計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)02講

1、1,分組交換的優(yōu)點(diǎn),高效 動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對(duì)通信鏈路是逐段占用。 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。 迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬。 可靠 完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。,2,分組交換帶來(lái)的問題,分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)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。,3,三種交換的比較,A B C D,A B C D,A B C D,報(bào)文交換,電路交換,分組交換,t,4,ARPANET的成功使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化,早期的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單個(gè)主機(jī)為中心的星形網(wǎng) 各終

2、端通過通信線路共享昂貴的中心主機(jī)的硬件和軟件資源。 分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機(jī)都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。 用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。,5,從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心,以主機(jī)為中心,以分組交換網(wǎng)為中心,6,1.2.2 因特網(wǎng)時(shí)代,因特網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段的演進(jìn)。 但這三個(gè)階段在時(shí)間劃分上并非截然分開而是有部分重疊的，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)是逐漸的而不是突然的。,7,因特網(wǎng)發(fā)展的第一階段,第一個(gè)分組交換網(wǎng) ARPANET 最初只是一個(gè)單個(gè)的分組交換網(wǎng)。 ARPA 研究多種網(wǎng)絡(luò)互連的技術(shù)。 1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 同年，ARPA

3、NET分解成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)： ARPANET進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究用的科研網(wǎng) MILNET軍用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 19831984 年，形成了因特網(wǎng) Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布關(guān)閉。,8,因特網(wǎng)發(fā)展的第二階段,1986 年，NSF 建立了國(guó)家科學(xué)基金網(wǎng)。 NSFNET。它是一個(gè)三級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)： 主干網(wǎng) 地區(qū)網(wǎng) 校園網(wǎng) 1991 年，美國(guó)政府決定將因特網(wǎng)的主干網(wǎng)轉(zhuǎn)交給私人公司來(lái)經(jīng)營(yíng)，并開始對(duì)接入因特網(wǎng)的單位收費(fèi)。 1993 年因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。,9,三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),各網(wǎng)絡(luò)之間需要使用路由器來(lái)連接。 有時(shí)在結(jié)構(gòu)圖中可不畫出路由器。,校園網(wǎng),校園網(wǎng),校

4、園網(wǎng),校園網(wǎng),校園網(wǎng),校園網(wǎng),國(guó)家主干網(wǎng),10,三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),主機(jī)到主機(jī)的通信可能要經(jīng)過多種網(wǎng)絡(luò)。,校園網(wǎng),校園網(wǎng),校園網(wǎng),校園網(wǎng),校園網(wǎng),校園網(wǎng),國(guó)家主干網(wǎng),11,因特網(wǎng)發(fā)展的第三階段,從1993年開始，由美國(guó)政府資助的 NSFNET逐漸被若干個(gè)商用的 ISP 網(wǎng)絡(luò)所代替。 1994 年開始創(chuàng)建了 4 個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn) NAP (Network Access Point)，分別由 4 個(gè)電信公司經(jīng)營(yíng)。 NAP 就是用來(lái)交換因特網(wǎng)上流量的結(jié)點(diǎn)。在NAP 中安裝有性能很好的交換設(shè)施。到本世紀(jì)初，美國(guó)的 NAP 的數(shù)量已達(dá)到十幾個(gè)。 從 1994 年到現(xiàn)在，因特網(wǎng)逐漸演變成多級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。,12,多

5、級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),大公司,地區(qū) ISP,網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn) NAP （對(duì)等點(diǎn)）,公司,主干服務(wù) 提供者,本地 ISP,地區(qū) ISP,地區(qū) ISP,地區(qū) ISP,本地 ISP,本地 ISP,大公司,大公司,網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn) NAP （對(duì)等點(diǎn)）,主機(jī)到主機(jī)的通信可能經(jīng)過多種 ISP。,13,今日的多級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),大致上可將因特網(wǎng)分為以下五個(gè)接入級(jí) 網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn) NAP 國(guó)家主干網(wǎng)（主干 ISP） 地區(qū) ISP 本地 ISP 校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)或 PC 機(jī)上網(wǎng)用戶,14,1.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,因特網(wǎng)協(xié)會(huì) 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)

6、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(huì) IAB,WG,WG,WG,15,制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下的四個(gè)階段,因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個(gè)階段還不是 RFC 文檔。 建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個(gè)階段開始就成為 RFC 文檔。 草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard) 因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard),16,1.2.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展,(1) 中國(guó)公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) CHINANET (2) 中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng) CERNET (3) 中國(guó)科學(xué)技術(shù)網(wǎng) CSTNET (4) 中國(guó)聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)

7、 UNINET (5) 中國(guó)網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng) CNCNET (6) 中國(guó)國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng) CIETNET (7) 中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng) CMNET (8) 中國(guó)長(zhǎng)城互聯(lián)網(wǎng) CGWNET（建設(shè)中） (9) 中國(guó)衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng) CSNET（建設(shè)中）,17,1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類,1.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義 最簡(jiǎn)單的定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。 因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。 1.3.2 幾種不同的分類方法 從網(wǎng)絡(luò)的交換功能進(jìn)行分類 從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類,18,1.3.2 幾種不同的分類方法（一）,從網(wǎng)絡(luò)的交換功能分類 電路交換

8、報(bào)文交換 分組交換 混合交換,19,1.3.2 幾種不同的分類方法（二）,從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類 廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network) 局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network) 接入網(wǎng) AN (Access Network),20,廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系,城域網(wǎng),城域網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),接入網(wǎng),廣域網(wǎng),局域網(wǎng),局域網(wǎng),校園網(wǎng),企業(yè)網(wǎng),21,1.3.2 幾種不同的分類方法（三）,從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類 公用網(wǎng) (public network) 專用網(wǎng)

9、 (private network),22,1.3.2 幾種不同的分類方法 （三）,從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按拓樸結(jié)構(gòu)分為：星型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)。,23,1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)1.4.1 帶寬,“帶寬”(bandwidth)本來(lái)是指信號(hào)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”的同義語(yǔ)，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。,24,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

10、/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 請(qǐng)注意：在計(jì)算機(jī)界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。,25,數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間的變化,在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。,26,時(shí)延(delay 或 latency),發(fā)送時(shí)延（傳輸時(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。,27,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(hào)傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號(hào)在信道上的傳播速率是完全不同的概念。,28,時(shí)延(delay 或 latency),處理時(shí)延 交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)

11、而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。 結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延是處理時(shí)延中的重要組成部分。 處理時(shí)延的長(zhǎng)短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。 有時(shí)可用排隊(duì)時(shí)延作為處理時(shí)延。,29,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)延和處理時(shí)延之和：,總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延,30,三種時(shí)延所產(chǎn)生的地方,1 0 1 1 0 0 1,發(fā)送器,隊(duì)列,結(jié)點(diǎn) B,結(jié)點(diǎn) A,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,31,容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤概念,對(duì)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)的發(fā)送

12、時(shí)延。 例1：一個(gè)長(zhǎng)度為100MB數(shù)據(jù)塊在帶寬為1Mb/s信道上，用光纖傳送到1000km和1km遠(yuǎn)的目的計(jì)算機(jī)所需的時(shí)間。發(fā)送時(shí)延=100*220 *8/106=838.9s，1000km的傳播時(shí)延=1000/200000=0.005s=5ms，若傳播距離為1km，則傳播時(shí)延會(huì)減小到原來(lái)的千分之一,32,容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤概念,例2：在帶寬分別是1Mb/s和1Gb/s的情況下，用光纖傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到1000km遠(yuǎn)的目的計(jì)算機(jī)上所需的時(shí)間。在1Mb/s的信道上，發(fā)送時(shí)延=8/106=8us，傳播時(shí)延為5ms，總時(shí)延=5.008ms，即使將信道的帶寬提高到1Gb/s，總時(shí)延也不會(huì)減少多少，,33

13、,1.4.3 時(shí)延帶寬積和往返時(shí)延,（傳播）時(shí)延,鏈路,帶寬,時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 帶寬,鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。,時(shí)延帶寬積,34,例：設(shè)某段鏈路的傳播時(shí)延為20ms，帶寬為10Mb/s，則時(shí)延帶寬積= 20*10-3*10*106=2*105bit。這表示，若發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則在發(fā)送的第一個(gè)比特即將到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，發(fā)送端就已經(jīng)發(fā)送了20萬(wàn)個(gè)比特，而這20萬(wàn)個(gè)比特都正在鏈路上傳輸。,35,往返時(shí)延 RTT,往返時(shí)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(lái)自接收端的確認(rèn)（接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認(rèn)），總共經(jīng)歷的時(shí)延。,3

14、6,習(xí)題,1、試在下列條件下比較電路交換和分組交換。要傳送的報(bào)文共x（bit），從源站到目的站共經(jīng)過k段鏈路，每段鏈路的傳播時(shí)延為d（s），數(shù)據(jù)率為C（bit/s）。在電路交換時(shí)電路的建立時(shí)間為s（s）。在分組交換時(shí)分組長(zhǎng)度為p（bit），且各結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)等待時(shí)間可忽略不計(jì)。問在怎樣的條件下，分組交換的時(shí)延比電路交換的要??？,37,答案,對(duì)電路交換，當(dāng)t=s時(shí)，鏈路建立； 當(dāng)t=s+x/C，發(fā)送完最后一bit； 當(dāng)t=s+x/C+kd，所有的信息到達(dá)目的地。 對(duì)分組交換，當(dāng)t=x/C， 發(fā)送完最后一bit； 為到達(dá)目的地，最后一個(gè)分組需經(jīng)過k-1個(gè)分組交換機(jī) 轉(zhuǎn)發(fā)，每次轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間為p/C，所以總

15、的延遲= x/C+(k-1)p/C+kd所以當(dāng)分組交換的時(shí)延小于電路交換 x/C+(k-1)p/C+kds+x/C+kd時(shí)， (k-1)p/Cs,38,習(xí)題,2、試計(jì)算以下兩種情況的發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延： 1）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為107bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kbit/s，傳播距離為1000km，信號(hào)在媒體上的傳播速率為2108m/s。 2）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為103bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbit/s，傳輸距離和信號(hào)在媒體上的傳播速率同上。,答案：（1）：發(fā)送延遲=107/（1001000）=100s 傳播延遲=10001000/（2108）=510-3s=5ms （2）：發(fā)送延遲=103/（109）=10-

16、6s=1us 傳播延遲=10001000/（2108）=510-3s=5ms,39,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織,國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU，International Telecommunication Union） 它的任務(wù)是國(guó)際電信的標(biāo)準(zhǔn)化。它的前身為CCITT。它的成員為政府部門和電信廠商。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO，International Standards Organization） 它的成員為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織，如美國(guó)的ANSI 。它的標(biāo)準(zhǔn)化程序：從CD（Committee Draft）到DIS （Draft International Standard），再到IS（International Sta

17、ndard）。 Internet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)（IAB，Internet Architecture Board）它是一個(gè)非正式的標(biāo)準(zhǔn)化組織。它的標(biāo)準(zhǔn)化程序：草案標(biāo)準(zhǔn)（DS，Draft Standard）到RFC （Request For comments），再到IS（Internet Standards）。,40,1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),分層的好處 各層之間是獨(dú)立的。 靈活性好。 結(jié)構(gòu)上可分割開。 易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。 能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。 分層注意事項(xiàng) 若層數(shù)太少，就會(huì)使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。 層數(shù)太多又會(huì)在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時(shí)遇到較多的困難。 每一層的功能應(yīng)當(dāng)時(shí)非常明確的；層與

18、層的邊界應(yīng)選擇的使通過這些邊界的信息量盡量少些，否則不方便,41,劃分層次的概念舉例,計(jì)算機(jī) 1 向計(jì)算機(jī) 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。 可以將要做的工作進(jìn)行如下的劃分。 第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。 確信對(duì)方已做好接收和存儲(chǔ)文件的準(zhǔn)備。 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。 兩個(gè)計(jì)算機(jī)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(fù)責(zé)。,42,再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊,文件傳送模塊,計(jì)算機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 2,文件傳送模塊,只看這兩個(gè)通信服務(wù)模塊 好像可直接把文件 可靠地傳送到對(duì)方,把文件交給下層模塊 進(jìn)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,43,再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊,文件傳

19、送模塊,計(jì)算機(jī) 1,計(jì)算機(jī) 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(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)節(jié)有關(guān)的工作 例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷剑瑤淖畲箝L(zhǎng)度等。,44,1.5.1 ISO/OSI參考模型,OSI參考模型的由來(lái): 1974年IBM公司的SNA、1975年DEC公司的DNA、HP公司的DSN日本富士通公司的FNA等。這些種類繁多的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),由于各自所定義的層數(shù)、每層所采用的協(xié)議常常不一樣,造成彼此之間不兼容,這些系統(tǒng)常被稱為“封閉”系統(tǒng)。 1978年,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(International Organizat

20、ion for Standardization)的技術(shù)委員會(huì)TC97 建立了一個(gè)分委員會(huì) SC16 專門研究開放系統(tǒng)互聯(lián) OSI (Open System Interconnection),并于1983年春季,使開放系統(tǒng)互聯(lián)基本參考模型OSI/RM成為正式的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO7498)開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(OSI Reference Model:簡(jiǎn)稱OSI/RM).,45,1.5.1 ISO/OSI參考模型,OSI參考模型的核心 1、服務(wù)：為上一層提供的服務(wù) 2、接口：上一層如何訪問 3、協(xié)議：每一層用到的對(duì)等協(xié)議 為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network p

21、rotocol),簡(jiǎn)稱協(xié)議。主要由以下三要素組成： 語(yǔ)法（“如何講”即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式） 語(yǔ)義（“講什么”即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)） 同步（“講話的次序”即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明）。,46,1.5.1 ISO/OSI參考模型,OSI 參考模型的層次結(jié)構(gòu),47,48,數(shù)據(jù)在各層傳遞的過程,主機(jī)A,主機(jī)B,數(shù)據(jù)鏈路層,應(yīng)用層,數(shù)據(jù)鏈路層,物 理 傳 輸 媒 體,01100010 比 特 流 10011100,數(shù)據(jù)部分,首部,尾部,數(shù)據(jù)部分,首部,數(shù)據(jù)部分,首部,數(shù)據(jù)部分,首部,應(yīng)用程序數(shù)據(jù),49,實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn),實(shí)體(entity) 表示任何可發(fā)

22、送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。 協(xié)議是控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。 在協(xié)議的控制下，兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。 要實(shí)現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。,50,本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無(wú)法看見下面的協(xié)議。 下面的協(xié)議對(duì)上面的服務(wù)用戶是透明的。 協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。 服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。 同一系統(tǒng)相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點(diǎn) SAP (Service Access Point)。,實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn),51,實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn),服 務(wù) 用 戶,第 n

23、 層,第 n + 1 層,服 務(wù) 用 戶,52,OSI 參考模型的缺點(diǎn),糟糕的時(shí)機(jī),53,OSI 參考模型的缺點(diǎn),糟糕的技術(shù) 技術(shù)復(fù)雜 糟糕的實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)困難 糟糕的策略 非TCP/IP的開放式的系統(tǒng),54,兩種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),法律上的(from the law)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場(chǎng)的認(rèn)可。 是非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。 TCP/IP 常被稱為事實(shí)上的(from the fact) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。,55,1.5.2 TCP/IP體系機(jī)構(gòu),56,OSI模型與TCP/IP對(duì)應(yīng)關(guān)系,應(yīng)用層,表示層,會(huì)話層,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,運(yùn)輸層,網(wǎng)際層,應(yīng)用層 （各種應(yīng)用

24、層協(xié)議如FTP,TELNET,SMTP等）,網(wǎng)絡(luò)接口層,(a) OSI體系結(jié)構(gòu),(b) TCP/IP體系結(jié)構(gòu),57,應(yīng)用層的客戶-服務(wù)器方式,在 TCP/IP 的應(yīng)用層協(xié)議使用的是 客戶-服務(wù)器方式 客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程。 客戶-服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。 客戶是服務(wù)請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方。,58,客戶軟件的特點(diǎn),在進(jìn)行通信時(shí)臨時(shí)成為客戶，但它也可在本地進(jìn)行其他的計(jì)算。 被用戶調(diào)用并在用戶計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，在打算通信時(shí)主動(dòng)向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信。 可與多個(gè)服務(wù)器進(jìn)行通信。 不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。,59,服

25、務(wù)器軟件的特點(diǎn),專門用來(lái)提供某種服務(wù)的程序，可同時(shí)處理多個(gè)遠(yuǎn)地或本地客戶的請(qǐng)求。 在共享計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著。 被動(dòng)等待并接受來(lái)自多個(gè)客戶的通信請(qǐng)求。 一般需要強(qiáng)大的硬件和高級(jí)的操作系統(tǒng)支持。,60,客戶進(jìn)程和服務(wù)器進(jìn)程-使用 TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行通信,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,應(yīng)用層,應(yīng)用層,因特網(wǎng),以后就逐級(jí)使用下層 提供的服務(wù) (使用 TCP 和 IP）,61,功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)可同時(shí)運(yùn)行多個(gè)服務(wù)器進(jìn)程,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,應(yīng)用層,計(jì)算機(jī) 3,因特網(wǎng),62,TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn),沒有

26、區(qū)分服務(wù)、接口和協(xié)議 不是一個(gè)具有普遍性的模型 主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)層之間必是一個(gè)真正的層，而是接口 TCP/IP沒有區(qū)分物理層和數(shù)據(jù)連路層 許多協(xié)議很難更新,63,1.5.2 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優(yōu)點(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。,64,五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用層(application layer) 運(yùn)輸層(transport layer) 網(wǎng)絡(luò)層(network layer) 數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) 物理層(physical layer),數(shù)據(jù)鏈路層,5 應(yīng)用層,4 運(yùn)輸層,3 網(wǎng)絡(luò)層,2 數(shù)據(jù)鏈路層,1 物理

27、層,65,第2章 物理層,基本內(nèi)容：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層的基本概念，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型、信道及其傳輸速率的計(jì)算，數(shù)字編碼技術(shù)、常用的傳輸媒體，信道復(fù)用技術(shù)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)物理層的基本概念 信道及其傳輸速率的計(jì)算 信道復(fù)用技術(shù) 常用物理傳輸介質(zhì),重點(diǎn)掌握：,66,2.1 物理層的基本概念,物理層考慮的是如何在傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是傳輸媒體或物理設(shè)備本身。網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備和傳輸媒體種類繁多，通信手段也有多種方式。物理層的作用正是要盡可能地屏蔽掉這些差異，使上一層感覺不到這些差異。物理層的主要任務(wù)是確定與傳輸媒體的接口的一些特性：,（1）機(jī)械特性 接口的形狀、尺寸、引線數(shù)目、排列順序等。 （2）

28、電氣特性 接口電纜上各線的電壓范圍。 （3）功能特性 指明某條線上某一電平的電壓代表何種意義。 （4）規(guī)程特性 指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。,67,2.2 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí),2.2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,通信：將信息從一個(gè)地方傳送到另一個(gè)地方 。 數(shù)據(jù)（data）:運(yùn)送信息的實(shí)體。 信號(hào)（signal）：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 模擬的（信號(hào)或數(shù)據(jù)）（analog)：連續(xù)變化的。 數(shù)字的（信號(hào)或數(shù)據(jù)）（digital)：取值僅允許為有限的幾個(gè)離散值。,t,t,t,U,U,U,0,0,0,（a）模擬信號(hào),（b）數(shù)字信號(hào)1,（c）數(shù)字信號(hào)2,68,數(shù)字通信的特點(diǎn),抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)

29、噪聲積累 便于加密處理 便于存儲(chǔ)、處理和交換 設(shè)備便于集成化、微型化 占用信道頻帶較寬,69,2.2.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三大部分，即源系統(tǒng)（發(fā)送端）、傳輸系統(tǒng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系統(tǒng)（接收端）。,70,調(diào)制與解調(diào),調(diào)制：將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過程叫做調(diào)制。,解調(diào)：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程叫做解調(diào)。,在公共電話網(wǎng)上，有些地區(qū)是數(shù)數(shù)字網(wǎng)、有些地區(qū)是模擬網(wǎng)，也有的是數(shù)字、模擬共存的綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)。,公用電話網(wǎng),71,基帶信號(hào)和寬帶信號(hào),基帶信號(hào) 就是將數(shù)字信號(hào) 1 或 0 直接用兩種不同的電壓來(lái)表示，然后送到線路上去傳輸。 基帶傳輸 指通過有線信道直接傳輸基帶信號(hào)，

30、一般用于傳輸距離較近的數(shù)字通信系統(tǒng)，如基帶局域網(wǎng)系統(tǒng)。 寬帶信號(hào) 則是將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)。,72,2.2.3 信道及其傳輸速率,1、幾個(gè)概念,信 道（channel）,信道和電路并不等同，信道一般表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體。一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。 信道按所傳輸?shù)男盘?hào)可分為模擬信道和數(shù)字信道，信道上傳輸?shù)男盘?hào)還有基帶信號(hào)和寬帶信號(hào)之分。,通信雙方的交互方式,單向通信（單工方式）：只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。也稱單工通信。 雙向交替通信（Half Duplex 半雙工方式）：一方發(fā)送，另一方接收，過一段時(shí)間后再反過來(lái)。但不能雙方同時(shí)

31、發(fā)送，也不能同時(shí)接收。也稱半雙工通信。 雙向同時(shí)通信（Full Duplex 全雙工方式）：通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，也稱全雙工通信。,73,信道的最高碼元傳輸速率,任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來(lái)多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。,74,有限帶寬的信號(hào)分析,75,數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道,失真不嚴(yán)重 失真嚴(yán)重,實(shí)際的信道 （帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）,輸入信號(hào)波形,輸出信號(hào)波形 (失真不嚴(yán)重),76,傳輸速率,77,示例,78,2、信道的最高碼元傳輸速率奈奎斯特(Nyquist)公式,每赫帶寬的理想

32、低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 2 個(gè)碼元。 Baud 是波特，是碼元傳輸速率的單位，1 波特為每秒傳送 1 個(gè)碼元。,理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud,W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz),不能通過,能通過,0,頻率(Hz),W (Hz),79,另一種形式的奈氏準(zhǔn)則,每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 1 個(gè)碼元。,理想帶通特性信道的最高碼元傳輸速率 = W Baud,W 是理想帶通信道的帶寬，單位為赫(Hz),80,即：奈奎斯特(Nyquist)公式,理想低通信道：,信道的最高碼元傳輸速率 2 W (Baud),理想帶通信道：,信道的最高碼元傳輸速率

33、W (Baud),信道的碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號(hào)速率。單位為：碼元/秒，稱為：波特（Baud）。 對(duì)于模擬信號(hào)的傳輸，波特率是指調(diào)制解調(diào)器上輸出的調(diào)制信號(hào)每秒鐘調(diào)制載波狀態(tài)改變的次數(shù)。 對(duì)于數(shù)字信號(hào)傳輸，波特率是指線路上每秒鐘傳送的波形個(gè)數(shù)。,81,示例,82,對(duì)多值信令而言，奈氏公式變?yōu)椋?Nyquist Theorem: C=2Wlog2M 實(shí)際上，二進(jìn)制傳輸: C=2W,83,要強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn),實(shí)際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。 波特(Baud)和比特(bit)是兩個(gè)不同的概念。 波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€(gè)碼元）。碼元傳輸速率

34、也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號(hào)速率。 比特是信息量的單位。,84,“比特/秒”與“波特”,信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上卻有一定的關(guān)系。 若 1 個(gè)碼元只攜帶 1 bit 的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上相等。 若 1 個(gè)碼元攜帶 n bit 的信息量，則 M Baud 的碼元傳輸速率所對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為 M n b/s。,85,3、信道的極限信息傳輸速率香農(nóng)(Shannon)公式,香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率。 信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為 C = W log2(1+S

35、/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）； S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率； N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。S/N通常用dB表示，10lg(S/N),86,香農(nóng)公式表明,信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。 若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。 實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。,C = W log2(1+S/N),87,練習(xí),1、允許雙向同時(shí)對(duì)話的連接方式被稱作： A：半雙工 B：全雙工 C：?jiǎn)喂?D：數(shù)據(jù)報(bào) 2、對(duì)于帶寬為4kHz的信道，使用4電平的數(shù)字信號(hào)。問：無(wú)噪聲情況下信道容量是多少？ 答案：C = 2Wlog2M = 2*4000*log24 =16000b/s,88,練習(xí),3、如果在一個(gè)3KHz的信道上發(fā)送一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)，該信道的信噪比為20dB,則最大可達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸率為多少？ 答案：1）20=10*lg(S/N),S/N=100 2）根據(jù)香農(nóng)公式： C=3000*log2(1+S/N)=19.975Kbp