計算機通信與網絡

Chapter1概述

。計算機網絡的基本概念

。網絡軟件

?網絡體系結構

。計算機網絡的性能

網絡標準化

計算機網絡的基本概念

小計算機網絡的形成和發(fā)展

“計算機網絡的定義

計算機網絡的組成

“計算機網絡的分類

“計算機網絡的拓撲結構

計算機網絡的形成與發(fā)展（1）

、具有通信功能的單機系統(tǒng)

圖1具有通信功能的單機系統(tǒng)

基本思想：在計算機上設置一個通信裝置使其

增加通信功能，將遠地用戶的輸入輸出裝置通過通

信線路（模擬的或數(shù)字的）直接與計算機的通信控

制裝置相連。

計算機網絡的形成與發(fā)展（2）

二、具有通信功能的多機系統(tǒng)

面向終端的計算機通信網存在的缺點：

1、主機系統(tǒng)的負荷較重，它既要承擔數(shù)據(jù)處理任務，又要承擔通信

任務。

2、通信線路的利用率低。

計算機網絡的形成與發(fā)展（3）

集中器

圖3具有通信功能的多機系統(tǒng)

在多機互連系統(tǒng)中，為了減輕主機負擔，使用前端機

專門負責與終端的通信，并采用集中器將附近的多個終端

經低速線路匯集，再經高速線路送往前端機。由于前端機

和終端都由計算機構成。故稱多機互連系統(tǒng)。

計算機網絡的形成與發(fā)展（4）

計算機通信網絡以通信子網為中心，主機和終端都處在網絡的

外圍，它們構成了用戶資源子網。用戶不僅共享通信子網的資源，

而且還共享用戶資源子網的硬件、軟件及信息資源。

計算機網絡的形成與發(fā)展（5）

四、以Inteviet為代表的計算機網絡

其主要標志：

1、網絡體系結構標準化

2、廣域和大規(guī)模，覆蓋全球

3、局域網普及

4、網絡業(yè)務綜合化，多媒體，交互式

5、網絡管理智能化

計算機網絡的形成與發(fā)展（6）

oIinternet的起源、發(fā)展歷史

1969ARPANET產生

1979TCP/IP成熟

1980-1983ARPANET采用TCP/IP

ARPANETMILNET

1983BSDUNIX內含TCP/IP

1986NSFNET連接6個超級計算中心

1988-1989NSFNET56Kbps

1989-1990NSFNETT1,1.544Mbps

1991-1993NSFNET45Mbps

1995.4開始商業(yè)化，多主干網結構出現(xiàn)：ANS,

MCI,Sprint

計算機網絡的形成與發(fā)展（7）

O中國計算機網絡的發(fā)展歷史

七十年代末開始

八十年代：

1局域網

2OSI網絡體系結構

3低速廣域網（電話線）

九十年代：

1局域網Novell,TCP/IP

2X.25廣域網及其應用

3國民經濟信息化高潮的到來，“金”字工程

4Internet在中國的發(fā)展

計算機網絡的形成與發(fā)展（8）

oInternet在中國的發(fā)展

?1990?1993通過X.25與國際連網

?1994中科院高能所，64K,日本

NCFC,64K,Sprint

1995化工大學，64K,日本

Chinanet,64K+64K,Sprint

CERNET,128K,Sprint

計算機網絡的形成與發(fā)展（9）

計算機網絡的發(fā)展趨勢：

1、通信的形式從聽覺為主到視覺為主。

2、通信傳輸信號從模擬為主到數(shù)字為主。

3、通信傳輸手段從低速電話線為主到高速寬

帶為主。

4、通信設備向模塊化、微型化發(fā)展。

計算機網絡的定義

計算機網絡是計算機技術與通信技術相結合實現(xiàn)

遠程信息處理或資源共享的系統(tǒng)。

計算機網絡是用通信設備和通信線路將分散在不

同地點的有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)互相連接起

來，并按照網絡協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)資源共享的

計算機集合。

計算機網絡的組成

計算機網絡由通信子網和資源子網組成。

終端控制器

圖5計算機網絡

通信子網的主要功能：完成數(shù)據(jù)傳輸、交換和通信控制。

通信子網由硬件和軟件構成。

資源子網（用戶子網）的主要功能：負責全網的數(shù)據(jù)處理

業(yè)務，提供需要共享的硬件、軟件和數(shù)據(jù)的資源和網絡服務。

包括計算機、終端、數(shù)據(jù)庫及各種軟件資源。

計算機網絡的分類

■一、按網絡覆蓋的地域范圍進行分類

f1、局域網LAN

2、城域網MAN

F3、廣域網WAN

二、按傳輸技術進行分類

1、廣播網絡(Broadcast)

2、點到點網絡(Point-to-point)

一般，局域網采用廣播網絡，廣域網采用點到點網絡。

三、按網絡中數(shù)據(jù)連路和交換系統(tǒng)的歸屬權進行分類

1、公用網

號■返國2、專用網

計算機網絡的拓撲結構（1）

.計算機網絡的拓撲結構：在計算機網絡中節(jié)點

.（計算機及其他設備）與通信鏈路相互連接的不同的

W幾何形態(tài)，反映了計算機網絡的物理結構形態(tài)。拓撲

r結構是決定計算機網絡性質的關鍵要素之一，是實現(xiàn)

各種網絡協(xié)議的基礎，它對網絡性能、系統(tǒng)可靠性與

通信費用都有較大影響。

從網絡拓撲看，計算機網絡就是由一組節(jié)點組成

的系統(tǒng)。節(jié)點分為兩類：一類是交換節(jié)點（如集中

器、通信處理機等）；另一類是訪問節(jié)點（如終端、

主機等，是用戶訪問計算機網絡的節(jié)點）。鏈路是指

仁遑回兩個節(jié)點之間的通信線路。

計算機網絡的拓撲結構（2）

1、星型結構

每個節(jié)點均以一條單獨的鏈路連接到一個中心節(jié)

點，中心節(jié)點控制全網的通信，任何兩節(jié)點之間的通

信都要通過中心節(jié)點。該中心節(jié)點通常叫做集線器

（Hub）o

星型結構的優(yōu)點：結構簡單，易于實現(xiàn)，便于管

理，從終端到中心節(jié)點的平均延時較小。缺點：中心

節(jié)點是全網可靠性的瓶頸，中心節(jié)點的故障可造成全

工返?網癱瘓；成本較高（因通信線路總長度較長）。

計算機網絡的拓撲結構（3）

2、樹型結構

樹型結構中，節(jié)點按層次進行連接，信息交換主

要在上、下節(jié)點之間進行，相鄰及同層節(jié)點之間一般

不進行數(shù)據(jù)交換或數(shù)據(jù)交換量小。樹型結構是星型結

構的擴展，適用于匯集信息的要求。

與星型結構相比，樹型結構的最大優(yōu)點是成本較

低（通信線路總長度較短）；但結構較復雜，與中心

白■這?節(jié)點相連的鏈路有故障時影響較大。

計算機網絡的拓撲結構（4）

3、網格型結構

在網格型結構中，節(jié)點之間的連接是任意的，沒

有規(guī)律，每個節(jié)點至少有兩條線路與其他節(jié)點相連，

當任何一條鏈路發(fā)生故障時，數(shù)據(jù)可由其他鏈路通

過，可靠性較高，數(shù)據(jù)流動的方向也可任意。但結構

復雜，管理復雜，必需采用路由算法與流量控制方

法。

實際存在和使用的廣域網基本上都采用網格型結

計算機網絡的拓撲結構（5）

4、環(huán)型結構

在環(huán)型結構中，節(jié)點通過鏈路連接成閉合環(huán)路，

環(huán)中數(shù)據(jù)將沿一個方向逐點傳送，線路是公用的。

環(huán)型結構簡單，傳輸延時確定；但環(huán)的維護及管

理都較復雜。

在環(huán)@2吉構中，無路徑選擇問題，多用于局域

網。

計算機網絡的拓撲結構（6）

5、總線型結構

總線型結構采用單一信道作為傳輸介質，所有站

點通過專門的連接器接到稱為總線的公共信道上，采

用基帶傳輸，任何一個站點發(fā)送的信息可沿總線向兩

個方向擴散，并能被總線上的每一個站點所接收，任

何時刻只允許一個節(jié)點占用線路。多用于局域網。

總線型結構的優(yōu)點：結構簡單，容易實現(xiàn)，易于

擴展，可靠性好。

薪點：故障法測和隔離較困難，總線負載能力有

仁途空限。

網絡軟件

協(xié)議層次

“各層的設計問題

?:?面向連接與無連接的服務

服務原語

小服務與協(xié)議的關系

網絡軟件-協(xié)議層次（1）

?:?協(xié)議

為了在計算機網絡中實現(xiàn)資源共享以及進行

信息交換，各個通信節(jié)點必須遵守一些事先約定

好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換數(shù)據(jù)的格

式及同步問題，對通信實體間交流什么、怎樣交

流及何時交流等細節(jié)作出了說明。這些規(guī)則的集

合稱為協(xié)議。

簡言之，為網絡數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約

定與標準的集合稱為協(xié)議。

網絡軟件-協(xié)議層次（2）

?協(xié)議的組成

協(xié)議由以下三部分組成（三個組成要素）：

1、語法：定義了如何通信，報文的組織形

式。即：用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構和格式。

2、語義：定義了通信的內容，哪些是控制信

息，哪些是真正的數(shù)據(jù)信息。

3、計時（時序）：定義了何時進行通信，是

同步傳輸還是異步傳輸，包括速度匹配和排序等。

網絡軟件-協(xié)議層次（3）

協(xié)議的功能

1、分割和重新組合：將較大的數(shù)據(jù)單元分成較小的數(shù)據(jù)包，相

反的過程則稱為重新組合。

2、尋址：有關設備的彼此識別。

3、封裝：增加一定的控制信息，將數(shù)據(jù)封裝在數(shù)據(jù)包中進行傳

送。

4、排序：保證數(shù)據(jù)遞交的正確順序。最簡單的方法是將數(shù)據(jù)按

發(fā)送順序進行編號，到達終點后按編號進行排序。

5、信息流控制：防止發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的速度大于接收方接收數(shù)

據(jù)的速度。

6、錯誤控制：發(fā)現(xiàn)傳輸中的錯誤并采取相應的處理方法。

7、同步：保持收、發(fā)雙方對數(shù)據(jù)傳輸單元的一致性。

8、多路傳輸：多路信息共享信道，以提高信道的利用率及降低

網絡的通信費用。

9、連接控制：控制通信實體之間建立和拆除連接的過程。

網絡軟件-協(xié)議層次（4）

?：?協(xié)議分層的基本原則

1、網絡中的每一節(jié)點都具有相同的分層結構，在相鄰

層間有一個定義清晰的接口（interface）,該接口定

義了下層向上層提供的原語操作和服務。

2、每一層完成一組特定的有明確含義的協(xié)議功能，并

盡可能地減少在相鄰層間傳遞信息的數(shù)量。

3、同一節(jié)點中的每一層能夠同相鄰層通信，但是不能

跨層通信。兩個節(jié)點間的通信，除物理層（最低層）

為水平通信外，其它各層都是垂直通信，即網絡中各

個節(jié)點之間的直接接口，只能是物理層。

網絡軟件-協(xié)議層次（5）

圖6層、協(xié)議和接口

網絡軟件-協(xié)議層次(6)

網絡體系結構

在一個網絡中，所有層次及其協(xié)議的集合稱為網

絡體系結構。

?協(xié)議棧(protocolstack)

一個特定的系統(tǒng)所使用的一組協(xié)議稱為協(xié)議棧.

網絡軟件-各層的設計問題

?：?編址(addressing)

?：?差錯控缶terrorcontrol)

流量控制(flowcontrol)

多路復用(multiplexing)

路由(routing)

網絡軟件-面向連接與無連接的服務

?面向連接的服務

提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務，數(shù)據(jù)傳輸必須經歷建

立連接、數(shù)據(jù)傳送和釋放連接三個階段。

?無連接的服務

提供不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務。

網絡軟件-服務原語(1)

一個服務通常是由一組原語(primitive)操作

來描述的，用戶進程通過這些原語操作可以訪問該

服務。這些原語告訴該服務執(zhí)行某個動作，或者將

某個對等體所執(zhí)行的動作報告給客戶。

哪些原語可以使用取決于所提供的服務。對

于面向連接服務的原語和無連接服務的原語是不同

的。

網絡軟件-服務原語（2）

實現(xiàn)一個簡單的面向連接服務的5個服務原語:

原語含義

LISTEN阻塞操作，等待接受一個連接

CONNECT建立連接

RECEIVE阻塞操作，等待接收一個報文

SEND發(fā)送一個報文給對等體

DISCONNECT終止連接（釋放連接）

網絡軟件-服務原語（3）

Servermachine

(1)Connectrequest

.⑵ACK"

Server

(3)Requestfordatalyprocess

Y

一(4)R印ly

(5)Disconnect

Protocol

(6)DisconnectKernelDrivers

stack

圖7在一個面向連接的網絡中，簡單

的客戶-服務器交互過程中發(fā)送的分組

網絡軟件-服務與協(xié)議的關系（1）

服務是指某層向它上層提供的一組原語（操

作）。服務定義了該層執(zhí)行哪些操作，并不涉及如何

實現(xiàn)這些操作。服務與兩層之間的接口有關，其中下

層是服務提供者，上層是服務的用戶。

協(xié)議是一組規(guī)則，用來規(guī)定同一層上的對等實體

之間所交換的消息或分組的格式和含義。實體利用協(xié)

議定義服務。協(xié)議是可變的，而服務是不變的。

服務涉及到層之間的接口，而協(xié)議涉及不同機器

上對等實體之間發(fā)送的分組。服務是垂直的，協(xié)議是

水平的。

網絡軟件-服務與協(xié)議的關系（2）

N層用戶AN層用戶B

層接口

層接口

圖8層次、接口、服務及協(xié)議的關系

網絡體系結構

+OSI參考模型

?：.TCP/IP參考模型

*OSI參考模型與TCP/1P參考模型的比較

具有五層協(xié)議的體系結構

網絡體系結構-OSI參考模型（1）

圖9OSI參考模型

網絡體系結構-OSI參考模型（2）

?物理層

物理層與物理傳輸媒體直接相關，它定義了設

備間的物理接口以及數(shù)字比特的傳送規(guī)則。物理層

有四個主要特性：機械特性、電氣特性、功能特性

和規(guī)程特性。其中，前兩種特性為傳輸媒體提供物

理接口，并定義比特流在物理鏈路上的傳輸特性；

后兩種特性定義了物理鏈路建立、維持、和拆除的

方法。

基本傳輸單元為數(shù)字比特（二進制位）。

網絡體系結構-OSI參考模型（3）

。數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層提供了在相鄰兩節(jié)點之間的線路上

無差錯地傳送一幀數(shù)據(jù)的功能。每一幀除了數(shù)據(jù)信

息外，還包括地址、同步、差錯控制、流量控制等

信息。

基本傳輸單元為數(shù)據(jù)幀。

網絡體系結構-OSI參考模型（4）

?：?網絡層

網絡層將數(shù)據(jù)分成一定長度的分組，使之穿過

通信子網從信源送至信宿。網絡層的功能包括路由

選擇、擁塞控制等。當分組需要跨越多個網絡才能

到達目的地時，還要解決網絡互連的問題。網絡

層提供的服務使上層不需要了解網絡中的數(shù)據(jù)傳輸

和交換技術。

基本傳輸單元為分組。

網絡體系結構-OSI參考模型（5）

件傳輸層

傳輸層是第一個端一端（主機一主機）層。它

利用低三層所提供的服務向高層提供可靠的端到端

的透明數(shù)據(jù)傳送。傳輸層中信息的傳送單位是報

文，當報文較長時先把它分成若干個分組，然后交

給下一層進行傳輸。

基本傳輸單元為報文。

網絡體系結構-OSI參考模型(6)

?：?會話層

會話層負責在兩個進程之間建立、組織和同步會

話，解決進程之間會話的具體問題，如會話活動管理

等。對于長時間的數(shù)據(jù)傳輸，會話層允許在數(shù)據(jù)流中

插入若干同步點，一旦數(shù)據(jù)傳輸因故中斷，可從最近

的一個同步點繼續(xù)進行。

所謂會話，通常是指各種服務，包括對話控制

(dialogcontrol)、令牌管理(tokenmanagament)

及同步功能(synchronization)。

網絡體系結構-OSI參考模型（7）

?表不層

表示層負責定義信息的表示方法，并向上層提供

一系列的信息轉換，使兩個系統(tǒng)使用共同的語言進行

通信。表示層的主要服務有：信息壓縮、數(shù)據(jù)轉換、

數(shù)據(jù)加解密等。

網絡體系結構-OSI參考模型（8）

?應用層

應用層是osi參考模型的最高層，包含了各種協(xié)

議，直接為用戶（用戶進程）訪問0SI環(huán)境提供一種

手段。應用層包括了各種公共應用程序，如電子郵

件、文件傳輸、遠程登錄等，并提供網絡管理功能。

基本傳輸單元為文件（程序）。

網絡體系結構-TCP/IP參考模型（1）

OSITCP/IP

7ApplicationApplication

6PresentationNotpresent

inthemodel

5Session

4TransportTransport

3NetworkInternet

2DatalinkHost-to-network

1Physical

圖10TCP/IP參考模型

網絡體系結構-TCP/IP參考模型（2）

TCP/IP模型分為四層，與OSI模型的對應關系如

下：

OSI模型TCP/IP模型

5?7應用層

4傳輸層

3網際層

1?2網絡接口層

網絡體系結構-TCP/IP參考模型(3)

?：?網絡接口層(TheHost-to-NetworkLayer)

網絡接口層是TCP/IP的最低層，該層負責接收IP

數(shù)據(jù)報并通過網絡發(fā)送出去，或者從網絡上接收物理

幀，抽出IP數(shù)據(jù)報，交給IP層。這層和物理網絡的具

體實現(xiàn)有關，各物理網絡可使用自己的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)

議和物理層協(xié)議。因此TCP/IP協(xié)議可以運行于當前幾

乎所有物理網絡之上。

網絡體系結構-TCP/IP參考模型（4）

?:?網際層（網絡互連層TheInternetLayer）

網際層主要解決計算機到計算機的通信問題。

其功能包括：①處理來自傳輸層的分組發(fā)送請求，

將分組裝入IP數(shù)據(jù)報，填充報頭，選擇通往信宿的

路徑，通過網絡接口層將數(shù)據(jù)報發(fā)出；②對接收的

數(shù)據(jù)報進行處理，去掉報頭傳給傳輸層或轉發(fā)該數(shù)

據(jù)報；③處理ICMP（InternetControlMessage

Protocol）報文，解決路徑、流量控制、差錯控制、

擁塞控制等問題。

網絡體系結構-TCP/IP參考模型(5)

?:?網際層(網絡互連層TheInternetLayer)

該層的核心協(xié)議為IP(InternetProtocol)協(xié)

議，其任務是通過互聯(lián)網傳送數(shù)據(jù)報，其它協(xié)議提

供IP協(xié)議的輔助功能，協(xié)助IP協(xié)議更好地完成數(shù)據(jù)

報的傳送。有：地址轉換協(xié)議ARP(Address

ResolutionProtocol);逆向地址轉換協(xié)議

RARP(ReverseAddressResolutionProtocol);

網際控制報文協(xié)議ICMP。

網絡體系結構-TCP/IP參考模型(6)

?：?傳輸層(TheTransportLayer)

TCP/IP傳輸層的作用是提供應用程序間(端到

端)的通信服務。該層提供兩個協(xié)議：傳輸控制協(xié)議

TCP(TransportControlProtocol)和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)

議UDP(UserDatagramProtocol)o

TCP是一個可靠的、面向連接的協(xié)議，提供高可靠

的數(shù)據(jù)傳送服務，主要用于一次傳送大量報文；UDP是

一個不可靠的、無連接的協(xié)議，提供高效率的數(shù)據(jù)傳

送服務，用于一次傳送少量的報文，其可靠性由應用

程序提供。UDP的價值在于它的高效率，且UDP比TCP要

簡單得多。

網絡體系結構-TCP/IP參考模型(7)

應用層(TheApplicationLayer)

TCP/IP的最高層是應用層，為用戶提供訪問

Internet的一組高層協(xié)議。在這一層有許多著名的協(xié)

議，如文件傳輸協(xié)議FTP(FileTransfer

Protocol).遠程登錄協(xié)議TELNET、簡單郵件傳輸協(xié)議

SMTP(SimpleMailTransferProtocol)簡單網絡

管理協(xié)議SNMP(SimpleNetworkManagement

protocol)域名系統(tǒng)DNS(DomainNameSystem)>超

文本傳輸協(xié)議HTTP(HyperTextTransferProtocol)

等，同時新的應用協(xié)議還在不斷涌現(xiàn)。

網絡體系結構-TCP/IP參考模型（8）

Layer(OSInames)

TELNETFTPSMTPDNSApplication

Protocols<TCPUDPTransport

IPNetwork

PacketPhysical+

NetworksARPANETSATNETradioLANdatalink

圖nTCP/IP模型中早期的協(xié)議和網絡

網絡體系結構-OSI參考模型與TCP/IP參考

模型的比較（1）

差別

1、osi模型將服務、接口和協(xié)議等概念明確地區(qū)分

開來，它不依賴于任何具體的協(xié)議，適用于描述各

種網絡；TCP/IP模型則沒有明確區(qū)分這些概念，無

法用于描述其它的非TCP/IP網絡。

2、0SI模型中的協(xié)議比TCP/IP模型中的協(xié)議具有更

好的隱蔽性，當技術發(fā)生變化時，0SI模型中的協(xié)

議更易被替換為新的協(xié)議。

3、0SI模型是先有模型，再有協(xié)議，而TCP/IP模型

是先有協(xié)議，再有模型，因此，0SI模型更具有通

用性。

網絡體系結構-OSI參考模型與TCP/IP參考

模型的比較（2）

4、0SI模型有7層，TCP/IP模型只有4層。

5、0SI模型具有完美性；TCP/IP模型具有實用性。

6、無連接的和面向連接的通信范圍有所不同。0SI模

型的網絡層同時支持無連接和面向連接的通信，但

傳輸層只支持面向連接的通信；而TCP/IP模型的網

絡層只有一種模式-無連接通信，但傳輸層同時支持

兩種通信模式-無連接和面向連接。

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（1）

。TCP/IP是四層的體系結構：應用層、傳輸

層、網際層和網絡接口層。

O但最下面的網絡接口層并沒有具體內容。

o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。

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（2）

o應用層(applicationlayer)

o傳輸層(transportlayer)

o網絡層(networklayer)

o數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)

o物理層(physicallayer)

五層協(xié)議的體系結構

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（3）

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（4）

生機1主機2

/一—一7

到

AP2

應用層PDU再傳送到運輸層5

加上運輸層首部，成為運輸層報文4

3

2

1

Q）

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（5）

mi主機2

AP1AP2

55

4運輸層報文再傳送到網絡層4

3加上網絡層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）3

22

11

Q）

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（6）

mi主機2

AP1AP2

55

44

3IP數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層3

2加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀2

11

Q）

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（7）

mi主機2

AP1AP2

ZTI

55

44

33

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層2

1最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體1

Q）

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（8）

二機1主機2

AP2

55

44

33

2電信號（或光信號）在物理媒體中傳播

1從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層

一^^―物理傳輸媒體—

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構（9）

mi主機2

AP1AP2

ZTI

55

44

33

22

1物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層1t

Q）

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(10)

討幾1主機2

AP1AP2

55

44

33

數(shù)據(jù)鏈路層剝去幀首部和幀尾部

22

取出數(shù)據(jù)部分，上交給網絡層

11

Q)

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(11)

mi主機2

AP1AP2

55

4

網絡層剝去首部，取出數(shù)據(jù)部分

3*3

上交給運輸層

22

11

Q)

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(12)

mi主機2

AP1AP2

kZTi

55

傳輸層剝去首部，取出數(shù)據(jù)部分

4

4上交給應用層

33

22

11

Q)

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(13)

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(14)

討幾1主機2

我收至IJ了AP1發(fā)來的/........

AP1應用程序數(shù)據(jù)！

55

44

33

22

11

Q

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(15)

主機1注意觀察加入或剝去首部(尾部)的層次主機2

AR應用層首部應用數(shù)據(jù)AP2

運輸嬖部也

應用數(shù)據(jù)5

網絡舅部1

4HH程序數(shù)據(jù)4

,鏈路層\u45鏈路層

首音程序數(shù)據(jù)尾部3

3H3H4H5

2應用程序數(shù)據(jù)2

%H3H4H5

110100110100101tb特流1101011101011

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(16)

二機1主機2

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(17)

主機1主機2

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(18)

主機1主機2

APAP2

1網絡層剝去分組首部后

5把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層5

H應用程序數(shù)據(jù)

44H4

5t十

H3H4應■用程序數(shù)據(jù)3

3H5

22

11

Q

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(19)

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(20)

主機1主機2

AP1

5

4應用層剝去應用層PDU首部后4

把應用程序數(shù)據(jù)交給應用進程

33

22

11

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(21)

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(22)

【例1?2】客戶進程和服務器進程

使用TCP/IP協(xié)議進行通信

網絡體系結構-具有五層協(xié)議的體系結構(23)

功能較強的計算機可同時運行多個服務器進程

計算機1計算機3計算機2

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標(1)

1.速率

O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。

oBit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

Oo

o速率即數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)是

計算機網絡中最重要的一個性能指標。速率的單

位是b/s,或kb/s,Mb/s,Gb/s等

o速率往往是指額定速率或標稱速率。

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標(2)

2.帶寬

o“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻

帶寬度，單位是赫(或千赫、兆赫、吉赫

等)。

o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，單位是“比特每秒"，或b/s

(bit/s)o

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標(3)

常用的帶寬單位

。更常用的帶寬單位是

?千比每秒,即kb/s(103b/s)

兆比每秒，即Mb/s(106b/s)

■吉比每秒，即Gb/s(109b/s)

■太比每秒，即Tb/s(IO-b/s)

。請注意：在計算機界，K=210=1024

M=22。，G=23。，T=240o

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標（4）

3.吞吐量

o吞吐量（throughput）表示在單位時間內通過

某個網絡（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。

o吞吐量更經常地用于對現(xiàn)實世界中的網絡的一

種測量，以便知道實際上到底有多少數(shù)據(jù)量能

夠通過網絡。

o吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限

制。

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標（5）

4.時延（delay或latency）

。傳輸時延（發(fā)送時延）發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)

據(jù)塊從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。

O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。

數(shù)據(jù)塊長度（比特）

發(fā)送時延=

發(fā)送速率（比特/秒）

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標（6）

o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。

。信號傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號在信道

上的傳播速率是完全不同的概念。

信道長度（米）

傳播時延=

信號在信道上的傳播速率（米/秒）

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標（7）

O處理時延交換結點為存儲轉發(fā)而進行一些

必要的處理所花費的時間。

O排隊時延結點緩存隊列中分組排隊所經歷

的時延。

O排隊時延的長短往往取決于網絡中當時的通信

量。

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標（8）

o數(shù)據(jù)經歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時

延、處理時延和排隊時延之和：

總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+處理時延

四種時延所產生的地方

從結點A向結點B發(fā)送數(shù)據(jù)

在鏈路上產生

傳播時延

隊列鏈路

結點A發(fā)送器結點B

容易產生的錯誤概念

O對于高速網絡鏈路，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。

O提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。

課件制作人：謝希仁

計算機網絡的性能-計算機網絡的性能指標(11)

5.時延帶寬積

時延帶寬積

(傳播)時延?A

■11卜1l?

市范ti

鏈路

時延帶寬積=傳播時延X帶寬

O鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路

長度。

計算機網絡的性能■計算機網絡的性能指標(12)

6.利用率

o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。

O網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權

平均值。

O信道利用率并非越高越好。

時延與網絡利用率的關系

O根據(jù)排隊論的理論，當某信道的利用率