計算機網(wǎng)絡(luò)（第5版）課件

電子工業(yè)出版社2007年

謝希仁編著

（使用OfficeXP

或Office2003演示動畫）

課件制作人聲明

■本課件共10個Powerpoint文件（每章

一個）。教師可根據(jù)教學(xué)要求自由修改

此課件（增加或刪減內(nèi)容），但不能自

行出版銷售。

■對于課件中出現(xiàn)的缺點和錯誤，歡迎讀

者提出寶貴意見，以便及時修訂。

課件制作人謝希仁

2006年11月

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

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(biāo)

1.6.2計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征

I,______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(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。

■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)(Intemet)的發(fā)展

■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。

■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(xué)習(xí)和交往都

已離不開因特網(wǎng)。

計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的

最重要的功能

■連通性一計算機網(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?？梢允切畔⒐蚕?、

軟件共享，也可以是硬件共享。

1.2因特網(wǎng)概述

121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)”(networkof

networks)o

■連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機

(host)o

請注意名詞“結(jié)點”

■“結(jié)點”的英文名詞是nodeo

■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

像竹竿上上'節(jié)，

■在網(wǎng)絡(luò)中的node的標(biāo)準(zhǔn)譯名是“結(jié)點”而

-7-日?-++-J—，，

不7EP點。

■但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的樹(tree)中的node應(yīng)當(dāng)譯

斗_,?-++-j-，，

為P點。

網(wǎng)絡(luò)與因牛寺網(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。

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）

(a)

1.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段

■第一而I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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

■人們把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時間。

Internet和Internet的區(qū)別

■以小寫字每T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|開始的的Internet（因特網(wǎng)）

則是一個專用名詞，它指當(dāng)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

ARPANETo

三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)

?第二階段而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)）。

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(Internet

ServiceProvider)o

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。

本地ISP第三層

本地ISP

本地IS么.4第二層

,本地ISR＞、、、、、

二層ISP

第一層一、?公司

/本地IS以/'大公司）/二、'、本地IS〃、'\

一層ISP)\，箸二層IS叱\

/本地ISPj

「乏地I2:;

NAPk

\、交地I少\

逐地I沙

大公司在地I沙/

ISP

本地ISP

公司

AIB

主機A-本地ISPf第二層ISPfNAPf第一層ISPfNAPf第二層ISP-本地ISP-＞主機B

萬維網(wǎng)WWW的問世

■因特網(wǎng)已耳成為世界上規(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。

■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(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)

19801010210210°

1990103105106101

2000105107108102

2005106108109103

1.2.3關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作

制訂因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)(ProposedStandard)-----從

這個階段開始就成為RFC文檔。

■草案標(biāo)準(zhǔn)(DraftStandard)

■因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(InternetStandard)

1.3因特網(wǎng)的組成

從因特網(wǎng)的王作方式上看,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。

(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)。

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

石的隔向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)o

■“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”?；蚝喎Q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

通信方式通常可劃分為兩大類：

-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

網(wǎng)絡(luò)邊緣

程序運行

□

O

服務(wù)器

1/A

程序

1

黎燃..

B

2

得到序罷—:

客戶

網(wǎng)絡(luò)核心

服務(wù)器/

I

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)。

t客戶軟件的特點

I

■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。

運行?..7?o運行

P2P程存二：力|網(wǎng)絡(luò)邊緣L,P<P2P程序

失"\

/」

網(wǎng)絡(luò)核心|

\F

\\\、

運行XD—運行

P2P程序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)o

■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。

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。

1.電路交換的主要特點

■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。

■/V部電話機兩兩相連，需僅1)/2對電線。

■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。

使用交換機

■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”的含義

■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。

■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

電路交換舉例

■C和D逼［舌只經(jīng)過一個本地交換機

-通話在C到D的連接上進行

型沙傳送計算機數(shù)據(jù)效率低

-計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。

-這導(dǎo)致通信線路的利用率很低。

2.分組交換的主要特點

■在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短

的、定長度的數(shù)據(jù)段。

------------------報文------------------

1101000110101010110101011100010011010010

假定這個報文較長

不便于傳輸

添加首部構(gòu)成分組

-每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。

報文

I多組1據(jù)據(jù)數(shù)據(jù)

分組2

分組__3

請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”

分組交換的傳輸單元

-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）。

筆且1

首部數(shù)據(jù)

一分組2

首部數(shù)據(jù)

分組3

首部數(shù)據(jù)

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，最后分組就能

到達最終目的地。

收到分組后剝?nèi)ナ撞?/p>

-接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。

令組1

----_______________分組2

_----------------------------------N_____________________

~i~i-

---------------分組3

__________________________入__________________________

U-----------------------------------

~i~i-

收到的數(shù)據(jù)

最后還原成原來的報文

-最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為

原來的報文。

------------------報文------------------

「10100011010101011010101000010011010010

■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。

因特網(wǎng)的核心部分

■因特網(wǎng)的核心、部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連

起來的路由器組成，而主機處在因特網(wǎng)的邊緣

部分。

■在因特網(wǎng)核心部分的路由器之間一般都用高速

鏈路相連接，而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機接入到核心

部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。

■主機的用途是為用戶進行信息處理的，并且可

以和其他主機通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用

途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，即進行分組交換的。

5

網(wǎng)絡(luò)核心部分lul

路由器

BH6

=4

E

主機

Hi

發(fā)送的c

分組

分組交換網(wǎng)的示意圖

注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程

3

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(dāng)?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。

存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理

并非完全新的概念

■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)o

■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

計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景

)是20世紀(jì)60年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。

-60年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠景研究規(guī)劃局

ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提

出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)露。

■傳統(tǒng)的電路交換(circuitswitching)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，則整個通信電路就要中斷。

■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。

新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點

■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。

■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。

■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。

■計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。

■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

?？煽康貍魉蛿?shù)據(jù)。

ARPANET的成功使

計算機網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化

■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)

■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。

■分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機都

處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。

■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。

從主機為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心

以主機為中心以分組交換網(wǎng)為中心

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

⑶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)

(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)”。

-1.3.2幾種不同的類別的網(wǎng)絡(luò)

■不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)

■從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類

幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)

____1_._5_._2______________

-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)

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)

3.用來把用戶

接入至IJ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(biāo)

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(biāo)。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(biāo)稱速率。

+H-I|\■

2,市范

■“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)o

常用的帶寬單位

■更常用的帶寬單位是

■千比每秒,即kb/s(1即b/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二21。1024

M=22。，G=23。，T=24。。

［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

工乍。

Q1gsA

帶寬為II1Io口I0|1____________1時間

1證/s|I□□□□LZZJ

k--------------------每秒106個比特------------------

0.25juts

糕皿而加L—時間

每秒4x106個比特

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)

■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

舟間。

■也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算

起，到該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‘乳

信道帶寬（比特/秒）

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。

信道長度（米）

傳播時延=

信號在信道上的傳播速率（米/秒）

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(dāng)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、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

四種時延所產(chǎn)生的地方

從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)

結(jié)點A發(fā)送器結(jié)點B

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

時延帶寬積=傳播時延X帶寬

-鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位

的鏈路長度。

6.利用率

■信道利用塞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(dāng)某信道的利用率增

大時，該信道引起的時延也就迅速增加。

■若令表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，。表示

網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時延，則在適當(dāng)?shù)募俣l件

下，可以用下面的簡單公式表示。和4

之間的關(guān)系：

D=2

\-u

〃是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在0到1之間。

時延。A

時

延

急

劇

增

大

Do利用率〃

01

1.6.2計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征

--費用

■質(zhì)量

-標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(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。

■在市場化方面OSI卻失敗了。

-OSI的專家們在完成OSI標(biāo)準(zhǔn)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(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；

-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(biāo)準(zhǔn)

■法律上的（出心e）國際標(biāo)準(zhǔn)OSI并沒有

得到市場的認(rèn)可。

■是非國際標(biāo)準(zhǔn)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（de啟”。）國際標(biāo)

準(zhǔn)。

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(biāo)準(zhǔn)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

-主機1向主機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(zhǔn)備。

-雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。

-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(fù)責(zé)。

兩個主機交換文件

只看這兩個文件傳送模塊

主機1好像文件及文件傳送命令主機2

把文件交給下層模塊把收到的文件交給

進行發(fā)送上層模塊

再設(shè)計一個通信服務(wù)模塊

主機1主機2

把文件交給下層模塊把收到的文件交給

進行發(fā)送上層模塊

再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊

網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)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袷剑瑤淖畲箝L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(biāo)準(zhǔn)化工作。

層數(shù)多少要適當(dāng)

-若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)

雜O

■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o

■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。

■但最下面的網(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)

JJ

5應(yīng)用層/■應(yīng)用層(applicationlayer)

4運輸層/■運輸層(transportlayer)

3網(wǎng)絡(luò)層/■網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)

2數(shù)據(jù)鏈路層/■數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)

1物理層■物理層(physicallayer)

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機2

應(yīng)用進程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層

AP2

加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層PDU5

44

33

22

1

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機

主機1尸2

AP2

應(yīng)用層PDU再傳送到運輸層5

加上運輸層首部，成為運輸層報文4

3

2

1

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

APiAP2

C7I

55

4運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層4

3加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）3

22

11

Q□

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

0=_____________

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

APiAP2

55

44

33

22

1物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層1

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

APiAP2

V-7

55

44

3

數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊?/p>

2

取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層

。11

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

AP

APiA2k

55

4

網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分

33

上交給運輸層

22

11

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

0

主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)

主機1主機2

APi

V-7

應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù)

5

上交給應(yīng)用進程

44

3