计算机网络课件_002

计算机网络（第5版）课件大纲要求n（一）计算机网络概述1.计算机网络的概念、组成与功能2.计算机网络的分类3.计算机网络与互联网的发展历史4.计算机网络的标准化工作及相关组织（二）计算机网络体系结构与参考模型1.计算机网络分层结构2.计算机网络协议、接口、服务等概念3.ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型计计算算机机网网络络概念、组成、功能、分类、发展、标准化工作、概念、组成、功能、分类、发展、标准化工作、组织组织计算机网络的分层结构计算机网络的分层结构实体、协议、接口、服务、体系结构实体、协议、接口、服务、体系结构？计算机网络？两部分？6种功能1、按范围划分2、按使用者划分3、按交换功能划分原因？原因？基础？基础？1、？2、？3、？7层4层？实体？协议？接口？服务？体系结构第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1.7.5TCP/IP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。n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。n网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。n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n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。n已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。n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n因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。n现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。我国的情况n1994年4月20日我国正式接入因特网。n根据统计资料，在2003年6月：n 我国上网计算机数：2572 万台n 上网用户数：6800 万计算机网络向用户提供的最重要的功能n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。n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n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n网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。n互联网是“网络的网络”(networkofnetworks)。n连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。请注意名词“结点”n“结点”的英文名词是node。n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”。n在网络中的node的标准译名是“结点”而不是“节点”。n但数据结构的树(tree)中的node应当译为“节点”。网络与因特网n网络把许多计算机连接在一起。n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计算机网络、互连网、互联网n计算机网络：一些相互连接的计算机的集合。n互连网：一些相互连接的计算机网络的集合（网络的网络）。n互联网：就是互连网的同义词。计算机网络计算机网络计算机网络计算机网络互连网，互联网internet 与 Internetninternet是普通名词n泛指一般的互连网（互联网）nInternet是专有名词n世界范围的互连网（互联网）n使用 TCP/IP 协议族n前身是美国的阿帕网 ARPANETInternet和Internet的区别n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。n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。n计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特。n描述带宽也常常把“比特/秒”省略。n例如，带宽是 10 M，实际上是 10 Mb/s。n这里的 M 是 106。计算机网络的带宽常见的错误是混淆了两种速率n在网络中有两种不同的速率：n信号（即电磁波）在传输媒体上的传播速率（米/秒，或公里/秒）n计算机向网络发送比特的速率（比特/秒）n这两种速率的意义和单位完全不同。n宽带传输：计算机向网络发送比特的速率较高。什么是宽带？n宽带线路：可通过较高数据率的线路。n宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。n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。对宽带传输的错误概念n有些人愿意用“汽车在公路上跑”来比喻“比特在网络上传输”，认为宽带传输的好处就是传输更快，好比汽车在高速公路上可以跑得更快一样。n对于这种比喻一定要谨慎对待。ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传播得快 在窄带线路上比特传播得慢 错误的概念A AB BA AB 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。正确的概念比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短另一种错误概念“宽带”相当于“多车道”多车道公路是并行传输11011010通信线路上通常都是串行传输(但 ADSL 是例外的）1.2.2因特网发展的三个阶段n第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。n1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议。n人们把1983年作为因特网的诞生时间。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特网。n三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。三级结构的因特网n各网络之间需要使用路由器来连接。n有时在结构图中可不画出路由器。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三级结构的因特网n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ISP结构的因特网。n出现了因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)。用户因特网ISP1ISP2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。今日的多级结构的因特网n大致上可将因特网分为以下五个接入级n网络接入点 NAPn国家主干网（主干ISP）n地区ISPn本地ISPn校园网、企业网或PC机上网用户一级 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多级结构的因特网大公司地区ISP网络接入点NAP（对等点）公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISP大公司大公司网络接入点NAP（对等点）n主机到主机的通信可能经过多种ISP。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。n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(WorldWideWeb)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1980101021021001990103105106101200010510710810220051061081091031.2.3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IESGRGWGRG领域领域因特网体系结构研究委员会IABWGWGWG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(InternetDraft)在这个阶段还不是RFC文档。n建议标准(ProposedStandard)从这个阶段开始就成为RFC文档。n草案标准(DraftStandard)n因特网标准(InternetStandard)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。（资源子网资源子网）(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）。（通通信子网信子网）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n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(endsystem)。n“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”。n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：n客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式n对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式1.客户服务器方式n客户(client)和服务器(server)都是指通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务和被服务的关系。n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。客户软件的特点n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。n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。n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n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。n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。n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n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。n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DCEF运行P2P程序运行P2P程序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。n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）。n在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。n路由器是实现分组交换(packetswitching)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。H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机路由器的重要任务n路由器是实现分组交换(packetswitching)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。回顾一下电路交换的特点n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n5部电话机两两相连，需10对电线。nN 部电话机两两相连，需N(N1)/2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，“交换”(switching)的含义是：n转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。n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n电路交换必定是面向连接的。n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B通话经过四个交换机n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BDCA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。n这导致通信线路的利用率很低。报文分组交换的原理（一）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。1111010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文分组交换的原理（二）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”分组交换的原理（三）n分组交换网以“分组”作为数据传输单元。n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n每一个分组的首部都含有地址等控制信息。n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。n用这样的存储转发方式，分组就能传送到最终目的地。分组交换的原理（四）n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 据分组交换的原理（五）n最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。n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1111010请注意首部的位置n接收端在发送端的左方时，首部往往画在分组的左方。n接收端在发送端的右方时，首部往往画在分组的右方。数 据首部分组接收端发送端传送方向数 据首部分组接收端发送端传送方向分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5注意结点交换机有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路结点交换机12341234123412341234路由器n在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。n路由器处理分组的过程是：n把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；n查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；n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n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。n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n高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。n灵活以分组为传送单位和查找路由。n迅速不必先建立连接就能向其他主机发送分组。n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n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。n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。n分组交换的特点、任务和缺点分组交换的特点、任务和缺点特点特点：结点暂时存储一个个分组，而不是整个数据文件；分组暂时保存在结点的内存中，而不是被保存在结点的外存中，从而保证了较高交换速率；分组交换采用的是动态分配信道的策略，极大地提高了通信线路的利用率。任务：任务：是负责系统中分组的存储、转发和选择合适的分组传输路径。缺点：缺点：分组在各结点存储转发是因排队而造成的延时；由于分组中必须携带一些控制信息而产生一定的额外开销；分组交换网的管理和控制比较复杂。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(messageswitching)。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ABCDABCDABCD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1.4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n1.5.1计算机网络的不同定义n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。n因特网(Internet)是“网络的网络”。n1.5.2几种不同的分类方法n从网络的作用范围进行分类n从网络的使用者进行分类 1.5.2几种不同类别的网络n不同作用范围的网络n广域网WAN(WideAreaNetwork)n局域网LAN(LocalAreaNetwork)n城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)n个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网广域网的构成广域网的构成1.问题：问题：距离较远时距离较远时,例如，几十，几百公里，甚至几千例如，几十，几百公里，甚至几千公里公里,局域网显然是无法完成通信任务，这就需要另一局域网显然是无法完成通信任务，这就需要另一种结构网络，即广域网。种结构网络，即广域网。n 广域网的构成：广域网的构成：由一些结点交换机以及相应的链路由一些结点交换机以及相应的链路组成。组成。ABCDE广域网LAN1LAN2互连网:路由器是一种特殊的计算机，注意它的位置Router1.1.连接技术的区别连接技术的区别 局域网采用的局域网采用的多点接入技术多点接入技术 广域网结点之间采用广域网结点之间采用点到点点到点连接连接2.2.协议层次上协议层次上 局域网主要在局域网主要在Data LinkData Link层层 广域网主要在广域网主要在NetworkNetwork层层 3.3.广域网与局域网之间采用广域网与局域网之间采用路由器路由器连接连接注意注意区别区别共同点共同点：连在一个广域网或连在一个局域网上的计算机在该网内通信：连在一个广域网或连在一个局域网上的计算机在该网内通信时，只需要使用其网络的物理地址即可。时，只需要使用其网络的物理地址即可。2.不同使用者的网络n从网络的使用者进行分类n公用网(publicnetwork)n专用网(privatenetwork)3.用来把用户接入到因特网的网络n接入网AN(AccessNetwork)，它又称为本地接入网或居民接入网。n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binarydigit，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(datarate)或比特率(bitrate)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n速率往往是指额定速率或标称速率。2.带宽n“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）。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)。常用的带宽单位n更常用的带宽单位是n千比每秒，即kb/s（103b/s）n兆比每秒，即Mb/s（106b/s）n吉比每秒，即Gb/s（109b/s）n太比每秒，即Tb/s（1012b/s）n请注意：在计算机界，K=210=1024M=220,G=230,T=240。数字信号流随时间的变化n在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒106个比特时间1010111 s带宽为1Mb/s时间每秒4106个比特0.25s带宽为4Mb/s3.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。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）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）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。时延(delay或latency)n数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延三种时延所产生的地方1011001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.时延带宽积和往返时延（传播）时延链路带宽时延带宽积=传播时延 带宽n链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。时延带宽积往返时延RTTn往返时延RTT(Round-TripTime)表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。6.利用率n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。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。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。时延D利用率U10D0时延急剧增大1.6.2计算机网络的非性能特征n费用n质量n标准化n可靠性n可扩展性和可升级性n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n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。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，有些功能在多个层次中重复出现。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。1.7.2划分层次的必要性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(networkprotocol)，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。网络协议的组成要素n语法数据与控制信息的结构或格式。n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。n同步事件实现顺序的详细说明。划分层次的概念举例n计算机1向计算机2通过网络发送文件。n可以将要做的工作进行如下的划分。n第一类工作与传送文件直接有关。n确信对方已做好接收和存储文件的准备。n双方协调好一致的文件格式。n两个计算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。两个计算机交换文件文件传送模块计算机 1计算机 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再设计一个通信服务模块文件传送模块计算机 1计算机 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再设计一个网络接入模块文件传送模块计算机 1计算机 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。分层的好处n各层之间是独立的。n灵活性好。n结构上可分割开。n易于实现和维护。n能促进标准化工作。层数多少要适当n若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。n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。计算机网络的体系结构n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。n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。n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。n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。1.7.3具有五层协议的体系结构nTCP/IP是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。n最下面的网络接口层并没有具体内容。n因此往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。五层协议的体系结构n应用层(applicationlayer)n运输层(transportlayer)n网络层(networklayer)n数据链路层(datalinklayer)n物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机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1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为IP数据报（或分组）计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体计算机1向计算机2发送数据n应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体计算机1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机2计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2物理层接收到比特流，上交给数据链路层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应 用 程 序 数 据应用层首部H5101比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程计算机1向计算机2发送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！1.7.4实体、协议、服务和服务访问点n实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。n协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。n在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。n要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。实体、协议、服务和服务访问点（续）n本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。n下面的协议对上面的服务用户是透明的。n协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。n服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。n同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)。实体、协议、服务和服务访问点（续）协议(n+1)SAPSAP交换原语交换原语实体(n+1)服务提供者第n层第n+1层实体(n+1)服务用户实体(n)实体(n)协议(n)协议很复杂n协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的。n必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况。n应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。著名的协议举例【例1-1】n n占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白战。力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，使得蓝军能实现协同作战因而一定使得蓝军能实现协同作战因而一定(即即100%)100%)取得胜利？取得胜利？明日正午进攻，如何？明日正午进攻，如何？同意收到收到“同意同意”收到：收到“同意”这样的协议无法实现！结论n n这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。n n没有一种协议能够蓝军能100%获胜。1.7.5TCP/IP的体系结构应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。沙漏计时器形状的TCP/IP协议族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口1网络接口2网络接口3EverythingoverIPIP可为各式各样的应用程序提供服务IPoverEverythingIP可应用到各式各样的网络上客户进程和服务器进程使用TCP/IP协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层 客户发起连接建立请求 服务器接受连接建立请求应用层应用层因特网客户客户服务器服务器以后就逐级使用下层提供的服务(使用 TCP 和 IP）功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机3服务器服务器11服务器服务器22数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机1客户1数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机2客户2因特网面向连接服务与无连接服务n面向连接服务(connection-oriented)n面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。n无连接服务(connectionless)n两个实体之间的通信不需要先建立好连接。n是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(besteffortdelivery)或“尽力而为”。计计算算机机网网络络概念、组成、功能、分类、发展、标准化工作、概念、组成、功能、分类、发展、标准化工作、组织组织计算机网络的分层结构计算机网络的分层结构实体、协议、接口、服务、体系结构实体、协议、接口、服务、体系结构？计算机网络？计算机网络？两部分？两部分？6个功能个功能1、按覆盖、按覆盖范围划分范围划分2、按、按使用者划分使用者划分3、按、按交换功能划分交换功能划分？原因？原因？基础？基础？三个阶段？三个阶段？实体？实体？协议？协议？接口？接口？服务？服务？体系结构？体系结构相互连接相互连接自治计算机的集合自治计算机的集合数据通信数据通信资源共享资源共享计算机计算机通信通信资源子网资源子网通信子网通信子网数据通信数据通信资源共享资源共享信息综合处理信息综合处理负载均衡负载均衡提高可靠性提高可靠性分布式处理分布式处理1、范围：范围：WLAN,LAN,城域网，个人城域网，个人2、使用者：使用者：专用，公用专用，公用3、交换功能：交换功能：电路，分组，报文电路，分组，报文1、单个单个ARPA网网2、三级结构的因特网三级结构的因特网3、多层次多层次ISP结构的因特网结构的因特网任何可以发送或任何可以发送或接收信息接收信息的硬件或软件进程的硬件或软件进程控制对等实体进行控制对等实体进行通信的规则的集合通信的规则的集合表示同一结点表示同一结点相邻层之间交换相邻层之间交换信息的连接点，信息的连接点，下层通过接口下层通过接口向上层提供服务向上层提供服务各层向它的直接上层各层向它的直接上层提供的一组原语操作。提供的一组原语操作。可分为两大类，可分为两大类，面向连接服务面向连接服务与无连接服务与无连接服务计算机网络各层计算机网络各层及协议的集合及协议的集合7层层4层层应用层应用层应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层传输层传输层网络层网络层网络层网络层数据链路层数据链路层网络接口层网络接口层物理层物理层课后习题n1、计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段各有何特点？n2、试简述分组交换的特点n3、试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。n7、计算机网络可从哪几个方面进行分类？n9、计算机网络有哪几部分组成？p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe学习总结结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,SoDonTGiveUp,StickToTheEnd演讲人：XXXXXX时间：XX年XX月XX日p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe学习总结结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,SoDonTGiveUp,StickToTheEnd演讲人：XXXXXX时间：XX年XX月XX日