Part2 網(wǎng)絡發(fā)展、分類、性能指標和體系結(jié)構(gòu)

復習計算機網(wǎng)絡的定義：組成、功能因特網(wǎng)概述：網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段因特網(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計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展從1987年至1990年代，中國互聯(lián)網(wǎng)主要依靠撥號上網(wǎng)。2000年后，寬帶用戶接入數(shù)量開始快速攀升。在中國，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，無線接入方式，特別是手機訪問互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)量在迅速上升，使用固定電話撥號上網(wǎng)人數(shù)，自從在2004年達到峰值后，逐年繼續(xù)減少。中國互聯(lián)網(wǎng)供應商主要由中國電信、中國聯(lián)通、中國移動三大企業(yè)支配要接入互聯(lián)網(wǎng)，要租用三大企業(yè)的線路。中國電信：有線網(wǎng)絡（撥號上網(wǎng)、FTTx）、CDMA無線網(wǎng)中國聯(lián)通：有線網(wǎng)絡（撥號上網(wǎng)、FTTx）、WCDMA無線網(wǎng)中國移動：有線網(wǎng)絡（撥號上網(wǎng)、FTTx）、GPRS和TD-SCDMA無線網(wǎng)1.5計算機網(wǎng)絡的分類不同作用范圍的網(wǎng)絡

從網(wǎng)絡的使用者進行分類把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡1.不同作用范圍的網(wǎng)絡廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)也稱為遠程網(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)點的鏈路一般是高速鏈路，采用光纖傳輸介質(zhì)進行連接。城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)作用范圍是一個城市，距離約為5-50km局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

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

也稱為無線個人區(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。三大網(wǎng)絡服務提供商（ISP）：中國移動、中國聯(lián)通、中國電信專用網(wǎng)(privatenetwork)

某個部門為本單位的特殊業(yè)務工作的需要建造的網(wǎng)絡，不向本單位以外的人提供服務。銀行網(wǎng)絡、鐵路票務管理網(wǎng)、校園網(wǎng)VPN（虛擬專用網(wǎng)）：在公用網(wǎng)絡上建立專用網(wǎng)絡的技術(shù)。濱州學院VPN地址2把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡接入網(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計算機網(wǎng)絡的性能1.速率（網(wǎng)速）比特（bit）是計算機中數(shù)據(jù)量的最小單位來源于binarydigit，意思是一個“二進制數(shù)字”，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)是連接在計算機網(wǎng)絡中上的主機在數(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)（計算機網(wǎng)絡）：在計算機網(wǎng)絡中，“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，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)：表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量經(jīng)常用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡的一種測量，以便知道有多少數(shù)據(jù)量通過了網(wǎng)絡。吞吐量=帶寬*時間1011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在發(fā)送節(jié)點中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)鏈路時延：數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡的一端傳送到另一端所需的時間4.時延(delay或latency)發(fā)送時延：數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間。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。傳播時延=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）發(fā)送時延=

數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）處理時延：為存儲轉(zhuǎn)發(fā)進行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，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。練習收發(fā)兩端之間的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為2*108m/s。試問以下情況的發(fā)送時延和傳播時延。數(shù)據(jù)長度為107比特，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kb/s數(shù)據(jù)長度為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信道利用率并非越高越好網(wǎng)絡利用率是全網(wǎng)絡的信道利用率的加權(quán)平均值。時延與網(wǎng)絡利用率的關(guān)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。若令D0表示網(wǎng)絡空閑時的時延，D表示網(wǎng)絡當前的時延。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(guān)系：U是網(wǎng)絡的利用率，數(shù)值在0到1之間。時延

D利用率

U10D0時延急劇增大假定網(wǎng)絡的利用率到達了90%，請估算現(xiàn)在的網(wǎng)絡時延是它的最小值多少倍？1.7計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)提出的背景——網(wǎng)絡的復雜性、異質(zhì)性不同的通信介質(zhì)——有線、無線、…

…不同種類的設(shè)備——主機、路由器、交換機…

…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）不同的應用環(huán)境——固定、移動、…

…不同種類業(yè)務——分時、交互、實時、…

…結(jié)構(gòu)清晰簡化設(shè)計與實現(xiàn)便于更新與維護較強的獨立性和適應性復雜的網(wǎng)絡系統(tǒng)，如何合理組織結(jié)構(gòu)達到：解決：分而治之！一個生活中的例子：物流系統(tǒng)郵政系統(tǒng)的組織:層次的觀點：

每層實現(xiàn)一種特定的服務通過自己內(nèi)部的功能依賴自己的下層提供的服務用戶(寄件者)快遞員(取信)分檢員(分檢)運輸工具(出發(fā))用戶(收件者)快遞員(送信)分檢員

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

運輸工具-to-運輸工具：運輸服務層次功能的分布式實現(xiàn)運輸工具(出發(fā))運輸工具(到達)運輸線路信件發(fā)送方信件接收方中間交通樞紐運輸線路運輸線路用戶(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)相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，這種“協(xié)調(diào)”是相當復雜的。“分層”將龐大而復雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題比較易于研究和處理。

1.7.1網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的形成1974年，美國IBM公司宣布了系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)SNA1983年，國際標準化組織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)實際遵守的體系結(jié)構(gòu)標準：TCP/IP網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)標準1.開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM開放：只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信系統(tǒng)：指在現(xiàn)實的系統(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)鏈路層物理層法律上的(dejure)國際標準OSI沒有得到市場的認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模型應用層運輸層（TCP）網(wǎng)絡層（IP）網(wǎng)絡接口層非國際標準TCP/IP獲得了最廣泛的應用稱為事實上的(defacto)國際標準應用層運輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接口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1.7.2協(xié)議與劃分層次1.網(wǎng)絡協(xié)議（networkprotocol），簡稱為協(xié)議，是為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定。

計算機網(wǎng)絡中的數(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)的同步問題。網(wǎng)絡協(xié)議的組成要素：語法（數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式）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）同步（事件實現(xiàn)順序的詳細說明）2.劃分層次的概念舉例計算機

1

向計算機

2

通過網(wǎng)絡發(fā)送文件。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備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。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責。兩個計算機交換文件文件傳送模塊計算機

1計算機

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行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊再設(shè)計一個通信服務模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊只看這兩個通信服務模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務模塊通信服務模塊再設(shè)計一個網(wǎng)絡接入模塊文件傳送模塊計算機

1計算機

2文件傳送模塊通信服務模塊通信服務模塊網(wǎng)絡接入模塊網(wǎng)絡接入模塊通信網(wǎng)絡網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接入模塊負責做與網(wǎng)絡接口細節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。3.計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡的體系結(jié)構(gòu)（architecture）是計算機網(wǎng)絡的各層及其協(xié)議的集合。體系結(jié)構(gòu)是計算機網(wǎng)絡及其部件所應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)標準：OSI七層體系結(jié)構(gòu)：應用層、表示層、會話層、運輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層TCP/IP四層體系結(jié)構(gòu)：應用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。采取折中的辦法，綜合

OSI和

TCP/IP

的優(yōu)點，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)部分，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)部分上交給運輸層主機

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)部分上交給應用層主機

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H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑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

210100110100101比特流110101110101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)部分交給網(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)部分交給運輸層H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1