計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件ch1-5ed 概述

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5 版）課件電子工業(yè)2007 年謝希仁編著（使用 OfficeXP或 Office 2003 演示動(dòng)畫）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件制作人：謝希仁課件制作人聲明n 本課件共 10個(gè) Powerpoint 文件（每章一個(gè)）。教師可根據(jù)教學(xué)要求自由修改此課件（增加或刪減內(nèi)容），但不能自行出版銷售。n 對于課件中出現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，歡迎讀者提出寶貴意見，以便及時(shí)修訂。課件制作人謝希仁2006 年 11 月課件制作人：謝希仁第 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1.2因特網(wǎng)概述..4網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1.3因

2、特網(wǎng)的組成.2因特網(wǎng)的邊緣部分因特網(wǎng)的核心部分課件制作人：謝希仁第 1 章概述（續(xù)）1.41.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類別.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)1.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征課件制作人：謝希仁第 1 章概述（續(xù)）1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)..41.7.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成協(xié)議與劃分層次具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)課件制作人：謝希仁1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用n 21 世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字

3、化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代。n 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會(huì)的命脈和發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。n 網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。n 發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展n 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。n 已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。n 已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)的意義n 因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。n 現(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開因特網(wǎng)。課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)向用

4、戶提供的最重要的功能n 連通性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計(jì)算機(jī)都可以彼此直接連通一樣。n 共享即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。課件制作人：謝希仁1.2因特網(wǎng)概述1.2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)n 起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)n 網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。n 互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。n 連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。課件制作人：謝希仁請注意名詞“結(jié)點(diǎn)”n “結(jié)點(diǎn)”的英文名詞是 node。n 雖然 node 有時(shí)也

5、可譯為“節(jié)點(diǎn)”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)很像竹竿上的“節(jié)”。n 在網(wǎng)絡(luò)中的 node 的標(biāo)準(zhǔn)譯名是“結(jié)點(diǎn)” 而不是“節(jié)點(diǎn)”。n 但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的樹(tree)中的 node 應(yīng)當(dāng)譯為“節(jié)點(diǎn)”。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)n 網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起。n 因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點(diǎn)鏈路(a)(b)主機(jī)因特網(wǎng)1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段n 第一階段是從單個(gè)網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。n 1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。n 人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時(shí)間。課件制作人：謝希仁I

6、nternet 和 Internet 的區(qū)別n 以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個(gè)通用名詞，它泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。n 以大寫字母I開始的的 Internet（因特網(wǎng)） 則是一個(gè)專用名詞，它指當(dāng)前全球最大 的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成 的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國的ARPANET。課件制作人：謝希仁三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)n 第二階段的特點(diǎn)是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。n 三級計(jì)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)）。課件制作人：謝希仁多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)n 第三階段的特點(diǎn)是逐漸形成了多層次

7、ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。n 出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者 ISP (Internet Service Provider)。課件制作人：謝希仁用戶通過 ISP 上網(wǎng)因特網(wǎng) 服務(wù)提供者用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP 地址數(shù)目的不同，ISP 也分成為不同的層次。第三層本地ISP本地ISP本地ISP第二層本地ISP第二層ISP大公司第一層本地ISP本地ISP大公司第一層ISP第二層ISP第一層ISP本地ISP本地ISP第二層ISP一一級級IISSPPNAPNAP第二層ISP第一層ISP本地ISP本地ISP第二層ISP第二層ISP本地ISP大公司本地ISP本地ISP本地IS

8、P公司AB校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)主機(jī)A 本地 ISP 第二層 ISP NAP 第一層 ISP NAP 第二層 ISP 本地 ISP 主機(jī)B網(wǎng) WWW 的問世n 因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出因特網(wǎng)究竟有多大。n 因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于 20 世紀(jì) 90 年代。用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動(dòng)力。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機(jī)數(shù)用戶數(shù)管理機(jī)構(gòu)數(shù)198019902000200510103105106102105107108102106108109100101102103課件制作

9、人：謝希仁1.2.3關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)工程部 IETFWGWGWGWG領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG因特網(wǎng)研究部 IRTFRGRG因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會(huì) IAB因特網(wǎng)ISOC制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下的四個(gè)階段因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個(gè)階段還不是 RFC 文檔。建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個(gè)階段開始就成為 RFC 文檔。草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard)課件制作人：謝希仁各種RFC之間的關(guān)系因特網(wǎng)草案6 種 RFC課件制作人：謝希

10、仁歷史的 RFC因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)提供信息的 RFC建議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的 RFC1.3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：(1) 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。(2) 核心部分由大量網(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）。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分主機(jī)路由器網(wǎng)絡(luò)因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分1.3.1因特網(wǎng)的邊緣部分n 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(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system)。n “主機(jī) A

11、和主機(jī) B 進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī) A 上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī) B 上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。n 即“主機(jī) A 的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī) B 上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”。或簡稱為“計(jì)算機(jī)之間通信”課件制作人：謝希仁兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾簄 客戶服務(wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式n 對等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer方式課件制作人：謝希仁1.客戶服務(wù)器方式n 客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。n 客戶服務(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。n

12、 客戶是服務(wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。課件制作人：謝希仁運(yùn)行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣運(yùn)行服務(wù)器程序AB客戶網(wǎng)絡(luò)核心服務(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)?？蛻糗浖奶攸c(diǎn)n 被用戶調(diào)用后運(yùn)行，在打算通信時(shí)主遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信（請求服務(wù)）。因此， 客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。n 不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。課件制作人：謝希仁服務(wù)器軟件的特點(diǎn)n 一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時(shí)處理多個(gè)遠(yuǎn)地或本地客戶的請求。n 系統(tǒng)啟動(dòng)后即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著，被動(dòng)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。n 一般需要

13、強(qiáng)大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。課件制作人：謝希仁2. 對等連接方式n 對等連接(peer-to-peer，簡寫為 P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。n 只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)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。n 雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤中的共享文檔。課件制作人：謝希仁對等連接方式的特點(diǎn)n 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(gè)主機(jī)既是客戶又同時(shí)是服務(wù)器。n 例如主機(jī) C 請求 D 的服務(wù)時(shí)，C 是客戶， D 是服務(wù)器。但如果 C 又同時(shí)向 F提供服務(wù)，那么 C 又同時(shí)起著服務(wù)器的作用。課

14、件制作人：謝希仁運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序EC網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心FD運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序1.3.2因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。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(gè)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(shí)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。課件制作人：謝希仁路由器的重要任務(wù)n 路由器是實(shí)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

15、組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。課件制作人：謝希仁1. 電路交換的主要特點(diǎn)n 兩部電話機(jī)只需要用一對電線就能夠互相連接起來。(課件制作人：謝希仁更多的電話機(jī)互相連通n 5 部電話機(jī)兩兩相連，需 10 對電線。(n N 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。n 當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，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。課件制作人：謝希仁使用交換機(jī)n 當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。(課件制作人：謝希仁交換機(jī)“交換”的含義n 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。n 從通信資源的分

16、配角度來看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。課件制作人：謝希仁電路交換的特點(diǎn)n 電路交換必定是面向連接的。n 電路交換的三個(gè)階段：n 建立連接n 通信n 釋放連接課件制作人：謝希仁電路交換舉例n A 和 B 通話經(jīng)過四個(gè)交換機(jī)n 通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行交換機(jī)中繼線交換機(jī)用戶線交換機(jī)中繼線AB(用戶線(交換機(jī)C(D(課件制作人：謝希仁電路交換舉例n C 和 D 通話只經(jīng)過一個(gè)本地交換機(jī)n 通話在 C 到 D 的連接上進(jìn)行交換機(jī)中繼線交換機(jī)用戶線交換機(jī)中繼線AB(用戶線(交換機(jī)C(D(課件制作人：謝希仁電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低n 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。n 這導(dǎo)致通信

17、線路的利用率很低。課件制作人：謝希仁2. 分組交換的主要特點(diǎn)n 在發(fā)送端，先把較長的報(bào)文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。報(bào)文假定這個(gè)報(bào)文較長不便于傳輸課件制作人：謝希仁1101000110101010110101011100010011010010添加首部構(gòu)成分組n 每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。報(bào)文分組2分組3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”課件制作人：謝希仁首部首部首部分?jǐn)?shù)組1 據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分組交換的傳輸單元n 分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。n 依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在分左組邊1）。分組2分組3課件制作人：謝希仁首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)分組首部的重要性n 每一個(gè)分組的首

18、部都含有地址等控制信息。n 分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)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(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。n 用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。課件制作人：謝希仁收到分組后剝?nèi)ナ撞縩 接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。分組1分組2分組3收到的數(shù)據(jù)課件制作人：謝希仁首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)最后還原成原來的報(bào)文n 最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報(bào)文。報(bào)文n 這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒有被丟棄。課件制作人：謝希仁1101數(shù)00011據(jù)010101011數(shù)01010據(jù)11100010數(shù)011010據(jù)010因特網(wǎng)的核心部分n 因特網(wǎng)的核心

19、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。n 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。n 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。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡(luò)核心部分H4H2路由器H6網(wǎng)絡(luò)主機(jī)H1H5H3網(wǎng)絡(luò)核心部分H4H2路由器BH6DE主機(jī)H1AH5C發(fā)送的分組H3分組交換網(wǎng)的示意圖H4 H2D路由器B H6主機(jī)H1EAH5C互聯(lián)網(wǎng)H3 課件制作人：謝希仁H1 向 H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分

20、組路徑的變化！注意分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過程H4 H2在在路最在路由后路由器到由器達(dá)A器C暫目E暫存的暫存主存機(jī)H5查 查找查找轉(zhuǎn)找轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)表發(fā)表 D表 找找到找到轉(zhuǎn)B到轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)的發(fā)的端的端口端口口路由器H1 向H5 發(fā)送分組 H6主機(jī)H1EAH5C互聯(lián)網(wǎng)H3 課件制作人：謝希仁路由器n 在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。n 路由器處理分組的過程是：n 把收到的分組先放入緩存（暫時(shí)存儲(chǔ)）；n 查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；n 把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。課件制作人：謝希仁主機(jī)和路由器的作用不同n 主機(jī)是為用戶進(jìn)行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。n 路由器對分

21、組進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機(jī)。課件制作人：謝希仁分組交換的優(yōu)點(diǎn)n 高效動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。n 靈活n 迅速以分組為傳送單位和查找路由。不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組。n 可靠保證可靠性的網(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。課件制作人：謝希仁分組交換帶來的問題n 分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。n 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。課件制作人：謝希仁存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念n 在 20 世紀(jì) 40 年代，電報(bào)通信也采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換(message switching)。n

22、 報(bào)文交換的時(shí)延較長，從幾分鐘到幾小時(shí)不等。現(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。課件制作人：謝希仁三種交換的比較報(bào)文交換電路交換分組交換報(bào)文連接建立報(bào)文數(shù)據(jù)傳送報(bào)文連接釋放報(bào)文tABCDABCDABCD報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組 分組 分組比特流直達(dá)終點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn) 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景n 是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。n 60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。n 傳統(tǒng)的電路交換(circuit switchin

23、g)的電信網(wǎng)有一個(gè)缺點(diǎn)：正在通信的電路中有一個(gè)交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀，則整個(gè)通信電路就要中斷。n 如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴?hào)建立連接。這將要延誤一些時(shí)間。課件制作人：謝希仁新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn)n 網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。n 網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計(jì)算機(jī)，不局限于單一類型的計(jì)算機(jī)。n 所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。n 計(jì)算機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)，必須有冗余的路由。n 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時(shí)還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。課件制作人：謝希仁ARPANET的成功使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化n 早期的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個(gè)主機(jī)為中心的星形網(wǎng)n

24、各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機(jī)的硬件和軟件資源。n 分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機(jī)都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。n 用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。課件制作人：謝希仁從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心以主機(jī)為中心以分組交換網(wǎng)為中心終端主機(jī)主機(jī)分組交換網(wǎng)課件制作人：謝希仁1. 4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展(1) 中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) CHINANET(2) 中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng) CERNET(3) 中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng) CSTNET(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(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng) CIETNET(7) 中國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng) CM

25、NET(8) 中國長城互聯(lián)網(wǎng) CGWNET（建設(shè)中）(9) 中國集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng) CSNET（建設(shè)中）課件制作人：謝希仁1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類n 1.5.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義n 最簡單的定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。n 因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。n 1.3.2幾種不同的類別的網(wǎng)絡(luò)n 不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)n 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類課件制作人：謝希仁1.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)n 不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)n 廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)n 局域網(wǎng) LAN (Local Area Network)n 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan

26、Area Network)n 個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network)課件制作人：謝希仁2.不同使用者的網(wǎng)絡(luò)n 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類n 公用網(wǎng) (public network)n 專用網(wǎng) (private network)課件制作人：謝希仁3.用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)n 接入網(wǎng) AN (Access Network)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。n 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。課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.速率比特（bit）是計(jì)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

27、單位。Bit 來源于 binary digit，意思是一個(gè)“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè) 1 或 0。速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)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。課件制作人：謝希仁2.帶寬n “帶寬”(bandwidth)本來是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。n 現(xiàn)在“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)。課件制作人：謝希仁常用的帶寬單位n 更常用的帶寬單位是n

28、 千比每秒，即 kb/s （103n 兆比每秒，即 Mb/s（106n 吉比每秒，即 Gb/s（109b/s）b/s） b/s）n 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）n 請注意：在計(jì)算機(jī)界，K = 210 M = 220, G = 230, T = 240 。= 1024課件制作人：謝希仁數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間的變化n 在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。1 ms時(shí)間每秒106 個(gè)比特0.25 ms時(shí)間每秒 4 106 個(gè)比特課件制作人：謝希仁帶寬為4 Mb/s110101帶寬為1 Mb/s3. 吞吐量n 吞吐量(throughput)表示在單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量

29、。n 吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。n 吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。課件制作人：謝希仁4.時(shí)延(delay 或 latency)n 傳輸時(shí)延（發(fā)送時(shí)延 ）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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。n 也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)塊長度（比特）發(fā)送時(shí)延 =發(fā)送速率（比特/秒）時(shí)延(delay 或 latency)n 傳播時(shí)延電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。n 信號(hào)傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號(hào)在信道上的傳播速率是完全不同的概念。課

30、件制作人：謝希仁信道長度（米）傳播時(shí)延 =信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒）時(shí)延(delay 或 latency)n 處理時(shí)延交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。n 排隊(duì)時(shí)延結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。n 排隊(duì)時(shí)延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。課件制作人：謝希仁時(shí)延(delay 或 latency)n 數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延之和： 總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+處理時(shí)延課件制作人：謝希仁四種時(shí)延所產(chǎn)生的地方從結(jié)點(diǎn)A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)隊(duì)列結(jié)點(diǎn)A鏈路發(fā)送器結(jié)點(diǎn)B課件制作人：謝希仁1 0 1 1 0 0 1在發(fā)送器產(chǎn)

31、生傳輸時(shí)延(即發(fā)送時(shí)延)在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延在結(jié)點(diǎn)A 中產(chǎn)生處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤概念n 對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。n 提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。課件制作人：謝希仁5.時(shí)延帶寬積（傳播）時(shí)延帶寬 鏈路n 鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。課件制作人：謝希仁時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 帶寬時(shí)延帶寬積6. 利用率n 信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)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。n 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。n 信道利用率并非越高越好。課件制作人：謝希仁時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)

32、系n 根據(jù)排隊(duì)論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。n 若令 D0 表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D 表示 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)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：D0D =1 - UU 是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。課件制作人：謝希仁時(shí)延DD00利用率U1時(shí)延急劇增大1.6.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征n 費(fèi)用n 質(zhì)量n 標(biāo)準(zhǔn)化n 可靠性n 可擴(kuò)展性和可升級性n 易于管理和維護(hù)課件制作人：謝希仁1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成n 相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。n

33、 “分層”可將龐大而復(fù)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就比較易于研究和處理。課件制作人：謝希仁關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMn 只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。n 在市場化方面 OSI 卻失敗了。n OSI 的專家們在完成 OSI 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒有商業(yè)驅(qū)動(dòng)力；n OSI 的協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運(yùn)行效率很低；n 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(shí)進(jìn)入市場；n OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個(gè)層次中重復(fù)出現(xiàn)。課件制作人：謝希仁兩種國際標(biāo)準(zhǔn)n 法律上的(

34、de jure)國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場的認(rèn)可。n 是非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。n TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的(de facto) 國際標(biāo)準(zhǔn)。課件制作人：謝希仁1.7.2劃分層次的必要性n 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。n 這些規(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（同步含有時(shí)序的意思）。n 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡稱為協(xié)議，是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素n 語法n 語義數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)

35、。n 同步實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。課件制作人：謝希仁劃分層次的概念舉例n 主機(jī)1 向主機(jī)2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。n 可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。n 第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。n 確信對方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。n 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。n 兩個(gè)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)。課件制作人：謝希仁兩個(gè)主機(jī)交換文件只看這兩個(gè)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主機(jī) 1主機(jī) 2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課件制作人：謝希仁文件傳送模塊文件傳送模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊主機(jī) 1主機(jī) 2只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊好像可直接

36、把文件可靠地傳送到對方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課件制作人：謝希仁通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊文件傳送模塊文件傳送模塊再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊主機(jī) 1主機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)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。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡(luò)接入模塊接口接口通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊文件傳送模塊文件傳送模塊分層的好處n 各層之間是獨(dú)立的。n 靈活性好。n 結(jié)構(gòu)上可分割開。n 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。n 能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。課件制作人：謝希仁層數(shù)多少要適當(dāng)n 若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。n 層數(shù)太多又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程

37、任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)n 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。n 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。n 實(shí)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。n 體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。課件制作人：謝希仁1.7.3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)n TCP/IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。n 但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。n 因此往往采取折中的辦法，即綜合OSI 和TCP/I

38、P 的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。課件制作人：謝希仁五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)n 應(yīng)用層(application layer)n 運(yùn)輸層(transport layer)n 網(wǎng)絡(luò)層(network layer)n 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer)n 物理層(physical layer)5應(yīng)用層4運(yùn)輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)鏈鏈路路層層1物理層課件制作人：謝希仁主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1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PDUAP254321AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP25應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為

39、運(yùn)輸層報(bào)文4321AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP254運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層3加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）21AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP2543IP 數(shù)據(jù)報(bào)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21AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP2543數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層2最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體1AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP25432電信號(hào)（或光信號(hào)）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1n 應(yīng)物用理傳層輸(媒a體pplica

40、tion layer)AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP25432物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層1AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP2543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21AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP254網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層321AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP25運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層4321AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1AP2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程54321AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機(jī)2主機(jī)1我收到了AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！AP254321AP154321主機(jī)1 向主機(jī)2 發(fā)送數(shù)據(jù)注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟沃鳈C(jī)1主機(jī)2應(yīng)用層首部運(yùn)輸層首部網(wǎng)絡(luò)層首部鏈路層鏈路層尾部首部AP154321AP25432110100110100101比 特 流 110101110101H2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)T2