计算机网络通信 第一章.ppt

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1、计算机网络与通信 教师名：胡小明教师名：胡小明计算机与信息学院网络工程系计算机与信息学院网络工程系办公室：办公室：1 1号楼号楼505(Tel505(Tel：50214978)50214978)E-mailE-mail：手机：手机：1348228237213482282372课程安排 本课程是以计算机网络与通信的本课程是以计算机网络与通信的基本概念与理论知识为主，是网络方基本概念与理论知识为主，是网络方向的本科生必需掌握的基本知识，并向的本科生必需掌握的基本知识，并被定为二工大重点建设课程。被定为二工大重点建设课程。学习方法上课认真听讲上课认真听讲，做好笔记做好笔记做好预复习，看书及参考资料做

2、好预复习，看书及参考资料上网查询与浏览光盘。上网查询与浏览光盘。浏览课程网站，作业提交浏览课程网站，作业提交复习题在网上。复习题在网上。网站：网站：http:/http:/202.121.241.116/kc/index.asp 用户名是自己的姓名，口令是学号用户名是自己的姓名，口令是学号成绩评定成绩评定由上课出勤，听课状况，平成绩评定由上课出勤，听课状况，平时作业、期中考试及期末考试分数总时作业、期中考试及期末考试分数总评而定。评而定。期末考试形式：闭卷笔试，期末考试形式：闭卷笔试，120分钟。分钟。期末考试内容：主要是网络的基本原期末考试内容：主要是网络的基本原理及计算题，原理主要采用选择

3、题形理及计算题，原理主要采用选择题形式网站上有公布。式网站上有公布。什么是计算机网络什么是计算机网络计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。计算机网络中的计算计算机网络中的计算机通常都处于不同的机通常都处于不同的地理位置地理位置相互连接的计算机之相互连接的计算机之间不存在互为依赖的间不存在互为依赖的关系。关系。通信线路包括通信线路包括通信媒体、通通信媒体、通信设备。信设备。网络操作系统（单网络操作系统（单机机OSOS功能功能+网络通网络通信协议信协议+网络资源网络资源管理管理+网络服务）网络服务）网

4、络的根本目的是为了网络的根本目的是为了实现资源共享，资源包实现资源共享，资源包括硬件与软件，如程序、括硬件与软件，如程序、数据库、存储设备、打数据库、存储设备、打印机等。印机等。计算机网络在信息时代的作用计算机网络在信息时代的作用n21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。时代。n网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。济的重要基础。n网络是指网络是指“三网三网”，即电信网络、有线电视，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。网络和计

5、算机网络。n发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。n计算机网络最重要的两个功能：计算机网络最重要的两个功能：连通性连通性 共享共享 因特网因特网(Internet)的发展的发展n进入进入 20 世纪世纪 90 年代以后，以因特年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。的发展。n已从最初的教育科研网络逐步发展已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。成为商业网络。n已成为仅次于全球电话网的世界第已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。二大网络。计算机网络的产生背景n是是 20 世纪世纪 60 年代美苏冷战时期的

6、年代美苏冷战时期的产物。产物。n60 年代初，美国国防部领导的远年代初，美国国防部领导的远景研究规划局景研究规划局ARPA(Advanced Research Project Agency)提出提出要研制一种生存性要研制一种生存性(survivability)很强的网络。很强的网络。因特网-网络的网络网络把许多计算机连接在一起。网络把许多计算机连接在一起。因特网则把许多网络连接在一起。因特网则把许多网络连接在一起。(a)(b)网络网络互联网（网络的网络）互联网（网络的网络）结点结点链路链路Internet和和internetInternet(因特网因特网)是一个专有名词，是一个专有名词，它指当

7、前全球最大的、开放的、由它指当前全球最大的、开放的、由众多网络互联而成的特定计算机网众多网络互联而成的特定计算机网络。络。internet（互联网）是一个通用名词，（互联网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互联而成它泛指由多个计算机网络互联而成的网络。的网络。因特网时代因特网时代因特网的基础结构大体上经历了三个因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是分开而是有部分重叠有部分重叠的，这是因为的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。网络的演进是逐渐的而不是突然的。(1)ARPANET(1)ARPANE

8、T向互联网发展过程向互联网发展过程(2)(2)三级结构的因特网三级结构的因特网(3)(3)多层次多层次ISPISP结构的因特网结构的因特网因特网发展的三个阶段因特网发展的三个阶段因特网发展的第一阶段因特网发展的第一阶段n第一个分组交换网第一个分组交换网 ARPANET 最初只是最初只是一个单个的分组交换网。一个单个的分组交换网。nARPA 研究多种网络互连的技术。研究多种网络互连的技术。n1983 年年 TCP/IP 协议成为协议成为标准协议标准协议。n同年，同年，ARPANET分解成两个网络：分解成两个网络：nARPANET进行实验研究用的科研网nMILNET军用计算机网络n19831984

9、 年，形成了年，形成了因特网因特网 Internet。n1990 年年 ARPANET 正式宣布关闭。正式宣布关闭。因特网发展的第二阶段因特网发展的第二阶段1986 年，年，NSF 建立了国家科学基金网。建立了国家科学基金网。NSFNET。它是一个三级计算机网络：。它是一个三级计算机网络：n主干网n地区网n校园网1991 年，美国政府决定将因特网的主干年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。入因特网的单位收费。1993 年因特网主干网的速率提高到年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s。三级结构的因特网三级结构的因

10、特网各网络之间需要使用路由器来连接。各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器三级结构的因特网三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网因特网发展的第三阶段因特网发展的第三阶段n从从1993年开始，由美国政府资助的年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。网络所代替。n1994 年开始创建了年开始创建了 4 个网络

11、接入点个网络接入点 NAP(Network Access Point)，分别由，分别由 4 个电信个电信公司经营。公司经营。nNAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。的数量已达到十几个。n从从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。构网络。用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过 ISP 上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP 地址

12、数目的不同，地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。也分成为不同的层次。一级 ISP一级 ISP第一层 ISP大公司本地 ISP大公司大公司公司本地 ISP本地 ISP校园网校园网校园网校园网第二层 ISP第二层 ISPNAPNAPAB主机主机A 本地本地 ISP 第二层第二层 ISP NAP 第一层第一层 ISP NAP 第二层第二层 ISP 本地本地 ISP 主机主机B第一层 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第一层 ISP第一层第二层第三层本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP

13、第二层 ISP万维网 WWW 的问世 因特网已经成为世界上规模最大和因特网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络。增长速率最快的计算机网络。由欧洲原子核研究组织由欧洲原子核研究组织 CERN 开发开发的万维网的万维网 WWW(World Wide Web)被被广泛使用在因特网上，大大方便了广大广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。特网的这种指数级增长的主要驱动力。因特网的发展情况概况因特网的发展情况概况年份年份 网络数网络数 主机数主机数 用户数用户数 管理机构数管理机构数1980 10

14、 102 102 1001990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 103关于因特网的标准化工作因特网协会因特网协会 ISOC因特网研究指导小组因特网研究指导小组IRSG 因特网研究部因特网研究部 IRTF 因特网工程部因特网工程部 IETF 因特网工程指导小组因特网工程指导小组IESG RGWGRG领域领域领域领域因特网体系结构因特网体系结构研究委员会研究委员会 IAB WGWGWGP4页上 RFC(Request For Comments)意为“请求评论”，通常，当某专家提出新的标准或协议，就在RFC上发表，意为征求

15、外界意见，大家可以在其基础上修改与补充，所以RFC编号越大说明越新，RFC包含了因特网几乎所有资料。因特网的组成 因特网的工作方式上可以划分两大块：因特网的工作方式上可以划分两大块：(1)边缘部分边缘部分 由所有连接在因特网上由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。或视频）和资源共享。(2)核心部分核心部分 大量网络和连接这些网大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。分提供服务的（提供连通性

16、和交换）。因特网的核心部分因特网的核心部分因特网的边缘部分因特网的边缘部分主机主机网络网络路由器路由器因特网的边缘部分与核心部分因特网的边缘部分与核心部分 因特网的边缘部分 处在因特网边缘的部分就是连接在因处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统端系统(end system)。主机主机 A 和主机和主机 B 进行通信，实际上进行通信，实际上是指运行在主机是指运行在主机 A 上某个程序和运行在上某个程序和运行在主机主机 B 上另一程序进行通信。即主机上另一程序进行通信。即主机 A 的某个进程和主机的某个进程和主机 B 上的另一个进

17、程进上的另一个进程进行通信。简称为行通信。简称为“计算机之间通信计算机之间通信”两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大之间的通信方式通常可划分为两大类：类：客户服务器方式（客户服务器方式（C/S 方式）方式）即即Client/Server方式方式 对等方式（对等方式（P2P 方式）方式）即即 Peer-to-Peer方式方式 运行运行客户客户程序程序网络边缘网络边缘网络核心网络核心运行运行服务器服务器程序程序AB 请求服务请求服务 得到服务得到服务客户客户服务器服务器客户客户 A 向服务器向服务器 B 发出请求服务，发出请求服务，

18、而服务器而服务器 B 向客户向客户 A 提供服务。提供服务。客户软件的特点 被用户调用后运行，在打算通信时被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。知道服务器程序的地址。不需要特殊的硬件和很复杂的操作不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。系统。服务器软件的特点 专门用来提供某种服务的程序，可同时专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并启动后即自动调用并一直不断地运行一直不断地运行，被动地等待被动地

19、等待并接受来自各地的客户的并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。件和高级的操作系统支持。对等连接方式 对等连接对等连接(peer-to-peer，简写为，简写为 P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪一是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），它们就可以进行平等软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。的、对等连接通信。

20、双方都可以下载对方已经存储在硬盘中双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。的共享文档。对等连接方式的特点对等连接方式从本质上看仍然是使用客对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。一个主机既是客户又同时是服务器。例如主机例如主机 C 请求请求 D 的服务时，的服务时，C 是客是客户，户，D 是服务器。但如果是服务器。但如果 C 又同时向又同时向 F提供服务，那么提供服务，那么 C 又同时起着服务又同时起着服务器的作用。器的作用。网络边缘网络边缘网络核心网络核心运行运行P2P 程序程序运行运行P2P 程

21、序程序DCEF运行运行P2P 程序程序运行运行P2P 程序程序因特网的核心部分 网络核心部分是因特网中最复网络核心部分是因特网中最复杂部分。杂部分。网络中的核心部分要向网络边网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。形式的数据）。因特网的核心部分 在网络核心部分起特殊作用的是在网络核心部分起特殊作用的是路由器路由器(router)。路由器是实现路由器是实现分组交换分组交换(packet switching)的关键构件，

22、其任务是的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。分最重要的功能。1.电路交换的主要特点两部电话机只需要用一对电线就能够两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。互相连接起来。更多的电话机互相连通5 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 10 对电线。对电线。N 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对对电线。电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。正比。使用交换机当电话机的数量增多时，就要使当电话机

23、的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。用交换机来完成全网的交换任务。交换机“交换”的含义在这里，在这里，“交换交换”(switching)的的含义就是含义就是转接转接把一条电话线把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连转接到另一条电话线，使它们连通起来。通起来。从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交交换换”就是按照某种方式动态地分就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。配传输线路的资源。电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段：n建立连接建立连接n通信通信n释放连接释放连接电路交换举例A 和和 B

24、通话经过四个交换机通话经过四个交换机通话在通话在 A 到到 B 的连接上进行的连接上进行(交换机交换机交换机交换机交换机交换机交换机交换机用户线用户线用户线用户线中继线中继线中继线中继线BDCA电路交换传送数据效率较低n连接建立后在通信过程中链路一连接建立后在通信过程中链路一般不变般不变.路线被占影响其他用户路线被占影响其他用户通信。通信。n计算机数据具有突发性。这导致计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。通信线路的利用率很低。报文 由于报文大小可以不一致，影响通由于报文大小可以不一致，影响通信效率。分组交换信效率。分组交换在发送端，先把较长在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固

25、定长度的数的报文划分成较短的、固定长度的数据段。据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输分组交换分组交换数数 据据数数 据据数数 据据报文报文添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成每一个数据段前面添加上首部构成分组。分组。首部首部首部首部首部首部分组分组 1分组分组 2分组分组 3请注意：现在左边是请注意：现在左边是“前面前面”分组交换的传输单元分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据作为数据传输单元。传输单元。依次把各分组发送到接收端（假依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。定接收端在左边）。数 据首

26、部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性 每一个分组的首部都含有地址等控每一个分组的首部都含有地址等控制信息。制信息。分组交换网中的结点路由器根据分组交换网中的结点路由器根据收到的分组的首部中的地址信息，把收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点路由器。分组转发到下一个结点路由器。用这样的存储转发方式，最后分用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。组就能到达最终目的地。收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成接收端收到分组后剥去首部还原成报文。报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据最后还原成原

27、来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被有出现差错，在转发时也没有被丢弃。丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换网的示意图H1A互联网互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向向 H5 发送分组发送分组H2 向向 H6 发送分组发送分组注意分组路径的变化！注意分组路径的变化！路由器路由器主机主机注意分组的存储转发过程H1A互联网互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向向 H5 发送分组发

28、送分组路由器路由器主机主机在路由器在路由器 E 暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发的端口找到转发的端口最后到达目的主机最后到达目的主机 H5在路由器在路由器 C 暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发的端口找到转发的端口在路由器在路由器 A 暂存暂存查找转发表查找转发表找到转发的端口找到转发的端口分组交换的优点高效高效 动态分配传输带宽，对通信链动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。路是逐段占用。灵活灵活 以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。迅速迅速 不必先建立连接就能向其他主机不必先建立连接就能向其他主机发送分组。发送分组。可靠可靠 保证可靠性的网络协议；分布式保证可靠

29、性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存的路由选择协议使网络有很好的生存性。性。分组交换带来的问题分组在各结点存储转发时需要排分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一不可少的控制信息）也造成了一定的开销。定的开销。报文交换报文交换采用存储转发的方式采用存储转发的方式不需要建立连接不需要建立连接随时发送，但要加上双方地址信息随时发送，但要加上双方地址信息似日常生活中的邮寄似日常生活中的邮寄三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报报文文报报文文报

30、报文文A B C D A B C DA B C D报文交换报文交换电路交换电路交换分组交换分组交换t连接建立连接建立数据传送数据传送报文报文P2P1连接释放连接释放数据传送数据传送的特点的特点比特流直达终点比特流直达终点报文报文报文报文报文报文分组分组 分组分组 分组分组存储存储转发转发存储存储转发转发存储存储转发转发存储存储转发转发三种交换的比较从传送过程从传送过程所带额外开销所带额外开销传送路径传送路径传送与接收顺序传送与接收顺序传送效率等传送效率等来比较三种交换方式的特点来比较三种交换方式的特点计算机网络在我国的发展(1)中国公用计算机互联网中国公用计算机互联网 CHINANET(2)中

31、国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网 CERNET(3)中国科学技术网中国科学技术网 CSTNET(4)中国联通互联网中国联通互联网 UNINET(5)中国网通公用互联网中国网通公用互联网 CNCNET等等，见书等等，见书16页页计算机网络的类别 计算机网络的不同定义计算机网络的不同定义n最简单的定义：计算机网络是一些互相连接最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。的、自治的计算机的集合。n因特网因特网(Internet)是是“网络的网络网络的网络”。几种不同的类别的网络几种不同的类别的网络n不同作用范围的网络不同作用范围的网络 n从网络的使用者进行分类从网络的使用

32、者进行分类 几种不同类别的网络不同作用范围的网络不同作用范围的网络n广域网 WAN(Wide Area Network)n城域网 MAN(Metropolitan Area Network)n局域网 LAN(Local Area Network)n个人区域网 PAN(Personal Area Network)局域网局域网 LAN(Local Area Network)覆盖范围一般在几公里以内，如一幢大楼内或一个校园内。城域网城域网 MAN(Metropolitan Area Network)覆盖范围大约是几公里到几十公里，它主要是满足城市、郊区的联网需求。城域网技术与局域网技术、城域网技术与

33、广域网技术之间的边界正在日益模糊。广域网广域网 WAN(Wide Area Network)覆盖范围一般是几十公里到几千公里以上。个人区域网个人区域网 PAN(Personal Area Network)n在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络，因此也叫无线个人区域网WPAN(Wireless PAN)，工作范围大约10m左右。不同用户的网络从网络的使用者进行分类从网络的使用者进行分类n公用网(public network)n专用网(private network)用来把用户接入到因特网的网络用来把用户接入到因特网的网络n接入网接入网 AN(Access Networ

34、k)，它又称为本地接入网或居民接入网。它又称为本地接入网或居民接入网。n由由 ISP 提供的接入网只是起到让用提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的户能够与因特网连接的“桥梁桥梁”作作用。用。计算机网络的性能指标1.速率速率：比特（比特（bit）是计算机中数据量）是计算机中数据量的单位，的单位，Bit 来源于来源于 binary digit，意思，意思是一个是一个“二进制数字二进制数字”，一个比特就是，一个比特就是二进制数字中的一个二进制数字中的一个 1 或或 0。速率即数据率速率即数据率(data rate)或比特率或比特率(bit rate)是网络中最重要的性能指标。速率是网络中最重

35、要的性能指标。速率的单位是的单位是 b/s，或，或kb/s,Mb/s,Gb/s 等。等。速率往往是指额定速率或标称速率。速率往往是指额定速率或标称速率。2.2.带宽带宽“带宽带宽”(bandwidth)本来是指信号本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。赫、兆赫、吉赫等）。现在现在“带宽带宽”是数字信道所能传送的是数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率”的同义语，单位是的同义语，单位是“比特每秒比特每秒”，或，或 b/s(bit/s)。常用的带宽单位更常用的带宽单位是更常用的带宽单位是n千比每秒，即千比每秒，即 kb/s（103 b/s）n

36、兆比每秒，即兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）n吉比每秒，即吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）n太比每秒，即太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）请注意：在计算机界，请注意：在计算机界，K=210=1024 M=220,G=230,T=240。3.吞吐量吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过表示在单位时间内通过某个网络某个网络(或信道或信道,接口接口)的数据量。的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。据量能够通过网络。吞吐量受

37、网络的带宽或网络的额定速率的限吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。制。4.时延(delay 或 latency)传输时延（发送时延传输时延（发送时延）主机或路由器主机或路由器发送数据时，数据从发送数据时，数据从结点结点到到传输媒体传输媒体所需要的时间。所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。需的时间。发送时延发送时延=数据块长度（比特）数据块长度（比特）发送速率（或信道带宽）（比特发送速率（或信道带宽）（比特/秒）秒）时延(delay 或 latency)传播时延传播时延

38、电磁波在电磁波在信道中信道中需要传播需要传播一定的距离而花费的时间。一定的距离而花费的时间。传播时延传播时延=信道长度（米）信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米信号在信道上的传播速率（米/秒）秒）时延时延(delay(delay 或或 latency)latency)处理时延处理时延 交换结点为存储转发而进交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。行一些必要的处理所花费的时间。排队时延排队时延 结点缓存队列中分组排队结点缓存队列中分组排队所经历的时延。所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。的通信量。时延(delay 或 lat

39、ency)总时延=发送时延+传播时延 +处理时延+排队时延数据经历的总时延就是发送数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：和排队时延之和：四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器发送器队列队列在链路上产生在链路上产生传播时延传播时延结点结点 B结点结点 A在发送器产生传输时延在发送器产生传输时延(即发送时延即发送时延)在结点在结点 A 中产生中产生处理时延和排队时延处理时延和排队时延数据数据从结点从结点 A 向结点向结点 B 发送数据发送数据链路链路容易产生的错误概念 对于高速网络链路，我们提高的对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数

40、据的发送速率而不是比仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。特在链路上的传播速率。提高链路带宽减小了数据的发送提高链路带宽减小了数据的发送时延。时延。利用率信道利用率指出某信道有百分之几的信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。的加权平均值。信道利用率并非越高越好。信道利用率并非越高越好。时延与网络利用率的关系根据排队论的理论，当某信道的利用率增大根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的

41、时延也就迅速增加。时，该信道引起的时延也就迅速增加。若令若令 D0 表示网络空闲时的时延，表示网络空闲时的时延，D 表示网表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示可以用下面的简单公式表示 D 和和 D0之间之间的关系：的关系：U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。时延 D利用率 U10D0时延急剧增大计算机网络的体系结构相互通信的两个计算机系统必须相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种高度协调工作才行，而这种“协协调调”是相当复杂的。是相当复杂的。“分层分层”可将庞大而复杂的问题，可将庞大而复杂的问题，转化为若

42、干较小的局部问题，而转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。研究和处理。只要遵循只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。统进行通信。在市场化方面在市场化方面 OSI 却失败了。却失败了。nOSI 的专家们在完成的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；标准时没有商业驱动力；nOSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；nOSI 标准的制定周期太长，因而使得按标

43、准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生标准生产的设备无法及时进入市场；产的设备无法及时进入市场；nOSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。次中重复出现。开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型两种国际标准法律上的国际标准法律上的国际标准 OSI 并没有得并没有得到市场的认可。到市场的认可。是非国际标准是非国际标准 TCP/IP 现在获得了现在获得了最广泛的应用。最广泛的应用。nTCP/IP 常被称为事实上的国际标准。常被称为事实上的国际标准。划分层次的必要性计算机网络中的数据交换必须遵计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的

44、规则。守事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。（同步含有时序的意思）。网络协议网络协议(network protocol)，简，简称为协议，是为进行网络中的数称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约据交换而建立的规则、标准或约定。定。网络协议的组成要素 语法语法 数据与控制信息的结构或数据与控制信息的结构或格式格式。语义语义 需要发出何种控制信息，需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。完成何种动作以及做出何种响应。同步同步 事件实现顺序的详细说明。事件实

45、现顺序的详细说明。分层的好处 各层之间是独立的。各层之间是独立的。灵活性好。灵活性好。结构上可分割开。结构上可分割开。易于实现和维护。易于实现和维护。能促进标准化工作。能促进标准化工作。层数多少要适当 若层数太少，就会使每一层的协若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多功能的系统工程任务时遇到较多的困难。的困难。网络的体系结构：计算机网络的网络的体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合。各层及其协议的集合。具有五层协议的体系结构 TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、是四层的体系结构：应用层、运输层、

46、网际层和网络接口层。运输层、网际层和网络接口层。但最下面的网络接口层并没有具体内容。但最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五的优点，采用一种只有五层协议的体系结构层协议的体系结构。五层协议的体系结构 应用层应用层(application layer)运输层运输层(transport layer)网络层网络层(network layer)数据链路层数据链路层(data link layer)物理层物理层(physical layer)数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1

47、 物理层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2应用进程数据先传送到应用层应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2应用层应用层 PDU 再传送到运输层再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文加上运输层首部，成为运输层报文主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2运输层报文再传送到网络层运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为加上网络层首部，成为 IP 数据报（或

48、分组）数据报（或分组）主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2IP 数据报再传送到数据链路层数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2数据链路层帧再传送到物理层数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体最下面的物理层把比特流传送到物理媒体主机 1 向主机 2 发送数据 应用层应用层(application layer)5432154321物理传输媒体物理传输媒体主机主机 1AP2AP

49、1电信号（或光信号）在物理媒体中传播电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层从发送端物理层传送到接收端物理层主机主机 2主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层取出数据部分，上交给网络层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2网络层剥去

50、首部，取出数据部分网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层上交给运输层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2运输层剥去首部，取出数据部分运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层上交给应用层主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程上交给应用进程主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机主机 1AP2AP1主机主机 2我收到了我收到了 AP1 发来的发来的应用程序数据！应用程序数据！主机 1 向主机 2 发送数