[互聯(lián)網(wǎng)]CH15ed 概述課件

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1、互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述計算機網(wǎng)絡(luò)主講人主講人: 陳金玉陳金玉重慶大學(xué)自動化學(xué)院重慶大學(xué)自動化學(xué)院手機：手機： Email: 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述教材及課件n計算機網(wǎng)絡(luò)（第5版） 謝希仁編著 北京：電子工業(yè)出版社, 2008.1n附書的電子課件?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述第 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(biāo)準(zhǔn)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)的核心部分互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述第 1 章 概述（續(xù)）1.

2、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(biāo)1.6.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述第 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1.7.5 TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用n21 世紀(jì)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。n網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)

3、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)。n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)。n發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)。其技術(shù)已成為信息時代的核心技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展n進入 20 世紀(jì) 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。n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)。n已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述因特網(wǎng)的意義n因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。n因特網(wǎng)縮短了人際交往的時間和空間，改變了人們的生活、工作、學(xué)習(xí)和交往方式，使世界發(fā)生了極大的變化。 互聯(lián)網(wǎng)CH1

4、5ed 概述計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能 n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。 n共享即資源共享?？梢允切畔⒐蚕?、軟件共享，也可以是硬件共享。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.2 因特網(wǎng)概述1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)n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) n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。 n互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。 n連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)n網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在

5、一起。n因特網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述(a)(b)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點鏈路互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述主機因特網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段n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。 n1983 年 TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。n人們把 1983 年作為因特網(wǎng)的誕生時間。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) n第二階段的特點是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。 n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)）。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述多層次 ISP

6、 結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng) n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)。n出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者 ISP (Internet Service Provider)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述一級 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校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)第二層 ISP第二層 ISPNAPNAPAB主機A 本地 ISP 第二層 ISP NAP 第一層 ISP NAP

7、 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互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述萬維網(wǎng) WWW 的問世的問世n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(zhǔn)確說出因特網(wǎng)究竟有多大。n因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于 20 世紀(jì) 90 年代。由歐洲原子核研究組織 CERN 開發(fā)的萬維網(wǎng) WWW (World Wide Web)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

8、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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述因特網(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)1980 10 102 102 1001990 103 105 106 101 2000 105 107 108 102 2005 106 108 109 103互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作因特網(wǎng)協(xié)會 ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)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(dǎo)小組IESG RGWGRG領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會 IAB WGWGWG互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以

9、下的四個階段 n因特網(wǎng)草案(Internet Draft) 在這個階段還不是 RFC 文檔。n建議標(biāo)準(zhǔn)(Proposed Standard) 從這個階段開始就成為 RFC 文檔。n草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard)n因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard) 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述各種RFC之間的關(guān)系 因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的 RFC實驗的 RFC提供信息的 RFC6 種 RFC互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述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

10、數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(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）?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述因特網(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互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.3.1 因特網(wǎng)的邊緣部分n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)(end system)。n “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”。n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”

11、 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通常可劃分為兩大類：n客戶服務(wù)器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 n對等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1. 客戶服務(wù)器方式n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。n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。n客戶是服務(wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方?？蛻艨蛻?client)服務(wù)器服務(wù)器(server)互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行服務(wù)器程序AB 請求服務(wù) 得到服務(wù)客戶

12、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)?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述客戶軟件的特點 n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。n不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述服務(wù)器軟件的特點 n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。n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。n一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述2. 對等連接方式 n對等

13、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。n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。n雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述對等連接方式的特點n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。n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。互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行P2P 程序運行P2P 程序DCEF

14、運行P2P 程序運行P2P 程序互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.3.2 因特網(wǎng)的核心部分n網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分。n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)）。n在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。n路由器是實現(xiàn)分組交換(packet switching)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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述路由器的重要任務(wù)n路由器是實現(xiàn)分組交換(packet switching)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。

15、互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1. 電路交換的主要特點n兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述更多的電話機互相連通n5 部電話機兩兩相連，需 10 對電線。nN 部電話機兩兩相連，需 N(N 1)/2 對電線。n當(dāng)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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述使用交換機n當(dāng)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)。 交換機互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述“交換”的含義n在這里，“交換”(switching)的含義就是轉(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。n從通信資源的分配角度來看，“交換”就是

16、按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述電路交換的特點n電路交換必定是面向連接的。 n電路交換的三個階段：n建立連接n通信n釋放連接互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述電路交換舉例nA 和 B 通話經(jīng)過四個交換機n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BDCA互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述電路交換舉例nC 和 D 通話只經(jīng)過一個本地交換機n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BDCA互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述電信網(wǎng)電信網(wǎng)向用戶電話機提供可靠交付互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述計算機終端早期的計算機網(wǎng)絡(luò)采用電路交換

17、那時計算機很少，非常昂貴。遠地終端（沒有處理功能）通過通信線路（可能要經(jīng)過許多個交換機）使用處于網(wǎng)絡(luò)中心的計算機的資源?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述分組交換(packet switching)的出現(xiàn)n電話網(wǎng)是為電話通信設(shè)計的。電路交換的電話網(wǎng)很適合于電話通信。n但計算機數(shù)據(jù)具有很大的突發(fā)性。使用電路交換會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)資源嚴(yán)重浪費。n計算機逐漸增多，連網(wǎng)的需求日益迫切，計算機網(wǎng)絡(luò)需要使用更加有效的連網(wǎng)技術(shù)。n這就導(dǎo)致分組交換的問世?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)F 在發(fā)送端把要發(fā)送的報文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊F 每個塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包）F 依次把各分組發(fā)送到接收端F 接收端剝?nèi)?/p>

18、首部，抽出數(shù)據(jù)部分，還原成報文數(shù) 據(jù)分組報文發(fā)送端首部分組數(shù) 據(jù)首部分組首部數(shù) 據(jù)發(fā)送發(fā)送發(fā)送在前發(fā)送接收端數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部數(shù) 據(jù)首部互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述分組從 A 傳送到 B 的過程網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器查找路由表目 的 地 下一跳路由器這就是基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述TCP 協(xié)議協(xié)議丟棄丟棄丟棄丟棄丟棄丟棄互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述分組交換的優(yōu)點n高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 n靈活 以分組為傳送單位和查找路由。n迅速 不必先建立連接

19、就能向其他主機發(fā)送分組。n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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述分組交換帶來的問題n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。 n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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念 n在 20 世紀(jì) 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(message switching)。 n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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述三種交換的比較 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報

20、文報文A B C D A B C DA B C D報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(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)互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景n是 20 世紀(jì) 60 年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。n60 年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠景研究規(guī)劃局ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡(luò)。n傳統(tǒng)的電路交換(circuit switching)的電信網(wǎng)有一個缺點：正在通信的電路中有一個交換機或有一條鏈路被炸毀

21、，則整個通信電路就要中斷。n如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點n網(wǎng)絡(luò)用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。n網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。n所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。n計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。n網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單，同時還能夠非常可靠地傳送數(shù)據(jù)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述ARPANET的成功使計算機網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化 n早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)是以單個主機為中心的星形網(wǎng)n各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機的硬件和軟件資源。 n分組交換網(wǎng)

22、則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。n用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述從主機為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心主機終端以主機為中心以分組交換網(wǎng)為中心主機分組交換網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述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(xué)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）(

23、9) 中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網(wǎng) CSNET（建設(shè)中） 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類n1.5.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的不同定義n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。n因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。n 1.3.2 幾種不同的類別的網(wǎng)絡(luò)n不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò) n從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.5.2 幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)n不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)n廣域網(wǎng) WAN (Wide Area Network)n局域網(wǎng) LAN (Local Area Network) n城域網(wǎng) MAN (Metropolitan Area Network)n個人區(qū)域網(wǎng)

24、PAN (Personal Area Network) 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述2. 不同使用者的網(wǎng)絡(luò)n從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類n公用網(wǎng) (public network) n專用網(wǎng) (private network) 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)n接入網(wǎng) AN (Access Network)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。n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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述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(biāo)1. 速率n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。nBit 來源

25、于 binary digit，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。n速率即數(shù)據(jù)率(data rate)或比特率(bit rate)是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標(biāo)。速率的單位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等n速率往往是指額定速率或標(biāo)稱速率。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述2. 帶寬 n“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）。n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)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述常用的帶寬單位n更常用的帶寬單位是n千

26、比每秒，即 kb/s （103 b/s）n兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）n吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）n太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）n請注意：在計算機界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述什么是寬帶？n寬帶線路：可通過較高數(shù)據(jù)率的線路。n寬帶是相對的概念，并沒有絕對的標(biāo)準(zhǔn)。n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?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述對寬帶傳輸?shù)腻e誤概念n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欤?/p>

27、好比汽車在高速公路上可以跑得更快一樣。n對于這種比喻一定要謹(jǐn)慎對待?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述常見的錯誤是混淆了兩種速率n在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率：n信號（即電磁波）在傳輸媒體上的傳播速率（米/秒，或公里/秒）n計算機向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率（比特/秒）n這兩種速率的意義和單位完全不同。n寬帶傳輸：計算機向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率較高?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述ABAB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 錯誤的概念互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述另一種錯誤概念“寬帶”相當(dāng)于“多車道”11011010互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述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。

28、寬帶線路和窄帶線路上比特的傳播速率是一樣的。正確的概念互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述比喻：汽車運貨寬帶線路窄帶線路寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶線路：車距縮短互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述3. 吞吐量n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。n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)。n吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述4. 時延(delay 或 latency)n傳輸時延（發(fā)送時延 ） 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。n也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該

29、幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。 發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述時延(delay 或 latency)n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。 n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。 傳播時延 = 信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述時延(delay 或 latency)n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。 n排隊時延 結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。n排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述時延(de

30、lay 或 latency)n數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和： 總時延 = 發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+處理時延互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述四種時延所產(chǎn)生的地方 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點 B結(jié)點 A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結(jié)點 A 中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)從結(jié)點 A 向結(jié)點 B 發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述容易產(chǎn)生的錯誤概念 n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。 n提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述5. 時延帶寬積（傳播）時延鏈路帶寬時

31、延帶寬積 = 傳播時延 帶寬n鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。 時延帶寬積互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述6. 利用率n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。n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。n信道利用率并非越高越好。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.6.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征 n費用n質(zhì)量n標(biāo)準(zhǔn)化n可靠性n可擴展性和可升級性 n易于管理和維護 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述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n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(dāng)復(fù)雜的。 n“分層”可將

32、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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RMn只要遵循 OSI 標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)的其他任何系統(tǒng)進行通信。n在市場化方面 OSI 卻失敗了。nOSI 的專家們在完成 OSI 標(biāo)準(zhǔn)時沒有商業(yè)驅(qū)動力；nOSI 的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低；nOSI 標(biāo)準(zhǔn)的制定周期太長，因而使得按 OSI 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場；nOSI 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)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述兩種國際標(biāo)準(zhǔn)n法律上的(de jur

33、e)國際標(biāo)準(zhǔn) OSI 并沒有得到市場的認可。n是非國際標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。nTCP/IP 常被稱為事實上的(de facto) 國際標(biāo)準(zhǔn)?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.7.2 劃分層次的必要性n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。 n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）。n網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(network protocol)，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(biāo)準(zhǔn)或約定。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素 n語法 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。 n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)

34、。 n同步 事件實現(xiàn)順序的詳細說明。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述劃分層次的概念舉例 n主機 1 向主機 2 通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送文件。n可以將要做的工作進行如下的劃分。n第一類工作與傳送文件直接有關(guān)。n確信對方已做好接收和存儲文件的準(zhǔn)備。n雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。n兩個主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(zé)?；ヂ?lián)網(wǎng)CH15ed 概述兩個主機交換文件 文件傳送模塊主機 1主機 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互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊 文件傳送模塊主機 1主機

35、 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)模塊互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊 文件傳送模塊主機 1主機 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(zé)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。互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述分層的好處 n各層之間是獨立的。n靈活性好。n結(jié)構(gòu)上可分割開。n易于實現(xiàn)和維護。n能促進標(biāo)準(zhǔn)化工作。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述層數(shù)多少要適當(dāng) n若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。n層數(shù)太

36、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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) n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。 n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。n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。n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。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.7.3 具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) nTCP/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。n但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。n因此

37、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) 。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) n應(yīng)用層(application layer) n運輸層(transport layer) n網(wǎng)絡(luò)層(network layer) n數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer) n物理層(physical layer) 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 物理層互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述5432154321H3物 理 傳 輸 媒 體數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分101 比 特 流 11 010111010T

38、2計算機 1 1H5H4H2首部尾部AP2AP1應(yīng) 用 程 序 數(shù) 據(jù)計算機 2 2比特幀IP數(shù)據(jù)報IP分組TCP報文段UDP報文段互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.7.4 實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點 n實體(entity) 表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。 n協(xié)議是控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。 n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)。n要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點（續(xù)） n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。n下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的。 n協(xié)議是“水平的”，

39、即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則。n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。n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 (Service Access Point)。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述協(xié)議很復(fù)雜 n協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。 n看一個計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確，而且還必須非常仔細地檢查這個協(xié)議能否應(yīng)付各種異常情況。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述著名的協(xié)議舉例【例1-1】 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述同意收到：收到“同意”互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述結(jié)論互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述1.7.

40、5 TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機A主機B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運輸層和應(yīng)用層。 互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層運輸層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口 1網(wǎng)絡(luò)接口 2網(wǎng)絡(luò)接口 3Everything over IP IP 可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù)IP over Everything IP 可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述【例1-2】客戶進程和服務(wù)器進程使用 TCP/IP 協(xié)議進行通信數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層 客戶發(fā)起連接建立請求 服務(wù)器接受連接建立請求應(yīng)用層應(yīng)用層因特網(wǎng)客戶服務(wù)器以后就逐級使用下層提供的服務(wù)(使用 TCP 和 IP）互聯(lián)網(wǎng)CH15ed 概述功能較強的計算機可同時運行多個服務(wù)器進程 數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機 3服務(wù)器1服務(wù)器2數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機 1客戶 1數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機 2客戶 2因特網(wǎng)