計算機網(wǎng)絡(luò)概述PPT課件.ppt

第1章概述 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用1 2因特網(wǎng)概述1 2 1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)1 2 2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段1 2 3因特網(wǎng)的標準化工作1 2 4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1 3因特網(wǎng)的組成1 3 1因特網(wǎng)的邊緣部分1 3 2因特網(wǎng)的核心部分 1 第1章概述 1 4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1 5計算機網(wǎng)絡(luò)的類別1 5 1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義1 5 2幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)1 6計算機網(wǎng)絡(luò)的性能1 6 1計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標1 6 2計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 2 第1章概述 1 7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1 7 1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成1 7 2協(xié)議與劃分層次1 7 3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)1 7 4實體 協(xié)議 服務和服務訪問點1 7 5TCP IP的體系結(jié)構(gòu) 3 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 21世紀的一些重要特征就是數(shù)字化 網(wǎng)絡(luò)化和信息化 它是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代 網(wǎng)絡(luò)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(chǔ) 網(wǎng)絡(luò)是指 三網(wǎng) 即電信網(wǎng)絡(luò) 有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò) 4 1 1 1第一代計算機網(wǎng)絡(luò) 1951年 美國麻省理工學院為美國空軍設(shè)計SAGE半自動化地面防空系統(tǒng) 美國通用電氣公司的信息服務系統(tǒng) GEInformationService 特點 所謂 計算機網(wǎng)絡(luò) 實際上只是主機與顯示終端的遠程通信 5 面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò) 6 1 1 2第二代計算機網(wǎng)絡(luò) 現(xiàn)代意義上的計算機網(wǎng)絡(luò)從1969年美國國防遠景研究規(guī)劃局建成的ARPANET實驗網(wǎng)開始的 特點 共享 分散控制 分組交換 采用專門的通信控制和處理機 分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 7 ARPANET 組成元素IMP InterfaceMessageProcessor 接口報文處理機主機H Host 分組Packet傳送方式StoreandForward存儲轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)劃分通信子網(wǎng) 資源子網(wǎng) 8 ARPANET 9 1 1 3第三代計算機網(wǎng)絡(luò) 國際標準化的網(wǎng)絡(luò)具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)遵循國際標準化協(xié)議的計算機網(wǎng)絡(luò) 10 ARPANET的成功使計算機網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化 早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)是以單個主機為中心的星形網(wǎng)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 分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心 主機都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍 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 11 從主機為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心 以主機為中心 以分組交換網(wǎng)為中心 12 1 2因特網(wǎng)概述 1 2 1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)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)網(wǎng)絡(luò) network 由若干結(jié)點 node 和連接這些結(jié)點的鏈路 link 組成 互聯(lián)網(wǎng)是 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) networkofnetworks 連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機 host 13 網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起 因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起 14 15 Internet發(fā)展規(guī)模和趨勢 Internet的發(fā)展速度是歷史上發(fā)展最快的一種技術(shù)以商業(yè)化后達到5000萬用戶為例電視用了13年 收音機用了38年 電話更長Internet從商業(yè)化后達到5000萬用戶用了4年時間Internet正在以超過摩爾定理的速度發(fā)展 16 網(wǎng)絡(luò)時代的三大基本定律 摩爾定律 CPU性能18個月翻番 10年100倍 所有電子系統(tǒng) 包括電子通信系統(tǒng) 計算機 都適用 光纖定律 超摩爾定律 骨干網(wǎng)帶寬9個月翻番 10年10000倍 帶寬需求呈超高速增長的趨勢 邁特卡爾夫定律 聯(lián)網(wǎng)定律 網(wǎng)絡(luò)價值隨用戶數(shù)平方成正比 未聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍 效率增加N倍 聯(lián)網(wǎng)設(shè)備增加N倍 效率增加N2倍 17 網(wǎng)絡(luò)帶寬與CPU性能 18 光纖容量 19 因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況 網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構(gòu)數(shù)198010102102100199010310510610120001051071081022005106108109103 20 1 2 2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段 第一階段是從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程 1983年TCP IP協(xié)議成為ARPANET上的標準協(xié)議 人們把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時間 21 Internet和Internet的區(qū)別 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(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò) 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(luò)相互連接而成的特定計算機網(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 22 因特網(wǎng)發(fā)展的第一階段 第一個分組交換網(wǎng)ARPANET最初只是一個單個的分組交換網(wǎng) ARPA研究多種網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù) 1983年TCP IP協(xié)議成為標準協(xié)議 同年 ARPANET分解成兩個網(wǎng)絡(luò) ARPANET 進行實驗研究用的科研網(wǎng)MILNET 軍用計算機網(wǎng)絡(luò)1983 1984年 形成了因特網(wǎng)Internet 1990年ARPANET正式宣布關(guān)閉 23 因特網(wǎng)發(fā)展的第二階段 1986年 NSF建立了國家科學基金網(wǎng) NSFNET 它是一個三級計算機網(wǎng)絡(luò) 主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)1991年 美國政府決定將因特網(wǎng)的主干網(wǎng)轉(zhuǎn)交給私人公司來經(jīng)營 并開始對接入因特網(wǎng)的單位收費 1993年因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率提高到45Mb s T3速率 24 三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 各網(wǎng)絡(luò)之間需要使用路由器來連接 有時在結(jié)構(gòu)圖中可不畫出路由器 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 國家主干網(wǎng) 25 三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 主機到主機的通信可能要經(jīng)過多種網(wǎng)絡(luò) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 國家主干網(wǎng) 26 因特網(wǎng)發(fā)展的第三階段 從1993年開始 由美國政府資助的NSFNET逐漸被若干個商用的ISP網(wǎng)絡(luò)所代替 1994年開始創(chuàng)建了4個網(wǎng)絡(luò)接入點NAP NetworkAccessPoint 分別由4個電信公司經(jīng)營 NAP就是用來交換因特網(wǎng)上流量的結(jié)點 在NAP中安裝有性能很好的交換設(shè)施 到本世紀初 美國的NAP的數(shù)量已達到十幾個 從1994年到現(xiàn)在 因特網(wǎng)逐漸演變成多級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 27 多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 大公司 地區(qū)ISP 網(wǎng)絡(luò)接入點NAP 對等點 公司 主干服務提供者 本地ISP 地區(qū)ISP 地區(qū)ISP 地區(qū)ISP 本地ISP 本地ISP 大公司 大公司 網(wǎng)絡(luò)接入點NAP 對等點 主機到主機的通信可能經(jīng)過多種ISP 28 今日的多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 大致上可將因特網(wǎng)分為以下五個接入級網(wǎng)絡(luò)接入點NAP國家主干網(wǎng) 主干ISP 地區(qū)ISP本地ISP校園網(wǎng) 企業(yè)網(wǎng)或PC機上網(wǎng)用戶 29 舉例 CERNET 中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET是由國家投資建設(shè) 教育部負責管理 清華大學等高等學校承擔建設(shè)和管理運行的全國性學術(shù)計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 它主要面向教育和科研單位 是全國最大的公益性互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 30 CERNET CERNET分四級管理 分別是 全國網(wǎng)絡(luò)中心 地區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心和地區(qū)主結(jié)點 省教育科研網(wǎng) 校園網(wǎng) CERNET全國網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)在清華大學 負責全國主干網(wǎng)的運行管理 地區(qū)網(wǎng)絡(luò)中心和地區(qū)主結(jié)點分別設(shè)在清華大學 北京大學 北京郵電大學 上海交通大學 西安交通大學 華中科技大學 華南理工大學 電子科技大學 東南大學 東北大學等10所高校 負責地區(qū)網(wǎng)的運行管理和規(guī)劃建設(shè) 31 32 33 1 2 3關(guān)于因特網(wǎng)的標準化工作 因特網(wǎng)協(xié)會ISOC 因特網(wǎng)研究指導小組IRSG 因特網(wǎng)研究部IRTF 因特網(wǎng)工程部IETF 因特網(wǎng)工程指導小組IESG RG WG RG 領(lǐng)域 領(lǐng)域 因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IAB WG WG WG 34 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 InternetDraft 在這個階段還不是RFC文檔 建議標準 ProposedStandard 從這個階段開始就成為RFC文檔 草案標準 DraftStandard 因特網(wǎng)標準 InternetStandard 35 各種RFC之間的關(guān)系 因特網(wǎng)草案 建議標準 草案標準 因特網(wǎng)標準 歷史的RFC 實驗的RFC 提供信息的RFC 6種RFC 36 1 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(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的 提供連通性和交換 37 因特網(wǎng)的核心部分 通信子網(wǎng) 因特網(wǎng)的邊緣部分 資源子網(wǎng) 主機 網(wǎng)絡(luò) 路由器 因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分 38 1 3 1因特網(wǎng)的邊緣部分 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) endsystem 主機A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 即 主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信 或簡稱為 計算機之間通信 39 兩種通信方式 在網(wǎng)絡(luò)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?客戶服務器方式 C S方式 即Client Server方式對等方式 P2P方式 即Peer to Peer方式 40 1 客戶服務器方式 客戶 client 和服務器 server 都是指通信中所涉及的兩個應用進程 客戶服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關(guān)系 客戶是服務的請求方 服務器是服務的提供方 41 運行客戶程序 網(wǎng)絡(luò)邊緣 網(wǎng)絡(luò)核心 運行服務器程序 A B 客戶 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 42 客戶軟件的特點 被用戶調(diào)用后運行 在打算通信時主動向遠地服務器發(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 不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng) 43 服務器軟件的特點 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 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 一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持 44 客戶進程和服務器進程使用TCP IP協(xié)議進行通信 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 應用層 應用層 因特網(wǎng) 以后就逐級使用下層提供的服務 使用TCP和IP 45 功能較強的計算機可同時運行多個服務器進程 數(shù)據(jù)鏈路層 物理層 運輸層 網(wǎng)絡(luò)層 應用層 計算機3 因特網(wǎng) 46 2 對等連接方式 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 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 雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔 47 對等連接方式的特點 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 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 48 網(wǎng)絡(luò)邊緣 網(wǎng)絡(luò)核心 運行P2P程序 運行P2P程序 D C E F 運行P2P程序 運行P2P程序 49 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(luò)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 packetswitching 的關(guān)鍵構(gòu)件 其任務是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組 這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能 50 路由器的重要任務 路由器是實現(xiàn)分組交換 packetswitching 的關(guān)鍵構(gòu)件 其任務是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組 這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能 51 分組交換 電路交換 報文交換 60年代初 美國國防部領(lǐng)導的遠景研究規(guī)劃局ARPA AdvancedResearchProjectAgency 提出要研制一種生存性 survivability 很強的網(wǎng)絡(luò) 傳統(tǒng)的電路交換 circuitswitching 的電信網(wǎng)有一個缺點 正在通信的電路中只要有一個交換機或一條鏈路被炸毀 整個通信電路就會中斷 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 52 新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點 網(wǎng)絡(luò)用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送 而不是為了打電話 網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計算機 不局限于單一類型的計算機 所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點都同等重要 因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性 計算機在進行通信時 必須有冗余的路由 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應當盡可能地簡單 同時還能夠非常可靠地傳送數(shù)據(jù) 53 1 3 2 1分組交換的產(chǎn)生 電路交換的特點兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來 54 更多的電話機互相連通 5部電話機兩兩相連 需10對電線 N部電話機兩兩相連 需N N 1 2對電線 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 55 使用交換機 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 交換機 56 交換 的含義 在這里 交換 switching 的含義是 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 從通信資源的分配角度來看 交換 就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源 57 電路交換的特點 電路交換必定是面向連接的 電路交換的三個階段 建立連接通信釋放連接 58 電路交換舉例 A和B通話經(jīng)過四個交換機通話在A到B的連接上進行 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 59 電路交換舉例 C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機通話在C到D的連接上進行 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 60 電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低 計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性 這導致通信線路的利用率很低 61 報文 1 3 2 2分組交換的原理分組交換的原理 一 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 62 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 分組交換的原理 二 每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組 首部 首部 首部 請注意 現(xiàn)在左邊是 前面 63 分組交換的原理 三 分組交換網(wǎng)以 分組 作為數(shù)據(jù)傳輸單元 依次把各分組發(fā)送到接收端 假定接收端在左邊 64 分組首部的重要性 每一個分組的首部都含有地址等控制信息 分組交換網(wǎng)中的結(jié)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(jié)點交換機 用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式 分組就能傳送到最終目的地 65 分組交換的原理 四 接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 收到的數(shù)據(jù) 66 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 分組交換的原理 五 最后 在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復成為原來的報文 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 67 請注意首部的位置 接收端在發(fā)送端的左方時 首部往往畫在分組的左方 接收端在發(fā)送端的右方時 首部往往畫在分組的右方 68 因特網(wǎng)的核心部分 因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成 而主機處在因特網(wǎng)的邊緣部分 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)邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接 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(luò)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 69 H1 H5 H2 H4 H3 H6 路由器 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)核心部分 主機 70 注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程 H1 A 互聯(lián)網(wǎng) B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1向H5發(fā)送分組 路由器 主機 71 H1 H5 H2 H4 H3 H6 發(fā)送的分組 路由器 A E D B C 網(wǎng)絡(luò)核心部分 主機 72 路由器 在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線 路由器處理分組的過程是 把收到的分組先放入緩存 暫時存儲 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) 把分組送到適當?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去 73 主機和路由器的作用不同 主機是為用戶進行信息處理的 并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組 從網(wǎng)絡(luò)接收分組 路由器對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā) 最后把分組交付目的主機 74 分組交換的優(yōu)點 高效動態(tài)分配傳輸帶寬 對通信鏈路是逐段占用 靈活以分組為傳送單位和查找路由 迅速不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組 充分使用鏈路的帶寬 可靠完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 自適應的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性 75 分組交換帶來的問題 分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊 這就會造成一定的時延 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 76 存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念 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 messageswitching 報文交換的時延較長 從幾分鐘到幾小時不等 現(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了 77 三種交換的比較 ABCD ABCD ABCD 報文交換 電路交換 分組交換 t 數(shù)據(jù)傳送的特點 比特流直達終點 報文 報文 報文 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) 78 1 4計算機網(wǎng)絡(luò)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(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)濟貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET 7 中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET 8 中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET 建設(shè)中 9 中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網(wǎng)CSNET 建設(shè)中 79 1 5計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 1 5 1計算機網(wǎng)絡(luò)的不同定義最簡單的定義 計算機網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的 自治的計算機的集合 因特網(wǎng) Internet 是 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) 1 5 2幾種不同的分類方法從網(wǎng)絡(luò)的交換功能進行分類從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類 80 1 5 2幾種不同的分類方法 一 從網(wǎng)絡(luò)的交換功能分類電路交換報文交換分組交換混合交換 81 1 5 2幾種不同的分類方法 二 從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類廣域網(wǎng)WAN WideAreaNetwork 局域網(wǎng)LAN LocalAreaNetwork 城域網(wǎng)MAN MetropolitanAreaNetwork 個人區(qū)域網(wǎng)PAN PersonalAreaNetwork 82 規(guī)模的劃分 城域網(wǎng) 廣域網(wǎng) 局域網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) 83 廣域網(wǎng) 城域網(wǎng) 接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系 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) 廣域網(wǎng) 局域網(wǎng) 局域網(wǎng) 校園網(wǎng) 企業(yè)網(wǎng) 84 用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò) 接入網(wǎng)AN AccessNetwork 它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng) 由ISP提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的 橋梁 作用 85 1 5 2幾種不同的分類方法 三 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類公用網(wǎng) publicnetwork 專用網(wǎng) privatenetwork 86 1 6計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標 帶寬 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 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 87 常用的帶寬單位 更常用的帶寬單位是千比每秒 即kb s 103b s 兆比每秒 即Mb s 106b s 吉比每秒 即Gb s 109b s 太比每秒 即Tb s 1012b s 請注意 在計算機界 K 210 1024M 220 G 230 T 240 88 數(shù)字信號流隨時間的變化 在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄 89 時延 delay或latency 發(fā)送時延 傳輸時延 發(fā)送數(shù)據(jù)時 數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間 信道帶寬數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率 常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率 90 時延 delay或latency 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 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 91 時延 delay或latency 處理時延交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間 排隊時延結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延 排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當時的通信量 92 時延 delay或latency 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 排隊時延 93 四種時延所產(chǎn)生的地方 1011001 發(fā)送器 隊列 結(jié)點B 結(jié)點A 在結(jié)點A中產(chǎn)生處理時延和排隊時延 數(shù)據(jù) 從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路 94 容易產(chǎn)生的錯誤概念 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 提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延 95 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 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 信道利用率并非越高越好 96 時延與網(wǎng)絡(luò)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(luò)空閑時的時延 D表示網(wǎng)絡(luò)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(guān)系 U是網(wǎng)絡(luò)的利用率 數(shù)值在0到1之間 97 時延D 利用率U 1 0 D0 時延急劇增大 98 1 7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 高速計算機信息網(wǎng)絡(luò)是信息社會的神經(jīng)和血管體系結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)的骨架和神經(jīng)協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)的心臟和血液 99 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 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 1 7 1劃分層次的必要性 100 劃分層次的概念舉例 計算機1向計算機2通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件 可以將要做的工作進行如下的劃分 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 101 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 102 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 103 再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)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(luò)接入模塊 網(wǎng)絡(luò)接入模塊 通信網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接入模塊負責做與網(wǎng)絡(luò)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 104 分層的好處 各層之間是獨立的 靈活性好 結(jié)構(gòu)上可分割開 易于實現(xiàn)和維護 能促進標準化工作 105 層數(shù)多少要適當 若層數(shù)太少 就會使每一層的協(xié)議太復雜 層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務時遇到較多的困難 106 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) architecture 是計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合 體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應完成的功能的精確定義 實現(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 體系結(jié)構(gòu)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 107 1 7 2實體 協(xié)議 服務和服務訪問點 實體 entity 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程 協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合 在協(xié)議的控制下 兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務 要實現(xiàn)本層協(xié)議 還需要使用下層所提供的服務 108 協(xié)議 計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則 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 同步含有時序的意思 為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則 標準或約定即網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 networkprotocol 簡稱為協(xié)議 109 網(wǎng)絡(luò)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 110 協(xié)議很復雜 協(xié)議必須將各種不利的條件事先都估計到 而不能假定一切情況都是很理想和很順利的 必須非常仔細地檢查所設(shè)計協(xié)議能否應付所有的不利情況 應當注意 事實上難免有極個別的不利情況在設(shè)計協(xié)議時并沒有預計到 在出現(xiàn)這種情況時 協(xié)議就會失敗 因此實際上協(xié)議往往只能應付絕大多數(shù)的不利情況 111 實體 協(xié)議 服務和服務訪問點 續(xù) 本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協(xié)議 下面的協(xié)議對上面的服務用戶是透明的 協(xié)議是 水平的 即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則 服務是 垂直的 即服務是由下層向上層通過層間接口提供的 同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方 稱為服務訪問點SAP ServiceAccessPoint 112 實體 協(xié)議 服務和服務訪問點 續(xù) 服務用戶 第n層 第n 1層 服務用戶 113 1 7 3具有層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)1 7 3 1ISO OSI七層參考模型 國際標準化組織 InternationalStandardsOrganization ISO 于1981年頒布了開放系統(tǒng)互連OSI參考模型 OpenSystemInterconnectionReferenceModel OSI RM 的格式 通常簡稱為 七層模型 參見圖1 7 1 114 圖1 7 1OSI網(wǎng)絡(luò)模型以兩個通信實體之間的分層結(jié)構(gòu) 115 練習 OSI的七層模型 OSI模型 應用層 與用戶最接近的一層表示層 通用的數(shù)據(jù)格式 語法會話層 控制會話傳輸層 流控 保證可靠性網(wǎng)絡(luò)層 路徑選擇 路由及邏輯選路數(shù)據(jù)鏈路層 幀 介質(zhì)訪問控制物理層 規(guī)定信號和介質(zhì) 116 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 應用層 applicationlayer 運輸層 transportlayer 網(wǎng)絡(luò)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(luò)層 2數(shù)據(jù)鏈路層 1物理層 117 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機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 118 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機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 119 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層 加上網(wǎng)絡(luò)層首部 成為IP數(shù)據(jù)報 或分組 120 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 IP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 121 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機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 122 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 應用層 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理傳輸媒體 計算機1 AP2 AP1 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 計算機2 123 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 物理層接收到比特流 上交給數(shù)據(jù)鏈路層 124 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機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(luò)層 125 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?取出數(shù)據(jù)部分上交給運輸層 126 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 運輸層剝?nèi)ナ撞?取出數(shù)據(jù)部分上交給應用層 127 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應用層剝?nèi)ナ撞?取出應用程序數(shù)據(jù)上交給應用進程 128 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 我收到了AP1發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù) 129 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應用程序數(shù)據(jù) 10100110100101比特流110101110101 注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞?尾部 的層次 應用程序數(shù)據(jù) 130 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 10100110100101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 131 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機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(luò)層 H2 T2 132 H3 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層 133 H4 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應用層 134 應用程序數(shù)據(jù) H5 應用程序數(shù)據(jù) 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應用層剝?nèi)脤覲DU首部后把應用程序數(shù)據(jù)交給應用進程 135 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 我收到了AP1發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù) 136 關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI RM 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 在市場化方面OSI卻失敗了 OSI的專家們在完成OSI標準時沒有商業(yè)驅(qū)動力 OSI的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復雜 且運行效率很低 OSI標準的制定周期太長 因而使得按OSI標準生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場 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) 137 兩種國際標準 法律上的 dejure 國際標準OSI并沒有得到市場的認可 是非國際標準TCP IP現(xiàn)在獲得了最廣泛的應用 TCP IP常被稱為事實上的 defacto 國際標準 138 1 7 4OSI與TCP IPTCP IP參考模型各層的功能 應用層 applicationlayer 運輸層 transportlayer 網(wǎng)際層 internetlayer 網(wǎng)絡(luò)接口層 host to networklayer 139 TCP IP參考模型與OSI參考模