1、.,1,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理,教師姓名：隋永平 辦公室：12J806 辦公電話：82767529（內(nèi)線：7529） 電子信箱：ise_,.,2,“教”、“學(xué)”本課程的要求,“教”： 精心備課； 按時(shí)上課； 全身心投入講課； 按時(shí)下課，盡量不拖堂； 認(rèn)真批改作業(yè)； 課后答疑（電子郵件或辦公室答疑）。,.,3,“學(xué)”： 不曠課，不遲到，不早退。 嚴(yán)格執(zhí)行請(qǐng)假制度。 上課不睡覺，不玩手機(jī)。 提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性，有效利用上課時(shí)間。 課后復(fù)習(xí)和預(yù)習(xí)。 獨(dú)立按時(shí)完成作業(yè)。 互學(xué)互助 。,.,4,課程考核,考試方式：期末閉卷考試。 最終的成績：期末卷面成績和平時(shí)成績的加權(quán)和。 平時(shí)成績的構(gòu)成： 作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、考勤，

2、以及課堂表現(xiàn)等。,.,5,學(xué)時(shí)分配,3-17周的周 一7、8節(jié)（10J312）和周五的3、4節(jié)（10J312）。 15周和17周的周五1、2節(jié)。 課堂授課學(xué)時(shí)約52學(xué)時(shí)。 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)大約12學(xué)時(shí)。 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：12J214或者216。,.,6,說明： 1、課件： （濟(jì)南大學(xué)主頁內(nèi)部信息教學(xué)資源課件服務(wù)器） 2、作業(yè)本：每個(gè)同學(xué)準(zhǔn)備一個(gè)本子，用于記課堂筆記、做 作業(yè)。,.,7,課程內(nèi)容,本課程介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的工作原理，主要圍繞著TCP/IP參考模型進(jìn)行講解。分為7個(gè)部分。 第一部分概述，介紹網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，基本概念，網(wǎng)絡(luò)的類別，網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)等； 第二部分物理層，介紹數(shù)據(jù)通信的基本概念和技術(shù)，物理

3、接口及設(shè)備； 第三部分介紹數(shù)據(jù)鏈路層的主要概念，并對(duì)廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的鏈路層協(xié)議進(jìn)行分析，重點(diǎn)討論以太網(wǎng)工作原理； 第四部分網(wǎng)絡(luò)層，介紹網(wǎng)絡(luò)層的基本概念、IP協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、路由選擇與路由器基本概念、IPv6協(xié)議特點(diǎn)，移動(dòng)IP； 第五部分傳輸層，重點(diǎn)講解TCP與UDP協(xié)議； 第六部分應(yīng)用層，以DNS、FTP、WWW、Email、DHCP為例，討論網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)功能、結(jié)構(gòu)； 第七部分網(wǎng)絡(luò)安全，簡單介紹加密技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全以及因特網(wǎng)安全。,.,8,學(xué)習(xí)目標(biāo),掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念、基本原理； 理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)； 理解體系結(jié)構(gòu)中每一層次的功能； 掌握典型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的工作原理； 理解常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的

4、工作原理； 理解Internet的各種應(yīng)用。,.,9,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 1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分 1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分 1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,.,10,1.5 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,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.

5、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),.,11,1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用,21 世紀(jì)的一些重要特征就是信息化、數(shù)字化和網(wǎng) 絡(luò)化，信息的傳遞要依靠網(wǎng)絡(luò)，因此實(shí)現(xiàn)信息化離 不開完善的網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)已成為信息社會(huì)的命脈和重要基礎(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)。 “融合網(wǎng)絡(luò)”或者“三網(wǎng)融合”。 發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,.,12,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。 從最

6、初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。 成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。 起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際 性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) 。,.,13,學(xué)習(xí)。 工作。 生活。 通信方式。 ,因特網(wǎng)的意義,因特網(wǎng)的負(fù)面影響,病毒。 網(wǎng)絡(luò)犯罪。 網(wǎng)上欺詐。 網(wǎng)絡(luò)游戲。 ,.,14,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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， 用戶之間的距離好像很近， 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?？梢允切畔⒐蚕?、軟件共享，也可 以是硬件共享。,.,15,1.2 因特網(wǎng)概述,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

7、 (link)組成。 結(jié)點(diǎn)可以是計(jì)算機(jī)、集線器、交換機(jī)或者路由器。 互聯(lián)網(wǎng)（互連網(wǎng)）：網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)由路由器互連起來。 互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 因特網(wǎng)是目前世界上最大的互聯(lián)網(wǎng)。 連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。,1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò),.,16,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。,.,17,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常用一朵云來表示,.,18,使用路由器可以把不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連起來,互連網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))由許多網(wǎng)絡(luò)通過路由器互連而成 互連網(wǎng)(互聯(lián)網(wǎng))是：“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”,互連網(wǎng),互連網(wǎng)也可以用一朵云來表示,.,21,1.

8、2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段,1969年，美國國防部的ARPANET。 ARPA（Advanced Research Project Agency） 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。,第一階段：從單個(gè)網(wǎng)絡(luò) ARPANET 向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。,.,22,internet 和 Internet 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

9、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，且其前身是美國的 ARPANET。,.,23,第二階段：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)：1985年NSF圍繞六個(gè)大型計(jì)算機(jī)中心建 設(shè)的國家科學(xué)基金網(wǎng)NSFNET。覆蓋了全美主要的大學(xué)和 研究所。 主干網(wǎng) 地區(qū)網(wǎng) 校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）,.,24,三級(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連接。,有時(shí)候路由器可以不用畫出來。,.,25,三級(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),國家主干網(wǎng),.,26,第三階段：多層

10、次 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)(1993年開始),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 ISP (Internet Service Provider)。 也叫因特網(wǎng)服務(wù)提供商。 例：中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信等。 ISP擁有多個(gè)IP地址、通信線路以及路由器等上網(wǎng) 設(shè)備。,.,27,ISP可以從因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)到很多IP 地址，擁 有通信線路以及路由器等連網(wǎng)設(shè)備。 現(xiàn)在的因特網(wǎng)由全世界無數(shù)個(gè)大大小小的ISP共同 擁有。 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。 主干ISP、地區(qū)ISP、本地ISP （第一

11、層ISP、第二層ISP、本地ISP）,用戶,因特網(wǎng),ISP1,ISP2,因特網(wǎng) 服務(wù)提供者,用戶通過 ISP 上網(wǎng),不同的ISP可以為用戶提供不同類型的網(wǎng)絡(luò)接入，如56Kbps撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器接入、DSL寬帶接入、無線接入等。,ISP3,.,大公司,公司,本地 ISP,A,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 ISP,IXP,本地 ISP,校園網(wǎng),校園網(wǎng),具有三層 ISP 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)的概念示意圖,.,到 2012 年 3 月，全球已經(jīng)有 91 個(gè)國家擁有 IXP， 其中

12、擁有 10 個(gè)以上 IXP 的國家僅有 9 個(gè)， 而僅擁有一個(gè) IXP 的有 48 個(gè)國家。,.,31,萬維網(wǎng) WWW 的問世,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的Tim Berner-Lee 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)增長的主要驅(qū)動(dòng)力。 萬維網(wǎng)是一個(gè)大規(guī)模的、聯(lián)機(jī)式的信息儲(chǔ)藏所。 萬維網(wǎng)用鏈接的方法能非常方便地從因特網(wǎng)上的一個(gè)站點(diǎn)訪 問另一個(gè)站點(diǎn)，從而主動(dòng)地按需獲取豐富的信息。,.,32,1.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作,.,3

13、3,制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過四個(gè)階段,因特網(wǎng)草案(Internet Draft) ：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),因特網(wǎng)文檔RFC:Request For Comments,.,34,1.3 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部分： 邊緣部分 由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system)。 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。

14、 (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。 核心部分為邊緣部分提供連通性和交換服務(wù)。,因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分,.,36,1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分,在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，許多問題的解決往往是通過位于不同主機(jī)中的多個(gè)進(jìn)程之間的通信和協(xié)同工作來完成的。 這些為了解決具體的應(yīng)用問題而彼此通信的進(jìn)程就稱為“應(yīng)用進(jìn)程”。 進(jìn)程就是運(yùn)行中的程序。 “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”。 簡稱為“計(jì)算機(jī)之間通信” 。,.,37,兩種通信方式,在網(wǎng)絡(luò)

15、邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式通常可劃分為兩大類： 客戶服務(wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 對(duì)等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式,.,38,1. 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。 客戶是服務(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,運(yùn)行 服務(wù)器 程序,A,B,網(wǎng)絡(luò)邊緣,網(wǎng)絡(luò)核心,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)。,.,40,客戶軟件的特點(diǎn),被用戶調(diào)用后運(yùn)行，

16、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)。 客戶機(jī)主機(jī)既可能有時(shí)打開，也可能總是打開。,.,41,服務(wù)器軟件的特點(diǎn),一種專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。 服務(wù)器具有固定的、周知的地址，即IP地址。,.,42,萬維網(wǎng)以客戶服務(wù)器方式工作。 瀏覽器就是在用戶計(jì)算機(jī)上的具有標(biāo)準(zhǔn)接口的萬維網(wǎng)客戶程序。用戶通過瀏覽器將w

17、eb請(qǐng)求發(fā)送到web服務(wù)器，并將接收到的服務(wù)器響應(yīng)在瀏覽器界面中向用戶顯示。 流行的瀏覽器包括Firefox和Microsoft Internet Explorer等。 Web服務(wù)器是提供web信息服務(wù)的服務(wù)器軟件，主要功能包括管理和存儲(chǔ)各種web對(duì)象，每個(gè)對(duì)象由URL尋址。 服務(wù)器程序接收來自瀏覽器的請(qǐng)求，向客戶程序送回客戶所要的萬維網(wǎng)文檔。 流行的web服務(wù)器程序有Apache和Microsoft Internet Information Server。 萬維網(wǎng)文檔所駐留的計(jì)算機(jī)運(yùn)行服務(wù)器程序，因此這個(gè)計(jì)算機(jī)也稱為萬維網(wǎng)服務(wù)器。,.,43,2. 對(duì)等連接方式,對(duì)等連接(peer-to-pe

18、er，簡寫為 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。,.,44,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。,C/S體系結(jié)構(gòu)中，客戶機(jī)相互之間不直接通信； 例如，在Web應(yīng)用中兩個(gè)瀏覽器并不直接通信,網(wǎng)絡(luò)邊緣,網(wǎng)絡(luò)核心,運(yùn)行 P2P 程序,運(yùn)行

19、 P2P 程序,D,C,E,F,運(yùn)行 P2P 程序,運(yùn)行 P2P 程序,尋求就近資源。 缺點(diǎn)：硬盤損傷、內(nèi)存和帶寬占用較大。,.,46,1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分,網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠和其他主機(jī)通信。 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)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。,.,47,交換技術(shù),網(wǎng)絡(luò)的主要任務(wù)是將分組轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。 用于網(wǎng)絡(luò)核心部分的交換技術(shù)主要有兩種： 電路交換和分組交換。 電路交換(circuit switc

20、hing)： 在通信進(jìn)行過程中，網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)傳輸在傳輸路徑上預(yù)留資源，這些資源只能被本次通信的雙方使用； 分組交換(packet switching)：數(shù)據(jù)被分成一個(gè)一個(gè)的分組，每個(gè)分組均攜帶目的地址，網(wǎng)絡(luò)不為分組傳輸在沿途上預(yù)留資源，分組交換為每個(gè)分組獨(dú)立確定轉(zhuǎn)發(fā)方向。 .,.,48,1. 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。,.,49,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 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。,N(N 1)/2,.,50,使用交換機(jī),當(dāng)電話機(jī)的數(shù)

21、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),.,51,“交換”的含義,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（緩存、傳輸速率等）。,.,52,電路交換舉例,C 和 D 通話只經(jīng)過一個(gè)本地交換機(jī) 通話在 C 到 D 的連接上進(jìn)行,.,53,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,.,54,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：通話前先撥號(hào)建立連接（可能只要經(jīng)過一個(gè)交換機(jī)，如 C 到

22、 D ；可能要經(jīng)過多個(gè)交換機(jī)，如 A到 B 。） 通信：通話過程中，通信雙方一直占用所建立的連接。 釋放連接：通話結(jié)束后，掛機(jī)釋放連接。,.,55,分組交換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景,20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)激烈。 60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的高級(jí)計(jì)劃研究署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。 如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴?hào)建立連接。這將要

23、延誤一些時(shí)間。,.,56,分組交換(packet switching)的出現(xiàn),電話網(wǎng)是為電話通信設(shè)計(jì)的。電路交換的電話網(wǎng)很適合于電話通信。 但計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有很大的突發(fā)性。使用電路交換會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源嚴(yán)重浪費(fèi)。 計(jì)算機(jī)逐漸增多，連網(wǎng)的需求日益迫切，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要使用更加有效的連網(wǎng)技術(shù)。 這就導(dǎo)致分組交換的問世。,電路交換傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)效率低,.,57,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。 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，即使少數(shù)結(jié)點(diǎn)或鏈路被摧毀，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍保持暢通。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。

24、網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時(shí)還能夠可靠地傳送數(shù)據(jù)。 這種新型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是采用分組交換的、基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。,.,58,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)。那時(shí)計(jì)算機(jī)很少，非常昂貴。早期的這種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用電路交換。 各終端（沒有處理功能）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。,.,59,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,遠(yuǎn)地終端通過通信線路（可能要經(jīng)過許

25、多個(gè)交換機(jī)） 使用處于網(wǎng)絡(luò)中心的計(jì)算機(jī)的資源。,.,60,報(bào)文,2. 分組交換的主要特點(diǎn),在發(fā)送端，先把較長的報(bào)文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。,1101000110101010110101011100010011010010,.,61,數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),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,請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”,.,62,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）。,.,63,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

26、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。,.,64,收到分組后剝?nèi)ナ撞?接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,收到的數(shù)據(jù),.,65,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。,.,66,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

27、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，即進(jìn)行分組交換。,H1,H5,H2,H4,H3,H6,路由器,網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)核心部分,主機(jī),H1,H5,H2,H4,H3,H6,發(fā)送的 分組,路由器,A,E,D,B,C,網(wǎng)絡(luò)核心部分,主機(jī),.,69,路由器,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。,.,70,注意分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過程,H1,A,互聯(lián)網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,路

28、由器,主機(jī),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(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,.,71,分組交換網(wǎng)的示意圖,H1,A,互聯(lián)網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 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),.,72,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 以分組為傳送單位來查找路由。 迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組。 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。,.,73,

29、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。,.,74,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)。 對(duì)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊直接封裝成一個(gè)包進(jìn)行傳輸，那么封裝后的包稱為報(bào)文（message），這種傳輸單元發(fā)送的方法稱為報(bào)文存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換或報(bào)文交換。,.,75,報(bào)文交換,報(bào)文交換是以報(bào)文作為傳送單元，由于報(bào)文長度差異很大，報(bào)文交換的時(shí)延從幾分鐘到幾小時(shí)不等。 長報(bào)文可能導(dǎo)致很大的時(shí)延，并且對(duì)每個(gè)結(jié)點(diǎn)來說緩沖區(qū)的分

30、配也比較困難，為了滿足各種長度報(bào)文的需要并且達(dá)到高效的目的，節(jié)點(diǎn)需要分配不同大小的緩沖區(qū)，否則就有可能造成數(shù)據(jù)傳送的失敗。,.,76,報(bào)文交換,實(shí)際應(yīng)用中報(bào)文交換主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的通信業(yè)務(wù)，如公用電報(bào)網(wǎng)。由于報(bào)文交換的問題，出現(xiàn)了分組交換，分組交換是在報(bào)文交換的基礎(chǔ)上，將報(bào)文分割成分組進(jìn)行傳輸，在傳輸時(shí)延和傳輸效率上進(jìn)行了平衡，從而得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。,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,.,78,1994年4月20日我國用64kb/s專線正式接入因特網(wǎng)，從此，我國被國際上正式承認(rèn)為接

31、入因特網(wǎng)的國家。同年5月中國科學(xué)院高能物理研究所成立了我國的第一個(gè)萬維網(wǎng)服務(wù)器。在9月中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)ChinaNET正式啟動(dòng)。,1. 4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,.,79,(1) 中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng) CHINANET (2) 中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng) CERNET (3) 中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng) CSTNET (4) 中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng) UNINET (5) 中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng) CNCNET (6) 中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng) CIETNET (7) 中國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng) CMNET (8) 中國長城互聯(lián)網(wǎng) CGWNET (9) 中國衛(wèi)星集團(tuán)互聯(lián)網(wǎng) CSNET,.,80,2009-06-30：,2009-12

32、-31：,中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù),.,81,2010-12-31：,2010-06-30：,.,82,2011-12-31：,2011-06-30：,.,83,2012-12-31：,2012-06-30：,.,2013-06-30：,.,85,我國互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展,手機(jī)成新增網(wǎng)民第一來源 網(wǎng)絡(luò)即時(shí)通信網(wǎng)民規(guī)模增長最多，手機(jī)端發(fā)展超整體水平 PC端網(wǎng)絡(luò)娛樂類應(yīng)用增長乏力，手機(jī)端成發(fā)展亮點(diǎn) 手機(jī)端電子商務(wù)類應(yīng)用使用率整體上升，手機(jī)支付漲幅最大,.,86,特點(diǎn)與趨勢 手機(jī)超越臺(tái)式電腦成為中國網(wǎng)民第一大上網(wǎng)終端。 手機(jī)網(wǎng)絡(luò)視頻用戶增長強(qiáng)勁。 手機(jī)微博保持較快發(fā)展。 網(wǎng)絡(luò)購物用戶增長趨于平穩(wěn)。

33、網(wǎng)上銀行和網(wǎng)上支付應(yīng)用增速加快。 IPv6地址數(shù)大幅增長。,.,87,1.5 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)”。 1.5.2 幾種不同的類別的網(wǎng)絡(luò) 不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò) 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進(jìn)行分類,.,88,1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò),不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò) 局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) 城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network) 廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network) 個(gè)人區(qū)域網(wǎng) PAN (Person

34、al Area Network),.,89,2. 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),.,90,用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò),接入網(wǎng) AN (Access Network)，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。,.,91,常見的幾種計(jì)算機(jī)連網(wǎng)方法,點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接,總線網(wǎng),星形網(wǎng),環(huán)形網(wǎng),.,樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 接入層、匯聚層、核心層,.,物理網(wǎng)絡(luò) 邏輯網(wǎng)絡(luò),.,94,1.6 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

35、）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)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。,.,95,2. 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）。 現(xiàn)在，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳送數(shù)據(jù)的能力?！皫挕笔菃挝粫r(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)到另一

36、點(diǎn)所能通過的 “最高數(shù)據(jù)率” 。單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。,.,96,常用的帶寬單位,更常用的帶寬單位是 千比特每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比特每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比特每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比特每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 請(qǐng)注意，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域： K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。,.,97,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。,帶寬的兩種表示法本質(zhì)相同，即一條通信鏈路的“帶寬”越寬，所能傳輸?shù)摹白罡邤?shù)據(jù)率”越高。,.,98,什么是寬帶

37、？,寬帶線路：可通過較高數(shù)據(jù)率的線路。 寬帶是相對(duì)的概念，并沒有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)。 在目前，對(duì)于用戶接入到因特網(wǎng)的用戶線來說，每秒傳送幾個(gè)兆比特就可以算是寬帶速率。,寬帶：從一般意義上理解是能滿足人們感官所能感受到的各種媒體在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸所需要的帶寬。 像ADSL、光纖上網(wǎng)都是寬帶。,.,99,3. 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。 吞吐量經(jīng)常地用于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(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。,.,100,4. 時(shí)延(delay 或 latency),傳輸時(shí)延（發(fā)送時(shí)

38、延 ）：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)（主機(jī)或者路由器）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。,時(shí)延：數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間。,.,101,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。,.,102,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)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：分組在結(jié)點(diǎn)的緩存隊(duì)列中排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。 排隊(duì)時(shí)延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量

39、。,.,103,時(shí)延(delay 或 latency),數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延：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,.,104,四種時(shí)延所產(chǎn)生的地方,1 0 1 1 0 0 1,發(fā)送器,隊(duì)列,結(jié)點(diǎn) B,結(jié)點(diǎn) A,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,.,105,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)送時(shí)延。,.,106,常見的錯(cuò)誤是混淆了兩種速率,在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率： 計(jì)算機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率（比

40、特/秒） 信號(hào)（即電磁波）在傳輸媒體上的傳播速率（米/秒，或公里/秒） 這兩種速率的意義和單位完全不同。 寬帶傳輸：計(jì)算機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率較高。,.,107,A,B,A,B,寬帶線路,窄帶線路,在寬帶線路上比特傳播得快,在窄帶線路上比特傳播得慢,錯(cuò)誤的概念,窄帶：將網(wǎng)絡(luò)接入速度為64Kbps（最大下載速度為8KBps） 及以下的網(wǎng)絡(luò)接入方式成為窄帶。撥號(hào)上網(wǎng)是最常見的一種窄帶。與寬帶比較起來，窄帶的接入速度比較慢。,寬帶：從一般意義上理解是能滿足人們感官所能感受到的各種媒體在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸所需要的帶寬。像ADSL、光纖上網(wǎng)都是寬帶。,.,108,A,B,A,B,寬帶線路,窄帶線路,寬帶線路：

41、每秒有更多比特從計(jì)算機(jī) 注入到線路。 寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。,正確的概念,.,109,比喻：汽車運(yùn)貨,寬帶和窄帶線路：車速一樣 寬帶線路：車距縮短,.,110,另一種錯(cuò)誤概念“寬帶”相當(dāng)于“多車道”,多車道公路是并行傳輸,100101110100100111010001011010,通信線路上通常都是串行傳輸 (但 ADSL 是例外的）,.,111,5. 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度。,時(shí)延帶寬積,.,112,6. 往返時(shí)間,往返時(shí)間RTT(Round-Trip Time)指從發(fā)送方發(fā)送

42、數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認(rèn)，總共經(jīng)歷的時(shí)間。,.,113,7. 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。,.,114,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，則在適當(dāng)?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(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 U,1,0,D0,時(shí)延 急劇 增大,.,

43、116,1.6.2 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),.,117,1.7 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，這種“協(xié)調(diào)” 相當(dāng)復(fù)雜。 “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。,.,118,為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，早在設(shè)計(jì)ARPANET時(shí)就有專家提出了層次模型。 1974年IBM公司宣布了它研制的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA（System Network Architecture），它是按照分層的方法制定的。 DEC公司

44、也在七十年代末開發(fā)了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（Digital Network Architecture，DNA）。,分層次的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的背景,.,119,開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM,只要遵循 OSI 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，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； 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)。,.,12

45、0,兩種國際標(biāo)準(zhǔn),法律上的國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場的認(rèn)可。 非國際標(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 國際標(biāo)準(zhǔn)。,.,121,協(xié)議,在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議(protocol)是通信雙方必須嚴(yán)格遵守的規(guī)則。 協(xié)議也就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 協(xié)議精確地規(guī)定在網(wǎng)絡(luò)通信中使用的各種控制信息的格式、意義以及各種事件出現(xiàn)的先后順序。 協(xié)議在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中起著非常重要的作用。,.,122,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。,.,123,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議很復(fù)雜,協(xié)議必須

46、把所有不利的條件事先都估計(jì)到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 我們?cè)谌粘Ｉ钪兴褂玫脑S多約定，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的要求，因此經(jīng)常會(huì)使約定失敗。 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。,.,124,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：單獨(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?，F(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

47、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)同作戰(zhàn)因而一定（即100 %而不是99.999%）取得勝利？,.,125,這樣的協(xié)議無法實(shí)現(xiàn)！,.,126,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。,.,127,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)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)(implementation)是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件

48、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。,.,128,1.7.2 劃分層次的必要性,網(wǎng)絡(luò)需要多少協(xié)議呢？ 一個(gè)協(xié)議顯然不可以。 網(wǎng)絡(luò)中采用的方法是把各種通信相關(guān)的問題劃分 成多個(gè)子問題，然后為每個(gè)子問題設(shè)計(jì)不同的協(xié)議。,HTTP協(xié)議規(guī)范了Web服務(wù)系統(tǒng)中客戶端和服務(wù)器 端兩個(gè)應(yīng)用程序 之間交換信息的規(guī)則。,.,129,層次結(jié)構(gòu)方法要解決的問題 1. 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該有哪些層次？每一層的功能是什么？（分層與功能） 2. 各層之間的關(guān)系是怎樣的？它們?nèi)绾谓换?？（服?wù)與接口） 3. 通信雙方的數(shù)據(jù)傳輸要遵循哪些規(guī)則？ （協(xié)議）,層次結(jié)構(gòu)方法包括三個(gè)內(nèi)容： 分

49、層及每層功能，服務(wù)與層間接口，協(xié)議。,.,130,各個(gè)層次之間的關(guān)系,同一實(shí)體（縱向關(guān)系） 下層為上層提供服務(wù) 下層向上層屏蔽工作細(xì)節(jié) 相鄰層次之間通過接口相互銜接 當(dāng)某一層的功能發(fā)生變化時(shí)，只要該層與其上下層的接口保持不變，便不會(huì)影響到其他層的正常工作。 縱向真實(shí)的傳輸 不同實(shí)體（橫向關(guān)系） 相同的層次之間有一定的關(guān)系 橫向虛擬傳輸,.,131,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。,.,132,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。,.,133,1.

50、7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),OSI模型有七層：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。 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。 最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。,.,134,五層協(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),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,學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)原理是往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優(yōu)點(diǎn)

51、，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 。,.,135,各層協(xié)議的主要功能,網(wǎng)絡(luò)為用戶提供各種服務(wù)，應(yīng)用層為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。 常用的應(yīng)用層協(xié)議：互聯(lián)網(wǎng)中的WWW服務(wù)要用 到HTTP協(xié)議、DNS(Domain Name Service）是域名解析服務(wù)，提供域名到IP地址之間的轉(zhuǎn)換，虛擬終端Telnet、文件傳輸協(xié)議FTP、簡單郵件傳輸協(xié)議SMTP、 應(yīng)用層協(xié)議規(guī)范了彼此通信的應(yīng)用進(jìn)程傳送各種應(yīng)用消息 的格式和操作規(guī)則。,應(yīng)用層協(xié)議,.,136,傳輸層協(xié)議,主要功能包括：為應(yīng)用程序間的通信提供服務(wù)。將各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝并傳遞給網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，以及將從網(wǎng)絡(luò)中接收的數(shù)據(jù)分組傳遞給相應(yīng)的應(yīng)用。為

52、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供不 同的傳輸質(zhì)量保障。 傳輸協(xié)議運(yùn)行在源端與目的端的傳輸層。 因特網(wǎng)提供兩個(gè)傳輸協(xié)議TCP、UDP。 TCP提供端之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸 UDP提供盡力而為的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),TCP/UDP,TCP/UDP,.,137,網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,IP協(xié)議解決如何將源端發(fā)出的分組經(jīng)過路徑選擇和轉(zhuǎn)發(fā) 傳送到目的端。 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議運(yùn)行在端系統(tǒng)和路由器上。 因特網(wǎng)中數(shù)據(jù)均以IP數(shù)據(jù)報(bào)格式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，路由器 根據(jù)IP分組中的IP地址為分組選擇路徑。,.,138,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議運(yùn)行在每一段鏈路的發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)上。 加強(qiáng)物理層數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?將網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報(bào)裝成數(shù)據(jù)幀，以數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)

53、行數(shù)據(jù)傳輸。 實(shí)現(xiàn)發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的流量控制、差錯(cuò)控制以 及共享媒體訪問控制。,不同的數(shù)據(jù)幀都攜 帶統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)報(bào),.,139,物理層,物理層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元是比特。透明地傳輸比特流。 確定如何在傳輸介質(zhì)上傳輸比特流： 數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送、識(shí)別、與接收。 物理層并不了解所發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)含義，沒有分 組的概念，處理的只是一系列的位串。,0101010001001,.,140,體系結(jié)構(gòu)中的相關(guān)術(shù)語和概念,幾個(gè)系統(tǒng)互連時(shí)，除最高、最低層外都可稱為N層。 表示方法: (N) 表示第N層; (N+1) 表示N層的上一層; (N -1) 表示N層的下一層;,.,141,數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過程,實(shí)際上

54、，數(shù)據(jù)不是從一臺(tái)機(jī)器的第N層直接傳送 到另一臺(tái)機(jī)器的第N層，而是每一層都把數(shù)據(jù)和控制信息交給它的下一層，直到最下層。 第一層下是物理介質(zhì)，它進(jìn)行實(shí)際的通信。,.,142,實(shí)體: 能完成某一特定功能的進(jìn)程或程序。 對(duì)等實(shí)體: 位于不同系統(tǒng)內(nèi)同一層次的兩個(gè)實(shí)體。 協(xié)議:控制兩個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合,協(xié)議是“水平”的。 服務(wù): 兩個(gè)對(duì)等實(shí)體間的通信使得（N）層能夠向上一層提供服務(wù)。服務(wù)實(shí)質(zhì)上是某一層向它上一層提供的一組原語（操作）。接受（N）服務(wù)的上一層實(shí)體是（N+1）實(shí)體，稱它為（N）服務(wù)用戶，服務(wù)是“垂直”的。,.,143,服務(wù)是在服務(wù)訪問點(diǎn)SAP（Service Access Poin

55、t）提供給上層使用的，每個(gè)SAP都有唯一一個(gè)標(biāo)明它的地址。 服務(wù)訪問點(diǎn):同一系統(tǒng)相鄰兩層之間交換信息的邏輯接口。 從物理層開始,每一層都向上層提供服務(wù)訪問點(diǎn)。 數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)訪問點(diǎn)TYPE中的類型說明，（例如0800代表上層是IP）。 網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)訪問點(diǎn)是IP頭部中的protocol字段（17表示上層是UDP，6是TCP,89是OSPF，88是EGIRP,1是ICMP等）。 傳輸層的服務(wù)訪問點(diǎn)是端口號(hào)。,.,144,服務(wù)原語,服務(wù)原語:上層使用下層所提供的服務(wù)必須通過與下層交換一些命令，這些命令被稱為服務(wù)原語。,.,145,四類服務(wù)原語： Request 請(qǐng)求： 源（N+1）實(shí)體 源（N）實(shí)

56、體 (一個(gè)實(shí)體希望得到某種 服務(wù)） Indication 指示：目的（N）實(shí)體 目的（N+1）實(shí)體 (通知一個(gè)實(shí)體，有某個(gè)事件發(fā)生） Response 響應(yīng)：目的（N+1）實(shí)體 目的（N）實(shí)體 (一個(gè)實(shí)體響應(yīng)一個(gè)事件） Confirm證實(shí)：源（N）實(shí)體 源（N+1）實(shí)體 ( 返回對(duì)先前請(qǐng)求的響應(yīng)),.,146,.,147,某實(shí)體發(fā)出連接請(qǐng)求(CONNECT.request)以后，一個(gè)分組就被發(fā)送出去； 接收方收到一個(gè)連接指示(CONNECT.indication) , 被告知某處的一個(gè)實(shí)體希望和它建立連接； 收到連接指示的實(shí)體使用連接響應(yīng)原語(CONNECT.response) 表示它是否愿意

57、建立連接； 請(qǐng)求建立連接的一方通過接收連接證實(shí)(CONNECT.confirm)原語獲知接收方的狀態(tài)。,.,148,OSI參考模型中，對(duì)等層協(xié)議之間交換的信息單元統(tǒng)稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)。 傳輸層及以下各層的PDU另外有各自特定的名稱： 傳輸層數(shù)據(jù)段（Segment） 網(wǎng)絡(luò)層分組（數(shù)據(jù)報(bào)）（Packet） 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀（Frame） 物理層比特（Bit）,主機(jī) 1 向主機(jī) 2 發(fā)送數(shù)據(jù),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機(jī) 1,AP2,AP1,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),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機(jī) 1,AP2,AP1,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),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主機(jī) 1,AP2,AP1,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),5,4,3,