計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第五版課件第1章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

1、1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一、本課程成績計(jì)算： 平時(shí)作業(yè)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占平時(shí)作業(yè)，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30% 期末考試占期末考試占70% 平時(shí)出勤若無故缺席平時(shí)出勤若無故缺席n次，則在學(xué)期總分次，則在學(xué)期總分中扣中扣21+22+2n （無上限）（無上限）講授：池瑩講授：池瑩2二、參考書： 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第（第4版），清華大學(xué)出版社版），清華大學(xué)出版社 Andrew S.Tanenbaum 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第（第2版），電子工業(yè)出版社版），電子工業(yè)出版社 謝希仁謝希仁 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，清華大學(xué)出版社，清華大學(xué)出版社 吳功宜吳功宜 用用TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)際互連進(jìn)行網(wǎng)際互連 （1，2，3卷）卷） ，電子工業(yè)

2、出版社電子工業(yè)出版社 DOUGLAS E.COMER 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自頂向下方法與自頂向下方法與Internet特色（影印版），高等教育出版社，特色（影印版），高等教育出版社，James F.Kurose，Keith W.Ross31.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念1.1.1 什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將地理位置不同并具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路連接起來、以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信息交換方式及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享和數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。41.1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.局域網(wǎng)（LAN Local Area Network）PCLAN以太交換器HUBSERVER5

3、2.城域網(wǎng)（MANMetropolitan Area Network）3.廣域網(wǎng)（WANWide Area Network）6ATM交換機(jī)交換機(jī)以太交換器以太交換器WANRouter網(wǎng)絡(luò)云團(tuán)網(wǎng)絡(luò)云團(tuán)781.1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的模式1.基于服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)（客戶/服務(wù)器模式）2.對等網(wǎng)絡(luò)（對等模式）93.混合型網(wǎng)絡(luò)1.1.4 共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)和交換式網(wǎng)絡(luò)1.共享介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)102.交換式網(wǎng)絡(luò)1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件組成1.服務(wù)器：文件服務(wù)器、打印服務(wù)器、應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器、通信服務(wù)器。112.工作站3.網(wǎng)卡4.調(diào)制解調(diào)器5.中繼器和集線器6.網(wǎng)橋、路由器和交換器1.2.2 計(jì)算機(jī)

4、網(wǎng)絡(luò)的軟件組成1.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)2.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)組成：網(wǎng)絡(luò)適配器驅(qū)動程序、子網(wǎng)協(xié)議和應(yīng)用協(xié)議121.2.3 通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)（二級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)模型）DBS激光打印資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)131.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的作用1.3.1 共享硬件資源1.共享磁盤空間2.共享打印機(jī)3.共享通信設(shè)備1.3.2 共享軟件1.共享軟件包2.使用多用戶軟件1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的硬件系統(tǒng)的連接形式。141.4.1 總線結(jié)構(gòu)1.4.2 環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)端接器151.4.3 星狀網(wǎng)絡(luò)1.4.4 星狀總線161.4.5 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)ABCD171.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.5.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.

5、 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。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate) 。指的是連接在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率傳送數(shù)據(jù)的速率。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。 2.帶寬 “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)率最高數(shù)據(jù)率”

6、的同義語，即每秒多少比特。單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 描述帶寬也常常把“比特/秒”省略。 例：帶寬是10M。實(shí)際上是10Mb/s。常用的帶寬單位 更常用的帶寬單位是千比每秒，即 kb/s （103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 請注意：在計(jì)算機(jī)界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。數(shù)字信號流隨時(shí)間的變化 在時(shí)間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。 每秒 106 個(gè)比特時(shí)間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時(shí)間每秒

7、 4 106 個(gè)比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 什么是寬帶？ 寬帶線路：可通過較高數(shù)據(jù)率的線路。 寬帶是相對的概念，并沒有絕對的標(biāo)準(zhǔn)。 在目前，對于用戶接入到因特網(wǎng)的用戶線來說，每秒傳送幾個(gè)兆比特就可以算是寬帶速率。對寬帶傳輸?shù)腻e(cuò)誤概念 有些人愿意用“汽車在公路上跑”來比喻“比特在網(wǎng)絡(luò)上傳輸”，認(rèn)為寬帶傳輸?shù)暮锰幘褪莻鬏敻欤帽绕囋诟咚俟飞峡梢耘艿酶煲粯印?對于這種比喻一定要謹(jǐn)慎對待。常見的錯(cuò)誤是混淆了兩種速率 在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率：信號（即電磁波）在傳輸媒體上的傳播速率（米/秒，或公里/秒）計(jì)算機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率（比特/秒） 這兩種速率的意義和單位完全不同。 寬帶傳輸：計(jì)

8、算機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率較高。ABAB寬帶線路窄帶線路在寬帶線路上比特傳播得快 在窄帶線路上比特傳播得慢 錯(cuò)誤的概念寬帶線路窄帶線路寬帶線路：每秒有更多比特從計(jì)算機(jī) 注入到線路。寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。正確的概念比喻：汽車運(yùn)貨寬帶線路窄帶線路寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶線路：車距縮短另一種錯(cuò)誤概念“寬帶”相當(dāng)于“多車道”1001011101001001110100010110103. 吞吐量 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。 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)。 吞吐

9、量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。 4. 時(shí)延(delay 或 latency) 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。 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。 發(fā)送時(shí)延 = 數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）時(shí)延(delay 或 latency) 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。 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(shí)延= 信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）時(shí)延(delay 或 latency) 處理時(shí)延 交換結(jié)點(diǎn)為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必

10、要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。 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。 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。時(shí)延(delay 或 latency) 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+排隊(duì)時(shí)延四種時(shí)延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn) B結(jié)點(diǎn) A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時(shí)延(即發(fā)送時(shí)延)在結(jié)點(diǎn) A 中產(chǎn)生處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn) A 向結(jié)點(diǎn) B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路容易產(chǎn)生的錯(cuò)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

11、發(fā)送時(shí)延。 1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)參考模型 ISO/OSI參考模型 TCP/IP參考模型 本課程的網(wǎng)絡(luò)模型ISO/OSI參考模型 應(yīng)用應(yīng)用主機(jī)主機(jī)A層層7654321應(yīng)用協(xié)議應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議傳輸協(xié)議表示表示網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳輸傳輸物理物理數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路會話會話交換單交換單元名稱元名稱APDUPPDUSPDUTPDU分組分組幀幀比特比特應(yīng)用應(yīng)用表示表示網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)傳輸傳輸物理物理數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路會話會話主機(jī)主機(jī)B網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)物理物理物理物理網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路路由器路由器路由器路由器通信子網(wǎng)協(xié)議通信子網(wǎng)協(xié)議物理層主機(jī)物理層主機(jī)-路由器協(xié)議路由器協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī)

12、數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī)-路由器協(xié)議路由器協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)-路由器協(xié)議路由器協(xié)議通信子網(wǎng)邊界通信子網(wǎng)邊界OSI參考模型參考模型層、協(xié)議和接口 第第5層層第第4層層第第3層層第第2層層第第1層層第第2層層第第1層層第第3層層第第4層層第第5層層物理介質(zhì)物理介質(zhì)4/5層接口層接口3/4層接口層接口2/3層接口層接口1/2層接口層接口主機(jī)主機(jī)1主機(jī)主機(jī)2第第5層協(xié)議層協(xié)議第第4層協(xié)議層協(xié)議第第3層協(xié)議層協(xié)議第第2層協(xié)議層協(xié)議第第1層協(xié)議層協(xié)議第四層服務(wù)第四層服務(wù)訪問點(diǎn)訪問點(diǎn)SAP第三層服務(wù)第三層服務(wù)訪問點(diǎn)訪問點(diǎn)SAP層、協(xié)議和接口層、協(xié)議和接口接口和服務(wù) 每一層的功能都是為它的上一層服務(wù)的實(shí)體enti

13、ty 每層中活動的元素稱為實(shí)體每一層和對方的同一層稱為對等實(shí)體peer entity如第n層是服務(wù)提供者，則第n+1層為服務(wù)對象 分層的好處 通過每一層實(shí)現(xiàn)一種相對獨(dú)立的功能來簡化問題 每一層的設(shè)計(jì)都是獨(dú)立的，它不必關(guān)心下一層是如何實(shí)現(xiàn)的，只需知道下一層為我提供的服務(wù)，和我必須為上一層提供哪些服務(wù) 當(dāng)由于技術(shù)的變化使某層的實(shí)現(xiàn)需要變化時(shí)，不影響其他的層次物理層（physical layer） 與傳輸媒體的接口，完成傳輸媒體上的信號與二進(jìn)制數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換物理接口上發(fā)送或接收的是一串以某種規(guī)則表示物理接口上發(fā)送或接收的是一串以某種規(guī)則表示的二進(jìn)制的數(shù)據(jù)的二進(jìn)制的數(shù)據(jù)物理層定義的是接口的機(jī)械特性、電氣

14、特性、功物理層定義的是接口的機(jī)械特性、電氣特性、功能和過程特性等能和過程特性等例如：插頭、插座的幾何尺寸，每根引腳的功能例如：插頭、插座的幾何尺寸，每根引腳的功能定義，邏輯定義，邏輯0和和1的電平定義，信號寬帶定義的電平定義，信號寬帶定義 數(shù)據(jù)鏈路層（data link layer）提供點(diǎn)到點(diǎn)的可靠傳輸，通常需把數(shù)據(jù)分成幀，并且保證幀的正確發(fā)送和接收識別幀的標(biāo)志 幀的發(fā)送和接收，需校驗(yàn)、確認(rèn)發(fā)送方在超時(shí)或收到否定性確認(rèn)后，要重發(fā)重復(fù)幀要丟棄 在共享網(wǎng)絡(luò)中，需解決信道共享問題等網(wǎng)絡(luò)層（network layer） 提供主機(jī)到主機(jī)的通路，其間可能存在多條通路，網(wǎng)絡(luò)層將實(shí)現(xiàn)的功能包括：選擇路由 擁塞

15、控制 協(xié)議的轉(zhuǎn)換 分段和重組 對用戶的分組、字符等計(jì)數(shù) 等等傳輸層（transport layer） 提供端到端的通路，應(yīng)用到應(yīng)用的通路傳輸層將把高層要求傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分成若干個(gè)報(bào)文報(bào)文與幀不一樣，幀只有幀標(biāo)志（起始標(biāo)志、結(jié)束標(biāo)志），而報(bào)文有信源和信宿的地址及端口、報(bào)文的順序號、確認(rèn)號等等 低三層的通信對象通常是路由器，傳輸層是端到端的，必須考慮該報(bào)文怎樣才能從源端正確地傳輸?shù)侥康亩?，而源端和目的端通常是主機(jī)會話層（session layer） 建立有關(guān)會話的機(jī)制，或雙向?qū)υ挘螂p向?qū)υ挄r(shí)要有切換等如：說的一方應(yīng)說一段就聽一下對方的反應(yīng)，因?yàn)椋纾赫f的一方應(yīng)說一段就聽一下對方的反應(yīng)，因?yàn)椋赡芫€路

16、已斷可能線路已斷表示層（presentation layer） 表示層關(guān)心的是語法和語義 對相關(guān)的數(shù)據(jù)的描述采用抽象的定義，如浮點(diǎn)數(shù)都用科學(xué)表示法相關(guān)數(shù)據(jù)的表示法轉(zhuǎn)換 抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換應(yīng)用層（application layer） 包括所有應(yīng)用方面的協(xié)議 如：全屏幕功能，不同的終端其控制字符不盡相同，應(yīng)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，通常定義一個(gè)網(wǎng)絡(luò)虛擬終端 不同系統(tǒng)之間的文件傳輸?shù)姆绞讲煌?，但表示的形式必須一?OSI模型的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議發(fā)送進(jìn)程發(fā)送進(jìn)程實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸路徑實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸路徑應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層接收進(jìn)程接收進(jìn)程N(yùn)H數(shù)據(jù)PH數(shù)據(jù)SH數(shù)據(jù)TH數(shù)

17、據(jù)AH 數(shù)據(jù)bitsDH數(shù)據(jù)DT應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層舉例：某人給他的朋友寫一封信郵郵政政袋袋箱箱 信信信信封封郵郵政政信信袋袋應(yīng)用層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)參考模型 ISO/OSI參考模型 TCP/IP參考模型 本課程的網(wǎng)絡(luò)模型TCP/IP參考模型OSITCP/IP在模型中在模型中不存在不存在7654321應(yīng)用表示會話傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路物理應(yīng)用傳輸互聯(lián)網(wǎng)主機(jī)至網(wǎng)絡(luò)TCP/IP參考模型參考模型互聯(lián)網(wǎng)層（internet layer） 這里的互聯(lián)網(wǎng)是基于無連接的分組交換網(wǎng)絡(luò) 互聯(lián)網(wǎng)層定義了正式的分組格式和協(xié)議，即IP協(xié)議（in

18、ternet protocol），每個(gè)IP包的路由問題是互聯(lián)網(wǎng)層要解決的問題 互聯(lián)網(wǎng)層與OSI中的網(wǎng)絡(luò)層相對應(yīng)一個(gè)報(bào)文的各個(gè)不同的分組（稱為一個(gè)報(bào)文的各個(gè)不同的分組（稱為IP包），包），可以通過不同的路徑到達(dá)目的地，其到達(dá)順可以通過不同的路徑到達(dá)目的地，其到達(dá)順序與發(fā)送順序可能不一致序與發(fā)送順序可能不一致傳輸層（transport layer） 位于互聯(lián)網(wǎng)層的上層，與OSI中的傳輸層相對應(yīng) 其功能是使源端和目的端主機(jī)的對等實(shí)體進(jìn)行對話 定義了兩個(gè)端到端的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCP（transmission control protocol）用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP（user datagram protocol） 應(yīng)用層（application layer） TCP/IP模型的應(yīng)用層包括所有的高層協(xié)議 （實(shí)際上，OSI模型中的會話層和表示層在很多應(yīng)用中是沒用