計算機網(wǎng)絡(luò)教學課件-第1章 概論

1、College of Electric & Information Engineering,Hunan University2021計 算 機 網(wǎng) 絡(luò)導(dǎo) 論 計算機網(wǎng)絡(luò)課程的特點 課程的根本內(nèi)容 學習要求 主要參考書一、計算機網(wǎng)絡(luò)課程的特點1.計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用21世紀世界經(jīng)濟正在從工業(yè)經(jīng)濟向知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)變，知識經(jīng)濟中的兩個重要特征是：信息化和全球化；支撐信息化和全球化的根底是通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)主要指“三網(wǎng)：電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)，而計算機網(wǎng)絡(luò)起到核心作用； 計算機網(wǎng)絡(luò)是當今信息學科中開展最為迅速的技術(shù)之一，也是空前活潑的一個領(lǐng)域；計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展與應(yīng)用已成為影響一個

2、國家與地區(qū)政治、經(jīng)濟、軍事、科學與文化開展的重要因素之一。2、計算機網(wǎng)絡(luò)為什么會對社會產(chǎn)生如此重大的影響計算機網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)充分表達了人類社會的本質(zhì)特征；社會學家指出：人類社會的生活方式與勞動方式從根本上說是具有群體性、交互性、分布性與協(xié)作性的；計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用大大地縮短人與人之間的時間與空間距離，進一步擴大了人類社會群體之間的交互與協(xié)作范圍；計算機網(wǎng)絡(luò)正在改變著人們的工作、生活與思維方式；人們必須接受與習慣在計算機網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的工作與生活；計算機網(wǎng)絡(luò)對社會的進步、經(jīng)濟的開展、生活的方便等方面均產(chǎn)生了不可估量的影響；以Internet為代表的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)和高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展到了一個更

3、高的階段；基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)覆蓋社會各個領(lǐng)域：如電子政務(wù)、電子商務(wù)、遠程教育、遠程醫(yī)療與信息平安技術(shù)正在以前所未有的速度開展；我國信息技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)的開展，需要大批掌握計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的人才；3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是多學科交叉的產(chǎn)物，也是一門根底性課程計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相互滲透、密切結(jié)合而形成的一門交叉科學；計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為廣闊學生學習的一門重要課程，也是從事計算機應(yīng)用、通信工程、電子信息工程、信息技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的研究、應(yīng)用的專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該掌握的重要的根底知識。 計算機網(wǎng)絡(luò)教學已經(jīng)成為電子信息工程專業(yè)學生學習的一門根底性的課程。4.網(wǎng)絡(luò)課程教學的特點及對學生的要求特點：網(wǎng)絡(luò)

4、技術(shù)經(jīng)過幾十年的開展，已經(jīng)形成了自身比較完善的體系；目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開展十分迅速，應(yīng)用廣泛，知識更新快；要求：理解網(wǎng)絡(luò)的最根本工作原理，掌握處理網(wǎng)絡(luò)問題的根本方法;面對不斷變化的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有跟蹤、繼續(xù)學習的根底與能力。二、課程的根本內(nèi)容第1章：計算機網(wǎng)絡(luò)概論第2章：物理層第3章：數(shù)據(jù)鏈路層第4章：局域網(wǎng) 第5章：廣域網(wǎng) 第6章：網(wǎng)絡(luò)互連第7章：傳輸層第8章：應(yīng)用層協(xié)議本課程的組織根本遵循分層模型，但不拘泥于分層結(jié)構(gòu)模型；以Internet技術(shù)與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主線，參加網(wǎng)絡(luò)開展的最新內(nèi)容；三、與其他課程的關(guān)系前期準備課程：計算機組成原理程序設(shè)計語言微機接口技術(shù)計算機操作系統(tǒng)四、主要參考文獻謝希仁.

5、 計算機網(wǎng)絡(luò)第四版. 北京：電子工業(yè)出版社，2003年王利、張玉祥、楊良懷. 計算機網(wǎng)絡(luò)實用教程. 北京：清華大學出版社， 2000年竹下隆史日. TCP/IP綜合根底篇. 北京：科學出版社，2003年Andrew S Tanenbaum. Computer NetworksFourth Edition. Prentice-Hall Inc.，2003年第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概論 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與開展1.1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的形成 人類相互通信的開展歷史非常悠久，從手勢、眼神、語言、烽火、驛站、旗語等都是交換信息的方式。真正的電通信始于1838年莫爾斯創(chuàng)造的電報機，開創(chuàng)了人類進行電氣通信的新時代；1

6、876年貝爾創(chuàng)造 、1894年馬可尼創(chuàng)造無線電通信都是電通信的里程碑事件。1946年世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC在美國誕生時，計算機技術(shù)與通信技術(shù)并沒有直接的聯(lián)系。但為了使很多人能同時使用一臺計算機，早期出現(xiàn)了以批處理(batch processing)方式運行的計算機。20世紀60年代出現(xiàn)了一臺計算機連接多臺終端的分時系統(tǒng)(time sharing system)。1969年RS-232-C計算機串口通信標準的實行,計算機與計算機之間開始進行通信。該標準規(guī)定一次傳輸8比特的字符，并通過時間間隔分開。串行線路通信的距離與速率都是受到限制的。20世紀60年末開始，出現(xiàn)了多臺計算機互連的需

7、求，提出存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換技術(shù)。用戶希望通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源共享的目的開始實現(xiàn)，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開展呈現(xiàn)百花齊放的局面。 第一階段是由單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互連網(wǎng)開展的過程。1969年11月實驗性的ARPANET開通，當時的ARPANET只有四個結(jié)點，這些結(jié)點分布在美國的四所大學。這只是一個單個的分組交換網(wǎng)，所有要連接在ARPANET上的主機都直接與就近的交換結(jié)點機相連；1975年，ARPANET已經(jīng)連入了100多臺主機，并且結(jié)束了網(wǎng)絡(luò)實驗階段，移交美國國防部國防通信局正式運行，并開始了第二代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計工作；這階段研究的重點是網(wǎng)絡(luò)互連問題，網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)研究的深入導(dǎo)致了TCP/IP協(xié)議的

8、出現(xiàn)與開展；1.1.2 Internet的應(yīng)用與普及1983年TCP/IP 成為ARPANET上的標準協(xié)議；1984年ARPANET上的主機已經(jīng)超過1000臺；同時，美國國防部國防通信局將ARPANET 分成兩個獨立的局部，一局部仍叫做ARPANET，用于進一步的研究工作；另一局部是軍用計算機網(wǎng)絡(luò)MILNET，用于軍方的非機密通信；在1983-1984年間，因特網(wǎng)形成；1990年，ARPANET正式宣布關(guān)閉。第二階段的特點是形成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。70年代后期，美國國家科學基金會(NSF，National Science Foundation)認識到了ARPANET對大學研究工作的重大影響。但

9、是，不是所有大學都有這樣的時機，一個大學要進入ARPANET 必須與美國國防部有合作研究工程。為了使更多的大學能夠共享ARPANET的資源，NSF方案建設(shè)一個虛擬網(wǎng)絡(luò)CSNET；1985年起，NSF就圍繞6個大型計算機中心建設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)；1986年NSF建立了NSFNET；它是一個三級計算機網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)，覆蓋了全美主要的大學和研究所；三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)最初，NSFNET的主干速率僅為56Kb/s，1989年，提高到，成為因特網(wǎng)的主要局部；1991年，世界上許多公司紛紛介入因特網(wǎng)，由于容量問題，美國政府決定將因特網(wǎng)交給私人公司經(jīng)營，并開始收費；1992年，因特網(wǎng)主機超過1百萬臺

10、；1993年，因特網(wǎng)主干速率提高到45Mb/s；不久，三級結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)又演進到多級結(jié)構(gòu)。第三階段的多級結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)。1993年開始NSFNET逐漸被商用因特網(wǎng)主干替代，這種主干也叫做效勞提供者網(wǎng)絡(luò)service provider network，任何人只要向因特網(wǎng)效勞提供商ISP交納規(guī)定的費用就可以通過該ISP接入到因特網(wǎng)；1994年開始創(chuàng)立了4個網(wǎng)絡(luò)接入點NAP ( Network Access Point )，由四個電信公司經(jīng)營，不同的ISP就通過NAP互通；到本世紀初，美國的NAP數(shù)量已到達十幾個；到現(xiàn)在，因特網(wǎng)逐漸演變成多級機構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。NAP是最高級接入點，它主要向不同的ISP提供交換設(shè)施，

11、使他們能通信；1996年建成速率為155Mb/s的主干網(wǎng)vBNS；1998年又開始建造更快的主干網(wǎng)Abilene，速率達；1999年，因特網(wǎng)上注冊的主機超過1千萬臺。因特網(wǎng)大致可分為五個接入級，上圖說明了這樣的概念，如果主機A要通過因特網(wǎng)和主B進行通信，那么它們有可能要通過許多大大小小的ISP以及NAP。Internet的迅猛開展始于20世紀90年代。1989年，歐洲粒子物理實驗室開發(fā)成功WWW。為INTERNT上交換超文本的多媒體信息奠定了根底。93年美國伊利諾依大學國家超級計算中心成功開發(fā)了瀏覽工具Mosaic，進而開展為瀏覽器Netscape，后又出現(xiàn)IE，與WEB效勞器相結(jié)合，形成了I

12、NTERNET上信息收集、存儲、加工、傳播網(wǎng)，更加推動了INTERNET開展。Internet2和NGI等的研究開發(fā)為未來的互聯(lián)網(wǎng)打根底；與第一代互聯(lián)網(wǎng)相比，下一代互聯(lián)網(wǎng)更快、更大、更平安、更及時、更方便。1.1.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標準化工作1、因特網(wǎng)的管理機構(gòu)2、因特網(wǎng)標準-以RFC的形式在因特網(wǎng)上發(fā)表各種RFC之間的關(guān)系1.1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的開展1989年11月，我國第一個公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運行，在此根底上，1993年9月建成新的中國公用分組交換網(wǎng)。在20世紀80年代后期，公安、銀行、軍隊以及其他一些部門也相繼建立了各自的專用計算機廣域網(wǎng)。自20世紀90年代起，我國陸續(xù)建造

13、了基于因特網(wǎng)技術(shù)的、可以和因特網(wǎng)互連的9個全國范圍的公用計算機網(wǎng)絡(luò)。進入21世紀，基于因特網(wǎng)技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò)開展非?？?，幾乎每月都有新的進展。中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET中國金橋信息網(wǎng)CHINAGBN中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET中國科學技術(shù)網(wǎng)CSTNET中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET中國網(wǎng)通CNCNET中國國際經(jīng)濟貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET 計算機網(wǎng)絡(luò)的定義與分類 1.2.1 計算機網(wǎng)絡(luò)定義的根本內(nèi)容計算機網(wǎng)絡(luò)的精確定義并未統(tǒng)一。關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò)的最簡單的定義是TANE96：一些互相連接的、自治的計算機的集合。最簡單的計算機網(wǎng)絡(luò)就只有兩臺

14、計算機和連接它們的一條鏈路。最復(fù)雜的計算機網(wǎng)絡(luò)就是因特網(wǎng)。它由非常多的計算機網(wǎng)絡(luò)通過許多路由器互連而成。因此因特網(wǎng)也稱為“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)(network of networks)。計算機通信與數(shù)據(jù)通信計算機通信與數(shù)據(jù)通信可混用。計算機網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)(distributed system)在分布式系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)中的各計算機對用戶都是透明的。而在計算機網(wǎng)絡(luò)中那么不同,具有自治功能。從效果上看，分布系統(tǒng)是建立于網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。它具有高度的整體性和透明性。兩者的區(qū)別更多取決于軟件尤其是操作系統(tǒng)而不是硬件。1.2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的幾種不同分類方法 1從網(wǎng)絡(luò)的交換功能進行分類 電路交換報文交換分組交換

15、 混合交換 2從網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)進行分類 總線網(wǎng)絡(luò)星形網(wǎng)絡(luò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)星形總線型環(huán)型網(wǎng)狀3從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類 局域網(wǎng)LAN (Local Area Network)城域網(wǎng)MAN (Metropolitan Area Network) 廣域網(wǎng)WAN (Wide Area Network) 接入網(wǎng)AN (Access Network)4從網(wǎng)絡(luò)的使用范圍進行分類 公用網(wǎng)(public network) 專用網(wǎng)(private network)5. 按傳輸技術(shù)分類播送式網(wǎng)絡(luò):播送式的網(wǎng)絡(luò)具有一條由網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備共享的傳輸信道。網(wǎng)絡(luò)中任何一個設(shè)備均可接收信道中傳送的所有數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過地址域中

16、的信息決定是否處理收到的數(shù)據(jù)包。點到點網(wǎng)絡(luò):點到點網(wǎng)絡(luò)由多個設(shè)備間單獨互聯(lián)的連接組成，源節(jié)點與終節(jié)點之間往往要經(jīng)過多個中間節(jié)點，路由算法在點到點方式的網(wǎng)絡(luò)中起重要作用。 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成與結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)要完成數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)通信兩大根本功能。它的邏輯組成：分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩個局部： 資源子網(wǎng)負責數(shù)據(jù)處理的主計算機與終端； 通信子網(wǎng)負責數(shù)據(jù)通信處理的通信控制處理機與通信線路。 資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩個局部的結(jié)構(gòu)示意圖 1.3.1 資源子網(wǎng)的概念資源子網(wǎng)的組成 主機 終端 終端控制器 外設(shè) 軟件資源 信息資源主機host 大型機、中型機、小型機、工作站或微機 終端terminal 用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的

17、界面; 終端可以是簡單的輸入、輸出終端，也可以是帶有微處理機的智能終端; 終端可以通過主機連入網(wǎng)內(nèi)，也可以通過終端控制器、報文分組組裝與拆卸裝置或通信控制處理機連入網(wǎng)內(nèi)。1.3.2 通信子網(wǎng)的概念 通信子網(wǎng)由通信控制處理機、通信線路與其他通信設(shè)備組成，完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)等通信處理任務(wù)；通信控制處理機在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中被稱為網(wǎng)絡(luò)結(jié)點；通信控制處理機作為與資源子網(wǎng)的主機、終端的連接的接口，將主機和終端連入網(wǎng)內(nèi)；通信控制處理機作為通信子網(wǎng)中的分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點，完成分組的接收、校驗、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)等功能；早期的ARPANET中，承擔通信控制處理機功能的設(shè)備是接口報文處理機interface messag

18、e processor，IMP。 1.3.3 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化隨著微型計算機的廣泛應(yīng)用，大量的微型計算機是通過局域網(wǎng)連入廣域網(wǎng)，而局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)、廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連是通過路由器實現(xiàn)的；在Internet中，用戶計算機需要通過校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或ISP聯(lián)入地區(qū)主干網(wǎng)，地區(qū)主干網(wǎng)通過國家主干網(wǎng)聯(lián)入國家間的高速主干網(wǎng)，這樣就形成一種由路由器互聯(lián)的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 由路由器互聯(lián)的大型、層次結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)示意圖1.4.1 交換的意義在用戶之間通信采用兩兩簡單互連。如果有n個用戶，那么需要n(n-1)/2根 線互連。隨著用戶數(shù)的增加，布線數(shù)目呈幾何級數(shù)增長,兩兩互連方式無法滿足用戶急速增長的需求

19、，導(dǎo)致交換技術(shù)的出現(xiàn)。通過交換大大簡化了網(wǎng)絡(luò)。1.4 交換技術(shù)的根本概念1.n1.m由于用戶分布在不同區(qū)域,將不同區(qū)域用戶匯接到端局交換機， 形成了多端局交換機網(wǎng)絡(luò)，交換機之間有多條線路互連。1.n1.m交換技術(shù)的產(chǎn)生后，形成了多種交換技術(shù)，主要有電路交換、報文交換和分組交換。1.4.2 電路交換一百多年來， 交換機雖然經(jīng)過屢次更新?lián)Q代，但交換的方式一直都是電路交換。電路交換示意圖 電路交換的實質(zhì)是基于位置的，在交換設(shè)備內(nèi)部，硬件開關(guān)將輸入線和輸出線直接連通。對于已數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)，就是在某一位置的比特經(jīng)交換后變更到另一位置上。 電路交換的外部表現(xiàn)是通信兩端一旦接通，便擁有一條實際的物理線路，雙方

20、獨占此線路。特點面向連接的(connection-oriented) 經(jīng)過“建立連接通信釋放連接三個步驟的連網(wǎng)方式 。電路交換必定是面向連接的。但面向連接的卻不一定是電路交換，因為分組交換也可以使用面向連接的方式(如廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)和ATM網(wǎng)絡(luò))。優(yōu)點線路獨享，一旦線路連通，便不會發(fā)生沖突；傳輸延遲少，一旦建立連接，便不再需要交換開銷。缺點建立線路連接所需時間很長；通信線路中斷，語音中斷，需重新?lián)芴?。不適合傳送計算機數(shù)據(jù)語音信號連續(xù)的模擬信號；計算機數(shù)據(jù)突發(fā)性的數(shù)字信號； 如果用 線路來傳送計算機數(shù)據(jù)，其線路的傳輸效率往往很低。信道利用率1%；昂貴而浪費。1.4.3 報文交換 特點報文傳送指發(fā)送方

21、把數(shù)據(jù)作為一個整體message來傳送。報文交換的概念的提出始于上世紀40年代，電報通信采用此方式。無連接(connectionless) 指在傳送數(shù)據(jù)之前不先建立連接而隨時可發(fā)送數(shù)據(jù)。存儲轉(zhuǎn)發(fā)stored and forwarded) ：當交換設(shè)備收到報文后，首先把報文存儲起來，然后在適當?shù)臅r候，通過一條適宜的輸出線再將報文傳送出去。存儲轉(zhuǎn)發(fā)的概念提出始于上世紀60年代。對報文大小不加限制，中間節(jié)點必須有較大容量的硬盤等存儲器。時延大：大報文傳輸時,可能占用中間節(jié)點線路長達幾分鐘,明顯增加傳輸時延,不適合于交互式通信。有關(guān)概念分組交換的提出受電報通信的啟發(fā)，軍方的需求推動了分組交換網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)

22、。報文(message)-將發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱為一個報文。分組(packet)-通常在發(fā)送報文前，先將較長的報文劃分成一個個更小的等長數(shù)據(jù)段，在每一個數(shù)據(jù)段前面，加上一些必要的控制信息組成的首部(header)后，就構(gòu)成了一個分組。分組又稱為“包，而分組的首部也可稱為“包頭。1.4.4 分組交換分組的概念正是由于分組的首部包含了諸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一個分組才能在分組交換網(wǎng)中獨立地選擇路由。因此，分組交換的特征是基于標記(label-based)。特點分組傳送無連接的(connectionless) 存儲轉(zhuǎn)發(fā)stored and forwarded) 結(jié)點交換機處理分組時，先將收

23、到的分組放入緩存，再查找轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)表中寫有到何目的地址應(yīng)從何端口轉(zhuǎn)發(fā)的信息) ，然后由交換機構(gòu)從緩存中將該分組取出，傳遞給適當?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。 分組交換網(wǎng)： 由假設(shè)干個結(jié)點交換機(node switch)和連接這些交換機的鏈路組成。每一結(jié)點交換機都有兩組端口。H1H6是可進行通信的計算機，稱為主機host分組交換網(wǎng)示意圖數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)分組交換 在發(fā)送端把要發(fā)送的報文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊 每個塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組包 依次把各分組發(fā)送到接收端 接收端剝?nèi)ナ撞?，抽出?shù)據(jù)局部，復(fù)原成報文數(shù) 據(jù)分組11010011101 00101001110報文發(fā)送端首部分組數(shù) 據(jù)首部分組首部數(shù) 據(jù)發(fā)送

24、發(fā)送發(fā)送在前發(fā)送接收端數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部 00101001110分組從 A 傳送到 B 的過程網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器 查找路由表目 的 地 下一跳這就是基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換缺點：產(chǎn)生時延(delay):分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時要排隊。增加開銷overhead)：每個數(shù)據(jù)分組需獨立尋徑。P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4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P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點比特流直達終點報

25、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)1.4.5 三種交換技術(shù)的比較1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標1.5.1 帶寬對模擬通信：是指信號所包含的頻率成分的范圍，或信道可通過的頻率范圍，單位是Hz 、kHz、MHz、GHz、 THz等。對于數(shù)字信道：是指在信道上(或一段鏈路上)可通過的最高數(shù)據(jù)率，單位就是bit/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s等。有時也稱為吞吐量。帶寬f1 f2 頻率時間帶寬（即數(shù)據(jù)率）為xxMb/s計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬 計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特。描述帶寬也常常把“比特/秒省略。 例如，帶寬是 10 M，實際上是10 Mb

26、/s。1.5.2 時延 時延(delay或latency)是指一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)(或一條鏈路)的一端傳送到另一端所需的時間。時延是由以下幾個不同的局部組成的。1傳播時延 傳播時延是電磁波在信道中傳播所需要的時間。傳播時延的計算公式是： 傳播時延 = 信道長度 電磁波在信道上的傳播速率2發(fā)送時延發(fā)送時延是發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時間。發(fā)送時延的計算公式是：發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)塊長度 信道帶寬(傳輸速率3排隊時延這是數(shù)據(jù)在交換結(jié)點等候發(fā)送在緩存的隊列中排隊所經(jīng)歷的時延。主要取決于網(wǎng)絡(luò)中當時的通信量。 數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是以上三種時延之和：總時延 = 傳播時延 + 發(fā)送時延 + 排隊時延 總時延中哪種占

27、主導(dǎo)地位需具體分析 例1：一個100MB的數(shù)據(jù)塊，在帶寬1Mbit/s的光纖信道上傳送到1000km外的計算機上，假定不考慮排隊時延。發(fā)送時延=100102410248106=838.9s14min傳播時延=10002105=510-3s=5ms 例2：一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，在帶寬1Mbit/s的光纖信道上傳送到1000km外的計算機上，假定不考慮排隊時延。發(fā)送時延=8106=810-6s=8s傳播時延=10002105=510-3s=5ms三種時延產(chǎn)生的地方不同什么是寬帶？ 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，并沒有絕對的標準。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

28、個兆比特就可以算是寬帶速率。對寬帶傳輸?shù)腻e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?。對于這種比喻一定要謹慎對待。1.5.3 寬帶常見的錯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/秒計算機向網(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：計算機向網(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誤的概念：ABAB寬帶線路窄帶線路寬帶線路：每秒有更多比特從計算機注入到線路。寬帶線路和窄

29、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：車距縮短另一種錯誤概念“寬帶相當于“多車道多車道公路是并行傳輸通信線路上通常都是串行傳輸1.5.4 時延帶寬積和往返時延 傳播時延帶寬積=(傳播時延)(帶寬)。 表示鏈路所容納的比特數(shù) 鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。 時延帶寬積=(總時延)(帶寬) 往返時延RTT (Round-Trip Time) 表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端確實認，總共經(jīng)歷的時延。 如發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時，表示在收到對方確實認之前就已經(jīng)將這么多的比特發(fā)送到鏈路上了。1.6 協(xié)議與

30、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.6.1 協(xié)議的概念協(xié)議原為外交辭令，據(jù)說是為了在國與國之間進行順利交流而規(guī)定的約束事項(規(guī)那么)。我們平時進行交流時都要遵循一定的規(guī)那么:在法庭，雙方必須按照一定的次序輪流發(fā)言；開車時，轉(zhuǎn)彎必須打出信號來通知周圍的車輛；駕駛飛機時，飛行員遵照一種制定得非常詳細的標準來和其他飛機通信，以維護空中的交通；計算機網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議是指為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信而建立的規(guī)那么、標準或約定。計算機通信需要協(xié)議，而且只有通過多個協(xié)議才能完成通信，稱之為協(xié)議簇。協(xié)議的三要素：語法、語義、同步。語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；語義：發(fā)出控制、完成動作、作出響應(yīng)；同步：說明事件實現(xiàn)的順序。1.6.2 體

31、系結(jié)構(gòu)的形成 網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，涉及到許多新概念、新技術(shù)，內(nèi)容廣泛且不太集中。例如：如何保障數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的正確傳輸，可能涉及到相臨節(jié)點或是不相臨節(jié)點間的傳輸，這就要考慮傳輸中遇到的流控問題、擁塞問題、平安問題等，另外不同軟硬件主機、不同物理網(wǎng)絡(luò)的如何相互連接以實現(xiàn)資源共享也需要考慮和解決，可見網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。 解決方法采用層次化結(jié)構(gòu)。每一層實現(xiàn)一種相對獨立的功能，因而可將一個難以處理的復(fù)雜問題分解為假設(shè)干個較小、界限更清晰且更容易解決的問題。 劃分層次的優(yōu)越性各層間靈活性；獨立性好；結(jié)構(gòu)上可分開；易于實現(xiàn)與維護；能促進標準化工作；將網(wǎng)絡(luò)部件標準化，有利于模

32、塊化設(shè)計，保證不同類型部件的互操作性，加快了技術(shù)開展的速度，簡化了教育和學習。 體系結(jié)構(gòu)：計算機網(wǎng)絡(luò)中各層及其協(xié)議的集合。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，實現(xiàn)才是具體的，是真正運行的計算機硬件與軟件。 1.6.3 協(xié)議分層的關(guān)鍵性設(shè)計問題 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protocol：不同系統(tǒng)中同一層實體進行通信的規(guī)那么的集合，協(xié)議是水平方向的。效勞Service：在同一系統(tǒng)中下層實體能夠能夠向上層所提供的效勞，效勞是垂直方向。效勞訪問點Service Access Point：在同一系統(tǒng)中相鄰兩層實體實間交換信息的地方。效勞原語：在同一系統(tǒng)中相鄰兩層按效勞原語的方式交換

33、信息。有4種類型：請求、指示、響應(yīng)、證實。效勞數(shù)據(jù)單元SDU)：層與層之間交換數(shù)據(jù)的單位。1.6.4 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議標準化的研究最初ARPANET設(shè)計時即提出了分層的方法；1974年IBM公司按分層方法制定了著名的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA)；一些大的計算機公司紛紛提出了各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；為了解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，國際標準化組織ISO成立專門委員會研究網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議國際標準化問題；ISO正式制訂了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM)，制定了一系列的協(xié)議標準。 1.6.5 OSI/RM體系結(jié)構(gòu)模型 7層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層，表示層，會話層，運輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層，物理層 ；第一、二、三層

34、為網(wǎng)絡(luò)支持層；處理一個設(shè)備到另一個設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢矸矫鎲栴}如電特性、物理連接、物理尋址、傳輸時序及可靠性。第五、六、七層為用戶支持層；允許不相關(guān)軟件系統(tǒng)間的相互操作。第四層，即傳輸層，將這兩個功能組連接起來，并保證下層傳輸來的數(shù)據(jù)以上層能識別的形式傳送級上一層使用。 . 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 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 對等協(xié)議第7層 對等協(xié)議第6層 對等協(xié)議第5層對等協(xié)議第4層3332221117-6接口 6-5接口 6-5接口 7-6接口 2-1接口 3-2接口 4-3接口 5-4接口 4-3接口 3-2接口 2-1接口 5-4接口 OSI高層通常通過軟件實現(xiàn)，而低層通常是硬件和軟件的復(fù)合體，物理層通常由硬件組成。OSI層次的整體結(jié)構(gòu)中，整個過程從第七層開始，然后一層一層向下移動，在每一層報文頭信息被加到數(shù)據(jù)中，在第二層，同時還加上尾部信息，當格式化的數(shù)據(jù)單元經(jīng)過物理層時，它被轉(zhuǎn)換為電磁信號并在物理鏈路上傳輸。到達目的地，信號