CH1-5ed_概述.ppt

计算机网络,计算机网络,主讲：邓 辉,计算机网络,教材及参考资料,教材：,计算机网络,（第,5,版）谢希仁 电子工业出版社,参考书：,1,、,计算机网络,（美）特南鲍姆 清华大学出版社,2,、,计算机网络应用技术教程,吴功宜，吴英 清华大学出版社,计算机网络,第,1,章 概述,1.1,计算机网络在信息时代中的作用,1.2,因特网概述,1.3,因特网的组成,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,计算机网络,1.1,计算机网络在信息时代的作用,21,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时代。,“,网络,”,是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。,发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。,计算机网络,计算机网络的应用,信息获取,通信,数据处理,电子商务,电子娱乐,.,计算机网络,计算机网络向用户提供的重要功能,连通性,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机都可以彼此直接连通一样。,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。,计算机网络,1.2,因特网概述,1.2.1,网络的网络,网络,(network),由若干,结点,(node),和连接这些结点的,链路,(link),组成。,连接在因特网上的计算机都称为,主机,(host),。,网络把许多计算机连接在一起。,互联网,(internet),把许多网络连接在一起，是“网络的网络”,。起源于美国的,因特网,(Internet),现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网。,计算机网络,(a),(b),网络,互联网（网络的网络）,结点,链路,计算机网络,计算机网络,主机,因特网,计算机网络,计算机网络,计算机网络的产生,面向终端的计算机网络（联机系统）,特点：,是“终端,计算机”通信，彼此之间有明显的主从关系。,缺点：,主机负担过重，要同时承担数据处理及通信的任务；,线路利用率低，特别是在终端远离中心计算机时。,计算机网络,1.2.2,因特网发展的三个阶段,第一阶段是从单个网络,ARPANET,向互联网发展的过程。,60 年代初，美国国防部领导的高级研究计划署,ARPA(Advanced Research Project Agency),提出要研制一种生存性很强的网络。,(a)Structure of the telephone system.(b),Barans,proposed distributed switching system.,计算机网络,(a)December 1969.(b)July 1970.(c)March 1971.,1969,年,ARPANET,网络开始建立,ARPANET,计算机网络,ARPANET,(d)April 1972.(e)September 1972.,计算机网络,1983 年,TCP/IP,协议成为,标准协议,。,同年，,ARPANET,分解成两个网络：,ARPANET,进行实验研究用的科研网,MILNET,军用计算机网络,19831984 年，形成了,因特网,Internet。,1990,年,ARPANET,正式宣布关闭。,ARPANET,计算机网络,第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。,1986 年，,NSF,建立了国家科学基金网,NSFNET。,它是一个三级计算机网络。,1991 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，并开始对接入因特网的单位收费。,1993 年因特网主干网的速率提高到 45,Mb/s（T3,速率）。,1.2.2,因特网发展的三个阶段,计算机网络,三级结构的因特网,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,计算机网络,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。,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,计算机网络,第三阶段的特点是逐渐形成了多层次,ISP(Internet Service Provider),结构的因特网。,从1993年开始，由美国政府资助的,NSFNET,逐渐被若干个商用的,ISP,网络所代替。,1994 年开始创建了 4 个网络接入点,NAP(Network Access Point)，,分别由 4 个电信公司经营。,NAP,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。到本世纪初，美国的,NAP,的数量已达到十几个。,从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。现在已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。,1.2.2,因特网发展的三个阶段,计算机网络,用户,因特网,ISP,1,ISP,2,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,IP,地址数目的不同，,ISP,也分成为不同的层次。,计算机网络,计算机网络,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,ISP,NAP,NAP,A,B,主机,A,本地,ISP,第二层,ISP NAP,第一层,ISP NAP,第二层,ISP,本地,ISP,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,计算机网络,计算机网络,万维网,WWW,(World Wide Web),20,世纪,90,年代，由欧洲原子核研究组织,CERN,开发的万维网被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，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。,万维网,是,因特网,上的一种比较年轻的服务形式，服务的基础是,Web,页面，每个服务站点都包括若干个相互关联的页面，每个,Web,页即可展示文本、图形图像和声音等多媒体信息，又可提供一种特殊的链接点。这种链接点指向一种资源，可以是另一个,Web,页面、另一个文件、另一个,Web,站点，这样可使全球范围的,www,服务连成一体。这就是所谓的超文本和超链接技术。,计算机网络,因特网的发展情况概况,年份 网络数 主机数 用户数 管理机构,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,计算机网络,2010,互联网“数字年鉴”,19.7,亿,世界网民总数,4.57,亿,中国网民总数,18.8,亿,全世界,Email,使用人数,2940,亿,平均每天,Email,发送量,2.55,亿,网站总数,2.02,亿,所有常用域名总数,计算机网络,1.2.3,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,因特网工程部,IETF,因特网工程指导小组,IESG,RG,WG,RG,领域,领域,因特网体系结构,研究委员会,IAB,WG,WG,WG,计算机网络,因特网正式标准经过的四个阶段,因特网草案,(Internet Draft),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。,草案标准,(Draft Standard),因特网标准,(Internet Standard),计算机网络,如要获得关于如何写,RFC,文档和关于,RFC,的,Internet,标准制定过程的更多详细信息，可参见：,RFC 2223 Instructions to RFC Authors,RFC 2026 The Internet Standards Process-Revision 3,计算机网络,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,RFC,6,种,RFC,计算机网络,1.3,因特网的组成,从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：,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,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）。,计算机网络,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,计算机网络,计算机网络,1.3.1,因特网的边缘部分,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,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”,计算机网络,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,程序之间的通信方式,计算机网络,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,。,计算机网络,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，,而服务器,B,向客户,A,提供服务。,计算机网络,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。,计算机网络,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。,计算机网络,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。,计算机网络,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同时是服务器。,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。,计算机网络,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,计算机网络,1.3.2,因特网的核心部分,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。,计算机网络,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互相连接起来。,计算机网络,更多的电话机互相连通,5,部电话机两两相连，需,10,对电线。,N,部电话机两两相连，需,N,(,N,1)/2,对电线。,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。,计算机网络,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,计算机网络,“,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。,计算机网络,电路交换的特点,电路交换必定是面向连接的。,电路交换的三个阶段：,建立连接,通信,释放连接,计算机网络,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,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,计算机网络,电路交换举例,C,和,D,通话只经过一个本地交换机,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,中继线,B,D,C,A,计算机网络,电路交换演示,计算机网络,电路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。,通信线路的利用率很低。,计算机网络,2.,分组交换,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,计算机网络,每一个数据段前面添加上,首部,构成分组。,数 据,数 据,数 据,首部,首部,首部,分组,1,分组,2,分组,3,报文,2.,分组交换,计算机网络,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,计算机网络,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有,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的首部中的,地址信息,，把分组,转发,到下一个结点交换机。,用这样的,存储转发,方式，最后分组就能到达,最终目的地,。,计算机网络,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,计算机网络,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,计算机网络,分组交换演示,计算机网络,因特网的核心部分和边,缘部分,因特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,主机处在因特网的边缘部分,。,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。,计算机网络,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,H,6,路由器,网络,网络核心部分,主机,计算机网络,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,网络核心部分,主机,计算机网络,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,H,2,计算机网络,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,计算机网络,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。,路由器处理分组的过程,计算机网络,在路由器中的输入和输出端口之间,没有直接连线,。,H,4,1,2,3,4,A,B,C,D,E,H,1,H,5,H,2,H,3,H,6,高速链路,路由器,1,2,3,4,1,2,3,4,1,2,3,4,1 2,3,4,1,2,3,4,A,1 2 3,计算机网络,分组交换的优点,高效,动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。,灵活,以分组为传送单位和查找路由。,迅速,不必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；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。,计算机网络,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,。,计算机网络,报文交换,（,message switching,）,分组交换的一个特例，既将整个报文作为一个分组。报头含有目的地址和源地址等控制信息。公用电信网的电报自动交换是报文交换的典型应用，有的专用数据网也采用报文交换方式。,计算机网络,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,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,计算机网络,计算机网络的概念发生根本变化,早期的面向终端的计算机网络是以,单个主机为中心,的星形网,各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。,分组交换网则是以,网络为中心,，主机都处在网络的外围。,用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。,计算机网络,从主机为中心到以网络为中心,主机,终端,以主机为中心,以分组交换网为中心,主机,分组交换网,主机,分组交换网,主机,分组交换网,计算机网络,新型网络的基本特点,网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。,所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。,计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。,网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据,。,计算机网络,1.4,计算机网络在我国的发展,(1),中国公用计算机互联网,CHINANET,(2),中国教育和科研计算机网,CERNET,(3),中国科学技术网,CSTNET,(4),中国联通互联网,UNINET,(5),中国网通公用互联网,CNCNET,(6),中国国际经济贸易互联网,CIETNET,(7),中国移动互联网,CMNET,(8),中国长城互联网,CGWNET,（建设中）,(9),中国卫星集团互联网,CSNET,（建设中）,计算机网络,下一代互联网,NGI,（,Next-Generation Internet,）,第一代互联网建立在,IPv4,协议基础上的，在全面成熟的同时，一些不足逐渐显露，其中最紧迫的就是地址空间问题。目前互联网协议为,IPv4,，其地址为,32,位编码，可提供的,IP,地址大约为,40,多亿，而且由美国掌握绝对控制权，预计,2010,年左右将全部分配完成，全球将面临严重的,IP,地址枯竭的危机。,下一代互联网的核心将是,IPv6,协议，地址是,128,位编码，能产生,2,的,128,次方个,IP,地址。,计算机网络,中国的下一代互联网,CNGI,CNGI-CERNET2,是中国下一代互联网示范工程中最大的核心网和唯一学术网，是目前世界上规模最大的采用,IPv6,技术的下一代互联网主干网。,2008,年，第,29,届奥运官网的,IPv6,网站正式开通。该网站由奥组委联合中国教育和科研计算机网以及搜狐网建设，全球,IPv6,用户可直接通过中国下一代互联网,CERNET2,访问北京奥运会官方网站。,计算机网络,1.5,计算机网络的分类,1.5.1,计算机网络的不同定义,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。,计算机网络是将若干台独立的计算机通过传输介质相互物理连接，并通过网络软件逻辑地相互联系到一起而实现信息交换、资源共享、协同工作和在线处理等功能的计算机系统。,计算机网络,1.5.2,几种不同类别的网络,不同作用范围的网络,广域网,WAN(Wide Area Network),城域网,MAN(Metropolitan Area Network),局域网,LAN(Local Area Network),个人区域网,PAN(Personal Area Network),计算机网络,从网络的使用者进行分类,公用网,(public network),专用网,(private network),1.5.2,几种不同类别的网络,计算机网络,用来把用户接入到因特网的网络,接入网,AN(Access Network),，它又称为本地接入网或居民接入网。,接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤和同轴电缆（有线电视电缆）混合接入、无线接入和以太网接入等几种方式。,1.5.2,几种不同类别的网络,计算机网络,1.6,计算机网络的性能,1.6.1,计算机网络的性能指标,1.,速率,速率,即,数据率,(data rate),或,比特率,(bit rate),是计算机网络中主机在数字信道上发送数据的速率。速率的单位是,b/s,，或,kb/s,Mb/s,Gb,/s,Tb/s,等。,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,。,速率往往是指,额定速率,或,标称速率,。,计算机网络,1.6.1,计算机网络的性能指标,2.,带宽（,bandwidth,）,“,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）。,计算机网络中“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),。,计算机网络,常用的带宽单位,更常用的带宽单位是,千比每秒，即,kb/s,兆比每秒，即,Mb/s,吉比每秒，即,Gb,/s,太比每秒，即,Tb/s,在计算机界，,K=2,10,=1024,M=2,20,G=2,30,T=2,40,。,计算机网络,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,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,每,秒,10,6,个比特,时间,每,秒,10,6,个比特,时间,计算机网络,宽带（,broadband,）,宽带线路：可通过较高数据率的线路。,宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。,在目前，对于用户接入到因特网的用户线来说，每秒传送几个兆比特就可以算是宽带速率。,计算机网络,错误的概念,宽带线路,窄带线路,A,B,A,B,在宽带线路上比特传播得快,在窄带线路上比特传播得慢,计算机网络,正确的概念,A,B,A,B,宽带线路,窄带线路,宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路。,宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。,计算机网络,比喻：汽车公路,宽带线路,窄带线路,宽带和窄带线路：车速一样,宽带线路：车距缩短,计算机网络,3.,吞吐量（,throughput,）,吞吐量,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。,计算机网络,4.,时延,(delay,或,latency),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。,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,=,数据块长度（比特）,发送速率（比特,/,秒）,计算机网络,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。,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）,4.,时延,(delay,或,latency),计算机网络,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。,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,。,4.,时延,(delay,或,latency),计算机网络,总时延,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,计算机网络,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,计算机网络,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。,计算机网络,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,时延带宽积,计算机网络,往返时间,RTT,（,Round-Trip Time,）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。,往返时间和带宽的乘积称为往返时间带宽积，它表示在发送方收到确认时已经发送了多少比特在链路上。,6.,往返时间,RTT,计算机网络,7.,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。,计算机网络,时延与网络利用率的关系,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：,U,是网络的利用率，数值在,0,到,1,之间。,U,D,D,-,=,1,0,计算机网络,时延,D,利用率,U,1,0,D,0,时延,急剧,增大,信道利用率并非越高越好,计算机网络,1.6.2,计算机网络的非性能特征,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,计算机网络,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,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。,生活中“分层”的例子,计算机网络,计算机网络分层模型,IBM,等国际上知名的大公司自,1974,年开始纷纷发表了各自的计算机网络体系结构，如,IBM,的,SNA,、,DEC,的,DNA,、三菱的,MNA,、富士通的,FNA,和日立的,HNA,等。,ISO,于,1977,年提出了开放系统互连参考模型,OSI/RM,计算机网络,开放系统互连参考模型,OSI/RM,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。,1983,年著名的,ISO7498,国际标准正式形成，就是所谓的七层协议的体系结构。,计算机网络,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，因而使得按,OSI,标准生产的设备无法及时进入市场；,OSI,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。,OSI/RM,市场化失败原因,计算机网络,两种,“,国际,”,标准,法律上的国际标准,OSI,并没有得到市场的认可。,是非国际标准,TCP/IP,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,。,计算机网络,1.7.2,协议与划分层次,计算机网络中的数据交换,必须遵守事先约定好的规则,。,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。,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。,计算机网络,一个人类的协议和计算机网络的协议,Hi,Can,you help me?,Yes,certainly.,What time,is it?,2:00,TCP connection,request,TCP connection,response,Get www.,hnust,.,cn,time,计算机网络,网络协议的组成要素,语法,数据与控制信息的结构或格式。,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。,同步,事件实现顺序的详细说明。,计算机网络,划分层次的概念举例,主机,1,向主机,2,通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分。,第一类工作与传送文件直接有关。,确信对方已做好接收和存储文件的准备。,双方协调好一致的文件格式。,两个主机将,文件传送模块,作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。,计算机网络,两个主机交换文件,文件传送模块,主机,1,主机,2,文件传送模块,只看这两个文件传送模块,好像文件及文件传送命令,是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块,进行发送,把收到的文件交给,上层模块,计算机网络,再设计一个通信服务模块,文件传送模块,主机,1,主机,2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块,好像可直接把文件,可靠地传送到对方,把文件交给下层模块,进行发送,把收到的文件交给,上层模块,通信服务模块,通信服务模块,计算机网络,再设计一个网络接入模块,文件传送模块,主机,1,主机,2,文件传送模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,通信网络,网络,接口,网络,接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作,例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。,计算机网络,分层的好处,各层之间是独立的。,灵活性好。,结构上可分割开。,易于实现和维护。,能促进标准化工作。,计算机网络,层数多少要适当,若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。,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的困难。,计算机网络,计算机网络的体系结构,计算机网络的,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，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。,计算机网络,1.7.3,具有五层协议的体系结构,TCP/IP,是,四层,的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。,OSI,是,七层,体系结构：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层。,综合,OSI,和,TCP/IP,的优点，采用一种只有,五层,协议的体系结构。,计算机网络,三种体系结构,应用层,表示层,会话层,运输层,物理层,数据链路层,网络层,7,6,5,4,3,2,1,OSI,的,体系结构,应用层,运输层,网络接口,(,数,据链路层,+,物理层,),网际层,TCP/IP,的体系结构,应用层,运输层,网际层,物理层,数据链路层,5,4,3,2,1,五层协议,的体系结构,计算机网络,应用层,(Application),为用户的应用,进程,提供网络通信服务；,识别并证实目的通信方的可用性；,使协同工作的应用程序之间实现同步；,判断是否为通信过程申请了足够的资源；,处理被传送数据的表示问题，即信息的语义；,直接面向用户，为用户提供各种网络服务。,计算机网络,应用层,(TCP/IP),常用的协议,超文本传输协议（,HTTP,）：,用于传输万维网,Web,页面的文件。,文件传输协议（,FTP,）：,用于交互式文件传输。,简单邮件传输协议（,SMTP,）：,用于邮件服务器之间的邮件传输。,邮局协议（,POP,）：,用于从邮件服务器上取回邮件。,计算机网络,终端仿真协议（,TELNET,）：,用于远程登录到网络主机。,域名系统（,DNS,）：,用于将域名解析成,IP,地址。,简单网络管理协议（,SNMP,）：,用于在网络管理控制台和网络设备之间选择和交换网络管理信息。,应用层,(TCP/IP),常用的协议,计算机网络,运输层,(Transport),运输层的主要功能是负责应用进程之间的,端到端,的数据传输。,屏蔽各类通信子网的差异，使应用层不受通信子网技术变化的影响。,进行数据分段并组装成报文流；传输单位为：,报文,提供“,面向连接,”和“,无连接,”两种服务。,传输差错校验与恢复。,运输层是资源子网和通信子网的接口层。,计算机网络,运,输层协议,传输控制协议（,TCP,）：,一个可靠的、,面向连接,的传输层协议，它将源主机的数据以字节流形式无差错地传送到目的主机。,用户数据报协议（,UDP,）：,一个不可靠的、,无连接,的传输层协议。,UDP,协议主要面向请求,/,应答式的交易型应用，也应用于那些对可靠性要求不高，但要求网络和延迟较小的场合，如话音和视频数据的传送。,计算机网络,网络层,(Network),把运输层产生的报文段或数据报封装成分组或包（,IP,数据报,），使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传送到目标主机。主要协议有无连接的,网际协议,IP,。,具体提供以下服务,路由选择和数据分组中转,流量控制和拥塞控制,差错检测与恢复,解决异构网络互连问题,计算机网络,数据链路层,(Data Link),数据链路层的主要功能是在物理层的基础上，将网络层交下来的,IP,数据报组装成,帧,（,frame,），并在两个相邻节点间的链路上,透明,地传送帧中的数据，每一帧包括数据和必要的控制信息。,典型协议：多路访问控制协议,(MAC),计算机网络,所关心的问题包括：,物理地址、链路维护；,组帧：把数据封装在帧中，按顺序传送；,定界与同步：产生,/,识别帧边界；,差错恢复：采用重传（,ARQ,）的方法；,流量控制：收发双方传输速率的匹配。,数据链路层,(Data Link),计算机网络,透明,地传送比特流。,解决：传输介质、信道类型、数据与信号之间的转换、信号传输中的衰减和噪声等在内的一系列问题。,物理层标准要给出关于物理接口的,机械、电气、功能和规程,特性，以便于不同的制造厂家既能够根据公认的标准各自独立地制造设备，又能使各个厂家的产品能够相互兼容。,物理层,(Physical),计算机网络,OSI,的数据单元,在层的实体之间传送的比特组称为,数据单元,。,协议数据单元（,PDU,）：,对等层之间传送的数据单位。,服务数据单元（,SDU,）：,上下层之间交换的数据单位。,接口数据单元（,IDU,）：,指的是在相邻层接口间传送的数据单元。,计算机网络,层间数据单元的传送过程,图中,PCI,是协议控制信息、,ICI,是,接口控制信息,。可以多个,SDU,合成为一个,PDU,，也可以是一个,SDU,划分为几个,PDU,。,计算机网络,主机,1,向主机,2,发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机,1,AP,2,AP,1,主机,2,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,PDU,计算机网络,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机,1,AP,2,AP,1,主机,2,应用层,PDU,再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文