計算機網(wǎng)絡(luò)教程第3版電子教案-CH1概述3ed

1、課件制作人：謝希仁 謝鈞 計算機網(wǎng)絡(luò)教程（第 3 版）課件 人民郵電出版社 2012 年 謝希仁 謝鈞 編著 （使用（使用 OfficeXP 或或 Office 2003 演示動畫）演示動畫） 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人聲明 n本課件共 7個 Powerpoint 文件（每章一 個）。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 謝鈞 2012 年 6 月 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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

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(biāo)準(zhǔn)化工作 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 1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展 課件制作人：謝希仁 謝鈞 第 1 章 概述（續(xù)） 1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 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)的主要性能指標(biāo) 1.7 計算機網(wǎng)絡(luò)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)議和服務(wù) 1.7.5 TCP/IP的體系結(jié)構(gòu) 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.1

3、計算機網(wǎng)絡(luò) 在信息時代的作用 n21 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。 n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)。 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)和計算機網(wǎng)絡(luò)。 n發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機 網(wǎng)絡(luò)。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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(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 謝鈞 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

4、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 謝鈞 計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的 最重要的功能 n連接計算機網(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蚕怼?軟件共享，也可以是硬件共享。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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 上最大的國際性計算機互聯(lián)網(wǎng) n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。 n互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 n連接

5、在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機 (host)。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 請注意名詞“結(jié)點” n“結(jié)點”的英文名詞是 node。 n雖然 node 有時也可譯為“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(luò)中的 node 的標(biāo)準(zhǔn)譯名是“結(jié)點” 而不是“節(jié)點”。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng) n網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起。 n因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 (a)(b) 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)） 結(jié)點 鏈路 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 因特網(wǎng) 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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)

6、絡(luò)ARPANET向互聯(lián) 網(wǎng)發(fā)展的過程。 n1983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)的誕生時間。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 Internet 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(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。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 三級結(jié)

7、構(gòu)的因特網(wǎng) n第二階段的特點是建成了三級結(jié)構(gòu)的因 特網(wǎng)。 n三級計算機網(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 謝鈞 多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) n第三階段的特點是逐漸形成了多層次 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)。 用戶 因特網(wǎng) ISP1 ISP2 因特網(wǎng) 服務(wù)提供者 用戶通過 ISP 上網(wǎng) 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。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 一級 ISP 一級 ISP 第一層 ISP 大公司 本地 ISP 大公司 大

8、公司 公司 本地 ISP 本地 ISP 校園網(wǎng) 校園網(wǎng)校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 第二層 ISP 第二層 ISP NAPNAP A B 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 第一層 ISP 第二層 ISP 本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 第一層 ISP 第一層 第二層 第三層 本地 ISP 第二層 ISP 本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 第二層 ISP 本地 ISP 本地 ISP 第二層 ISP 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 萬維網(wǎng) WWW 的問世的問世 n因特網(wǎng)已經(jīng)

9、成為世界上規(guī)模最大和增長 速率最快的計算機網(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 90 年代。 由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬 維網(wǎng) WWW (World Wide Web)被廣泛使 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)動力。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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) 1980 10 102 102 100 1990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 103 課件制作人：

10、謝希仁 謝鈞 1.2.3 因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作 因特網(wǎng)協(xié)會 ISOC 因特網(wǎng)研究指導(dǎo)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(dǎo)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 WGWGWG 課件制作人：謝希仁 謝鈞 制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過 以下的四個階段 n因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個 階段還不是 RFC 文檔。 n建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從 這個階段開始就成為 RFC 文檔。 n草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard) n因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard) 課件制作

11、人：謝希仁 謝鈞 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(wù)的（提供連通性和交換）。 因特網(wǎng)的核心部分 因特網(wǎng)的邊緣部分 主機 網(wǎng)絡(luò) 路由器 因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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

12、)。 n “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”。 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 謝鈞 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?？蓜澐譃閮纱箢悾?n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 謝鈞 1. 客戶服務(wù)器方式 n客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信 中所涉及的兩個應(yīng)用

13、進程。 n客戶服務(wù)器方式所描述的是進程之間服 務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。 n客戶是服務(wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的 提供方。 運行 客戶 程序 網(wǎng)絡(luò)邊緣 網(wǎng)絡(luò)核心 運行 服務(wù)器 程序 A B 請求服務(wù) 得到服務(wù) 客戶 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)。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 客戶軟件的特點 n被用戶調(diào)用后運行，在通信時主動向遠地 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可與多個服務(wù)器進行通信。 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 謝鈞 服務(wù)器軟件的特點 n一種專門用來提

14、供某種服務(wù)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(wù)器程序不需 要知道客戶程序的地址。 n一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng) 支持。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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(wù)請求方還是服務(wù)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。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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(wù)器方式，只是對

15、等連接中的每一 個主機既是客戶又同時是服務(wù)器。 n例如主機 C 請求 D 的服務(wù)時，C 是客戶， D 是服務(wù)器。但如果 C 又同時向 F提供 服務(wù)，那么 C 又同時起著服務(wù)器的作用。 網(wǎng)絡(luò)邊緣 網(wǎng)絡(luò)核心 運行 P2P 程序 運行 P2P 程序 D CE F 運行 P2P 程序 運行 P2P 程序 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分 n網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。 n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)）。 n在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器 (

16、router)。 n路由器是實現(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 謝鈞 路由器的重要任務(wù) n路由器是實現(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 謝鈞 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 謝鈞 更多的電話機互相連通 n5 部電話機兩兩相連，需 10 對電線。 nN 部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。 n當(dāng)電話機的數(shù)量很大時，這

17、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 謝鈞 使用交換機 n當(dāng)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(wù)。 交換機 課件制作人：謝希仁 謝鈞 “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 謝鈞 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 謝鈞 電路交換舉例 nA 和 B 通話經(jīng)過四個交換機

18、 n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 課件制作人：謝希仁 謝鈞 電路交換舉例 nC 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 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 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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(dǎo)致通信線路的利用率很低。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 報文 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。 11010001101010101101010111

19、00010011010010 假定這個報文較長 不便于傳輸 課件制作人：謝希仁 謝鈞 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 報文 添加首部構(gòu)成分組 n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 分組 1 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 謝鈞 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 端在左邊）。 數(shù) 據(jù)首部 分組 1 數(shù) 據(jù)首部 分組 2 數(shù) 據(jù)首部 分組 3 課件制作人：謝希仁 謝鈞 分組首部的重要性 n每一個分組的首部都含有地址等控制信 息。 n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

20、息，把分組轉(zhuǎn)發(fā) 到下一個結(jié)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 謝鈞 收到分組后剝?nèi)ナ撞?n接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。 數(shù) 據(jù)首部 分組 1 數(shù) 據(jù)首部 分組 2 數(shù) 據(jù)首部 分組 3 收到的數(shù)據(jù) 課件制作人：謝希仁 謝鈞 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)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(fù)成為 原來的報文。 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。 報文 1101000110101010110101011100010011010010 課件制作人：謝希仁 謝鈞 因特網(wǎng)的核心部分 n因特網(wǎng)的核心部分是

21、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。 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(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。 H1 H5 H2 H4 H3 H6 路由器 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)核心部分 主機 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 分組交換網(wǎng)的示意圖 H1

22、A 互聯(lián)網(wǎng) B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1 向 H5 發(fā)送分組 H2 向 H6 發(fā)送分組 注意分組路徑的變化！ 路由器 主機 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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 在路由器 E 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 最后到達目的主機 H5在路由器 C 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 在路由器 A 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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

23、存（暫時存儲）； n查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個 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 謝鈞 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(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。 n路由器對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分 組交付給目的主機。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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 以分組為傳送單位和查找路由。 n迅速 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(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 謝鈞 分組交換帶來的問題 n分組在各結(jié)點

24、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 謝鈞 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。 三種交換的比較 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P3 P4 報 文 報 文 報 文 A B C D A B C DA B C D 報文交換電路交換分組交換 t 連接建立 數(shù)據(jù)傳送 報文 P2 P1 連接釋放 數(shù)

25、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) 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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(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） 課件制作人

26、：謝希仁 謝鈞 1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的類別 n1.5.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義 n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。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò) n從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類 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 Area Network) n個人區(qū)域網(wǎng) PAN (Personal Area Network) 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò) n從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類 n公用網(wǎng) (public

27、network) n專用網(wǎng) (private network) 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.5.2 幾種不同的分類方法 （三） n從網(wǎng)絡(luò)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 謝鈞 1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 1. 速率 n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單位。 nBit 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。 n速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是 計算機網(wǎng)絡(luò)中最

28、重要的一個性能指標(biāo)。速率 的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 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 謝鈞 1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo) 3. 吞吐量 n吞吐量(throughput)表示在單位時間內(nèi)通 過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。 n吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng) 絡(luò)的一種測量，以便知道實際上

29、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 謝鈞 4. 時延(delay 或 latency) n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。 n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。 發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)塊長度（比特） 信道帶寬（比特/秒） 課件制作人：謝希仁 謝鈞 4. 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。 傳播時延 = 信道長度（米）

30、 信號在信道上的傳播速率（米/秒） 課件制作人：謝希仁 謝鈞 4. 時延(delay 或 latency) n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。 n排隊時延 結(jié)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(luò)中當(dāng)時 的通信量。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 4. 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 + 排隊時延 課件制作人：謝希仁 謝鈞 三種時延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1 發(fā)送器 隊列 在鏈路上產(chǎn)生 傳播時延 結(jié)

31、點 B 結(jié)點 A 在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時延 (即傳輸時延) 在隊列中產(chǎn)生 處理時延 數(shù)據(jù) 從結(jié)點 A 向結(jié)點 B 發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路 課件制作人：謝希仁 謝鈞 容易產(chǎn)生的錯誤概念 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)送時延。 5. 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(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 謝鈞 時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系 n根據(jù)排隊論的理論，當(dāng)某信道的利用率增 大時，該信道引起的時延

32、也就迅速增加。 n若令 D0 表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D 表示 網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延，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： U D D 1 0 U 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 謝鈞 時延 D 利用率 U 1 0 D0 時延 急劇 增大 課件制作人：謝希仁 謝鈞 課件制作人：謝希仁 謝鈞 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 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(dāng)復(fù) 雜的。 n“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

33、究和處理。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型 OSI/RM n只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)的其他任 何系統(tǒng)進行通信。 n在市場化方面 OSI 卻失敗了。 nOSI 的專家們在完成 OSI 標(biāo)準(zhǔn)時沒有商業(yè)驅(qū)動力； nOSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低； nOSI 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)備無法及時進入市場； nOSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層 次中重復(fù)出現(xiàn)。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 兩種國際標(biāo)準(zhǔn) n法律上的(de jure)國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有 得到市場的認可。

34、n是非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛 的應(yīng)用。 nTCP/IP 常被稱為事實上的(de facto) 國際標(biāo) 準(zhǔn)。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.7.2 協(xié)議與劃分層次 n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。 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（同步含有時序 的意思）。 n網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡稱為協(xié) 議，是為進行網(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 謝鈞 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素 n語法 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 n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(yīng)。 n同步 事件實

35、現(xiàn)順序的詳細說明。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 劃分層次的概念舉例 n主機 1 向主機 2 通過網(wǎng)絡(luò)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(guān)。 n確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)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(zé)。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 兩個主機交換文件 文件傳送模塊 主機 1主機 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 課件制作人：謝希仁 謝鈞 再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊 文

36、件傳送模塊 主機 1主機 2 文件傳送模塊 只看這兩個通信服務(wù)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(wù)模塊通信服務(wù)模塊 課件制作人：謝希仁 謝鈞 再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊 文件傳送模塊 主機 1主機 2 文件傳送模塊 通信服務(wù)模塊通信服務(wù)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(zé)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袷剑瑤淖畲箝L度等。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 分層的好處 n各層之間是獨立的。 n靈活性好。 n結(jié)構(gòu)上可分割開。 n易于實現(xiàn)和維護。 n能促進標(biāo)準(zhǔn)化工作。 課件制作

37、人：謝希仁 謝鈞 層數(shù)多少要適當(dāng) n若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù) 雜。 n層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的 系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) n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。 n體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完 成的功能的精確定義。 n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。 n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。 課件制作人：謝希仁 謝鈞 1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) nTCP/

38、IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運 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/IP 的優(yōu)點，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 謝鈞 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) n應(yīng)用層(application layer) n運輸層(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) 數(shù)據(jù)鏈路層 5 應(yīng)用層 4 運輸層 3 網(wǎng)絡(luò)層 2 數(shù)據(jù)鏈路層 1 物理層 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2

39、 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 應(yīng)用進程數(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 PDU 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 應(yīng)用層 PDU 再傳送到運輸層 加上運輸層首部，成為運輸層報文 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 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） 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3

40、2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 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 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 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 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) n應(yīng)用層(application layer) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理傳輸媒體 主機 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 主機 2

41、 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊?取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分 上交給運輸層 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù)

42、 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分 上交給應(yīng)用層 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù) 上交給應(yīng)用進程 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 我收到了 AP1 發(fā)來的 應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！ 課件制作人：謝希仁 謝鈞 主機 1 向主機 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 主機 1 AP2 AP1 主機 2 應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù) 應(yīng)用層首部 H5 10100110100101 比 特 流 110101110101 注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟?應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù) H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù) H4H5應(yīng) 用