南京理工大學(xué)《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件

本書將色

?自頂向下方法

以自頂向下的方式來組織內(nèi)容，從應(yīng)用層開始向下一直講到

物理層。

?以因特網(wǎng)為研究目標(biāo)

以因特網(wǎng)為中心。圍繞因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)5層模型的學(xué)習(xí)，了

解掌握計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念和基本原理。

-著眼原理

介紹當(dāng)代協(xié)議和技術(shù)及相關(guān)的基本原理。

?相關(guān)Web站點(diǎn)：/kurose-ross

數(shù)學(xué)將色

?歷史事件和實踐中的原則?人物專訪

各章間的關(guān)聯(lián)性

第1章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)

第2章應(yīng)用層

第3章運(yùn)輸層

第4章網(wǎng)絡(luò)層和選路

第5章鏈路層和局域網(wǎng)

第6章無線網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)

第7章多媒體網(wǎng)絡(luò)

第8章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全

第9章網(wǎng)絡(luò)管理

?第1章：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完整概述，介紹許多重要的概念與術(shù)語,

是其余部分的基礎(chǔ)。

?第2章到第5章：本書的4個核心章節(jié)，對應(yīng)于因特網(wǎng)協(xié)議

棧上面4層中的一層，自頂向下討論。

?第6章到第9章：現(xiàn)代計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的4個先進(jìn)內(nèi)容。

第1章計笄機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自20世紀(jì)60年代開始發(fā)展。定義未統(tǒng)一。

＞簡單定義：一些互相連接的、自治的計算機(jī)的集合。

＞文獻(xiàn)定義：

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是用通信設(shè)備和線路將分散在不同地點(diǎn)的有獨(dú)立

功能的多個,計算機(jī)系統(tǒng)互相連接起來，并按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)

通信，實現(xiàn)資源共享的計算機(jī)集合。

包括三個主要部分：

?多個計算機(jī):為用戶提供服務(wù)；

?一個通信子網(wǎng):通信設(shè)備和線路；

?一系列協(xié)議:數(shù)據(jù)通信。

＞網(wǎng)絡(luò)類型：很多，如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等。

典型：因特網(wǎng)。

＞本章主要內(nèi)容：概述計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)。

■基本術(shù)語和概念；

■基本硬件和軟件：網(wǎng)絡(luò)“邊緣”（端系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、運(yùn)

輸服務(wù)等）及網(wǎng)絡(luò)“核心二'（數(shù)據(jù)鏈路、交換機(jī)、接入網(wǎng)、物理媒

體等）;

?數(shù)據(jù)傳輸時延和分組丟失；

?網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)：協(xié)議分層和服務(wù)模型

?計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展簡史

1.1什么是因特網(wǎng)

兩種描述方法：

?具體構(gòu)成:構(gòu)成因特網(wǎng)的基本硬件和軟件；

?提供服務(wù),?為分布式應(yīng)用程序提供的服務(wù)。

1.1.1具體構(gòu)成描述

公共因特網(wǎng)（Internet因特網(wǎng)）?.

一個世界范圍的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò),…互聯(lián)了遍及全世界的數(shù)以百萬

的計算設(shè)備。全球性“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

如圖l-lo

主機(jī)服務(wù)器移動式分帆網(wǎng)制M站衛(wèi)星

（或端系統(tǒng)）通信設(shè)備交換機(jī)W調(diào)解域路

圖1-1因特網(wǎng)的一些部件

1、計算設(shè)備（主機(jī)Aos八端系統(tǒng)e/zdsy$Ee/n）

主要功能是進(jìn)行數(shù)，據(jù)處理。

?傳統(tǒng)的?.桌面PC、Unix工作站、服務(wù)器等；

?邪危統(tǒng)的：PDA（個人數(shù)字助手）、TV、移動計算機(jī)、汽車等。

2、連網(wǎng)設(shè)備

包括通信鏈路、分組交換機(jī)等。主要功能保證高效、可靠地

數(shù)據(jù)通信。

（1）通信鏈路（com機(jī)〃〃icafio”

把端系統(tǒng)連.接到、二起的物,理線路。

由不同類型的物理媒體組成，如同鈾電纜、雙絞線、光纖和

無線電頻譜等。

不同的鏈路傳輸數(shù)據(jù)的速率不同。

?鏈路傳輸速率:每秒傳輸多少位數(shù)據(jù)，單位bit/s或bps。

（2）分組交換機(jī)（packetswitch）：

連接端系統(tǒng)的中間交換設(shè)備。

端系統(tǒng)之間很少直接連接，通常都是通過分組交換機(jī)間接相

連。

?功能：從一條（入）通信鏈路接收信息塊、并保存，從另

一條（出）通信鏈路轉(zhuǎn)發(fā)出去。

分組（包packet）：網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔K。

,類型：路由器（router）、鏈路層交換機(jī)（link-layerswitch）。

?路徑route或path)：一個分組從發(fā)送端系統(tǒng)傳輸?shù)浇邮?/p>

端系統(tǒng)，所經(jīng)過的一系列通信鏈路和分組交換機(jī)。

端系統(tǒng)之間通信的路徑不專用,通過采用分組交換(packet

〃加g)技術(shù)，使多個通信端系統(tǒng)同時共享一條路徑,或路徑的

一部分。

第一個分組交換網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，是因特網(wǎng)的“最

早祖先”。

3、因特網(wǎng)服務(wù)提供商ISP{InternetServiceProvider}

是一個由多個分組交換機(jī)和多段通信鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)。

端系統(tǒng)通過ISP接入因特網(wǎng)，如住宅區(qū)ISP、大學(xué)ISP、公司

ISP等。

?不同的1SP提供各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)接入:如撥號調(diào)制解調(diào)

器接入、住宅寬帶接入、高速局域網(wǎng)、無線接入等；

?對內(nèi)容提供者提供接入?.Web站點(diǎn)直接接入因特網(wǎng)；

?低層次的ISP通過國家、國際的高層ISP互聯(lián),.實現(xiàn)世界范

圍的通信。

高層ISP由一些用高速光纖鏈路互聯(lián)的高速路由器組成

的。

?每個ISP獨(dú)立管理,運(yùn)行ISP協(xié)議:遵從一定的命名和地址

規(guī)則。

4、協(xié)議(protocol)：

控制網(wǎng)絡(luò)中信息接收和發(fā)送的一組軟件。每個端系統(tǒng)、路由

器和其他因特網(wǎng)部件都要運(yùn)行。

?因特網(wǎng)協(xié)議?.TCP/IP協(xié)議。

傳輸控制協(xié)議TCP(TransmissionControlProtocol)

網(wǎng)際協(xié)議IP(InternetProtocol)

?因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)?.正建F標(biāo)準(zhǔn)文檔RFC0

由因特網(wǎng)工程任務(wù)組IETF(InternetEngineeringTaskForce)

研發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)文檔稱為RFC(RequestForComments)。

5、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(Intranet)

專用網(wǎng)絡(luò),如公司和政府網(wǎng)絡(luò)。

■網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)不能隨意與專網(wǎng)外部的主機(jī)交換信息(由防火墻

控制)；

?所用主機(jī)、路由器、鏈路和協(xié)議與公共因特網(wǎng)相同。

1.1.2服務(wù)描述

＞分布式應(yīng)用程序(distributedapplication)：

在端系統(tǒng)上運(yùn)行，彼此交換數(shù)據(jù)。如遠(yuǎn)程注冊、電子郵件、

Web沖浪等等。

＞提供兩種服務(wù)：

?面向連接的可靠服務(wù)(connection-orientedservice)：確保

從發(fā)送方發(fā)出的數(shù)據(jù)最終按順序完整地交付給接收方。

?無連接的不可靠的服務(wù)(connection-orientedservice)：不

能對最終交付作任何保證。

一種分布式應(yīng)用程序只能使用其中一種。

＞不能提供“傳輸時間固定”的服務(wù)

即從發(fā)送方傳遞數(shù)據(jù)到接收方所需時間不確定。

1.1.3什么是協(xié)議

1、人類活動的類比

人類無時無刻都在執(zhí)行協(xié)議。

例：某人向另一人詢問當(dāng)時的時間。

幾種情況：

?發(fā)出“你好”報文一接收“你好”報文一發(fā)出“幾點(diǎn)了”

報文一接收“2:00”報文（如圖1.2）

?發(fā)出“你好”報文-＞接收“不要煩我、或我不會說英語”

報文

?發(fā)出“你好”報文一得不到任何回答

圖1-2人類訓(xùn)議和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

協(xié)議過程：

詢問者發(fā)送“特定”報文f根據(jù)接收到的“應(yīng)答”報文或其

他事件采取動作

-勿蜘彼辦：傳輸?shù)膱笪?、接收的報文及所采取的動作?/p>

?雙方執(zhí)行不同的協(xié)議,就不能互動,不能完成工作?.如，

一個人講禮貌，而另一人不講禮貌。

2、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

?交換報文和采取動作的實體是某些設(shè)備的硬件或軟件。

?因特網(wǎng)中的所有活動，凡涉及到兩個或多個通信的遠(yuǎn)程實

體都受協(xié)議制約。例如，網(wǎng)卡中的協(xié)議、端系統(tǒng)中的擁塞控制協(xié)

議等等。

?因特網(wǎng)的運(yùn)行離不開協(xié)議。

例，用戶通過因特網(wǎng)訪問某一個Web服務(wù)器的網(wǎng)頁，即在

Web瀏覽器中鍵入一個Web網(wǎng)頁的URL（網(wǎng)址）。

協(xié)議過程:如圖1-2右邊部分。

發(fā)出“連接請求”報文一接收“連接響應(yīng)”報文-發(fā)出“GET”

報文（網(wǎng)頁的名字）一接收“Web網(wǎng)頁（文件）”

看出：報文的交換以及在發(fā)送和接收這些報文時所采取的動

作，是一個協(xié)議的關(guān)鍵定義元素。

?協(xié)議：控制網(wǎng)絡(luò)史信息的發(fā)送和接收。定義了通信實體之

間交換報文的格式和次序，以及在報文傳輸和/或接收或其他事件

所采取的動作。

因特網(wǎng)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)廣泛地使用協(xié)議。不同的協(xié)議完成不同

的通信任務(wù)。有些協(xié)議簡單，有些復(fù)雜。

1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣

網(wǎng)絡(luò)外圍部件，主要是計算機(jī)。

1.2.1端系統(tǒng)、客戶機(jī)和服務(wù)器

＞端系統(tǒng)sys回必）：與因特網(wǎng)相連的計算機(jī)，位于因特網(wǎng)的

邊緣。

如圖1-3所示。

圖1-3端系統(tǒng)交互

包括許多不同類型，如桌面計算機(jī)和移動計算機(jī)，Web服務(wù)

器和電子郵件服務(wù)器，以及其他類型的設(shè)備。

>主機(jī)①。4)：即端系統(tǒng)，可運(yùn)行許多應(yīng)用程序。分為兩類：

硬件方面：

?客戶機(jī)(client)：桌面和移動PC和PDA等等；

?服務(wù)器｛server)：功能更強(qiáng)的機(jī)器，如Web服務(wù)器和郵件服

務(wù)器。

軟件方面(本書采用)：

?客戶機(jī)程序(clientprogram):在一個端系統(tǒng)上運(yùn)行，發(fā)出

請求，并從另一個端系統(tǒng)上運(yùn)行的服務(wù)器程序接收服務(wù)。

?服務(wù)器程序｛seerprogram｝：運(yùn)行在一個端系統(tǒng)上，接收

請求，并為客戶機(jī)提供服務(wù)。

客戶機(jī)/服務(wù)器模型:因特網(wǎng)應(yīng)用程序最為流行的結(jié)構(gòu)。許

多應(yīng)用程序采用該模式，如Web、電子郵件、文件傳輸?shù)鹊取?/p>

說明：

?客戶機(jī)程序和服務(wù)器程序可運(yùn)行在不同計算機(jī)上，星分布

式應(yīng)用^^(distributedapplication)(>

?客戶機(jī)程序和服務(wù)器程序通過因特網(wǎng)互相發(fā)送報文進(jìn)行交

互。

?路由器、鏈路和其他部件組成“黑盒子”：在因特網(wǎng)應(yīng)用程

序的分布式通信部件之間傳輸報文°如圖1.3中。

?因特網(wǎng)應(yīng)用程序不一定單純只由純客戶機(jī)程序與純服務(wù)器

程序交互組成。

例如，對等文件共享應(yīng)用程序，其端系統(tǒng)中的對等應(yīng)用程序

同時起客戶機(jī)和服務(wù)器程序的雙重作用。

?發(fā)出請求時，起著客戶機(jī)的作用；

?發(fā)送文件時，起著服務(wù)器的作用。

1.2.2無連接和面向連接的服務(wù)

端系統(tǒng)之間通過因特網(wǎng)進(jìn)行通信，使用因特網(wǎng)提供的服務(wù)發(fā)

送報文。

1、面向連接服務(wù)（connection?orientedservice）

兩個端系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)時，要先通過“握手過程”建立連

接，然后才發(fā)送實際數(shù)據(jù)。

握手過程:彼此發(fā)送“控制”分組，使雙方做好接收后面數(shù)

據(jù)分組的準(zhǔn)備，即在兩個端系統(tǒng)之間創(chuàng)建了連接（在端系統(tǒng)中分

配緩存和狀態(tài)變量）。

如圖1-2的Web交互，前兩個報文是握手報文，后繼的兩個

報文（GET報文和響應(yīng)報文）含有實際數(shù)據(jù)。

特性：

＞可靠的數(shù)據(jù)傳送（reliabledatatransfer）t應(yīng)用程序通過該

連接可以無差錯和按序地傳遞其所有數(shù)據(jù)。

?確認(rèn),?當(dāng)一個端系統(tǒng)（B）收到來自另一個端系統(tǒng)（A）發(fā)

送的分組時，要回發(fā)一個“確認(rèn)”，使另一個端系統(tǒng)（A）知道相

應(yīng)的分組已被接收。

?重魚：如果發(fā)送端系統(tǒng)沒有收到任何“確認(rèn)”，認(rèn)為發(fā)送的

分組沒有被接收方收到，重傳該分組。

＞流控制(物Wcontrol)：確保連接的任何一方都不會過快

地發(fā)送過量的分組而造成分組丟失。

如果接收方跟不上發(fā)送方發(fā)送分組的速率，通過流控制迫使

發(fā)送端系統(tǒng)降低發(fā)送速率。

＞擁塞控制(co〃ges，o/z?co/n/W)：防止因特網(wǎng)進(jìn)入遲滯狀態(tài)。

如，路由器擁塞:其緩存出現(xiàn)溢出和分組丟失，若通信雙方

仍繼續(xù)以快的速率向網(wǎng)絡(luò)傳送分組，遲滯就會持續(xù)，^幾乎不會有

分組能傳遞到其目的地。

解決方法?.當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時，降低向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組的速率。

說明：有些面向連接服務(wù)可能只具備上述特性之一。

因特網(wǎng)面向連接服務(wù)稱為修獺控制物以TCP提供的服務(wù)可

同時包括三種特性。

具體應(yīng)用程序：Telnet(遠(yuǎn)程注冊)、SMTP(電子郵件)、FTP(文

件傳輸)和HTTP(Web)等。

2、無連接服務(wù)(connectionlessservice)

兩個端系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)時，不需要“握手過程”，可直接發(fā)

送分組，數(shù)據(jù)傳遞更快。

特點(diǎn)：

＞不可靠源主機(jī)不能確定分組是否已經(jīng)到達(dá)目的地。

＞無流控制或擁塞控制的功能°

因特網(wǎng)的無連接服務(wù)稱為用方數(shù)據(jù)報協(xié)以UDP(User

DatagramProtocol)o

可用于簡單的面向事務(wù)應(yīng)用程序、多媒體應(yīng)用程序(如因特

網(wǎng)電話和視頻會議)等。

1.3網(wǎng)絡(luò)核心

網(wǎng)絡(luò)“內(nèi)部”，即互聯(lián)了因特網(wǎng)端系統(tǒng)的路由器的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

如圖1-4所示。

ffil-4網(wǎng)培核心

1.3.1電路交換和分組交換

?電路交換（circuitswitching）：端系統(tǒng)之間通信路徑上所需

要的資源（緩存，鏈路帶寬）在通信會話期間被預(yù)留，發(fā)送方以恒

定速率向接收方傳送數(shù)據(jù)。如，電話網(wǎng)絡(luò)。

?分組交換（pacAefsw"c無加g）：資源不被預(yù)留，通信的報文

按需使用資源，有可能要排隊等待接入通信線路（同時有其它分

組發(fā)送）。如，因特網(wǎng)。

一、電路交換｛circuitswitching）

1、工作原理：

通話雙方必須先建立「個專用的連接（電路）,一直維持，直

到通話結(jié)束。

如圖，電話網(wǎng)絡(luò)。

遮話比岸撥號一接通T通信一掛機(jī)

例，一個電路交換網(wǎng)絡(luò)，如圖l-5o

用4條鏈路互聯(lián)4臺交換機(jī)，每個鏈路有n條電路（貨銀條

鏈路能夠支持〃條同步連接）。

主機(jī)電路交換

圖1-5由4個交換機(jī)和4條鏈路組成的簡單電路交換網(wǎng)絡(luò)

兩臺主機(jī)通信過程：

■在兩臺主機(jī)(A、B)之間創(chuàng)建一條專用的端到端逢夜

{end-to-endconnection),占用每條鏈路中的一條電路；

?該連接獲得鏈路帶寬的1/〃，進(jìn)行通信。

2、電路交換網(wǎng)絡(luò)中的多路復(fù)用

多路復(fù)用：在一條傳輸鏈路上同時建立多條連接，傳輸

數(shù)據(jù)。

(1)頻分多路復(fù)用FDM(frequency-divisionmultiplexing)

鏈路的頻譜由跨越鏈路創(chuàng)建的連接所共享。

將鏈路的頻譜劃分若干頻，每個連接專用一個頻段。

頻段的寬度稱為帶寬癡斷切力瓦如，4kHzo

(2)時分多路復(fù)用TDM(timeHisionmultiplexing)

先將時間劃分為固定區(qū)間的弊每幀再劃分為固定數(shù)量的好

糜每一個時隙專用于一個連接，用于傳輸數(shù)據(jù)。

例：如圖1-6,設(shè)鏈路支持4條電路。

圖I2對于FDM,每條電路連續(xù)地得到部分帶血.對于TDM,每條電路

在簡短時間間隔(即時隙)中周期性地得到所有帶寬

3、電路交換缺陷：

?靜耕期專用電路空閑，效率較低，網(wǎng)絡(luò)資源被浪費(fèi);

?創(chuàng)建端到端電路和預(yù)留端到端帶寬復(fù)雜。

例：電路交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個文件所需時間(主機(jī)A到主機(jī)B)。

設(shè)文件長640kb,鏈路采用時隙數(shù)為24的TDM,傳輸速率

1.536Mb/s,主機(jī)之間創(chuàng)建一條端到端電路需500mso

?每條電路的傳輸速率：(1.536Mb/s)/24=64kb/s

?傳輸文件時間：640kb/(64kb/s)=10s

?A到B的總發(fā)送時間：10s+0.5s=10.5s

二、分組交換(packetswitching)

資源不被預(yù)留，通信的報文按需使用資源，有可能要排隊等

待接入通信線路（同時有其它分組發(fā)送）。

報文（message）：傳輸?shù)男畔?。包含協(xié)議需要的任何內(nèi)容。如,

控制功能或數(shù)據(jù)。

1、工作原理：

?源主機(jī)將長報文劃分為較小的教援決（分組packet）；

?每個分組通過通信鏈路和分組交換機(jī)傳送,直到目的主機(jī)。

?分組以鏈路的最大傳輸速率傳輸。

?分組交換機(jī)在傳輸過程中采用存潛卷發(fā)傳獺機(jī)制。

2、存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸（stores〃住/brwwdtransmission）：

交換機(jī)先將整個分組接收下來（存儲），再從輸出鏈路轉(zhuǎn)發(fā)傳

輸出去（轉(zhuǎn)發(fā)）。

?存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延將一個分組轉(zhuǎn)發(fā)到輸出鏈路上所需時間。

若一個分組長Lbit,轉(zhuǎn)發(fā)速率R,該時延是。?s。

?輸出緩存（outputbuffer）或輸出隊列（outputqueue）：用于保

存路由器中準(zhǔn)備發(fā)往某個鏈路的分組。每條相連的鏈路有一個。

?郴（時延軟u〃ede/a），）：分組在輸出緩存中等待轉(zhuǎn)發(fā)的歸間。

某條鏈路上要轉(zhuǎn)發(fā)的分組多，在其輸出緩存中等待。時延是

變化的，與網(wǎng)絡(luò)中的擁塞有關(guān)。

?分組丟失（packetlost）：當(dāng)緩存空間已滿，后續(xù)到達(dá)的分組

被丟棄。

例圖1-7,一個簡單的分組交換網(wǎng)絡(luò)。

分組

ffil-7分組交換

分別有兩對主機(jī)通信：ATE、B9E。所有分組長度相同。

分組傳輸過程：

?主機(jī)A和B分別向第一個分組交換機(jī)發(fā)送分組；

?輸出鏈路忙，在輸出緩存中排隊，等待轉(zhuǎn)發(fā)。

例，兩個主機(jī)通過一個分組交換網(wǎng)發(fā)送一個分組所需時間。

設(shè)兩臺主機(jī)之間有Q條鏈路，每條速率是Rbit/s,分組長Zbit,

忽略排隊時延和端到端傳播時延。

?從源主機(jī)發(fā)出的分組傳到第一段鏈路：L/Rs；

?在余下Q?1段的鏈路上傳輸，要被存儲轉(zhuǎn)發(fā)Q-1次，總

時延：QL/Rso

三、兩者比較

1、分組交換端到端時延不確定，不適合實時服務(wù)；

2、分組交換帶寬共享好；簡單，有效，成本更低。

例，假定多個用戶共享一條IMbit/s鏈路，每個用戶僅有10%

的時間活動，以100kbit/s速率產(chǎn)生數(shù)據(jù)。

>電路交換：所有的時間內(nèi)必須為每個用戶預(yù)留整個

100kbit/so

若采用TDM,一個1秒的幀劃分10個時隙，每個時隙100ms,

每個用戶每幀分配一個時隙。

該鏈路僅能支持10個同時上網(wǎng)的用戶(IMbps/lOOkbps)。

>分組交換：一個特定用戶活動的概率是0.1(10%),設(shè)有

35個用戶，其中上網(wǎng)活動用戶數(shù)：

?>11個的概率大約是0.0004；分組的到達(dá)率總和超過該鏈

路的輸出容量，輸出隊列變長；

?<10個的概率是0.9996,此時到達(dá)的數(shù)據(jù)率總和小于或等

于該鏈路的輸出速率IMbit/So

通過該鏈路的分組流基本上沒有時延，與電路交換相同，而

且用戶數(shù)量是其的3倍。

3、電路交換預(yù)先分配傳輸鏈路，在用戶空閑時，浪費(fèi)鏈路時間。

4、分組交換按需分配鏈路，利用率高。

統(tǒng)計復(fù)用(statisticalmultiplexing)：按需共享資源。

發(fā)展趨勢，廣泛使用分組交換，電路交換電話網(wǎng)也向分組交

換轉(zhuǎn)變。

1.3.2分組交換網(wǎng)絡(luò)

分組交換網(wǎng)絡(luò)種類：

,數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)(dcUagramnetwork)：交換機(jī)根據(jù)主機(jī)目的地址

轉(zhuǎn)發(fā)分組。如，因特網(wǎng)。

?虛電路網(wǎng)絡(luò){virtualcircuitnetwork）：根據(jù)虛電路號轉(zhuǎn)發(fā)分

組。如，X.25＞幀中繼FR{framerelay）和異步傳遞方式

XVM（asynchronoustransfermode）o

兩者在建立路由和管理選路方面存在不同。

一、虛電路網(wǎng)絡(luò)

虛電路VC（virtualcircuit）：是源和目的主機(jī)之間的一條虛連

接心涉及兩個端系統(tǒng)和所經(jīng)路徑上的每一個分組交換機(jī)。

?在源和目的地之間創(chuàng)建一個YC，指派一個虛電路標(biāo)設(shè)符

VCID；

■任何分組首部帶有VCID；

?每臺分組交換機(jī)中都有一張VCID到出鏈路的映射表，通

過VC1D轉(zhuǎn)發(fā)分組。

?交換機(jī)必須為正在進(jìn)行的連接維護(hù)狀態(tài)信息（sfRe

，確/77"”所），增加、刪除對應(yīng)項，直到該連接釋放。

二、數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)

?交換機(jī)根據(jù)主機(jī)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)分組:分組首部包含目的地

址，當(dāng)交換機(jī)收到一個分組時，根據(jù)目的地址（或一部分）查其轉(zhuǎn)

發(fā)表，確定從哪個輸出鏈路向相鄰交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)；

?依此規(guī)則，直到目的地。

?交換機(jī)不需維護(hù)連接狀態(tài)信息；

轉(zhuǎn)發(fā)表：地址和輸出鏈路的映射，每臺交換機(jī)都有一個。

三、網(wǎng)絡(luò)分類

1、根據(jù)工作方式分

電信網(wǎng)絡(luò)

__

電路交換網(wǎng)絡(luò)分組交換網(wǎng)絡(luò)

TDMFDM虛電路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)

,虛電路網(wǎng)絡(luò)?.根據(jù)分組的VC號轉(zhuǎn)發(fā)，需要維護(hù)連接狀態(tài)。

■數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò):根據(jù)分組的地址轉(zhuǎn)發(fā)，不需要維護(hù)連接狀態(tài)。

2、網(wǎng)絡(luò)其他分類

＞作用范圍：

?廣域網(wǎng)WAN(wideareanetwork)：范圍通常為幾十~幾千

公里。也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)。

?局域網(wǎng)LANQocalareanetwork)：范圍較小，如1km左右,

一幢樓房或一個單位。

一般將微機(jī)通過高速通信線路相連，速率高，一般在

10Mb/s以上。

?城域網(wǎng)或市域網(wǎng)MAN(metropolitanareanetwork)：范圍在

廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間，例如一個城市。

傳送速率比LAN高，距離約為5?50km。

＞網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)相互連接的方式。星形、環(huán)形、總線、樹形、分布

式等。

(b)環(huán)形網(wǎng)⑹總線網(wǎng)⑥樹形網(wǎng)

⑼分布式網(wǎng)路

＞使用范圍

?公用網(wǎng)(PublicNetwork)：面向大眾，交費(fèi)就可使用。

,專用網(wǎng);PrivateNetwork)：只為本單位內(nèi)使用。

1.4接入網(wǎng)和物理媒體

?接入網(wǎng)(networkaccess)：將端系統(tǒng)連接到其邊緣路由器

("ge力的物理鏈路°

是用戶住宅連接到網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施。

?邊緣路由器：端系統(tǒng)到任何其他遠(yuǎn)程端系統(tǒng)的路徑上的第

一臺路由器。

接入鏈路如圖1?9顯示。

圖1-9網(wǎng)絡(luò)拄入

1.4.1網(wǎng)絡(luò)接入

分三種類型：

,住宅接入(resideruialaccess)：將家庭端系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)相連。

?公司接入(companyaccess)：將商業(yè)或教育機(jī)構(gòu)中的端系統(tǒng)

與網(wǎng)絡(luò)相連。

?無線接入(wirelessaccess):將移動端系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)相連。

一、住宅接入

將家庭端系統(tǒng)(如PC)與邊緣路由器相連接。

有三種方法：

1、通過撥號調(diào)制解調(diào)器（山〃機(jī)odem）

將家庭端系統(tǒng)通過普通模擬電話線用撥號調(diào)制解調(diào)器與住宅

ISP相連。是一種常用、流行的形式。

＞調(diào)制解調(diào)器MODEM功能：

?海制：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。

?解調(diào)：將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

?模擬信號：用連續(xù)變化的電磁波表示數(shù)據(jù)，可以按AAA

vy'

照不同頻率在鏈路上傳輸。

?數(shù)字信號：用二系列，電壓脈獨(dú)表示數(shù)據(jù)，可用正、nnn

負(fù)兩種電平表示“1”、“0”。

數(shù)字信號----模擬信號

＞接入要求：

、端系統(tǒng)方?.MODEM將PC輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬形

式，以便在模擬電話線（雙絞線）上傳輸。

?ISP方:MODEM再將模擬信號轉(zhuǎn)換回數(shù)字形式，作為ISP

路由器輸入。

網(wǎng)絡(luò)接入是沿著一條點(diǎn)對點(diǎn)撥號電話線的二對調(diào)制解調(diào).器。

目前，調(diào)制解調(diào)器速率可達(dá)56kbit/s。

缺陷:

?用戶有效速率低于56kbit/s：雙絞線質(zhì)量低，下載時間長。

如，下載一首3分鐘的MP3歌曲大約需要8分鐘。

?不能同時上網(wǎng)和撥打普通電話。

2、新型寬帶接入技術(shù)

為住宅用戶提供更高的比特率；用戶可以同時接入因特網(wǎng)和

打電話。

兩種常用類型：

(1)數(shù)字用戶線DSL{digitalsubscriberline)

由電話公司或與獨(dú)立ISP合作提供。

特點(diǎn)：

》新型調(diào)制解調(diào)器技術(shù)?.與撥號調(diào)制解調(diào)器類似，采用雙絞

線。

》高速率傳輸和接收數(shù)據(jù)?,限制用戶和ISP調(diào)制解調(diào)器間距

離。

＞下載速率超過上載速率:

?下載：從ISP路由器到家庭，超過10Mbit/s；

?上載：從家庭到ISP,超過IMbit/s

實際速率低。

＞慎用頻分復(fù)用:家庭和ISP間通信鏈路劃分為3個不重疊

頻段：

高速下載信道、中速上載頻道、普通的雙向電話頻道。

(2)混合光纖同軸電纜HFCgW"〃砂"coaxialcable)

是傳統(tǒng)廣播電視電纜系統(tǒng)的改進(jìn)。

傳統(tǒng)方式：電纜頭端（/zeadem/）廣播通過同軸電纜和放大器

的分配網(wǎng)絡(luò)傳向住宅。

HFC結(jié)構(gòu)：采用同軸電纜和光纖混合接入方式，如圖I/O。

圖i-io一個混合光纖同軸接入網(wǎng)絡(luò)

?頭端通過光纜連接到相鄰域級的連接點(diǎn)（光纖節(jié)點(diǎn)），再使

用傳統(tǒng)的電纜到達(dá)各個家庭住宅。

?每個相鄰域連接點(diǎn)支持500到500個家庭用戶。

特點(diǎn)：

＞采用電纜調(diào)制解調(diào)器:特殊的調(diào)制解調(diào)器，通過一個

10Base-T以太網(wǎng)（Ethernet）端口與家庭PC連接。

＞劃分為兩個信道?.即下行信道和上行信道。

下行信道帶寬大、傳輸速率更快。

＞共享廣播媒體??

-頭端發(fā)送的分組向下行經(jīng)每段鏈路到每個家庭。

如果幾個用戶同時下載，實際接收速率下降。

少數(shù)用戶訪問Web網(wǎng)頁，速率不受影響。

?每個家庭發(fā)送的分組經(jīng)上行信道向頭端傳輸。

兒個用戶同時發(fā)送分組將會沖突，需要相應(yīng)多路訪問協(xié)

議協(xié)調(diào)。

(3)比較

?DSL在家庭和ISP之間建立了一條點(diǎn)對點(diǎn)連接，所有帶寬

專用非共享；

?HFC比DSL帶寬更高；

?DSL和HFC可隨時提供服務(wù)(服務(wù)總建在線Mways?！?：

用戶開機(jī)后，一直與ISP連接，并能夠同時撥打和接聽普通電話。

?HFC美國流行，DSL歐洲和亞洲流行。

二、公司接入

利用局域網(wǎng)(LAN)汪接端用戶和邊緣路由器。

?先將多個端系統(tǒng)連接成局域網(wǎng):如采用以太網(wǎng)技術(shù)，用雙

絞線或同軸電纜將端系統(tǒng)彼此連接。

?局域網(wǎng)再與邊緣路由器連接?.邊緣路由器負(fù)責(zé)為目的地不

在本局域網(wǎng)的分組選路。

以太網(wǎng)技術(shù)：

?共享以太網(wǎng):端系統(tǒng)共享以太網(wǎng)的傳輸速率；

?交換以太網(wǎng):使用多個雙絞線與交換機(jī)相連，局域網(wǎng)上的

每個用戶可同時使用全部帶寬傳遞報文。

三、無線接入

用于無線移動設(shè)備(如移動電話和PDA等)的接入。

兩種方式：

>無線局域網(wǎng)（wire/ess￡A7V）：

?無線用戶與幾十米坐徑內(nèi)的基站（無線接入點(diǎn)）通信,互相交

換分組。

?基站與有線的因特網(wǎng)連接，為無線用戶提供服務(wù)。

典型技術(shù):

?基于IEEE802.11技術(shù)的無線局域網(wǎng)（無線以太網(wǎng)或Wi-Fi）；

提供11Mbps的共享帶寬。

?家庭混合網(wǎng)絡(luò)：將寬帶住宅接入（電纜調(diào)制解調(diào)器或DSL）

與無線局域網(wǎng)技術(shù)結(jié)合。如圖1-11例。

圖i-ii一個典型的家庭網(wǎng)絡(luò)的示意圖

>廣域無線接入網(wǎng)wirelessaccessnetwork）：

■基站由電信提供商管理，為數(shù)萬米半徑內(nèi)的用戶提供服務(wù);

?漫游的用戶可利用移動電話接入基站。

典型技術(shù):

?利用移動電話接入:歐洲的無線接入?yún)f(xié)議WAP{wireless

accessprotocol）^日本的i.模式（i.mode）o

?分組交換接△:第三代無線3G技術(shù)。

1.4.2物理媒體

物理媒體(p/zysicHmedium)：將網(wǎng)絡(luò)史丕同端系統(tǒng)互相，連接起

來的物理線路。

是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗?，通過傳播電磁波或光脈沖來發(fā)

送比特流。

也可稱為傳輸媒體、傳輸介質(zhì)、傳輸媒介。

分為兩大類：

?導(dǎo)引型媒體(guidedmedium)：電波沿著固體媒體傳播。如

雙絞銅線、同軸電纜或光纜等。

?非導(dǎo)引型媒體YingNidedmedium)：電波在空氣或外層空間

中傳播。如無線電頻譜等。

物理媒體的性能對網(wǎng)絡(luò)的通信、速度、距離、價格以及網(wǎng)絡(luò)

中的結(jié)點(diǎn)數(shù)和可靠性都有很大影響，要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。

1、雙絞銅線

最便宜、使用最普遍。如電話線。

組成:兩根絕緣的銅線螺旋形式扭合在一起。

減少對鄰近雙絞線的電氣干擾。

金屬屏蔽外絕緣層

(a)雙絞線(b)同軸電纜

雙絞線電纜：許多雙絞線捆扎成一根電纜，并在外面覆蓋上防護(hù)

層。

?屏蔽雙絞線STP：抗電磁干擾能力強(qiáng)，貴，安裝復(fù)雜。

.非屏蔽雙絞線UTP：常用于LAN,分5類（1?5類），常

用有：

3類線（10Mbps）、5類線（100Mbps）或超5類線（數(shù)據(jù)

率更高）。

2、同軸電纜

組成：套在一起的兩個同心銅導(dǎo)體。

兩種類型：

＞基帶同軸電纜（50歐姆電纜）:約1cm粗，輕，易彎折。

常用于LAN,通過T型連接器連接電纜。

基帶傳輸:比特流（數(shù)字信號）直接向電纜發(fā)送，無需調(diào)制

到不同的頻段。

＞寬帶同軸電纜（75歐姆電纜）較粗，重，更硬。

常用于電纜電視系統(tǒng)，可以與電纜調(diào)制解調(diào)器結(jié)合使用，組

成寬帶住宅接入形式。

靖帶售麟將數(shù)字信號調(diào)制成特定頻段的模擬信號傳送。

可以傳送到一個或多個接收方。

導(dǎo)引式共享媒體：許多端系統(tǒng)可直接與電纜相連，都能諼收

其他端系統(tǒng)發(fā)送的東西。

3、光纜

光纖是一種很細(xì)、傳光脈沖的媒體，每個脈沖表示一個比特

（1或0）。

雙層結(jié)構(gòu)由纖芯和包層構(gòu)成通信圓柱體。纖芯用來傳導(dǎo)光波。

傳光原理利用金反射來傳輸含有信息編碼的光束。

包層折射率比纖芯的低。當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折

射率的媒體時，其折射角將大于入射角。

如果入射角足夠大（臨界角度），會產(chǎn)生全反射，即光線碰到

包層時就會折射回纖芯。過程不斷重復(fù)，光就沿著光纖傳輸下去。

戰(zhàn)角包層（好制鋤熊勖

髓（研解的雕）

包層俺的鋤懶）

傳輸系統(tǒng)構(gòu)成：

?發(fā)送端:電光轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，傳輸。

可采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，在電信號作用下產(chǎn)生

光信號；

?接收端:光電轉(zhuǎn)換,將光信號還原為電信號。

利用光檢測器（光電二極管），在檢測到光信號時可還原出電

信號。

光纖類型：

?多模光纖在一條光纖中可傳輸多條不同角度入射的光線。

?單模光纖:光纖的直徑很小，使光線一直向前傳播而沒有

折射。

光源采用半導(dǎo)體激光器，較貴，傳輸距離遠(yuǎn)，衰耗較小，可

高速率傳數(shù)十公里。

輸入肽沖-------------------------------------------------------輸出肽沖

加□困

⑸多模光纖

光纜:多個光纖集中在一起。

特點(diǎn):

?速率高、抗電磁干擾好、距離傳輸遠(yuǎn)。

?用于長途電話網(wǎng)絡(luò)，因特網(wǎng)的主干。

?成本高、不適于短途傳輸（如LAN）O

4、陸地?zé)o線電信道

?不需要安裝物理線路；

?能穿透墻壁、可連接移動用戶，長距離傳輸；

?性能與傳播環(huán)境和傳輸距離有關(guān)。

兩種類型：

?運(yùn)任在本地區(qū)域：跨越數(shù)十到幾百米，如無線LAN；

?運(yùn)行在廣域：跨越數(shù)十千米，如WAP、3G技術(shù)等。

5、衛(wèi)星無線電信道

通過一顆通信衛(wèi)星連接兩個或多個位于地球的微波發(fā)射方/

接收方（幽球站*）。

衛(wèi)星:在一頻段上接收信號，使用轉(zhuǎn)發(fā)器再生信號，并在另

一個頻率上發(fā)送信號。帶寬可達(dá)Gb/so

微波:頻率很高（2?40GHz）,在空間是直線傳播，會穿透

電離層而進(jìn)入宇宙空間，不會經(jīng)電離層反射傳播。

兩類衛(wèi)星：

,同步衛(wèi)星｛geostatinarysatellite）：永久地停留在地球上方

的某個固定點(diǎn)上（地球表面上方36000km的軌道）。

從地面站到衛(wèi)星再回到地面站的傳播時延為250ms,速率達(dá)

數(shù)百M(fèi)b/s,常用于電話網(wǎng)和因特網(wǎng)主干。

?低緯度衛(wèi)星（low-altitutesatellite^,較靠近地球，繞地球旋

對一個區(qū)域的連續(xù)覆蓋，需要在軌道上放置許多衛(wèi)星。

1.5ISP和因特網(wǎng)主干

端系統(tǒng)經(jīng)過一個接入網(wǎng)與因特網(wǎng)相連。

接△網(wǎng)可以有多種方式。

因捱網(wǎng)由數(shù)以億計的用戶和幾十萬個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。

因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)：因特網(wǎng)邊緣的接入網(wǎng)絡(luò)通過分層的ISP與

因特網(wǎng)其他部分相連。如圖1-12所示。

圖1-12ISP的互聯(lián)

＞第一層/SP(tier-lISP)：最頂層，數(shù)量相對較少。是因特網(wǎng)主

干(internetbackbone)網(wǎng)絡(luò)。

?與一般網(wǎng)絡(luò)類似:有鏈路和路由器，與其他網(wǎng)絡(luò)相連，鏈

路速率、路由器速率高。

?第一層ISP可直接相連

?與第二層ISP和其他客戶網(wǎng)絡(luò)相連

?覆蓋國際區(qū)域

第一層ISP的包括：AT&T等。

＞第二層ISP：

?區(qū)域性或國家性覆蓋；

?與部分第一層ISP相連，引導(dǎo)流量通過因特網(wǎng)。

?第二層網(wǎng)絡(luò)之間能直接相連，并傳遞流量；

?第一層ISP與第二層ISP關(guān)系：

第二層ISP是所連接的第一層ISP的客戶；

第一層ISP是該客戶的疙供商，

提供商ISP向其客戶收費(fèi)。

＞第三層ISP

?經(jīng)過一個或多個第二層ISP與更大的因特網(wǎng)相連；

?底部是接入ISP(如住宅ISP、公司ISP)；

對筑peer)：兩個ISP彼此直接相連。

到接入點(diǎn)POP(PointofPresence)：某ISP與其他ISP的連接

點(diǎn)。

?即ISP網(wǎng)絡(luò)中的一個或多個路由器組；

?POP有多個，每個POP與多個客戶網(wǎng)絡(luò)或ISP相連。客戶

網(wǎng)絡(luò)可從電信提供商租用一條高速鏈路將兩者的路由器相連。

網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)NAP(NetworkAccessPoint)：互聯(lián)ISP。由第三

方通信公司或由因特網(wǎng)主干提供商擁有或運(yùn)營。NAP在許多ISP

之間交換很大的流量。

發(fā)展趨勢：

?第一層ISP直接在專用對等點(diǎn)彼此互聯(lián)；

?第二層ISP之間以及其與第一層ISP在NAP互聯(lián)。NAP

的核心部分使用高速ATM交換技術(shù)。

總結(jié)：

?因特網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜：

?ISP覆蓋區(qū)域不同：有些大、有些小。

?較低層ISP與較高層ISP相連，較高層ISP可在專用對等

點(diǎn)和NAP互聯(lián)；

?用戶和內(nèi)容提供商是較低層ISP的客戶，較低層ISP是較

高層ISP的客戶。

1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時延和分組丟失

因特網(wǎng)主要組成部分：應(yīng)用程序、端系統(tǒng)、端到端傳輸協(xié)議、

路由器及鏈路等。

分組從源到目的地傳輸過程：從源主機(jī)出發(fā)，通過一系列路

由器傳輸，最后到目的主機(jī)。

沿途經(jīng)過的每個節(jié)點(diǎn)(主機(jī)或路由器)有一定的時延：包括

節(jié)點(diǎn)處理時延、排隊時延、傳輸時延和傳播時延等。

節(jié)點(diǎn)總時延(totalnodaldelay)：各時延累加。

1.6.1時延的類型

圖M3,一個分組通過路由器八向路由器B發(fā)送時的過程:

?當(dāng)分組從上游節(jié)點(diǎn)到達(dá)路由器A時，檢查該分組的首部以選

擇合適的通向路由器B的輸出鏈路；

?若該輸出鏈路“忙。分組排隊笠待;

?“空”，傳輸。

1、處理時延(processingdelay)

包括檢查分組首部和決定將該分組導(dǎo)向何處所需要的時間,

及其他因素(如檢查比特傳輸是否出錯的時間等)。

通常，高速路由器的處理時延是微秒級或更低。

2、排隊時延(queuingdelay)

分組等待在鏈路上傳輸?shù)呐抨爼r間。

與正在排隊等待的分組的數(shù)量、到達(dá)的分組的數(shù)量及到達(dá)該

隊列流量的強(qiáng)度和性質(zhì)有關(guān)。

?若隊列“空”、無其他分組傳輸，排隊時延為0。

?流量大，排隊分組多，排隊時延大。

排隊時延在毫秒到微秒級。

3、傳輸時延（存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延）（transmissiondelay）

將分組的所有比特推（傳）向鏈路所需要的時間。

與該分組的旨度［bit及鏈路的傳輸速率Hbps有關(guān),為L/Ro

傳輸時延在毫秒到微秒級。

4、傳播時延（propagationdelay）

一個比特從鏈路的起點(diǎn)到下一節(jié)點(diǎn)（路由器）傳播所需要的

時間。以鏈路的傳播速率傳播。

通常分組所有比特先被存儲于下一路由器，再繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。

傳播速率，.信號在通信線路上單位時間內(nèi)所能傳送的距離。

取決于鏈路的物理媒體（如光纖、雙絞線等等），其速率范圍是

2X10W?3X10W

彥搦財砥兩個路由器之間的距離4除以傳播速率S，即dis.

在廣域網(wǎng)中，傳播時延在毫秒級。

5、傳輸時延和傳播時延的比較

傳輸時延:路由器將分組推到鏈路上所需要的時間。

是分組長度和鏈路傳輸速率的函數(shù)，與兩個路由器之間的距

離無關(guān)。

傳播時延:一個比特從一臺路由器向另一臺路由器傳播所需要的

時間。

是兩個路由器之間距離的函數(shù)，與分組的長度或鏈路傳輸速

率無關(guān)。

類比例：有一條公路段（能絡(luò)），每100km有一個收費(fèi)站（路

由器）。

設(shè)汽車行駛速度（傳播速率）每小時100km/h,有10輛汽車

組成車隊（分組）一起行駛，每輛汽車是一個比特。

100km,1小時

入_______________

Y

10輛車

設(shè)每個收費(fèi)站每12s服務(wù)（傳輸）一輛汽車，貝IJ：

?傳輸速率R：60/12=5輛車/分鐘

?傳輸時延：收費(fèi)站將整個車隊推向公路所需要的時間

（10輛車）/（5輛車/分鐘）二2分鐘

■傳播時延：一輛汽車從一個收費(fèi)站行使到下一個收費(fèi)站所

需要的時間,100km/（100km/h）=l小時

該車隊從存儲在一個收費(fèi)站前，到該車隊存儲在下一個收費(fèi)

站前的時間是“傳輸時延”和“傳播時間”總和，即62分鐘。

特例：傳輸時延太壬傳,播時延時、，一個分組中的前幾個比特

已到達(dá)下一路由器，而余下的仍然在前面的路由器中等待傳輸。

例，設(shè)汽車以1000km/h的速率行駛，收費(fèi)站一分鐘服務(wù)一

輛汽車。

?傳播時延：汽車在兩個收費(fèi)站之間的行駛時延是

100km/(1000km/h)=6分鐘

?傳輸時延：收費(fèi)站服務(wù)車隊的時間是10分鐘

即收費(fèi)站對車隊的服務(wù)時間大于汽車在收費(fèi)站之間行駛的時間。

當(dāng)該車隊中前面的幾輛汽車已到第二個收費(fèi)站，而最后幾輛

汽車仍在第一個收費(fèi)站中。

點(diǎn)總時dnodal*dnoda尸dproc+dqueue+dtrans+dprop

△proc、dqueue、4rans、dprop分別表示處理時延、排隊時延、傳輸

時延和傳播時延。這些時延的作用可能隨不同情況變化。

1.6.2排隊時延和分組丟失

1、排隊時延

排隊時延在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中是很重要的。

＞不同的分組其排隊時延不同：

例如，10個分組同時到達(dá)“空”隊列，傳輸?shù)牡谝粋€分組沒

有排隊時延，最后一個分組有相對大的排隊時延(等待前9個分組

傳輸）。

＞使用統(tǒng)計量測度：如平均排隊時延、排隊時延的方差等。

＞排隊時延大小：

取決于流量到達(dá)該隊列的速率、鏈路的傳輸速率和到達(dá)流量

的性質(zhì)（周期性或突發(fā)形式）。

流量強(qiáng)度（trafficintensity）：比特到達(dá)隊列的速率與比特從

隊列中推出的速率之比。

設(shè)，分組到達(dá)隊列的平均速率為〃（每秒分組，pkt/s）,每個

分組長Lbit,比特從隊列中推出的速率R（bit/s）。

比特到達(dá)隊列速率是〃bit/s,則流量強(qiáng)度：Lci/R.

?La/R＞］；即比特到達(dá)隊列的平均速率超過從該隊列能夠傳

輸?shù)乃俾?，使排隊時延趨向無窮大！

?La/R＜\：

?分組周期掛到達(dá)：如每L/Rs（傳輸時延）到達(dá)一個分

組，則每個分組將到達(dá)“空”隊列中，不會有排隊時延；

?分組以突發(fā)形式到達(dá):平均排隊時延會很大。

例如，設(shè)每〃Rs同時到達(dá)N個分組，第一個分組沒有排隊

時延，第二個分組就有L/Rs的排隊時延；……，第〃個分組有社1）

L/R的排隊時延。

＞平均排隊長度與流量強(qiáng)度關(guān)系.?

?流量強(qiáng)度接近“Q兒乎沒有分組到達(dá)或間隔很大，到達(dá)的

分組很少需要排隊，平均排隊時延接近0；

?流量強(qiáng)度接近1：到達(dá)率超過傳輸能力的時間間隔，就會

形成隊列。越接近1,平均排隊長度越長，平均排隊時延迅速增

加。

如圖l-14oI!

2、分組丟失

通常，一條鏈路的隊列容量有限。

分組丟關(guān)(lost)：當(dāng)?shù)竭_(dá)的分組發(fā)現(xiàn)

隊列已滿，沒有空間存儲，路由器將其

丟棄(drop)o圖1-14平均排隊時延與

丟失的分組需要重傳。流量強(qiáng)度的關(guān)系

3、端到端時延

叢源到1的地的時延。

設(shè)源主機(jī)和目的主機(jī)之間有N-1個路由器，網(wǎng)絡(luò)無擁塞(忽略

排隊時延)，路由器和源主機(jī)的處理時延是dpr8，路由器和源主機(jī)

的輸出速率是Rbit/S,每條鏈路的傳播時延是dprop。

將每個節(jié)點(diǎn)時延累加起來，是端到端時延：

dend-end=N(dproc+dtrans+dprop)

dt「ans=L/R

1.6.3因特網(wǎng)中的時延和路由

Traceroute診斷程序，在任何因特網(wǎng)主機(jī)上運(yùn)行。

當(dāng)用戶指定一個目的主機(jī)名字時，在源主機(jī)中的該程序朝著

該目的地發(fā)送多個特殊的分組，中間通過一系列路由器。

Traceroute程序可追蹤源和目的之間經(jīng)過的路由。

1.7協(xié)議層次及其服務(wù)模型

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實際上是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)。

1.7.1分層的體系結(jié)構(gòu)

一、體系結(jié)構(gòu)：

網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)及其各層協(xié)議的集合，是對網(wǎng)絡(luò)及其組成部

分功能的精確定義。

飛行航線系統(tǒng):乘客乘坐某個航班所采取的動作，如圖1-153

購買機(jī)票一托運(yùn)行李一登機(jī)一起飛一飛行一到目的地（著陸）

-離機(jī)-認(rèn)領(lǐng)行李

票務(wù)（購買）票訴:

行李（托運(yùn)）領(lǐng):

登機(jī)口（登機(jī)）登機(jī)機(jī)

從跑道起E從陸

按路線

圖1-15乘飛機(jī)旅行的一系列動作

為了研究和設(shè)計方便，一般采用分層的方法，即按照功能劃

分為若干個層次。如圖：

分層特點(diǎn):

?每層功能獨(dú)立；第N層高

■每兩個相鄰層之間有一邏輯接第N?1層

口，可交換信息；.......

?上一層建立在下一層基礎(chǔ)上，上第2層

一層可調(diào)用下一層的服務(wù),下一層為上第I層低

一層提供服務(wù)。

上例，可將航線功能劃分為不同的層次，圖1?16顯示。

票務(wù)（購買）票務(wù)（投訴）票務(wù)

行李（托運(yùn)）行李（認(rèn)領(lǐng)）行李

登機(jī)口（登機(jī)）登機(jī)口（離機(jī)）n

從電道起飛從跑道著陸起飛/著陸

按路線飛行按路線飛行按路線飛行按路線飛行按路線飛行

離開機(jī)場中間空中交通控制中心到達(dá)機(jī)場

圖1-16航線功能的水平分層

其中：

＞每層分別對應(yīng)航線旅行中的一個特定成分；

＞每層與其下層結(jié)合，實現(xiàn)某些功能和服務(wù)；

如，在起飛/著陸層，通過飛機(jī)飛行完成了一個人及其行李

的轉(zhuǎn)移。

＞每層提供服務(wù)的方式：

?該層執(zhí)行某些動作；

?直接使用相鄰下一層的服務(wù)。

分層體系結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)：

?使復(fù)雜系統(tǒng)簡化.?將一個大而復(fù)雜系統(tǒng)劃分為若干個明確、

特定的部分，分別討論研究；

?某層功能變化,不會影響系統(tǒng)其余部分:只要保持對其上

層提供的服務(wù)，及其使用下層的服務(wù)不變；

二、協(xié)議分層

協(xié)議:控制網(wǎng)絡(luò)中信息的發(fā)送和接收。定義了通信實體之間

交換報文的格式和次序，以及在報文傳輸和/或接收或其他事件所

采取的動作。

協(xié)議分層.?采用分層（layer）的方式組織協(xié)議及實現(xiàn)協(xié)議的網(wǎng)

絡(luò)硬件和軟件。

說明：

＞每層都有相應(yīng)的一系列協(xié)議；

》服務(wù)模型（servicemodel）：低層（第壅層）向相鄰高層（第n±l

層）提供服務(wù)。

通過在該層（第〃層）

執(zhí)行某些動作，或再使用其

相鄰下層（第〃-/層）的服

務(wù)，來完成向其上層提供的

服務(wù)。

如，第〃層提供報文的可靠傳輸。

通過使用第nd層的不可靠報文傳輸服務(wù)，以及本層的臉測

和重傳丟失報文的功能實現(xiàn)。

＞每層協(xié)議通過軟件、硬件或兩者結(jié)合實現(xiàn)。

＞每層協(xié)議可分布在網(wǎng)絡(luò)的不同組件中（如端系統(tǒng)、分組交換機(jī)）。

》協(xié)議棧（protocolstack）：各層所有協(xié)議的集合。

分層缺點(diǎn)：

?有些功能可能在不同層重復(fù)出現(xiàn):如，基于鏈路和基于端

到端傳輸?shù)牟铄e恢復(fù)；

-某層的功能可能需要僅存在其他某層的信息。

三、分層后數(shù)據(jù)傳遞的過程

主機(jī)（端系統(tǒng)）間數(shù)據(jù)傳送實際上并不是在對等層間直接進(jìn)

行，而是通過相鄰層間的傳遞合作完成。

計垓計髭乩2

歸納起來，發(fā)送和接收是一個相反的過程：

■發(fā)送方:將用戶數(shù)據(jù)由高層向低層逐層傳遞，每經(jīng)過一層,

加上該層的控制信息,直到最低層（物理層），然后直接通過物理

媒體傳輸?shù)侥康姆?。（逐層封裝）

?接收方:將收到的數(shù)據(jù)由低層向高層逐層傳遞,每經(jīng)過一

層，去掉該層的控制信息,直到最高層，恢復(fù)為用戶數(shù)據(jù)。（逐層

解封）

四、因特網(wǎng)的協(xié)議棧

包括5個層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層和應(yīng)

用層。如圖1-170

第5層應(yīng)用層報文

第4層運(yùn)輸層報文段

第3層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報

第2層鏈路層幀

第1層物理層

協(xié)議層實現(xiàn)：以軟件、硬件或兩者結(jié)合的方式。

■應(yīng)用層協(xié)議:在端系統(tǒng)中用軟件來實現(xiàn)，如HTTP、SMTP；

■運(yùn)輸層協(xié)議,?同上；

?網(wǎng)絡(luò)層??用硬件和軟件混合實現(xiàn)；

?物理層和數(shù)據(jù)鏈路層?,負(fù)責(zé)處理跨越特定鏈路的通信，通

過在與該鏈路相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)接旦卡中實現(xiàn)（如以太網(wǎng)接口卡）。

各層功能：

＞應(yīng)用層:提供各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序及應(yīng)用層協(xié)議（如HTTP、

SMTP、FTP等）。

＞運(yùn)輸層:提供在應(yīng)用程序的客戶機(jī)和服務(wù)器之間傳輸應(yīng)用層

報文的服務(wù)。

因特網(wǎng)運(yùn)輸層協(xié)議：TCP（面向連接的服務(wù)）和UDP（無連

接服務(wù)）。

報文段（segment）：運(yùn)輸層分組。

＞網(wǎng)絡(luò)層:將網(wǎng)絡(luò)層分組（數(shù)據(jù)報）從一臺主機(jī)傳輸?shù)搅硪慌_

主機(jī)。

因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議：

?一個1P協(xié)議.?定義1P數(shù)據(jù)報各個字段，以及端系統(tǒng)和路

由器如何作用于這些字段。

?巖中選路協(xié)議:確定數(shù)據(jù)報從源傳輸?shù)侥康牡芈酚伞?/p>

＞鏈路層:為網(wǎng)絡(luò)層將分組從一個節(jié)點(diǎn)（主機(jī)或分組交換機(jī)）移

動到路由上的下一個節(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。

具體任務(wù)：從一個網(wǎng)絡(luò)單元-向鄰近的網(wǎng)絡(luò)單元移動整個幀。

w\^*Z￥VZ＜WZ*VZwK*ZZ'bV*ZwK*Z**v*ZZ?V*/^v*^Z?V*Z*\*ZZ*V*XwX*ZZ?VZ?^^ZZ*K*Z?X*Z^^\*ZwWZ￥K*Z?V*z****-*Zwv*Z**vVZ?V-ZZvV/**V*Z?W*?K-Z?^^ZZ*V"Z?V*Z*?V*ZwX*X/Vv*Z^^*Z/%V*ZwK*ZZ*Vxw^*^*\**Z?V*^**

幀：鏈路層分組。

-鏈路層提供的服務(wù)與該鏈路所用的協(xié)議有關(guān)。

如以太網(wǎng)和點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議PPPo

?不同的鏈路，其鏈路層協(xié)議不同，提供的服務(wù)也不同。

＞物理層:將鏈路層幀中的一個個比特從一個節(jié)點(diǎn)移動到下一

個節(jié)點(diǎn)。

?該層的協(xié)議與鏈路有關(guān)：與實際所用的傳輸媒體相關(guān)(如雙

絞線、單模光纖等)。

?有許多相應(yīng)協(xié)議:如關(guān)于雙絞線、同軸電纜以及光纖等。

?協(xié)議不同，在鏈路上移動比特的方式也不同。

本書主要是以因特網(wǎng)協(xié)議棧的層次組織，采用自頂向下方法

(top-downapproach),分別討論各層相關(guān)內(nèi)容。

五、開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM

由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO在1981年提出的網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)，簡

稱為OSI參考模型。(OpenSystemsInterconnectionReference

Model)

因特

SI

資

應(yīng)用層網(wǎng)

源

絡(luò)

子

邊

網(wǎng)

表示層應(yīng)用層緣

會話層

傳輸層傳輸層

通

網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)

信

絡(luò)

子

數(shù)據(jù)鏈路層鏈路層核

心

網(wǎng)

物理層物理層

1.7.2分層、報文、報文段、數(shù)據(jù)報和幀

如圖1-18,兩個端系統(tǒng)之間傳輸數(shù)據(jù)的物理路徑。

身主機(jī)、路由器和於路層交換機(jī)?甚個包含