò)的分類方法

我123局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)

?1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能

我131計算機網(wǎng)絡(luò)的組成

需132計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

我133計算機網(wǎng)絡(luò)的功能

3

器1.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議

我1411so/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型

我142TCP/IP模型

需1.4.30SI/RM和TCP/IP模型的區(qū)別

我144協(xié)議

1.5計算機網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的介紹

我151計算機網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的歷史

0152計算機網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)的發(fā)展

4

1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展

C1.1.1面向終端的第一代計算機網(wǎng)絡(luò)

卷L使用線路控制器的計算機網(wǎng)絡(luò)

電話線路

調(diào)制解調(diào)器終端

計算機

器因為早期的計算機是為成批處理信息而設(shè)計的，所以當(dāng)

計算機在和遠(yuǎn)程終端相連時，必須在計算機上安裝一個

叫做線路控制器(linecontroller)的設(shè)備，同時在線路

的兩端還必須各安裝一臺調(diào)制解調(diào)器(modem)

5

(->2.使用前端處理機的計算機網(wǎng)絡(luò)

s多重線路控制器嚴(yán)重限制了網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)量的增加，每

當(dāng)增加一個新用戶時，都需要對多重線路控制器進行軟

件和硬件的修改和重新配置。因此，人們又研制出了前

端處理機(FrontEndProcessor,FED)以完成全部的通

信任務(wù)，而將計算機解放出來專門進行數(shù)據(jù)的處理，這

樣就大大減輕了計算機的額外開銷。

計算機

6

器3.使用集中器的計算機網(wǎng)絡(luò)

我為了節(jié)約通信費用，可在遠(yuǎn)程終端密集的地方安裝一個

集中器(concentrator)□它的一端用多條低速率線路與

各終端相連，另一端則用一條高速率線路與計算機相

連。如果一些終端處于閑置狀態(tài)，集中器可以利用由此

而產(chǎn)生的空閑時間來傳送其他處于工作狀態(tài)終端的數(shù)

據(jù)，明顯降低了通信線路的費用。

計算機

7

1.1.2以分組交換為核心的第二代計算機網(wǎng)絡(luò)

0第二代計算機網(wǎng)絡(luò)則強調(diào)了網(wǎng)絡(luò)的整體性，用戶不僅可以

共享與之直接相連的主機的資源，而且還可以通過通信子

網(wǎng)共享其他主機或用戶的軟、硬件資源。

主機E

B

主機D

通信子網(wǎng)

8

￡1.1.3以O(shè)SI為核心的第三代計算機網(wǎng)絡(luò)

■第三代計算機網(wǎng)絡(luò)的特點是制訂了統(tǒng)一的不同計算機之間

互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，從而實現(xiàn)了不同廠家生產(chǎn)的計算機之間互聯(lián)

成網(wǎng)。

我1977年前后，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International

StandardizationOrganization,ISO)成立了—專門機

構(gòu)，提出了一個各種計算機能夠在世界范圍內(nèi)互聯(lián)成網(wǎng)

的標(biāo)準(zhǔn)框架，即著名的開放系統(tǒng)互聯(lián)基本參考模型

(OpenSystemInterconnect/ReferenceModel,

OSI/RM),簡稱為OSI。OSI模型共分為七層，從下到

上依次是物理層(physicallayer)、數(shù)據(jù)鏈路層

(DLC)、網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)、傳輸層(transport

layer)、會話層(sessionlayer)、表示層(presentation

layer)和應(yīng)用層(applicationlayer)。OSI參考模型的

提出，解決了不同廠家生產(chǎn)的計算機之間的互聯(lián)問題。

9

1.1.4以高速和多媒體應(yīng)用為核心的第四代

計算機網(wǎng)絡(luò)

籍第四代計算機網(wǎng)絡(luò)是在進入20世紀(jì)90年代后，隨著數(shù)字通

信的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，其特點是綜合化和高速化。

M綜合化是指采用交換的數(shù)據(jù)傳送方式將多種業(yè)務(wù)綜合到

一個網(wǎng)絡(luò)中完成。例如人們一直在使用一種與計算機網(wǎng)

絡(luò)很不相同的電話網(wǎng)傳送語音信息，但是，現(xiàn)在已經(jīng)可

以將多種業(yè)務(wù)，如語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息以二進制代

碼的數(shù)字形式綜合到一個網(wǎng)絡(luò)之中進行傳送。

M網(wǎng)絡(luò)的高速化在近年來顯得非常突出。例如以太網(wǎng)的速

率，在短短的十幾年間就從當(dāng)初的10Mbit/s,發(fā)展到后

來的100Mbit/s、1000Mbit/s,現(xiàn)在運行速率達(dá)到

1OOOOMbit/s的萬兆以太網(wǎng)也得到了廣泛應(yīng)用。

10

G1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義與類型gjk'j

【121計算機網(wǎng)絡(luò)的定義

器計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物。它

是將分布在不同地理位置的計算機、終端以及外設(shè)等通過

通信線路相互連接起來而形成的。

?1廣義的觀點

M它把計算機網(wǎng)絡(luò)定義為“計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)

合，實現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理或進一步達(dá)到資源共享的系

統(tǒng)”。從廣義的觀點來看，計算機網(wǎng)絡(luò)與計算機通信網(wǎng)

的概念是相同的。以數(shù)據(jù)傳輸為主要目的，資源共享的

能力較弱

?2資源共享的觀點

s資源共享的觀點將計算機網(wǎng)絡(luò)定義為“以能夠相互共享

資源的方式連接起來，并且各自具有獨立功能的計算機

系統(tǒng)的集合”。（1）地理上分散（2）資源共享

11

器3對用戶透明的觀點

我對用戶透明的觀點定義計算機網(wǎng)絡(luò)為“存在一個能為用

戶自動管理資源的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，由它來調(diào)用完成用戶

任務(wù)所需要的資源，而整個網(wǎng)絡(luò)像一個大的計算機系統(tǒng)

一樣對用戶是透明的”。實際上這種觀點所描述的是一

個分布式系統(tǒng)

通常采用的計算機網(wǎng)絡(luò)定義是：計算機網(wǎng)絡(luò)是用通信線路

將分散在不同地點并具有獨立功能的多臺計算機系統(tǒng)互相

連接，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)資源共享的信息

系統(tǒng)。這里強調(diào)計算機網(wǎng)絡(luò)是在協(xié)議控制下進行計算機之

間的數(shù)據(jù)通信，以實現(xiàn)資源的共享。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是區(qū)別計算

機網(wǎng)絡(luò)與一般計算機互聯(lián)系統(tǒng)的標(biāo)志。

12

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的類型

?計算機網(wǎng)絡(luò)可以從不同的角度對其進行分類，例如從網(wǎng)絡(luò)

的交換功能可以把計算機網(wǎng)絡(luò)分為電路交換、報文交換、

分組交換和混合交換（同時采用電路交換和分組交換）四

種。

?按通信媒體的不同可以分為有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和混合網(wǎng)

絡(luò)（有線和無線混合網(wǎng)絡(luò)）三種。

給根據(jù)使用范圍的不同，可以將計算機網(wǎng)絡(luò)分為公用網(wǎng)、專

用網(wǎng)和接入網(wǎng)三類。

M1.公用網(wǎng)（publicnetwork）是為公眾提供各種信息服

務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如Internet,只要用戶能夠遵守網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

商的使用和管理規(guī)則，都可以申請使用。

13

s2.專用網(wǎng)(privatenetwork)由組織、系統(tǒng)或部門根據(jù)

實際需要自己投資建立，只為網(wǎng)絡(luò)擁有者提供服務(wù)。例

如軍隊、公安、鐵路、電力等系統(tǒng)均擁有本系統(tǒng)的專用

網(wǎng)。

出3.接入網(wǎng)AN(AccessNetwork)又稱為本地接入網(wǎng)或居民

接入網(wǎng)。是一種比較特殊的計算機網(wǎng)絡(luò)。它既不屬于因

特網(wǎng)的核心部分，也不屬于因特網(wǎng)的邊緣部分。只是起

到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的“橋梁”作用。

14

出1.2.3局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和個域網(wǎng)

否根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接范圍的大小，可以將計算機網(wǎng)絡(luò)分為局域

網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和個人區(qū)域網(wǎng)四種。

期局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork,LAN)也稱為局部網(wǎng)

絡(luò)，一般是將一個相對較多小區(qū)域(一般在幾百米到幾

千米以內(nèi))內(nèi)的計算機通過高速通信線路相連(現(xiàn)在傳

輸速度一般在10Mbit/s以上)后所形成的網(wǎng)絡(luò)。

ES城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork,MAN),基本上

是一種大型的LAN,通常使用與LAN相同的技術(shù)。所

以，目前在按連接范圍分類時可直接分為局域網(wǎng)和廣域

網(wǎng)，而不再有城域網(wǎng)。

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ES廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork,WAN)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，

指作用范圍通常為幾十千米到幾千千米的網(wǎng)絡(luò)。簡單地

說，廣域網(wǎng)是將多個局域網(wǎng)互聯(lián)后所產(chǎn)生的范圍更大的

網(wǎng)絡(luò)，各局域網(wǎng)之間既可以通過速度較低的電話線進行

連接，也可以通過高速電纜、光纜、微波天線或衛(wèi)星等

遠(yuǎn)程通信方式連接。

我個人區(qū)域網(wǎng)(PersonalAreaNetwork)就是在個人工作

或者生活的地方把屬于個人使用的設(shè)備(如便攜式電腦、

家用電器等)用無線技術(shù)連接起來的網(wǎng)絡(luò)，其范圍大約

在10m左右o

16

1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的組成與功育抬攀U尸

‘：131計算機網(wǎng)絡(luò)的組成

能一般而論，計算機網(wǎng)絡(luò)有3個主要組成部分：

M若干個主機，它們各為用戶提供資源和服務(wù)；

需1個通信子網(wǎng)，它主要由結(jié)點交換機和連接這些結(jié)點的

通信鏈路所組成；

需一系列的協(xié)議。這些協(xié)議是為在主機和主機之間、主機

和子網(wǎng)之間、子網(wǎng)中各結(jié)點之間的通信而用的，它是通

信雙方事先約定好的和必須遵守的規(guī)則。

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@通信子網(wǎng)

器（1）通信子網(wǎng)為資源子網(wǎng)提供信息傳送服務(wù)，是支持資源子

網(wǎng)上用戶之間相互通信的基本環(huán)境。它的組成如下：

袁①通信控制處理機。它用于實現(xiàn)分組交換，即接收從

一條物理鏈路上送來的分組，經(jīng)過適當(dāng)處理后，再根據(jù)

分組中的目標(biāo)地址選擇一條最佳傳輸路徑，將分組發(fā)往

下一個結(jié)點。分組交換器通常就是計算機，又稱結(jié)點交

換機。

需②網(wǎng)絡(luò)控制中心NCC。它管理整個網(wǎng)絡(luò)的運行，為網(wǎng)絡(luò)

的用戶注冊、登記和記賬，對網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的故障進行檢

測，它也是用計算機來充當(dāng)?shù)摹?/p>

公③網(wǎng)關(guān)。用于實現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)，是網(wǎng)絡(luò)之間的

硬件和軟件接口，實現(xiàn)信息格式變換和規(guī)程變換，通常

也由計算機來充當(dāng)網(wǎng)關(guān)。

20

刈資源子網(wǎng)

卷（2）資源子網(wǎng)實現(xiàn)全網(wǎng)的面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)絡(luò)資源共

享。它由各種硬件（主機與外設(shè)）和軟件（網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫）組成。

我①主機Host。它是資源子網(wǎng)中的主體，在主機中除裝有

本地操作系統(tǒng)外，還應(yīng)配有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。主機中還裝

有各種用戶軟件、數(shù)據(jù)庫和各種工具軟件。小至微型機,

大至巨型機都可用作網(wǎng)絡(luò)中的主機。

袁②終端設(shè)備。它是用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的接口，用戶可以

通過終端取得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。終端和主機一樣，是網(wǎng)絡(luò)的信

源和信宿。應(yīng)當(dāng)指出，一般的終端輸出是字符流，因此

終端不能直接入網(wǎng)，而必須通過主機或PAD。

21

S③網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立在各主機操作

系統(tǒng)之上的一個操作系統(tǒng)。用于實現(xiàn)不同主機系統(tǒng)之間

的用戶通信，以及全網(wǎng)硬件和軟件資源的共享，并向用

戶提供統(tǒng)一的、方便的網(wǎng)絡(luò)接口，便于用戶使用網(wǎng)絡(luò)。

22

B132計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

器計算機網(wǎng)絡(luò)是由多臺具有獨立功能的計算機組成的一個集

合，那么這些計算機之間是如何組織起來的呢？這就涉及

網(wǎng)絡(luò)中一個十分重要的概念：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

0在網(wǎng)絡(luò)中，將不同設(shè)備根據(jù)不同的工作方式進行連接稱之

為拓?fù)?topology)。國外通常又稱為設(shè)計(design)＞圖

解(diagram)、映像(map)、物理布局(physicallayout)

等。

?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡(luò)的重要特性。從拓?fù)鋵W(xué)的觀點，網(wǎng)絡(luò)

是由一組節(jié)點(node)和連接節(jié)點的鏈路(link)組成。在計算

機網(wǎng)絡(luò)中，計算機作為節(jié)點，連接計算機的通信線路作為

鏈路，形成計算機的地理分布和互連關(guān)系上的幾何排序

(幾何構(gòu)形)。這種計算機與鏈路之間的拓?fù)潢P(guān)系，稱為

計算機網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

23

0按照網(wǎng)絡(luò)中一條鏈路所能連接的計算機的臺數(shù)，可以把計

算機網(wǎng)絡(luò)歸結(jié)為兩大類：鏈路型網(wǎng)絡(luò)（點到點的結(jié)構(gòu)）和

廣播型網(wǎng)絡(luò)（多點共享鏈路結(jié)構(gòu)）。

?1.鏈路型網(wǎng)絡(luò)（點到點的結(jié)構(gòu)）

1mli

（c）總線型

（b）環(huán)型

24

辨（1）星型結(jié)構(gòu)是一種以中央節(jié)點為中心，把若干外圍節(jié)點

連接起來的輻射式互連結(jié)構(gòu)，中央節(jié)點實施對全網(wǎng)的控

制，并分別通過單獨的鏈路與各個外圍節(jié)點相連接。其拓

撲特點是，中央節(jié)點與多條鏈路連接，其余節(jié)點只與一條

鏈路連接。由于各外圍節(jié)點分別用線纜與中央節(jié)點直接連

接，因而在星型結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)的傳輸不會在線路上發(fā)生碰

撞，并且系統(tǒng)比較容易擴充，但中央節(jié)點會成為系統(tǒng)的

“瓶頸”和可靠工作的最薄弱環(huán)節(jié)。

25

黔（2）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指采用單根傳輸線作為總線，所有工

作站都共用一條總線。

H1）節(jié)點的插入或拆卸方便，易于擴充；

袁2）不需要中央控制器，有利于分布式控制，某個節(jié)點

發(fā)生故障時對整個系統(tǒng)影響很小，網(wǎng)絡(luò)的可靠性高；

s3）總線自身的故障對系統(tǒng)是毀滅性的，因而要求較高

的安裝質(zhì)量?？偩€中任一處發(fā)生故障將導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的

癱瘓，且故障診斷困難。

00000000

（C）總線型

26

黔（3）樹型結(jié)構(gòu)由星型結(jié)構(gòu)衍變而來。它實際上是多個星

型結(jié)構(gòu)的級聯(lián)組合。樹型結(jié)構(gòu)的特點是網(wǎng)絡(luò)中有多個中心

節(jié)點，但主要的數(shù)據(jù)流通是在網(wǎng)絡(luò)的各分支之間進行，形

成一種分級管理的集中式網(wǎng)絡(luò)，適宜于各種管理部門進行

分級數(shù)據(jù)傳送的場合。其拓?fù)涮攸c是，多個中心節(jié)點與多

條鏈路連接，其余節(jié)點（末端節(jié)點）只與一條鏈路連接。

樹型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是連接容易、管理簡單、維護方便，缺點

是共享能力差、可靠性低。

27

器（4）環(huán)型結(jié)構(gòu)是把所有節(jié)點連接成環(huán)形。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的總線首

尾相連成閉合的環(huán)路時，這種總線型結(jié)構(gòu)稱為環(huán)型總線結(jié)

構(gòu)。其拓?fù)涮攸c是，每一個節(jié)點都與兩條鏈路連接。在這

種結(jié)構(gòu)中，任意兩點之間形成兩條路徑，當(dāng)某一鏈路有故

障時，還可以通過另一條路徑進行通信。

28

辨（5）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是所有節(jié)點具有兩個或兩個以上直接通路的

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

黔（6）全互連結(jié)構(gòu)是所有節(jié)點之間都有直接通路的拓?fù)浣Y(jié)

構(gòu)。全互連結(jié)構(gòu)是一種特殊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有較高的可靠

性，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鏈路多，投資大。

29

器2.廣播型網(wǎng)絡(luò)

?廣播型網(wǎng)絡(luò)的特點是，通信線路為多個節(jié)點共享。這樣,一

個節(jié)點發(fā)送的信息可以傳輸?shù)狡渌械墓?jié)點；而當(dāng)有兩

個以上節(jié)點同時發(fā)送信息時，便會引起沖突。

MM

總線型環(huán)型無約束型

30

為133計算機網(wǎng)絡(luò)的功能

器計算機網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)是實現(xiàn)資源共享，應(yīng)具有下述功能

需（1）數(shù)據(jù)通信。該功能用于實現(xiàn)計算機與終端、計算機

與計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸，這是計算機網(wǎng)絡(luò)最基本的功

能，也是實現(xiàn)其他幾個功能的基礎(chǔ)。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，

數(shù)據(jù)通信功能應(yīng)包含下述幾項具體內(nèi)容：

?①連接的建立和拆除。為使網(wǎng)絡(luò)中源主機和目標(biāo)主機進

行通信，通常應(yīng)在它們之間先建立連接，建立一條由源

主機到目標(biāo)主機之間的邏輯鏈路，通信結(jié)束時拆除已經(jīng)

建立的連接。

?②數(shù)據(jù)傳輸控制。在通信雙方建立起連接之后，即可傳

輸用戶數(shù)據(jù)。為使用戶數(shù)據(jù)能在網(wǎng)絡(luò)中正確傳輸，必須

為數(shù)據(jù)配上報頭，其中含有用于控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)男畔ⅲ?/p>

如目標(biāo)主機地址，源主機地址、報文序號等。用戶數(shù)據(jù)

常稱為報文體，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)報頭中的信息控制報文的傳

輸。此外，傳輸控制還應(yīng)對傳輸過程中出現(xiàn)的異常情況

進行及時處理。

31

?③差錯檢測。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，難免會出現(xiàn)差錯，

通常用誤碼率來度量信道的出錯程序。一般信道誤碼率

為10-4?10久為了減少錯誤，網(wǎng)絡(luò)中必須具有差錯控制

設(shè)施，既可檢錯，又可糾錯。

?④流量控制。進行數(shù)據(jù)傳輸時，應(yīng)控制源主機發(fā)送數(shù)據(jù)

流的速度，使之與目標(biāo)主機接收數(shù)據(jù)流的速度相匹配，

以保證目標(biāo)主機能及時接收和處理所接收的數(shù)據(jù)流；否

貝IJ,可能使接收方緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)溢出而丟失，嚴(yán)重時

可以導(dǎo)致發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁擠和網(wǎng)絡(luò)死鎖的情況。

?⑤路由選擇。公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中，由源站到目標(biāo)站通常都有

多條路徑。路由選擇指按一定策略，如傳輸路徑最短、

傳輸時延最小或傳輸費用最低等，為被傳輸?shù)膱笪倪x擇

一奈最佳行輸路徑。

32

?⑥多路復(fù)用。為提高傳輸線路的利用率，在現(xiàn)代計算機

網(wǎng)絡(luò)中，都采用多路復(fù)用技術(shù)，即將一條物理鏈路虛擬

為多條虛電路，使一條物理鏈路能為多個“用戶對”同

時提供信息傳輸功能。

需（2）資源共享計算機網(wǎng)絡(luò)中的資源可分為數(shù)據(jù)、軟件、

硬件三類。相應(yīng)地，資源共享也分為以下三類。

?①數(shù)據(jù)共享。當(dāng)今數(shù)據(jù)資源的重要性越來越大，在計算

機網(wǎng)絡(luò)的計算機中普遍設(shè)置若干專門數(shù)據(jù)庫，如情報資

料數(shù)據(jù)庫，機械制造技術(shù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫等等，可供全國

乃至全世界的網(wǎng)絡(luò)用戶使用。

?②軟件共享。各種語言處理程序和各式各樣的應(yīng)用程序

是可供共享的軟件，實現(xiàn)軟件共享的方式也有兩種。

?③硬件共享。為發(fā)揮巨型機和特殊外圍設(shè)備的作用，并

滿足用戶要求，計算機網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)具有硬件資源共享的功

幺匕

33

我（3）負(fù)荷均衡和分布處理

?①負(fù)荷均衡。這是指網(wǎng)絡(luò)中的工作負(fù)荷均勻地分配給網(wǎng)

絡(luò)中的各計算機系統(tǒng)。當(dāng)某系統(tǒng)的負(fù)荷過重時，網(wǎng)絡(luò)能

自動將該系統(tǒng)中的一部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移至負(fù)荷較輕的系統(tǒng)中

去處理。為此，網(wǎng)絡(luò)必須具有把本地作業(yè)傳送至其他計

算機系統(tǒng)中的批處理系統(tǒng)、排隊等待處理、處理完后又

把結(jié)果返回源系統(tǒng)的功能。

?②分布處理。對一個作業(yè)的處理可分為三個階段：提供

作業(yè)輸入文件；對作業(yè)進行加工處理；把處理結(jié)果輸

出。在單機環(huán)境下，上述三步都在本地計算機系統(tǒng)中進

行。在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，根據(jù)分布處理的需要，可將

作業(yè)分配給其他計算機系統(tǒng)進行處理。

34

@1.3.4計算機網(wǎng)絡(luò)的性能;p-

01.速率

我速率的單位是b/s,或kb/s,Mb/s,Gb/s等

?2.帶寬

s“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單

位是赫(或千赫、犯赫、吉赫等)。

掰傳輸數(shù)字信號時，“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最

高數(shù)據(jù)率(發(fā)送速率、傳輸速率廣的同義語，單位是

“比特每秒"，或b/s(bit/s)亦即在傳輸管道中可以傳

遞數(shù)據(jù)的能力。在數(shù)字設(shè)備中，頻寬通常以bps表示，

即每秒可傳輸之位數(shù)。計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通

過的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特.

35

<->更常用的帶寬單位是

需千比每秒，即kb/s(103b/s)

疆兆比每秒，即Mb/s(106b/s)

器吉比每秒，即Gb/s(109b/s)

出太比每秒,即Tb/s(1012b/s)

?請注意：在計算機領(lǐng)域，K=21o=lO24

M=220,G=23°,T=24°。

?3.吞吐量

熱吞吐量(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。對于一個100Mbps的以太

網(wǎng)，其額定速率是100Mbps,那么這個數(shù)值也是該以太

網(wǎng)的吞吐量的絕對上限值。因此，對100Mbps的以太網(wǎng),

其典型的吞吐量可能也只有70Mbps。

36

04.時延

我傳輸時延（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）/信道帶寬（比特/秒）

我傳播時延：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）

M處理時延：換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所

花費的時間

37

H排隊時延：結(jié)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(luò)中當(dāng)時的通信量。

S總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延

?注意：通常說的“高速網(wǎng)絡(luò)鏈路”指的是數(shù)據(jù)發(fā)送速率較

高（即帶寬較高）而不是比特在鏈路中的傳播速率較高。

同樣的“高速光纖”指的是光纖信道的發(fā)送數(shù)據(jù)的速率可

以很高，而光纖信道的傳播速率比銅線的傳播速率實際還

要低一些（分別為每秒20.5萬公里、每秒23.1萬公里）。

s提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。比特的傳播速率

與帶寬無關(guān)

0一般來說，小時延的網(wǎng)絡(luò)要優(yōu)于大時延的網(wǎng)絡(luò)，在某些情

況下，一個低速率，小時延的網(wǎng)絡(luò)很可能要優(yōu)于一個高速

率但大時延的網(wǎng)絡(luò)

38

在隊列中產(chǎn)生從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)

處理時延

結(jié)點A發(fā)送器結(jié)點B

39

?5.時延帶寬積

需在數(shù)據(jù)通訊中，bandwidth-delayproduct指鏈路中容納的

比特數(shù)

?時延帶寬積=傳播時延X帶寬

（傳播）時延

鏈路

黔6.往返時延RTT（Round-TripTime）

s表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端

的確認(rèn)（接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認(rèn)），總共經(jīng)歷

的時延。

40

1.4網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及協(xié)議

嚀141體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

器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。

器“分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部

問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。

41

器計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。

能為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即網(wǎng)

絡(luò)協(xié)議(networkprotocol),簡稱為協(xié)議。

0計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合,

或者說計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成功能的精確定義。

?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素

M語法數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。

S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)。

需同步事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。

42

木）劃分層次的概念舉例

器計算機1向計算機2通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件?？梢詫⒁龅墓?/p>

作進行如下的劃分。

?第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。

需確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。

M雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。

齡兩個計算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)。

43

@兩個計算機交換文件

只看這兩個文件傳送模塊

計算機1好像文件及文件傳送命令計算機2

是按照水平方向的虛線傳送的

文件傳送模塊----------------------------?文件傳送模塊

把文件交給下層模塊1、把收到的文件交給

進行發(fā)送?；上層模塊

44

@再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊

計算機1計算機2

把文件交給下層模塊把收到的文件交給

進行發(fā)送上層模塊

45

@再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊

計算機1計算機2

文件傳送模塊文件傳送模塊

通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊

網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)

接口接口

網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)）——網(wǎng)絡(luò)接入模塊

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。

46

后計算機網(wǎng)絡(luò)的層次模型

?不同主機之間的相同層次稱為對等層。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對等層之

間互相通信需要遵守一定的規(guī)則，如通信的內(nèi)容、通信的

方式。對等層上傳送數(shù)據(jù)的單位統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元

(ProtocolDataUnit,PDU)。

第n+l層協(xié)議r

第n+l層/

第n層協(xié)議」

第n層,

第n-1層協(xié)議

第n-1層。

物理媒體+

EI1.10計算機網(wǎng)絡(luò)的層次模型“

47

后分層結(jié)構(gòu)有下列好處

黔(1)各層之間是獨立的。某一層不需要知道它的下一層是

如何實現(xiàn)的，只需要知道調(diào)用的接口。

器(2)靈活性好。任何一層的實現(xiàn)過程發(fā)生變化時，只要層

間接口保持不變則不影響其它層次的實現(xiàn)。

莓(3)結(jié)構(gòu)上可分割開。各層都可以采用最適合的技術(shù)來實

現(xiàn)。

器(4)易于實現(xiàn)和維護?！胺侄沃钡乃枷胧沟脧?fù)雜系統(tǒng)

變得易于設(shè)計與實現(xiàn)。

(5)能促進標(biāo)準(zhǔn)化工作。層次結(jié)構(gòu)應(yīng)該對每一層的功能和

服務(wù)都有精確的說明。

48

木）1421so/OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型

給國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（iso）在

1979年建立了一個分委員

畬來專門研究一種用于開

放系統(tǒng)互連（OpenSystems

Interconnection,0SI）的體

系結(jié)構(gòu)，定義了連接異種

計算機的標(biāo)準(zhǔn)框架。

49

器(1)物理層(PhysicalLayer)

s物理層的任務(wù)就是為它的上一層提供一個物理連接，以

及它們的機械、電氣、功能和過程特性。如規(guī)定使用電

纜和接頭的類型，傳送信號的電壓等。物理層的任務(wù)就

是透明的傳輸比特流。“透明的傳輸比特流”是指比特

流經(jīng)過物理層傳輸后不會發(fā)生變化，任意組合的比特流

都可以通過物理層傳送。

辨(2)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)

K數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)在兩個相鄰結(jié)點間的線路上，無差錯的

傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。

50

辨(3)網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)

我在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行通信的兩個計算機之間可能會經(jīng)過

很多段數(shù)據(jù)鏈路。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是選擇合適的網(wǎng)間路

由和交換結(jié)點，確保數(shù)據(jù)及時傳送。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)上

主機間的通信。

0(4)傳輸層(TransportLayer)

期為兩個端系統(tǒng)(也就是源站和目的站)的會話層之間，

提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負(fù)責(zé)可靠地傳

輸數(shù)據(jù)。該層的主要任務(wù)是提供建立、維護和拆除傳輸

連接的功能，監(jiān)控服務(wù)質(zhì)量，提供端到端可靠的透明的

數(shù)據(jù)傳輸、差錯控制和流量控制。

51

辨(5)會話層(SessionLayer)

s這一層也可以稱為會晤層或?qū)υ拰?，在會話層及以上?/p>

高層次中，數(shù)據(jù)傳送的單位不再另外命名，統(tǒng)稱為報

文。會話層不參與具體的傳輸，它提供包括訪問驗證和

會話管理在內(nèi)的建立和維護應(yīng)用之間通信的機制。如服

務(wù)器驗證用戶登錄便是由會話層完成的。

器(6)表示層(PresentationLayer)

s這一層主要解決用戶信息的語法表示問題。它將欲交換

的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語法，轉(zhuǎn)換為適合于

OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語法。即提供格式化的表示和

轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮，加密和解密等工

作都由表示層負(fù)責(zé)。

52

器(7)應(yīng)用層(ApplicationLayer)

器應(yīng)用層確定進程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶需要以及提

供網(wǎng)絡(luò)與用戶應(yīng)用

?為了方便起見，我們常常把上面的七個層次分為低層與高

層。低層為一?四層，是面向通信的，高層為五?七層，是

面向信息處理的。

53

&143TCP/IP模型

等網(wǎng)絡(luò)互連是目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的熱點之一，并且已經(jīng)取得

工很齊的進展。在諸多網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議中，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)

際協(xié)議(TransmissionControlProtocol/IntemetProtocol,

TCP/IP)是一個使用非常普遍的網(wǎng)絡(luò)互連標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

?ISO制定的OSI參考模型的過于龐大、復(fù)雜招致了許多批評。

而由技術(shù)人員自己開發(fā)的TCP/IP協(xié)議棧獲則得了廣泛的應(yīng)

用

辨TCP/IP是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)

絡(luò)接口層。

靠最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。

?因此往往采取折中的辦法，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)。分別是物理層，數(shù)據(jù)

鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，應(yīng)用層，其中物理層和數(shù)據(jù)鏈

路層對應(yīng)TCP/IP四層結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)接口層。

54

五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

?應(yīng)用層：規(guī)定應(yīng)用進程在通信時所遵循的協(xié)議。應(yīng)用層數(shù)

據(jù)傳送的單位(協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU)稱為報文(message)

?運輸層：負(fù)責(zé)主機中兩個進程的通信。運輸層的PDU為報

文段(segment)或用戶數(shù)據(jù)報(userdatagram)

給網(wǎng)絡(luò)層：實現(xiàn)分組交換網(wǎng)上不同主機間的通信。其PDU為

IP數(shù)據(jù)報(IPdatagram)

?數(shù)據(jù)鏈路層：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上兩個相鄰結(jié)點間的通信，其PDU

為幀(fi*ame)

?物理層：透明的傳輸比特流，其PDU為bit

器五層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用層對應(yīng)了七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)

用層、表示層、會話層

55

&)L4.4OSI/RM和TCP/IP模型的區(qū)別

?（i）osi分七層，自下而上分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)

絡(luò)層、傳輸層、會話層、表ZF層和應(yīng)用層，而TCP/IP分四

層：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層（IP）、傳輸層（TCP）和應(yīng)用

層。TCP/IP的應(yīng)用層對應(yīng)OSI的會話層、表示層、應(yīng)用

層，TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接口層對應(yīng)OSI的數(shù)據(jù)鏈路層、物理

層。

?（2）OSI層次間存在嚴(yán)格的調(diào)用關(guān)系，兩個（N）層實體

的通信必須通過下一層（N-1）層實體，不能越級，而

TCP/IP可以越過緊鄰的下一層直接使用更低層次所提供的

服務(wù)（這種層次關(guān)系常被稱為“等級”關(guān)系），因而減少

了一些不必要的開銷，提高了協(xié)議的效率。

器（3）OSI只考慮用一種標(biāo)準(zhǔn)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)將各種不同的系

統(tǒng)互聯(lián)在一起，后來認(rèn)識到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的重要性，才在網(wǎng)

絡(luò)層劃出一個子層來完成互聯(lián)作用。而TCP/IP一開始就考

慮到多種異構(gòu)網(wǎng)的互聯(lián)問題，并將互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP作為

TCP/IP的重要組成部分。

56

?(4)OSI開始偏重于面向連接的服務(wù)，后來才開始制定無

連接的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，而TCP/IP一開始就有面向連接和無連接

服務(wù)，無連接服務(wù)的數(shù)據(jù)報對于互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳送以及

分組話音通信都是十分方便的。

?(5)OSI與TCP/IP對可靠性的強調(diào)也不相同。對OSI的面

向連接服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層都要檢測和處

理錯誤，尤其在數(shù)據(jù)鏈路層采用校驗、確認(rèn)和超時重傳等

措施提供可靠性，而且網(wǎng)絡(luò)和運輸層也有類似技術(shù)。而

TCP/IP則不然，TCP/IP認(rèn)為可靠性是端到端的問題，應(yīng)由

運輸層來解決，因此它允許單個的鏈路或機器丟失數(shù)據(jù)或

數(shù)據(jù)出錯，網(wǎng)絡(luò)本身不進行錯誤恢復(fù)，丟失或出錯數(shù)據(jù)的

恢復(fù)在源主機和目的主機之間進行，由運輸層完成。由于

可靠性由主機完成，增加了主機的負(fù)擔(dān)。但是，當(dāng)應(yīng)用程

序?qū)煽啃砸蟛桓邥r，甚至連主機也不必進行可靠性處

理，在這種情況下，TCP/IP網(wǎng)的效率最高。

57

辨(6)在兩個體系結(jié)構(gòu)中智能的位置也不相同。OSI網(wǎng)絡(luò)層

提供面向連接的服務(wù)，將尋徑、流控、順序控制、內(nèi)部確

認(rèn)、可靠性帶有智能性的問題，都納入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，留給末

端主機的事就不多了。相反，TCP/IP則要求主機參與幾乎

所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所以對入網(wǎng)的主機要求很高。

船(7)OSI開始未考慮網(wǎng)絡(luò)管理問題，到后來才考慮這個問

題，而TCP/IP有較好的網(wǎng)絡(luò)管理。

58

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

59

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

60

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

61

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

62

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

63

S計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

APiAP2

55

44

33

2電信號（或光信號）在物理媒體中傳播2

從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層1

Q一物理傳輸媒體

64

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

65

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

66

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

67

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

68

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

69

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

70

計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟?/p>

計算機1計算機2

APi應(yīng)用層首部應(yīng)用數(shù)據(jù)AP2

運輸層首部

應(yīng)用數(shù)據(jù)5

H5

網(wǎng)絡(luò)層首部

4，鏈塞層\程序數(shù)據(jù)4

鏈路層

首部

3^3程序數(shù)據(jù)尾部3

2

H2H3H4H應(yīng)用程序數(shù)據(jù)

10100110100101比特流1101011101011

分計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

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計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù)

計算機1計算機2

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計算機1