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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,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,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,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,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,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,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,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,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,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,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,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,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,1.1,计算机网络在信息时代中的作用,1.2,因特网概述,1.2.1,网络的网络,1.2.2,因特网发展的三个阶段,1.2.3,因特网的标准化工作,1.2.4,计算机网络在我国的发展,1.3,因特网的组成,1.3.1,因特网的边缘部分,1.3.2,因特网的核心部分,第,1,章 概述（续）,1.4,计算机网络在我国的发展,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,1.6,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,第,1,章 概述（续）,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,1.1,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。,网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。,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。,因特网,(Internet),的发展,进入,20,世纪,90,年代以后，以因特网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逐步发展成为商业网络。,已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。,因特网的意义,因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。,现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。,计算机网络向用户提供的最重要的功能,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。,1.2,因特网概述,1.2.1,网络的网络,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,网络,(network),由若干,结点,(node),和连接这些结点的,链路,(link),组成。,互联网是“,网络的网络,”,(network of networks),。,连接在因特网上的计算机都称为,主机,(host),。,请注意名词“结点”,“,结点”的英文名词是,node,。,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”。,在网络中的,node,的标准译名是“,结点,”而不是“节点”。,但数据结构的,树,(tree),中的,node,应当译为“节点”。,网络与因特网,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。,(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,第一阶段是从单个网络,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。,人们把,1983,年作为因特网的诞生时间。,Internet,和,Internet,的区别,以,小写字母,i,开始的,internet,（互联网或互连网）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,（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,。,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。,三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。,多层次,ISP,结构的因特网,第三阶段的特点是逐渐形成了多层次,ISP,结构的因特网。,出现了,因特网服务提供者,ISP,(Internet Service Provider),。,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。,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,万维网,WWW,的问世,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，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。,因特网的迅猛发展始于,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。,因特网的发展情况概况,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 10,6,10,8,10,9,10,3,1.2.3,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,制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段,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),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,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：,(1),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。,(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）。,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,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”,两种通信方式,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：,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,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,。,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,。,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。,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。,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。,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,1.3.2,因特网的核心部分,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。,路由器的重要任务,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。,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,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。,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,“,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,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,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,电路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。,这导致通信线路的利用率很低。,报文,2.,分组交换的主要特点,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,添加首部构成分组,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,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,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,。,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,数 据,数 据,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。,报文,1101000110101010110101011100010011010010,因特网的核心部分,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。,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,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,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,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。,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,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,计算机网络的产生背景,是,20,世纪,60,年代美苏冷战时期的产物。,60,年代初，美国国防部领导的远景研究规划局,ARPA(Advanced Research Project Agency),提出要研制一种生存性,(survivability),很强的网络。,传统的电路交换,(circuit switching),的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。,如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。,新型网络的基本特点,网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。,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。,ARPANET,的成功使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。,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,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）,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。,因特网,(Internet),是,“,网络的网络,”,。,1.3.2,几种不同的类别的网络,不同作用范围的网络,从网络的使用者进行分类,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),局域网,LAN,(Local Area Network),城域网,MAN,(Metropolitan Area Network),个人区域网,PAN,(Personal Area Network),2.,不同使用者的网络,从网络的使用者进行分类,公用网,(public network),专用网,(private network),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。,由,ISP,提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“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.,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。,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,速率往往是指,额定速率,或,标称速率,。,2.,带宽,“,带宽,”,(bandwidth),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）。,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),。,常用的带宽单位,更常用的带宽单位是,千比每秒，即,kb/s,（,10,3,b/s,）,兆比每秒，即,Mb/s,（,10,6,b/s,）,吉比每秒，即,Gb/s,（,10,9,b/s,）,太比每秒，即,Tb/s,（,10,12,b/s,）,请注意：在计算机界，,K=2,10,=1024,M=2,20,G=2,30,T=2,40,。,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),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,）,信道带宽（,比特,/,秒,）,时延,(delay,或,latency),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,）,时延,(delay,或,latency),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,。,时延,(delay,或,latency),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,+,处理时延,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,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。,5.,时延带宽积,（传播）时延,链路,带宽,时延带宽积,=,传播时延,带宽,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,6.,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。,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