計算機網(wǎng)絡-謝希仁-第五版-第六版-第7版-多媒體課件ppt-全部9章

第

1

章概述第

1

章概述1.1計算機網(wǎng)絡在信息時代中的作用1.2互聯(lián)網(wǎng)概述1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展1.5計算機網(wǎng)絡的類別1.6計算機網(wǎng)絡的性能1.7計算機網(wǎng)絡的體系結構1.1

計算機網(wǎng)絡在信息時代中的作用21世紀的一些重要特征是數(shù)字化、網(wǎng)絡化和信息化，它是一個以網(wǎng)絡為核心的信息時代。網(wǎng)絡現(xiàn)在已經(jīng)成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎。大眾熟悉的三大類網(wǎng)絡有：電信網(wǎng)絡：提供電話、電報及傳真等服務；有線電視網(wǎng)絡：向用戶傳送各種電視節(jié)目；計算機網(wǎng)絡：使用戶能在計算機之間傳送數(shù)據(jù)文件；發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡。1.1

計算機網(wǎng)絡在信息時代中的作用隨著技術的發(fā)展，網(wǎng)絡技術相互融合：電信網(wǎng)絡和有線電視網(wǎng)絡都逐漸融入了現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術，擴大了原有的服務范圍；計算機網(wǎng)絡也能夠向用戶提供電話通信、視頻通信以及傳送視頻節(jié)目的服務。從理論上講，可以把上述三種網(wǎng)絡融合成一種網(wǎng)絡就能夠提供所有的上述服務，這就是很早以前就提出來的“三網(wǎng)融合”。但實現(xiàn)融合并不簡單，因為這涉及到各方面的經(jīng)濟利益和行政管轄權的問題。Internet發(fā)展自從20世紀90年代以后，以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡得到了飛速的發(fā)展。已從最初的教育科研網(wǎng)絡（免費）逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡（有償使用）。已成為全球最大的和最重要的計算機網(wǎng)絡。是人類自印刷術發(fā)明以來人類在存儲和交換信息領域中的最大變革。Internet中文譯名Internet的中文譯名并不統(tǒng)一?，F(xiàn)有的Internet譯名有兩種：因特網(wǎng)，這個譯名是全國科學技術名詞審定委員會推薦的，但卻長期未得到推廣；互聯(lián)網(wǎng)，這是目前流行最廣的、事實上的標準譯名?，F(xiàn)在我國的各種報刊雜志、政府文件以及電視節(jié)目中都毫無例外地使用這個譯名。該譯名能夠體現(xiàn)出

Internet最主要的特征：由數(shù)量極大的各種計算機網(wǎng)絡互連起來的?；ミB網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)不同的網(wǎng)絡?；ミB網(wǎng)：指在局部范圍互連起來的計算機網(wǎng)絡。互聯(lián)網(wǎng)：指當今世界上最大的計算機網(wǎng)絡Internet?！熬W(wǎng)”與互聯(lián)網(wǎng)有時，往往使用更加簡潔的方式表示互聯(lián)網(wǎng)，這就是只用一個“網(wǎng)”字。例如：“上網(wǎng)”就是表示使用某個電子設備連接到互聯(lián)網(wǎng)，而不是連接到其他的網(wǎng)絡上。網(wǎng)民、網(wǎng)吧、網(wǎng)銀（網(wǎng)上銀行）、網(wǎng)購（網(wǎng)上購物）等。這里的“網(wǎng)”，一般都不是指電信網(wǎng)或有線電視網(wǎng)，而是指當今世界上最大的計算機網(wǎng)絡Internet——互聯(lián)網(wǎng)。什么是互聯(lián)網(wǎng)？互聯(lián)網(wǎng)是由數(shù)量極大的各種計算機網(wǎng)絡互連起來而形成的網(wǎng)絡?？梢詮膬煞N不同的方面來認識互聯(lián)網(wǎng)：互聯(lián)網(wǎng)應用互聯(lián)網(wǎng)工作原理與特點互聯(lián)網(wǎng)應用絕大多數(shù)人通過使用互聯(lián)網(wǎng)而認識了互聯(lián)網(wǎng)。上網(wǎng)玩游戲看網(wǎng)上視頻和朋友在微信上聊天在互聯(lián)網(wǎng)上搜索和查閱各種信息利用互聯(lián)網(wǎng)的電子郵件相互通信（包括傳送各種照片和視頻文件）互聯(lián)網(wǎng)上購買各種物品在互聯(lián)網(wǎng)上購買機票或火車票在互聯(lián)網(wǎng)上預訂酒店利用互聯(lián)網(wǎng)進行轉(zhuǎn)賬或買賣股票等交易……互聯(lián)網(wǎng)的兩個重要特點互聯(lián)網(wǎng)之所以能夠向用戶提供許多服務，是因為互聯(lián)網(wǎng)具有兩個重要基本特點：連通性(connectivity)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息（數(shù)據(jù)，以及各種音頻視頻），好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。注意，互聯(lián)網(wǎng)具有虛擬的特點，無法準確知道對方是誰，也無法知道對方的位置。共享(Sharing)指資源共享。資源共享的含義是多方面的。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。由于網(wǎng)絡的存在，這些資源好像就在用戶身邊一樣，方便使用?；ヂ?lián)網(wǎng)在生活中的地位現(xiàn)在人們的生活、工作、學習和交往都已離不開互聯(lián)網(wǎng)?；ヂ?lián)網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會最為重要的基礎設施。同時，互聯(lián)網(wǎng)也使人們的生活方式發(fā)生了重大的變化。互聯(lián)網(wǎng)+指“互聯(lián)網(wǎng)+各個傳統(tǒng)行業(yè)”。利用信息通信技術以及互聯(lián)網(wǎng)平臺，讓互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)進行深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。特點：把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟社會各領域之中，從而大大地提升了實體經(jīng)濟的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力?；ヂ?lián)網(wǎng)負面影響互聯(lián)網(wǎng)也給人們帶來了一些負面影響，例如：利用互聯(lián)網(wǎng)傳播計算機病毒利用互聯(lián)網(wǎng)竊取國家機密和盜竊銀行或儲戶的錢財網(wǎng)上欺詐在網(wǎng)上肆意散布謠言、不良信息和播放不健康的視頻節(jié)目青少年棄學而沉溺于網(wǎng)絡游戲

等因此，必須加強對互聯(lián)網(wǎng)的管理。1.2互聯(lián)網(wǎng)概述1.2.1網(wǎng)絡的網(wǎng)絡1.2.2互聯(lián)網(wǎng)基礎結構發(fā)展的三個階段1.2.3互聯(lián)網(wǎng)的標準化工作1.2.1網(wǎng)絡的網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)(Internet)特指Internet，起源于美國，現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的、覆蓋全球的計算機網(wǎng)絡。計算機網(wǎng)絡(簡稱為網(wǎng)絡)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成?；ミB網(wǎng)(internetwork或internet)可以通過路由器把網(wǎng)絡互連起來，這就構成了一個覆蓋范圍更大的計算機網(wǎng)絡，稱之為互連網(wǎng)?！熬W(wǎng)絡的網(wǎng)絡”(networkofnetworks)。1.2.1網(wǎng)絡的網(wǎng)絡(a)計算機網(wǎng)絡（網(wǎng)絡）結點鏈路(b)互連網(wǎng)（網(wǎng)絡的網(wǎng)絡）網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡

簡單的網(wǎng)絡(a)和

由網(wǎng)絡構成的互連網(wǎng)(b)網(wǎng)絡圖例計算機集線器路由器請注意名詞“結點”在網(wǎng)絡中，node的標準譯名是“結點”而不是“節(jié)點”。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)”。數(shù)據(jù)結構的樹(tree)中的node應當譯為“節(jié)點”。關于“云”當使用一朵“云”來表示網(wǎng)絡時，可能會有兩種不同的情況：云表示的網(wǎng)絡已經(jīng)包含了和網(wǎng)絡相連的計算機。云表示的網(wǎng)絡里面就只剩下許多路由器和連接這些路由器的鏈路，把有關的計算機畫在云的外面。習慣上，與網(wǎng)絡相連的計算機常稱為主機

(host)。主機互連網(wǎng)

互連網(wǎng)與所連接的主機基本概念要清楚網(wǎng)絡把許多計算機連接在一起。互連網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡通過路由器連接在一起。與網(wǎng)絡相連的計算機常稱為主機。互連網(wǎng)（網(wǎng)絡的網(wǎng)絡）網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡主機主機可以是計算機，也可以是智能手機等智能機器。1.2.2互聯(lián)網(wǎng)基礎結構發(fā)展的三個階段第一階段：從單個網(wǎng)絡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，使得所有使用TCP/IP協(xié)議的計算機都能利用互連網(wǎng)相互通信。人們把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時間。1990年，ARPANET正式宣布關閉。internet和Internet的區(qū)別以小寫字母“i”開始的internet（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。以大寫字母“I”開始的的Internet（互聯(lián)網(wǎng)或因特網(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。internet和Internet的區(qū)別任意把幾個計算機網(wǎng)絡互連起來（不管采用什么協(xié)議），并能夠相互通信，這樣構成的是一個互連網(wǎng)(internet)，而不是互聯(lián)網(wǎng)(Internet)。1.2.2互聯(lián)網(wǎng)基礎結構發(fā)展的三個階段第二階段：建成了三級結構的互聯(lián)網(wǎng)。它是一個三級計算機網(wǎng)絡，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。主干網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)1.2.2互聯(lián)網(wǎng)基礎結構發(fā)展的三個階段第三階段：逐漸形成了多層次ISP結構的互聯(lián)網(wǎng)。出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)服務提供者ISP(InternetServiceProvider)。任何機構和個人只要向某個ISP交納規(guī)定的費用，就可從該ISP獲取所需IP地址的使用權，并可通過該ISP接入到互聯(lián)網(wǎng)。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也分成為不同層次的ISP：主干ISP、地區(qū)ISP和

本地ISP。主機A→本地ISP→地區(qū)ISP→主干ISP→地區(qū)ISP→本地ISP→主機B大公司公司本地

ISPAB本地

ISP主干

ISP本地

ISP本地

ISP地區(qū)

ISP主干

ISP主干

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP本地

ISP本地

ISPIXP本地

ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)基于ISP的多層結構的互聯(lián)網(wǎng)的概念示意圖到2016年3月，全球已經(jīng)有226個IXP，分布在172個國家和地區(qū)。但互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展在全世界還很不平衡?；ヂ?lián)網(wǎng)交換點IXP在全球的分布圖（2016年）萬維網(wǎng)WWW的問世互聯(lián)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互聯(lián)網(wǎng)究竟有多大。互聯(lián)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

(WorldWideWeb)被廣泛使用在互聯(lián)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，成為互聯(lián)網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力?；ヂ?lián)網(wǎng)的發(fā)展情況概況從1993年至2016年互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)的增長情況如圖所示。這里的用戶是指在家中上網(wǎng)的人?？梢钥闯觯?005年互聯(lián)網(wǎng)的用戶數(shù)超過了10億，在2010年超過了20億，而在2014年

已接近了30億。1993年至2016年互聯(lián)網(wǎng)用戶的增長情況互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況概況年份網(wǎng)絡數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構數(shù)198010102102100199010310510610120001051071081022005106108109103互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展概況（統(tǒng)計到2005年）1.2.3互聯(lián)網(wǎng)的標準化工作互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會ISOC互聯(lián)網(wǎng)研究指導小組IRSG互聯(lián)網(wǎng)研究部IRTF互聯(lián)網(wǎng)工程部IETF互聯(lián)網(wǎng)工程指導小組IESG…RGWG……RG…領域領域互聯(lián)網(wǎng)體系結構研究委員會IABWGWGWG互聯(lián)網(wǎng)的標準化工作對互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到了非常重要的作用。成為互聯(lián)網(wǎng)正式標準要經(jīng)過三個階段互聯(lián)網(wǎng)草案(InternetDraft)——有效期只有六個月。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?；ヂ?lián)網(wǎng)標準(InternetStandard)——達到正式標準后，每個標準就分配到一個編號STDxx。

一個標準可以和多個RFC文檔關聯(lián)。所有互聯(lián)網(wǎng)標準都以RFC的形式在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表。各種RFC之間的關系互聯(lián)網(wǎng)草案建議標準互聯(lián)網(wǎng)標準歷史的RFC實驗的RFC提供信息的RFC除了建議標準和互聯(lián)網(wǎng)標準這兩種RFC文檔外，還有三種RFC文檔，即歷史的、實驗的和提供信息的RFC文檔。1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成1.3.1互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分1.3.2互聯(lián)網(wǎng)的核心部分1.3互聯(lián)網(wǎng)的組成從互聯(lián)網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為兩大塊：(1)邊緣部分：

由所有連接在互聯(lián)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）?；ヂ?lián)網(wǎng)的核心部分互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分主機網(wǎng)絡路由器互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分與核心部分互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分與核心部分1.3.1互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣的部分就是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)(endsystem)。端系統(tǒng)在功能上可能有很大的差別小的端系統(tǒng)可以是一臺普通個人電腦，具有上網(wǎng)功能的智能手機，甚至是一個很小的網(wǎng)絡攝像頭。大的端系統(tǒng)則可以是一臺非常昂貴的大型計算機。端系統(tǒng)的擁有者可以是個人，也可以是單位（如學校、企業(yè)、政府機關等），當然也可以是某個ISP。端系統(tǒng)之間通信的含義

“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”。簡稱為“計算機之間通信”。端系統(tǒng)之間的兩種通信方式

端系統(tǒng)之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴掌鞣绞剑–/S方式）

即Client/Server方式，簡稱為C/S方式。對等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式，簡稱為P2P方式。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?？蛻簟掌鞣绞剿枋龅氖沁M程之間服務和被服務的關系?？蛻羰欠盏恼埱蠓?，服務器是服務的提供方。服務請求方和服務提供方都要使用網(wǎng)絡核心部分所提供的服務。運行客戶程序網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)絡核心運行服務器程序AB①請求服務②得到服務客戶服務器客戶A向服務器B發(fā)出請求服務，服務器B向客戶A提供服務客戶-服務器工作方式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)。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。客戶與服務器的通信關系建立后，通信可以是雙向的，客戶和服務器都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。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。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。對等連接工作方式可支持大量對等用戶（如上百萬個）同時工作。網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)絡核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序?qū)Φ冗B接工作方式（P2P方式）1.3.2互聯(lián)網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡核心部分是互聯(lián)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)。1.3.2互聯(lián)網(wǎng)的核心部分路由器是實現(xiàn)分組交換(packetswitching)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。為了理解分組交換，首先了解電路交換的基本概念。1.電路交換的主要特點

2部電話機只需要用1對電線直接連接就能夠互相通話。電話機的不同連接方法(a)兩部電話直接相連1.電路交換的主要特點5部電話機兩兩直接相連，需10對電線。電話機的不同連接方法

(b)5部電話機兩兩直接相連

1.電路交換的主要特點N部電話機兩兩直接相連，需N(N–1)/2對電線。這種直接連接方法所需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)量的平方（N2

）成正比。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。…

交換機每一部電話都直接連接到交換機上，而交換機使用交換的方法，讓電話用戶彼此之間可以很方便地通信。

所采用的交換方式就是電路交換(circuitswitching)。電話機的不同連接方法

(c)用交換機連接許多部電話“交換”的含義在這里，“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。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。電路交換特點電路交換必定是面向連接的。電路交換分為三個階段：建立連接：建立一條專用的物理通路，以保證雙方通話時所需的通信資源在通信時不會被其他用戶占用；通信：主叫和被叫雙方就能互相通電話；釋放連接：釋放剛才使用的這條專用的物理通路（釋放剛才占用的所有通信資源）。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

ABCDEF電信網(wǎng)交換機交換機交換機交換機中繼線用戶線用戶線電路交換的用戶始終占用端到端的通信資源電路交換缺點計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。這導致在傳送計算機數(shù)據(jù)時，通信線路的利用率很低（用來傳送數(shù)據(jù)的時間往往不到10%甚至1%）。2.分組交換的主要特點分組交換則采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術。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1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸添加首部構成分組每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構成分組(packet)。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文首部首部首部分組

1分組

2分組

3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”分組交換的傳輸單元分組交換網(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）。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以分組為基本單位在網(wǎng)絡中傳送分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址（諸如目的地址和源地址）等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結點交換機根據(jù)收到的分組首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結點交換機。每個分組在互聯(lián)網(wǎng)中獨立地選擇傳輸路徑。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。收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M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)最后還原成原來的報文最后，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。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文11010001101010101101010111000100110100101.3.2互聯(lián)網(wǎng)的核心部分互聯(lián)網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分?；ヂ?lián)網(wǎng)核心部分中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。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。網(wǎng)絡核心部分H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡主機分組交換的示意圖(a)核心部分的路由器把網(wǎng)絡互連起來網(wǎng)絡核心部分H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC主機分組交換的示意圖(b)核心部分中的網(wǎng)絡可用一條鏈路表示分組交換網(wǎng)的示意圖H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

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。

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)絡發(fā)送分組，從網(wǎng)絡接收分組。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。分組交換的優(yōu)點優(yōu)點所采用的手段高效在分組傳輸?shù)倪^程中動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活為每一個分組獨立地選擇最合適的轉(zhuǎn)發(fā)路由。迅速以分組作為傳送單位，可以不先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組?？煽勘ＷC可靠性的網(wǎng)絡協(xié)議；分布式多路由的分組交換網(wǎng)，使網(wǎng)絡有很好的生存性。分組交換帶來的問題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。

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。

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?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD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)三種交換的比較若要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù)，且其傳送時間遠大于連接建立時間，則電路交換的傳輸速率較快。報文交換和分組交換不需要預先分配傳輸帶寬，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時可提高整個網(wǎng)絡的信道利用率。由于一個分組的長度往往遠小于整個報文的長度，因此分組交換比報文交換的時延小，同時也具有更好的靈活性。1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展1980年，鐵道部開始進行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗。1989年11月，我國第一個公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運行。1994年4月20日，我國用64kbit/s專線正式連入互聯(lián)網(wǎng)，我國被國際上正式承認為接入互聯(lián)網(wǎng)的國家。1994年5月，中國科學院高能物理研究所設立了我國的第一個萬維網(wǎng)服務器。1994年9月中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET正式啟動。1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展到目前為止，我國陸續(xù)建造了基于互聯(lián)網(wǎng)技術的并能夠和互聯(lián)網(wǎng)互連的多個全國范圍的公用計算機網(wǎng)絡，其中規(guī)模最大的就是下面這五個：(1)中國電信互聯(lián)網(wǎng)CHINANET（也就是原來的中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)）(2)中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET(3)中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET(4)中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET(5)中國科學技術網(wǎng)CSTNET1.4計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET(ChinaEducationandResearchNETwork)始建于1994年，是我國第一個IPv4互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)。2004年2月，我國的第一個下一代互聯(lián)網(wǎng)CNGI的主干網(wǎng)CERNET2試驗網(wǎng)正式開通，并提供服務。中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心CNNIC(NetworkInformationCenterofChina)每年兩次公布我國互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況。1.5計算機網(wǎng)絡的類別1.5.1計算機網(wǎng)絡的定義1.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡1.5.1計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的精確定義并未統(tǒng)一。較好的定義：計算機網(wǎng)絡主要是由一些通用的、可編程的硬件互連而成的，而這些硬件并非專門用來實現(xiàn)某一特定目的（例如，傳送數(shù)據(jù)或視頻信號）。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數(shù)據(jù)，并能支持廣泛的和日益增長的應用。1.5.1計算機網(wǎng)絡的定義根據(jù)這個定義：(1)計算機網(wǎng)絡所連接的硬件，并不限于一般的計算機，而是包括了智能手機。(2)計算機網(wǎng)絡并非專門用來傳送數(shù)據(jù)，而是能夠支持很多種的應用（包括今后可能出現(xiàn)的各種應用）。請注意，上述的“可編程的硬件”表明這種硬件一定包含有中央處理機(CPU)。1.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡有多種類別。典型包括：1.從網(wǎng)絡的作用范圍進行分類2.從網(wǎng)絡的使用者進行分類3.用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡1.從網(wǎng)絡的作用范圍進行分類廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)：作用范圍通常為幾十到幾千公里。局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)：作用距離約為5~50公里。城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)：局限在較小的范圍（如1公里左右）。個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)：范圍很小，大約在10米左右若中央處理機之間的距離非常近（如僅1米的數(shù)量級甚至更小些），則一般就稱之為多處理機系統(tǒng)，而不稱它為計算機網(wǎng)絡。2.從網(wǎng)絡的使用者進行分類公用網(wǎng)

(publicnetwork)按規(guī)定交納費用的人都可以使用的網(wǎng)絡。因此也可稱為公眾網(wǎng)。專用網(wǎng)(privatenetwork)為特殊業(yè)務工作的需要而建造的網(wǎng)絡。公用網(wǎng)和專用網(wǎng)都可以傳送多種業(yè)務。如傳送的是計算機數(shù)據(jù)，則分別是公用計算機網(wǎng)絡和專用計算機網(wǎng)絡。3.用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡接入網(wǎng)AN(AccessNetwork)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。接入網(wǎng)是一類比較特殊的計算機網(wǎng)絡，用于將用戶接入互聯(lián)網(wǎng)。接入網(wǎng)本身既不屬于互聯(lián)網(wǎng)的核心部分，也不屬于互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分。接入網(wǎng)是從某個端系統(tǒng)到另一個端系統(tǒng)的路徑中，由這個端系統(tǒng)到第一個路由器（也稱為邊緣路由器）之間的一些物理鏈路所組成的。3.用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡從覆蓋的范圍看，很多接入網(wǎng)還是屬于局域網(wǎng)。從作用上看，接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與互聯(lián)網(wǎng)連接的“橋梁”作用。1.6計算機網(wǎng)絡的性能1.6.1計算機網(wǎng)絡的性能指標1.6.2計算機網(wǎng)絡的非性能特征1.6.1計算機網(wǎng)絡的性能指標計算機網(wǎng)絡的性能一般是指它的幾個重要的性能指標，主要包括：速率帶寬吞吐率時延時延帶寬積往返時間RTT利用率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單位。比特（bit）來源于binarydigit，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。速率是計算機網(wǎng)絡中最重要的一個性能指標，指的是數(shù)據(jù)的傳送速率，它也稱為數(shù)據(jù)率

(datarate)或比特率

(bitrate)。速率的單位是bit/s，或kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。例如41010

bit/s的數(shù)據(jù)率就記為40Gbit/s。速率往往是指額定速率或標稱速率，非實際運行速率。2.帶寬兩種不同意義：“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，其單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。在計算機網(wǎng)絡中，帶寬用來表示網(wǎng)絡中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力。表示在單位時間內(nèi)網(wǎng)絡中的某信道所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。單位是bit/s，即

“比特每秒”。在“帶寬”的上述兩種表述中，前者為頻域稱謂，而后者為時域稱謂，其本質(zhì)是相同的。也就是說，一條通信鏈路的“帶寬”越寬，其所能傳輸?shù)摹白罡邤?shù)據(jù)率”也越高。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。每秒

106

個比特時間1

01

0

111s帶寬為1Mb/s時間每秒

4

106

個比特0.25s帶寬為4Mb/s3.吞吐量吞吐量(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。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。吞吐量受網(wǎng)絡的帶寬或網(wǎng)絡的額定速率的限制。4.時延(delay或latency)時延(delay或latency)是指數(shù)據(jù)（一個報文或分組，甚至比特）從網(wǎng)絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。有時也稱為延遲或遲延。網(wǎng)絡中的時延由以下幾個不同的部分組成：(1)發(fā)送時延(2)傳播時延(3)處理時延(4)排隊時延4.時延(delay或latency)(1)發(fā)送時延也稱為傳輸時延。發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)幀從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。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。發(fā)送時延=數(shù)據(jù)幀長度（bit）發(fā)送速率（bit/s）4.時延(delay或latency)(2)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。發(fā)送時延與傳播時延有本質(zhì)上的不同。信號發(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）信號在信道上的傳播速率（米/秒）4.時延(delay或latency)(3)處理時延主機或路由器在收到分組時，為處理分組（例如分析首部、提取數(shù)據(jù)、差錯檢驗或查找路由）所花費的時間。(4)排隊時延分組在路由器輸入輸出隊列中排隊等待處理所經(jīng)歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡中當時的通信量。4.時延(delay或latency)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中經(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?？倳r延

= 發(fā)送時延

+傳播時延

+處理時延

+排隊時延必須指出，在總時延中，究竟是哪一種時延占主導地位，必須具體分析。四種時延所產(chǎn)生的地方1011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結點

B結點

A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時延(即傳輸時延)在結點A中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)假設從結點A向結點B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路幾種時延產(chǎn)生的地方不一樣容易產(chǎn)生的錯誤概念對于高速網(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。

提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。以下說法是錯誤的：“在高速鏈路（或高帶寬鏈路）上，比特會傳送得更快些”。5.時延帶寬積鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積=傳播時延帶寬只有在代表鏈路的管道都充滿比特時，鏈路才得到了充分利用。鏈路像一條空心管道6.往返時間RTT互聯(lián)網(wǎng)上的信息不僅僅單方向傳輸，而是雙向交互的。因此，有時很需要知道雙向交互一次所需的時間。往返時間表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認，總共經(jīng)歷的時間。在互聯(lián)網(wǎng)中，往返時間還包括各中間結點的處理時延、排隊時延以及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時的發(fā)送時延。當使用衛(wèi)星通信時，往返時間RTT相對較長，是很重要的一個性能指標。7.利用率分為信道利用率和網(wǎng)絡利用率。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)絡利用率則是全網(wǎng)絡的信道利用率的加權平均值。信道利用率并非越高越好。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。時延與網(wǎng)絡利用率的關系根據(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：其中：U是網(wǎng)絡的利用率，數(shù)值在0到1之間。時延

D利用率

U10D0時延急劇增大時延與網(wǎng)絡利用率的關系當信道的利用率增大時，該信道引起的時延迅速增加。1.6.2計算機網(wǎng)絡的非性能特征一些非性能特征也很重要。它們與前面介紹的性能指標有很大的關系。主要包括：費用質(zhì)量標準化可靠性可擴展性和可升級性易于管理和維護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)議的體系結構1.7.4實體、協(xié)議、服務和服務訪問點1.7.5TCP/IP的體系結構1.7.1計算機網(wǎng)絡體系結構的形成計算機網(wǎng)絡是個非常復雜的系統(tǒng)。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?！胺謱印笨蓪嫶蠖鴱碗s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計算機網(wǎng)絡體系結構的形成1974年，美國的IBM公司宣布了系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構SNA

(SystemNetworkArchitecture)。這個著名的網(wǎng)絡標準就是按照分層的方法制定的。不久后，其他一些公司也相繼推出自己公司的具有不同名稱的體系結構。由于網(wǎng)絡體系結構的不同，不同公司的設備很難互相連通。開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM為了使不同體系結構的計算機網(wǎng)絡都能互連，國際標準化組織ISO于1977年成立了專門機構研究該問題。他們提出了一個試圖使各種計算機在世界范圍內(nèi)互連成網(wǎng)的標準框架，即著名的開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM

(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，簡稱為OSI。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。開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMOSI只獲得了一些理論研究的成果，在市場化方面卻失敗了。原因包括：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)的設備無法及時進入市場；OSI的層次劃分也不太合理，有些功能在多個層次中重復出現(xiàn)。

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。非國際標準TCP/IP卻獲得了最廣泛的應用。TCP/IP常被稱為事實上的(defacto)國際標準。1.7.2協(xié)議與劃分層次計算機網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。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）。網(wǎng)絡協(xié)議(networkprotocol)，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。網(wǎng)絡協(xié)議的三個組成要素語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式。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。由此可見，網(wǎng)絡協(xié)議是計算機網(wǎng)絡的不可缺少的組成部分。協(xié)議的兩種形式一種是使用便于人來閱讀和理解的文字描述。另一種是使用讓計算機能夠理解的程序代碼。這兩種不同形式的協(xié)議都必須能夠?qū)W(wǎng)絡上信息交換過程做出精確的解釋。層次式協(xié)議結構ARPANET的研制經(jīng)驗表明，對于非常復雜的計算機網(wǎng)絡協(xié)議，其結構應該是層次式的。劃分層次的概念舉例主機1向主機2通過網(wǎng)絡發(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。確信對方已做好接收和存儲文件的準備。雙方已協(xié)調(diào)好一致的文件格式。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。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再設計一個通信服務模塊文件傳送模塊主機

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再設計一個網(wǎng)絡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模塊通信服務模塊網(wǎng)絡接入模塊網(wǎng)絡接入模塊通信網(wǎng)絡網(wǎng)絡接口網(wǎng)絡接口網(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袷剑瑤淖畲箝L度等。分層的好處與缺點好處各層之間是獨立的。靈活性好。結構上可分割開。易于實現(xiàn)和維護。能促進標準化工作。缺點降低效率。有些功能會在不同的層次中重復出現(xiàn)，因而產(chǎn)生了額外開銷。層數(shù)多少要適當層數(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。各層完成的主要功能①差錯控制：使相應層次對等方的通信更加可靠。②流量控制：發(fā)送端的發(fā)送速率必須使接收端來得及接收，不要太快。③分段和重裝

：發(fā)送端將要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊劃分為更小的單位，在接收端將其還原。④復用和分用：發(fā)送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用。⑤連接建立和釋放：交換數(shù)據(jù)前先建立一條邏輯連接，數(shù)據(jù)傳送結束后釋放連接。計算機網(wǎng)絡的體系結構計算機網(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。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。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。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。1.7.3具有五層協(xié)議的體系結構OSI的七層協(xié)議體系結構的概念清楚，理論也較完整，但它既復雜又不實用。TCP/IP是四層體系結構：應用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。但最下面的網(wǎng)絡接口層并沒有具體內(nèi)容。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)議的體系結構。

1.7.3具有五層協(xié)議的體系結構應用層運輸層網(wǎng)絡層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI的體系結構應用層網(wǎng)絡接口層網(wǎng)際層IP(各種應用層協(xié)議，如DNS,HTTP,SMTP等)運輸層(TCP或UDP)TCP/IP的體系結構(a)(b)(c)運輸層網(wǎng)絡層應用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321五層協(xié)議的體系結構（這一層并沒有具體內(nèi)容）計算機網(wǎng)絡體系結構：(a)OSI的七層協(xié)議；(b)TCP/IP的四層協(xié)議；(c)五層協(xié)議五層協(xié)議的體系結構應用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網(wǎng)絡層(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)5432154321主機

1AP2AP1主機

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PDUPDU(ProtocolDataUnit)：協(xié)議數(shù)據(jù)單元。OSI參考模型把對等層次之間傳送的數(shù)據(jù)單位稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU。主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層PDU再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡層加上網(wǎng)絡層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2IP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)鏈路層幀主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1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主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321物理傳輸媒體主機

1AP2AP1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主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

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)絡層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運輸層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給應用層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝?nèi)ナ撞?，取出應用程序?shù)據(jù)上交給應用進程主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù)！主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用程序數(shù)據(jù)應用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒贸绦驍?shù)據(jù)H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

210100110100101比特流110101110101主機2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

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)絡層H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應用層應用程序數(shù)據(jù)H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝?nèi)脤覲DU首部后把應用程序數(shù)據(jù)交給應用進程主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù)！主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)OSI參考模型把對等層次之間傳送的數(shù)據(jù)單位稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU(ProtocolDataUnit)。這個名詞現(xiàn)已被許多非OSI標準采用。任何兩個同樣的層次把數(shù)據(jù)（即數(shù)據(jù)單元加上控制信息）通過水平虛線直接傳遞給對方。這就是所謂的“對等層”(peerlayers)之間的通信。各層協(xié)議實際上就是在各個對等層之間傳遞數(shù)據(jù)時的各項規(guī)定。1.7.4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。

協(xié)議和服務在概念上是不一樣的協(xié)議的實現(xiàn)保證了能夠向上一層提供服務。本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協(xié)議。即下面的協(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。上層使用服務原語獲得下層所提供的服務。服務訪問點同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱為服務訪問點SAP(ServiceAccessPoint)。服務訪問點SAP是一個抽象的概念，它實際上就是一個邏輯接口。OSI把層與層之間交換的數(shù)據(jù)的單位稱為服務數(shù)據(jù)單元SDU

(ServiceDataUnit)。SDU可以與PDU不一樣，例如，可以是多個SDU合成為一個PDU，也可以是一個SDU劃分為幾個PDU。1.7.4實體、協(xié)議、服務和服務訪問點協(xié)議(n+1)SAPSAP交換原語交換原語實體(n+1)服務提供者第n層第n+1層實體(n+1)服務用戶實體(n)實體(n)協(xié)議(n)相鄰兩層之間的關系協(xié)議很復雜協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。看一個計算機網(wǎng)絡協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，還必須非常仔細地檢查這個協(xié)議能否應付各種異常情況?！纠?-1】著名的協(xié)議舉例占據(jù)東、西兩個山頂?shù)乃{軍1和藍軍2與駐扎在山谷的白軍作戰(zhàn)。其力量對比是：單獨的藍軍1或藍軍2打不過白軍，但藍軍1和藍軍2協(xié)同作戰(zhàn)則可戰(zhàn)勝白軍。現(xiàn)藍軍1擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計算機發(fā)送電文給藍軍2。但通信線路很不好，電文出錯或丟失的可能性較大（沒有電話可使用）。因此要求收到電文的友軍必須送回一個確認電文。但此確認電文也可能出錯或丟失。試問能否設計出一種協(xié)議使得藍軍1和藍軍2能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)，因而一定（即100%而不是99.999…%）取得勝利？明日正午進攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………這樣的協(xié)議無法實現(xiàn)！結論這樣無限循環(huán)下去，兩邊的藍軍都始終無法確定自己最后發(fā)出的電文對方是否已經(jīng)收到。沒有一種協(xié)議能夠使藍軍100%獲勝。這個例子告訴我們，看似非常簡單的協(xié)議，設計起來要考慮的問題還是比較多的。1.7.5TCP/IP的體系結構應用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層主機A主機B路由器網(wǎng)絡

2網(wǎng)絡

1應用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時最高只用到網(wǎng)際層而沒有使用運輸層和應用層。TCP/IP是四層體系結構TCP/IP體系結構的另一種表示方法實際上，現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)使用的TCP/IP體系結構有時已經(jīng)發(fā)生了演變，即某些應用程序可以直接使用IP層，或甚至直接使用最下面的網(wǎng)絡接口層。TCPUDPIP應用層網(wǎng)絡接口層（子網(wǎng)層）沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層運輸層應用層………網(wǎng)絡接口

1網(wǎng)絡接口

2網(wǎng)絡接口

3EverythingoverIPIP

可為各式各樣的應用程序提供服務IPoverEverythingIP

可應用到各式各樣的網(wǎng)絡上沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族【例1-2】客戶進程和服務器進程

使用TCP/IP協(xié)議棧進行通信數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡層①

客戶發(fā)起連接建立請求②

服務器接受連接建立請求應用層應用層互聯(lián)網(wǎng)客戶服務器以后就逐級使用下層提供的服務(使用TCP和IP）在應用層的客戶進程和服務器進程的交互功能較強的計算機

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)絡層應用層計算機3服務器1服務器2數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡層應用層計算機1客戶1數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡層應用層計算機2客戶2互聯(lián)網(wǎng)計算機3的兩個服務器進程分別向1和2的客戶進程提供服務第2章

物理層第2章

物理層2.1

物理層的基本概念2.2數(shù)據(jù)通信的基礎知識2.3物理層下面的傳輸媒體2.4信道復用技術2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6寬帶接入技術2.1物理層的基本概念物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。物理層的作用是要盡可能地屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段的差異。用于物理層的協(xié)議也常稱為物理層規(guī)程

(procedure)。物理層的主要任務機械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。主要任務：確定與傳輸媒體的接口的一些特性。2.2

數(shù)據(jù)通信的基礎知識2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2

有關信道的幾個基本概念2.2.3

信道的極限容量2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括三大部分：源系統(tǒng)（或發(fā)送端、發(fā)送方）、傳輸系統(tǒng)（或傳輸網(wǎng)絡）和目的系統(tǒng)（或接收端、接收方）。傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(數(shù)字的或模擬的)接收的信號(數(shù)字的或模擬的)輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號輸入漢字顯示漢字數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型常用術語數(shù)據(jù)(data)——運送消息的實體。信號(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬信號(analogoussignal)——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。數(shù)字信號(digitalsignal)——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。碼元(code)——在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。2.2.2有關信道的幾個基本概念信道

——一般用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。單向通信（單工通信）——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。雙向同時通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。2.2.2有關信道的幾個基本概念基帶信號（即基本頻帶信號）——來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號?；鶐盘柾休^多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)。2.2.2有關信道的幾個基本概念調(diào)制分為兩大類：基帶調(diào)制：僅對基帶信號的波形進行變換，使它能夠與信道特性相適應。變換后的信號仍然是基帶信號。把這種過程稱為編碼

(coding)。帶通調(diào)制：使用載波

(carrier)進行調(diào)制，把基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段，并轉(zhuǎn)換為模擬信號，這樣就能夠更好地在模擬信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。帶通信號：經(jīng)過載波調(diào)制后的信號。(1)常用編碼方式不歸零制：正電平代表1，負電平代表0。歸零制：正脈沖代表1，負脈沖代表0。曼徹斯特編碼：位周期中心的向上跳變代表0，位周期中心的向下跳變代表1。但也可反過來定義。差分曼徹斯特編碼：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表0，而位開始邊界沒有跳變代表1。(1)常用編碼方式不歸零制曼徹斯特1111100000比特流差分曼徹斯特歸零制數(shù)字信號常用的編碼方式(1)常用編碼方式從信號波形中可以看出，曼徹斯特(Manchester)編碼和差分曼徹斯特編碼產(chǎn)生的信號頻率比不歸零制高。從自同步能力來看，不歸零制不能從信號波形本身中提取信號時鐘頻率（這叫作沒有自同步能力），而曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼具有自同步能力。(2)基本的帶通調(diào)制方法基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)。最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。

(2)基本的帶通調(diào)制方法010011100基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相最基本的三種調(diào)制方式正交振幅調(diào)制QAM

(QuadratureAmplitudeModulation)

r(r,)不是碼元越多越好。若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則在接收端進行解調(diào)時要正確識別每一種狀態(tài)就越困難，出錯率增加。舉例為了達到更高的信息傳輸速率，必須采用技術上更為復雜的多元制的振幅相位混合調(diào)制方法。例如：可供選擇的相位有12種，而對于每一種相位有1或2種振幅可供選擇?？偣灿?6種組合，即16個碼元。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個點中的每個點可對應于一種4bit的編碼。數(shù)據(jù)傳輸率可提高4倍。2.2.3信道的極限容量任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。

碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠，或傳輸媒體質(zhì)量越差，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。數(shù)字信號通過實際的信道實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號波形接收信號波形有失真，但可識別發(fā)送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號波形失真大，無法識別2.2.3信道的極限容量

從概念上講，限制碼元在信道上的傳輸速率的因素有以下兩個：信道能夠通過的頻率范圍信噪比信道能夠通過的頻率范圍具體的信道所能通過的頻率范圍總是有限的。信號中的許多高頻分量往往不能通過信道。1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推導出了著名的奈氏準則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率的上限值。信道能夠通過的頻率范圍在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會出現(xiàn)碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串擾。(2)信噪比噪聲存在于所有的電子設備和通信信道中。噪聲是隨機產(chǎn)生的，它的瞬時值有時會很大。因此噪聲會使接收端對碼元的判決產(chǎn)生錯誤。但噪聲的影響是相對的。如果信號相對較強，那么噪聲的影響就相對較小。信噪比就是信號的平均功率和噪聲的平均功率之比。常記為

S/N，并用分貝(dB)作為度量單位。即：

信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)例如，當

S/N

=10時，信噪比為10dB，而當

S/N

=1000時，信噪比為30dB。

(2)信噪比1984年，香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率（香農(nóng)公式）。信道的極限信息傳輸速