计算机网络第一章 概述(第一讲和第二讲).ppt

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1、本次课程任务本次课程任务1.1.认识本课程的性质认识本课程的性质2.2.明确本课程的学习内容和学习要求明确本课程的学习内容和学习要求3.3.明确本课程的考核要求明确本课程的考核要求4.4.明确本课程的学习进度明确本课程的学习进度5.5.学习计算机网络基本知识学习计算机网络基本知识1平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院课程的性质与任务课程的性质与任务v计算机网络计算机网络是计算机类本科专业的必修课，是是计算机类本科专业的必修课，是培养计算机人才的专业课程，同时也是硕士研究生培养计算机人才的专业课程，同时也是硕士研究生入学考试计算机类基础统考课程之一，在整个培养入学考试计算机类基础统考课程之一，在

2、整个培养体系中具有重要的地位。体系中具有重要的地位。v本课程的学习目标是本课程的学习目标是“理解基本网络原理，掌握基理解基本网络原理，掌握基本网络技术本网络技术”。v本课程的任务是学习必要的计算机网络基本知识，本课程的任务是学习必要的计算机网络基本知识，了解网络体系，掌握网络协议工作原理。了解网络体系，掌握网络协议工作原理。2平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院理论学习内容理论学习内容网络基本概念；计算机网络体系结构（OSI、TCP/IP、局域网、广域网）；数据通信的基本原理；各层协议工作原理、主要技术；以太网技术；广域网技术；网络安全技术；3平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院实践学习内容实

3、践学习内容实验一 网络基本测试工具 实验二 IEEE标准与以太网 实验三 ARP协议 实验四 IP 协议（1）实验五 IP协议（2）实验六 ICMP协议 实验七 传输层TCP协议 实验八 传输层UDP协议 4平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院教材及参考书教材及参考书v教材：教材：计算机网络计算机网络(第第5版版)谢谢希仁，电子工业出版社希仁，电子工业出版社 v参考书：参考书：计算机网络知识要点与习题解析王慧强等，哈尔滨工程大学出版社。-计算机网络(第4版)潘爱民译，清华大学出版社。5平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院课程安排和成绩评定课程安排和成绩评定v课程安排：课程安排：4848学时授课

4、，学时授课，1616学时实验学时实验v成绩评定：成绩评定：本课程考核由期末卷面考试、实验、平时成绩三部分组成。其中，期末卷面考试采用闭卷形式；实验含实验操作、实验报告；平时成绩含出勤、作业、课堂表现等。6平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院课程学习方法和学习要求课程学习方法和学习要求1.1.必须阅读教材内容，具体要求是课前至少把必须阅读教材内容，具体要求是课前至少把要学内容阅读一遍，课后阅读一遍。要学内容阅读一遍，课后阅读一遍。2.2.上课注意听讲，并做好笔记。上课注意听讲，并做好笔记。3.3.实验课前要预习实验内容和步骤。实验课前要预习实验内容和步骤。4.4.实验课上必须带笔记本，记录实验现

5、象与结实验课上必须带笔记本，记录实验现象与结果，大部分实验还需要保存电子文档到果，大部分实验还需要保存电子文档到U U盘。盘。5.5.及时上交作业、实验报告。及时上交作业、实验报告。7平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院实验课分组要求实验课分组要求1.1.实验课上，全班分为实验课上，全班分为A A、B B两个大组，两个大组，A A组组2727人，人，B B组组2828人。人。2.A2.A组双周上课，组双周上课，B B组单周上课。组单周上课。3.3.每个大组按每个大组按4-54-5人分为一个小组。人分为一个小组。4.4.实验课按小组进行实验，不同人担任不同角实验课按小组进行实验，不同人担任不同角

6、色，小组的几位同学要精心协作，完成每个色，小组的几位同学要精心协作，完成每个实验。实验。5.5.实验报告每人均需填写。实验报告每人均需填写。8平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院让我们先看一个实例：假设有一批货物从A地邮寄到B地，How?1）货物打包，填写发出地和目的地2）可以通过公路，也可通过铁路、水路和航空3）现假设为公路，有山、川阻隔4）公路分支，设路标5）要求对方能够接收、识别货物6）对货物运输过程中的丢失等进行检查信息编码与封装。传输媒介。网络互连。路由（如何寻找到达目的地的路径）。网络通信协议。检错/纠错。网络与现实对应实例网络与现实对应实例9平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院7

7、）限速、红绿灯标识8）公路维护、交警部门9）公路巡警另外：作为司机，应拥有交通地图手册还有哪些交通（海、陆、空）方面的问题可以与网络相对应？流量控制/拥塞控制。网络管理。网络安全。网络拓扑。救火车、救护车、警车等优先主动网络。某条路线暂时戒严，使某个车辆通过RSVP（资源预留协议）10平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院第第第第 1 1 章章章章 概述概述概述概述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因特网概述因特网概述网络的网络因特网发展的三个阶段因特网的标准化工作计算机网络在我国的发展1.3因特网的组成因特网的组成因特网的边

8、缘部分因特网的核心部分12平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.4 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展1.5 计算机网络的类别计算机网络的类别计算机网络的定义几种不同类别的网络1.6 计算机网络的性能计算机网络的性能计算机网络的性能指标计算机网络的非性能特征13平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院本讲内容本讲内容1.7计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 计算机网络体系结构的形成协议与划分层次 开放互连参考模型 TCP/IP 的体系结构 局域网体系结构具有五层协议的体系结构实体、协议、服务和服务访问点14平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.1 计算机网络在信息时代的作用计算

9、机网络在信息时代的作用v21 21 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、网络化数字化、网络化和信息化和信息化。v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。v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算机网络。v发展最快的并起到核心作用的是发展最快的并起到核心作用的是计算机网络计算机网络。15平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.1 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(续续)v向用户提供的最重要的功能向用户提供的最重要的功能连通性连通性计算机网络使

10、上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。共享共享即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。16平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院Internet 和和 Internet 的区别的区别v以小写字母以小写字母 i i 开始的开始的 internetinternet（互联网或互（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。网络互连而成的网络。v以大写字母以大写字母I I开始的的开始的的 InternetInternet（因特网）则（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放是一个

11、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特定计算机网的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，协议族作为通信的规则，且其前身是美国的且其前身是美国的 ARPANET。17平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.2 因特网概述因特网概述v起源于美国的因特网现已发展成为世界上最起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网大的国际性计算机互联网 v网络网络(network)(network)由若干由若干结点结点(node)(node)和连接这些和连接这些结点的结点的链路链路(link)(link)组成。组成

12、。v互联网是互联网是“网络的网络网络的网络”(network of(network of networks)networks)。v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)(host)。18平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路网络及互联网图示网络及互联网图示19平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院主机因特网20平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院因特网发展的三个阶段因特网发展的三个阶段v第一阶段是从单个网络第一阶段是从单个网络 ARPANET ARPANET 向互联网发展的向互联网发展的过程。过程。v1983 198

13、3 年年 TCP/IP TCP/IP 协议成为协议成为 ARPANET ARPANET 上的标准协议。上的标准协议。v人们把人们把 1983 1983 年作为年作为因特网的诞生时间因特网的诞生时间。21平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院三级结构的因特网三级结构的因特网 v第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。v三级计算机网络，分为三级计算机网络，分为主干网主干网、地区网地区网和和校园网校园网（或企业网）（或企业网）。22平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院多层次多层次 ISP 结构的因特网结构的因特网 v第三阶段的特点是逐渐形成了多层次第三阶段的特点

14、是逐渐形成了多层次 ISP ISP 结构的结构的因特网。因特网。v出现了因特网服务提供者出现了因特网服务提供者ISP(Internet Service ISP(Internet Service Provider)Provider)。23平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过用户通过 ISP 上网上网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，ISP 也分成为不同的层次。24平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院关于因特网的标准化工作关于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

15、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 WGWGWG25平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院制订因特网标准经过的四个阶段制订因特网标准经过的四个阶段 v因特网草案因特网草案(Internet Draft)(Internet Draft)在这个阶在这个阶段还不是段还不是 RFC RFC 文档。文档。v建议标准建议标准(Proposed Standard)(Proposed Standard)从这个从这个阶段开始就成为阶段开始就成为 RFC RFC 文档。文档。v草案标准草案标准(Draft Standard)(Draft Standard

16、)v因特网标准因特网标准(Internet Standard)(Internet Standard)26平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院各种各种RFCRFC之间的关系之间的关系 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 RFC27平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.3 因特网的组成因特网的组成 v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：边缘部分边缘部分 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，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。核心部分核心部分 由大量网络

17、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的（提供连通性和交换）。28平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院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与核心部分因特网的边缘部分与核心部分29平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院因特网的边缘部分因特网的边缘部分v处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上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。这些主机又称为的所有的主机。这些主机又称为端系统端系统(end system)。“主机 A 和主机 B 进行通信”，实际上是指：“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信”。即“主机 A 的某

18、个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。或简称为“计算机之间通信”30平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院两种通信方式两种通信方式v在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方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类：式通常可划分为两大类：客户服务器方式（C/S 方式）即Client/Server方式 对等方式（P2P 方式）即 Peer-to-Peer方式 31平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院客户服务器方式客户服务器方式v客户客户(client)和和服务器服务器(server)都是指通信中所都是指通信中所涉及的两个应用进程。涉及的两个应用进程。v客户服务器方式所描

19、述的是进程之间服务和被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。务的关系。v客户是客户是服务的请求方服务的请求方，服务器是，服务器是服务的提供方服务的提供方。32平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院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 A 向服务器 B 发出请求服务，而服务器 B 向客户 A 提供服务。客户服务器工作模式客户服务器工作模式33平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院对等连接方式对等连接方式 v对等连接对等连接(peer-to-peer(peer-to-peer，简写为，简写为 P2PP2P)是指两个是指两个主机在通信时并不区分

20、哪一个是服务请求方还是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。服务提供方。v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 P2P 软件）软件），它们就可以进行，它们就可以进行平等的、对等连接通信平等的、对等连接通信。v双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。档。34平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院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35平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院因特网的核心部分因特网的核心部分v网络核心部分

21、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。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（即传送或接收各种形式的数据）。在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，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。36平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院因特网的核心部分因特网的核心部分v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和把它们互连起来的来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

22、缘部分。在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。主机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。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。37平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院电路交换的主要特点电路交换的主要特点v两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。来。38平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院更多的电话机互相连通更多的电话机互相连通v5 5 部电话机两两相连，需部电话机两两相连，需 10 10 对电线。对电线。vN N 部电话机两两相

23、连，需部电话机两两相连，需 N N(N N 1)/2 1)/2 对电线。对电线。v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。与电话机数的平方成正比。电路交换的主要特点电路交换的主要特点39平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院使用交换机使用交换机v当电话机的数量增多时，就要使用交换机来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。完成全网的交换任务。交换机电路交换的主要特点电路交换的主要特点40平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院“交换交换”的含义的含义v在这里，在这里，“交换交换”(switchi

24、ng)(switching)的含义就是的含义就是转转接接把一条电话线转接到另一条电话线，把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。使它们连通起来。v从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是就是按照某种方式按照某种方式动态地分配动态地分配传输线路的资源。传输线路的资源。电路交换的主要特点电路交换的主要特点41平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院电路交换的特点电路交换的特点v电路交换必定是面向连接的。电路交换必定是面向连接的。v电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接v它的一个重要特点就是它的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通在通话的全部时

25、间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源话的两个用户始终占用端到端的通信资源。42平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院电路交换举例电路交换举例vA 和和 B 通话经过四个交换机通话经过四个交换机v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BDCA43平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院电路交换举例电路交换举例vC 和和 D 通话只经过一个本地交换机通话只经过一个本地交换机v通话在通话在 C 到到 D 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BDCA44平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院电路交换传送计

26、算机数据效率低电路交换传送计算机数据效率低v计算机数据具有突发性。计算机数据具有突发性。v这导致通信线路的利用率很低。这导致通信线路的利用率很低。45平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院报文分组交换的主要特点分组交换的主要特点 v分组交换采用的是分组交换采用的是存储转发存储转发技术。若把发送的整技术。若把发送的整个数据称为一个个数据称为一个报文报文的话，分组交换在发送之前的话，分组交换在发送之前，需将较长的报文，需将较长的报文划分成较短的、固定长度的数划分成较短的、固定长度的数据段据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输4

27、6平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院数 据数 据数 据报文添加首部构成分组添加首部构成分组v每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。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”47平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院分组交换的传输单元分组交换的传输单元v分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。v依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 348平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院分组首部的重要性分组首部的重要性v

28、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息。等控制信息。v分组交换网中的结点交换机根据收到的分组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到下一个结点交换机。交换机。v用这样的用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能到达方式，最后分组就能到达最最终目的地终目的地。49平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院主机和路由器的作用不同主机和路由器的作用不同v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，并向网络发送分的，并向网络发送分组，从网络接收分组。组，从网络接收分组。v路由器对分组进行路由器对分组进行存

29、储转发存储转发，最后把分组交付目，最后把分组交付目的主机。的主机。50平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机51平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院分组交换网的示意图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52平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院注意分组的注意分组的存储转发存储转发过程过程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

30、 暂存查找转发表找到转发的端口在路由器 A 暂存查找转发表找到转发的端口53平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院分组交换的优点分组交换的优点v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。v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。v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。v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。54平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院分组交换带来的问题分组交换带来的

31、问题v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，这就会，这就会造成一定的造成一定的时延时延。v分组必须携带的首部（里面有必不可少的控分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的制信息）也造成了一定的开销开销。55平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院报文交换报文交换 v在在 20 20 世纪世纪 40 40 年代，电报通信也采用了基年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的于存储转发原理的报文交换报文交换(message(message switching)switching)。v报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现

32、在报文交换已经很少有人使用了。等。现在报文交换已经很少有人使用了。56平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院数据交换方式数据交换方式v电路交换电路交换v报文交换报文交换v分组交换分组交换57平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院三种交换的比较三种交换的比较 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存储转发存储转发存储转发存储转发分组分组分组报文报文报文58平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.4 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展(1)中国公

33、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 CMNET(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）59平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.5 计算机网络的类别计算机网络的类

34、别v计算机网络计算机网络并没有精确的定义。并没有精确的定义。v最早定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。最早定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。v“计算机通信网计算机通信网”和和“计算机网络计算机网络”含义相同。含义相同。v“计算机通信计算机通信”和和“数据通信数据通信”这两个名词也常混这两个名词也常混用。用。60平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院几种不同类别的网络几种不同类别的网络v不同作用范围的网络不同作用范围的网络广域网 WAN(Wide Area Network)-几十到几千KM局域网 LAN(Local Area Network)-1KM左右城域网 MAN(Metropo

35、litan Area Network)-5到50KM个人区域网 PAN(Personal Area Network)-10M左右61平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院不同使用者的网络不同使用者的网络v从网络的使用者进行分类从网络的使用者进行分类公用网(public network)专用网(private network)v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（接入网接入网）62平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.6 计算机网络的性能计算机网络的性能v重要的性能指标重要的性能指标-速率，带宽，吞吐量，时延，时延带宽积，往返速率，带宽，吞吐量，时延，时延带宽积，往返时间

36、时间RTT,RTT,利用率。利用率。v非性能指标非性能指标63平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院比特（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。bit 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。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。速率的单位也经常使用bps表示。速率往往是指额定速率或标称速率。1.速率速率64平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院2.带宽带宽 v“带宽带宽”(bandwid

37、th)(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽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）。度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率最高数据率”，单位是“比特每秒”，或 b/s(bit/s)。65平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院常用的带宽单位常用的带宽单位v更常用的带宽单位是更常用的带宽单位是千比每秒，即 kb/s（103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1

38、012 b/s）v请注意：请注意：B与b的区别在计算机界，在计算机界，KB=210B=1024B，MB=220B,GB=230B,TB=240B。66平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院数字信号流随时间的变化数字信号流随时间的变化v在在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 67平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院3.吞吐量吞吐量v吞吐量吞吐量(throughput)(throughput)表示在单位时间内通过某表示在单位时间内通过某个

39、网络（或信道、接口）的数据量。个网络（或信道、接口）的数据量。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。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。68平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院4.时延时延(delay 或或 latency)v传输时延（发送时延传输时延（发送时延 ）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。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需的时间。发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）69平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院时延时延(delay 或或 latency)v传播时延传播时延

40、电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。v信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传信号传输速率（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。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）70平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院时延时延(delay 或或 latency)v处理时延处理时延 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。v排队时延排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。71平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院时延时延(delay 或或 latency)v数据经历的总时延就

41、是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：之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延v思考题：思考题：为加快数据块的传输为加快数据块的传输(即减小时延），最有效的即减小时延），最有效的方法是什么？方法是什么？72平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院四种时延所产生的地方四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在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点 A 中产生处理时延和排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路73平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院5.时延带宽积时延带宽积（传播）时延链路带宽时延带宽积

42、=传播时延 带宽v链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。时延带宽积74平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院6.往返时间往返时间RTTv在在计算机网络计算机网络中，中，RTTRTT表示从发送方发送数据开始，表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。v在在互联网互联网中，还包括各中间结点的处理时延、排队中，还包括各中间结点的处理时延、排队时延和转发数据时的发送时延。时延和转发数据时的发送时延。75平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院7.利用率利用率v信道利用率信道利用率指出

43、某信道有百分之几的时间是被利指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。是零。v网络利用率网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均则是全网络的信道利用率的加权平均值。值。v信道利用率并非越高越好。信道利用率并非越高越好。76平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院时延与网络利用率的关系时延与网络利用率的关系v根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，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。该信道引起的时延也就迅速增加。v若令若令 D D0 0 表示网络空闲时的时延，表示网络空闲时的时延，

44、D D 表示网络当表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示面的简单公式表示 D D 和和 D D0 0之间的关系：之间的关系：U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。77平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院时延 D利用率 U10D0时延急剧增大78平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院问题：问题：v当网络发生拥塞时，时延将迅速增大，那么是由当网络发生拥塞时，时延将迅速增大，那么是由于时延中的哪一部分增大经引起的？于时延中的哪一部分增大经引起的？79平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院1.7 计算机网络体系结构的形成计算机网络

45、体系结构的形成v网络协议的设计是相当复杂的工作。网络协议的设计是相当复杂的工作。v“分层分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若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。就比较易于研究和处理。v为使网络协议简单化，在设计网络协议时通为使网络协议简单化，在设计网络协议时通常将其划分为若干个层次，这些层次及其功常将其划分为若干个层次，这些层次及其功能的描述就称为网络体系结构。能的描述就称为网络体系结构。80平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院网络协议的概念网络协议的概念v相互通信的两个计算机系统必须高度协调工相互通信

46、的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种作才行，而这种“协调协调”是相当复杂的。是相当复杂的。v计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。好的规则。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）。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。81平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院举例（寄包裹）封装购物购物邮寄捆扎运输拆封使用使用取物拆包运输运输运输拆包运输捆扎运输发信人发信人收信人收信人协议协议协议协议协议空运陆运82平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院

47、分层的好处分层的好处 v各层之间是独立的。各层之间是独立的。v灵活性好。灵活性好。v结构上可分割开。结构上可分割开。v易于实现和维护。易于实现和维护。v能促进标准化工作。能促进标准化工作。83平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院网络协议的组成要素网络协议的组成要素 v语法语法 数据与控制信息的结构或格式。v语义语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。v同步同步 事件实现顺序的详细说明。84平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 v计算机网络的计算机网络的体系结构体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。体系结构

48、就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体。85平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院OSI参考模型参考模型网络世界的法律网络世界的法律!OSI/RMOSI/RM：Open System Interconnect/Reference ModelsOpen System Interconnect/Reference Models开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型OSIOSI参考模型是由参考模型是由ISOISO（国际标准化组织）定义的国际标准化组织）定义的

49、只要遵循只要遵循 OSI OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地标准，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。方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。86平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院4.传输层传输层2.数据链路层数据链路层3.网络层网络层1.物理层物理层5.会话层会话层 6.表示层表示层 7.应用层应用层面向用户应用面向用户应用面向数据传输面向数据传输OSIOSI分层模型分层模型OSIOSI模型每层都有自己的功能集模型每层都有自己的功能集层与层之间相互独立又相互依靠层与层之间相互独立又相互依靠上层依赖于下层，下层为上层提供服务上层依赖

50、于下层，下层为上层提供服务87TCP/IP 模型模型OSI模型TCP/IP模型88平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院局域网模型局域网模型89平顶山学院软件学院平顶山学院软件学院两种国际标准两种国际标准v法律上的国际标准法律上的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。并没有得到市场的认可。v非国际标准非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。现在获得了最广泛的应用。TCP/IP 常被称为事实上的国际标准。v在市场化方面在市场化方面 OSI 失败的原因失败的原因OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；OSI 标准的制定周期太长