計算機網(wǎng)絡教案

計算機網(wǎng)絡教案

課程名稱計算機網(wǎng)絡(160012140)

學時學分48學時(3學分)

系部信息科學與技術

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本課程教學總體安排

課程名稱：計算機網(wǎng)絡課

程性質與類型：專業(yè)必修課

總學時、學分：48學時、3學分

教學目的與要求：

?目的：

培養(yǎng)高素質、擁有創(chuàng)新能力的網(wǎng)絡設計人才和高級網(wǎng)絡管理人才。

?要求：

本課程的教學目標是使學生理解計算機網(wǎng)絡的基本概念和原理，并掌握運用

所學知識建設、配置、管理和維護網(wǎng)絡的技能，以及培養(yǎng)學生在網(wǎng)絡上獲取、加

工、發(fā)布信息的能力。具體來講，就是使學生能夠“懂、建、管、用”網(wǎng)絡：

“懂”是理解網(wǎng)絡原理、相關協(xié)議和標準；

“建”是掌握組建網(wǎng)絡的工程技術；

，，管”是學會管理、配置和維護網(wǎng)絡；

“用”是在學會基本應用的基礎上，學會使用將網(wǎng)絡作為信息發(fā)布和管理的平臺。

教材及參考書目：

?教材：《計算機網(wǎng)絡（第5版）》，謝希仁編著，電子工業(yè)出版社。

?參考書目：

1./computer/index

2.《計算機網(wǎng)絡（第4版）》，AndrewS.Tanenbaum著，潘愛民譯，清華大學出版社。

3.《計算機網(wǎng)絡知識要點與習題解析》，哈爾濱工程大學出版社。

4.《數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡（第2版）》，高傳善、毛迪林、曹袖主編，高等教育出版社。

5.《計算機網(wǎng)絡（第2版）》，吳功宜編著，清華大學出版社。

考核方式及成績計算方法：

?考核方式：閉卷

?成績計算方法：期未考試成績70%,平時成績20%,實驗成績10%o

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課程教學日歷

課程名稱：計算機網(wǎng)絡授課學期：2010-2011第一學期

周次章節(jié)及教學內容累計學時

第1章概述

i.i計算機網(wǎng)絡在信息時代中的作用

1.2因特網(wǎng)概述

1.2.1網(wǎng)絡的網(wǎng)絡

1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段

1.2.3因特網(wǎng)的標準化工作

1.3因特網(wǎng)的組成

1.3.1因特網(wǎng)的邊緣部分

1.3.2因特網(wǎng)的核心部分

1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展

1-21.5計算機網(wǎng)絡的類別6

1.5.1計算機網(wǎng)絡的定義

1.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡

1.6計算機網(wǎng)絡的性能

1.6.1計算機網(wǎng)絡的性能指標

1.6.2計算機網(wǎng)絡的非性能特征

1.7計算機網(wǎng)絡體系結構

1.7.1計算機網(wǎng)絡體系結構的形成

1.7.2協(xié)議與劃分層次

1.7.3具有五層協(xié)議的體系結構

1.7.4實體、協(xié)議、服務和服務訪問點

1.7.5TCP/IP的體系結構

第2章物理層

2.1物理層的基本概念

2.2數(shù)據(jù)通信的基礎知識

2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

2.2.2有關信道的幾個基本概念

3~42.2.3信道的極限容量

2.3物理層下面的傳輸媒體6

2.3.1導向傳輸媒體

2.3.2非導向傳輸媒體

2.4信道復用技術

2.4.1頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用

2.4.2波分復用

2.4.3碼分復用

2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)

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2.5寬帶接入技術

2.6.1xDSL技術

2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）

2.6.3FTTx技術

第3章數(shù)據(jù)鏈路層

3.1使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.1.1數(shù)據(jù)鏈路和幀

3.1.2三個基本問題

3.2點對點協(xié)議PPP

3.2.1PPP協(xié)議的特點

3.2.2PPP協(xié)議的幀格式

3.2.3PPP協(xié)議的工作狀態(tài)

3.3使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層

3.3.1局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層

3.3.2CSMA/CD協(xié)議

5~63.4使用廣播信道的以太網(wǎng)6

3.4.1使用集線器的星形拓撲

3.4.2以太網(wǎng)的信道利用率

3.4.3以太網(wǎng)的MAC層

3.5擴展的以太網(wǎng)

3.5.1在物理層擴展以太網(wǎng)

3.5.2在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng)

3.6高速以太網(wǎng)

3.6.11OOBASE-T以太網(wǎng)

3.6.2吉比特以太網(wǎng)

3.6.310吉比特以太網(wǎng)

3.6.4使用高速以太網(wǎng)進行寬帶接入

3.7其他類型的高課局域網(wǎng)或將口

第4章網(wǎng)絡層

4.1網(wǎng)絡層提供的兩種服務

4.2網(wǎng)際協(xié)議IP

4.2.1虛擬互連網(wǎng)絡

4.2.2分類的IP地址

4.2.3IP地址與硬件地址

7~94.2.4地址解析協(xié)議ARP和逆地址解析協(xié)議RARP

4.2.5IP數(shù)據(jù)報的格式7

4.2.6IP層轉發(fā)分組的流程

4.3劃分子網(wǎng)和構造超網(wǎng)

4.3.1劃分子網(wǎng)

4.3.2使用子網(wǎng)時分組的轉發(fā)

4.3.3無分類編址CIDR（構造超網(wǎng)）

4.4網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP

4.4.1ICMP報文的種類

4,4,2ICMP的應用舉例

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4.5因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議

4.5.1有關路由選擇協(xié)議的幾個基本概念

4.5.2內部網(wǎng)關協(xié)議RIP

4.5.3內部網(wǎng)關協(xié)議OSPF

4.5.4外部網(wǎng)關協(xié)議BGP

4.5.5路由器的構成

4.6IP多播

4.6.1IP多播的基本概念

4.6.2在局域網(wǎng)上進行硬件多播

4.6.3網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP和多播路由選擇協(xié)議

4.7虛擬專用網(wǎng)VPN和網(wǎng)絡地址轉換NAT

4.7.1虛擬專用網(wǎng)VPN

4.7.2網(wǎng)絡地址轉換NAT

第5章運輸層

5.1運輸層協(xié)議概述

5.1.1進程之間的通信

5.1.2運輸層的兩個主要協(xié)議

5.1.3運輸層的端口

5.2用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP

5.2.1UDP概述

5.2.2UDP的首部格式

5.3傳輸控制協(xié)議TCP概述

5.3.1TCP最主要的特點

5.3.2TCP的連接

5.4可靠傳輸?shù)墓ぷ髟?/p>

54..1停止等待協(xié)議

5.4.2連續(xù)ARQ協(xié)議

9-115.5TCP報文段的首部格式8

5.6TCP可靠傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

5.6.1以字節(jié)為單位的滑動窗口

5.6.2超時重傳時間的選擇

5.6.3選擇確認SACK

5.7TCP的流量控制

5.7.1利用滑動窗口實現(xiàn)流量控制

*5.7.2必須考慮傳輸效率

5.8TCP的擁塞控制

5.8.1擁塞控制的一般原理

5.8.2幾種擁塞控制方法

*5.8.3隨機早期檢測RED

5.9TCP的運輸連接管理

5.9.1TCP的連接建立

5.9.2TCP的連接釋放

5.9.3TCP的有限狀態(tài)機

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第6章應用層

6.1域名系統(tǒng)DNS

6.1.1域名系統(tǒng)概述

6.1.2因特網(wǎng)的域名結構

6.1.3域名服務器

(>.2文件傳送協(xié)議

6.2.1FTP概述

6.2.2FTP的基本工作原理

6.2.3簡單文件傳送協(xié)議TFTP

6.3遠程終端協(xié)議TELNET

6.4萬維網(wǎng)棚W

6.4.1萬維網(wǎng)概述

6.4.2統(tǒng)一資源定位符URL

6.4.3超文本傳送協(xié)議HTTP

6.4.4萬維網(wǎng)的文檔

12-136.4.5萬維網(wǎng)的信息檢索系統(tǒng)6

6.5電子郵件

6.5.1電子郵件概述

6.5.2簡單郵件傳送協(xié)議SMTP

6.5.3電子郵件的信息格式

6.5.4郵件讀取協(xié)議POP3和IMAP

6.5.5基于萬維網(wǎng)的電子郵件

6.5.6通用因特網(wǎng)郵件擴充MIME

6.6動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP

*6.7簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SNMP

6.7.1網(wǎng)絡管理的基本概念

6.7.2管理信息結構SMI

6.7.3管理信息庫MIB

6.7.4SNMP的協(xié)議數(shù)據(jù)單元和報文

6.8應用進程跨越網(wǎng)絡的通信

6.8.1系統(tǒng)調用和應用編程接口

6a2n種常用的系統(tǒng)源田

第7章網(wǎng)絡安全

7.1網(wǎng)絡安全問題概述

7.1.1計算機網(wǎng)絡面臨的安全性威脅

147.1.2計算機網(wǎng)絡安全的內容

7.1.3一般的數(shù)據(jù)加密模型

7.2兩類密碼體制2

7.2.1對稱密鑰密碼體制

7.2.2公鑰密碼體制

*7.3數(shù)字簽名

*7.4鑒別

*.75密鑰分配

—*7,6因特1網(wǎng)使用的安全協(xié)議

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*7.7鏈路加密與端到端加密

*7.8防火墻

第8章因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務

8.1概述

8.2流式存儲音頻/視頻

8.2.1具有元文件的萬維網(wǎng)服務器

8.2.2媒體服務器

8.2.3實時流式協(xié)議RTSP

15.3交互式音頻/視頻

8.3.1IP電話概述

14-158.3.2IP電話所需要的幾種應用協(xié)議2

8.3.3實時運輸協(xié)議RTP

8.3.4實時運輸控制協(xié)議RTCP

8.3.5H.323

8.3.6會話發(fā)起協(xié)議SIP

*8.4改進“盡最大努力交付”的服務

8.4.1使因特網(wǎng)提供服務質量

8.4.2調度和管制機制

8.4.3綜合服務IntServ與資源預留協(xié)議RSVP

8.4.4區(qū)分服務DiffServ

第9章無線網(wǎng)絡

9.1無線局域網(wǎng)WLAN

159.1.1無線局域網(wǎng)的組成

9.1.2802.11局域網(wǎng)的物理層2

9.1.3802.11局域網(wǎng)的MAC層協(xié)議

9.1.4802.11局域網(wǎng)的MAC幀

9.2無線個人區(qū)域網(wǎng)WPAN

*9.3無線城域網(wǎng)視AN

第10章下一代因特網(wǎng)

10.1下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv6(IPng)

10.1.1解決IP地址耗盡的措施

10.1.2IPv6的基本首部

1610.1.3IPv6的擴展首部

10.1.4IPv6的地址空間

10.1.5從IPv4向IPv6過渡3

10.1.6ICMPv6

*10.2多協(xié)議標記交換MPLS

10.2.1MPLS的產生背景

10.2.2MPLS的工作原理

10.2.3MPLS首部的位置與格式

—1Q,3P2P文件其亨

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第一章教學安排的說明

章節(jié)題目：

第1章概述

1.1計算機網(wǎng)絡在信息時代中的作用

1.2因特網(wǎng)概述

1.3因特網(wǎng)的組成

1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展

1.5計算機網(wǎng)絡的類別

1.6計算機網(wǎng)絡的性能

1.7計算機網(wǎng)絡體系結構

學時分配：總6學時

第1~3學時：1.1~1.5

第4~6學時：1.6~1.7

本章教學目的與要求：

對網(wǎng)絡的概念、組成、分類、發(fā)展過程、主要性能指標等內容要有所了解，同時

還要理解分組交換技術及客戶機/服務器等概念，掌握ISO/OSI參考模型和TCP/IP

模型的區(qū)別與聯(lián)系。

其它：

課堂教學方案

課題名稱、授課時數(shù)：第1章概述，6學時

授課類型（理論課、實驗課、技法課、習題課等）：理論課

教學方法與手段（講授、討論、指導、多媒體等）：多媒體

教學目的要求：

對網(wǎng)絡的概念、組成、分類、發(fā)展過程等內容要有所了解，同時還要理解網(wǎng)絡分層結構、網(wǎng)

絡層協(xié)議、接口、服務等概念，掌握ISO/OSI參考模型和TCP/IP模型的區(qū)別與聯(lián)系。

教學重點、難點：

重點：1、計算機網(wǎng)絡與因特網(wǎng)概念；2、因特網(wǎng)組成；3、分組交換技術原理；4、客戶機/

服務器概念；5、計算機網(wǎng)絡分類；6、計算機網(wǎng)絡主要性能指標；7、計算機網(wǎng)絡的體系結構

難點：分組交換技術；帶寬和時延的概念。

教學內容及組織安排：

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第1章概述

1.1計算機網(wǎng)絡在信息時代的作用

一、計算機網(wǎng)絡在信息時代的作用

1.21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。世界經濟從工業(yè)經濟向知識經濟轉變，知識經濟中兩個重要特點就是信息化和全球化。

2.網(wǎng)絡現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經濟的重要基礎。

3.網(wǎng)絡是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡（主要的業(yè)務是電話，但也有其他業(yè)務，如傳真、數(shù)據(jù)等）、有

線電視網(wǎng)絡（即單向電視節(jié)目的傳送網(wǎng)絡，但現(xiàn)已開始逐漸向雙向傳輸網(wǎng)絡改造）和計算機網(wǎng)絡。

“三網(wǎng)合一”是網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢。

4.發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡。

如何設計計算機網(wǎng)絡，并且將這些網(wǎng)絡組織起來，是本課的主題。

二、計算機網(wǎng)絡的發(fā)展與應用

1.計算機網(wǎng)絡的產生背景：

計算機通信的發(fā)展歷史并不長，起源于20世紀60年代初，是美蘇冷戰(zhàn)時期的產物。

它的形成過程，是從簡單的為解決遠程計算、信息收集和處理而形成的專用聯(lián)機系統(tǒng)開始的。隨著

通信和計算機等多門學科的迅猛發(fā)展和服務的需要，在聯(lián)機系統(tǒng)的基礎上發(fā)展到把多臺中心計算機

相互聯(lián)接起來，實現(xiàn)資源共享為目的的計算機網(wǎng)絡。

早期計算機系統(tǒng)是高度集中的。所有設備安裝在同一間房子里，因此“計算機通信”僅局限

于計算機房中各個互聯(lián)設備之間的通信，例如一臺計算機和磁帶驅動設備、各種輸入/輸出設備等

的通信。后來發(fā)展了批處理和分時系統(tǒng)，一臺計算機盡管可以同時為多個用戶服務，但沒有計算機之

間的通信，所以分時系統(tǒng)所連接的多個終端和主計算機仍需放在同一間房里，用戶必須在計算機房里使

用終端，進行所有的信息處理。顯然，在這種方式中，計算機和通信是分開進行的。

60年代初期，由于計算機技術的迅速發(fā)展，使電子計算機越來越廣泛地在各個部門得以應用，因此

迫切需要對分散在各地的數(shù)據(jù)進行集中處理，從而出現(xiàn)了聯(lián)機終端。通過專門的電纜使遠程的用戶終端

與主機相連，實現(xiàn)了遠程終端對主機的訪問。為了減輕主機在通信方面的負擔，充分發(fā)揮主機在數(shù)據(jù)處

理方面的作用，在主機上增加一個通信接口裝置使其增加通信功能，如圖1—1所示。將遠地用戶的

輸入/輸出裝置通過通信線路（模擬的或數(shù)字的）直接與計算機的通信控制裝置相連。這樣，計算機

一邊接收從遠地站點輸人的信息，一邊處理信息，最后的處理結果也經過通信線路直接送回到遠地

的用戶終端設備。計算機與通信的結合就這樣開始了。從通信角度看，這種單主機聯(lián)機系統(tǒng)（也稱多終

端系統(tǒng)）只能說是一種計算機數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

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遠程終端

主通通信線路

機信

系接

統(tǒng)n

圖1-1單機聯(lián)機系統(tǒng)

最初終端設備與計算機之間的連接方式采用專線點一點式，即每個終端都獨占一條線路，投資

相當昂貴。隨著通信技術的提高，出現(xiàn)了多點連接方式（也稱廣播式連接方式），即允許多臺終

端共用一條（或一?段）線路與主機相連。

為了減輕主機的負擔，后來在中心計算機前面增設一個前端處理機來完成通信的工作；為了提

高遠程線路的利用率，降低通信費用，通常在終端比較集中的地點設置終端控制器TC。

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圖1-3面向終端的遠程聯(lián)機系統(tǒng)

這樣的系統(tǒng)中除了一臺中心計算機，其余的終端都不具備自主處理功能。系統(tǒng)提供終端和中心

計算機間的通信，故稱為面向終端的計算機通信網(wǎng)。

■60年代初，美國國防部領導的遠景研究規(guī)劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)

提出要研制一種生存性(5111'丫通21^1立丫)很強的網(wǎng)絡。

■傳統(tǒng)的電路交換(circuitswitching)的電信網(wǎng)有一個缺點：正在通信的電路中有一個交

換機或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。

■如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。

2.新型網(wǎng)絡的基本特點

■網(wǎng)絡用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。

■網(wǎng)絡能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。

■所有的網(wǎng)絡結點都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡的生存性。

■計算機在進行通信時，必須有冗余的路由.

■網(wǎng)絡的結構應當盡可能地簡單，同時還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。

三、幾種數(shù)據(jù)交換方式

1.電路交換方式：

一百多年來，電話交換機雖然經過多次更新?lián)Q代，但交換的方式一直都是電路交換。

(1)定義：電路交換必須經過“建立連接一通信一釋放連接”三個步驟實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

a)撥號建立連接一一＞當撥號信令通過許多交換機到達被叫用戶所連接的交換機

—＞被叫用戶的電話機振鈴一〉被叫用戶摘機一一＞摘機信令傳送回主叫用戶所

連接的交換機后一一＞呼叫完成。

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b)從主叫端到被叫端建立了一條連接(物理通路)。

c)通話完畢，掛機，掛機信令告訴交換機，交換機釋放剛才使用的這條物理通路。

(2)特點

■電路交換是面向連接的連網(wǎng)方式。但面向連接的卻不一定是電路交換，因為分組交換也

可以使用面向連接的方式(如廣域網(wǎng)的X.25網(wǎng)絡和ATM網(wǎng)絡)；

■在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的固定傳輸帶寬；

■電路交換適合于流媒體的傳輸。

(3)局限性：電話網(wǎng)不適合計算機數(shù)據(jù)傳輸。因為：

■采用電路交換方式，通話時全部占用線路；且計算機數(shù)據(jù)是突發(fā)式地出現(xiàn)在傳輸線路上；因

此線路的利用率低，不到10%。

■在電路交換傳輸線路上有任一故障，都需重新?lián)芴柦⑦B接。

2.分組交換方式：

(1)產生的背景

出于軍事上的需要，美國研制出了分組交換網(wǎng)。

20世紀60年代后期，處于美蘇冷戰(zhàn)時期，為了對付蘇聯(lián)，美國軍方一些高層人士提出一種

新的設想，要建立一個類似于蜘蛛網(wǎng)(Web)的打不垮的網(wǎng)絡系統(tǒng)，使其在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，如果通

信網(wǎng)中的某一個交換節(jié)點或線路被破壞，系統(tǒng)能夠自動尋找其他路徑，從而保證通信的暢通。

1969年12月在美國國防部高級研究計劃署(ARPA)的資助下建立了世界上第一個遠程分組交

換網(wǎng)ARPANET,該網(wǎng)由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)組成。

(2)分組交換的過程

①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。

②每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構成分組。分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。

>每一個分組的首部都含有地址等控制信息(如目的地址、源地址)。

③依次把各分組發(fā)送到接收端。分組交換網(wǎng)中的結點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地

址信息，把分組轉發(fā)到下一個結點交換機。用這樣的存儲轉發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。

④接收端收到分組后剝去首部并還原(組裝)成報文。

使用分組交換時，在傳送數(shù)據(jù)之前可以不必先建立一條連接。這樣減少了建立和釋放連接所需的

開銷。使得數(shù)據(jù)傳輸效率更高。

這種不先建立連接而隨時可發(fā)送數(shù)據(jù)的連網(wǎng)方式，稱為無連接(connectionless)式。

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（3）分組交換過程中，路由器與主機的作用

在因特網(wǎng)核心部分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部

分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。

①主機的用途是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng)絡發(fā)送分組，從網(wǎng)絡接收分組。通過網(wǎng)

絡和其他主機交換信息。

②路由器則是對分組進行存儲轉發(fā)，最后把分組交付目的主機。路由器處理分組的過程：i）

把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）：ii）查

找轉發(fā)表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉發(fā)；iii）把分

組送到適當?shù)亩丝谵D發(fā)出去。

（4）分組交換的優(yōu)點

①高效在分組傳輸過程中，動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用，共享使用整個

通信鏈路，提高了線路利用率。

②靈活為每一個分組獨立地選擇轉發(fā)路由。

③迅速以分組為單位，分組小且不需建立連接就能向其他主機發(fā)送分組。

④可靠有完善的網(wǎng)絡協(xié)議，分布式多路由（有冗余的路由）的分組交換網(wǎng)，使網(wǎng)絡有很

好的生存性。

（5）缺點

①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。當網(wǎng)絡通信量過大時，這種

時延可能會很大。

②分組必須攜帶的首部（控制信息）也造成了一定的開銷。

3.報文交換方式

在分組交換之前，即20世紀40年代的電報通信中，曾出現(xiàn)過報文交換，也是采用存儲轉

發(fā)方式，以整份電報為單位發(fā)送。

和分組交換相比，報文交換會存在的弊端有：（1）這種報文發(fā)送的時延較長，從幾分鐘到幾

小時不等；（2）對緩存要求高；（3）出錯重傳概率大。

現(xiàn)在已不使用。

4.三種方式比較

電路交換一一整個報文的比特流連續(xù)地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。

報文交換一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。分

組交換一一單個分組（這只是整個報文的一部分）傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉發(fā)

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表，轉發(fā)到下一個結點。

分類電路交換報文交換分組交換

優(yōu)點：信息延時短，優(yōu)點：信道可以進行復優(yōu)點：轉發(fā)延時短；數(shù)據(jù)傳

并且固定不變；適用用且需要時才分配信輸靈活（每個分組可按不同

優(yōu)于連續(xù)、大批量的數(shù)道，線路利用率高；不路徑不同順序到達）；轉發(fā)差

缺據(jù)傳輸。需建立連接。錯少；對中繼結點要求低。

點缺點：建立連接的時缺點：延時長；對中繼缺點：在目的結點要對分組

間長；獨占信道，線結點存儲容量要求較進行重組，增加了復雜性。

路利用率低。高；差錯高。

實例適合于流媒體的傳輸電報適合于文本型數(shù)據(jù)的傳輸

（電話系統(tǒng)）（因特網(wǎng)）

四、現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡概念的形成

ARPANET的成功使計算機網(wǎng)絡的概念發(fā)生根本變化。

■早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡是以單個主機為中心的星形網(wǎng)。各終端通過通信線路共享

昂貴的中心主機的硬件和軟件資源。

■ARPANET：第一個真正意義上的計算機網(wǎng)絡，再現(xiàn)了分組交換技術。分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)

絡為中心，主機都處在網(wǎng)絡的外圍。用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡上的許多硬

件和各種豐富的軟件資源。

■ARPANET實現(xiàn)了以主機為中心到以網(wǎng)絡為中心的轉變。

1.2因特網(wǎng)概述

1.2.1網(wǎng)絡的網(wǎng)絡

一、因特網(wǎng)（Internet）的發(fā)展

1.進入20世紀90年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡得到了飛速的發(fā)展。這

就使得20世紀90年代成為公認的因特網(wǎng)時代，或簡稱為網(wǎng)絡時代。

2.已從最初的教育科研網(wǎng)絡逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡。

3.已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡。

二、因特網(wǎng)的意義

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■因特網(wǎng)是自印刷術以來人類通信方面最大的變革。

■現(xiàn)在人們的生活、工作、學習和交往都已離不開因特網(wǎng)。

1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段

1、第一階段是從單個網(wǎng)絡ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

從六十年代起，由ARPA(美國國防部高級研究計劃署，AdvancedResearchProjectsAgency)

提供經費，聯(lián)合計算機公司和大學共同研制而發(fā)展起來的ARPAnet網(wǎng)絡。最初，ARPAnet主要是

用于軍事研究目的，它主要是基于這樣的指導思想：網(wǎng)絡必須經受得住故障的考驗而維持正常的工作,

一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，當網(wǎng)絡的某一部分因遭受攻擊而失去工作能力時，網(wǎng)絡的其他部分應能維持正常的通

信工作。

第一個分組交換網(wǎng)ARPAnet只是一單個的分組交換網(wǎng)，所有想連接在它上的主機都直接與就近

的結點交換機相連，它規(guī)模增長很快，到70年代中期，人們認識到僅使用一個單獨的網(wǎng)絡無法滿

足所有的通信問題。于是ARPA開始研究很多網(wǎng)絡互聯(lián)的技術，這就導致后來的互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)。

ARPAnet在技術上的另一個重大貢獻是TCP/IP協(xié)議簇的開發(fā)和利用。作為Internet的早期骨

干網(wǎng)，ARPAnet的試驗并奠定了Internet存在和發(fā)展的基礎，較好地解決了異種機網(wǎng)絡互聯(lián)的一

系列理論和技術問題。

1983年，ARPAnet分裂為兩部分，ARPAnet和純軍事用的MILneto同時，局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)

的產生和逢勃發(fā)展對Internet的進一步發(fā)展起了重要的作用。其中最引人注目的是美國國家科學

基金會NSF(NationalScienceFoundation)建立的NSFnet。

2、第二階段的特點是建成了三級結構的因特網(wǎng)

1986年，NSF建立起六大超級計算機中心，并在全國建立了按地區(qū)劃分的計算機廣域網(wǎng)，

并將這些地區(qū)網(wǎng)絡和超級計算中心相聯(lián)，最后將各超級計算中心互聯(lián)起來，形成了NSFneto它

是個三級網(wǎng)絡，分主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)、校園網(wǎng)。它代替ARPAnet稱為Internet的主干網(wǎng)。

NSFnet對Internet的最大貢獻是使Internet向全社會開放，而不象以前的那樣僅供計算機研

究人員和政府機構使用。

3、第三階段的特點是逐漸形成了多級ISP結構的因特網(wǎng)：

1993年開始，美國政府資助的NSFnet就逐漸被若干個商用的因特網(wǎng)主干網(wǎng)替代，這種主干

網(wǎng)也叫因特網(wǎng)輔助提供者ISP,考慮到因特網(wǎng)商用化后可能出現(xiàn)很多的ISP,為了是不同ISP經營

的網(wǎng)絡能夠互通，在1994創(chuàng)建了4個網(wǎng)絡接入點NAP分別有4個電信公司經營，本世紀初，

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美國的NAP達到了十幾個。NAP是最高級的接入點，它主要是向不同的ISP提供交換設備，是它

們相互通信?，F(xiàn)在的因特網(wǎng)已經很難對其網(wǎng)絡結構給出很精細的描述，但大致可分為五個接入

級：網(wǎng)絡接入點NAP,多個公司經營的國家主干網(wǎng)，地區(qū)ISP,本地ISP,校園網(wǎng)、企業(yè)或家庭

PC機上網(wǎng)用戶。

網(wǎng)絡接入點NAP(NetworkAccessPoint),NAP又稱為對等點(peeringpoint),表示接入

到NAP的設備不存在從屬關系而都是平等的。

由歐洲原子核研究組織(CERN)開發(fā)的萬維網(wǎng)WW(WorldWideWeb)被廣泛使用在因特網(wǎng)上,

大大方便了廣大非網(wǎng)絡專業(yè)人員對網(wǎng)絡的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅動力。

由于因特網(wǎng)存在著技術上和功能上的不足，加上用戶數(shù)量猛增，使得現(xiàn)有的因特網(wǎng)不堪重負。

“下一代因特網(wǎng)計劃"，即"NGI計劃”(NextGenerationInternetInitiative)?

NGI計劃將使用超高速全光網(wǎng)絡，能實現(xiàn)更快速的交換和路由選擇，同時具有為一些實時

(realtime)應用保留帶寬的能力。在整個因特網(wǎng)的管理和保證信息的可靠性與安全性方面也會有

很大的改進。

1.2.3因特網(wǎng)的標準化工作

1.電信領域中最有影響的組織

ITU(InternationalTelecommunicationUnion,國際電信聯(lián)盟)，任務：對國際電信進行

標準化。

■ITU-R(無線通信部門)：關注全球范圍內的無線電頻頻率分配事宜。

■ITU-T(電信標準化部門，CCITT)：主要關注電話和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，對電話、電報和數(shù)

據(jù)通信接口提供一些技術性的建議。

■ITU-D(開發(fā)部門)。

2.國際標準領域中最有影響的組織

(1)ISO(InternationalStandardsOrganization),是國際標準的制定和發(fā)布者。ISO

為大量的學科制訂標準，從螺釘和螺帽，一直到電話架的外形。目前已發(fā)布了13000多個標準。

(2)IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,電氣和電子工程師協(xié)

會)，它是世界上最大的專業(yè)組織。除每年發(fā)行大量的雜志和召開幾百次會議以外，IEEE也有一

個標準化組，專門開發(fā)電氣工程和計算領域中的標準。IEEE的802委員會已經標準化了很多種

類的LAN。

3.Internet標準領域中最有影響的組織

ISOC(InternetSociety,因特網(wǎng)協(xié)會)，1992年成立的一個國際性組織，以便對因特網(wǎng)進

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行全面管理以及在世界范圍內促進其發(fā)展和使用。

IAB(InternetArchitectureBoard,因特網(wǎng)體系結構委員會)，IS0C下面的一個技術組織，

負責管理因特網(wǎng)有關協(xié)議的開發(fā)。

IAB下面設有兩個任務組：

(1)IRTF(InternetResearchTaskForce*因特網(wǎng)研究任務組)，任務是進行理論方面研

究和開發(fā)一些需要長期考慮的問題。

(2)IETF(InternetEngineeringTaskForce,因特網(wǎng)工程任務組)，任務是處理短期的

工程事項。IETF被分成很多工作組，每個組解決一個特定的問題。

制定因特網(wǎng)的正式標準的四個階段：

所有因特網(wǎng)標準都是以RFC的形式在因特網(wǎng)上發(fā)表。

RFC(RequestForComments)的意思是"請求評論"。所有RFC文檔都可免費下載。

①.標準提案或因特網(wǎng)草案(InternetDraft)——在這個階段還不是RFC文檔。

②.建議標準(ProposedStandard)--從這個階段開始就成為RFC文檔。

③.草案標準(DraftStandard)

④.因特網(wǎng)標準(InternetStandard)

1.3因特網(wǎng)組成

因特網(wǎng)雖然在地理上覆蓋了全球，但從其工作方式上看，可以把整個因特網(wǎng)的組成劃分為兩大

塊，即由所有連接在因特網(wǎng)上的主機組成的因特網(wǎng)的邊緣部分，和由大量網(wǎng)絡和連接這些網(wǎng)絡的路由

器組成的因特網(wǎng)核心部分。

1.3.1因特網(wǎng)的邊緣部分

一、定義、功能及分類

1.定義：處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機。這些主機又稱為端系

統(tǒng)(endsystem)),"端"就是"末端”的意思。

“主機A和主機B進行通信”，實際上是指：“運行在主機A上的某個程序和運行在主

機B上的另一個程序進行通信”。即“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”。

或簡稱“計算機之間通信”。

2.功能：利用核心部分所提供的服務，使這樣多的主機之間能夠互相通信并交換或共享信息。

3.通信方式分類：在網(wǎng)絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎?/p>

戶服務器方式和對等方式。

二、兩種通信方式

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1.客戶服務器方式(C/S方式，Client/Server)：

最常用的，也是傳統(tǒng)的一種方式。

■客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。

■客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。

■這里最主要的特征就是：客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方。

(1)客戶程序的特點：

>被用戶調用后運行，在打算通信時主動向遠地服務器發(fā)起通信(請求服務)。因此，客

戶程序必須知道服務器程序的地址。

A可與多個服務器進行通信。

>不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng)。

(2)服務器程序的特點：

>是一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。

>當系統(tǒng)啟動后即自動調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，服務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。

2.對等方式(P2P方式，Peer-to-Peer)：

(1)定義：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

服務請求方還是服務提供方。

■只要兩個主機都運行了對等連接軟件(P2P軟件)，它們就可進行平等的、對等連接通信。

雙方都可以下載對方已經存儲在硬盤中的共享文檔。

(2)特點：對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個

主機既是客戶又同時是服務器。

例如主機C請求D的服務時，C是客戶，D是服務器。但如果C又同時向F提供服

務，那么C又同時起著服務器的作用。

(3)應用舉例：電子商務的一些形式。

專用名稱全名例子

B2CBusiness-to-consumer（商家對消費者）在線定購圖書

B2BBusiness-to-business（商家對商家）汽車制造商從輪胎供應商處定購輪胎

G2CGovernment-to-consumer（政府對消費者）政府通過電子方式發(fā)行稅單

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C2CConsumer-to-consumer（消費者對消費者）在線拍賣二手商品（注：多采用P2P方式）

P2PPeer-to-peer（對等系統(tǒng)）文件共享

1.3.2因特網(wǎng)的核心部分

一、定義、功能及分類

1.定義：網(wǎng)絡核心部分是因特網(wǎng)中最復雜的部分。核心部分要向網(wǎng)絡邊緣中的主機提供服

務，使邊緣部分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)）。

2.功能：實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3.數(shù)據(jù)交換方式分類：網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換方式主要有三種：電路交換、分組交換和報文交

換。

1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展

一、發(fā)展

1980年，鐵道部開始進行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗，其目的是建立一個為鐵路指揮和調度服務的運輸

管理系統(tǒng)。已覆蓋了12個鐵路局和56個分局。目前鐵路客票發(fā)售和預訂系統(tǒng)在該網(wǎng)上運行。

1989年11月我國第一個公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運行。CNPAC分組交換網(wǎng)由3個分組結

點交換機，8個集中器和一個雙機組成的網(wǎng)絡管理中心所組成。

1993年9月建成新的中國公用分組交換網(wǎng)，并改稱為CHINAPAC,由國家主干網(wǎng)和各省、區(qū)、

市的省內網(wǎng)組成。網(wǎng)絡管理中心仍設在北京。在北京、上海設有國際出人口。主干網(wǎng)的覆蓋范圍從

原來的10個城市擴大到2300個市、縣以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)，而端口容量達13萬個。

20世紀90年代起，可與Internet互連的四個全國范圍的公用計算機網(wǎng)絡：中國公用計算機

互聯(lián)網(wǎng)CHINANET,中國金橋信息網(wǎng)CHINAGBN,中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET,中國科學技術網(wǎng)

CSTNET相繼建立。其中前兩個是經營性網(wǎng)絡，而后兩個是公益性網(wǎng)絡。

20世紀90年代后期，公安、銀行、軍隊以及其他一些部門也相繼建立了各自的專用計算機

廣域網(wǎng)。

二、9個全國范圍的公用計算機網(wǎng)絡

根據(jù)2004年1月中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心CNNIC（/）發(fā)布的第十三次《中

國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》，目前已經建成和正在建設中的基于Internet技術的公用計算機網(wǎng)絡有：

1.中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET）

2.中國教育和科研計算機網(wǎng)（CERNET）

3.中國科學技術網(wǎng)（CSTNET）

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4.中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)（UNINET）

5.中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)（CNCNET）

6.中國國際經濟貿易互聯(lián)網(wǎng)（CIETNET）

7.中國移動互聯(lián)網(wǎng)（CMNET）

8.中國長城互聯(lián)網(wǎng)（CGWNET）（建設中）

9.中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網(wǎng)（CSNET）（建設中）

此外，還有一個NSFnet,是中科院、北大、清華等單位在北京中關村地區(qū)建造的為研究因特

網(wǎng)新技術的高速網(wǎng)絡。

三、當前Internet的研究熱點

1.體系結構一頂層設計

a）NGI與NGN

b）新一代網(wǎng)絡協(xié)議，IPv6

2.骨干網(wǎng)

a）全光網(wǎng)絡

i.光交換（光分組交換，光波長交換，光突發(fā)交換）

ii.光傳輸，例如WDM（wavedivisionmultiplexing）

b）MPLS多協(xié)議標記交換

c）服務質量（QoS）控制,高速路由交換技術

3.接入網(wǎng)：移動、無線網(wǎng)絡

a）802.U.Wi-Mesh,802.16系列，3G（B3G,4G）

b）移動Adhoc網(wǎng)絡，傳感器網(wǎng)絡

4.應用層

a）覆蓋網(wǎng)絡，P2P（文件共享，流媒體）

5.網(wǎng)絡安全

1.5計算機網(wǎng)絡的分類

1.5.1計算機網(wǎng)絡的不同定義

一、幾種不同定義

■最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡是一些互相連接的、自治的計算機的集合。

■常見定義：凡是將分布在不同的地理位置的計算機系統(tǒng)用通信設備連接起來，再配有網(wǎng)

絡軟件，以實現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。

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■因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡”。

二、網(wǎng)絡的特點

1.具有共享信息和資源的能力；

2.具有共享集中管理的能力；

3.具有把個人與眾多用戶連接在一起的能力。

1.5.2幾種不同的分類方法

1、從網(wǎng)絡的作用范圍進行分類

■廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)：

可在很寬的地理區(qū)域內(幾十'幾千公里)為用戶服務的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡，是因特網(wǎng)的核心部

分，各結點交換機的鏈路都是高速鏈路，有較大通信容量。也叫遠程網(wǎng)。

廣域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別之一：在廣域網(wǎng)中的傳輸技術是同一種，中國公用分組交換網(wǎng)

CHINAPAK用X.25技術等。

■局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)：

隨著技術的進步，局域網(wǎng)的范圍從一個機房到一棟大樓再到一個校園、社區(qū)等。

分布幾公里范圍的高速低差錯率數(shù)據(jù)網(wǎng)，速率通常在lOMB/s,傳輸延時小于10ms的網(wǎng)絡，

工作在有限的地理范圍；不通過ISP申請網(wǎng)絡相關技術：Ethernet,Tokenring等。

■城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)：

作用范圍在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間，如一個城市，可跨越幾個街區(qū)甚至整個城市。

傳送速率比局域網(wǎng)更高，作用距離約為5~50km。

■個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)

范圍大約在10m左右。

2、按用途分類

從網(wǎng)絡的使用者進行分類：

■公用網(wǎng)：一般是國家的電信公司出資建造的大型網(wǎng)絡。所有人都可以用。

■專用網(wǎng)：是某個部門為本系統(tǒng)的特殊業(yè)務而建造的網(wǎng)絡。如教育、軍事、電力、鐵路等。

3、寬帶接入網(wǎng)AN(AccessNetwork)

接入網(wǎng)用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡。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。

■早期通過電話線撥號接入因特網(wǎng)

■最近出現(xiàn)了多種寬帶接入技術

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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。

1.6計算機網(wǎng)絡的主要性能指標

1.6.1計算機網(wǎng)絡的性能指標

1.速率

■比特(bit,binarydigit,“二進制數(shù)字”)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。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(bandwidth)

原本用于模擬信道，指某個信號具有的頻帶寬度。即該信號的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率

范圍，計量單位：Hz、kHz、MHz。例如，傳統(tǒng)通信線路上電話信號的標準帶寬是3.1kHz(從

300Hz至U3.4kHz,即話音的主要成分的頻率范圍)。

現(xiàn)也用于數(shù)字信道，指在信道上(或一段鏈路上)能夠傳送的數(shù)字信號的速率，即“數(shù)據(jù)率”

或"比特率”，單位是bit/s(bps)、kbps、Mbps。

3.吞吐量(throughput)

■吞吐量表示在單位時間內通過某個網(wǎng)絡(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量。吞吐量更經常地用于對

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

時延(delay或latency)：是指一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(或一條鏈路)的一端傳送到

另一端所需的時間。時延由以下幾個不同的部分組成：

(1)發(fā)送時延：結點在發(fā)送數(shù)據(jù)時使數(shù)據(jù)塊從結點進入到傳輸媒體所需要的時間，即從數(shù)據(jù)

塊的第一個比特開始發(fā)送算起，到最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。又稱傳輸時延。

數(shù)據(jù)塊長度

發(fā)送時延=

信道帶寬

信道帶寬是數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率，也常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率。

(2)傳播時延：是電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。

信道長度

傳播時延=

電磁波在信道上的傳播速率

電磁波在自由空間中傳播速率是光速3.OX105km/s,在網(wǎng)絡傳輸媒體中略低一些。

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(3)處理時延：這是數(shù)據(jù)在交換結點為存儲轉發(fā)而進行一些必要的處理而花費的時間。

(4)排隊時延：結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡中

當時的通信量。

總時延=傳播時延+發(fā)送時延+處理時延+排隊時延

注意：對于高速網(wǎng)絡鏈路，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

高鏈路帶寬只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延，而與傳播時延無關。

5.時延帶寬積