計算機網(wǎng)絡課件ch1-5ed 概述

1、計算機網(wǎng)絡（第5 版）課件電子工業(yè)2007 年謝希仁編著（使用 OfficeXP或 Office 2003 演示動畫）計算機網(wǎng)絡課件制作人：謝希仁課件制作人聲明n 本課件共 10個 Powerpoint 文件（每章一個）。教師可根據(jù)教學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)的缺點和錯誤，歡迎讀者提出寶貴意見，以便及時修訂。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計算機網(wǎng)絡在信息時代中的作用1.2因特網(wǎng)概述..4網(wǎng)絡的網(wǎng)絡因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段因特網(wǎng)的標準化工作計算機網(wǎng)絡在我國的發(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計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展計算機網(wǎng)絡的類別.2計算機網(wǎng)絡的定義幾種不同類別的網(wǎng)絡1.6計算機網(wǎng)絡的性能.2計算機網(wǎng)絡的性能指標計算機網(wǎng)絡的非性能特征課件制作人：謝希仁第 1 章概述（續(xù)）1.7計算機網(wǎng)絡的體系結構..41.7.5計算機網(wǎng)絡體系結構的形成協(xié)議與劃分層次具有五層協(xié)議的體系結構實體、協(xié)議、服務和服務訪問點TCP/IP 的體系結構課件制作人：謝希仁1.1計算機網(wǎng)絡在信息時代的作用n 21 世紀的一些重要特征就是數(shù)字

3、化、網(wǎng)絡化和信息化，它是一個以網(wǎng)絡為核心的信息時代。n 網(wǎng)絡現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎。n 網(wǎng)絡是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡、有線電視網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡。n 發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展n 進入 20 世紀 90 年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡得到了飛速的發(fā)展。n 已從最初的教育科研網(wǎng)絡逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡。n 已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡。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、學習和交往都已離不開因特網(wǎng)。課件制作人：謝希仁計算機網(wǎng)絡向用

4、戶提供的最重要的功能n 連通性計算機網(wǎng)絡使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。n 共享即資源共享?？梢允切畔⒐蚕?、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)絡的網(wǎng)絡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算機互聯(lián)網(wǎng)n 網(wǎng)絡(network)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成。n 互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡”(network of networks)。n 連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。課件制作人：謝希仁請注意名詞“結點”n “結點”的英文名詞是 node。n 雖然 node 有時也

5、可譯為“節(jié)點”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點，這種節(jié)點很像竹竿上的“節(jié)”。n 在網(wǎng)絡中的 node 的標準譯名是“結點” 而不是“節(jié)點”。n 但數(shù)據(jù)結構的樹(tree)中的 node 應當譯為“節(jié)點”。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡與因特網(wǎng)n 網(wǎng)絡把許多計算機連接在一起。n 因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡連接在一起。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡的網(wǎng)絡）結點鏈路(a)(b)主機因特網(wǎng)1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段n 第一階段是從單個網(wǎng)絡 ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。n 1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標準協(xié)議。n 人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時間。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)）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網(wǎng)絡互連而成的網(wǎng)絡。n 以大寫字母I開始的的 Internet（因特網(wǎng)） 則是一個專用名詞，它指當前全球最大 的、開放的、由眾多網(wǎng)絡相互連接而成 的特定計算機網(wǎng)絡，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：謝希仁三級結構的因特網(wǎng)n 第二階段的特點是建成了三級結構的因特網(wǎng)。n 三級計算機網(wǎng)絡，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 結構的因特網(wǎng)n 第三階段的特點是逐漸形成了多層次

7、ISP 結構的因特網(wǎng)。n 出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務提供者 ISP (Internet Service Provider)。課件制作人：謝希仁用戶通過 ISP 上網(wǎng)因特網(wǎng) 服務提供者用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2根據(jù)提供服務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A 本地 ISP 第二層 ISP NAP 第一層 ISP NAP 第二層 ISP 本地 ISP 主機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算機網(wǎng)絡，沒有人能夠準確說出因特網(wǎng)究竟有多大。n 因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于 20 世紀 90 年代。用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡專業(yè)人員對網(wǎng)絡的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況網(wǎng)絡數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構數(shù)198019902000200510103105106102105107108102106108109100101102103課件制作

9、人：謝希仁1.2.3關于因特網(wǎng)的標準化工作課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)工程部 IETFWGWGWGWG領域領域因特網(wǎng)工程指導小組IESG因特網(wǎng)研究部 IRTFRGRG因特網(wǎng)研究指導小組IRSG因特網(wǎng)體系結構研究委員會 IAB因特網(wǎng)ISOC制訂因特網(wǎng)的正式標準要經(jīng)過以下的四個階段因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個階段還不是 RFC 文檔。建議標準(Proposed Standard) 從這個階段開始就成為 RFC 文檔。草案標準(Draft Standard)因特網(wǎng)標準(Internet Standard)課件制作人：謝希仁各種RFC之間的關系因特網(wǎng)草案6 種 RFC課件制作人：謝希

10、仁歷史的 RFC因特網(wǎng)標準草案標準提供信息的 RFC建議標準實驗的 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)上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（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)絡和連接這些網(wǎng)絡的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（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路由器網(wǎng)絡因特網(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。這些主機又稱為端系統(tǒng)(end system)。n “主機 A

11、和主機 B 進行通信”，實際上是指：“運行在主機 A 上的某個程序和運行在主機 B 上的另一個程序進行通信”。n 即“主機 A 的某個進程和主機 B 上的另一個進程進行通信”?；蚝喎Q為“計算機之間通信”課件制作人：謝希仁兩種通信方式在網(wǎng)絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾簄 客戶服務器方式（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.客戶服務器方式n 客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。n 客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。n

12、 客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方。課件制作人：謝希仁運行客戶程序網(wǎng)絡邊緣運行服務器程序AB客戶網(wǎng)絡核心服務器客戶A 向服務器 B 發(fā)出請求服務， 而服務器 B 向客戶A 提供服務?？蛻糗浖奶攸cn 被用戶調(diào)用后運行，在打算通信時主遠地服務器發(fā)起通信（請求服務）。因此， 客戶程序必須知道服務器程序的地址。n 不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng)。課件制作人：謝希仁服務器軟件的特點n 一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。n 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，服務器程序不需要知道客戶程序的地址。n 一般需要

13、強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)是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方。n 只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進行平等的、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n 對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。n 例如主機 C 請求 D 的服務時，C 是客戶， D 是服務器。但如果 C 又同時向 F提供服務，那么 C 又同時起著服務器的作用。課

14、件制作人：謝希仁運行P2P 程序運行P2P 程序EC網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)絡核心FD運行P2P 程序運行P2P 程序1.3.2因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡核心部分是因特網(wǎng)中最復雜的部分。網(wǎng)絡中的核心部分要向網(wǎng)絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡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) 的關鍵構件，其任務是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組， 這是網(wǎng)絡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n 路由器是實現(xiàn)分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分

15、組，這是網(wǎng)絡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n 兩部電話機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互相連通n 5 部電話機兩兩相連，需 10 對電線。(n N 部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。n 當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。課件制作人：謝希仁使用交換機n 當電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務。(課件制作人：謝希仁交換機“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n 電路交換必定是面向連接的。n 電路交換的三個階段：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)過四個交換機n 通話在 A 到 B 的連接上進行交換機中繼線交換機用戶線交換機中繼線AB(用戶線(交換機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)過一個本地交換機n 通話在 C 到 D 的連接上進行交換機中繼線交換機用戶線交換機中繼線AB(用戶線(交換機C(D(課件制作人：謝希仁電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低n 計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。n 這導致通信

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n 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。報文假定這個報文較長不便于傳輸課件制作人：謝希仁1101000110101010110101011100010011010010添加首部構成分組n 每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構成分組。報文分組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數(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)中的結點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結點交換機。n 用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。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文n 最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復成為原來的報文。報文n 這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。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)絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網(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)絡邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。n 主機的用途是為用戶進行信息處理的，并且可以和其他主機通過網(wǎng)絡交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進行分組交換的。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡核心部分H4H2路由器H6網(wǎng)絡主機H1H5H3網(wǎng)絡核心部分H4H2路由器BH6DE主機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！注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H4 H2在在路最在路由后路由器到由器達A器C暫目E暫存的暫存主存機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（暫時存儲）；n 查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)；n 把分組送到適當?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。課件制作人：謝希仁主機和路由器的作用不同n 主機是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng)絡發(fā)送分組，從網(wǎng)絡接收分組。n 路由器對分

21、組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機。課件制作人：謝希仁分組交換的優(yōu)點n 高效動態(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發(fā)送分組。n 可靠保證可靠性的網(wǎng)絡協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡有很好的生存性。課件制作人：謝希仁分組交換帶來的問題n 分組在各結點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。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：謝希仁存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念n 在 20 世紀 40 年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(message switching)。n

22、 報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。課件制作人：謝希仁三種交換的比較報文交換電路交換分組交換報文連接建立報文數(shù)據(jù)傳送報文連接釋放報文tABCDABCDABCD報文報文報文分組 分組 分組比特流直達終點數(shù)據(jù)傳送的特點 存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)計算機網(wǎng)絡的產(chǎn)生背景n 是 20 世紀 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。n 60 年代初，美國國防部領導的遠景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡。n 傳統(tǒng)的電路交換(circuit switchin

23、g)的電信網(wǎng)有一個缺點：正在通信的電路中有一個交換機或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。n 如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。課件制作人：謝希仁新型網(wǎng)絡的基本特點n 網(wǎng)絡用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。n 網(wǎng)絡能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。n 所有的網(wǎng)絡結點都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡的生存性。n 計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。n 網(wǎng)絡的結構應當盡可能地簡單，同時還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。課件制作人：謝希仁ARPANET的成功使計算機網(wǎng)絡的概念發(fā)生根本變化n 早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡是以單個主機為中心的星形網(wǎng)n

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

25、NET(8) 中國長城互聯(lián)網(wǎng) CGWNET（建設中）(9) 中國集團互聯(lián)網(wǎng) CSNET（建設中）課件制作人：謝希仁1.5計算機網(wǎng)絡的分類n 1.5.1計算機網(wǎng)絡的不同定義n 最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡是一些互相連接的、自治的計算機的集合。n 因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡”。n 1.3.2幾種不同的類別的網(wǎng)絡n 不同作用范圍的網(wǎng)絡n 從網(wǎng)絡的使用者進行分類課件制作人：謝希仁1.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡n 不同作用范圍的網(wǎng)絡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n 從網(wǎng)絡的使用者進行分類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：謝希仁計算機網(wǎng)絡的性能計算機網(wǎng)絡的性能指標1.速率比特（bit）是計算機中數(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“二進制數(shù)字”，因此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(data rate)或比特率(bit rate)是計算機網(wǎng)絡中最重要的一個性能指標。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稱速率。課件制作人：謝希仁2.帶寬n “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）。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：在計算機界，K = 210 M = 220, G = 230, T = 240 。= 1024課件制作人：謝希仁數(shù)字信號流隨時間的變化n 在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。1 ms時間每秒106 個比特0.25 ms時間每秒 4 106 個比特課件制作人：謝希仁帶寬為4 Mb/s110101帶寬為1 Mb/s3. 吞吐量n 吞吐量(throughput)表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡（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)實世界中的網(wǎng)絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡。n 吞吐量受網(wǎng)絡的帶寬或網(wǎng)絡的額定速率的限制。課件制作人：謝希仁4.時延(delay 或 latency)n 傳輸時延（發(fā)送時延 ）發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。n 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。課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)塊長度（比特）發(fā)送時延 =發(fā)送速率（比特/秒）時延(delay 或 latency)n 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。n 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。課

30、件制作人：謝希仁信道長度（米）傳播時延 =信號在信道上的傳播速率（米/秒）時延(delay 或 latency)n 處理時延交換結點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。n 排隊時延結點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。n 排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡中當時的通信量。課件制作人：謝希仁時延(delay 或 latency)n 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+處理時延課件制作人：謝希仁四種時延所產(chǎn)生的地方從結點A 向結點 B 發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)隊列結點A鏈路發(fā)送器結點B課件制作人：謝希仁1 0 1 1 0 0 1在發(fā)送器產(chǎn)

31、生傳輸時延(即發(fā)送時延)在鏈路上產(chǎn)生傳播時延在結點A 中產(chǎn)生處理時延和排隊時延容易產(chǎn)生的錯誤概念n 對于高速網(wǎng)絡鏈路，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)送時延。課件制作人：謝希仁5.時延帶寬積（傳播）時延帶寬 鏈路n 鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。課件制作人：謝希仁時延帶寬積 = 傳播時延 帶寬時延帶寬積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)絡利用率則是全網(wǎng)絡的信道利用率的加權平均值。n 信道利用率并非越高越好。課件制作人：謝希仁時延與網(wǎng)絡利用率的關

32、系n 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。n 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，則在適當?shù)募俣l件下， 可以用下面的簡單公式表示 D 和 D0之間的關系：D0D =1 - UU 是網(wǎng)絡的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。課件制作人：謝希仁時延DD00利用率U1時延急劇增大1.6.2計算機網(wǎng)絡的非性能特征n 費用n 質(zhì)量n 標準化n 可靠性n 可擴展性和可升級性n 易于管理和維護課件制作人：謝希仁1.7計算機網(wǎng)絡的體系結構1.7.1計算機網(wǎng)絡體系結構的形成n 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，而這種“協(xié)調(diào)”是相當復雜的。n

33、 “分層”可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就比較易于研究和處理。課件制作人：謝希仁關于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMn 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、也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。n 在市場化方面 OSI 卻失敗了。n OSI 的專家們在完成 OSI 標準時沒有商業(yè)驅(qū)動力；n OSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復雜，且運行效率很低；n OSI 標準的制定周期太長，因而使得按 OSI 標準生產(chǎn)的設備無法及時進入市場；n OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復出現(xiàn)。課件制作人：謝希仁兩種國際標準n 法律上的(

34、de jure)國際標準 OSI 并沒有得到市場的認可。n 是非國際標準 TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應用。n TCP/IP 常被稱為事實上的(de facto) 國際標準。課件制作人：謝希仁1.7.2劃分層次的必要性n 計算機網(wǎng)絡中的數(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)的格式以及有關的同步問題（同步含有時序的意思）。n 網(wǎng)絡協(xié)議(network protocol)，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。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡協(xié)議的組成要素n 語法n 語義數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式 。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

35、。n 同步實現(xiàn)順序的詳細說明。課件制作人：謝希仁劃分層次的概念舉例n 主機1 向主機2 通過網(wǎng)絡發(fā)送文件。n 可以將要做的工作進行如下的劃分。n 第一類工作與傳送文件直接有關。n 確信對方已做好接收和存儲文件的準備。n 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。n 兩個主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。課件制作人：謝希仁兩個主機交換文件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主機 1主機 2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課件制作人：謝希仁文件傳送模塊文件傳送模塊再設計一個通信服務模塊主機 1主機 2只看這兩個通信服務模塊好像可直接

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：謝希仁通信服務模塊通信服務模塊文件傳送模塊文件傳送模塊再設計一個網(wǎng)絡接入模塊主機 1主機 2網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡接入模塊負責做與網(wǎng)絡接口細節(jié)有關的工作例如，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)絡接入模塊接口接口通信網(wǎng)絡網(wǎng)絡接入模塊通信服務模塊通信服務模塊文件傳送模塊文件傳送模塊分層的好處n 各層之間是獨立的。n 靈活性好。n 結構上可分割開。n 易于實現(xiàn)和維護。n 能促進標準化工作。課件制作人：謝希仁層數(shù)多少要適當n 若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復雜。n 層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程

37、任務時遇到較多的困難。課件制作人：謝希仁計算機網(wǎng)絡的體系結構n 計算機網(wǎng)絡的體系結構(architecture)是計算機網(wǎng)絡的各層及其協(xié)議的集合。n 體系結構就是這個計算機網(wǎng)絡及其部件所應完成的功能的精確定義。n 實現(xiàn)(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。n 體系結構是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。課件制作人：謝希仁1.7.3具有五層協(xié)議的體系結構n TCP/IP 是四層的體系結構：應用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。n 但最下面的網(wǎng)絡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，采用一種只有五層協(xié)議的體系結構 。課件制作人：謝希仁五層協(xié)議的體系結構n 應用層(application layer)n 運輸層(transport layer)n 網(wǎng)絡層(network layer)n 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer)n 物理層(physical layer)5應用層4運輸層3網(wǎng)絡層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1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1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PDUAP254321AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP25應用層 PDU 再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為

39、運輸層報文4321AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP254運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡層3加上網(wǎng)絡層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報（或分組）21AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP2543IP 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21AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機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1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP25432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1n 應物用理傳層輸(媒a體pplica

40、tion layer)AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP25432物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層1AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機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)絡層21AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP254網(wǎng)絡層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給運輸層321AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP25運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應用層4321AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1AP2應用層剝?nèi)ナ撞?，取出應用程序?shù)據(jù)上交給應用進程54321AP154321主機1 向主機2 發(fā)送數(shù)據(jù)主機2主機1我收到了AP1 發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù)！AP254321AP154321主機1 向主機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C1主機2應用層首部運輸層首部網(wǎng)絡層首部鏈路層鏈路層尾部首部AP154321AP25432110100110100101比 特 流 110101110101H2H3H4H5應 用 程 序 數(shù) 據(jù)T2