第一章计算机网络概述课件

第第1章章概述概述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1精选ppt第第1章章概述概述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2精选ppt第第1章章概述概述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3精选ppt1.1计算机网算机网络在信息在信息时代的作用代的作用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。4精选ppt1.1.1第一代第一代计计算机网算机网络络n1951年，美国麻省理工学院为美国空军设计SAGE半自动化地面防空系统。n美国通用电气公司的信息服务系统(GEInformationService)n特点：所谓“计算机网络”实际上只是主机与显示终端的远程通信。5精选ppt中中 心心计算机算机 前前前前 端端端端 处处 理理理理 机机机机MMMM集集中中器器集集中中器器TTTT.远程高程高速速线路路近程低近程低速速线路路面向面向终终端的端的计计算机网算机网络络6精选ppt1.1.2第二代第二代计计算机网算机网络络n现代意义上的计算机网络从1969年美国国防远景研究规划局建成的ARPANET实验网开始的。n特点：共享、分散控制、分组交换、采用专门的通信控制和处理机、分层的网络协议。7精选pptARPANETn组成元素IMP(InterfaceMessageProcessor)接口报文处理机主机H(Host)分组Packetn传送方式StoreandForward存储转发n网络划分通信子网、资源子网8精选pptHHHHAHBHHHHIMP5IMP2IMP1IMP3IMP4ARPANET9精选ppt1.1.3第三代第三代计计算机网算机网络络n国际标准化的网络具有统一的网络体系结构遵循国际标准化协议的计算机网络10精选pptARPANET的成功使的成功使计算机网算机网络的概念的概念发生根本生根本变化化n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。n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。11精选ppt从主机从主机为为中心到以网中心到以网络为络为中心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12精选ppt1.2因特网概述因特网概述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)。13精选ppt网网络与因特网与因特网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。14精选ppt(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点链路15精选pptInternet发发展展规规模和模和趋势趋势nInternet的的发展速度展速度是是历史上史上发展最快的一种技展最快的一种技术以商以商业化后达到化后达到 5000 万用万用户为例例电视用了用了13年，收音机用了年，收音机用了38年，年，电话更更长Internet 从商从商业化后达到化后达到 5000 万用万用户用用了了4 年年时间nInternet 正在以超正在以超过摩摩尔定理的速度定理的速度发展展16精选ppt网网络时络时代的三大基本定律代的三大基本定律摩摩尔定律定律:CPUCPUCPUCPU性能性能性能性能18181818个月个月个月个月翻番翻番翻番翻番,10,10,10,10年年年年100100100100倍。倍。倍。倍。所有所有所有所有电电子系子系子系子系统统（包括（包括（包括（包括电电子通子通子通子通信系信系信系信系统统，计计算算算算机）都适用机）都适用机）都适用机）都适用光光纤定律定律：超摩超摩超摩超摩尔尔定律定律定律定律，骨干网骨干网骨干网骨干网带宽带宽9 9个月个月个月个月翻番，翻番，翻番，翻番，10101010年年年年10000100001000010000倍倍倍倍。带宽带宽需求呈超需求呈超需求呈超需求呈超高速增高速增高速增高速增长长的的的的趋趋势势迈特卡特卡尔夫定夫定律律:联联网定律网定律网定律网定律，网网网网络络价价价价值值随用随用随用随用户户数平方成正比。数平方成正比。数平方成正比。数平方成正比。未未未未联联网网网网设备设备增加增加增加增加N N N N倍，效率增加倍，效率增加倍，效率增加倍，效率增加N N N N倍。倍。倍。倍。联联网网网网设备设备增增增增加加加加N N N N倍，效率增倍，效率增倍，效率增倍，效率增加加加加N N N N2 2 2 2倍倍倍倍17精选ppt网网络带宽与与CPU性能性能18精选ppt光光纤容量容量19精选ppt因特网的因特网的发展情况概况展情况概况网络数主机数用户数管理机构数19801010210210019901031051061012000105107108102200510610810910320精选ppt1.2.2因特网因特网发发展的三个展的三个阶阶段段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。21精选pptInternet和和Internet的区的区别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。22精选ppt因特网因特网发展的第一展的第一阶段段n第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。nARPA研究多种网络互连的技术。n1983年TCP/IP协议成为标准协议。n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n19831984年，形成了因特网Internet。n1990年ARPANET正式宣布关闭。23精选ppt因特网因特网发展的第二展的第二阶段段n1986年，NSF建立了国家科学基金网。NSFNET。它是一个三级计算机网络：主干网地区网校园网n1991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。n1993年因特网主干网的速率提高到45Mb/s（T3速率）。24精选ppt三三级结构的因特网构的因特网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25精选ppt三三级结构的因特网构的因特网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26精选ppt因特网因特网发展的第三展的第三阶段段n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。n1994年开始创建了4个网络接入点NAP(NetworkAccessPoint)，分别由4个电信公司经营。nNAP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。n从1994年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。27精选ppt多多级结构的因特网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。28精选ppt今日的多今日的多级结构的因特网构的因特网n大致上可将因特网分为以下五个接入级网络接入点NAP国家主干网（主干ISP）地区ISP本地ISP校园网、企业网或PC机上网用户29精选ppt举例：例：CERNETn中国教育和科研计算机网CERNET是由国家投资建设，教育部负责管理，清华大学等高等学校承担建设和管理运行的全国性学术计算机互联网络。它主要面向教育和科研单位，是全国最大的公益性互联网络。30精选pptCERNETCERNET分四级管理，分别是：n全国网络中心；n地区网络中心和地区主结点；n省教育科研网；n校园网。CERNET全国网络中心设在清华大学，负责全国主干网的运行管理。地区网络中心和地区主结点分别设在清华大学、北京大学、北京邮电大学、上海交通大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、电子科技大学、东南大学、东北大学等10所高校，负责地区网的运行管理和规划建设。31精选pptn32精选pptn33精选ppt1.2.3关于因特网的关于因特网的标准化工作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IABWGWGWG34精选ppt制制订因特网的正式因特网的正式标准要准要经过以下的四个以下的四个阶段段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)35精选ppt各种各种RFC之之间的关系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RFC36精选ppt1.3因特网的因特网的组成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）。37精选ppt因特网的核心部分（通信子网）因特网的边缘部分（资源子网）主机网络路由器因特网的边缘部分与核心部分38精选ppt1.3.1因特网的因特网的边缘部分部分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”39精选ppt两种通信方式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40精选ppt1.客客户服服务器方式器方式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。41精选ppt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。42精选ppt客客户软件的特点件的特点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。43精选ppt服服务器器软件的特点件的特点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。44精选ppt客客户进程和服程和服务器器进程程使用使用TCP/IP协议进行通信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客户户服服务务器器以后就逐级使用下层提供的服务(使用 TCP 和 IP）45精选ppt功能功能较强的的计算机算机可同可同时运行多个服运行多个服务器器进程程数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机3服服务务器器11服服务务器器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46精选ppt2.对等等连接方式接方式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。47精选ppt对等等连接方式的特点接方式的特点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。48精选ppt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49精选ppt1.3.2因特网的核心部分因特网的核心部分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。50精选ppt路由器的重要任路由器的重要任务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。51精选ppt分分组交交换,电路交路交换,报文交文交换n60年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。n传统的电路交换(circuitswitching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中只要有一个交换机或一条链路被炸毁，整个通信电路就会中断。n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。52精选ppt新型网新型网络的基本特点的基本特点n网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。n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。n所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。n计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。n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。53精选ppt1.3.2.1分分组交交换的的产生生n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。54精选ppt更多的更多的电话机互相机互相连通通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。55精选ppt使用交使用交换机机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56精选ppt“交交换”的含的含义n在这里，“交换”(switching)的含义是：转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。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。57精选ppt电路交路交换的特点的特点n电路交换必定是面向连接的。n电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接58精选ppt电路交路交换举例例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BDCA59精选ppt电路交路交换举例例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BDCA60精选ppt电路交路交换传送送计算机数据效率低算机数据效率低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。61精选ppt报文1.3.2.2分分组交交换的原理的原理分分组交交换的原理（一）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。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输62精选ppt数 据数 据数 据报文分分组交交换的原理（二）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”63精选ppt分分组交交换的原理（三）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364精选ppt分分组首部的重要性首部的重要性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。65精选ppt分分组交交换的原理（四）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66精选ppt数 据数 据数 据分分组交交换的原理（五）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110100011010101011010101110001001101001067精选ppt请请注意首部的位置注意首部的位置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68精选ppt因特网的核心部分因特网的核心部分n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。n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。n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。69精选pptH1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机70精选ppt注意分注意分组的的存存储转发过程程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组路由器主机71精选pptH1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机72精选ppt路由器路由器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：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。73精选ppt主机和路由器的作用不同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。74精选ppt分分组交交换的的优点点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；充分使用链路的带宽。n可靠完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。75精选ppt分分组交交换带来的来的问题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。76精选ppt存存储转发原理原理并非完全新的概念并非完全新的概念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。77精选ppt三种交三种交换的比的比较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78精选ppt1.4计算机网算机网络在我国的在我国的发展展(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）79精选ppt1.5计算机网算机网络的分的分类n1.5.1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”。n1.5.2几种不同的分类方法从网络的交换功能进行分类从网络的作用范围进行分类从网络的使用者进行分类80精选ppt1.5.2几种不同的分几种不同的分类方法方法（一）（一）n从网络的交换功能分类电路交换报文交换分组交换混合交换81精选ppt1.5.2几种不同的分几种不同的分类方法（二）方法（二）n从网络的作用范围进行分类广域网WAN(WideAreaNetwork)局域网LAN(LocalAreaNetwork)城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)82精选ppt规规模的划分模的划分10m同一房间100m同一建筑物1km同一园区10km同一城市100km同一国家1,000km同一洲内10,000km同一行星上83精选ppt广域网、城域网、接入网以及广域网、城域网、接入网以及局域网的关系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84精选ppt用来把用用来把用户接入到因特网的网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。85精选ppt1.5.2几种不同的分几种不同的分类方法（三）方法（三）n从网络的使用者进行分类公用网(publicnetwork)专用网(privatenetwork)86精选ppt1.6计算机网算机网络的主要性能指的主要性能指标n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)。87精选ppt常用的常用的带宽单位位n更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）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。88精选ppt数字信号流随数字信号流随时间的的变化化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/s89精选ppt时延延(delay或或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）90精选ppt时延延(delay或或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）91精选ppt时延延(delay或或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。92精选ppt时延延(delay或或latency)n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93精选ppt四种四种时延所延所产生的地方生的地方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94精选ppt容易容易产生的生的错误概念概念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。95精选ppt利用率利用率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。96精选ppt时延与网延与网络利用率的关系利用率的关系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。97精选ppt时延D利用率U10D0时延急剧增大98精选ppt1.7计算机网算机网络的体系的体系结构构n高速计算机信息网络是信息社会的神经和血管n体系结构：网络的骨架和神经n协议：网络的心脏和血液99精选pptn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。1.7.1划分层次的必要性100精选ppt划分划分层次的概念次的概念举例例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。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。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。101精选ppt两个两个计算机交算机交换文件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102精选ppt再再设计一个通信服一个通信服务模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103精选ppt再再设计一个网一个网络接入模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。104精选ppt分分层的好的好处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。105精选ppt层数多少要适当数多少要适当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。106精选ppt计算机网算机网络的体系的体系结构构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。107精选ppt1.7.2实体、体、协议、服、服务和服和服务访问点点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。108精选ppt协议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为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(networkprotocol)，简称为协议。109精选ppt网网络协议的的组成要素成要素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。110精选ppt协议很复很复杂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。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。111精选ppt实体、体、协议、服、服务和服和服务访问点（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)。112精选ppt实体、体、协议、服、服务和服和服务访问点（点（续）协议交换原语交换原语服务用户提供服务服务提供者第n层第n+1层服务用户SAPSAP113精选ppt1.7.3具有具有层协议的体系的体系结构构1.7.3.1ISO/OSI七层参考模型n 国际标准化组织（InternationalStandardsOrganization，ISO）于1981年颁布了开放系统互连OSI参考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSI/RM）的格式，通常简称为“七层模型”，参见图1-7-1。114精选ppt图1-7-1OSI网网络模型以两个通信模型以两个通信实体之体之间的分的分层结构构115精选ppt练习：OSI的七层模型OSI模型模型应用用层：与用：与用户最接近的一最接近的一层表示表示层：通用的数据格式，：通用的数据格式，语法法会会话层：控制会：控制会话传输层：流控、保：流控、保证可靠性可靠性网网络层：路径：路径选择、路由及、路由及逻辑选路路数据数据链路路层：帧、介、介质访问控制控制物理物理层：规定信号和介定信号和介质116精选ppt1.7.3.2OSI参考模型各层的功能图2-7所示的OSI参考模型每一层的功能、传输的数据单元，以及特点如下：1.物理层（PhysicalLayer）物理层是OSI模型的第1层，该层传输以“位”为单位的数据流，其主要功能用一句话表示就是“确定如何使用物理传输介质，实现两个节点间的物理连接，透明地传送比特位流。”。117精选ppt物理物理层说明：第一，物理层直接与物理信道相连接，因此物理层是7层中惟一的“实连接层”；而其他各层由于都间接地使用到物理层的功能，因此为“虚连接层”。第二，“透明”是一个很重要的术语。它表示的是某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。为了实现物理层的功能，该层所涉及的内容主要有以下几个方面：118精选ppt物理物理层（1）通信连接端口与传输媒体的物理和电气特性机机械械特特性性：规定了物理连接器的现状、尺寸、针脚的数量，以及排列状况等。电气气特特性性：规定了在物理连接信道上传输比特流时的信号电平、数据编码方式、阻抗及其匹配、传输速度和连接电缆最大距离的限制等。功功能能特特性性：规定了物理接口各个信号线的确切功能和含义。规程特性程特性：利用信号线进行比特流传输时的操作过程。119精选ppt物理物理层（2）比特数据的同步和传输方式物理层指定收发双方在传输时使用的传输方式，以及为保持双方步调一致而采用的同步技术。（3）网络的物理拓扑结构物理拓扑规定了节点之间外部连接的方式。（4）物理层完成的其他功能数据的编码调制技术通信接口标准120精选ppt数据数据链路路层2.数据链路层（DataLinkLayer）数据链路层是OSI模型的第2层，该层传输以“帧”为单位的数据单元，其主要功能用一句话表示就是“在物理层服务的基础上，通过各种控制协议，将有差错的实际物理信道变为无差错的、能可靠传输数据的数据链路”。121精选ppt网网络层3.网络层（NetworkLayer）网络层是OSI模型的第3层，该层传输以“分组”为单位的数据单元，其主要任务用一句话表示就是“为数据通过网络建立逻辑链接，即该层通过路由选择算法，为报文、或分组通过通信子网选择最适当的路径，并提供网络互联及拥塞控制功能”。122精选ppt传输层4.传输层（TransportLayer）传输层是OSI模型的第4层，该层传输以“报文”为单位的数据单元，其主要任务用一句话表示就是“向用户提供可靠的端到端的差错和流量控制，保证报文的正确传输”。传输层的目的是向高层屏蔽下层数据通信的细节，即向用户透明地传送报文。123精选ppt传输层n一般，OSI模型下3层的主要任务是数据通信，上3层的任务是数据处理。由于传输层（transportlayer）位于OSI模型的第4层，因此，也是计算机通信体系结构中最关键的一层，它是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起到承上启下的作用。124精选ppt会会话层、表示、表示层5.会话层（SessionLayer）会话层是OSI模型的第5层，它是用户应用程序和网络之间的接口，其主要任务用一句话表示就是“负责维护节点间的传输链接，确保点到点的数据传输与交换”。6.表示层（PresentationLayer）表示层是OSI模型的第6层，它的主要功能用一句话表示就是“处理节点间或通信系统间信息表示方式方面的问题，如数据格式的转换、压缩与恢复，及加密与解密等”。125精选ppt应用用层7.应用层（ApplicationLayer）应用层是OSI参考模型的最高层，即第7层，它提供用户应用程序和网络之间的接口，其主要功能用一句话表示为“直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作”。这一层还为用户提供各种服务，包括文件传送、远程登录、电子函件，及网络管理等。126精选ppt五五层协议的体系的体系结构构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127精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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PDU128精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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129精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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）130精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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131精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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132精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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2133精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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134精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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135精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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136精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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137精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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138精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！139精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110100101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140精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机210100110100101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141精选pptH3H4H5应 用 程 序 数 据计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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142精选pptH4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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143精选pptH5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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144精选ppt应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据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145精选ppt计算机算机1向向计算机算机2发送数据送数据5432154321计算机1AP2AP1计算机2我收到了AP1发来的应用程序数据！146精选ppt关于开放系关于开放系统互互连参考模型参考模型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。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。147精选ppt两种国两种国际标准准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。TCP/IP常被称为事实上的(de facto)国际标准。148精选ppt1.7.4OSI与与TCP/IPTCP/IP参考模型各参考模型各层的功能的功能n应用层（applicationlayer）n运输层（transportlayer）n网际层（internetlayer）n网络接口层（host-to-networklayer）149精选pptTCP/IP参考模型与参考模型与OSI参考参考模型的模型的对应关系关系应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI的体系结构应用层网络接口层网际层IP(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)TCP/IP的体系结构无连接分组交付服务运输服务(可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP的三个服务层次150精选ppt网网络接口接口层nTCP/IP参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报;n允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，例如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等;n当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容;n充分体现出TCP/IP协议的兼容性与适应性，它也为TCP/IP的成功奠定了基础。151精选ppt网网际层n相当OSI参考模型网络层无连接网络服务；n处理互连的路由选择、流控与拥塞问题；nIP协议是一种无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。152精选ppt运运输层n主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接；n传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议；n用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。153精选ppt应用用层n网络终端协议Telnetn文件传输协议FTPn简单邮件传输协议SMTPn域名系统DNSn简单网络管理协议SNMPn超文本传输协议HTTP154精选ppt沙漏沙漏计时器形状的器形状的TCP/IP协议族族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155精选pptOSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较对OSI参考模型的评价n层次数量与内容选择不是很好，会话层很少用到，表示层几乎是空的，数据链路层与网络层有很多的子层插入；nOSI参考模型将“服务”与“协议”的定义结合起来，使得参考模型变得格外复杂，实现困难；n寻址、流控与差错控制在每一层里都重复出现，降低系统效率；n数据安全性、加密与网络管理在参考模型的设计初期被忽略了；n参考模型的设计更多是被通信的思想所支配，不适合于计算机与软件的工作方式；n严格按照层次模型编程的软件效率很低。156精选ppt对TCP/IP参考模型参考模型评价价n在服务、接口与协议的区别上不很清楚，一个好的软件工程应该将功能与实现方法区分开，参考模型不适合于其它非TCP/IP协议族；nTCP/IP参考模型的网络接口层本身并不是实际的一层；n物理层与数据链路层的划分是必要和合理的，但是TCP/IP参考模型却没有做到这点。157精选ppt1.7.5网络的三个著名标准化组织的组成与主要贡献n一、国际标准化组织ISOn1.ISO（InternationalStandardsOrganization）美 国 国 家 标 准 组 织ANSI（AmericanNationalStandardsInstitute）及其它各国的国家标准组织的代表组成。n2.ISO的主要贡献n开放系统互连参考模型（OSI/RM，OpenSystemInterconnection/ReferenceModel），也就是七层网络通信模型的格式，通常称为“七层模型”。158精选ppt二、电气电子工程师协会IEEEn1.IEEE（TheInstituteofElectricalandElectronicEngineer）组成电气电子工程师。是世界上最大的专业组织之一。n2.IEEE主要贡献n对于网络而言，IEEE一项最了不起的贡献就是对IEEE802协议进行了定义。802协议主要用于局域网。159精选ppt三、三、美国国防部高美国国防部高级研究研究计划局划局ARPAn1.ARPA（Advanced Research ProjectsAgency）组成n美 国 国 防 部 高 级 研 究 计 划 局，又 称DARPA（其中，“D：Defense”表示国防部）。n2.ARPA的主要贡献nARPA最主要贡献是提供了连接不同厂家计算机主机的TCP/IP通信标准。160精选ppt1.7.6面向面向连接服接服务与与无无连接服接服务n面向连接服务(connection-oriented)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)两个实体之间的通信不需要先建立好连接。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”。161精选ppt