计算机网络-谢希仁--第五版-第六版-第7版-多媒体课件ppt-全部9章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第,1,章 概述,第,1,章 概述,1.1,计算机网络在信息时代中的,作用,1.2,互联网,概述,1.3,互联网的,组成,1.4,计算机网络在我国的发展,1.5,计算机网络的,类别,1.6,计算机网络的,性能,1.7,计算机网络的体系结构,1.1,计算机网络,在信息时代中的作用,21,世纪的一些重要,特征是,数字化,、,网络化,和,信息化,，它是一个以,网络为核心,的信息,时代。,网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的,重要,基础,。,大众熟悉的三大类网络有：,电信网络：,提供电话、电报及传真等,服务,；,有线电视网络：,向用户传送各种,电视节目,；,计算机网络：,使,用户,能,在,计算机之间传送数据,文件,；,发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。,1.1,计算机网络,在信息时代中的作用,随着技术的,发展,，网络技术,相互融合：,电信,网络和有线电视网络都逐渐融入了现代,计算机网络,技术,，,扩大了原有的服务,范围,；,计算机网络,也能够向用户提供电话通信、视频通信以及传送视频节目的服务,。,从,理论上讲，可以把上述三种网络融合成一种网络就能够提供所有的上述服务，这就是很早以前就提出来的,“三网融合”,。,但实现融合并不,简单,，因为这涉及到各方面的经济利益和行政管辖权的问题。,Internet,发展,自从,20,世纪,90,年代,以后，,以,Internet,为,代表的计算机网络得到了飞速的,发展,。,已从最初的教育科研,网络（免费）逐步,发展成为商业,网络（有偿使用）。,已,成为,全球最大的和最重要的,计算机网络,。,是人类自印刷术发明以来人类,在存储,和交换,信息领域,中的最大,变革,。,Internet,中文译名,Internet,的,中文译名并不统一。现有,的,Internet,译名,有两种,：,因特,网,，,这个译名是全国科学技术名词审定委员会推荐,的,，,但却长期未得到,推广,；,互联网，,这是目前流行最广的、事实上的标准译名。,现在我国的各种报刊杂志、政府文件以及电视节目中都毫无例外地使用这个译名,。,该,译名能够体现,出,Internet,最主要,的特征,：,由数量极大的各种计算机网络互连起来的,。,互连网,与,互联网,不同的网络。,互连,网：,指,在,局部范围互连起来的,计算机网络,。,互联网：,指当今世界上最大的,计算机网络,Internet,。,“网”与,互联网,有时,，往往,使用更加简洁的方式表示互联网，这就是只用一个“网”,字,。,例如,：,“上网”,就是表示使用某个电子设备连接到互联网，而不是连接到其他的网络上,。,网民,、网吧、网银（网上银行）、网购（网上购物,）等,。这里的“网”，一般都不是指电信网或有线电视网，而是指当今世界上最大的,计算机网络,Internet,互联网,。,什么是互联网？,互联网是,由,数量极大的各种计算机网络互连,起来,而形成的网络。,可以,从两种不同的方面来认识,互联网,：,互联网,应用,互联网,工作原理,与特点,互联网应用,绝大多数,人,通过使用互联网而,认识,了,互联网,。,上网玩游戏,看网上视频,和朋友在微信上聊天,在互联网上搜索和查阅各种信息,利用互联网的电子邮件相互通信（包括传送各种照片和视频文件）,互联网上购买各种物品,在互联网上购买机票或,火车票,在互联网,上,预订酒店,利用互联网进行转账或买卖股票等,交易,互联网的两个重要特点,互联网之所以能够向用户提供许多服务，是因为互联网具有,两个重要基本特点,：,连通性,(,connectivity,),使,上网用户之间都可以交换,信息,（数据，以及各种音频视频）,，,好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样,。,注意,，,互联网具有虚拟的,特点,，,无法,准确知道对方是,谁，,也无法,知道,对方,的,位置。,共享,(Sharing),指资源共享,。,资源共享,的含义是多方面的。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件,共享,。,由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边,一样,，,方便使用,。,互联网在生活中的地位,现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开,互联网,。,互联网,已经,成为,现代,社会,最为重要的基础设施。,同时，互联网也,使,人们,的,生活,方式,发生了重大的,变化,。,互联网,+,指,“,互联网,+,各个,传统行业,”,。,利用,信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态,。,特点,：,把互联网的创新成果,深度融合,于经济社会各领域之中，,从而,大大地提升了实体经济的创新力和生产力,。,互联网负面影响,互联网也给人们带来了一些负面,影响,，例如：,利用互联网传播,计算机病毒,利用互联网窃取国家机密和盗窃银行或储户的,钱财,网上,欺诈,在,网上肆意散布谣言、不良信息和播放不健康的视频,节目,青少年弃学,而沉溺于网络游戏,等,因此，必须加强,对,互联网的,管理,。,1.2,互联网,概述,1.2.1,网络,的,网络,1.2.2,互联网基础结构发展的三个阶段,1.2.3,互联网的标准化工作,1.2.1,网络的网络,互联网,(Internet),特指,Internet,，,起源于美国,，,现,已发展成为世界上最大,的,、,覆盖,全球的,计算机网络,。,计算机网络,(,简称,为,网络,),由若干结点,(node,),和,连接这些结点的链路,(link),组成,。,互连网,(internetwork,或,internet,),可以,通过路由器,把,网络互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的,计算机网络,，称之为,互连,网。,“网络的网络”,(network of networks,),。,1.2.1,网络的网络,(a),计算机网络（网络）,结点,链路,(b),互连网（网络的网络）,网络,网络,网络,网络,网络,网络,网络,简单的,网络,(,a),和,由,网络构成的互连网,(b),网络,图例,计算机,集线器,路由器,请注意名词“结点”,在网络中，,node,的标准译名是“,结点,”而不是“,节点,”。,虽然,node,有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。,数据结构的,树,(,tree,),中,的,node,应当译为“节点”。,关于“云”,当使用,一,朵,“,云,”,来,表示网络时，可能会有两种不同的,情况,：,云,表示的网络已经包含了和网络相连的,计算机,。,云表示,的,网络,里面,就只剩下许多路由器和连接这些路由器的,链路,，,把有关的计算机画在云的,外面,。,习惯,上，与网络相连的计算机常称为,主机,(,host,),。,主机,互连网,互连网与所连接的主机,基本概念要清楚,网络,把许多计算机连接在,一起,。,互连,网,则把许多网络通过路由器连接在,一起,。,与,网络相连的计算机常称为,主机,。,互连网（网络的网络）,网络,网络,网络,网络,网络,网络,网络,主机,主机,可以是计算机，也可以是,智能手机,等,智能机器,。,1.2.2,互联网,基础结构发展的三个阶段,第一,阶段：,从,单个网络,ARPANET,向互联网发展的过程。,1983,年，,TCP/IP,协议成为,ARPANET,上的标准,协议，,使得所有,使用,TCP/IP,协议,的计算机都能利用互连网相互,通信,。,人们把,1983,年作为因特网的诞生时间,。,1990,年,，,ARPANET,正式,宣布,关闭,。,i,nternet,和,Internet,的区别,以,小写字母,“i”,开始的,internet,（互连,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。,以,大写字母,“I”,开始,的的,Internet,（互联网,或因特网,）,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特定,计算机网络，,它采用,TCP/IP,协议族作为通信的规则，且其前身是美国的,ARPANET,。,i,nternet,和,Internet,的区别,任意把几个计算机网络互连起来（不管采用什么协议），并能够相互通信，这样构成的是一个互连,网,(,internet),，而不是,互联网,(,Internet),。,1.2.2,互联网基础结构发展的三个,阶段,第二,阶段：,建成,了三级结构,的互联网。,它是一个三,级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）,。,主干网,校园网,校园网,校园网,校园网,地区网,地区网,校园网,地区网,1.2.2,互联网基础结构发展的三个,阶段,第,三,阶段：,逐渐形成了多层次,ISP,结构,的互联网。,出现,了,互联网服务提供者,ISP,(Internet Service Provider),。,任何机构和个人只要向,某个,ISP,交纳,规定的费用，就,可,从,该,ISP,获取,所,需,IP,地址,的使用权，并可通过,该,ISP,接入,到,互联网,。,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,不同层次,的,ISP,：,主干,ISP,、,地区,ISP,和,本地,ISP,。,主机,A,本地,ISP,地区,ISP,主干,ISP,地区,ISP,本地,ISP,主机,B,大公司,公司,本地,ISP,A,B,本地,ISP,主干,ISP,本地,ISP,本地,ISP,地区,ISP,主干,ISP,主干,ISP,地区,ISP,地区,ISP,地区,ISP,本地,ISP,本地,ISP,IXP,本地,ISP,校园网,校园网,基于,ISP,的,多层结构的互联网的概念示意图,到,2016,年,3,月，全球已经,有,226,个,IXP,，分布,在,172,个,国家和,地区,。,但,互联网,的发展在全世界,还很不平衡,。,互联网,交换,点,IXP,在,全球的分布图（,2016,年）,万维网,WWW,的问世,互联网,已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确,说出互联网究竟,有多大。,互联网的迅猛发展始于,20,世纪,90,年代。由欧洲原子核研究组织,CERN,开发的,万维网,WWW,(,World Wide Web,),被,广泛使用,在互联网上,，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，,成为互联网的,这种指数级增长的主要驱动力。,互联网的发展情况,概况,从,1993,年至,2016,年,互联网用户数的增长,情况,如图所示,。,这里的用户是指在家中上网的,人,。,可以,看出，,在,2005,年,互联网的用户数超过,了,10,亿,，,在,2010,年,超过,了,20,亿,，而在,2014,年,已,接近,了,30,亿。,1993,年至,2016,年,互联网用户的增长情况,互联网的发展情况,概况,年份,网络数,主机数,用户数,管理机构数,1980,10,10,2,10,2,10,0,1990,10,3,10,5,10,6,10,1,2000,10,5,10,7,10,8,10,2,2005,10,6,10,8,10,9,10,3,互联网,的发展,概况,（统计到,2005,年）,1.2.3,互联网,的标准化工作,互联网协会,ISOC,互联网研究,指导小组,IRSG,互联网研究,部,IRTF,互联网工程,部,IETF,互联网工程,指导小组,IESG,RG,WG,RG,领域,领域,互联网体系结构,研究委员会,IAB,WG,WG,WG,互联网的标准化工作对互联网的发展起到了非常重要的,作用,。,成为,互联网正式,标准要,经过三,个,阶段,互联网草案,(,Internet Draft),有效期只有六个月,。在这个阶段还,不是,RFC,文档。,建议,标准,(,Proposed Standard),从这个阶段开始就成为,RFC,文档。,互联网标准,(,Internet Standard),达到正式标准后，每个标准就分配到一个,编号,STD,xx,。,一,个标准可以和多,个,RFC,文档,关联。,所有互联网,标准,都以,RFC,的,形式在互联网上,发表,。,各种,RFC,之间,的关系,互联网草案,建议标准,互联网标准,历史的,RFC,实验的,RFC,提供信息的,RFC,除了建议标准和互联网标准这,两种,RFC,文档,外，还有三,种,RFC,文档,，即历史的、实验的和提供信息,的,RFC,文档,。,1.3,互联网,的,组成,1.3.1,互联网的边缘部分,1.3.2,互联网的核心部分,1.3,互联网,的组成,从互联网的,工作方式上看，可以划分,为两,大块：,(1),边缘,部分：,由所有连接在互联网上的主机组成。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。,(2),核心,部分：,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的（提供连通性和交换）。,互联网的核心部分,互联网的,边缘部分,主机,网络,路由器,互联网的边缘部分与核心,部分,互联网,的边缘部分与核心部分,1.3.1,互联网,的边缘部分,处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为,端系统,(,end system),。,端系统在功能上可能有很大的,差别,小,的端系统可以是一台普通,个人电脑,，,具有,上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络,摄像头,。,大,的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机,。,端系统,的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是,某个,ISP,。,端系统之间通信的含义,“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,的某个进程和主机,B,上的另一个进程进行通信”,。,简称,为,“计算机之间通信”。,端系统之间的两种,通信方式,端系统之间的通信,方式,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，简称,为,C/S,方式。,对等方式,（,P2P,方式）,即,Peer-to-Peer,方式，简称,为,P2P,方式。,1.,客户服务器方式,客户,(,client,),和,服务器,(,server,),都是,指通信中所涉及的两个应用进程。,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。,客户是,服务的请求方,，服务器是,服务的提供方,。,服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。,运行,客户,程序,网络边缘,网络核心,运行,服务器,程序,A,B,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,，服务器,B,向客户,A,提供,服务,客户,-,服务器工作方式,客户软件的特点,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（请求服务）。,因此，客户程序必须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系统。,服务器软件的特点,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。,系统启动后即自动调用并,一直不断地运行着，被动地等待,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。,客户与服务器的通信关系建立后，,通信可以是双向的，,客户和服务器都可发送和接收数据。,2.,对等连接方式,对等,连接,(,peer-to-peer,，简写为,P2P,),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。,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,平等的、对等连接通信。,双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。,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户服务器方式，只是对等连接中的,每一个主机既是客户,又是,服务器,。,例如主机,C,请求,D,的服务时，,C,是客户，,D,是服务器。但如果,C,又同时向,F,提供服务，那么,C,又同时起着服务器的作用。,对等连接工作方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。,网络边缘,网络核心,运行,P2P,程序,运行,P2P,程序,D,C,E,F,运行,P2P,程序,运行,P2P,程序,对等连接工作方式（,P2P,方式）,1.3.2,互联网的,核心部分,网络核心部分,是互联网中,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),。,1.3.2,互联网的,核心部分,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。,为了理解,分组交换,，,首先了解,电路交换,的基本,概念,。,1.,电路交换的主要特点,2,部,电话机只需要,用,1,对电线直接连接就,能够,互相通话,。,电话机,的不同连接方法,(a),两部电话直接,相,连,1.,电路交换的主要特点,5,部电话机,两两直接相连,，需,10,对电线。,电话机,的不同连接方法,(b)5,部电话,机两两直接,相,连,1.,电路交换的主要特点,N,部电话机,两两直接相连,，需,N(N 1)/2,对电线,。,这种直接连接,方法,所需要的电线对的数量与电话机数量的平方,（,N,2,）,成正比。,使用交换机,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,每一部电话,都,直接,连接,到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。,所采用的,交换方式,就,是,电路交换,(,circuit switching),。,电话机,的不同连接方法,(c),用交换机连接许多,部电话,“,交换”的含义,在这里，“,交换,”,(switching),的含义就是,转接,把,一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。,从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式,动态地分配,传输线路的资源。,电路交换特点,电路交换必定是,面向连接,的。,电路交换分为三,个阶段：,建立,连接：,建立,一,条专用的物理,通路,，以,保证双方,通话时所需的通信,资源在通信,时不会被其他用户,占用,；,通信：,主叫和被叫双方就能互相,通电话,；,释放连接：,释放刚才使用的这条专用的物理通路,（,释放,刚才,占用的所有通信,资源,）。,电路交换举例,A,和,B,通话经过四个交换机,通话在,A,到,B,的连接上进行,A,B,C,D,E,F,电信网,交换机,交换机,交换机,交换机,中继线,用户线,用户线,电路交换,的用户始终占用端到端的通信资源,电路交换缺点,计算机数据具有突发性。,这,导致,在,传送计算机数据时，通信,线路的利用率很,低（,用来传送数据的时间往往不到,10%,甚至,1%,）。,2.,分组交换的主要特点,分组交换则采用,存储转发,技术,。,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。,报文,1101000110101010110101011100010011010010,假定这个报文较长,不便于传输,添加首部构成分组,每一个数据段前面添加上,首部,构成,分组,(packet),。,数 据,数 据,数 据,报文,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,分组交换网以“,分组,”作为数据传输单元。,依次,把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,数 据,首部,分组,1,数 据,首部,分组,2,数 据,首部,分组,3,以,分组为基本单位在网络中传送,分组首部的重要性,每一个,分组的首部都含有,地址,（,诸如目的地址和,源地址,）,等,控制信息。,分组交换网中的结点交换机根据收到的,分组首部,中的,地址信息，,把分组,转发,到下一个结点交换机,。,每个分组在,互联网中,独立地选择传输路径,。,用,这样的,存储转发,方式，最后分组就能到达,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,最后还原成原来的报文,最后，在接收端把收到的数据,恢复成为原来的报文。,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。,数 据,数 据,数 据,报文,1101000110101010110101011100010011010010,1.3.2,互联网的核心部分,互联网,的,核心部分是由,许多网络,和把它们互连起来的,路由器,组成，而,主机,处在互联网的,边缘部分。,互联网核心,部分中的,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。,网络核心部分,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,H,6,路由器,网络,主机,分组交换,的示意图,(a),核心部分的路由器把网络互连起来,网络核心部分,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,H,6,发送的,分组,路由器,A,E,D,B,C,主机,分组交换,的示意图,(b),核心,部分,中,的,网络,可用,一条链路表示,分组交换网的示意图,H,1,A,互联网,B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,向,H,5,发送分组,H,2,向,H,6,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,H,1,A,互联网,B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,向,H,5,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,H,5,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,查找转发表,找到转发的端口,路由器,在路由器中的输入和输出端口之间,没有直接连线。,路由器处理分组的过程是：,把收到的分组先,放入缓存（暂时存储）；,查找转发表，,找出到某个目的地址应从哪个端口转发；,把分组送到适当的端口,转发,出去。,主机和路由器的作用不同,主机是,为用户进行信息处理,的，并向网络发送分组，从网络接收分组。,路由器对分组进行,存储转发，,最后把分组交付目的主机。,分组交换的优点,优点,所采用的手段,高效,在分组传输的过程中,动态分配,传输带宽，对通信链路是逐段,占用,。,灵活,为每一个分组,独立,地选择最合适的转发,路由,。,迅速,以分组作为传送单位，可以,不先建立连接,就能向其他主机发送,分组,。,可靠,保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的,生存性,。,分组交换带来的问题,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。,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,开销。,存储转发原理并非完全新的概念,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),。,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,P,1,P,2,P,3,P,4,P,1,P,2,P,3,P,4,P,3,P,4,报,文,报,文,报,文,A B C D,A B C D,A 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,P,2,P,1,连接释放,数据,传送,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,三种交换的比较,若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快,。,报文交换,和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的,信道利用率。,由于,一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的,灵活性,。,1.4,计算机网络,在我国的发展,1980,年，铁道部开始,进行计算机联网实验,。,1989,年,11,月，我国,第一个公用分组交换网,CNPAC,建成运行。,1994,年,4,月,20,日，我国用,64kbit/s,专线,正式连,入互联网，,我国,被国际上正式承认为接入互联网的,国家,。,1994,年,5,月,，,中国科学院高能物理研究所,设立了我国的第一个万维网服务器,。,1994,年,9,月中国公用计算机,互联网,CHINANET,正式启动,。,1.4,计算机网络,在我国的发展,到目前为止，我国陆续建造了基于互联网技术的并能够和互联网互连的多个全国范围的公用计算机网络，其中规模最大,的就是,下面这五个：,(1),中国电信,互联网,CHINANET,（也就是原来的中国公用计算机互联网）,(2),中国联通,互联网,UNINET,(3),中国移动,互联网,CMNET,(4),中国教育和科研,计算机网,CERNET,(5),中国科学技术,网,CSTNET,1.4,计算机网络,在我国的发展,中国,教育和科研,计算机网,CERNET,(China Education and Research NETwork,),始建于,1994,年,，是我国,第一,个,IPv4,互联网,主干,网。,2004,年,2,月，我国的第一个下一代,互联网,CNGI,的,主干,网,CERNET2,试验,网正式开通，并提供服务,。,中国,互联网络信息中心,CNNIC(Network Information Center of China,),每年,两次,公布我国互联网的,发展情况,。,1.5,计算机网络,的类别,1.5.1,计算机网络的定义,1.5.2,几种不同类别的网络,1.5.1,计算机网络的定义,计算机网络的精确定义并未统一,。,较好的,定义,：,计算机网络,主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用,。,1.5.1,计算机网络的定义,根据,这个定义,：,(,1),计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机,。,(,2),计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）,。,请注意，上述的“可编程的硬件”表明这种硬件一定包含有,中央处理机,(CPU),。,1.5.2,几种不同类别的网络,计算机网络有多种,类别,。典型包括：,1,.,从网络的作用范围进行,分类,2.,从,网络的使用者进行分类,3.,用来,把用户接入到互联网的,网络,1.,从网络的作用范围进行分类,广域网,WAN,(Wide Area Network,),：,作用范围通常为几十到几千,公里,。,局域网,LAN,(Local Area Network),：,作用距离约为,5 50,公里,。,城域网,MAN,(Metropolitan Area Network,),：,局限在较小的范围（,如,1,公里,左右）,。,个人区域网,PAN,(Personal Area Network),：,范围很小，大约在,10,米,左右,若中央处理机之间的距离非常近（如仅,1,米的数量级甚至更小些），则一般就称之为,多处理机系统，,而,不称它为计算机网络。,2.,从,网络,的使用者进行,分类,公用网,(public network),按,规定,交纳费用的人都,可以,使用的,网络,。,因此也,可称为公众网。,专用网,(private network),为特殊,业务工作的需要而建造的,网络,。,公用网和专用网都可以传送多种业务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。,3,.,用来把用户接入到互联网,的,网络,接入网,AN,(Access Network),，它又称为本地接入网或居民接入网。,接,入网,是,一类,比较特殊的,计算机网络,，用于,将用户接入互联网,。,接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。,接,入网是从某个端系统到另一个端系统的路径中，由这个端系统到第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一些物理链路所,组成,的。,3,.,用来把用户接入到互联网,的,网络,从,覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网,。,从,作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用,。,1.6,计算机网络,的性能,1.6.1,计算机网络的性能指标,1.6.2,计算机网络的非性能特征,1.6.1,计算机网络的性能指标,计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标,，主要包括,：,速率,带宽,吞吐率,时延,时延,带宽积,往返时间,RTT,利用率,1.,速率,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。,比特（,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,是计算机网络中最重要的一个,性能指标,，,指,的是,数据的传送速率,，它也称为,数据,率,(,data rate),或,比特率,(,bit rate),。,速率,的,单位,是,bit/s,，,或,kbit/s,、,Mbit/s,、,Gbit/s,等。例如,4,10,10,bit/s,的,数据率就记为,40 Gbit/s,。,速率往往是指额定速率或标称,速率，非,实际运行速率,。,2.,带宽,两种不同意义：,“,带宽”,(bandwidth,),本来,是指信号具有的,频带宽度，,其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。,在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力,。,表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“,最高数据率,”。,单位,是,bit/s,，即,“比特每秒”。,在“带宽”的上述两种表述中，前者为,频域,称谓，而后者为,时域,称谓，其本质是相同的。也就是说，一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。,数字信号流随时间的变化,在,时间轴,上信号的宽度随带宽的增大而变窄。,每,秒,10,6,个比特,时间,1,0 1,0,1 1,1,s,带宽为,1 Mb/s,时间,每,秒,4,10,6,个比特,0.25,s,带宽为,4 Mb/s,3.,吞吐量,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。,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。,4.,时延,(,delay,或,latency),时延,(delay,或,latency),是,指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的,时间,。,有时也称为,延迟,或,迟延,。,网络中的,时延由,以下几个不同的部分,组成,：,(,1),发送时延,(,2),传播时延,(,3),处理时延,(,4),排队时延,4.,时延,(,delay,或,latency),(,1),发送时延,也称为,传输时延,。,发送,数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。,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需的时间。,发送时延,=,数据帧长度（,bit,）,发送速率（,bit/s,）,4.,时延,(,delay,或,latency),(2),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。,发送时延与传播时延,有本质上的,不同,。,信号,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,）,4.,时延,(,delay,或,latency),(3),处理时延,主机或,路由器,在收到分组时，为处理分组（例如分析,首部、提取数据、差错,检验或,查找路由,）所,花费的时间。,(4),排队时延,分组在路由器输入输出队列中,排队等待处理,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。,4.,时延,(,delay,或,latency),数据在网络中经历,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,必须指出，在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体,分析,。,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,在发送器产生发送时延,(,即传输时延,),在结点,A,中产生,处理时延和排队时延,数据,假设从,结点,A,向结点,B,发送数据,链路,几种,时延产生的地方不一样,容易产生的错误概念,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。,提高链路带宽减小了数据的发送时延。,以下说法是,错误,的,：,“,在高速链路（或高带宽链路）上，比特会传送得更快些”。,5.,时延,带宽积,链路的时延带宽积又称为,以比特为单位的链路长度。,（传播）时延,链路,带宽,时延带宽积,=,传播时延,带宽,只有在代表链路的管道都充满比特时,，,链路,才,得到,了,充分利用,。,链路,像一条空心管道,6.,往返时间,RTT,互联网,上的信息不仅仅单方向,传输,，,而是,双向交互的,。因此，有时,很需要知道双向交互一次所需的,时间,。,往返时间,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。,在互联网中，往返时间还包括,各中间结点,的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延,。,当,使用卫星通信时，往返,时间,RTT,相对,较长,，是,很重要的一个性能指标。,7.,利用率,分为,信道利用率,和,网络利用率。,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）。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的加权平均值。,信道利用率并非越高越好,。,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,。,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时，该信道引起的时延也就迅速增加。,若令,D,0,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,D,0,之间的关系：,其中：,U,是网络的利用率，数值在,0,到,1,之间。,时延,D,利用率,U,1,0,D,0,时延,急剧,增大,时延与网络利用率的关系,当信道,的利用率增大时，该信道引起的,时延迅速增加,。,1.6.2,计算机网络的非性能特征,一些,非,性能特征也很重要,。,它们,与,前面介绍的性能指标有很大的,关系,。主要包括：,费用,质量,标准化,可靠性,可扩展性和可升级性,易于管理和维护,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,1.7.2,协议与划分层次,1.7.3,具有五层协议的体系结构,1.7.4,实体、协议、服务和服务访问点,1.7.5 TCP/IP,的,体系结构,1.7.1,计算机网络体系结构的形成,计算机网络是个非常复杂的,系统,。,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。,“,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。,1.7.1,计算机网络体系结构的形成,1974,年,，美国的,IBM,公司宣布了,系统,网络体系结构,SNA,(,System Network Architecture),。这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定,的,。,不久后，其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构,。,由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难互相连通。,开放系统互连参考模型,OSI/RM,为了使不同体系