1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件 制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 6 版）課件 謝希仁 編著（使用 OfficeXP或 Office 2003 演示動(dòng)畫）課件制作人：謝希仁課件制作人聲明本課件共 10個(gè) Powerpoint 文件（每章一個(gè)）。教師可根據(jù)教學(xué)要求自由修改此課件（增加或刪減內(nèi)容），但不能自行出版銷售。 對(duì)于課件中出現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，歡迎讀者提出寶貴意見，以便及時(shí)修訂。課件制作人 謝希仁2012 年 11 月課件制作人：謝希仁第 1 章 概述1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代中的作用1.2 因特網(wǎng)概述 1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) 1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段 1.2.3 因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作1.3 因特網(wǎng)的組成

2、 1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分 1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分課件制作人：謝希仁第 1 章 概述（續(xù)）1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的類別 1.5.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義 1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.6.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.6.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征課件制作人：謝希仁第 1 章 概述（續(xù)）1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)1.7.4 實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)1.7.5 TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)課件制作人：謝希仁1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用2

3、1 世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代。網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會(huì)的命脈和發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。 課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。 課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)的意義因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革?，F(xiàn)在人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往都已離不開因特網(wǎng)。 課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

4、向用戶提供的最重要的功能 連通性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計(jì)算機(jī)都可以彼此直接連通一樣。 共享即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。 課件制作人：謝希仁1.2 因特網(wǎng)概述1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)起源于美國(guó)的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國(guó)際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。 互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。 課件制作人：謝希仁請(qǐng)注意名詞“結(jié)點(diǎn)”“結(jié)點(diǎn)”的英文名詞是 node。雖然 node 有時(shí)也可譯為“節(jié)

5、點(diǎn)”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點(diǎn)，這種節(jié)點(diǎn)很像竹竿上的“節(jié)”。在網(wǎng)絡(luò)中的 node 的標(biāo)準(zhǔn)譯名是“結(jié)點(diǎn)”而不是“節(jié)點(diǎn)”。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的樹(tree)中的 node 應(yīng)當(dāng)譯為“節(jié)點(diǎn)”。課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起。因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 (a)(b)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點(diǎn)鏈路主機(jī)因特網(wǎng)課件制作人：謝希仁1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段第一階段是從單個(gè)網(wǎng)絡(luò) 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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時(shí)間。 課件制作人：謝希仁Internet 和 Intern

6、et 的區(qū)別以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個(gè)通用名詞，它泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。 以大寫字母I開始的的 Internet（因特網(wǎng)）則是一個(gè)專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國(guó)的 ARPANET。課件制作人：謝希仁三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 第二階段的特點(diǎn)是建成了三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 三級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。 課件制作人：謝希仁多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 第三階段的特點(diǎn)是逐漸形成了多層次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者

7、 ISP (Internet Service Provider)。 用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務(wù)提供者用戶通過 ISP 上網(wǎng)根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP 地址數(shù)目的不同，ISP 也分成為不同的層次。 大公司公司本地 ISPAB主機(jī)A 本地 ISP 地區(qū) ISP 主干 ISP 地區(qū) ISP 本地 ISP 主機(jī)B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)下面是具有三層 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的概念示意圖 課件制作人：謝希仁到 2012 年 3 月，

8、全球已經(jīng)有 91 個(gè)國(guó)家擁有 IXP，其中擁有 10 個(gè)以上 IXP 的國(guó)家僅有 9 個(gè)，而僅擁有一個(gè) IXP 的有 48 個(gè)國(guó)家。 課件制作人：謝希仁萬維網(wǎng) WWW 的問世因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長(zhǎng)速率最快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出因特網(wǎng)究竟有多大。因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于 20 世紀(jì) 90 年代。由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬維網(wǎng) WWW (World Wide Web)被廣泛使用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。 課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況（統(tǒng)計(jì)到 2005 年） 網(wǎng)絡(luò)數(shù) 主機(jī)數(shù) 用戶數(shù) 管理機(jī)構(gòu)

9、數(shù)1980 10 102 102 1001990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 103課件制作人：謝希仁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)小組IESG RGWGRG領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會(huì) IAB WGWGWG課件制作人：謝希仁制訂因特網(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

10、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) 課件制作人：謝希仁各種RFC之間的關(guān)系 因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的 RFC實(shí)驗(yàn)的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFC課件制作人：謝希仁1.3 因特網(wǎng)的組成 從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：(1) 邊緣部分 由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)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(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分

11、主機(jī)網(wǎng)絡(luò)路由器因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分課件制作人：謝希仁1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system)。 “主機(jī) A 和主機(jī) B 進(jìn)行通信”，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī) A 上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī) B 上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。即“主機(jī) A 的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī) B 上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”?；蚝?jiǎn)稱為“計(jì)算機(jī)之間通信” 課件制作人：謝希仁兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴?wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 對(duì)等方式（P2P 方式） 即 Peer-t

12、o-Peer方式 課件制作人：謝希仁1. 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?？蛻羰欠?wù)的請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。運(yùn)行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行服務(wù)器程序AB 請(qǐng)求服務(wù) 得到服務(wù)客戶服務(wù)器客戶 A 向服務(wù)器 B 發(fā)出請(qǐng)求服務(wù)，而服務(wù)器 B 向客戶 A 提供服務(wù)。課件制作人：謝希仁客戶軟件的特點(diǎn) 被用戶調(diào)用后運(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（請(qǐng)求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。 課件制作人：謝希仁服務(wù)器軟件的特點(diǎn) 一種專

13、門用來提供某種服務(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。系統(tǒng)啟動(dòng)后即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著，被動(dòng)地等待并接受來自各地的客戶的通信請(qǐng)求。因此，服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。一般需要強(qiáng)大的硬件和高級(jí)的操作系統(tǒng)支持。課件制作人：謝希仁2. 對(duì)等連接方式 對(duì)等連接(peer-to-peer，簡(jiǎn)寫為 P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件（P2P 軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。雙方都可以下載對(duì)方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤中的共享文檔。 課件制作人：謝希仁對(duì)等連接方式的特點(diǎn)對(duì)等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是

14、對(duì)等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶又同時(shí)是服務(wù)器。例如主機(jī) C 請(qǐng)求 D 的服務(wù)時(shí)，C 是客戶，D 是服務(wù)器。但如果 C 又同時(shí)向 F提供服務(wù)，那么 C 又同時(shí)起著服務(wù)器的作用。網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序DCEF運(yùn)行P2P 程序運(yùn)行P2P 程序課件制作人：謝希仁1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)

15、是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 課件制作人：謝希仁路由器的重要任務(wù)路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。 課件制作人：謝希仁1. 電路交換的主要特點(diǎn)兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來。 課件制作人：謝希仁更多的電話機(jī)互相連通5 部電話機(jī)兩兩相連，需 10 對(duì)電線。N 部電話機(jī)兩兩相連，需 N(N 1)/2 對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。 課件制作人：謝希仁使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。 交換機(jī)

16、課件制作人：謝希仁“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(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。 課件制作人：謝希仁電路交換的特點(diǎn)電路交換必定是面向連接的。 電路交換的三個(gè)階段：建立連接通信釋放連接課件制作人：謝希仁電路交換舉例A 和 B 通話經(jīng)過四個(gè)交換機(jī)通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行課件制作人：謝希仁電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。課件制作人：謝希仁報(bào)文2. 分組交換的主要特點(diǎn) 在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段

17、。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個(gè)報(bào)文較長(zhǎng)不便于傳輸課件制作人：謝希仁數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報(bào)文添加首部構(gòu)成分組每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。首部首部首部分組 1分組 2分組 3請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”課件制作人：謝希仁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課件制作人：謝希仁分組首部的重要性每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。用

18、這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。課件制作人：謝希仁收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)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)課件制作人：謝希仁數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)最后還原成原來的報(bào)文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報(bào)文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒有被丟棄。報(bào)文1101000110101010110101011100010011010010課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成，而主機(jī)處在因特網(wǎng)的邊緣部分。在因特網(wǎng)核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相

19、連接，而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機(jī)接入到核心部分則通常以相對(duì)較低速率的鏈路相連接。主機(jī)的用途是為用戶進(jìn)行信息處理的，并且可以和其他主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進(jìn)行分組交換的。 H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機(jī)課件制作人：謝希仁分組交換網(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(jī)課件制作人：謝希仁注意分組的存儲(chǔ)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(jī)在路由器 E 暫存查找

20、轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī) 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)的端口課件制作人：謝希仁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(shí)存儲(chǔ)）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個(gè)目的地址應(yīng)從哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。 課件制作人：謝希仁主機(jī)和路由器的作用不同主機(jī)是為用戶進(jìn)行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。路由器對(duì)分組進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機(jī)。課件制作人：謝希仁分組交換的優(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。

21、迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組。可靠 保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。 課件制作人：謝希仁分組交換帶來的問題分組在各結(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。 課件制作人：謝希仁存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念 在 20 世紀(jì) 40 年代，電報(bào)通信也采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換(message switching)。 報(bào)文交換的時(shí)延較長(zhǎng)，從幾分鐘到幾小時(shí)不等。現(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。 三種交換的比較 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報(bào)文報(bào)文報(bào)文A B C D A

22、B C DA B C D報(bào)文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報(bào)文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)比特流直達(dá)終點(diǎn)報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組分組分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。60 年代初，美國(guó)國(guó)防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網(wǎng)有一個(gè)缺點(diǎn)：正在通信的電路中有一個(gè)交換機(jī)或有一條鏈路被炸毀，則整個(gè)通信電路就要中斷。如要改用其他迂回

23、電路，必須重新?lián)芴?hào)建立連接。這將要延誤一些時(shí)間。 課件制作人：謝希仁新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)用于計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計(jì)算機(jī)，不局限于單一類型的計(jì)算機(jī)。所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。計(jì)算機(jī)在進(jìn)行通信時(shí)，必須有冗余的路由。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡(jiǎn)單，同時(shí)還能夠非?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。 課件制作人：謝希仁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)

24、絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。 課件制作人：謝希仁從主機(jī)為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心主機(jī)終端以主機(jī)為中心以分組交換網(wǎng)為中心主機(jī)分組交換網(wǎng)課件制作人：謝希仁1. 4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的發(fā)展鐵道部在 1980 年開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。1989 年11 月我國(guó)第一個(gè)公用分組交換網(wǎng) CNPAC 建成運(yùn)行。 1994年4月20日我國(guó)用64 kb/s專線正式連入因特網(wǎng)。中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET (China Education and Research NETwork)，簡(jiǎn)稱為中國(guó)教育網(wǎng)，是由國(guó)家投資建設(shè)，教育部負(fù)責(zé)管理，清華大學(xué)等高等學(xué)校承擔(dān)建設(shè)和管理運(yùn)行的全國(guó)性學(xué)術(shù)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)

25、絡(luò)信息中心 CNNIC (Network Information Center of China)每年兩次公布的我國(guó)因特網(wǎng)的發(fā)展情況。課件制作人：謝希仁1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.5.1 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)”。課件制作人：謝希仁1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)1. 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)個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Pe

26、rsonal Area Network) 課件制作人：謝希仁2. 不同使用者的網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類公用網(wǎng) (public network) 專用網(wǎng) (private network) 課件制作人：謝希仁用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng) AN (Access Network)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。由 ISP 提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的“橋梁”作用。 課件制作人：謝希仁1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能1.6.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1. 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)

27、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。速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。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。 課件制作人：謝希仁2. 帶寬 “帶寬”(bandwidth)本來是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）?，F(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，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 課件制作人：謝希仁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

28、 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/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。課件制作人：謝希仁數(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。 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 4 106 個(gè)比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 課件制作人：謝希仁3. 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(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測(cè)量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量

29、能夠通過網(wǎng)絡(luò)。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。 課件制作人：謝希仁4. 時(shí)延(delay 或 latency)發(fā)送時(shí)延 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)幀從結(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)幀長(zhǎng)度（b）發(fā)送速率（b/s）課件制作人：謝希仁時(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)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。 傳播時(shí)延 = 信道長(zhǎng)度（米）信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒）課件制作人：謝希仁時(shí)延(delay 或 latency)處理時(shí)

30、延 交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(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(zhǎng)短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。課件制作人：謝希仁時(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+處理時(shí)延課件制作人：謝希仁四種時(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)生發(fā)送時(shí)延(即傳輸時(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)鏈路課件制作人：謝希仁容易產(chǎn)生的錯(cuò)誤概念 對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我

31、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(shí)延。 課件制作人：謝希仁5. 時(shí)延帶寬積（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)延帶寬積課件制作人：謝希仁6. 利用率信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)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(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。信道利用率并非越高越好。 課件制作人：謝希仁時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(jù)排隊(duì)論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。 若令 D0 表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D 表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)延

32、，則在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡(jiǎn)單公式表示 D 和 D0之間的關(guān)系： U 是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在 0 到 1 之間。 時(shí)延 D利用率 U10D0時(shí)延急劇增大課件制作人：謝希仁1.6.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 費(fèi)用質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化可靠性可擴(kuò)展性和可升級(jí)性 易于管理和維護(hù) 課件制作人：謝希仁1.7 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成相互通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)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(dāng)復(fù)雜的。 “分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，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。 課件制作人：謝希仁關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM只要遵循 OSI

33、 標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進(jìn)行通信。在市場(chǎng)化方面 OSI 卻失敗了。OSI 的專家們?cè)谕瓿?OSI 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)沒有商業(yè)驅(qū)動(dòng)力；OSI 的協(xié)議實(shí)現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運(yùn)行效率很低；OSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長(zhǎng)，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時(shí)進(jìn)入市場(chǎng)；OSI 的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個(gè)層次中重復(fù)出現(xiàn)。 課件制作人：謝希仁兩種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)法律上的(de jure)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(de facto) 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。課件制作人：謝希仁1.7.

34、2 協(xié)議與劃分層次計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(guān)的同步問題（同步含有時(shí)序的意思）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，簡(jiǎn)稱為協(xié)議，是為進(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。 課件制作人：謝希仁網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素 語法 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 語義 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 事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 課件制作人：謝希仁劃分層次的概念舉例 主機(jī) 1 向主機(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。

35、雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個(gè)主機(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)。課件制作人：謝希仁兩個(gè)主機(jī)交換文件 文件傳送模塊主機(jī) 1主機(jī) 2文件傳送模塊只看這兩個(gè)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(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊課件制作人：謝希仁再設(shè)計(jì)一個(gè)通信服務(wù)模塊 文件傳送模塊主機(jī) 1主機(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)模塊課件制作人：謝希仁再設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入模塊 文件傳送模塊主機(jī) 1主機(jī) 2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服

36、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?，幀的最大長(zhǎng)度等。課件制作人：謝希仁分層的好處 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。 課件制作人：謝希仁層數(shù)多少要適當(dāng) 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。 課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。 體系結(jié)構(gòu)就是這個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實(shí)現(xiàn)(implementatio

37、n)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的，是真正在運(yùn)行的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。 課件制作人：謝希仁1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) TCP/IP 是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運(yùn)輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。但最下面的網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。 課件制作人：謝希仁五層協(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 laye

38、r) 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 物理層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層 PDU主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層 PDU 再傳送到運(yùn)輸層加上運(yùn)輸層首部，成為運(yùn)輸層報(bào)文主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層報(bào)文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為 IP 數(shù)據(jù)報(bào)（或分組）主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1A

39、P2AP1主機(jī) 2IP 數(shù)據(jù)報(bào)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(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 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(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 應(yīng)用層(application layer) 5432154321物理傳輸媒體主機(jī) 1AP2AP1電信號(hào)（或光信號(hào)）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(jī) 2主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321

40、主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 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(luò)層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給運(yùn)輸層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5

41、432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)應(yīng)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?yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4運(yùn)輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 210100110100101 比 特 流 110101110101計(jì)算機(jī) 2 的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng)

42、 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 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(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H3H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運(yùn)輸層H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H4H5應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2運(yùn)輸層剝?nèi)?bào)文首部后把報(bào)文的數(shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)H5應(yīng) 用

43、 程 序 數(shù) 據(jù)主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層 PDU 首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù) 5432154321主機(jī) 1AP2AP1主機(jī) 2我收到了 AP1 發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！課件制作人：謝希仁1.7.4 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)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)。 課件制作人：謝希仁實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問

44、點(diǎn)（續(xù)） 本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(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)。 課件制作人：謝希仁實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點(diǎn)（續(xù)） 協(xié)議(n + 1)SAPSAP交換原語交換原語實(shí)體(n + 1)服務(wù)提供者第 n 層第 n + 1 層實(shí)體(n + 1)服務(wù)用戶實(shí)體(n)實(shí)體(n)協(xié)議(n)課件制作人：謝希仁協(xié)議很復(fù)雜 協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計(jì)到，而

45、不能假定一切都是正常的和非常理想的。 看一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，而且還必須非常仔細(xì)地檢查這個(gè)協(xié)議能否應(yīng)付各種異常情況。 課件制作人：謝希仁著名的協(xié)議舉例【例1-1】 占據(jù)東、西兩個(gè)山頂?shù)乃{(lán)軍1和藍(lán)軍2與駐扎在山谷的白軍作戰(zhàn)。其力量對(duì)比是：?jiǎn)为?dú)的藍(lán)軍1或藍(lán)軍2打不過白軍，但藍(lán)軍1和藍(lán)軍2協(xié)同作戰(zhàn)則可戰(zhàn)勝白軍。現(xiàn)藍(lán)軍1擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計(jì)算機(jī)發(fā)送電文給藍(lán)軍2。但通信線路很不好，電文出錯(cuò)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(gè)確認(rèn)電文。但此確認(rèn)電文也可能出錯(cuò)或丟失。試問能否設(shè)計(jì)出一種協(xié)議使得藍(lán)軍1和藍(lán)軍2能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同作

46、戰(zhàn)因而一定（即100 %而不是99.999%）取得勝利？ 明日正午進(jìn)攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”這樣的協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)！課件制作人：謝希仁結(jié)論這樣無限循環(huán)下去，兩邊的藍(lán)軍都始終無法確定自己最后發(fā)出的電文對(duì)方是否已經(jīng)收到。沒有一種協(xié)議能夠藍(lán)軍能 100% 獲勝。課件制作人：謝希仁1.7.5 TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運(yùn)輸層和應(yīng)用層。 課件制作人：謝希仁沙漏計(jì)時(shí)器形狀的TCP/IP協(xié)議族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)

47、際層網(wǎng)絡(luò)接口層運(yùn)輸層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口 1網(wǎng)絡(luò)接口 2網(wǎng)絡(luò)接口 3Everything over IP IP 可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù)IP over Everything IP 可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上課件制作人：謝希仁【例1-2】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 客戶發(fā)起連接建立請(qǐng)求 服務(wù)器接受連接建立請(qǐng)求應(yīng)用層應(yīng)用層因特網(wǎng)客戶服務(wù)器以后就逐級(jí)使用下層提供的服務(wù)(使用 TCP 和 IP）課件制作人：謝希仁功能較強(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服務(wù)器1服務(wù)器2數(shù)據(jù)鏈路層

48、物理層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計(jì)算機(jī) 1客戶 1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) 2客戶 2因特網(wǎng)課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 6 版）第 2 章 物理層課件制作人：謝希仁第 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(chǔ)知識(shí)2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念2.2.3 信道的極限容量2.2.4 信道的極限信息傳輸速率2.3 物理層下面的傳輸媒體2.3.1 導(dǎo)引型傳輸媒體2.3.2 非導(dǎo)引型傳輸媒體課件制作人：謝希仁第 2 章 物理層（續(xù)）2.4 信道復(fù)用技術(shù) 2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 2.4.2 波分復(fù)用 2.4.3 碼分

49、復(fù)用2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6 寬帶接入技術(shù) 2.6.1 ADSL技術(shù) 2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)（HFC 網(wǎng)） 2.6.3 FTTx 技術(shù)課件制作人：謝希仁2.1 物理層的基本概念 物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： 機(jī)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(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 課件制作人：謝希仁2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的

50、信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)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(hào)模擬信號(hào) 輸入漢字顯示漢字?jǐn)?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課件制作人：謝希仁幾個(gè)術(shù)語數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送消息的實(shí)體。信號(hào)(signal)數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 “模擬的”(analogous)代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。 “數(shù)字的”(digital)代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 碼元(code)在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。課件制作人：謝希仁 2.2.2 有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的

51、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(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 課件制作人：謝希仁基帶(baseband)信號(hào)和帶通(band pass)信號(hào) 基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）來自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)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。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 帶通信號(hào)把基帶信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)

52、能夠通過信道）。 課件制作人：謝希仁幾種最基本的調(diào)制方法 基帶信號(hào)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(duì)基帶信號(hào)進(jìn)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(hào)而變化。 調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 課件制作人：謝希仁對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法 010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相課件制作人：謝希仁正交振幅調(diào)制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) r(

53、r, )可供選擇的相位有 12 種，而對(duì)于每一種相位有 1 或2 種振幅可供選擇。 由于4 bit 編碼共有16 種不同的組合，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。 若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。 舉例課件制作人：謝希仁2.2.3 信道的極限容量 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多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘?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。 課件制作人：謝希仁數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道 有失真，但可識(shí)別失真大，無法識(shí)別 實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)

54、送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形課件制作人：謝希仁信道能夠通過的頻率范圍1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，使接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)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(hào)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?dāng)_。 課件制作人：謝希仁(2) 信噪比 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、無差

55、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/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。 課件制作人：謝希仁香農(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實(shí)現(xiàn)無差錯(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。 課件制作人：謝希仁請(qǐng)注意 對(duì)于頻帶

56、寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達(dá)到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編碼的方法讓每一個(gè)碼元攜帶更多比特的信息量。 課件制作人：謝希仁2.3 物理層下面的傳輸媒體無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無線電 調(diào)頻無線電 海事無線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1

57、022 1024 移動(dòng)無線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜課件制作人：謝希仁2.3.1 導(dǎo)引型傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同軸電纜50 同軸電纜75 同軸電纜光纜 課件制作人：謝希仁各種電纜銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP同軸電纜課件制作人：謝希仁光線在光纖中的折射 折射角入射角 包層（低折射率的媒體） 包層（低折射率的媒體） 纖芯（高折射率的媒體） 包層纖芯課件制作人：謝希仁光

58、纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷湔n件制作人：謝希仁輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖課件制作人：謝希仁2.3.2 非導(dǎo)引型傳輸媒體 無線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線傳播。 地面微波接力通信衛(wèi)星通信 課件制作人：謝希仁 無線局域網(wǎng)使用的 ISM 頻段 26 83.5 125頻帶 MHz MHz MHz頻率 902 928 2.4 2.4835 5.725 5.850 MHz MHz GHz GHz GHz GHz課件制作人：謝希仁+( )2.4 信

59、道復(fù)用技術(shù)2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。 +A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2共享信道(a) 使用單獨(dú)的信道(b) 使用共享信道復(fù)用分用課件制作人：謝希仁頻分復(fù)用 FDM(Frequency Division Multiplexing) 用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 頻率時(shí)間頻帶 1頻帶 2頻帶 3頻帶 n課件制作人：謝希仁時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Mu

60、ltiplexing) 時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM 幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長(zhǎng)度）。TDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。課件制作人：謝希仁時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAATDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀周期性出現(xiàn)課件制作人：謝希仁時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi) ABCDaabbcdbcattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶使用時(shí)