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1、计算机网络原理本讲稿第一页，共八十二页参考书目q Computer Network（第五版）清华大学出版社q计算机局域网 胡道元 清华大学出版社q计算机网络技术蔡皖东 西安电子科技大学出版社q计算机网络概论何莉 高等教育出版社q计算机通信网原理 林生 西安电子科技大学出版社q计算机系统、数据库系统和通信网络的安全与保密 q蒋继洪、黄月江 西安电子科技大学出版社本讲稿第二页，共八十二页第第1章章 概概 述述1.1 计算机网络在信息时代中的作用计算机网络在信息时代中的作用q从工业经济向知识经济转变。从工业经济向知识经济转变。q知识经济中的两个重要特点是：知识经济中的两个重要特点是：信息化信息化和和
2、全球化全球化，必须依，必须依靠完善的网络。靠完善的网络。q网络（三网）：网络（三网）：电信网络电信网络有线电视有线电视计算机网络计算机网络q计算机网络计算机网络起到核心作用，起到核心作用，“三网合一三网合一”最终依靠计算最终依靠计算机网络完成。机网络完成。本讲稿第三页，共八十二页什么是计算机网络？什么是计算机网络？q将分布在不同地理位置上的具有独立处理将分布在不同地理位置上的具有独立处理能力的多台计算机连接起来，按照统一的能力的多台计算机连接起来，按照统一的规则协同工作，实现资源共享和信息通信，规则协同工作，实现资源共享和信息通信，这样的计算机系统称为这样的计算机系统称为计算机网络计算机网络。
3、q因特网因特网(Internet)(Internet)成为计算机网络的代表，成为计算机网络的代表，在最近的在最近的1010多年中发展迅速。现在人们的多年中发展迅速。现在人们的生活、工作、学习和交往都已经离不开因生活、工作、学习和交往都已经离不开因特网。特网。本讲稿第四页，共八十二页1.2 计算机网络的发展过程计算机网络的发展过程q计算机网络的产生计算机网络的产生计算机网络涉及到通信和计算机两个领域，两者计算机网络涉及到通信和计算机两个领域，两者相互结合。相互结合。q计算机与通信的相互结合主要有两个方面计算机与通信的相互结合主要有两个方面一方面，通信网络为计算机之间的数据传递和交一方面，通信网络
4、为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段；换提供了必要的手段；另一方面，数字计算技术的发展渗透到通信技术另一方面，数字计算技术的发展渗透到通信技术中，有提高了通信网络的各种性能。中，有提高了通信网络的各种性能。本讲稿第五页，共八十二页1.2.1 分组交换的产生分组交换的产生q现代计算机网络实际上是现代计算机网络实际上是20世纪世纪60年代美苏年代美苏冷战时期的产物。冷战时期的产物。q传统的电路交换的电信网存在可靠性差的缺传统的电路交换的电信网存在可靠性差的缺陷。陷。q在在60年代初，美国国防部领导的远景研究规年代初，美国国防部领导的远景研究规划局划局ARPA提出要研制一种崭新的、能够适应提
5、出要研制一种崭新的、能够适应现代战争的、生存性很强的网络。现代战争的、生存性很强的网络。本讲稿第六页，共八十二页新型网络必须满足的基本要求：新型网络必须满足的基本要求：1.用于计算机之间的数据传送；用于计算机之间的数据传送；2.能够连接不同类型的计算机；能够连接不同类型的计算机；3.所有的网络结点都同等重要；所有的网络结点都同等重要；4.必须有冗余的路由；必须有冗余的路由；5.尽可能地简单，非常可靠地传送数据；尽可能地简单，非常可靠地传送数据；6.每条路径的流量基本相同。每条路径的流量基本相同。q根据以上要求，一批专家终于设计出了使用分组交换的新根据以上要求，一批专家终于设计出了使用分组交换的
6、新型计算机网络。型计算机网络。本讲稿第七页，共八十二页电路交换电路交换交换机交换机(a)两部电话机两部电话机 直接连接直接连接(b)5部电话机部电话机 两两直接连接两两直接连接 N(N-1)/2对电线对电线(c)用交换机连接用交换机连接 许多部电话机许多部电话机图图1-1 电话机的不同连接方法电话机的不同连接方法本讲稿第八页，共八十二页电路交换电路交换q交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由计算机化的程控交换机实现。计算机化的
7、程控交换机实现。q特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。呼叫呼叫 建立连接建立连接 传输传输 挂断挂断 q优缺点：优缺点：建立连接的时间长；建立连接的时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。建立连接后，传输延迟小。本讲稿第九页，共八十二页电路交换形式电路交换形式q空分交换空分交换交换比特流所经过的端口号交换比特流所经过的端口号q时分交换时分交换交换比特流所经过的时隙交换比特流所经过的时隙q波分交换波分交换交换载荷比特的光的波长交换载荷比特的光的波长q面向连接
8、的面向连接的(connection-oriented)建立连接建立连接 通信通信 释放连接释放连接本讲稿第十页，共八十二页电路交换的示意图电路交换的示意图在通话的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽。在通话的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽。交换机交换机交换机交换机交换机交换机中继线中继线中继线中继线交换机交换机用户线用户线用户线用户线ACDB图图1-2 电路交换的示意图电路交换的示意图本讲稿第十一页，共八十二页报文交换报文交换q在这种交换方式中在这种交换方式中,两个端点之间无需建立两个端点之间无需建立专用的信道。如果一个端点想要发送专用的信道。如果一个端点想要发送报文报文(数
9、据传输单位数据传输单位)，则需要把目的端地址添，则需要把目的端地址添加在报文中一起发送出去。加在报文中一起发送出去。q报文将从一个节点被传送到另一个节点。报文将从一个节点被传送到另一个节点。在每个节点上在每个节点上,要接收整个报文并进行暂时要接收整个报文并进行暂时存储，待信道空闲时再转发出去，一级一存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为称为存储存储-转发转发。本讲稿第十二页，共八十二页报文交换的优点报文交换的优点q与电路交换方式相比，报文交换方式具有与电路交换方式相比，报文交换方式具有如下优点如下优点:线路利用率高线路利
10、用率高。因为节点之间的信道可被报因为节点之间的信道可被报文所共享。文所共享。这样这样,对相同的流量要求对相同的流量要求,所需的所需的总传输容量要小些。总传输容量要小些。接收者和发送者无需同时工作接收者和发送者无需同时工作,当接收者处于当接收者处于“忙忙”时时,中间节点可将报文暂时存储起来。中间节点可将报文暂时存储起来。当流量加大时当流量加大时,在电路交换网络中可能导致一在电路交换网络中可能导致一些呼叫被阻塞些呼叫被阻塞;而在报文交换网络中而在报文交换网络中,报文仍报文仍然可以接收然可以接收,但延时会增加。但延时会增加。本讲稿第十三页，共八十二页报文交换的缺点报文交换的缺点q报文交换方式也存在一
11、些缺点：报文交换方式也存在一些缺点：报文大小不一，造成缓冲区管理复杂；报文大小不一，造成缓冲区管理复杂；大报文造成存储转发的延时过长；大报文造成存储转发的延时过长；出错后整个报文全部重发；出错后整个报文全部重发；不适于实时通信或交互式通信，网络的延时比较不适于实时通信或交互式通信，网络的延时比较长，波动范围比较大。长，波动范围比较大。本讲稿第十四页，共八十二页分组交换分组交换q将报文划分为若干个大小相等的分组将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进进行存储转发。行存储转发。q分组分组(包包)的构成：的构成：首部首部+数据段数据段首部首部(header,包头包头)：包含目的地址、源地址
12、等控制信息：包含目的地址、源地址等控制信息数据段长度相等，例如，每个数据段为数据段长度相等，例如，每个数据段为1024 bit101001110101100 001010011101000数据数据首部首部分组分组数据数据首部首部分组分组数据数据首部首部分组分组发送在前发送在前报文报文图图1-3 分组的概念分组的概念本讲稿第十五页，共八十二页数 据数 据数 据数 据分组11010011101 11010011101 00101001110 00101001110报文发送端首部分组数 据首部分组首部数 据发送发送发送在前发送接收端数 据首部数 据首部数 据首部11010011101 1101001
13、1101 00101001110 00101001110分组交换分组交换本讲稿第十六页，共八十二页分组交换网分组交换网q分组交换网由若干结点交换机分组交换网由若干结点交换机(node switch)和连接这些交换机的链路组成。和连接这些交换机的链路组成。q主机主机(host)是为用户进行信息处理的，并且是为用户进行信息处理的，并且可以通过网路和其他主机交换信息。可以通过网路和其他主机交换信息。q结点交换机则是进行分组交换的，用来转发结点交换机则是进行分组交换的，用来转发分组的。各结点交换机之间也要经常交换路分组的。各结点交换机之间也要经常交换路由信息，但这是为了进行路由选择，即为转由信息，但这
14、是为了进行路由选择，即为转发分组找出一条最好路径。发分组找出一条最好路径。本讲稿第十七页，共八十二页分组交换网的示意图分组交换网的示意图ABDCEH1H2H4H6H3H5分组交换网分组交换网12341234H11 2 3 41 2 3 41 2 3 4H2H4H6H5H3结点结点交换机交换机高速链路高速链路ABDCE(a)分组交换网分组交换网(b)具有两组端口的结点交换机具有两组端口的结点交换机图图1-4 分组交换网的示意图分组交换网的示意图本讲稿第十八页，共八十二页结点交换机结点交换机q结点交换机处理分组的过程：结点交换机处理分组的过程：将收到的分组先放入缓存，将收到的分组先放入缓存，再查找
15、转发表，找出某个目的地址应从哪个端口再查找转发表，找出某个目的地址应从哪个端口转发，转发，然后由交换机构将改分组传递给适当的端口转发然后由交换机构将改分组传递给适当的端口转发出去。出去。q图图1-4中有两对主机在进行通信：中有两对主机在进行通信：H1和和H5H2和和H6本讲稿第十九页，共八十二页分组交换的优点分组交换的优点q高效高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。q灵活灵活：每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发的路由。每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发的路由。q迅速迅速：以分组作为传送单位，
16、通信之前可以不先建立连接就能发送分组；以分组作为传送单位，通信之前可以不先建立连接就能发送分组；网络使用高速链路。网络使用高速链路。q可靠可靠：完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。完善的网络协议；分布式多路由的通信子网。本讲稿第二十页，共八十二页分组交换存在的问题分组交换存在的问题q分组在各结点存储转发时需要排队，这会造分组在各结点存储转发时需要排队，这会造成一定的成一定的时延时延；q各分组必须携带的控制信息也造成了一定的各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销开销(overhead)。本讲稿第二十一页，共八十二页电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换t连接建立连接建立数据传送
17、数据传送连接释放连接释放报报文文报报文文报报文文P1P2P3P4P1P2P3P4P1P2P3P4报文直达终点报文直达终点报文报文 报文报文报文报文分组分组 分组分组分组分组存储存储转发转发存储存储转发转发存储存储转发转发存储存储转发转发ABCDABCDABCD三种交换的比较三种交换的比较图图1-5 三种交换的比较三种交换的比较本讲稿第二十二页，共八十二页三种交换的比较三种交换的比较q电路交换电路交换：在数据传送开始之前必须首先建立一条独占的：在数据传送开始之前必须首先建立一条独占的信道信道;在电路释放以前在电路释放以前,该信道将被一对端点完全占用该信道将被一对端点完全占用;对于对于猝发式的通信
18、猝发式的通信,电路利用率不高。电路利用率不高。q报文交换：报文交换：报文从源端传送到目的端采用存储报文从源端传送到目的端采用存储-转发方式。转发方式。在传送报文时在传送报文时,同时只占一段信道同时只占一段信道;在交换节点中需要缓冲在交换节点中需要缓冲存储存储,报文需要排队。因此报文需要排队。因此,报文交换不能满足实时通信的报文交换不能满足实时通信的要求。要求。q分组交换：分组交换：报文被分成若干分组进行传输报文被分成若干分组进行传输,并规定了最并规定了最大的分组长度。由于一个分组的长度往往远小于整个报大的分组长度。由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，但其
19、结文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，但其结点交换机必须具有更强的处理能力。点交换机必须具有更强的处理能力。本讲稿第二十三页，共八十二页三种交换的比较三种交换的比较q若要连续传输大量的数据，且其传送时间远若要连续传输大量的数据，且其传送时间远大于呼叫建立时间，则采用在数据通信之前大于呼叫建立时间，则采用在数据通信之前预先分配传输带宽的电路交换较为合适。预先分配传输带宽的电路交换较为合适。q报文交换和分组交换不需要预先分配传输带报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。道利用率。q分组交换比报文交换的时延小，
20、但其结点交分组交换比报文交换的时延小，但其结点交换机必须具有更强的处理能力。换机必须具有更强的处理能力。本讲稿第二十四页，共八十二页应用现状应用现状q分组交换技术是一种广泛应用于网络中的交分组交换技术是一种广泛应用于网络中的交换技术。换技术。现有的公共数据交换网都采用分组现有的公共数据交换网都采用分组交换技术，如交换技术，如X.25网络等。局域网也采用分网络等。局域网也采用分组交换技术。组交换技术。q电路交换技术主要用于电路交换技术主要用于ISDN(Integrated Services Digital Network,综合业务数字网综合业务数字网)中。中。本讲稿第二十五页，共八十二页从从以主
21、机为中心以主机为中心演变成演变成以网络为中心以网络为中心图图1-6 从以单个主机为中心从以单个主机为中心(a)演变到以通信子网为中心演变到以通信子网为中心(b)分组交换网分组交换网主机主机主机主机终端终端(a)(b)本讲稿第二十六页，共八十二页1.2.2 因特网时代因特网时代qARPANET的诞生的诞生美国国防部国防前沿研究项目署（美国国防部国防前沿研究项目署（ARPA）于）于1969年建成第一个分组交换网年建成第一个分组交换网ARPANET;1973年年ARPA网扩展成互联网，第一批接入的有网扩展成互联网，第一批接入的有英国和挪威计算机。英国和挪威计算机。1974年年ARPA的鲍勃的鲍勃凯恩
22、和斯坦福的温登凯恩和斯坦福的温登泽夫泽夫提出提出TCP/IP协议。协议。1983年年1月月1日，日，ARPA网将其网络核心协议由网将其网络核心协议由NCP改变为改变为TCP/IP协议。协议。本讲稿第二十七页，共八十二页因特网时代因特网时代qNSFnet网的建立网的建立1986年，美国国家科学基金会（年，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）建立了大学之间互）建立了大学之间互联的骨干网络联的骨干网络NSFnet，这是因特网历史上重要的，这是因特网历史上重要的一步。一步。NSFnet采用采用TCP/IP协议作为统一的标准协议协议作为统一的标准协议;19
23、94年，年，NSFNET转为商业运营。转为商业运营。本讲稿第二十八页，共八十二页三级结构的因特网三级结构的因特网国家主干网国家主干网地区网地区网校园网校园网企业网企业网地区网地区网校园网校园网企业网企业网地区网地区网校园网校园网企业网企业网图图1-7 三级结构的因特网三级结构的因特网本讲稿第二十九页，共八十二页基于基于ISP的多级结构的因特网的概念示意图的多级结构的因特网的概念示意图一级一级ISP 大公司大公司 大公司大公司 二级二级ISPNAPNAP 二级二级ISP 二级二级ISP 二级二级ISP 大公司大公司 本地本地ISP 本地本地ISP 公司公司 本地本地ISP校园网校园网校园网校园网
24、校园网校园网校园网校园网网络接入点网络接入点AB图图1-8 基于基于ISP的多级结构的因特网的概念示意图的多级结构的因特网的概念示意图本讲稿第三十页，共八十二页因特网时代因特网时代q Internet 因特网因特网1990年代，整个网络向公众开放。年代，整个网络向公众开放。在在1991年年8月，在蒂姆月，在蒂姆贝纳斯贝纳斯-李李(Tim Berners-Lee)在瑞士创立在瑞士创立HTML、HTTP和欧洲粒子物理研和欧洲粒子物理研究所究所(CERN)的最初几个网页之后两年，他开始宣的最初几个网页之后两年，他开始宣扬其万维网扬其万维网(World Wide Web)项目。项目。在在1993年，年
25、，Mosaic网页浏览器版本网页浏览器版本1.0被推出被推出在在1994年晚期，互联网开始逐步发展。年晚期，互联网开始逐步发展。1996年，年，“Internet”（因特网）一词被广泛的流（因特网）一词被广泛的流通，不过是指几乎整个的万维网。通，不过是指几乎整个的万维网。本讲稿第三十一页，共八十二页1.2.3 关于因特网的标准化工作关于因特网的标准化工作q因特网管理机构因特网管理机构:因特网协会因特网协会(Internet Society,简称为简称为ISOC)因特网体系结构研究委员会因特网体系结构研究委员会IAB(Internet Architecture Board)，负责管理因特网有关协
26、，负责管理因特网有关协议的开发。议的开发。因特网工程部因特网工程部IETF下设一些工作组，集中研究短期和中期的工程问题，主要针下设一些工作组，集中研究短期和中期的工程问题，主要针对协议的开发和标准化。对协议的开发和标准化。因特网研究部因特网研究部IRTF下设一些研究组，侧重于从理论方面研究和开发一些需要长下设一些研究组，侧重于从理论方面研究和开发一些需要长期考虑的问题。期考虑的问题。本讲稿第三十二页，共八十二页IETF RFCq所有的因特网标准都是以所有的因特网标准都是以RFC的形式发表。的形式发表。RFC（Requst For Comments)的中文意思就是的中文意思就是“请求评论请求评论
27、”。制定因特网的正式标准要经过一下的四个过程：制定因特网的正式标准要经过一下的四个过程：因特网草案因特网草案-在这个阶段还不是在这个阶段还不是RFC文档文档建议标准建议标准-从这个阶段开始就成为从这个阶段开始就成为RFC文档文档草案标准草案标准因特网标准因特网标准RFC文档可以在文档可以在 http:/www.ietf.org/rfc.html 查查阅阅本讲稿第三十三页，共八十二页1.2.4 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展q1989年年11月我国第一个公用分组交换网月我国第一个公用分组交换网CNPAC建成建成运行。运行。q1993年年9月建成新的中国公用分组交换网，并改称月建成新
28、的中国公用分组交换网，并改称CHINAPAC，由国家主干网和各省、区、市的省内网，由国家主干网和各省、区、市的省内网组成，在北京和上海设有国际出入口。组成，在北京和上海设有国际出入口。q1994年年4月月20日，我们用日，我们用64kb/s专线正式接入因特网。专线正式接入因特网。同年同年5月，中科院高能物理所设立我国的第一个万维月，中科院高能物理所设立我国的第一个万维网服务器。网服务器。q1994年年9月，中国公用计算机互联网月，中国公用计算机互联网CHINANET正式启动。正式启动。本讲稿第三十四页，共八十二页我国主要的公用计算机网络我国主要的公用计算机网络q中国公用计算机互联网中国公用计算
29、机互联网CHINANET(中国电信中国电信)q中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网CERNETq中国科学技术网中国科学技术网CSTNETq中国联通互联网中国联通互联网UNINET(中国联通中国联通)q中国网通互联网中国网通互联网CNCNET(中国网通中国网通)q中国国际经济贸易互联网中国国际经济贸易互联网CIETNETq中国移动互联网中国移动互联网CMNET(中国移动中国移动)q中国长城互联网中国长城互联网CGWNETq中国卫星集团互联网中国卫星集团互联网CSNET(中国卫通中国卫通)q中国铁通互联网中国铁通互联网CRNET(中国铁通中国铁通)本讲稿第三十五页，共八十二页我国因特网的发
30、展情况我国因特网的发展情况统计时间统计时间上网计算上网计算机数机数(万万)上网用户上网用户数数(万万)Cn下注册下注册的域名数的域名数WWW站站点数点数国际线路总国际线路总容量容量(Mb/s)1997.1029.9624,0661,50025.4081999.174.721018,3965,300143.2562000.135089048,69515,1533512001.18922,250122,099265,4052,7992002.11,2543,370127,319277,1007,597.52003.12,0835,910179,544371,6009,3802004.13,0897
31、,950340,040595,55027,2162005.14,1609,400432,077668,90074,4292006.14,95011,1001,096,924694,200136,1062007.15,94013,7001,803,393843,000256,696数据来源：中国互联网络信息中心公布的数据来源：中国互联网络信息中心公布的中国互联网络发展状况统计报告中国互联网络发展状况统计报告本讲稿第三十六页，共八十二页1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类1.3.1 计算机网络的不同定义计算机网络的不同定义q最简单的定义：最简单的定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。一些互
32、相连接的、自治的计算机的集合。q最庞大的计算机网络就是因特网，它由非常最庞大的计算机网络就是因特网，它由非常多的计算机网络通过许多路由器互连而成。多的计算机网络通过许多路由器互连而成。因此因特网也成为因此因特网也成为“网络的网络网络的网络”本讲稿第三十七页，共八十二页计算机网络的定义计算机网络的定义利用通信线路利用通信线路将将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统地理上分散的、具有独立功能的计算机系统通信设备通信设备按不同形式连接起来按不同形式连接起来以功能完善的网络软件以功能完善的网络软件实现实现资源共享资源共享信息传递信息传递的系统。的系统。本讲稿第三十八页，共八十二页计算机网络定义的含义
33、计算机网络定义的含义q计算机网络涉及三方面内容：计算机网络涉及三方面内容：至少至少2台计算机互联台计算机互联通信设备和线路介质通信设备和线路介质网络软件，是指通信协议和网络操作系统网络软件，是指通信协议和网络操作系统本讲稿第三十九页，共八十二页1.3.2 几种不同的分类方法几种不同的分类方法q按网络的交换功能分类，常用的交换方法有：按网络的交换功能分类，常用的交换方法有：电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换混合交换混合交换在一个数据网中同时采用电路交换和分组交换。在一个数据网中同时采用电路交换和分组交换。本讲稿第四十页，共八十二页1.3.2 几种不同的分类方法几种不同的分类方法q按
34、网络的作用范围分类按网络的作用范围分类广域网广域网WAN(Wide Area Network)几十到几千公里几十到几千公里局域网局域网LAN(Local Area Network)1公里，公里，10Mb/s。校园网、企业网。校园网、企业网。城域网城域网MAN(Metropolitan Area Network)550公里，速率更高，和局域网采用相同的体系结构。公里，速率更高，和局域网采用相同的体系结构。接入网接入网AN(Access Network)个人计算机、局域网和城域网之间的接口。个人计算机、局域网和城域网之间的接口。本讲稿第四十一页，共八十二页广域网、城域网、接入网和局域网之间的关系广
35、域网、城域网、接入网和局域网之间的关系广域网广域网城域网城域网城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网接入网接入网接入网接入网接入网接入网局域网局域网校园网校园网企业网企业网个人计算机个人计算机图图1-9 广域网、城域网、接入网和局域网之间的关系广域网、城域网、接入网和局域网之间的关系本讲稿第四十二页，共八十二页1.3.2 几种不同的分类方法几种不同的分类方法q按网络的使用者分类按网络的使用者分类公用网公用网国家的电信公司出资建造的大型网络，公众付费使用，国家的电信公司出资建造的大型网络，公众付费使用，所以也称公众网。所以也称公众网。专用网专用网某个部门为本单位的特殊业务工作的需要二建
36、造的网某个部门为本单位的特殊业务工作的需要二建造的网络，这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如：络，这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如：军队、铁路、电力、银行等系统均有本系统的专用网。军队、铁路、电力、银行等系统均有本系统的专用网。本讲稿第四十三页，共八十二页1.4 计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标q计算机网络的最主要的两个性能指标是：计算机网络的最主要的两个性能指标是：带宽（带宽（bandwidth）时延（时延（delay或或latency）本讲稿第四十四页，共八十二页1.4.1 带宽带宽q带宽通常指信号所占据的频带宽度。带宽通常指信号所占据的频带宽度。一个信号的带宽
37、是指该信号所包含的各种不同频一个信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。率成分所占据的频率范围。对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz）为单位。例如模拟语音电话的信号带宽为）为单位。例如模拟语音电话的信号带宽为3.1KHz（从（从300Hz到到3.4KHz）。）。本讲稿第四十五页，共八十二页1.4.1 带宽带宽q习惯上将习惯上将“带宽带宽”作为数字信道所能传送的作为数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率”的同义词。的同义词。数字信道上数据的发送速率等于数字信道的带宽。数字信道上数据的发送速率等于数字信道的带宽。q数字信道传
38、送数字信号的速率成为数字信道传送数字信号的速率成为数据率数据率或或比特率比特率。度量单位：比特每秒度量单位：比特每秒,b/s或或bit/s。kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。通常把后面的通常把后面的b/s省略，如：省略，如：10M,10G本讲稿第四十六页，共八十二页1.4.1 带宽带宽1秒钟有秒钟有106个比特个比特时间时间1s1010111秒钟有秒钟有4x106个比特个比特时间时间0.25s图图1-10 随着带宽的增大，数字信号在时间轴上的宽度变窄随着带宽的增大，数字信号在时间轴上的宽度变窄本讲稿第四十七页，共八十二页1.4.2 时延时延q时延（时延（delay或或latency）指一
39、个报文或分组从一个网络（或一条链路）的指一个报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。一端传送到另一端所需的时间。q时延是由以下几个不同的部分组成：时延是由以下几个不同的部分组成：发送时延。发送时延。传播时延传播时延处理时延处理时延本讲稿第四十八页，共八十二页发送时延发送时延q发送时延发送时延：结点在发送数据时使数据块从结：结点在发送数据时使数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间点进入到传输媒体所需要的时间也就是从数据块的第一比特开始发送算起，到最也就是从数据块的第一比特开始发送算起，到最后一个比特发送完毕所需的时间。后一个比特发送完毕所需的时间。q发送时延发送时延也称也
40、称传输时延传输时延，它的计算公式：，它的计算公式：发送时延发送时延=数据块长度数据块长度信道带宽信道带宽本讲稿第四十九页，共八十二页传播时延传播时延q传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离二花费的时间。传播时延的计算公式是：距离二花费的时间。传播时延的计算公式是：传播时延传播时延=信道长度信道长度电磁波在信道中的传播速率电磁波在信道中的传播速率电磁波在自由空间的传播速率是光速，即电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0 x105km/s。电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间略低：电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间略低：在铜线电缆中的
41、传播速率约为在铜线电缆中的传播速率约为2.3x105km/s，在光纤中，在光纤中的传播速率约为的传播速率约为2.0 x105km/s。本讲稿第五十页，共八十二页处理时延处理时延q处理时延处理时延：数据在交换结点为存储转发而进：数据在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。行一些必要的处理所花费的时间。在结点缓冲队列中，分组排队所经历的时延是处在结点缓冲队列中，分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。因此，处理时延的长理时延中的重要组成部分。因此，处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。短往往取决于网络中当时的通信量。有时可用有时可用排队时延排队时延作为作为处理时延处理时
42、延。本讲稿第五十一页，共八十二页1.4.2 时延时延q总时延总时延=传播时延传播时延+发送时延发送时延+处理时延处理时延1 0 1 1 0 0 1队列队列结点结点A结点结点B发送器发送器在这里产生在这里产生发送时延发送时延（即（即传输时延传输时延）在这里产生在这里产生处理时延处理时延在这里产生在这里产生传播时延传播时延链链 路路图图1-11 三种时延产生的地方不同三种时延产生的地方不同本讲稿第五十二页，共八十二页时延计算例子时延计算例子q假定有一个长度为假定有一个长度为100MB的数据块，在带宽的数据块，在带宽为为1Mb/s的信道上的发送时延是：的信道上的发送时延是：100*1024*1024
43、*8106=838.9sq然而若将这样的数据用光纤传送到然而若将这样的数据用光纤传送到1000km远远的计算机，那么传播时延是：的计算机，那么传播时延是：1000(2.0 x105)=5x10-3s=5msq如果传播距离减小到如果传播距离减小到1km，那么传播时延只，那么传播时延只有有5s。本讲稿第五十三页，共八十二页时延计算例子时延计算例子q要传送的数据仅要传送的数据仅1字节，在字节，在1Mb/s的信道上的的信道上的发送时延是：发送时延是：1*8106=8sq然而若将这样的数据用光纤传送到然而若将这样的数据用光纤传送到1000km远远的计算机，那么传播时延是：的计算机，那么传播时延是：100
44、0(2.0 x105)=5x10-3s=5msq总时延是：总时延是：5.008ms本讲稿第五十四页，共八十二页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：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。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。正确的概念本讲稿第五十五页，共八十二页比喻：汽车运货比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短宽带线路：车距缩短本讲稿第五十六页，共八十二页一种错误概念一种错误概念“宽带宽带”相当于相当于“多车道多车道”多车道公路是并行
45、传输100101110100100111010001011010通信线路上通常都是串行传输本讲稿第五十七页，共八十二页1.4.3 时延带宽积和往返时延时延带宽积和往返时延q传播传播时延带宽积时延带宽积：时延带宽积时延带宽积=传播时延传播时延 X 带宽带宽链路链路带宽带宽（传播）时延（传播）时延图图1-12 链路像一条空心管道链路像一条空心管道本讲稿第五十八页，共八十二页1.4.3 时延带宽积和往返时延时延带宽积和往返时延q往返时延往返时延RTT(Round-Trip Time)它表示从发送端发送数据开始，到发送端接收到它表示从发送端发送数据开始，到发送端接收到来自接收端的确认，总共经历的时延。
46、来自接收端的确认，总共经历的时延。本讲稿第五十九页，共八十二页1.5 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成计算机网络体系结构的形成q为了保证网络中的计算机系统之间能高度协为了保证网络中的计算机系统之间能高度协调地工作，它们必须都遵循某种网络标准。调地工作，它们必须都遵循某种网络标准。计算机网络体系结构就是网络标准。计算机网络体系结构就是网络标准。q1974年年IBM宣布了它研制的系统网络体系结宣布了它研制的系统网络体系结构构SNA。q1977年年ISO成立了专门研究网络体系结构的成立了专门研究网络体系结构的机构，并提出了著名的开放系统互连基本参机构，并提
47、出了著名的开放系统互连基本参考模型考模型OSI/RM，简称，简称OSI。本讲稿第六十页，共八十二页连接在网络上的两台计算机之间互相传送文件连接在网络上的两台计算机之间互相传送文件发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。要告诉网络如何识别接收数据的计算机。要告诉网络如何识别接收数据的计算机。发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接收数据。收数据。发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好文件的接收和存储文件的准备工作
48、。理程序是否已做好文件的接收和存储文件的准备工作。若计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成若计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成格式转换功能。格式转换功能。对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，以及网路中某个结点交换机出故障，应当有可靠的丢失，以及网路中某个结点交换机出故障，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够接收到正确的文件。措施保证对方计算机最终能够接收到正确的文件。本讲稿第六十一页，共八十二页1.5.2 划分层次的必要性划分层次的必要性q网络协议：网络协议：为进行网络的数据交换而建立的规则
49、、标准或约为进行网络的数据交换而建立的规则、标准或约定。定。q网络协议包括：网络协议包括：语法语法 数据与控制信息的结构或数据与控制信息的结构或格式格式语义语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答，即以及做出何种应答，即操作操作同步同步 事件实现顺序的详细说明，即事件实现顺序的详细说明，即时序时序q网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。分。本讲稿第六十二页，共八十二页网络网络接口接口网络接入模块网络接入模块通信服务模块通信服务模块文件传送模块文件传送模块网络接入模块网络接入模块通信服务模块通信服务模块文
50、件传送模块文件传送模块通信网络通信网络网络网络接口接口文件及文件传送命令文件及文件传送命令与通信有关的报文与通信有关的报文计算机计算机1计算机计算机2划分层次划分层次图图1-13 划分层次的举例划分层次的举例本讲稿第六十三页，共八十二页划分层次的好处划分层次的好处q各层之间是独立的各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的。q灵活性好灵活性好。当任何一层发生变化，只要层间接口关系保持不变，则这层以当任何一层发生变化，只要层间接口关系保持不变，则这层以上、以下各层均不受影响。上、以下各层均不受影响。q结构上可分割开结构上可分割开。各层都可