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1、第一章第一章1.1计算机网络计算机网络发展简史发展简史1.2 计算机网络的定义及其特点计算机网络的定义及其特点1.3互联网概述互联网概述1.4计算机网络的类别计算机网络的类别1.5互互联联网的网的组组成成1.6计算机网络的性能计算机网络的性能1.7 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构1.5互联网的组成互联网的组成从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：l边缘边缘部分：部分：由所有连接在互联网上的主机组由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信成。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、传送数据、音频或视频）和资源共享。l核心核心部分：部分：由大量网络和连接这些网络的路由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）。供连通性和交换）。互联网的边缘部分互联网的核心部分l网络核心部分是互联网中最复杂的部分。网络核心部分是互联网中最复杂的部分。l网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供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）。他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
3、l在网络核心部分起特殊作用的是在网络核心部分起特殊作用的是路由器路由器 (router)(router)。l路由器是实现路由器是实现分组交换分组交换 (packet switching)(packet switching)的关的关键构件，其任务是键构件，其任务是转发转发收到的分组，这是网络核心收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。部分最重要的功能。电路交换电路交换分组交换网的示意图注意分组路径的变化！H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组ABDEC路由器H2H4H6H5H3H1互联网主机注意分组的存储转发过程H1ABDECH5H6H2H3路由器最后到达目的主机 H5互联网H1 向
4、 H5 发送分组H4在路由器 A 暂存查找转发表找到转发的端口转发在路由器 C 暂存查找转发表找到转发的端口转发在路由器 E 暂存查找转发表找到转发的端口转发分组交换的优点优点所采用的手段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。灵活为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。迅速以分组作为传送单位，可以不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；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。分组交换带来的问题l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。l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
5、念l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)。l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。P2P4P3P4P3路由器报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t数据传送报文P1连接释放数据传送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P2P1P1P3P2P4存储转发存储转发 存储转发连接建立1.1计算机网络计算机网络发展简史发展简史1.2 计算机网络的定义及其特点计算机网络的定义及其特点1.3互联网互联网概述概述1.4计算机网络的类别计算机网
6、络的类别1.5互联网的组成互联网的组成1.6计算机网络的性能计算机网络的性能1.7 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构1.6.1 计算机网络的性能指标计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标，主要包括：l速率l带宽l吞吐率l时延l时延带宽积l往返时间 RTTl利用率1.速率l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。l比特（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。l速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是数据的传送速率，它也称为数据率(data rate)或比特率(bit
7、rate)。l速率的单位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。例如4 1010 bit/s 的数据率就记为 40 Gbit/s。l速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。2.带宽两种不同意义：l“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。l在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s，即“比特每秒”。在“带宽”的上述两种表述中，前者为频域称谓，而后者为时域称谓，其本质是相同的。也就是说，一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的
8、“最高数据率”也越高。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 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mbit/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mbit/s 3.吞吐量l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。l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。l吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。4.时延l时延(delay 或 latency)是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。l有时也称为
9、延迟或迟延。l网络中的时延由以下几个不同的部分组成：发送时延传播时延处理时延排队时延4.时延发送时延l也称为传输时延。l发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。l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=数据帧长度（bit）发送速率（bit/s）传播时延l电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。l发送时延与传播时延有本质上的不同。l信号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）4.时延处理时延l主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找
10、路由）所花费的时间。排队时延l分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延。l排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。4.时延数据在网络中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 +排队时延必须指出，在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析。4.时延 四种时延所产生的地方1 0 1 1 0 0 1发送器队列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)在结点 A 中产生处理时延和排队时延数据假设从结点 A 向结点 B 发送数据链路几种时延产生的地方不一样容易产生的错误概念l对于高速网
11、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。l提高链路带宽减小了数据的发送时延。以下说法是错误的：“在高速链路（或高带宽链路）上，比特会传送得更快些”。5.时延带宽积链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。（传播）时延链 路带宽时延带宽积=传播时延 带宽只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到了充分利用。链路像一条空心管道6.往返时间l互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的。因此，有时很需要知道双向交互一次所需的时间。l往返时间 RTT(round-trip time)表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。l在互联网中
12、，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。l当使用卫星通信时，往返时间 RTT 相对较长，是很重要的一个性能指标。7.利用率l分为信道利用率和网络利用率。l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）。l完全空闲的信道的利用率是零。l网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。l信道利用率并非越高越好。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。时延与网络利用率的关系l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。l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
13、公式表示 D 和 D0 之间的关系：其中：U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。时延与网络利用率的关系时延 D利用率 U10D0时延急剧增大当信道的利用率增大时，该信道引起的时延迅速增加。1.6.2 计算机网络的非性能特征一些非性能特征也很重要。它们与前面介绍的性能指标有很大的关系。主要包括：l费用l质量l标准化l可靠性l可扩展性和可升级性 l易于管理和维护 小小结结互联网的组成互联网的组成边缘部分、核心部分边缘部分、核心部分端系统之间通信的含义（客户端系统之间通信的含义（客户服务器方式，对等通信服务器方式，对等通信方式）方式）三种交换技术（电路交换，报文交换，分组交换）三种交换技术（电路交换，报文交换，分组交换）计算机网络的性能计算机网络的性能计算机网络的性能指标（速率、带宽、吞吐率、时延、计算机网络的性能指标（速率、带宽、吞吐率、时延、时延带宽积、往返时间、利用率）时延带宽积、往返时间、利用率）时延（处理时延、排队时延、传播时延、传输时延）时延（处理时延、排队时延、传播时延、传输时延）