計算機網(wǎng)絡(luò)ppt課件.ppt

江西財經(jīng)大學軟件學院 計算機網(wǎng)絡(luò) 第5版 課件 邢芳主講 大綱要求 一 計算機網(wǎng)絡(luò)概述1 計算機網(wǎng)絡(luò)的概念 組成與功能2 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類3 計算機網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史4 計算機網(wǎng)絡(luò)的標準化工作及相關(guān)組織 二 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與參考模型1 計算機網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)2 計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 接口 服務(wù)等概念3 ISO OSI參考模型和TCP IP模型 計算機網(wǎng)絡(luò) 概念 組成 功能 分類 發(fā)展 標準化工作 組織 計算機網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu) 實體 協(xié)議 接口 服務(wù) 體系結(jié)構(gòu) 計算機網(wǎng)絡(luò) 兩部分 6種功能 1 按范圍劃分2 按使用者劃分3 按交換功能劃分 原因 基礎(chǔ) 1 2 3 7層4層 實體 協(xié)議 接口 服務(wù) 體系結(jié)構(gòu) 第1章概述 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用1 2因特網(wǎng)概述1 2 1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)1 2 2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段1 2 3因特網(wǎng)的標準化工作1 2 4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1 3因特網(wǎng)的組成1 3 1因特網(wǎng)的邊緣部分1 3 2因特網(wǎng)的核心部分 第1章概述 續(xù) 1 4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1 5計算機網(wǎng)絡(luò)的類別1 5 1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義1 5 2幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)1 6計算機網(wǎng)絡(luò)的性能1 6 1計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標1 6 2計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 第1章概述 續(xù) 1 7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1 7 1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成1 7 2協(xié)議與劃分層次1 7 3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)1 7 4實體 協(xié)議 服務(wù)和服務(wù)訪問點1 7 5TCP IP的體系結(jié)構(gòu) 1 1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用 21世紀的一些重要特征就是數(shù)字化 網(wǎng)絡(luò)化和信息化 它是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎(chǔ) 網(wǎng)絡(luò)是指 三網(wǎng) 即電信網(wǎng)絡(luò) 有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò) 發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò) 因特網(wǎng) Internet 的發(fā)展 進入20世紀90年代以后 以因特網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展 已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò) 已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò) 因特網(wǎng)的意義 因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革 現(xiàn)在人們的生活 工作 學習和交往都已離不開因特網(wǎng) 我國的情況 1994年4月20日我國正式接入因特網(wǎng) 根據(jù)統(tǒng)計資料 在2003年6月 我國上網(wǎng)計算機數(shù) 2572萬臺上網(wǎng)用戶數(shù) 6800萬 計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能 連通性 計算機網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息 好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣 共享 即資源共享 可以是信息共享 軟件共享 也可以是硬件共享 1 2因特網(wǎng)概述 1 2 1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計算機互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò) network 由若干結(jié)點 node 和連接這些結(jié)點的鏈路 link 組成 互聯(lián)網(wǎng)是 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) networkofnetworks 連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機 host 請注意名詞 結(jié)點 結(jié)點 的英文名詞是node 雖然node有時也可譯為 節(jié)點 但這是指像天線上的駐波的節(jié)點 這種節(jié)點很像竹竿上的 節(jié) 在網(wǎng)絡(luò)中的node的標準譯名是 結(jié)點 而不是 節(jié)點 但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的樹 tree 中的node應(yīng)當譯為 節(jié)點 網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起 因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起 計算機網(wǎng)絡(luò) 互連網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) 計算機網(wǎng)絡(luò) 一些相互連接的計算機的集合 互連網(wǎng) 一些相互連接的計算機網(wǎng)絡(luò)的集合 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) 互聯(lián)網(wǎng) 就是互連網(wǎng)的同義詞 互連網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) internet與Internet internet是普通名詞泛指一般的互連網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) Internet是專有名詞世界范圍的互連網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng) 使用TCP IP協(xié)議族前身是美國的阿帕網(wǎng)ARPANET Internet和Internet的區(qū)別 以小寫字母i開始的internet 互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng) 是一個通用名詞 它泛指由多個計算機網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò) 以大寫字母I開始的的Internet 因特網(wǎng) 則是一個專用名詞 它指當前全球最大的 開放的 由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計算機網(wǎng)絡(luò) 它采用TCP IP協(xié)議族作為通信的規(guī)則 且其前身是美國的ARPANET 計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過的最高數(shù)據(jù)率 即每秒多少比特 描述帶寬也常常把 比特 秒 省略 例如 帶寬是10M 實際上是10Mb s 這里的M是106 計算機網(wǎng)絡(luò)的帶寬 常見的錯誤是混淆了兩種速率 在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率 信號 即電磁波 在傳輸媒體上的傳播速率 米 秒 或公里 秒 計算機向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率 比特 秒 這兩種速率的意義和單位完全不同 寬帶傳輸 計算機向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率較高 什么是寬帶 寬帶線路 可通過較高數(shù)據(jù)率的線路 寬帶是相對的概念 并沒有絕對的標準 在目前 對于用戶接入到因特網(wǎng)的用戶線來說 每秒傳送幾個兆比特就可以算是寬帶速率 對寬帶傳輸?shù)腻e誤概念 有些人愿意用 汽車在公路上跑 來比喻 比特在網(wǎng)絡(luò)上傳輸 認為寬帶傳輸?shù)暮锰幘褪莻鬏敻?好比汽車在高速公路上可以跑得更快一樣 對于這種比喻一定要謹慎對待 A B A B 寬帶線路 窄帶線路 在寬帶線路上比特傳播得快 在窄帶線路上比特傳播得慢 錯誤的概念 A B A B 寬帶線路 窄帶線路 寬帶線路 每秒有更多比特從計算機注入到線路 寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的 正確的概念 比喻 汽車運貨 寬帶和窄帶線路 車速一樣寬帶線路 車距縮短 另一種錯誤概念 寬帶 相當于 多車道 多車道公路是并行傳輸 100101110100100111010001011010 通信線路上通常都是串行傳輸 但ADSL是例外的 1 2 2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段 第一階段是從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程 1983年TCP IP協(xié)議成為ARPANET上的標準協(xié)議 人們把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時間 三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 第二階段的特點是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 三級計算機網(wǎng)絡(luò) 分為主干網(wǎng) 地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng) 或企業(yè)網(wǎng) 三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 各網(wǎng)絡(luò)之間需要使用路由器來連接 有時在結(jié)構(gòu)圖中可不畫出路由器 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 國家主干網(wǎng) 三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 主機到主機的通信可能要經(jīng)過多種網(wǎng)絡(luò) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 校園網(wǎng) 國家主干網(wǎng) 多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 第三階段的特點是逐漸形成了多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP InternetServiceProvider 用戶 因特網(wǎng) ISP1 ISP2 因特網(wǎng)服務(wù)提供者 用戶通過ISP上網(wǎng) 根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數(shù)目的不同 ISP也分成為不同的層次 今日的多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 大致上可將因特網(wǎng)分為以下五個接入級網(wǎng)絡(luò)接入點NAP國家主干網(wǎng) 主干ISP 地區(qū)ISP本地ISP校園網(wǎng) 企業(yè)網(wǎng)或PC機上網(wǎng)用戶 一級ISP 一級ISP 第一層ISP 大公司 本地ISP 大公司 大公司 公司 本地ISP 本地ISP 第二層ISP 第二層ISP NAP NAP A B 主機A 本地ISP 第二層ISP NAP 第一層ISP NAP 第二層ISP 本地ISP 主機B 第一層ISP 第二層ISP 本地ISP 本地ISP 本地ISP 本地ISP 第一層ISP 第一層 第二層 第三層 本地ISP 第二層ISP 本地ISP 本地ISP 本地ISP 本地ISP 第二層ISP 本地ISP 本地ISP 第二層ISP 多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) 大公司 地區(qū)ISP 網(wǎng)絡(luò)接入點NAP 對等點 公司 主干服務(wù)提供者 本地ISP 地區(qū)ISP 地區(qū)ISP 地區(qū)ISP 本地ISP 本地ISP 大公司 大公司 網(wǎng)絡(luò)接入點NAP 對等點 主機到主機的通信可能經(jīng)過多種ISP 萬維網(wǎng)WWW的問世 因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網(wǎng)絡(luò) 沒有人能夠準確說出因特網(wǎng)究竟有多大 因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于20世紀90年代 由歐洲原子核研究組織CERN開發(fā)的萬維網(wǎng)WWW WorldWideWeb 被廣泛使用在因特網(wǎng)上 大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用 成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力 因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況 網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構(gòu)數(shù)198010102102100199010310510610120001051071081022005106108109103 1 2 3關(guān)于因特網(wǎng)的標準化工作 因特網(wǎng)協(xié)會ISOC 因特網(wǎng)研究指導小組IRSG 因特網(wǎng)研究部IRTF 因特網(wǎng)工程部IETF 因特網(wǎng)工程指導小組IESG RG WG RG 領(lǐng)域 領(lǐng)域 因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IAB WG WG WG 制訂因特網(wǎng)的正式標準要經(jīng)過以下的四個階段 因特網(wǎng)草案 InternetDraft 在這個階段還不是RFC文檔 建議標準 ProposedStandard 從這個階段開始就成為RFC文檔 草案標準 DraftStandard 因特網(wǎng)標準 InternetStandard 各種RFC之間的關(guān)系 因特網(wǎng)草案 建議標準 草案標準 因特網(wǎng)標準 歷史的RFC 實驗的RFC 提供信息的RFC 6種RFC 1 3因特網(wǎng)的組成 從因特網(wǎng)的工作方式上看 可以劃分為以下的兩大塊 1 邊緣部分由所有連接在因特網(wǎng)上的主機組成 這部分是用戶直接使用的 用來進行通信 傳送數(shù)據(jù) 音頻或視頻 和資源共享 資源子網(wǎng) 2 核心部分由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成 這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的 提供連通性和交換 通信子網(wǎng) 因特網(wǎng)的核心部分 因特網(wǎng)的邊緣部分 主機 網(wǎng)絡(luò) 路由器 因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分 1 3 1因特網(wǎng)的邊緣部分 處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機 這些主機又稱為端系統(tǒng) endsystem 主機A和主機B進行通信 實際上是指 運行在主機A上的某個程序和運行在主機B上的另一個程序進行通信 即 主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信 或簡稱為 計算機之間通信 兩種通信方式 在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢?客戶服務(wù)器方式 C S方式 即Client Server方式對等方式 P2P方式 即Peer to Peer方式 1 客戶服務(wù)器方式 客戶 client 和服務(wù)器 server 都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進程 客戶服務(wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系 客戶是服務(wù)的請求方 服務(wù)器是服務(wù)的提供方 運行客戶程序 網(wǎng)絡(luò)邊緣 網(wǎng)絡(luò)核心 運行服務(wù)器程序 A B 客戶 服務(wù)器 客戶A向服務(wù)器B發(fā)出請求服務(wù) 而服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù) 客戶軟件的特點 被用戶調(diào)用后運行 在打算通信時主動向遠地服務(wù)器發(fā)起通信 請求服務(wù) 因此 客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址 不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng) 服務(wù)器軟件的特點 一種專門用來提供某種服務(wù)的程序 可同時處理多個遠地或本地客戶的請求 系統(tǒng)啟動后即自動調(diào)用并一直不斷地運行著 被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求 因此 服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址 一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持 2 對等連接方式 對等連接 peer to peer 簡寫為P2P 是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方 只要兩個主機都運行了對等連接軟件 P2P軟件 它們就可以進行平等的 對等連接通信 雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔 對等連接方式的特點 對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)器方式 只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務(wù)器 例如主機C請求D的服務(wù)時 C是客戶 D是服務(wù)器 但如果C又同時向F提供服務(wù) 那么C又同時起著服務(wù)器的作用 網(wǎng)絡(luò)邊緣 網(wǎng)絡(luò)核心 運行P2P程序 運行P2P程序 D C E F 運行P2P程序 運行P2P程序 1 3 2因特網(wǎng)的核心部分 網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分 網(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機提供連通性 使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信 即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù) 在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器 router 路由器是實現(xiàn)分組交換 packetswitching 的關(guān)鍵構(gòu)件 其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組 這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能 H1 H5 H2 H4 H3 H6 路由器 網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)核心部分 主機 H1 H5 H2 H4 H3 H6 發(fā)送的分組 路由器 A E D B C 網(wǎng)絡(luò)核心部分 主機 路由器的重要任務(wù) 路由器是實現(xiàn)分組交換 packetswitching 的關(guān)鍵構(gòu)件 其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組 這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能 回顧一下電路交換的特點 兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來 更多的電話機互相連通 5部電話機兩兩相連 需10對電線 N部電話機兩兩相連 需N N 1 2對電線 當電話機的數(shù)量很大時 這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比 使用交換機 當電話機的數(shù)量增多時 就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務(wù) 交換機 交換 的含義 在這里 交換 switching 的含義是 轉(zhuǎn)接 把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線 使它們連通起來 從通信資源的分配角度來看 交換 就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源 電路交換的特點 電路交換必定是面向連接的 電路交換的三個階段 建立連接通信釋放連接 電路交換舉例 A和B通話經(jīng)過四個交換機通話在A到B的連接上進行 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 電路交換舉例 C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機通話在C到D的連接上進行 交換機 交換機 交換機 交換機 用戶線 用戶線 中繼線 中繼線 B D C A 電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低 計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性 這導致通信線路的利用率很低 報文 分組交換的原理 一 在發(fā)送端 先把較長的報文劃分成較短的 固定長度的數(shù)據(jù)段 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 分組交換的原理 二 每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組 首部 首部 首部 請注意 現(xiàn)在左邊是 前面 分組交換的原理 三 分組交換網(wǎng)以 分組 作為數(shù)據(jù)傳輸單元 依次把各分組發(fā)送到接收端 假定接收端在左邊 分組首部的重要性 每一個分組的首部都含有地址等控制信息 分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息 把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機 用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式 分組就能傳送到最終目的地 分組交換的原理 四 接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 收到的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 分組交換的原理 五 最后 在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文 這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯 在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄 請注意首部的位置 接收端在發(fā)送端的左方時 首部往往畫在分組的左方 接收端在發(fā)送端的右方時 首部往往畫在分組的右方 分組交換網(wǎng)的示意圖 H1 A 分組交換網(wǎng) B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1向H5發(fā)送分組 H2向H6發(fā)送分組 注意分組路徑的變化 結(jié)點交換機 主機 注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程 H1 A 分組交換網(wǎng) B D E C H5 H6 H4 H2 H3 H1向H5發(fā)送分組 結(jié)點交換機 主機 在結(jié)點交換機A暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 在結(jié)點交換機C暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 在結(jié)點交換機E暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口 最后到達目的主機H5 注意結(jié)點交換機有多個端口 A B C D E H1 H5 H2 H4 H3 H6 高速鏈路 結(jié)點交換機 1234 1234 1234 1234 1234 路由器 在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線 路由器處理分組的過程是 把收到的分組先放入緩存 暫時存儲 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找出到某個目的地址應(yīng)從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā) 把分組送到適當?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去 主機和路由器的作用不同 主機是為用戶進行信息處理的 并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組 從網(wǎng)絡(luò)接收分組 路由器對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā) 最后把分組交付目的主機 分組交換的優(yōu)點 高效動態(tài)分配傳輸帶寬 對通信鏈路是逐段占用 靈活以分組為傳送單位和查找路由 迅速不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組 可靠保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性 分組交換帶來的問題 分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊 這就會造成一定的時延 分組必須攜帶的首部 里面有必不可少的控制信息 也造成了一定的開銷 分組交換的特點 任務(wù)和缺點特點 結(jié)點暫時存儲一個個分組 而不是整個數(shù)據(jù)文件 分組暫時保存在結(jié)點的內(nèi)存中 而不是被保存在結(jié)點的外存中 從而保證了較高交換速率 分組交換采用的是動態(tài)分配信道的策略 極大地提高了通信線路的利用率 任務(wù) 是負責系統(tǒng)中分組的存儲 轉(zhuǎn)發(fā)和選擇合適的分組傳輸路徑 缺點 分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)是因排隊而造成的延時 由于分組中必須攜帶一些控制信息而產(chǎn)生一定的額外開銷 分組交換網(wǎng)的管理和控制比較復(fù)雜 存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念 在20世紀40年代 電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換 messageswitching 報文交換的時延較長 從幾分鐘到幾小時不等 現(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了 三種交換的比較 ABCD ABCD ABCD 報文交換 電路交換 分組交換 t 數(shù)據(jù)傳送的特點 比特流直達終點 報文 報文 報文 分組 分組 分組 存儲轉(zhuǎn)發(fā) 存儲轉(zhuǎn)發(fā) 存儲轉(zhuǎn)發(fā) 存儲轉(zhuǎn)發(fā) 1 4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展 1 中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET 2 中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET 3 中國科學技術(shù)網(wǎng)CSTNET 4 中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET 5 中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)CNCNET 6 中國國際經(jīng)濟貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET 7 中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET 8 中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET 建設(shè)中 9 中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網(wǎng)CSNET 建設(shè)中 1 5計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 1 5 1計算機網(wǎng)絡(luò)的不同定義最簡單的定義 計算機網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的 自治的計算機的集合 因特網(wǎng) Internet 是 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò) 1 5 2幾種不同的分類方法從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類 1 5 2幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò) 不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)WAN WideAreaNetwork 局域網(wǎng)LAN LocalAreaNetwork 城域網(wǎng)MAN MetropolitanAreaNetwork 個人區(qū)域網(wǎng)PAN PersonalAreaNetwork 廣域網(wǎng) 城域網(wǎng) 接入網(wǎng)以及局域網(wǎng)的關(guān)系 城域網(wǎng) 城域網(wǎng) 接入網(wǎng) 接入網(wǎng) 接入網(wǎng) 接入網(wǎng) 接入網(wǎng) 接入網(wǎng) 廣域網(wǎng) 局域網(wǎng) 局域網(wǎng) 校園網(wǎng) 企業(yè)網(wǎng) 廣域網(wǎng)的構(gòu)成 1 問題 距離較遠時 例如 幾十 幾百公里 甚至幾千公里 局域網(wǎng)顯然是無法完成通信任務(wù) 這就需要另一種結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 即廣域網(wǎng) 廣域網(wǎng)的構(gòu)成 由一些結(jié)點交換機以及相應(yīng)的鏈路組成 A B C D E 廣域網(wǎng) LAN1 LAN2 互連網(wǎng) 路由器是一種特殊的計算機 注意它的位置 Router 1 連接技術(shù)的區(qū)別 局域網(wǎng)采用的多點接入技術(shù)廣域網(wǎng)結(jié)點之間采用點到點連接 2 協(xié)議層次上 局域網(wǎng)主要在DataLink層廣域網(wǎng)主要在Network層 3 廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間采用路由器連接 注意區(qū)別 共同點 連在一個廣域網(wǎng)或連在一個局域網(wǎng)上的計算機在該網(wǎng)內(nèi)通信時 只需要使用其網(wǎng)絡(luò)的物理地址即可 2 不同使用者的網(wǎng)絡(luò) 從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類公用網(wǎng) publicnetwork 專用網(wǎng) privatenetwork 用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò) 接入網(wǎng)AN AccessNetwork 它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng) 由ISP提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的 橋梁 作用 1 6計算機網(wǎng)絡(luò)的性能1 6 1計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標 1 速率比特 bit 是計算機中數(shù)據(jù)量的單位 也是信息論中使用的信息量的單位 Bit來源于binarydigit 意思是一個 二進制數(shù)字 因此一個比特就是二進制數(shù)字中的一個1或0 速率即數(shù)據(jù)率 datarate 或比特率 bitrate 是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標 速率的單位是b s 或kb s Mb s Gb s等速率往往是指額定速率或標稱速率 2 帶寬 帶寬 bandwidth 本來是指信號具有的頻帶寬度 單位是赫 或千赫 兆赫 吉赫等 現(xiàn)在 帶寬 是數(shù)字信道所能傳送的 最高數(shù)據(jù)率 的同義語 單位是 比特每秒 或b s bit s 常用的帶寬單位 更常用的帶寬單位是千比每秒 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 請注意 在計算機界 K 210 1024M 220 G 230 T 240 數(shù)字信號流隨時間的變化 在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄 3 吞吐量 吞吐量 throughput 表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò) 或信道 接口 的數(shù)據(jù)量 吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量 以便知道實際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò) 吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制 4 時延 delay或latency 發(fā)送時延 傳輸時延 發(fā)送數(shù)據(jù)時 數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間 信道帶寬數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率 常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率 時延 delay或latency 傳播時延電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間 信號傳輸速率 即發(fā)送速率 和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念 時延 delay或latency 處理時延交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間 排隊時延結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延 排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當時的通信量 時延 delay或latency 數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延 傳播時延和處理時延之和 總時延 發(fā)送時延 傳播時延 處理時延 三種時延所產(chǎn)生的地方 1011001 發(fā)送器 隊列 結(jié)點B 結(jié)點A 數(shù)據(jù) 從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù) 鏈路 容易產(chǎn)生的錯誤概念 對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路 我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率 提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延 5 時延帶寬積和往返時延 傳播 時延 鏈路 帶寬 時延帶寬積 傳播時延 帶寬 鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度 時延帶寬積 往返時延RTT 往返時延RTT Round TripTime 表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始 到發(fā)送端收到來自接收端的確認 接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認 總共經(jīng)歷的時延 6 利用率 信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的 有數(shù)據(jù)通過 完全空閑的信道的利用率是零 網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值 信道利用率并非越高越好 時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系 根據(jù)排隊論的理論 當某信道的利用率增大時 該信道引起的時延也就迅速增加 若令D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延 D表示網(wǎng)絡(luò)當前的時延 則在適當?shù)募俣l件下 可以用下面的簡單公式表示D和D0之間的關(guān)系 U是網(wǎng)絡(luò)的利用率 數(shù)值在0到1之間 時延D 利用率U 1 0 D0 時延急劇增大 1 6 2計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 費用質(zhì)量標準化可靠性可擴展性和可升級性易于管理和維護 1 7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1 7 1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成 相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行 而這種 協(xié)調(diào) 是相當復(fù)雜的 分層 可將龐大而復(fù)雜的問題 轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題 而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理 關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI RM 只要遵循OSI標準 一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的 也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信 在市場化方面OSI卻失敗了 OSI的專家們在完成OSI標準時沒有商業(yè)驅(qū)動力 OSI的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜 且運行效率很低 OSI標準的制定周期太長 因而使得按OSI標準生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場 OSI的層次劃分并也不太合理 有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn) 兩種國際標準 法律上的 dejure 國際標準OSI并沒有得到市場的認可 是非國際標準TCP IP現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用 TCP IP常被稱為事實上的 defacto 國際標準 1 7 2劃分層次的必要性 計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則 這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題 同步含有時序的意思 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 networkprotocol 簡稱為協(xié)議 是為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則 標準或約定 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素 語法數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 語義需要發(fā)出何種控制信息 完成何種動作以及做出何種響應(yīng) 同步事件實現(xiàn)順序的詳細說明 劃分層次的概念舉例 計算機1向計算機2通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件 可以將要做的工作進行如下的劃分 第一類工作與傳送文件直接有關(guān) 確信對方已做好接收和存儲文件的準備 雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式 兩個計算機將文件傳送模塊作為最高的一層 剩下的工作由下面的模塊負責 兩個計算機交換文件 文件傳送模塊 計算機1 計算機2 文件傳送模塊 只看這兩個文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的 把文件交給下層模塊進行發(fā)送 把收到的文件交給上層模塊 再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊 文件傳送模塊 計算機1 計算機2 文件傳送模塊 只看這兩個通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方 把文件交給下層模塊進行發(fā)送 把收到的文件交給上層模塊 通信服務(wù)模塊 通信服務(wù)模塊 再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊 文件傳送模塊 計算機1 計算機2 文件傳送模塊 通信服務(wù)模塊 通信服務(wù)模塊 網(wǎng)絡(luò)接入模塊 網(wǎng)絡(luò)接入模塊 通信網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接入模塊負責做與網(wǎng)絡(luò)接口細節(jié)有關(guān)的工作例如 規(guī)定傳輸?shù)膸袷?幀的最大長度等 分層的好處 各層之間是獨立的 靈活性好 結(jié)構(gòu)上可分割開 易于實現(xiàn)和維護 能促進標準化工作 層數(shù)多少要適當 若層數(shù)太少 就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜 層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) architecture 是計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合 體系結(jié)構(gòu)就是這個計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義 實現(xiàn) implementation 是遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題 體系結(jié)構(gòu)是抽象的 而實現(xiàn)則是具體的 是真正在運行的計算機硬件和軟件 1 7 3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) TCP IP是四層的體系結(jié)構(gòu) 應(yīng)用層 運輸層 網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層 最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容 因此往往采取折中的辦法 即綜合OSI和TCP IP的優(yōu)點 采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 應(yīng)用層 applicationlayer 運輸層 transportlayer 網(wǎng)絡(luò)層 networklayer 數(shù)據(jù)鏈路層 datalinklayer 物理層 physicallayer 數(shù)據(jù)鏈路層 5應(yīng)用層 4運輸層 3網(wǎng)絡(luò)層 2數(shù)據(jù)鏈路層 1物理層 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應(yīng)用進程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層 加上應(yīng)用層首部 成為應(yīng)用層PDU 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應(yīng)用層PDU再傳送到運輸層 加上運輸層首部 成為運輸層報文 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層 加上網(wǎng)絡(luò)層首部 成為IP數(shù)據(jù)報 或分組 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 IP數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層 加上鏈路層首部和尾部 成為數(shù)據(jù)鏈路層幀 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層 最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 應(yīng)用層 applicationlayer 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 物理傳輸媒體 計算機1 AP2 AP1 電信號 或光信號 在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層 計算機2 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 物理層接收到比特流 上交給數(shù)據(jù)鏈路層 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分 上交給網(wǎng)絡(luò)層 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?取出數(shù)據(jù)部分上交給運輸層 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 運輸層剝?nèi)ナ撞?取出數(shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?取出應(yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進程 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 我收到了AP1發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù) 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應(yīng)用程序數(shù)據(jù) 10100110100101比特流110101110101 注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞?尾部 的層次 應(yīng)用程序數(shù)據(jù) 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 10100110100101比特流110101110101 計算機2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層 H2 T2 H3 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層 H4 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層 應(yīng)用程序數(shù)據(jù) H5 應(yīng)用程序數(shù)據(jù) 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進程 計算機1向計算機2發(fā)送數(shù)據(jù) 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 計算機1 AP2 AP1 計算機2 我收到了AP1發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù) 1 7 4實體 協(xié)議 服務(wù)和服務(wù)訪問點 實體 entity 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程 協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合 在協(xié)議的控制下 兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù) 要實現(xiàn)本層協(xié)議 還需要使用下層所提供的服務(wù) 實體 協(xié)議 服務(wù)和服務(wù)訪問點 續(xù) 本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議 下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的 協(xié)議是 水平的 即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則 服務(wù)是 垂直的 即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的 同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方 稱為服務(wù)訪問點SAP ServiceAccessPoint 實體 協(xié)議 服務(wù)和服務(wù)訪問點 續(xù) 協(xié)議 n 1 SAP SAP 交換原語 交換原語 實體 n 1 服務(wù)提供者 第n層 第n 1層 實體 n 1 服務(wù)用戶 實體 n 實體 n 協(xié)議 n 協(xié)議很復(fù)雜 協(xié)議必須將各種不利的條件事先都估計到 而不能假定一切情況都是很理想和很順利的 必須非常仔細地檢查所設(shè)計協(xié)議能否應(yīng)付所有的不利情況 應(yīng)當注意 事實上難免有極個別的不利情況在設(shè)計協(xié)議時并沒有預(yù)計到 在出現(xiàn)這種情況時 協(xié)議就會失敗 因此實際上協(xié)議往往只能應(yīng)付絕大多數(shù)的不利情況 著名的協(xié)議舉例 例1 1 占據(jù)兩個山頂?shù)乃{軍與駐扎在這山谷的白軍作戰(zhàn) 力量對比是 一個山頂上的藍軍打不過白軍 但兩個山頂?shù)乃{軍協(xié)同作戰(zhàn)就可戰(zhàn)勝白軍 一個山頂上的藍軍擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊 于是發(fā)送電文給另一山頂上的友軍 但通信線路很不好 電文出錯的可能性很大 因此要求收到電文的友軍必須發(fā)送確認電文 但確認電文也可能出錯 試問能否設(shè)計出一種協(xié)議 使得藍軍能實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定 即100