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計算機網(wǎng)絡(luò)教程（第3版）,信息學(xué)院：王建珍,教師信息,E—mail:wjz0708@學(xué)生提交作業(yè)信箱wjz6507@學(xué)習(xí)資源共享信箱密碼：2012jsjwlQQ:1075747838Office:0351-7698510辦公南樓415,課程安排,講授：(18周,18*3=54學(xué)時)上機實驗：(9周,9*2=18學(xué)時)考試方式：閉卷(70%)+上機(10%)+（作業(yè)+考勤）(10%)+期中考試（10%）凡抄襲作業(yè)、上機實驗報告者，無論抄襲與被抄，成績均為0！謹記！,課程學(xué)習(xí)要求,1、課前預(yù)習(xí)，認真聽課，課后不斷總結(jié)，按時完成作業(yè)；2、做好實驗準備，認真完成實驗任務(wù)，及時提交實驗報告；3、理論聯(lián)系實際，循序漸進。,學(xué)習(xí)的三種境界,昨夜西風(fēng)凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路。衣帶漸寬終不悔,為伊消得人憔悴。驀然回首,那人卻在燈火闌珊處。,第1章概述,1.1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用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)展的三個階段1.2.3因特網(wǎng)的標(biāo)準化工作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計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,第1章概述（續(xù)）,1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的分類★1.5.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義1.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)1.6計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)★1.7計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)★1.7.1計算機網(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實體、協(xié)議和服務(wù)1.7.5TCP/IP的體系結(jié)構(gòu),,1.1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用,21世紀的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代。網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎(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)和計算機網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)。（端設(shè)備：計算機）,,因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展,進入20世紀90年代以后，以因特網(wǎng)Internet為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。Internet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)。Internet已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。,,因特網(wǎng)的意義,因特網(wǎng)Internet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)Internet。,,計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能,連通性——計算機網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣。共享——即資源共享?？梢允切畔⒐蚕怼④浖蚕?，也可以是硬件共享。,,1.2因特網(wǎng)概述,1.2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)起源于美國的因特網(wǎng)Internet現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計算機互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(node)和連接這些結(jié)點的鏈路(link)組成。互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks)。連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。,,請注意名詞“結(jié)點”,“結(jié)點”的英文名詞是node。雖然node有時也可譯為“節(jié)點”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點，這種節(jié)點很像竹竿上的“節(jié)”。在網(wǎng)絡(luò)中的node的標(biāo)準譯名是“結(jié)點”而不是“節(jié)點”。,,網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起。互聯(lián)網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。因特網(wǎng)是世界上最大的互聯(lián)網(wǎng)。,,,,1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段,第一階段：從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。ARPANET是20世紀60年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。60年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠景研究規(guī)劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡(luò)。,ARPANET簡介,這個網(wǎng)絡(luò)目的是研究堅固、可靠并獨立于各生產(chǎn)廠商的計算機網(wǎng)絡(luò)所需要的有關(guān)技術(shù)，這些技術(shù)現(xiàn)在被稱為Internet技術(shù)，Internte技術(shù)的核心是TCP/IP。,ARPANET,ARPANET簡介,1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上的標(biāo)準協(xié)議。該協(xié)議簇極具開放性和互聯(lián)性。人們把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時間。1990年ARPANET結(jié)束實驗任務(wù)，宣布關(guān)閉。,,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)）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網(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算機網(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。,,第2階段：三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),第二階段的特點是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。1985年，美國國家科學(xué)基金學(xué)會NSF組建NSFNET。NSFNET是三級計算機網(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)）。1991年，Internet轉(zhuǎn)入商業(yè)運營。,,第三階段：多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),第三階段的特點是逐漸形成了多層次因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。ISP(InternetServiceProvider)從因特網(wǎng)管理機構(gòu)申請（批發(fā)）成塊的IP地址零售。同時ISP擁有通信線路以及路由器等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,可以為普通用戶提供接入因特網(wǎng)服務(wù)。ISP據(jù)規(guī)模分不同的層次。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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),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。,,,,,,,一級ISP,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一級ISP,第一層ISP,大公司,本地ISP,大公司,大公司,公司,本地ISP,本地ISP,,,第二層ISP,,第二層ISP,NAP,NAP,A,B,主機A→本地ISP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→本地ISP→主機B,,,,第一層ISP,第二層ISP,,本地ISP,本地ISP,,,本地ISP,本地ISP,,第一層ISP,第一層,第二層,第三層,,本地ISP,,,第二層ISP,本地ISP,本地ISP,,,本地ISP,本地ISP,,第二層ISP,本地ISP,,本地ISP,第二層ISP,,多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),NAP（網(wǎng)絡(luò)接入點）是一種交換設(shè)備，用來交換因特網(wǎng)上的流量。不同的NAP之間是平等的。趨勢：第一層ISP繞過NAP直接相連。,,萬維網(wǎng)WWW的問世,因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準確說出因特網(wǎng)究竟有多大。因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于20世紀90年代。由歐洲原子核研究組織CERN開發(fā)的萬維網(wǎng)WWW(WorldWideWeb)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)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。,,因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況,網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構(gòu)數(shù)198010102102100199010310510610120001051071081022005106108109103,,,下一代因特網(wǎng)計劃NGI,由于因特網(wǎng)存在技術(shù)和功能上的不足，加之用戶量猛增，使其不堪重負，建設(shè)NGI被提出：NGI的目標(biāo)：開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)速率。擴展網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。使用全光網(wǎng)絡(luò)，注重實時性。改進網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。,,1.2.3因特網(wǎng)的標(biāo)準化工作,,,因特網(wǎng)協(xié)會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,…,,,RG,WG,…,…,,,,,RG,…,領(lǐng)域,領(lǐng)域,因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IAB,WG,WG,WG,所有的因特網(wǎng)標(biāo)準都以RFC（請求評論）的形式在因特網(wǎng)上發(fā)表。,,制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準要經(jīng)過以下的四個階段,因特網(wǎng)草案(InternetDraft)——在這個階段還不是RFC文檔。建議標(biāo)準(ProposedStandard)——從這個階段開始就成為RFC文檔。草案標(biāo)準(DraftStandard)因特網(wǎng)標(biāo)準(InternetStandard),,各種RFC之間的關(guān)系,,,,,,,,,,,,,,,,,,,因特網(wǎng)草案,建議標(biāo)準,草案標(biāo)準,因特網(wǎng)標(biāo)準,歷史的RFC,實驗的RFC,提供信息的RFC,,,,6種RFC,,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（微機、大型機、ISP等）組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（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,主機,網(wǎng)絡(luò),路由器,因特網(wǎng)的邊緣部分★,,,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。這些主機又稱為端系統(tǒng)(endsystem)?！爸鳈CA和主機B進行通信”，實際上是指：“運行在主機A上的某個程序和運行在主機B上的另一個程序進行通信”。進程指運行著的程序。所以，“主機A和主機B進行通信”可以理解為“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”。或簡稱為“計算機之間通信”,,兩種通信方式,在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運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方式對等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式,,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應(yīng)用進程。客戶服務(wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方?？蛻?client)和服務(wù)器(server)的通信關(guān)系建立后，通信可以是雙向的。,,,,,,,,,運行客戶程序,網(wǎng)絡(luò)邊緣,網(wǎng)絡(luò)核心,運行服務(wù)器程序,,,A,B,客戶,服務(wù)器,客戶A向服務(wù)器B發(fā)出請求服務(wù)，而服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù)。,,,客戶軟件的特點,被用戶調(diào)用后運行，在通信時主動向遠地服務(wù)器發(fā)起通信（請求服務(wù)）。因此，客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。客戶程序可與多個服務(wù)器進行通信。不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。,服務(wù)器軟件的特點,一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。系統(tǒng)啟動后即自動調(diào)用并一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。,,2.對等連接方式,對等連接(peer-to-peer，簡寫為P2P)是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔，稱P2P文件共享。支持大量對等用戶同時工作。,,對等連接方式的特點,對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務(wù)器。例如主機C請求D的服務(wù)時，C是客戶，D是服務(wù)器。但如果C又同時向F提供服務(wù)，那么C又同時起著服務(wù)器的作用。,,,,,,,,,網(wǎng)絡(luò)邊緣,網(wǎng)絡(luò)核心,運行P2P程序,運行P2P程序,,,,D,C,,E,F,運行P2P程序,運行P2P程序,,,,,對等連接工作方式,,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)邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一個主機都能夠與其他主機通信（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(router)。路由器是實現(xiàn)分組交換(packetswitching)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。,,1.電路交換的主要特點,兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。,?,?,,,更多的電話機互相連通,5部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當(dāng)電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。,,,,,,,,,,,,使用交換機,當(dāng)電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。,…,,,,,?,?,?,?,?,,,,,,?,?,?,?,,交換機,,“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態(tài)地分配傳輸線路的資源。,,電路交換的特點,電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接,,電路交換舉例,A和B通話經(jīng)過四個交換機通話在A到B的連接上進行,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,,,,(,(,交換機,交換機,交換機,交換機,用戶線,用戶線,中繼線,中繼線,B,D,C,A,,電信網(wǎng)PSTN,,電路交換舉例,C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機通話在C到D的連接上進行,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,(,,,,,,,,,,,,,,,,,(,(,交換機,交換機,交換機,交換機,用戶線,用戶線,中繼線,中繼線,B,D,C,A,,電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低,計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。用戶閱讀屏幕時；用戶編輯文檔時；計算機處理數(shù)據(jù)時。用電路交換來傳送計算機數(shù)據(jù)時，通信線路的利用率將會很低。傳送計算機數(shù)據(jù)通常使用分組交換技術(shù)。,,,報文,2.分組交換的主要特點,在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。,,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),添加首部構(gòu)成分組,每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。,首部,首部,首部,請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”,,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）。,,分組首部的重要性,每一個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)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。,,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),,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),最后還原成原來的報文,最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。,,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)邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。主機的用途是為用戶進行信息處理的，并且可以和其他主機通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進行分組交換的?！?,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,H1,H5,H2,H4,H3,,H6,路由器,,網(wǎng)絡(luò),,網(wǎng)絡(luò)核心部分,,主機,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,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,,分組逐段使用鏈路,,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,,,注意分組的存儲轉(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,路由器,主機,,,,,在路由器E暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,,最后到達目的主機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（內(nèi)存）查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,,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（暫時存儲）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當(dāng)?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。,,主機和路由器的作用不同,主機是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。路由器對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付給目的主機。,,分組交換的優(yōu)點,高效動態(tài)分配傳輸帶寬，對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發(fā)送分組?？煽勘ＷC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。,,分組交換帶來的問題,分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。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。,,存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念,在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(messageswitching)。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。,三種交換的比較,,,ABCD,ABCD,ABCD,,,,,報文交換,電路交換,分組交換,,t,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,數(shù)據(jù)傳送的特點,比特流直達終點,報文,報文,報文,分組,分組,分組,存儲轉(zhuǎn)發(fā),存儲轉(zhuǎn)發(fā),存儲轉(zhuǎn)發(fā),存儲轉(zhuǎn)發(fā),,1.4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,Internet在中國發(fā)展的歷史，可以粗略地劃分為二個階段。,1.4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,第一個階段與INTERNET電子郵件的連通,1.4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,Internet在中國發(fā)展的歷史，可以粗略地劃分為二個階段。第一個階段為1987～1993年，在這個階段中，我國的一些大學(xué)和科研機構(gòu)與國外大學(xué)和科研機構(gòu)合作，通過撥號X.25連通了Internet電子郵件系統(tǒng)。,1.4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,第二個階段從1994年開始，以中科院、北大和清華為核心的“中國國家計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)施”（TheNationalComputingandNetworkingFacilityofChina，簡稱NCFC）作為第71個國家級網(wǎng)絡(luò)于1994年3月正式加入Internet并建立了中國頂級域名服務(wù)器CN，實現(xiàn)了網(wǎng)上全部功能。,1.4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展,(1)中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET(2)中國教育和科研計算機網(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)濟貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET(7)中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET(8)中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET（建設(shè)中）(9)中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網(wǎng)CSNET（建設(shè)中）,因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況,參考CNNIC第30次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告。,1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的類別,1.5.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計算機的集合。,,1.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò),從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork),傳輸距離廣，一般在幾百公里以上，亦稱遠程網(wǎng)，一般用于不同城市之間的LAN或者MAN網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。傳輸速率低，信息衰減嚴重。一般租用公共通信線路（電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計算機數(shù)據(jù)網(wǎng)）廣域網(wǎng)采用分組交換技術(shù)、ATM技術(shù)等。典型例子：郵電部的CHINANET，CHINAPAC，和CHINADDN網(wǎng)。,廣域網(wǎng)(WAN,WideAreaNetwork),基本上是一種大型LAN，使用與局域網(wǎng)相似的技術(shù)，是介于局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)。目前城域網(wǎng)多采用ATM技術(shù)做骨干網(wǎng)，成本高。地理覆蓋范圍在幾十公里到一百公里。例如：杭州教育網(wǎng)、龍城熱線、各地市政府公務(wù)網(wǎng)等。,城域網(wǎng)(MAN,MetropolitanAreaNetwork),傳輸距離有限，一般在1公里以內(nèi)傳輸速率高，可達10Mbps以上誤碼率低一般有共享式局域網(wǎng)和交換式局域網(wǎng)2種。舉例：實驗機房、宿舍網(wǎng)、校園網(wǎng)、網(wǎng)吧等。,局域網(wǎng)（LAN，LocalAreaNetwork）,個人區(qū)域網(wǎng)PAN,在個人工作區(qū)域把屬于個人使用的電子設(shè)備用無線技術(shù)連接起來的網(wǎng)絡(luò),亦稱WPAN.,,1.5.2幾種不同的分類方法,從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類公用網(wǎng)(publicnetwork)專用網(wǎng)(privatenetwork),,,,1.6計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo),1.速率比特（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。Bit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0。速率即數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。速率的單位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等。,課件制作人：謝希仁謝鈞,1.6計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo),2.帶寬“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）。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)。,課件制作人：謝希仁謝鈞,1.6計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo),3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡(luò)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(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：謝希仁謝鈞,4.時延(delay或latency),發(fā)送時延（傳輸時延）發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間。信道帶寬數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率。常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率。,,課件制作人：謝希仁謝鈞,4.時延(delay或latency),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。,,課件制作人：謝希仁謝鈞,4.時延(delay或latency),處理時延交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。排隊時延結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。,,課件制作人：謝希仁謝鈞,4.時延(delay或latency),數(shù)據(jù)經(jīng)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+排隊時延,課件制作人：謝希仁謝鈞,三種時延所產(chǎn)生的地方,,,,,,,,,,1011001,…,發(fā)送器,隊列,結(jié)點B,結(jié)點A,,數(shù)據(jù),從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù),鏈路,課件制作人：謝希仁謝鈞,容易產(chǎn)生的錯誤概念,對于高速網(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)送時延。,5.利用率,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。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：謝希仁謝鈞,時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系,根據(jù)排隊論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。若令D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延，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。,課件制作人：謝希仁謝鈞,,時延D,,,,,利用率U,1,0,D0,時延急劇增大,課件制作人：謝希仁謝鈞,課件制作人：謝希仁謝鈞,1.7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.7.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成,相互通信的兩個計算機系統(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：謝希仁謝鈞,關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM,只要遵循OSI標(biāo)準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標(biāo)準的其他任何系統(tǒng)進行通信。在市場化方面OSI卻失敗了。OSI的專家們在完成OSI標(biāo)準時沒有商業(yè)驅(qū)動力；OSI的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低；OSI標(biāo)準的制定周期太長，因而使得按OSI標(biāo)準生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場；OSI的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn)。,課件制作人：謝希仁謝鈞,兩種國際標(biāo)準,法律上的(dejure)國際標(biāo)準OSI并沒有得到市場的認可。是非國際標(biāo)準TCP/IP現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。TCP/IP常被稱為事實上的(defacto)國際標(biāo)準。,課件制作人：謝希仁謝鈞,1.7.2協(xié)議與劃分層次,計算機網(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（同步含有時序的意思）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(networkprotocol)，簡稱為協(xié)議，是為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準或約定。,課件制作人：謝希仁謝鈞,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，完成何種動作以及做出何種響應(yīng)。同步事件實現(xiàn)順序的詳細說明。,課件制作人：謝希仁謝鈞,劃分層次的概念舉例,主機1向主機2通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件?？梢詫⒁龅墓ぷ鬟M行如下的劃分。第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。確信對方已做好接收和存儲文件的準備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個主機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責(zé)。,課件制作人：謝希仁謝鈞,,,兩個主機交換文件,文件傳送模塊,主機1,主機2,文件傳送模塊,,只看這兩個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行發(fā)送,把收到的文件交給上層模塊,,課件制作人：謝希仁謝鈞,,,,,再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊,文件傳送模塊,主機1,主機2,文件傳送模塊,,只看這兩個通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方,,,,把文件交給下層模塊進行發(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：謝希仁謝鈞,,,,,,,,再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊,文件傳送模塊,主機1,主機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)接入模塊負責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷?，幀的最大長度等。,課件制作人：謝希仁謝鈞,分層的好處,各層之間是獨立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實現(xiàn)和維護。能促進標(biāo)準化工作。,課件制作人：謝希仁謝鈞,層數(shù)多少要適當(dāng),若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難。,課件制作人：謝希仁謝鈞,計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu),計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)是計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實現(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完成這些功能的問題。體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。,課件制作人：謝希仁謝鈞,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，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。,課件制作人：謝希仁謝鈞,五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer),數(shù)據(jù)鏈路層,5應(yīng)用層,4運輸層,3網(wǎng)絡(luò)層,2數(shù)據(jù)鏈路層,1物理層,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,,主機2,應(yīng)用進程數(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1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,,主機2,應(yīng)用層PDU再傳送到運輸層,加上運輸層首部，成為運輸層報文,,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,,主機2,運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層,加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,,主機2,IP數(shù)據(jù)報再傳送到數(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,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,,主機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,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),應(yīng)用層(applicationlayer),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,,物理傳輸媒體,,,主機1,,AP2,,AP1,電信號（或光信號）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2,,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層,,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機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,,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運輸層,,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,運輸層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層,,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進程,,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,,我收到了AP1發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,應(yīng)用程序數(shù)據(jù),10100110100101比特流110101110101,注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟?應(yīng)用程序數(shù)據(jù),,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,10100110100101比特流110101110101,計算機2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層,,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機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,H2,T2,,H3,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層,,H4,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層,,應(yīng)用程序數(shù)據(jù),H5,應(yīng)用程序數(shù)據(jù),主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機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)用進程,課件制作人：謝希仁謝鈞,主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù),,,5,4,3,2,1,,,,,,5,4,3,2,1,,,,,主機1,,AP2,,AP1,主機2,,我收到了AP1發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！,,,1.7.4實體、協(xié)議和服務(wù),實體(entity)表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實現(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：謝希仁謝鈞,實體、協(xié)議和服務(wù)（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)議是控制對等實體之間通信的規(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。,,1.7.5TCP/IP的體系結(jié)構(gòu),,,應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層,,,,,,,,,主機A,主機B,路由器,網(wǎng)絡(luò)2,網(wǎng)絡(luò)1,,,,,應(yīng)用層運輸層網(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)分組時最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運輸層和應(yīng)用層。,,,,沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,,,,,,,網(wǎng)際層,網(wǎng)絡(luò)接口層,運輸層,應(yīng)用層,…,…,…,,,,,,,,,,網(wǎng)絡(luò)接口1,網(wǎng)絡(luò)接口2,網(wǎng)絡(luò)接口3,EverythingoverIPIP可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù),IPoverEverythingIP可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上,