《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2》教學(xué)課件

1、網(wǎng)絡(luò)原理:概述李文斌 博士/副教授/碩士生導(dǎo)師中國計算機(jī)學(xué)會高級會員美國PMI認(rèn)證PMPMCSE、MCP+I、MCP、D-SIE 河北師范大學(xué)軟件學(xué)院第1頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況網(wǎng)絡(luò)的性能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第2頁，共95頁。什么是網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的概念很寬泛：社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)、生態(tài)網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò).專業(yè)上，網(wǎng)絡(luò)指三網(wǎng)：電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)沒有（計算機(jī)）網(wǎng)絡(luò)，世界將會怎樣？網(wǎng)絡(luò)的功能連通性資源共享信息共享軟件共享硬件共享科學(xué)技術(shù)是雙刃劍，網(wǎng)絡(luò)也不例外網(wǎng)絡(luò)游戲信息化建設(shè)第3頁，共95頁。網(wǎng)絡(luò)的表示結(jié)點(node)，不要寫成節(jié)點：計算機(jī)集線器交換機(jī)路由器

2、為簡單起見，通常用一朵云表示一個網(wǎng)絡(luò)(a)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點鏈路第4頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況網(wǎng)絡(luò)的性能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第5頁，共95頁。網(wǎng)絡(luò)的類別不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network)個人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network)從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類公用網(wǎng) (public network) 專用網(wǎng) (private network) 用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng) AN (

3、Access Network)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。由 ISP 提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的“橋梁”作用。第6頁，共95頁。特殊的網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)：把計算機(jī)連接起來網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)：把網(wǎng)絡(luò)連接起來互聯(lián)網(wǎng)(internet)或說互連網(wǎng)因特網(wǎng)(Internet)：覆蓋全球范圍的互聯(lián)網(wǎng)萬維網(wǎng)是什么？與Internet區(qū)分開來！互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）第7頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況因特網(wǎng)簡介及標(biāo)準(zhǔn)化因特網(wǎng)的組成（邊緣）因特網(wǎng)的組成（核心）網(wǎng)絡(luò)的性能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第8頁，共95頁。因特網(wǎng)的發(fā)展第一階段是從單個網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)

4、網(wǎng)發(fā)展的過程。 1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時間。第二階段的特點是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 三級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）第三階段的特點是逐漸形成了多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者 ISP (Internet Service Provider)。第9頁，共95頁。多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)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(jī)A 本地 ISP 第

5、二層 ISP NAP 第一層 ISP NAP 第二層 ISP 本地 ISP 主機(jī)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 ISP第10頁，共95頁。用戶通過ISP上Internet用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務(wù)提供者第11頁，共95頁。因特網(wǎng)的發(fā)展情況年份網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機(jī)數(shù)用戶數(shù)管理機(jī)構(gòu)數(shù)1980101021021001980103105106101198010510710810219801061081091

6、03第12頁，共95頁。因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化為什么要做標(biāo)準(zhǔn)化？標(biāo)準(zhǔn)化組織因特網(wǎng)協(xié)會 ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG 因特網(wǎng)研究部 IRTF 因特網(wǎng)工程部 IETF 因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG RGWGRG領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會 IAB WGWGWG第13頁，共95頁。RFC文檔因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)都以RFC文檔的形式發(fā)布，面向公眾免費下載RFC（Request For Comments）：請求評論RFC文檔分為六類：因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個階段還不是 RFC 文檔。建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個階段開始就成為 RFC 文檔。草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft

7、 Standard)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard)歷史的實驗的提供信息的第14頁，共95頁。RFC文檔(cont.)因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的 RFC實驗的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFC第15頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況因特網(wǎng)簡介及標(biāo)準(zhǔn)化因特網(wǎng)的組成（邊緣）因特網(wǎng)的組成（核心）網(wǎng)絡(luò)的性能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第16頁，共95頁。因特網(wǎng)的組成從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：邊緣部分：由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(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

8、網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由器第17頁，共95頁。端系統(tǒng)間的通信端系統(tǒng)/端：因特網(wǎng)的末端掌上電腦PC機(jī)大型計算機(jī)端-端的通信如：主機(jī)A與主機(jī)B通信，指的是主機(jī)A上的某進(jìn)程與主機(jī)B上的某進(jìn)程之間的通信。通信方式：C/S與P2P方式注意client與user之間的區(qū)別注意區(qū)分”軟概念“與”硬概念“上的client和server第18頁，共95頁。C/S方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程。客戶機(jī)程序：被用戶調(diào)用后運行，在打算通信時主動向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信（請

9、求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(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：一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠(yuǎn)地或本地客戶的請求。系統(tǒng)啟動后即自動調(diào)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(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。一般需要強(qiáng)大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持?？蛻舴?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)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。第19頁，共95頁。運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行服務(wù)器程序AB 請求服務(wù) 得到服務(wù)客戶服務(wù)器客戶 A 向服務(wù)器 B 發(fā)出請求服務(wù)，而服務(wù)器 B 向客戶 A 提供服務(wù)。第20

10、頁，共95頁。P2P方式對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個主機(jī)在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。只要兩個主機(jī)都運行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進(jìn)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。P2P與C/S方式的聯(lián)系：對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對等連接中的每一個主機(jī)既是客戶又同時是服務(wù)器。第21頁，共95頁。P2P方式示意圖網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行P2P 程序運行P2P 程序DCEF運行P2P 程序運行P2P 程序第22頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況因特網(wǎng)簡介

11、及標(biāo)準(zhǔn)化因特網(wǎng)的組成（邊緣）因特網(wǎng)的組成（核心）網(wǎng)絡(luò)的性能計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第23頁，共95頁。“核心部分”的功能網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。什么是交換？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。 交換的幾種方式：電路交換、報文交換、分組交換.什么是分組交換？從電路交換說起.第24頁，共

12、95頁。電路交換：以電話網(wǎng)絡(luò)為例在這里，“交換”(switching)的含義就是轉(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。沒有交換，”電話網(wǎng)絡(luò)“將是怎樣？N 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。 第25頁，共95頁。電路交換：以電話網(wǎng)絡(luò)為例(cont.)有了交換： 交換機(jī)第26頁，共95頁。電路交換舉例A 和 B 通話經(jīng)過四個交換機(jī)，通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行(交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA第27頁，共95頁。電路交換舉例(cont.)C 和 D 通話只經(jīng)過一個本地

13、交換機(jī), 通話在 C 到 D 的連接上進(jìn)行(交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA第28頁，共95頁。電路交換的特點電路交換必定是面向連接的。 電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接第29頁，共95頁。報文交換什么叫報文？報文包含了將要發(fā)送的完整的數(shù)據(jù)信息，其長短很不一致。 報文交換報文交換，又稱存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換，是數(shù)據(jù)交換的三種方式之一，報文整個地發(fā)送，一次一跳。報文交換是分組交換的前身，是由由列奧納德克萊因饒克于1961年提出的。報文交換的主要特點是：存儲接受到的報文，判斷其目標(biāo)地址以選擇路由，最后，在下一跳路由空閑時，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由。報文交換系統(tǒng)現(xiàn)今都由分組交換或

14、電路交換網(wǎng)絡(luò)所替代。報文報文報文報文交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)第30頁，共95頁。分組交換什么是分組：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。每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報文首部首部首部分組 1分組 2分組 3第31頁，共95頁。分組交換的傳輸單元分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。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第32頁，共95頁。在接收端重組報文收到分組后剝?nèi)ナ撞繑?shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3收到的數(shù)據(jù)第33頁，共95頁。試想：首部有什么用？每一個分組的首部都含有地址

15、等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機(jī)。用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。第34頁，共95頁。分組交換的特點特點：高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組?？煽?保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。不足：分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)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。第35頁，共95頁。三種交換方式的區(qū)別與聯(lián)系P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報

16、文報文報文A B C D A B C DA B C D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(dá)終點報文報文報文分組分組分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)第36頁，共95頁。因特網(wǎng)核心部分與分組交換因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成，而主機(jī)處在因特網(wǎng)的邊緣部分。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(luò)邊緣的主機(jī)接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。主機(jī)的用途是為用戶進(jìn)行信息處理的，并且可以和其他主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換的。第37頁，共95頁。H1H5H2

17、H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)第38頁，共95頁。H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)第39頁，共95頁。舉例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！路由器第40頁，共95頁。分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器在路由器 E 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī) H5在路由器 C 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口第41頁，共95頁。小結(jié)：路由器與分組交換路由器處理分組的過程是：把收到的分組先放

18、入緩存（暫時存儲）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。第42頁，共95頁。我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況中國公用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) CHINANET中國教育和科研計算機(jī)網(wǎng) CERNET中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng) CSTNET中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng) UNINET中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng) CNCNET中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng) CIETNET中國移動互聯(lián)網(wǎng) CMNET中國長城互聯(lián)網(wǎng) CGWNET（建設(shè)中）中國衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng) CSNET（建設(shè)中）第43頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況因特網(wǎng)簡介及標(biāo)準(zhǔn)化因特網(wǎng)的組成（邊緣）因特網(wǎng)的組成（核心）網(wǎng)絡(luò)的性能性能指標(biāo)非性能指標(biāo)計

19、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第44頁，共95頁。性能指標(biāo)：速率速率比特（bit）是計算機(jī)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 binary digit，意思是一個“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個 1 或 0。速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。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(biāo)稱速率。 第45頁，共95頁。性能指標(biāo)：帶寬帶寬的兩種定義：“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）。現(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所

20、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)。更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）請注意：在計算機(jī)界，K = 210 = 1024，M = 220, G = 230, T = 240。第46頁，共95頁。性能指標(biāo)：帶寬(cont.)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。每秒 106 個比特時間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時間每秒 4 106 個比特0.25 s帶寬為4 M

21、b/s 第47頁，共95頁。性能指標(biāo)：吞吐量吞吐量(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。吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡(luò)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(luò)。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。第48頁，共95頁。性能指標(biāo)：時延時延：發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延發(fā)送時延：發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進(jìn)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）發(fā)送速率（比特/秒）第49頁，共95頁。性能指標(biāo)：時延(cont.)傳播時延：電磁波在信道

22、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）第50頁，共95頁。性能指標(biāo)：時延(cont.)處理時延 交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費的時間。 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。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：總時延 = 發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延第51頁，共95頁。性能指標(biāo)：時延(cont.)四種時延產(chǎn)生的地方：從結(jié)點 A 向結(jié)點 B 發(fā)送數(shù)據(jù)1 0 1 1 0

23、0 1發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點 B結(jié)點 A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結(jié)點 A 中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)鏈路第52頁，共95頁。性能指標(biāo)：時延帶寬積鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積 = 傳播時延 帶寬時延帶寬積第53頁，共95頁。性能指標(biāo)：往返時間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(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。信道利用率并非越高越好。第54頁，共95頁。性能指標(biāo)：利用率根據(jù)排隊論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。 若令 D0 表示

24、網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D 表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延，則在適當(dāng)?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(guān)系： U 是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。利用率超過50%，就要擴(kuò)容了！ 時延 D利用率 U10D0時延急劇增大第55頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況因特網(wǎng)簡介及標(biāo)準(zhǔn)化因特網(wǎng)的組成（邊緣）因特網(wǎng)的組成（核心）網(wǎng)絡(luò)的性能性能指標(biāo)非性能指標(biāo)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)第56頁，共95頁。非性能指標(biāo)費用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化可靠性可擴(kuò)展性和可升級性 易于管理和維護(hù) 第57頁，共95頁。內(nèi)容什么是網(wǎng)絡(luò)？網(wǎng)絡(luò)的類別因特網(wǎng)及我國的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況因特網(wǎng)簡介及標(biāo)準(zhǔn)化因特網(wǎng)的組成（

25、邊緣）因特網(wǎng)的組成（核心）網(wǎng)絡(luò)的性能性能指標(biāo)非性能指標(biāo)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)三種體系結(jié)構(gòu)基本概念第58頁，共95頁。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概述什么是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)？計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。為什么要討論體系結(jié)構(gòu)？沒有體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)就會亂套！進(jìn)而，無法互聯(lián)互通！實現(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題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真正在運行的計算機(jī)硬件和軟件。第59頁，共95頁。設(shè)計體系結(jié)構(gòu)的意義：舉例主機(jī) 1 向主

26、機(jī) 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件?？梢詫⒁龅墓ぷ鬟M(jìn)行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個主機(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)。第60頁，共95頁。設(shè)計體系結(jié)構(gòu)的意義：舉例(cont.)文件傳送模塊主機(jī) 1主機(jī) 2文件傳送模塊只看這兩個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第61頁，共95頁。設(shè)計體系結(jié)構(gòu)的意義：舉例(cont.)文件傳送模塊主機(jī) 1主機(jī) 2文件傳送模塊只看這兩個通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下

27、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)模塊第62頁，共95頁。設(shè)計體系結(jié)構(gòu)的意義：舉例(cont.)文件傳送模塊主機(jī) 1主機(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?，幀的最大長度等。第63頁，共95頁。小結(jié)：分層的好處各層之間是獨立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實現(xiàn)和維護(hù)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。第64頁，共95頁。開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM第65頁，共95頁。OSI/RM (cont.)只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同

28、一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。在市場化方面 OSI 卻失敗了。OSI 的專家們在完成 OSI 標(biāo)準(zhǔn)時沒有商業(yè)驅(qū)動力；OSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低；OSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進(jìn)入市場；OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn)。法律上的(de jure)國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場的認(rèn)可。是非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。TCP/IP 常被稱為事實上的(de facto) 國際標(biāo)準(zhǔn)。 第66頁，共95頁。TCP/IP與OSI/RM模型的關(guān)系第67頁，共95頁。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際

29、層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運輸層和應(yīng)用層。 第68頁，共95頁。IP over EverythingHTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層運輸層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口 1網(wǎng)絡(luò)接口 2網(wǎng)絡(luò)接口 3第69頁，共95頁?；赥CP/IP的C/S方式的通信舉例一個服務(wù)器進(jìn)程的情況數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層 客戶發(fā)起連接建立請求 服務(wù)器接受連接建立請求應(yīng)用層應(yīng)用層因特網(wǎng)客戶服務(wù)器以后就逐級使用下層提供的服務(wù)(使用 TCP 和 IP）第70頁，共9

30、5頁?；赥CP/IP的C/S方式的通信舉例多個服務(wù)器進(jìn)程的情況數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機(jī) 3服務(wù)器1服務(wù)器2數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機(jī) 1客戶 1數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機(jī) 2客戶 2因特網(wǎng)第71頁，共95頁。五層模型TCP/IP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) 。應(yīng)用層(application layer) 運輸層(transport layer) 網(wǎng)絡(luò)層(network layer) 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) 物理層(physical

31、layer) 數(shù)據(jù)鏈路層5 應(yīng)用層4 運輸層3 網(wǎng)絡(luò)層2 數(shù)據(jù)鏈路層1 物理層第72頁，共95頁。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第73頁，共95頁。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 再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文第74頁，共95頁。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運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報（或分組）第75頁，共95頁。主機(jī) 1 向主

32、機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 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)鏈路層幀第76頁，共95頁。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第77頁，共95頁。主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 應(yīng)用層(application layer) 5432154321物理傳輸媒體主機(jī) 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(jī) 2第78頁，共95頁。主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1

33、AP2AP1主機(jī) 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層第79頁，共95頁。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)層第80頁，共95頁。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?，取出?shù)據(jù)部分上交給運輸層第81頁，共95頁。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運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層第82頁，共95頁。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)?/p>

34、首部，取出應(yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程第83頁，共95頁。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)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！第84頁，共95頁。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運輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部第85頁，共95頁。主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2101001101