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计算机网络,你每天都上网吗？,谁是中国第一个上网的人？,1987年9月20日，钱天白先生通过国际互联网向前西德卡尔斯鲁厄大学发出了中国第一封电子邮件穿越长城，走向世界 钱天白先生为我国互联网创始人。 1990年11月28日，他代表CANET在美国的国际互联网中心正式注册了中国的顶级域名CN，他也成为顶级域名CN的行政管理者，标志着中国网络在国际上有了自己的位置。 1998年5月8日，钱天白先生因心脏病，在北京辞世，英年53岁。,前言网络与生活,据法新社报道，联合国电信机构负责人哈马德图埃2011年1月26日发表声明称，截至2011年，全球互联网使用人数已突破20亿人。 哈马德称，至2000年，全球移动电话用户约为5亿，互联网用户也仅有2.5亿。但此后，世界移动电话和互联网用户便如雨后春笋般迅速增长，至2011年，两者的数字已分别达到50亿和20亿。,网络与生活,中新网2011年1月19日电 ：中国互联网络信息中心(CNNIC)发布了第27次中国互联网络发展状况统计报告(以下简称报告)。报告显示，截至2010年12月底，我国网民规模达到4.57亿，较2009年底增加7330万人。 另外，我国手机网民规模达3.03亿，依然是拉动中国总体网民规模攀升的主要动力，但用户手机网民增幅较2009年趋缓；最引人注目的是，网络购物用户年增长48.6%，是用户增长最快的应用，预示着更多的经济活动步入互联网时代。,网络与生活,网页搜索和博客在网民中的普及度最高，超过90%的网民使用这两种服务，相比其他网络服务优势明显。而由于初级网民数量的上升，网站导航服务用户数量快速增长，至10年3月覆盖人数上升至2.4亿人。艾瑞咨询分析认为，由于互联网信息的庞大，搜索服务对网民的重要性日益突出。覆盖人数最多的八类网络应用中包含了网页搜索、知识搜索两类搜索服务。其他如百科搜索、视频搜索等垂直搜索服务的用户数量也快速增长。,网络与生活,根据DCCI2009上半年调查数据显示：互联网用户上网接入方式以ADSL方式为主，占比近六成（59.9%），ADSL接入方式继续增多，与去年同期比较增长5个百分点。其次是小区宽带，占比为17.5%，电力上网作为新型宽带接入技术，处于发展初期，占比仅为0.9%。整体看来，通过宽带上网的互联网用户达到85.6%。较高的互联网接入带宽是许多互联网应用服务的先决条件，网络游戏、在线视频等都要求较高的互联网接入速度。随着基础硬件的不断提升，带宽费用的下降，互联网宽带用户的比例会越来越高。 农村市场：引领下一波发展浪潮，中国政府一直致力于农村地区经济的发展，以期刺激消费增长。虽然农村地区宽带普及率仍然很低，但网络覆盖范围是非常广泛的。,中国互联网络信息中心(CNNIC)第27次中国互联网络发展状况统计报告内容特点： 网民规模突破4.5亿大关 上网设备呈多元化发展 固网宽带普及率接近全覆盖 网速远低于全球水平 商务应用持续“领跑”网络 网络娱乐渐入平稳期 中小企业试水“网络营销” 基础网络安全不容忽视,移动互联网,2009年“3G元年”，是中国移动互联网发展的关键拐点。备受关注的移动互联网行业中蕴含着众多机会，一大批移动互联网的公司在2009年崛起，同样，互联网巨头也大规模切入移动互联网。这一切都再向我们昭示：中国已经进入了3G时代。 2009中国互联网大会（2009.11.4）其中最为引人关注的是3G和移动互联网将首次被纳入大会主题报告中。 2010中国北京互联网大会（8.17-8.19）：移动互联网处在爆发的前夜，宜搜CEO汪溪预计，2011年，移动互联网用户数将超过传统互联网用户数。易查董事长刘斌也发表观点认为，在今年和明年，移动终端数量会快速增长，明年或者后年内容会出现爆炸性增长。 中国互联网协会理事长胡启恒在2010中国互联网产业年会上表示，我国互联网程序高速发展，网民规模进一步扩大达到4.5亿，移动互联网数目达到2.77亿，互联网普及率上升大33%，电子商务交易额达4.5万亿元。,在如今的移动互联网时代，一切都发生了变化。最明显的就是，移动互联网产业格局已大不同于传统互联网。“无论传统互联网上有多少服务，大部分还是要落地在一个很大的联盟中，就是Wintel联盟。这一联盟的存在，一方面促进了产业的标准化和规模化，另一方面也削弱了创新性。”陈石表示，“反过来看移动互联网，我们发现很典型的多元化特征。这种多元化首先体现在移动互联网业有四种力量相互抗衡：硬件制造商、运营商、软件提供商、互联网内容和服务提供商。”,是否感觉生活已经离不开网络？ 想像一下没有网络的大学生活？,网络也是一把双刃剑,网络与安全,思考几个问题,什么是网络？ 网络为什么能准确地传递数据？ 如何传递这些数据、并且避免数据的丢失和错误？ 谁在建设、运维这些网络？ 这些网络又是如何进行设计和安装的？ 除了网卡、网线、还需要什么别的设备？谁制造这些设备？ ,你以后打算从事网络行业么？,Cisco 的薪酬架构： 三部分构成：一部分为固定薪资，一部分是奖金，还有一部分是股票。因为在中国不能实现股票支付，所以Cisco在中国根据一定的比照方式用现金支付给员工。薪资的固定部分比奖金多，股票部分是最具诱惑的一部分，股票是按国际一致的标准，一年给员工兑现一次。 basepay*12+15%住房补贴+8-10%bonus+少许股票=年薪 应届硕士7500月.第一年全收入近十万.第二年收入11万左右.思科工作五年的员工一般年收入为15万到17万左右. 给大家一些参考值 ： 本科3年有个测试的开了15w 硕士2年基本在16-18w 硕士3年基本在17w-20w,获得思科CCIE认证工程师的职业去向及工资水平,华为薪酬： 2008参加校园招聘进的华为，听说本科生是均价，税前5500 硕士6500-8000，社招的也普遍不低于应届。 福利：华为的福利分两大类。 一是工卡里的钱，根据工作地域不同分3类：工作地在深圳关外，1000每月；工作地在国内其它地区，800每月；工作地在海外没有。这笔钱每月打到工卡里，可用于购买班车票，在公司食堂就餐及在公司小卖部购物，不得取现。但每年底高于一定数额的或离职时可以一次取现，不过要扣20%的税。二是每月基本工资15%的退休基金，不过也要扣20%的税。这两部分加起来税后每个人也基本在1000多。 3、加班费。加班费主要看部门和领导。标准按你的基本月工资除以月法定工作日。分为一天和半天。研发和市场很少有，除非是统一的为了干项目的强制加班。技术支援只有周末才算，平常晚上不算。 补助：出差补贴、市内出差误餐补贴、海外补贴（艰苦地区较高，有的地方以美元计）,本课程教学目的,理解计算机网络 掌握计算机网络的体系结构 熟悉各层的主要协议、工作原理 培养对计算机网络及数据通信的兴趣 了解最新网络技术及发展动向,教学计划,第一章 概述 （6学时） 第二章 物理层 （8学时） 第三章 数据链路层 （16学时） 第四章 网络层 （16学时） 第五章 运输层 （8学时） 第六章 应用层协议 （6学时） 第七章 网络安全 （2学时） 机动 （2学时）,第 1 章 概述,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。,1.2.1 计算机网络的产生背景,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。,1.2.2 三种数据交换方式,电路交换：（传统电信网中的数据交换方式） 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。 若5 部电话机两两相连，需 10 对电线。 事实上，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。,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,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,“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。 电路交换的三个阶段： 建立连接 通信 释放连接 这种经过上述三个步骤的连接方式称为“面向连接”（connection-oriented）,电路交换的本质特点不适合计算机网络，为什么？ 计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。 铺设的通信线路未被充分利用而浪费。,分组交换,报文,分组交换 是一种存储转发技术，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。,数 据,数 据,数 据,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）。,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。 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,数 据,数 据,数 据,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。,分组交换的特征是基于标记（lable-based），分组交换在传送连接之前不需要先建立一条通信线路。 这种不先建立连接的连网方式，称为无连接（connectionless） 分组交换机网由若干个节点交换机（node switch）和连接这些swtich的链路组成。,分组交换网的示意,H1,A,互联网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,路由器,主机,分组存储转发过程,H1,A,互联网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,路由器,主机,在节点交换机 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口,最后到达目的主机 H5,在节点交换机 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口,在节点交换机 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口,报文交换,报文交换（message switching） 也是一种存储转发的方式，对所传的消息形成一个“报文”，对报文不分段。 整个报文传到相邻节点，全部存储起来再查找转发表，转发到下一站点。 从所传消息大小来说，一般报文大小是不固定，而每个分组的大小是固定的。（不是区分分组与报文转发方式的依据）,三种交换的比较,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,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,1.2.3 因特网概述,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，是“网络的网络”(network of networks) 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。 连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。 internet 和 Internet 的区别（以 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I开始的 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）,因特网发展的三个阶段（P4）,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。 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）。 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)。,1.2.5 计算机网络在我国的发展,见书P15，1.4小节,1.3 计算机网络定义与分类,1.3.1 计算机网络的定义 计算机网络（Network）是将处在不同地理位置且相互独立的计算机或设备，通过通信介质和网络设备按照特定的网络协议相互连接起来，利用网络操作系统进行管理和控制。从而实现信息传输和资源共享的一种信息系统。 定义的要点： 各计算机之间是独立的； 在协议 ( Protocol ) 的支持下进行工作； 目的是实现资源共享； 互连的手段是各种各样的。可以是有线连接，也可以是无线连接。,1.3.2 计算机网络的分类,标准不同，分类名字则不同，一般按以下方式来分 不同的交换方式（电路、报文、分组、混合） 不同作用范围（局域网、城域网、广域网、接入网） 不同的网络拓扑结构（组成形式）（总线、星型、树形、网状型） 不同的网络使用者（公用网、专用网）,1.4 .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。,思考：KB/S与kb/S有无区别？,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 （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 请注意：在计算机世界中，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。,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。,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。,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。,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+排队时延,四种时延所产生的地方,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,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,不同的情况下，那一种时延占主导地位，需要具体分析，参见教科书P20 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。,例1,若需要传送报文共x（bit），从源点到终点共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b（b/s）。在电路交换时电路建立时间为s(s)，在分组交换时分组长度为p(bit)，且各节点的排队等候时间可以忽略不计，问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？,例2,在上题中，设报文长度和分组长度为x和(p+h)(bit)，其中p为分组的固定长度，h为分组的首部长度，与p的大小无关，通信经过k段链路，链路数据率为b(b/s)，忽略传播时延和排队时延，若打算使总时延最小，问分组数据部分长度p应如何取值？,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,例3,假设信号在媒体上的传播速率为2.3x108m/s，媒体长度为100km，计算当数据率为1Mb/S时媒体中正在传送的比特数？,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。 通俗讲信道利用率是信道的占用程度 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。,信道利用率 =,数据发送时间,数据发送时间+传播时延（往返）,从用户的角度考虑问题，信道利用率越低越好。在这种情况下，用户什么时候想使用就可以使用，不会遇到信道太忙无法使用的情况。用户使用公用的通信信道是随机使用的，如果在某个时间，使用信道的人数太多，信道就可能处于繁忙状态，这时，有的用户就无法使用这样的信道。 电信公司总是希望他们所建造的通信信道的利用率要高一些，越高越好。 信道的平均利用率应当多大才合适呢？这并没有什么标准。有些ISP把信道的平均利用率设为50%，也有的为了省钱，设为80%。但一般都认为，把信道的平均利用率设为90%肯定是不行的。,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 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 U,1,0,D0,时延 急剧 增大,1.4.2 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,1.5 .1 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。比如，可以设想一个简单的情况，2台计算机之间要互相传递文件： 显然，首先2台计算机必须有物理线路相连。 发起通信的计算机必须首先要知道数据是否能在这条通路上发送和接受，即对通信线路“激活” 要告诉网络如何识别接受数据的计算机 发起通信的计算机必须知道对方计算机是否已经准备好接受数据,两个主机交换文件,我们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。 再设立一个通信模块，用来保证文件和文件传送的命令可靠地在两个系统之间交换 ,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,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,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。,分层思想,由上可见，相互通信的计算机系统必须高度地协调工作才行，而这种协调是相当复杂的。 为设计这样复杂的网络系统，早在最初的ARPNET设计时即提出了分层思想。 分层可将复杂的问题转化为若干较小的局部问题，易于研究和处理。,划分层次的必要性,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（同步含有时序的意思）。 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。,网络协议三要素,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。,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。,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。,1974年，IBM公布了他研制的系统网络体系结构SNA（System Network Architecture），随后，很多公司推出了自己的网络体系架构。 网络体系结构的出现，使得同一个公司的设备容易互连，而不同公司的设备互连困难，造成垄断。 因此，网络体系结构应该有全球的标准。,ISO标准,1977年，国际标准化组织成立专门机构研究这个问题 随后推出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM（open systems Interconnection Refrence Model），简称OSI。 1983年形成的正式的文件，即ISO7498国际标准。,ISO的OSI参考模型,比特 流,数据帧,帧组成数据包,提供格式化的表示和转换数据服务,可靠的报文 传输,访问验证和会话管理,通信的性质，接口服务,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。 遗憾的是，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。,两种国际标准,法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。 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。,1.5.2 具有五层协议的体系结构,TCP/IP原来并没有一个明确的体系结构，后来把它分为四层。,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。 但最下面的网络接口层并没有具体内容。 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,应用层(application layer) 运输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer),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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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）,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,IP 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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,主机 1 向主机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,物理传输媒体,主机 1,AP2,AP1,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,主机 2,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去首部，取出数据部分 上交给运输层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,运输层剥去首部，取出数据部分 上交给应用层,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据 上交给应用进程,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,应 用 程 序 数 据,10100110100101 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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,10100110100101 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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,H2,T2,H3,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层,H4,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 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,主机 1 向主机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,主机 1,AP2,AP1,主机 2,我收到了 AP1 发来的 应用程序数据！,因特网协会的标准化工作,1992年，成立了一个国际化组织因特网协会Internet Society 简称ISOC，对因特网进行全面的管理,正式标准的制定过程： 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 （request for comments）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,1.5.3 实体、协议、服务和服务访问点,实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 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。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,实体、协议、服务服务访问点,本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。 下面的协议对上面的服务用户是透明的。 协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。 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。 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 (Service Access Point)。,实体、协议、服务和服务访问点,协议(n + 1),SAP,SAP,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),服务是网络体系结构中各层向它的上层提供的一组原语（操作）。尽管服务定义了该层能够代表它的用户完成的操作，但丝毫也未涉及这些操作是如何实现的。 服务描述两层之间的接口，下层是服务提供者，上层是服务用户。而协议是定义同层对等实体间交换帧、数据包的格式和意义的一组规则。网络各层实体利用协议来实现它们的服务。只要不改变提供给用户的服务和接口，实体可以随意地改变它们所使用的协议。这样，服务和协议就完全被分离开来。 在O S I参考模型之前的很多网络并没有把服务从协议中分离出来，造成网络设计的困难，现在人们已经普遍承认这样的设计是一种重大失策。,协议很复杂,协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。,著名的协议举例,占据东、西两个山顶的蓝军1和蓝军2与驻扎在山谷的白军作战。其力量对比是：单独的蓝军1或蓝军2打不过白军，但蓝军1和蓝军2协同作战则可战胜白军。现蓝军1拟于次日正午向白军发起攻击。于是用计算机发送电文给蓝军2。但通信线路很不好，电文出错或丢失的可能性较大（没有电话可使用）。因此要求收到电文的友军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可能出错或丢失。试问能否设计出一种协议使得蓝军1和蓝军2能够实现协同作战因而一定（即100 %而不是99.999%）取得胜利？,这样的协议无法实现！,结论,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。 没有一种协议能够蓝军能 100% 获胜。,首先是层次结构不一样 TCPIP一开始考虑到了多种网络互联的问题 TCPIP一开始对面向连接服务和无连接服务并重 较早具有网络管理功能,1.5.4 OSI与TCP/IP的比较,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,4 3 2 1,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,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,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 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上,1.6 应用层的客户-服务器方式,“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”。 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。（例如主机 A 请求 B 的服务时，A 是客户，B 是服务器。但下一次通信中，如果 B 又向 A申请服务，那么 A 又起着服务器的作用。 ）,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,应用层,应用层,因特网,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,因特网,