《计算机网络的》PPT课件.ppt

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1、计算机网络教程（第 3 版）信息学院：王建珍教师信息nEmail:n学生提交作业信箱学生提交作业信箱n学习资源共享信箱学习资源共享信箱n密码：密码：2012jsjwlnOffice:0351-7698510 办公南楼415课程安排n n讲讲 授：授：(18周周,18*3=54学时学时)n n上机实验：上机实验：(9周周,9*2=18学时学时)n n考试方式：闭卷考试方式：闭卷(70%)+上机上机(10%)+（作（作业业+考勤）考勤）(10%)+期中考试（期中考试（10%）凡抄袭作业、上机实验报告者，无论抄袭与被凡抄袭作业、上机实验报告者，无论抄袭与被抄，抄，成绩均为成绩均为0！谨记！谨记！课程

2、学习要求1、课前预习，认真听课，课后不断总结，、课前预习，认真听课，课后不断总结，按时完成作业；按时完成作业；2、做好实验准备，认真完成实验任务，及、做好实验准备，认真完成实验任务，及时提交实验报告；时提交实验报告；3、理论联系实际，循序渐进。、理论联系实际，循序渐进。学习的三种境界学习的三种境界n昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路。昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路。n衣带渐宽终不悔衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴。为伊消得人憔悴。n蓦然回首蓦然回首,那人却在灯火阑珊处。那人却在灯火阑珊处。第 1 章 概述1.1 计算机网络在信息时代中的作用计算机网络在信息时代中的作用1.2 因特网概述因

3、特网概述 1.2.1 网络的网络网络的网络 1.2.2 因特网发展的三个阶段因特网发展的三个阶段 1.2.3 因特网的标准化工作因特网的标准化工作1.3 因特网的组成因特网的组成 1.3.1 因特网的边缘部分因特网的边缘部分 1.3.2 因特网的核心部分因特网的核心部分1.4 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展第 1 章 概述（续）1.5 计算机网络的分类计算机网络的分类 1.5.1 计算机网络的定义计算机网络的定义 1.5.2 几种不同类别的网络几种不同类别的网络1.6 计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标1.7 计算机网络体系结构计算机网络体系结构 1.7.1 计算机

4、网络体系结构的形成计算机网络体系结构的形成 1.7.2 协议与划分层次协议与划分层次 1.7.3 具有五层协议的体系结构具有五层协议的体系结构 1.7.4 实体、协议和服务实体、协议和服务 1.7.5 TCP/IP的体系结构的体系结构1.1 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世纪的一些重要特征就是数字化、网数字化、网络化和信息化，络化和信息化，它是一个它是一个以网络为核心以网络为核心的信息时代。的信息时代。n网络现已成为信息社会的命脉和发展知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。识经济的重要基础。n网络是指网络是指“三网三网”，即，即电信网络、有线电信网络、

5、有线电视网络和计算机网络。电视网络和计算机网络。n发展最快的并发展最快的并起到核心作用的是计算机起到核心作用的是计算机网络。（端设备：计算机网络。（端设备：计算机 ）因特网(Internet)的发展n进入进入 20 世纪世纪 90 年代以后，以年代以后，以因特网因特网Internet为代表的计算机网络得到了飞速为代表的计算机网络得到了飞速的发展。的发展。nInternet已从最初的已从最初的教育科研教育科研网络逐步发网络逐步发展成为展成为商业商业网络。网络。nInternet已成为仅次于全球电话网的已成为仅次于全球电话网的世界世界第二大网络。第二大网络。因特网的意义n因特网因特网Interne

6、t是自印刷术以来人类通信是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。方面最大的变革。n现在人们的生活、工作、学习和交往都现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网已离不开因特网Internet。计算机网络向用户提供的最重要的功能 n连通性连通性计算机网络使上网用户之间计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。机都可以彼此直接连通一样。n共享共享即资源共享。可以是即资源共享。可以是信息信息共享、共享、软件软件共享，也可以是共享，也可以是硬件硬件共享。共享。1.2 因特网概述1.2.1 网络的网络网络的网络n起源于美国的因

7、特网起源于美国的因特网Internet现已发展成现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网为世界上最大的国际性计算机互联网 n网络网络(network)由若干由若干结点结点(node)和连接和连接这些结点的这些结点的链路链路(link)组成。组成。n互联网是互联网是“网络的网络网络的网络”(network of networks)。n连接在因特网上的计算机都称为连接在因特网上的计算机都称为主机主机(host)。请注意名词“结点”n“结点结点”的英文名词是的英文名词是 node。n虽然虽然 node 有时也可译为有时也可译为“节点节点”，但，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节这是指像天线上的驻

8、波的节点，这种节点很像竹竿上的点很像竹竿上的“节节”。n在网络中的在网络中的 node 的标准译名是的标准译名是“结点结点”而不是而不是“节点节点”。网络与因特网n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。n互联网则把许多网络连接在一起。互联网则把许多网络连接在一起。n因特网是世界上最大的互联网。因特网是世界上最大的互联网。(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路主机因特网1.2.2 因特网发展的三个阶段n第一阶段：第一阶段：从单个网络从单个网络ARPANET向向互联网互联网发展的发展的过程。过程。nARPANET是是 20 世纪世纪 60 年代美苏冷战时期的产年代美苏冷战时

9、期的产物。物。60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划年代初，美国国防部领导的远景研究规划局局ARPA(Advanced Research Project Agency)提出要研制一种生存性提出要研制一种生存性(survivability)很很强的网络。强的网络。ARPANET简介p 这个网络目的是研究坚固、可靠并独立这个网络目的是研究坚固、可靠并独立于各生产厂商的计算机网络所需要的有于各生产厂商的计算机网络所需要的有关技术，这些技术现在被称为关技术，这些技术现在被称为Internet技技术，术，Internte技术的核心是技术的核心是TCP/IP。ARPANET犹他大学犹他大学斯坦福研究斯

10、坦福研究所所加利福尼亚大学洛杉矶分加利福尼亚大学洛杉矶分校校加利福尼亚大学圣巴巴拉分加利福尼亚大学圣巴巴拉分校校ARPANET简介n1983 年年 TCP/IP 协议成为协议成为 ARPANET 上的上的标准协议。该协议簇极具标准协议。该协议簇极具开放性和互联性。开放性和互联性。n人们把人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。年作为因特网的诞生时间。n1990年年ARPANET结束实验任务，宣布关闭。结束实验任务，宣布关闭。Internet 和 Internet 的区别n以以小写字母小写字母 i 开始的开始的 internet（互联网或（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多互连网）是一

11、个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。个计算机网络互连而成的网络。n以以大写字母大写字母 I 开始的的开始的的 Internet（因特网）（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议协议族作为通信的规则，且其前身是美国的族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。第2阶段：三级结构的因特网 n第二阶段的特点是建成了三级结构的因第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。特网。n1985年，美国国家科学基金学会年

12、，美国国家科学基金学会NSF组组建建NSFNET。nNSFNET是三级计算机网络，分为主干是三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。网、地区网和校园网（或企业网）。n1991年，年，Internet转入商业运营。转入商业运营。第三阶段：第三阶段：多层次 ISP 结构的因特网 n第三阶段的特点是逐渐形成了多层次因第三阶段的特点是逐渐形成了多层次因特网服务提供者特网服务提供者ISP 结构的因特网。结构的因特网。nISP(Internet Service Provider)从因特从因特网管理机构申请（批发）成块的网管理机构申请（批发）成块的IP地址地址零售。同时零售。同时ISP拥有通

13、信线路以及路由器拥有通信线路以及路由器等联网设备等联网设备,可以为普通用户提供接入因可以为普通用户提供接入因特网服务。特网服务。nISP 据规模分不同的层次。据规模分不同的层次。用户因特网ISP1ISP2因特网因特网服务提供者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

14、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第二层 ISP多层次多层次 ISP 结构的因特网结构的因特网nNAP（网络接入点）（网络接入点）是一种交换设备，是一种交换设备，用来交换因特网上的流量。不同的用来交换因特网上的流量。不同的NAP之间是平等的。之间是平等的。n趋势：趋势：第一层第一层ISP绕

15、过绕过NAP直接相连。直接相连。万维网 WWW 的问世的问世n因特网已经成为世界上规模最大和增长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，没有人能够准速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。确说出因特网究竟有多大。n因特网的迅猛发展始于因特网的迅猛发展始于 20 世纪世纪 90 年代。年代。由欧洲原子核研究组织由欧洲原子核研究组织 CERN 开发的万开发的万维网维网 WWW(World Wide Web)被广泛被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级

16、增长的主要驱动力。的这种指数级增长的主要驱动力。因特网的发展情况概况 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 10 102 102 1001990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 103下一代因特网计划NGIn由于因特网存在技术和功能上的不足，由于因特网存在技术和功能上的不足，加之用户量猛增，使其不堪重负，建设加之用户量猛增，使其不堪重负，建设NGI被提出：被提出：nNGI的目标：的目标：n开发下一代网络结构，提高网络速率。开发下一代网络结构，提高网络速率。n扩展网络服务和网络应用。扩展

17、网络服务和网络应用。n使用全光网络，注重实时性。使用全光网络，注重实时性。n改进网络的可靠性和安全性。改进网络的可靠性和安全性。1.2.3 因特网的标准化工作因特网协会 ISOC因特网研究指导小组IRSG 因特网研究部 IRTF 因特网工程部 IETF 因特网工程指导小组IESG RGWGRG领域领域因特网体系结构研究委员会 IAB WGWGWG所有的因特网标准都以所有的因特网标准都以RFC（请求评论）的形式在因特网上发表。（请求评论）的形式在因特网上发表。制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段 n因特网草案因特网草案(Internet Draft)在这在这个阶段还个阶段还不是不是 RFC

18、文档。文档。n建议标准建议标准(Proposed Standard)从从这个阶段开始就成为这个阶段开始就成为 RFC 文档。文档。n草案标准草案标准(Draft Standard)n因特网标准因特网标准(Internet Standard)各种RFC之间的关系 因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的 RFC实验的 RFC提供信息的 RFC6 种 RFC1.3 因特网的组成 从因特网的工作方式上看，可以划分为以下从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：的两大块：(1)边缘部分边缘部分 由所有连接在因特网上的主机由所有连接在因特网上的主机（微机、大型机、（微机、大型机、ISP等）组成。

19、这部分是等）组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。音频或视频）和资源共享。(2)核心部分核心部分 由大量网络和连接这些网络的由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。的（提供连通性和交换）。因特网的核心部分因特网的边缘部分主机网络路由器因特网的边缘部分因特网的边缘部分1.3.1 因特网的边缘部分n处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的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。这些主机又称为所有的主机。这些主机又称为端系统

20、端系统(end system)。n“主机主机 A 和主机和主机 B 进行通信进行通信”，实际上是指：，实际上是指：“运行在主机运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信上的另一个程序进行通信”。n进程指运行着的程序。所以，进程指运行着的程序。所以，“主机主机 A 和主和主机机 B 进行通信进行通信”可以理解为可以理解为“主机主机 A 的某个的某个进程和主机进程和主机 B 上的另一个进程进行通信上的另一个进程进行通信”。或。或简称为简称为“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之间的在网络边缘的端系统中运行的程序

21、之间的通信方式通常可划分为两大类：通信方式通常可划分为两大类：n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 n对等方式对等方式（P2P 方式）方式）即即 Peer-to-Peer方式方式 1.客户服务器方式n客户客户(client)和和服务器服务器(server)都是指通都是指通信中所涉及的两个应用进程。信中所涉及的两个应用进程。n客户服务器方式所描述的是进程之间服客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。务和被服务的关系。n客户是客户是服务的请求方服务的请求方，服务器是，服务器是服务的服务的提供方提供方。n客户客户(client)和和

22、服务器服务器(server)的通信关的通信关系建立后，通信可以是双向的。系建立后，通信可以是双向的。运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB 请求服务 得到服务客户服务器客户客户 A 向服务器向服务器 B 发出请求服务，发出请求服务，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 n被用户调用后运行，在通信时主动向远地被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，服务器发起通信（请求服务）。因此，客客户程序户程序必须知道必须知道服务器程序的地址服务器程序的地址。n客户程序客户程序可与多个可与多个服务器服务器进行通信。进行通信。n不需要特

23、殊的硬件和很复杂的操作系统。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点 n一种专门用来提供某种服务的程序，可一种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。同时处理多个远地或本地客户的请求。n系统启动后即自动调用并系统启动后即自动调用并一直不断地运一直不断地运行着行着，被动地等待被动地等待并接受并接受来自各地的客来自各地的客户的通信请求。因此，户的通信请求。因此，服务器程序不需服务器程序不需要知道客户程序的地址。要知道客户程序的地址。n一般需要强大的硬件和高级的操作系统一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。支持。2.对等连接方式 n对等连接对等连接(peer-t

24、o-peer，简写为，简写为P2P)是是指两个主机在通信时并不区分哪一个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。服务请求方还是服务提供方。n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），它们就可以进行软件），它们就可以进行平等的、平等的、对等连接通信对等连接通信。n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，称的共享文档，称P2P文件共享。文件共享。n支持大量对等用户同时工作。支持大量对等用户同时工作。对等连接方式的特点n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，

25、只是对等连接中的每一户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。个主机既是客户又同时是服务器。n例如主机例如主机 C 请求请求 D 的服务时，的服务时，C 是客户，是客户，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提供提供服务，那么服务，那么 C 又同时起着服务器的作用。又同时起着服务器的作用。网络边缘网络核心运行P2P 程序运行P2P 程序DCEF运行P2P 程序运行P2P 程序对等连接工作方式对等连接工作方式1.3.2 因特网的核心部分n网络核心部分是因特网中最复杂的部分。网络核心部分是因特网中最复杂的部分。n网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机

26、提网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供供连通性连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够，使边缘部分中的任何一个主机都能够与其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）与其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。n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路由(router)。n路由器是实现路由器是实现分组交换分组交换(packet switching)的关的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。心部分最重要的功能。1.电路交换的主要特点n两部电话机只需要用一对电线就能够互两部电话机只需要用一对电线就能

27、够互相连接起来。相连接起来。更多的电话机互相连通n5 部电话机两两相连，需 10 对电线。nN 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对电线。对电线。n当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线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正比。对的数量与电话机数的平方成正比。使用交换机n当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。交换机“交换”的含义n在这里，在这里，“交换交换”(switching)的含义就的含义就是是转接转接把一条电话线转接到另一条把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。电话线，使它们连通起来。n从通信

28、资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按照某种方式就是按照某种方式动态地分配动态地分配传输线路传输线路的资源。的资源。电路交换的特点n电路交换必定是面向连接的。电路交换必定是面向连接的。n电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段：n建立连接n通信n释放连接电路交换举例nA 和和 B 通话经过四个交换机通话经过四个交换机n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用户线用户线中继线中继线BDCA电信网电信网PSTN电路交换举例nC 和 D 通话只经过一个本地交换机n通话在 C 到 D 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中

29、继线BDCA电路交换传送计算机数据效率低n计算机数据具有突发性。计算机数据具有突发性。n用户阅读屏幕时；用户阅读屏幕时；n用户编辑文档时；用户编辑文档时；n计算机计算机 处理数据时。处理数据时。n用电路交换来传送计算机数据时，通信线路的利用率用电路交换来传送计算机数据时，通信线路的利用率将会很低。将会很低。n传送计算机数据通常使用分组交换技术。传送计算机数据通常使用分组交换技术。报文2.分组交换的主要特点 n在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文添加

30、首部构成分组n每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”分组交换的传输单元n分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单作为数据传输单元。元。n依次依次把各分组发送到接收端（假定接收把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性n每一个每一个分组的首部都含有分组的首部都含有地址地址等控制信等控制信息。息。n分组交换网中的结点交换机根据收到的分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的分组的首部中的地址信息地址信息，把分组，把分组转发转发到下一个结点交换

31、机。到下一个结点交换机。n用这样的用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能方式，最后分组就能到达到达最终目的地最终目的地。收到分组后剥去首部n接收端收到分组后剥去首部还原成报文。接收端收到分组后剥去首部还原成报文。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 据最后还原成原来的报文n最后，在接收端把收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为恢复成为原来的报文原来的报文。n这里我们假定分组在传输过程中没有出这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100

32、010011010010因特网的核心部分n因特网的核心部分是由许多因特网的核心部分是由许多网络网络和把它们互连起来和把它们互连起来的的路由器路由器组成，而组成，而主机处在因特网的边缘部分主机处在因特网的边缘部分。n在因特网核心部分的路由器之间一般都用在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路高速链路相连接相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对常以相对较低速率的链路相连接较低速率的链路相连接。n主机主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。其他主机通过网络交换信息。路由器路由

33、器的用途则是用的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。来转发分组的，即进行分组交换的。H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机分组逐段使用链路分组逐段使用链路分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！路由器主机注意分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组路由器主机在路由器 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5在路由器 C 暂存查找转发表找到转发的端口在路由器 A 暂存（内存

34、）查找转发表找到转发的端口路由器n在路由器中的输入和输出端口之间在路由器中的输入和输出端口之间没有没有直接连线直接连线。n路由器处理分组的过程是：路由器处理分组的过程是：n把收到的分组先放入把收到的分组先放入缓存（暂时存储）缓存（暂时存储）；n查找查找转发表转发表，找出到某个目的地址应从哪个，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；端口转发；n把分组送到适当的把分组送到适当的端口端口转发出去。转发出去。主机和路由器的作用不同n主机是主机是为用户进行信息处理为用户进行信息处理的，并向网的，并向网络发送分组，从网络接收分组。络发送分组，从网络接收分组。n路由器对分组进行路由器对分组进行存储转发存储转发

35、，最后把分，最后把分组交付给目的主机。组交付给目的主机。分组交换的优点n高效高效 动态分配传输带宽，对通信链路是动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。逐段占用。n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。n迅速迅速 不必先建立连接就能向其他主机发不必先建立连接就能向其他主机发送分组。送分组。n可靠可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。路由选择协议使网络有很好的生存性。分组交换带来的问题n分组在各结点存储转发时需要分组在各结点存储转发时需要排队排队，这，这就会造成一定的就会造成一定的时延时延。n分组必须携带的

36、首部（里面有必不可少分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的的控制信息）也造成了一定的开销开销。存储转发原理并非完全新的概念 n在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。n报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组 分组 分组存储转发存储转发存储转发存储转发1.

37、4 计算机网络在我国的发展nInternet在中国发展的历史，可以粗略在中国发展的历史，可以粗略地划分为二个阶段。地划分为二个阶段。1.4 计算机网络在我国的发展第二个阶段第二个阶段与与INTERNET实现全功能的实现全功能的TCP/IP连接连接第一个阶段第一个阶段与与INTERNET电子邮件的连通电子邮件的连通1.4 计算机网络在我国的发展nInternet在中国发展的历史，可以粗略地划在中国发展的历史，可以粗略地划分为二个阶段。分为二个阶段。n第一个阶段第一个阶段为为19871993年，在这个阶段年，在这个阶段中，我国的一些大学和科研机构与国外大学中，我国的一些大学和科研机构与国外大学和科

38、研机构合作，通过拨号和科研机构合作，通过拨号X.25连通了连通了Internet电子邮件系统。电子邮件系统。1.4 计算机网络在我国的发展n第二个阶段从第二个阶段从19941994年开始，年开始，以以中科院、北大中科院、北大和清华为核心的和清华为核心的“中国国家计算机网络设施中国国家计算机网络设施”（The National Computing and The National Computing and Networking Facility of ChinaNetworking Facility of China，简称，简称NCFCNCFC）作为第作为第7171个国家级网络于个国家级网络于

39、19941994年年3 3月月正式加入正式加入InternetInternet并建立了中国顶级域名服并建立了中国顶级域名服务器务器CNCN，实现了网上全部功能。，实现了网上全部功能。1.4 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(6)中国国际经济贸易互联网中国国际经济贸易互联网 CIETNET(7)中国移动互联网中国移动互联网 CMN

40、ET(8)中国长城互联网中国长城互联网 CGWNET（建设中）（建设中）(9)中国卫星集团互联网中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）（建设中）因特网的发展情况概况n参考CNNIC第30次中国互联网络发展状中国互联网络发展状况统计报告况统计报告。1.5 计算机网络的类别n1.5.1 计算机网络的定义计算机网络的定义n最简单的定义：计算机网络是最简单的定义：计算机网络是一些互相连接一些互相连接的、自治的计算机的集合。的、自治的计算机的集合。1.5.2 几种不同类别的网络n从网络的作用范围进行分类从网络的作用范围进行分类n广域网广域网 WAN(Wide Area Network)n局域网局域网

41、LAN(Local Area Network)n城域网城域网 MAN(Metropolitan Area Network)n个人区域网个人区域网 PAN(Personal Area Network)传输距离广，一般在几百公里以上，亦称远程网，一传输距离广，一般在几百公里以上，亦称远程网，一般用于不同城市之间的般用于不同城市之间的LANLAN或者或者MANMAN网络的互联。网络的互联。传输速率低，信息衰减严重。传输速率低，信息衰减严重。一般租用公共通信线路（电话网、有线电视网、计一般租用公共通信线路（电话网、有线电视网、计算机数据网）算机数据网）广域网采用分组交换技术、广域网采用分组交换技术、A

42、TMATM技术等。技术等。典型例子：典型例子：邮电部的邮电部的CHINANETCHINANET，CHINAPACCHINAPAC，和，和CHINADDNCHINADDN网。网。广域网广域网(WAN,Wide Area Network)基本上是一种大型基本上是一种大型LANLAN，使用与局域网相似的技，使用与局域网相似的技术，是介于局域网与广域网之间的网络。目前城术，是介于局域网与广域网之间的网络。目前城域网多采用域网多采用ATMATM技术做骨干网技术做骨干网 ，成本高。，成本高。n 地理覆盖范围在几十公里到一百公里。地理覆盖范围在几十公里到一百公里。n例如：杭州教育网、龙城热线、各地市政府公务

43、例如：杭州教育网、龙城热线、各地市政府公务网等。网等。城域网城域网(MAN,Metropolitan Area Network)v传输距离有限，一般在传输距离有限，一般在1 1公里以内公里以内v传输速率高，可达传输速率高，可达10Mbps10Mbps以上以上v误码率低误码率低v一般有共享式局域网和交换式局域网一般有共享式局域网和交换式局域网2 2 种。种。举例：实验机房、宿舍网、校园网、网吧等。举例：实验机房、宿舍网、校园网、网吧等。局域网（局域网（LAN，Local Area Network）个人区域网PANn在个人工作区域把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络,亦称WPAN.1.

44、5.2 几种不同的分类方法n从网络的使用者进行分类n公用网(public network)n专用网(private network)1.6 计算机网络的主要性能指标1.速率n比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。nBit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。n速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s 等。课件制作人：谢希仁 谢钧1.6 计算机网络的主要性能指标2.带宽n“带宽”(ba

45、ndwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。n现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s(bit/s)。课件制作人：谢希仁 谢钧1.6 计算机网络的主要性能指标3.吞吐量n吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。n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据量能够通过网络。n吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。课件制作人：谢希仁 谢钧4.时延(delay 或 latency)n发送时延（传输时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所

46、需要的时间。n信道带宽 数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的传输速率。发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）课件制作人：谢希仁 谢钧4.时延(delay 或 latency)n传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。n信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）课件制作人：谢希仁 谢钧4.时延(delay 或 latency)n处理时延 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。n排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。n排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

47、课件制作人：谢希仁 谢钧4.时延(delay 或 latency)n数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延课件制作人：谢希仁 谢钧三种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生发送时延(即传输时延)在队列中产生处理时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路课件制作人：谢希仁 谢钧容易产生的错误概念 n对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。n提高链路带宽减小了数据的发送时延。5.利用率n信道利用率指出某信道有百分之几的时间是

48、被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。n网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。n信道利用率并非越高越好。课件制作人：谢希仁 谢钧时延与网络利用率的关系n根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。n若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系：U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。课件制作人：谢希仁 谢钧时延 D利用率 U10D0时延急剧增大课件制作人：谢希仁 谢钧课件制作人：谢希仁 谢钧1.7 计算机网络的体系结构1.7.1 计算机网络体系结构的形成n

49、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“协调”是相当复杂的。n“分层”可将庞大而复杂的问题，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研究和处理。课件制作人：谢希仁 谢钧关于开放系统互连参考模型OSI/RMn只要遵循 OSI 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统进行通信。n在市场化方面 OSI 却失败了。nOSI 的专家们在完成 OSI 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；nOSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生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

50、能在多个层次中重复出现。课件制作人：谢希仁 谢钧两种国际标准n法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。n是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。nTCP/IP 常被称为事实上的(de facto)国际标准。课件制作人：谢希仁 谢钧1.7.2 协议与划分层次n计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。n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（同步含有时序的意思）。n网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。课件制作人：谢希仁 谢钧网络协议的组成要素 n语法 数据与控制信息