《計算機通信網(wǎng) 》第1章 概述

計算機通信網(wǎng)

Compworks

考資料：

《enbaUm第3

謝希仁第4版

毛玉明老師課

第1章概述

1.1身邊的計算機網(wǎng)絡(luò)

1.2計算機網(wǎng)絡(luò)概要

1.3計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.4OSI互連參考模型

L5典型的計算機網(wǎng)絡(luò)

1.1身邊的計算機網(wǎng)絡(luò)

■你經(jīng)常在使用網(wǎng)絡(luò)

■網(wǎng)絡(luò)瀏覽

■收發(fā)Web

EmailOSeerrVe

■下載/上傳文件

■網(wǎng)絡(luò)游戲

~Ne

■想象一下，沒有網(wǎng)絡(luò)

生活將會變得怎樣？

3

1.1身邊的計算機網(wǎng)絡(luò)

■在享受網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時，想過下列問題

■當(dāng)mail發(fā)至IJmailSerVer時

-計算機里究竟做了哪些操作？

-Mail是怎樣離開計算機發(fā)送出去的？

■Mail經(jīng)過了網(wǎng)絡(luò)中哪些設(shè)備？這些設(shè)備作

-Mail怎么剛好到達mailserver,而不

■Mailserver又如何處理？

■Mail會丟失嗎？可能的原因？

■這正是計算機網(wǎng)絡(luò)課程要討論的問

L2計算機網(wǎng)絡(luò)概述

量」什么是計算機網(wǎng)絡(luò)？

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的演進與發(fā)展

《4.3計算機網(wǎng)絡(luò)的進一步理解

3.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

".5計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

1.2.6計算機網(wǎng)絡(luò)研究的問題

1.2.1什么是計算機網(wǎng)絡(luò)?

■一種簡潔的定義：

一些自治計算機的互聯(lián)集合

-計算機：收發(fā)和處理數(shù)字信號的設(shè)備

-一種廣義概念：如PC、便攜機等鍵盤：輸入

■自治：終端、打印機

-非主從，對等，有獨立操作系統(tǒng)主從關(guān)系

-互聯(lián)/互連：計算機之間能相互通信

■物理上通過介質(zhì)或通信系統(tǒng)連接主機

-邏輯上通過協(xié)議互通

間.鼻型通信

對等關(guān)

★

6

ComputerNetwork

■ComputerNetworks：Ainterconnected

ofcomputingdevices(hostorend-syste

■End-systems(host):

■e.g.PCs,workstations,servers

■Runnetworkprograms,e.g.WWW,e-mail

■Computernetworks:

■e.g.Internet:networkofnetworks,intercon

■Providecommunicationservicestoallowdat

betweenend-systems

7

網(wǎng)絡(luò)層面(end-systemview)

■Communicationnetwork

■Offeronebasicservice：transferinform

■Messenger,telegraph,telephone,Int

■Anothertransportationservice:moveob

■Truck,train,airplane,...

■Whatdistinguishdifferenttypesofnetw

■Theservicestheyprovide

■Whatdistinguishtheservices?

■Latency

■Bandwidth

■Lossrate

■Numberofendsystems

■Serviceinterface(howtoinvoketheser

■Others

8■Reliability,unicastvs.multicast,real-time...

網(wǎng)絡(luò)層面(infraStnJCtUreview

■Networkcomponents

■Links-carrybitsfromoneplacetoa

maybemultipleplaces):fiberzcopper

■Interfaces-attachdevicestolinks

■Switches/routers-interconnectlinks

electronic∕opticzsoftware

■Host-communicationendpoints:wo

PDASΛcellphones

■Protocol-rulesgoverningcommunic

betweennodes

■TCP/IP、ATM、MPLS,X.25、...

■Application-Webbrowser,XWindow

9

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的演進與發(fā)展

面向終端的聯(lián)機系統(tǒng)

■多用戶聯(lián)機系統(tǒng)

-單臺計算機（主機）為多個用

戶（終端）同時提供服務(wù)

■通信線路：RS232

■遠程聯(lián)機系統(tǒng)

-計算機系統(tǒng)通過調(diào)制解調(diào)器連

接遠程終端

■通信：PSTN+Modem

■特點：主從通信

■以主機為核心

■以終端為輸入輸出設(shè)備

聯(lián)機系統(tǒng)不是計算機網(wǎng)絡(luò)

10

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的演進與發(fā)展

第一階段：主機參與通信的網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)60-70年代：

■主機通過介質(zhì)相連

銅線、同軸纜、無線傳輸

-主機直接參與通信

■同時承擔(dān)

■事務(wù)處理

■通信

■網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很小主

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的演進與發(fā)展

第二階段：主機功能分割的網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)80-90年代初期

■事務(wù)處理與通信分開

■事務(wù)處理主機

-出現(xiàn)專門的通信主機

-事務(wù)主機通過通信主機互連

-通信主機實現(xiàn)信息轉(zhuǎn)發(fā)

-事務(wù)主機不一定要直接相連

-可以有更多的主機通信

■網(wǎng)絡(luò)規(guī)模得到擴大

12

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的演進與發(fā)展

第三階段：標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)80-90年代中期

-互聯(lián)需求催生了標(biāo)準(zhǔn)化的進程

-不同的網(wǎng)絡(luò)大量出現(xiàn)

-不同網(wǎng)絡(luò)具有獨立的運行模式

-如何互聯(lián)？

-網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需要標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議

-開放接口

13

1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的演進與發(fā)展

第四階段：Internet膨脹時代

20世紀(jì)90年代中后期至今

■各種需求（業(yè)務(wù)、帶寬）不斷增長

■各種技術(shù)不斷發(fā)展

■計算機技術(shù)：PC、特定計算機

-通信技術(shù)：寬帶、高速、光通信、無線

-網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：通信協(xié)議、路由協(xié)議、互聯(lián)

組網(wǎng)技術(shù)等

14

1.2.3計算機網(wǎng)絡(luò)的進一步理解

計算機網(wǎng)絡(luò)的組成

也信線/鏈路

（Line/Link

資源子網(wǎng)

-主機、通信設(shè)備（節(jié)點）、通信線路組成網(wǎng)絡(luò)

-所有主機和終端組成資源子網(wǎng)，完成應(yīng)用功能

-所有通信設(shè)備和線路組成通信子網(wǎng)，完成通信功能

★（為主機通信提供路由、數(shù)據(jù)存儲與轉(zhuǎn)發(fā)）

15

1.2.3計算機網(wǎng)絡(luò)的進一步理解

基本概念

■通信線Iine

■物理介質(zhì)：如電話線、同軸電纜

■信道ChanneI

-數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?/p>

■一條Iine上可能包括C

一個或多個Channel

如*一對電話線上可包括

一條Iine

話音通道：300-3400Hz

ADSL通道：25kHz-∏04kHz

...

-鏈路Iink?___

-兩個點之間的通道ch

16

網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)

-網(wǎng)絡(luò)的通信連接有多種形態(tài)

-點到點連接（有線、無線）

網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)

■點到點連接

■Wiredorwirelessconnectionbetweent

(hostorNode)

■P2Pconnection,同軸電纜，光纖、微波、衛(wèi)星等

■點到點可實現(xiàn)長距離的連接

■WAN中以點到點連接為主

■點到點通信速率

■T1/T3：2Mbps∕8Mbps

■OC-3~OC-192:155Mbps~10GbpsP2Pconn

WD修n*OCx

—X臺

網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)

■多點連接

■有線的多點連接

■用一根電纜將多臺設(shè)備連接起來，一

數(shù)據(jù)，其它的設(shè)備都能夠收到（信道是

■總線形,環(huán)形

■局限于短距離（幾公里范圍內(nèi)）

■無線的多點連接

■無線信道的廣播特性，實現(xiàn)與多臺設(shè)備

/總線形

電纜Ethernet

TokenRing曾

19(10Mbps,100Mbps)

(4Mbps,16Mbps)

網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)

■ProvideP2Plinkviatransmission

?PSTN(Modemz56Kbps)

■SDH/SONET(155Mbps~10Gbps)

■MobileTelephoneNetwork(16kbps)

■CATV(IOMbps)

■Satellite(64Kbps~54Mbps)

公用電話交換網(wǎng)(PSTN)

e.g.A-A:155Mbps

PointtoPointB-B,:622Mbps

SDH

1.2.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

■信息區(qū)分

■Datanetworkvstelecommunicationnetwork

-應(yīng)用區(qū)分

■專用網(wǎng)：銀行網(wǎng)、航空定票網(wǎng)、生產(chǎn)線控制網(wǎng)

■通用網(wǎng)：Internet

■權(quán)屬

■專用網(wǎng)

■公用網(wǎng)

■技術(shù)

■陸地網(wǎng)與衛(wèi)星網(wǎng)

■有線網(wǎng)與無線網(wǎng)

■地理位置區(qū)分

■PAN(PersonalAreaNetwork)

■LAN(LocalAreaNetwork)：Ethernet,TokenRin

■MAN(MetropolitanAreaNetwork)：

DQDB(DistributedQueueDualBus),RPR(Resili

Ring),...

￠1WAN(WideAreaNetwork):X.25,FrameRelay

1.2.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

廣域網(wǎng)WAN、局域網(wǎng)LAN、城域

■廣域網(wǎng)：WideAreaNetwork

-主機之間相距很遠（跨城市、甚至跨國家

■需要支持長距離通信的通信系統(tǒng)

■采用點到點的信道

■廣域網(wǎng)的種類很多

>X.25、SDH/SONET、幀中繼、

ATM、微波等

■不同的廣域網(wǎng)采用不同的協(xié)議

-通信子網(wǎng)中的節(jié)點完成：

■路由、數(shù)據(jù)存貯與轉(zhuǎn)發(fā)

22

L2.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

局域網(wǎng)LocalAreaNetwo

■早期的局域網(wǎng)

■小范圍（幾公里）

-廣播信道

■規(guī)則、簡單拓撲

■典型的LAN

■Ethernet、Token-Ring

■專門機構(gòu)制定標(biāo)準(zhǔn)

■IEEE802委員會：pp.63

★

23

早期LAN的拓撲

總線結(jié)構(gòu)

環(huán)形結(jié)構(gòu)

同時只能一個主機發(fā)送

.同時只能一個主

多個主機同時發(fā)送會沖突

?得到令牌發(fā)送、

競爭發(fā)送

.數(shù)據(jù)傳送具有方

數(shù)據(jù)傳輸無方向性

?一個主機發(fā)送、

一個主機發(fā)送、其他主機都收

到

?星/樹

線結(jié)

.具有

星形結(jié)構(gòu)

★24

現(xiàn)今LAN的拓撲

*現(xiàn)今的LAN主要是Ethernet

?交換機互聯(lián)形成

■點到點信道、MeSh結(jié)構(gòu)

?通信子網(wǎng)（主機之間的通信由交換機轉(zhuǎn)發(fā)）

?一般交換機具有了廣域接口

/.LAN與WAN的范圍越來越模糊

K25

1.2.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

城域網(wǎng)MAN：MetropolitanAreaNe

■地理范圍較大（幾公里~幾十公里），

■現(xiàn)今的MAC采用WAN+LAN技術(shù)

26

1.2.4計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

無線網(wǎng)絡(luò)：WirelessNetwork

■通常分為有中心結(jié)構(gòu)和無中心結(jié)構(gòu)兩種

-對等(AdHoC)結(jié)構(gòu)：主機之間處于平等的位置，相

-有中心(基站式)的結(jié)構(gòu)：主機之間的通信必須由中

中心點

尸工η■1]

牙

對等結(jié)構(gòu)有中心的結(jié)

27

接入網(wǎng)

■如何接入到網(wǎng)絡(luò)上去？

■住宅接入

■企業(yè)網(wǎng)(園區(qū)網(wǎng))接入

-移動接入

■關(guān)心的內(nèi)容

■接入的速率(bitpersecond)

-獨享還是共享接入

28

接入網(wǎng)

-住宅接入

■ADSL：asymmetricdigitalsubscriber

■住宅到網(wǎng)絡(luò)（上行）：可達IMbPS

■網(wǎng)絡(luò)到住宅（下行）：可達8Mbps

-LAN接入：

■Ethernet,IOOMbps

-與其它住宅用戶共享到ISP的通信能力

-撥號接入

■56Kmodem

■ISDN接入

>128Mbps

■HFC：光纖/同軸電纜混合

■CATV信道，

■上行工OMbPs,下行IMbPS

29

接入網(wǎng)

-企業(yè)網(wǎng)（園區(qū)網(wǎng)）接入

-企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部：LAN

-接入到ISP

■LAN：IOOM,1000M

■專線接入（FR,DDN,光纖）

接入網(wǎng)

■移動接入

■共享無線信道接入

■WirelessLANs

-IEEE802.11b,IlMbps

-IEEE802.11g,54Mbps

■Wideareawireless

access

■wirelessaccesstoISP

routerviacellular

network

31

124計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

不同計算機網(wǎng)絡(luò)的共同特性

-不同的網(wǎng)絡(luò)具有不同的通信模式

-同一個網(wǎng)絡(luò)具有相同的協(xié)議

■主機之間

-可以直接通過介質(zhì)連接

-也可以通過通信子網(wǎng)連接

-能夠相互通信

★

32

Internet是什么網(wǎng)絡(luò)?

是一?種網(wǎng)際網(wǎng)或叫互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)

Internet是一個廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域

Internet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Backbone

InternetPhysicalstructure

National/internationalBackboneprovider

(NBPs)

■Interconnected(peer)witheachothervia

NetworkAccessPoints(NAPs)N

-WAN

RegionalISP(InternetServiceProvider)

■ConnectintoNBP

■LAN

LocalISP

■CgTneCtintoRegionalISP

■AccessNetwork(接入網(wǎng))

^let^^^orki^ΛaP|*GlobecityNodesasof11/99

^—-

5Vgasf^g,

V嗎二*—d。AΓLΛWΠCOCLAN

MDnCD

RXlCOCtty"

，哈密絳‘???*????????????

PACIHCOCEAN

INDIANOCEAN

yMAA

35

形象化的Internet

元?vt的互

達也<?/■化

K示TIW用一小6

1.2.5計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型

■Client-ServerModel(C∕SMo

-客戶一服務(wù)器模型

■Peer-to-PeerModel(P2PMod

■對等模型

客戶端-服務(wù)器（C/S）模式

-典型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都是由兩個

部分組成：客戶端和服務(wù)器

-一般客戶端從服務(wù)器請求服

務(wù)

■服務(wù)器向客戶端提供所請求

的服務(wù)

C/SModel

■當(dāng)用Web瀏覽器訪問WWW.時

t39

C/SModel

-Web瀏覽時我們需要兩種服務(wù)器

-DNS月艮務(wù)器

-用以解析Web站點的域名與地址

-多個Web服務(wù)器

-Client在多個Web服務(wù)器間游動，瀏覽

-絕大部分網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用都采用C/S模

-包括：電子商務(wù)、電話、游戲、Q

-C/S模型的主要形態(tài)為BrOWSeiV

■靜態(tài)/動態(tài)頁面、交互式頁面

P2PModel

-不存在固定的客戶和服務(wù)器角色

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序:一些術(shù)語

進程(ProCess):主機中■用戶代理

軟件進程,是

運行中的程序.

和網(wǎng)絡(luò)之間

■在同一主機中，兩個進

程通常使用進程間通信■實現(xiàn)應(yīng)

(由OS管理).-Web:瀏

■而運行在不同主機上的■E-mail:

進程則使用應(yīng)用層協(xié)議Foxmail

進行通信■流媒體

42

服務(wù)器的兩種工作方式

■循環(huán)方式(iterativemode)...

機中一次只運行一個服務(wù)器進程

多個客戶進程請求服務(wù)時，服務(wù)

就按請求的先后順序依次做出響

-并發(fā)方式(ConClIrrent)-—在計

同時運行多個服務(wù)器進程，而每

務(wù)器進程都對某個特定的客戶進

響應(yīng)。

域名系統(tǒng)DNS

(DomainNameSystem)

■因特網(wǎng)主機，路由器：

■IP地址(32bit)-用于數(shù)據(jù)尋址

■“域名”,e.g.z-

Q：IP地址和域名之間如何映射(轉(zhuǎn)換)

■因特網(wǎng)采用層次樹狀結(jié)構(gòu)為各主機命

用分布式的域名系統(tǒng)DNS。

■名字到域名的解析是由若干個域名服

完成的。運行該程序的機器稱為域名

44

因特網(wǎng)的域名結(jié)構(gòu)

■任何一個連接在因特網(wǎng)上的主

都有一個唯一的層次結(jié)構(gòu)的名字

■域名的結(jié)構(gòu)由若干個分量組成

間用點隔開：

….三級域名.二級域名.頂級

-各分量分別代表不同級別的域

45

頂級域名TLD

(TopLevelDomain)

(1)國家頂級域名nTLD：如：.cn表示中

示美國IIk表示英國，等等。

(2)通用頂級域名gTLD：最早的頂級域

.com表示公司企業(yè)

.net表示網(wǎng)絡(luò)服務(wù)機構(gòu)

.org表示非贏利性組織

.edu表示教育機構(gòu)(美國專用)

.gov表示政府部門(美國專用)

.mil表示軍事部門(美國專用)

46

因特網(wǎng)的名字空間

頂級域名

coopinfobizaerocomnetorgedugovmi

二級域名

bjorgnet

三級域名fud

四級域名mailscieteacher???

授權(quán)域名服務(wù)器

-因特網(wǎng)劃分為若干個域名服務(wù)器管轄區(qū)

并在各管轄區(qū)中設(shè)置相應(yīng)的授權(quán)域名服

域abc?com督根

遞歸查詢

''樹根"

.edu頂級dns.com

域名服務(wù)器■.com

^B域名服

本地域名服務(wù)器

dns.abc.com

授權(quán)域名服務(wù)器

④t.

的I

本地域名服務(wù)器

dns.y.abc.com.XyZ.com

授權(quán)域名服務(wù)器，

49t.y.abc.com

50

文件傳送協(xié)議FTP

-將文件從一臺計算機中復(fù)制到另一臺

遠的計算機中。

■看似簡單，其實困難。原因是眾多的

的文件系統(tǒng)多達數(shù)百種，差別很大。

■計算機存儲數(shù)據(jù)的格式不同。

■文件的目錄結(jié)構(gòu)和文件命名的規(guī)定不同

-對于相同的文件存取功能，操作系統(tǒng)使

-訪問控制方法不同。

51

FTP特點

-文件傳送協(xié)議FTP只提供文件傳送

本的服務(wù)，它使用TCP可靠的傳輸服

■主要功能是減少或消除在不同操作系

文件的不兼容性。

-FTP使用客戶/服務(wù)器方式。一個F

進程可同時為多個客戶進程提供服務(wù)

-FTP的服務(wù)器進程由兩大部分組成：

程，負責(zé)接受新的請求；另外有若干

程，負責(zé)處理單個請求。

52

服務(wù)器主進程

■打開端口（缺省端口號為21）

進程能夠連接上。

-等待客戶進程發(fā)出連接請求。

-啟動從屬進程處理客戶進程發(fā)來

從屬進程處理完畢后即終止，但

程在運行期間還可能創(chuàng)建其他子

-回到等待狀態(tài)，繼續(xù)接受其他客

發(fā)來的請求。主進程與從屬進程

是并發(fā)地進行。

FTP使用的兩個TCP連接

客戶端數(shù)據(jù)連接服

54

電子郵件

-把郵件發(fā)送到ISP的郵件服務(wù)器，放在

箱中，收信人可隨時上網(wǎng)到ISP的郵件

行讀取。

■使用方便，傳遞迅速，費用低廉

■可傳送文字信息、聲音和圖像等

55

電子郵件主要組成構(gòu)件

■用戶代理UA(USerAgent)是用戶與

統(tǒng)的接口。

-用戶代理的功能：撰寫、顯示和處理

■郵件服務(wù)器的功能是發(fā)送和接收郵件

信人報告郵件傳送的情況(已交付、被

失等)。

-郵件服務(wù)器需要使用兩個不同的協(xié)議

-簡單郵件傳送協(xié)議SMTP用于發(fā)送郵件。

-郵局協(xié)議POP(PostOfficeProtocol)用

56

電子郵件傳輸主要流程

（發(fā)送郵件）一（發(fā)送郵件）

SMTP小3SMTP郵

冊務(wù)

（TCP連接F（TCP連接）Ii

（發(fā)送郵件）

用戶郵

接收端

郵件服務(wù)器郵件服務(wù)器

57

簡單郵件傳送協(xié)議SMT

-SMTP所規(guī)定的是在兩個相互通信的

之間應(yīng)如何交換信息。

-負責(zé)發(fā)送郵件的SMTP進程就是SM

負責(zé)接收郵件的SMTP進程就是SMT

-SMTP通信的三個階段

-連接建立*在發(fā)送主機的SMTP客戶

SMTP服務(wù)器之間建立的。

■郵件傳送

-連接釋放：郵件發(fā)送完畢后*SMTP應(yīng)

58

郵件讀取協(xié)議POP3

郵局協(xié)議PoP非常簡單*功能有限，

第三個版本POP3O

PoP也使用客戶服務(wù)器的工作方式。

在接收郵件的用戶PC機中必須運行

程序，而在用戶所連接的ISP的郵件

則運行PoP服務(wù)器程序。

59

郵件讀取協(xié)議IMAP協(xié)議

(InternetMessageAccessProtoco

■用戶在自己的PC機上就可以操縱

郵件服務(wù)器的郵箱，就像在本地操

■IMAP是一個聯(lián)機協(xié)議。當(dāng)用戶

IMAP客戶程序打開IMAP服務(wù)器

時，就可看到郵件的首部。若用戶

某個郵件，則該郵件才傳到用戶的

60

網(wǎng)絡(luò)的通信

-應(yīng)用的通信

-網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用只關(guān)心與對方的信息交換

.如WWW只關(guān)心與Web服務(wù)器的通信，不

信過程

-應(yīng)用關(guān)心通信服務(wù)的

■時間限制

■數(shù)據(jù)丟失

■一些鹿用

■一些應(yīng)用（如語音）容

忍少量的數(shù)據(jù)丟失游戲等）在

延時下才能

■其它應(yīng)用（如FrP等）需

要數(shù)據(jù)傳輸100%＞可靠

■通信能力

■一些應(yīng)用（如多媒體）

需要定量的通信能力

■其它應(yīng)用（如FTP等）需

要通信能力是彈性的

61（盡可能地大）

Transportservicerequirement

commonapps

ApplicationDatalossBandwidthT

filetransfernoIOSSelast

_________e-mailnoIOSSelasticn

WebdocumentsIOSS-tolerantelast

real-timeaudio/videoloss-tolerantaudio:5Kb-1Mbye

______________________________VideO:10Kb-5Mb__

Storedaudio/VideoIOSS-tolerantSameasabovey

MteractivegemasIoSS-tolerantfewKbpsupy

financialappsnolosselasticy

62

網(wǎng)絡(luò)的通信

■Trafficsofsomeapplication

Datarate

Ratelimit

Web瀏覽，突發(fā)速

每次點擊觸發(fā)流量

AUdiO,低平穩(wěn)流

游戲，突發(fā)小流量

Video,高平穩(wěn)流

FTP,彈性流量，

網(wǎng)絡(luò)的通信

■網(wǎng)絡(luò)層面

-關(guān)心如何使得任意HoSt間隨時隨地都能進

-讓任意HoSt不考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

■實現(xiàn)與其它任一host的通信（uni-cast,

■實現(xiàn)與某些HOSt的通信（MUlti-cast,多

-實現(xiàn)與特定范圍內(nèi)所有HoSt的通信（broad

64

網(wǎng)絡(luò)的通信

■網(wǎng)絡(luò)層面

-關(guān)心從哪條路可以把數(shù)據(jù)送到目的地

■不同的路有各自的信道技術(shù)

■整條路上可能經(jīng)過多種信道

網(wǎng)絡(luò)的通信

■網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（路由器）形成網(wǎng)孔狀（mesh）

結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)

■基本問題：數(shù)據(jù)是如何穿越網(wǎng)絡(luò)的？

■兩種通信體制：

■CirCUitSWitCh（電路交換）

■為每個通信提供專線形式，如電話通信

■Packetswitch（分組交換）

-數(shù)據(jù)分成離散的小塊（PaCket）分別穿越網(wǎng)絡(luò)

66

Circuitswitching

-為端到端的某個通信需求(CaH)預(yù)

-需要呼叫建立的處理

■預(yù)留信道資源、節(jié)點交換處理能力

-資源獨享

Circuitswitching

■信道資源按預(yù)定規(guī)則分成若干"

■FDM：Frequencydivision頻分多

■TDM：TimeDivision時分多路

■為呼叫分配資源"小片”

-呼叫獨享分配到的"小片"，"小

空閑，也不會被其它呼叫占用

TDM：

FDM：—

所有的園分

特定的發(fā)送

68

PacketSwitching

■端到端的數(shù)據(jù)分割成若干小塊（Pa

傳遞

-各個通信的PaCket共享網(wǎng)絡(luò)（信道、

■每個PaCket傳輸時占用全部信道資

Packets

組在節(jié)點內(nèi)排隊，等待發(fā)送

Storeandforward存儲轉(zhuǎn)發(fā)

Packet從一個節(jié)點進入另一個節(jié)點

PacketSwitchingvs.

Circuitswitching

CircuitswitchingPacketswitching

I^KI口

通信能力：通信能力：

?每個通信的最大通信能力=分配到的通?每個通信的最大通

信資源（即使沒有其它通信）大可用滿所有資源（若

資源保障：資源保障：

?獨享方式，端到端的通信資源有保證?多個通信的需求可

?新的呼叫可能因資源缺乏而被拒絕用資源的結(jié)果造成通信

資源利用：?新的通信總可以參

?網(wǎng)絡(luò)上有很多空閑資源得不到利用在被拒絕的問題

用戶接納：資源利用：

?資源劃分限制了接納的用戶數(shù)?彈性的通信能力，

用戶接納：

?基本上不存在用戶

70求限制J用J‘?dāng)?shù)）

PacketSwitchingvs.

Circuitswitching

?IOMbPS鏈路

-每個用戶

>通信時需要IMbPS

■通信時間占10%>N個用戶二W]

■Circuitswitching

■10個用戶（性能有保障）

■Packet-switching

■35個用戶，多于10個用戶同時使用網(wǎng)絡(luò)的

可能性＜0.004（性能得不到保障的可能

性）

討論：

?分組交換與TDM在傳輸上的差別，

?分組交換和電路交換對話音、視頻、FTP等業(yè)務(wù)質(zhì)量的影響

?嘴&的擁塞（congestion）、通信的可靠性

Packetswitching-Forwardin

-如何將每個PaCket從源端傳送到目的端

■Datagramnetwork數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)

■每個PaCket都攜帶有目的地址

-中間節(jié)點根據(jù)目的地址確定轉(zhuǎn)發(fā)鏈路

-不需要事先建立傳輸路徑

■VirtUalCirCUitnetvVork虛電路網(wǎng)絡(luò)

-用呼叫確定一條后續(xù)PaCketS傳輸?shù)墓潭窂?/p>

-PaCket攜帶Tag（虛電路ID）,節(jié)點用tag確定轉(zhuǎn)發(fā)

-節(jié)點登記和維持每個虛電路的狀態(tài)

-"虛”的含義：只有傳送分組時才占用物理電路

■討論

■Datagramnetwork的通信特點

■VirtualCircuitnetwork的通信特點

72

分組交換——數(shù)據(jù)報VS虛電路

-數(shù)據(jù)報方式

-不能保證時延和時延抖動，是一種

方式

■特別適合突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，不適合實

■虛電路方式

-一條物理電路可以同時建立多條虛電

-同一虛電路的分組通信路徑相同，故

■適合實時業(yè)務(wù)的傳輸

網(wǎng)絡(luò)的通信

■信道傳輸層面

-處理具體的傳輸細節(jié)

-bit的波形信號表示

■信號的光、電、電磁波變換

-發(fā)送和接收

0011001010010111

74

計算機網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)

帶寬(Bandwidth)

:是在一段特定的時間(

內(nèi)網(wǎng)絡(luò)所能傳送的比特數(shù)。

■e.g.某網(wǎng)絡(luò)的帶寬為IoMbPS

-而一般帶寬的字面定義是頻帶寬度的

■BandWidth表示網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬

■吞吐量(Throughput)表示網(wǎng)絡(luò)的測

★

75

計算機網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)

端到端的時延（delay

■指數(shù)據(jù)從一個端系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)（或

到另一個端系統(tǒng)所需要的時間

■時延包括：

-發(fā)送時延

-傳播時延

■處理時延

-總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理

76

計算機網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)

端到端的時延（delay）

■發(fā)送時延

-指發(fā)送者在發(fā)送數(shù)據(jù)時，使數(shù)據(jù)進入到傳輸

-即從第一個bit發(fā)送始到最后一個bit發(fā)送畢

數(shù)據(jù)長度（bit）

發(fā)送時延=

發(fā)送速率（bits∕s）?----也

顯然：長度一定，發(fā)送速率越快發(fā)送

★

77

計算機網(wǎng)絡(luò)的一個重要性能指標(biāo)

端到端的時延（delay）

■傳播時延

-指電磁波在信道中傳播一定距離需要花費的

信道長度（km）

傳播時延=

電磁波在信道上的傳播速率（k

■電磁波的傳播速率：

■在自由空間：3.0×105km∕s

?在銅線中：2.3×105km∕s

-在光纖中?2.0×105km∕s

★

78

計算機網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)

端到端的時延（delay）

■處理時延

-指節(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)而進行的必要

時間

■通常主要指數(shù)據(jù)在緩存隊列中等待發(fā)

■時延的長短取決于當(dāng)時的節(jié)點當(dāng)時的通

-如果數(shù)據(jù)丟失相當(dāng)于處理時延為無窮大

★

79

計算機網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)

三種時延的分析

節(jié)點A發(fā)送器節(jié)

-為了簡化分析，通常只考慮占主導(dǎo)地位的時

-具體場合，占主導(dǎo)的時延并不相同

-特別注意：端到端的延時包括所有節(jié)點之間

★

80

計算機網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)

不同情況下占主導(dǎo)時延的分析

■假設(shè)以下兩例暫不考慮處理時延

■例工：數(shù)據(jù)長度為工Xl08bit,在傳輸速率為

離為U)Om的銅線上傳輸?shù)那闆r

■發(fā)送時延=IX108b∕IMb/S=IOoS

?傳播時延=IOOm∕2.3Xl()5km∕s=4.35X10-6s

-顯然發(fā)送時延占主導(dǎo)

■例2：數(shù)據(jù)長度為IObit,在傳輸速率為100M

為IOOOkm的光纖上傳輸?shù)那闆r

■發(fā)送時延=10b∕100Mb∕S=IO-7s

■傳播時延=IOOOkm∕2X105km∕s=5XIO,S

■顯然傳播時延占主導(dǎo)

81

計算機網(wǎng)絡(luò)的重要性能指標(biāo)

值得注意的概念

-通常說光纖信道傳輸速率高

-是指光纖信道的發(fā)送速率很高

■而非傳播速率高（是一個定值）

■傳播速率與傳輸速率沒有關(guān)系

-一個錯誤的觀念：

-"在高速率數(shù)據(jù)鏈路上，bit應(yīng)該比在

路上跑得更快”

★

82

1.2.6計算機網(wǎng)絡(luò)研究的問題

■應(yīng)用技術(shù)

■多媒體、

-網(wǎng)絡(luò)安全

■數(shù)據(jù)加密

■身份認(rèn)證

-入侵檢測

-網(wǎng)絡(luò)管理

■配置、性

帳、安全

1.3計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

■計算機網(wǎng)絡(luò)的分層概念

-計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

■體系結(jié)構(gòu)的重要術(shù)語

★

分層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生

■計算機網(wǎng)絡(luò)的目的是為了相互通僵

■相互通信非常復(fù)雜：

■傳輸什么？何時傳輸？怎樣傳輸？

■復(fù)雜問題簡單化的策略

■功能分解

-模塊化

-分層結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生

-以分層方法研究計算機網(wǎng)絡(luò)各層的功能、接

85

通信的處理

應(yīng)用的問題

-是否要為每種應(yīng)用定制針對每種介

■顯然不應(yīng)該，但如何應(yīng)對？

86

通信的處理

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的結(jié)構(gòu)

■Router具有多個接口

-各個接口可以采用不同的信道類型

-Route內(nèi)部如何處理這些接口間的數(shù)

便闋電纜光纖I

通信的處理

■應(yīng)用層面的處

■分層來處理

理疆

-應(yīng)用層不需

處理過程，

層次提供與

務(wù)

-回憶：應(yīng)

方的信息

-用運輸層來

的通信服務(wù)

接口

88

通信的處理

-網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的處理：網(wǎng)絡(luò)層

■對來自各個接口的數(shù)據(jù)進行選路，并

的接口上再送出去

■注意：各接口可能因傳輸技術(shù)的不同

形式會有所不同

-網(wǎng)絡(luò)層需要能夠辨識數(shù)據(jù)才能進行選路

■顯然，各接口上還需要對收到的數(shù)據(jù)進

才能送到網(wǎng)絡(luò)層

NetworkL

'嬲^?(?

89

通信的處理

-信道傳輸?shù)奶幚?/p>

■物理層

■傳輸介質(zhì)的接口與bit傳輸與接收

-數(shù)據(jù)鏈路層

■數(shù)據(jù)塊的組成、數(shù)據(jù)塊收發(fā)

IDataLinkj

Transmissionmedium(Channel)

90

ROUter和End-SyStem的層次

End-System(1phy.interface)Router(nph

Network

NetworkLayer

DataLinkDataLi

接口1接口2

91

網(wǎng)絡(luò)的層次模型

請求頁面

X≡---------1X

物理模型

ApplicationApp

TransportTra

NetworkNetworkNetwork∣INe

DataLinkD[ataLinkEagjnkDa

PhysicalphysicalPhysicalPh

Il??dia^6卜Media-BMediZ-C

層次模型

■回憶：Web瀏覽的通信

92

邏輯通信與物理通信

■邏輯通信

■應(yīng)用層組成Web請求數(shù)據(jù)，

APPliCatiOn

送到對端的應(yīng)用層，對端的TranSPort

應(yīng)用層回答Web的內(nèi)容數(shù)據(jù)NetWork

■實際上，應(yīng)用層將數(shù)據(jù)、連DataLink

PhySiCal

同對端的地址交給運輸層。

WebR

■運輸層從應(yīng)用層得到數(shù)據(jù)后,

送到對端的運輸層上

■類似的，運輸層與對端的通信

也是邏輯通信NetWOrk

DataLink

PhySiCal

93

邏輯通信與物理通信

■物理通信

-數(shù)據(jù)實際傳輸?shù)耐緩紸PPIiCdtion

Transport

Network

DataLink

Physical

NetWCr

DataLink

Physicai

94

邏輯與物理通信模型

■水平線：對等層間的邏輯通信

■垂直線：實際數(shù)據(jù)的傳遞途徑

End-systemIntermediatesystemEnd-

i

ApplicationAPP

TransportTra

Network----^--------------------?I+-Ne

∣

DateLinkEataLiikDataLink而

sicalPhysic，—Jcal+∣Ph

95

數(shù)據(jù)封裝

■A把WebReq送到B的過程

■A-httpfB-Web的邏輯通信

■A的http把WebReq內(nèi)容組成數(shù)據(jù)(Data),連同對方

傳輸要求等信息，遞交給TranSPOrt,要求TranSPOrt

Web±

■A-Transport÷B-Transport的邏輯通信

■TranSPort需要在data上附加一些輔助信息(稱為Tra

表示為HT,如對方Web端口、數(shù)據(jù)長度等)以便對方的

識別和正確施送該data到App??Web上

■與APP相似，TranSPort也是將HT+Data作為數(shù)據(jù)塊

層實現(xiàn)運送

■下面各層的過程類似，直到把數(shù)據(jù)送到物理介

WebReq

Dat

Tra

HτData

數(shù)據(jù)封裝一示例

■點擊WWW?時

HτData

請求報文

041510050GET/HTTP/1.1

40607052Accept:image/gif,image/x-bitmap,...,*/*

685820bbAccept-Language:zh-cn

5