計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第1頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四參考書目《

ComputerNetwork》（第五版）清華大學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)》胡道元清華大學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》蔡皖東西安電子科技大學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論》何莉高等教育出版社《計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)原理》林生西安電子科技大學(xué)出版社《計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)的安全與保密》 蔣繼洪、黃月江西安電子科技大學(xué)出版社第2頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第1章概述1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用從工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變。知識經(jīng)濟(jì)中的兩個(gè)重要特點(diǎn)是：信息化和全球化，必須依靠完善的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)（三網(wǎng)）：電信網(wǎng)絡(luò)有線電視計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)起到核心作用，“三網(wǎng)合一”最終依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成。第3頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？將分布在不同地理位置上的具有獨(dú)立處理能力的多臺計(jì)算機(jī)連接起來，按照統(tǒng)一的規(guī)則協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息通信，這樣的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。因特網(wǎng)(Internet)成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的代表，在最近的10多年中發(fā)展迅速。現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已經(jīng)離不開因特網(wǎng)。第4頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)涉及到通信和計(jì)算機(jī)兩個(gè)領(lǐng)域，兩者相互結(jié)合。計(jì)算機(jī)與通信的相互結(jié)合主要有兩個(gè)方面一方面，通信網(wǎng)絡(luò)為計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換提供了必要的手段；另一方面，數(shù)字計(jì)算技術(shù)的發(fā)展?jié)B透到通信技術(shù)中，有提高了通信網(wǎng)絡(luò)的各種性能。第5頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.2.1分組交換的產(chǎn)生現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是20世紀(jì)60年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。傳統(tǒng)的電路交換的電信網(wǎng)存在可靠性差的缺陷。在60年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA提出要研制一種嶄新的、能夠適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭的、生存性很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。第6頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四新型網(wǎng)絡(luò)必須滿足的基本要求：用于計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送；能夠連接不同類型的計(jì)算機(jī)；所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)都同等重要；必須有冗余的路由；盡可能地簡單，非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)；每條路徑的流量基本相同。根據(jù)以上要求，一批專家終于設(shè)計(jì)出了使用分組交換的新型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。第7頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四電路交換交換機(jī)(a)兩部電話機(jī)直接連接(b)5部電話機(jī)兩兩直接連接

N(N-1)/2對電線(c)用交換機(jī)連接許多部電話機(jī)圖1-1電話機(jī)的不同連接方法第8頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四電路交換交換設(shè)備在通信雙方找出一條實(shí)際的物理線路的過程。最早的電路交換連接是由電話接線員通過插塞建立的，現(xiàn)在則由計(jì)算機(jī)化的程控交換機(jī)實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。呼叫—建立連接—傳輸—掛斷

優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。第9頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四電路交換形式空分交換交換比特流所經(jīng)過的端口號時(shí)分交換交換比特流所經(jīng)過的時(shí)隙波分交換交換載荷比特的光的波長面向連接的(connection-oriented)建立連接–通信–釋放連接第10頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四電路交換的示意圖在通話的全部時(shí)間內(nèi)用戶始終占用端到端的固定傳輸帶寬。交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)中繼線中繼線交換機(jī)用戶線用戶線ACDB圖1-2電路交換的示意圖第11頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四報(bào)文交換在這種交換方式中,兩個(gè)端點(diǎn)之間無需建立專用的信道。如果一個(gè)端點(diǎn)想要發(fā)送報(bào)文(數(shù)據(jù)傳輸單位)，則需要把目的端地址添加在報(bào)文中一起發(fā)送出去。報(bào)文將從一個(gè)節(jié)點(diǎn)被傳送到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上,要接收整個(gè)報(bào)文并進(jìn)行暫時(shí)存儲，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲-轉(zhuǎn)發(fā)。第12頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)與電路交換方式相比，報(bào)文交換方式具有如下優(yōu)點(diǎn):線路利用率高。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)之間的信道可被報(bào)文所共享。這樣,對相同的流量要求,所需的總傳輸容量要小些。接收者和發(fā)送者無需同時(shí)工作,當(dāng)接收者處于“忙”時(shí),中間節(jié)點(diǎn)可將報(bào)文暫時(shí)存儲起來。當(dāng)流量加大時(shí),在電路交換網(wǎng)絡(luò)中可能導(dǎo)致一些呼叫被阻塞;而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)中,報(bào)文仍然可以接收,但延時(shí)會增加。第13頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四報(bào)文交換的缺點(diǎn)報(bào)文交換方式也存在一些缺點(diǎn)：報(bào)文大小不一，造成緩沖區(qū)管理復(fù)雜；大報(bào)文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長；出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)；不適于實(shí)時(shí)通信或交互式通信，網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)比較長，波動范圍比較大。第14頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四分組交換將報(bào)文劃分為若干個(gè)大小相等的分組(Packet)進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。分組(包)的構(gòu)成：首部+數(shù)據(jù)段首部(header,包頭)：包含目的地址、源地址等控制信息數(shù)據(jù)段長度相等，例如，每個(gè)數(shù)據(jù)段為1024bit101001110101100···········001010011101000數(shù)據(jù)首部分組數(shù)據(jù)首部分組數(shù)據(jù)首部分組發(fā)送在前報(bào)文圖1-3分組的概念第15頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分組11010011101?

???????00101001110報(bào)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11010011101?

???????00101001110分組交換第16頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四分組交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)由若干結(jié)點(diǎn)交換機(jī)(nodeswitch)和連接這些交換機(jī)的鏈路組成。主機(jī)(host)是為用戶進(jìn)行信息處理的，并且可以通過網(wǎng)路和其他主機(jī)交換信息。結(jié)點(diǎn)交換機(jī)則是進(jìn)行分組交換的，用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的。各結(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間也要經(jīng)常交換路由信息，但這是為了進(jìn)行路由選擇，即為轉(zhuǎn)發(fā)分組找出一條最好路徑。第17頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四分組交換網(wǎng)的示意圖ABDCEH1H2H4H6H3H5分組交換網(wǎng)12341234H1123412341234H2H4H6H5H3結(jié)點(diǎn)交換機(jī)高速鏈路ABDCE(a)分組交換網(wǎng)(b)具有兩組端口的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)圖1-4分組交換網(wǎng)的示意圖第18頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)點(diǎn)交換機(jī)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)處理分組的過程：將收到的分組先放入緩存，再查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)，然后由交換機(jī)構(gòu)將改分組傳遞給適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。圖1-4中有兩對主機(jī)在進(jìn)行通信：H1和H5H2和H6第19頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四分組交換的優(yōu)點(diǎn)高效：在分組傳輸?shù)倪^程中動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活：每個(gè)結(jié)點(diǎn)均有智能，為每一個(gè)分組獨(dú)立地選擇轉(zhuǎn)發(fā)的路由。迅速：以分組作為傳送單位，通信之前可以不先建立連接就能發(fā)送分組；網(wǎng)絡(luò)使用高速鏈路?？煽浚和晟频木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式多路由的通信子網(wǎng)。第20頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四分組交換存在的問題分組在各結(jié)點(diǎn)存儲轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這會造成一定的時(shí)延；各分組必須攜帶的控制信息也造成了一定的開銷(overhead)。第21頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四電路交換報(bào)文交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送連接釋放報(bào)文報(bào)文報(bào)文P1P2P3P4P1P2P3P4P1P2P3P4報(bào)文直達(dá)終點(diǎn)報(bào)文報(bào)文報(bào)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)ABCDABCDABCD三種交換的比較圖1-5三種交換的比較第22頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四三種交換的比較電路交換：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須首先建立一條獨(dú)占的信道;在電路釋放以前,該信道將被一對端點(diǎn)完全占用;對于猝發(fā)式的通信,電路利用率不高。報(bào)文交換：報(bào)文從源端傳送到目的端采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式。在傳送報(bào)文時(shí),同時(shí)只占一段信道;在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲,報(bào)文需要排隊(duì)。因此,報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。分組交換：報(bào)文被分成若干分組進(jìn)行傳輸,并規(guī)定了最大的分組長度。由于一個(gè)分組的長度往往遠(yuǎn)小于整個(gè)報(bào)文的長度，因此分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小，但其結(jié)點(diǎn)交換機(jī)必須具有更強(qiáng)的處理能力。第23頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四三種交換的比較若要連續(xù)傳輸大量的數(shù)據(jù)，且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于呼叫建立時(shí)間，則采用在數(shù)據(jù)通信之前預(yù)先分配傳輸帶寬的電路交換較為合適。報(bào)文交換和分組交換不需要預(yù)先分配傳輸帶寬，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小，但其結(jié)點(diǎn)交換機(jī)必須具有更強(qiáng)的處理能力。第24頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四應(yīng)用現(xiàn)狀分組交換技術(shù)是一種廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的交換技術(shù)?，F(xiàn)有的公共數(shù)據(jù)交換網(wǎng)都采用分組交換技術(shù)，如X.25網(wǎng)絡(luò)等。局域網(wǎng)也采用分組交換技術(shù)。電路交換技術(shù)主要用于ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork,綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng))中。第25頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四從以主機(jī)為中心演變成以網(wǎng)絡(luò)為中心圖1-6從以單個(gè)主機(jī)為中心(a)演變到以通信子網(wǎng)為中心(b)分組交換網(wǎng)主機(jī)主機(jī)終端(a)(b)第26頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.2.2因特網(wǎng)時(shí)代ARPANET的誕生美國國防部國防前沿研究項(xiàng)目署（ARPA）于1969年建成第一個(gè)分組交換網(wǎng)ARPANET;1973年ARPA網(wǎng)擴(kuò)展成互聯(lián)網(wǎng)，第一批接入的有英國和挪威計(jì)算機(jī)。1974年ARPA的鮑勃·凱恩和斯坦福的溫登·澤夫提出TCP/IP協(xié)議。1983年1月1日，ARPA網(wǎng)將其網(wǎng)絡(luò)核心協(xié)議由NCP改變?yōu)門CP/IP協(xié)議。第27頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四因特網(wǎng)時(shí)代NSFnet網(wǎng)的建立1986年，美國國家科學(xué)基金會（NationalScienceFoundation，NSF）建立了大學(xué)之間互聯(lián)的骨干網(wǎng)絡(luò)NSFnet，這是因特網(wǎng)歷史上重要的一步。NSFnet采用TCP/IP協(xié)議作為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議;1994年，NSFNET轉(zhuǎn)為商業(yè)運(yùn)營。第28頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)國家主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)圖1-7三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)第29頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四基于ISP的多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的概念示意圖一級ISP

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本地ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)AB圖1-8基于ISP的多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的概念示意圖第30頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四因特網(wǎng)時(shí)代Internet–因特網(wǎng)1990年代，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)向公眾開放。在1991年8月，在蒂姆·貝納斯-李(TimBerners-Lee)在瑞士創(chuàng)立HTML、HTTP和歐洲粒子物理研究所(CERN)的最初幾個(gè)網(wǎng)頁之后兩年，他開始宣揚(yáng)其萬維網(wǎng)(WorldWideWeb)項(xiàng)目。在1993年，Mosaic網(wǎng)頁瀏覽器版本1.0被推出在1994年晚期，互聯(lián)網(wǎng)開始逐步發(fā)展。1996年，“Internet”（因特網(wǎng)）一詞被廣泛的流通，不過是指幾乎整個(gè)的萬維網(wǎng)。第31頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.2.3關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu): 因特網(wǎng)協(xié)會(InternetSociety,簡稱為ISOC)因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IAB(InternetArchitectureBoard)，負(fù)責(zé)管理因特網(wǎng)有關(guān)協(xié)議的開發(fā)。因特網(wǎng)工程部IETF下設(shè)一些工作組，集中研究短期和中期的工程問題，主要針對協(xié)議的開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化。因特網(wǎng)研究部IRTF下設(shè)一些研究組，側(cè)重于從理論方面研究和開發(fā)一些需要長期考慮的問題。第32頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四IETFRFC所有的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都是以RFC的形式發(fā)表。RFC（RequstForComments)的中文意思就是“請求評論”。制定因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過一下的四個(gè)過程：因特網(wǎng)草案 -在這個(gè)階段還不是RFC文檔建議標(biāo)準(zhǔn) -從這個(gè)階段開始就成為RFC文檔草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)RFC文檔可以在/rfc.html查閱第33頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.2.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1989年11月我國第一個(gè)公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運(yùn)行。1993年9月建成新的中國公用分組交換網(wǎng)，并改稱CHINAPAC，由國家主干網(wǎng)和各省、區(qū)、市的省內(nèi)網(wǎng)組成，在北京和上海設(shè)有國際出入口。1994年4月20日，我們用64kb/s專線正式接入因特網(wǎng)。同年5月，中科院高能物理所設(shè)立我國的第一個(gè)萬維網(wǎng)服務(wù)器。1994年9月，中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)CHINANET正式啟動。第34頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四我國主要的公用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)CHINANET(中國電信)中國教育和科研計(jì)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(中國聯(lián)通)中國網(wǎng)通互聯(lián)網(wǎng)CNCNET(中國網(wǎng)通)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(中國移動)中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET中國衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng)CSNET(中國衛(wèi)通)中國鐵通互聯(lián)網(wǎng)CRNET(中國鐵通)第35頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四我國因特網(wǎng)的發(fā)展情況統(tǒng)計(jì)時(shí)間上網(wǎng)計(jì)算機(jī)數(shù)(萬)上網(wǎng)用戶數(shù)(萬)Cn下注冊的域名數(shù)WWW站點(diǎn)數(shù)國際線路總?cè)萘?Mb/s)1997.1029.9624,0661,50025.4081999.174.721018,3965,300143.2562000.135089048,69515,1533512001.18922,250122,099265,4052,7992002.11,2543,370127,319277,1007,597.52003.12,0835,910179,544371,6009,3802004.13,0897,950340,040595,55027,2162005.14,1609,400432,077668,90074,4292006.14,95011,1001,096,924694,200136,1062007.15,94013,7001,803,393843,000256,696數(shù)據(jù)來源：中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心公布的《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》第36頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義最簡單的定義：一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。最龐大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是因特網(wǎng)，它由非常多的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過許多路由器互連而成。因此因特網(wǎng)也成為“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”第37頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義利用通信線路將地理上分散的、具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信設(shè)備按不同形式連接起來以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)資源共享信息傳遞的系統(tǒng)。第38頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義的含義計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)涉及三方面內(nèi)容：至少2臺計(jì)算機(jī)互聯(lián)通信設(shè)備和線路介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)軟件，是指通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)第39頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.3.2幾種不同的分類方法按網(wǎng)絡(luò)的交換功能分類，常用的交換方法有：電路交換報(bào)文交換分組交換混合交換在一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)中同時(shí)采用電路交換和分組交換。第40頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.3.2幾種不同的分類方法按網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分類廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)幾十到幾千公里局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)<1公里，≥10Mb/s。校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)。城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)5~50公里，速率更高，和局域網(wǎng)采用相同的體系結(jié)構(gòu)。接入網(wǎng)AN(AccessNetwork)個(gè)人計(jì)算機(jī)、局域網(wǎng)和城域網(wǎng)之間的接口。第41頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的關(guān)系廣域網(wǎng)城域網(wǎng)城域網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)接入網(wǎng)局域網(wǎng)校園網(wǎng)企業(yè)網(wǎng)個(gè)人計(jì)算機(jī)圖1-9廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的關(guān)系第42頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.3.2幾種不同的分類方法按網(wǎng)絡(luò)的使用者分類公用網(wǎng)國家的電信公司出資建造的大型網(wǎng)絡(luò)，公眾付費(fèi)使用，所以也稱公眾網(wǎng)。專用網(wǎng)某個(gè)部門為本單位的特殊業(yè)務(wù)工作的需要二建造的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)不向本單位以外的人提供服務(wù)。例如：軍隊(duì)、鐵路、電力、銀行等系統(tǒng)均有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。第43頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最主要的兩個(gè)性能指標(biāo)是：帶寬（bandwidth）時(shí)延（delay或latency）第44頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4.1帶寬帶寬通常指信號所占據(jù)的頻帶寬度。一個(gè)信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。對于模擬信號而言，帶寬又稱為頻寬，以赫茲（Hz）為單位。例如模擬語音電話的信號帶寬為3.1KHz（從300Hz到3.4KHz）。第45頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4.1帶寬習(xí)慣上將“帶寬”作為數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義詞。數(shù)字信道上數(shù)據(jù)的發(fā)送速率等于數(shù)字信道的帶寬。數(shù)字信道傳送數(shù)字信號的速率成為數(shù)據(jù)率或比特率。度量單位：比特每秒,b/s或bit/s。kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。通常把后面的b/s省略，如：10M,10G第46頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4.1帶寬1秒鐘有106個(gè)比特時(shí)間1μs1010111秒鐘有4x106個(gè)比特時(shí)間0.25μs圖1-10隨著帶寬的增大，數(shù)字信號在時(shí)間軸上的寬度變窄第47頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4.2時(shí)延時(shí)延（delay或latency）指一個(gè)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。時(shí)延是由以下幾個(gè)不同的部分組成：發(fā)送時(shí)延。傳播時(shí)延處理時(shí)延第48頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)延：結(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間也就是從數(shù)據(jù)塊的第一比特開始發(fā)送算起，到最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。發(fā)送時(shí)延也稱傳輸時(shí)延，它的計(jì)算公式：發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)塊長度信道帶寬第49頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四傳播時(shí)延傳播時(shí)延：電磁波在信道中需要傳播一定的距離二花費(fèi)的時(shí)間。傳播時(shí)延的計(jì)算公式是：傳播時(shí)延=信道長度電磁波在信道中的傳播速率電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即3.0x105km/s。電磁波在網(wǎng)絡(luò)傳輸媒體中的傳播速率比在自由空間略低：在銅線電纜中的傳播速率約為2.3x105km/s，在光纖中的傳播速率約為2.0x105km/s。第50頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四處理時(shí)延處理時(shí)延：數(shù)據(jù)在交換結(jié)點(diǎn)為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。在結(jié)點(diǎn)緩沖隊(duì)列中，分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延是處理時(shí)延中的重要組成部分。因此，處理時(shí)延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。有時(shí)可用排隊(duì)時(shí)延作為處理時(shí)延。第51頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4.2時(shí)延總時(shí)延=傳播時(shí)延+發(fā)送時(shí)延+處理時(shí)延1011001…隊(duì)列結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)B發(fā)送器在這里產(chǎn)生發(fā)送時(shí)延（即傳輸時(shí)延）在這里產(chǎn)生處理時(shí)延在這里產(chǎn)生傳播時(shí)延鏈路圖1-11三種時(shí)延產(chǎn)生的地方不同第52頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四時(shí)延計(jì)算例子假定有一個(gè)長度為100MB的數(shù)據(jù)塊，在帶寬為1Mb/s的信道上的發(fā)送時(shí)延是：

100*1024*1024*8÷106=838.9s然而若將這樣的數(shù)據(jù)用光纖傳送到1000km遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)，那么傳播時(shí)延是：

1000÷(2.0x105)=5x10-3s=5ms如果傳播距離減小到1km，那么傳播時(shí)延只有5μs。第53頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四時(shí)延計(jì)算例子要傳送的數(shù)據(jù)僅1字節(jié)，在1Mb/s的信道上的發(fā)送時(shí)延是：

1*8÷106=8μs然而若將這樣的數(shù)據(jù)用光纖傳送到1000km遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)，那么傳播時(shí)延是：

1000÷(2.0x105)=5x10-3s=5ms總時(shí)延是： 5.008ms第54頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四ABAB寬帶線路窄帶線路寬帶線路：每秒有更多比特從計(jì)算機(jī)注入到線路。寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。正確的概念第55頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四比喻：汽車運(yùn)貨寬帶線路窄帶線路寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶線路：車距縮短第56頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四一種錯(cuò)誤概念

——“寬帶”相當(dāng)于“多車道”多車道公路是并行傳輸……100101110100100111010001011010通信線路上通常都是串行傳輸?shù)?7頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4.3時(shí)延帶寬積和往返時(shí)延傳播時(shí)延帶寬積：

時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延X帶寬鏈路帶寬（傳播）時(shí)延圖1-12鏈路像一條空心管道第58頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.4.3時(shí)延帶寬積和往返時(shí)延往返時(shí)延RTT(Round-TripTime)它表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端接收到來自接收端的確認(rèn)，總共經(jīng)歷的時(shí)延。第59頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.5.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成為了保證網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間能高度協(xié)調(diào)地工作，它們必須都遵循某種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)就是網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。1974年IBM宣布了它研制的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA。1977年ISO成立了專門研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，并提出了著名的開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM，簡稱OSI。第60頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四連接在網(wǎng)絡(luò)上的兩臺計(jì)算機(jī)之間互相傳送文件發(fā)起通信的計(jì)算機(jī)必須將數(shù)據(jù)通信的通路進(jìn)行激活。要告訴網(wǎng)絡(luò)如何識別接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)。發(fā)起通信的計(jì)算機(jī)必須查明對方計(jì)算機(jī)是否已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。發(fā)起通信的計(jì)算機(jī)必須弄清楚，在對方計(jì)算機(jī)中的文件管理程序是否已做好文件的接收和存儲文件的準(zhǔn)備工作。若計(jì)算機(jī)的文件格式不兼容，則至少其中的一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)完成格式轉(zhuǎn)換功能。對出現(xiàn)的各種差錯(cuò)和意外事故，如數(shù)據(jù)傳送錯(cuò)誤、重復(fù)或丟失，以及網(wǎng)路中某個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)出故障，應(yīng)當(dāng)有可靠的措施保證對方計(jì)算機(jī)最終能夠接收到正確的文件。第61頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.5.2劃分層次的必要性網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括：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應(yīng)答，即操作同步—事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明，即時(shí)序網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不可缺少的組成部分。第62頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信服務(wù)模塊文件傳送模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信服務(wù)模塊文件傳送模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口文件及文件傳送命令與通信有關(guān)的報(bào)文計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2劃分層次圖1-13劃分層次的舉例第63頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四劃分層次的好處各層之間是獨(dú)立的。某一層并不需要知道它的下一層是如何實(shí)現(xiàn)的。靈活性好。當(dāng)任何一層發(fā)生變化，只要層間接口關(guān)系保持不變，則這層以上、以下各層均不受影響。結(jié)構(gòu)上可分割開。各層都可以采用最合適的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。系統(tǒng)分解為若干個(gè)相對獨(dú)立的子系統(tǒng)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。每一層的功能及其所提供的服務(wù)都已有了精確的說明。第64頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合，稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實(shí)現(xiàn)(implementation)具體的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。第65頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.5.3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)層次的劃分1物理層：傳送比特流(bit)2數(shù)據(jù)鏈路層：傳送幀(frame)3網(wǎng)絡(luò)層：傳送分組(packet)4運(yùn)輸層：傳送報(bào)文(message)5應(yīng)用層：為應(yīng)用進(jìn)程提供信息交換和遠(yuǎn)地操作協(xié)議棧(protocolstack)圖1-14五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321第66頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程物理傳輸媒體電信號或光信號

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5AP1計(jì)算機(jī)112345AP2計(jì)算機(jī)2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)部分H5數(shù)據(jù)部分H4數(shù)據(jù)部分H3數(shù)據(jù)部分H210100110100101…比特流…11010111010T2首部尾部圖1-15數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程第67頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.5.4實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)實(shí)體任何可發(fā)送或接受信息的硬件或軟件進(jìn)程。協(xié)議控制兩個(gè)對等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。協(xié)議是水平的，是控制對待實(shí)體間通信的規(guī)則。服務(wù)在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對等實(shí)體間的通信使本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下一層所提供的服務(wù)。服務(wù)是垂直的，是由下層向上層通過層間接口提供的。第68頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四服務(wù)訪問點(diǎn)在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互的地方，通常稱為服務(wù)訪問點(diǎn)SAP(ServiceAccessPoint)。SAP是一個(gè)抽象的概念，它實(shí)際上就是一個(gè)邏輯接口。服務(wù)提供者服務(wù)用戶服務(wù)用戶提供服務(wù)服務(wù)原語服務(wù)原語SAPSAP第n層第n+1層協(xié)議圖1-16相鄰兩層之間的關(guān)系第69頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.5.5面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)面向連接服務(wù)所謂連接，就是兩個(gè)對等實(shí)體為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行的一種結(jié)合。三個(gè)階段：連接建立數(shù)據(jù)傳輸連接釋放。適合于在一定期間要向同一目的地發(fā)送許多報(bào)文的情況。對于發(fā)送很短的零星報(bào)文，面向連接的開銷就顯得過大了。第70頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.5.5面向連接服務(wù)與無連接服務(wù)無連接服務(wù)兩個(gè)實(shí)體間不需要先建立好一個(gè)連接，資源在傳輸時(shí)動態(tài)地進(jìn)行分配。不需要通信的兩個(gè)實(shí)體同時(shí)是活躍的。當(dāng)發(fā)送端的實(shí)體在進(jìn)行發(fā)送是，它才必須是活躍的。只有當(dāng)接收端的實(shí)體正在進(jìn)行接收時(shí)，它才必須是活躍的。無連接服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)是靈活方便和比較迅速，但無連接不能防止報(bào)文的丟失、重復(fù)和失序。無連接服務(wù)不需要接收端做任何響應(yīng)，因而是一種不可靠的服務(wù)。第71頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1.5.6TCP/IP與OSI體系結(jié)構(gòu)的對比無連接分組交付服務(wù)IPTCP或UDP網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層IP運(yùn)輸層(TCP或UDP)1物理層2數(shù)據(jù)鏈路層3網(wǎng)絡(luò)層

4運(yùn)輸層5會話層6表示層7應(yīng)用層OSI的體系結(jié)構(gòu)(a)OSI體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(各種應(yīng)用層協(xié)議如TELNET,FTP,SMTP等)各種應(yīng)用服務(wù)(b)TCP/IP體系結(jié)構(gòu)(c)TCP/IP提供的三種服務(wù)TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP的三個(gè)服務(wù)層次圖1-17TCP/IP與OSI體系結(jié)構(gòu)的對比第72頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四OSI的體系結(jié)構(gòu)將前面原理體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層再劃分為三個(gè)層次：應(yīng)用層對應(yīng)用過程進(jìn)行抽象。表示層主要解決用戶信息的語法表示。會話層不參與具體的數(shù)據(jù)傳輸，但它對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行管理。第73頁，共82頁，2023年，2月20日