計算機網絡第五版課件第1章 計算機網絡基礎

1、1計算機網絡一、本課程成績計算： 平時作業(yè)，實驗報告占平時作業(yè)，實驗報告占30% 期末考試占期末考試占70% 平時出勤若無故缺席平時出勤若無故缺席n次，則在學期總分次，則在學期總分中扣中扣21+22+2n （無上限）（無上限）講授：池瑩講授：池瑩2二、參考書： 計算機網絡計算機網絡（第（第4版），清華大學出版社版），清華大學出版社 Andrew S.Tanenbaum 計算機網絡計算機網絡（第（第2版），電子工業(yè)出版社版），電子工業(yè)出版社 謝希仁謝希仁 計算機網絡計算機網絡，清華大學出版社，清華大學出版社 吳功宜吳功宜 用用TCP/IP進行網際互連進行網際互連 （1，2，3卷）卷） ，電子工業(yè)

2、出版社電子工業(yè)出版社 DOUGLAS E.COMER 計算機網絡計算機網絡自頂向下方法與自頂向下方法與Internet特色（影印版），高等教育出版社，特色（影印版），高等教育出版社，James F.Kurose，Keith W.Ross31.1 計算機網絡的概念1.1.1 什么是計算機網絡：計算機網絡是將地理位置不同并具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)通過通信設備和線路連接起來、以功能完善的網絡軟件（網絡協(xié)議、信息交換方式及網絡操作系統(tǒng)等）實現網絡資源共享和數據通信的系統(tǒng)。41.1.2 計算機網絡的分類1.局域網（LAN Local Area Network）PCLAN以太交換器HUBSERVER5

3、2.城域網（MANMetropolitan Area Network）3.廣域網（WANWide Area Network）6ATM交換機交換機以太交換器以太交換器WANRouter網絡云團網絡云團781.1.3 計算機網絡的模式1.基于服務器的網絡（客戶/服務器模式）2.對等網絡（對等模式）93.混合型網絡1.1.4 共享介質的網絡和交換式網絡1.共享介質的網絡102.交換式網絡1.2 計算機網絡的組成1.2.1 計算機網絡的硬件組成1.服務器：文件服務器、打印服務器、應用系統(tǒng)服務器、通信服務器。112.工作站3.網卡4.調制解調器5.中繼器和集線器6.網橋、路由器和交換器1.2.2 計算機

4、網絡的軟件組成1.網絡操作系統(tǒng)2.網絡操作系統(tǒng)組成：網絡適配器驅動程序、子網協(xié)議和應用協(xié)議121.2.3 通信子網和資源子網（二級結構網絡模型）DBS激光打印資源子網通信子網131.3 計算機網絡的作用1.3.1 共享硬件資源1.共享磁盤空間2.共享打印機3.共享通信設備1.3.2 共享軟件1.共享軟件包2.使用多用戶軟件1.4 計算機網絡的拓撲結構 計算機網絡的拓撲結構是指計算機網絡的硬件系統(tǒng)的連接形式。141.4.1 總線結構1.4.2 環(huán)狀網絡端接器151.4.3 星狀網絡1.4.4 星狀總線161.4.5 網狀網絡ABCD171.5 計算機網絡的性能1.5.1 計算機網絡的性能指標1.

5、 速率比特（bit）是計算機中數據量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。Bit 來源于 binary digit，意思是一個“二進制數字”，因此一個比特就是二進制數字中的一個 1 或 0。網絡技術中的速率即數據率(data rate)或比特率(bit rate) 。指的是連接在計算機網絡上的主機在數字信道上傳送數據的速率傳送數據的速率。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）。 現在“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率最高數據率”

6、的同義語，即每秒多少比特。單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 描述帶寬也常常把“比特/秒”省略。 例：帶寬是10M。實際上是10Mb/s。常用的帶寬單位 更常用的帶寬單位是千比每秒，即 kb/s （103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） 請注意：在計算機界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。數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。 每秒 106 個比特時間1 0 1 0 1 11 s帶寬為1 Mb/s 時間每秒

7、 4 106 個比特0.25 s帶寬為4 Mb/s 什么是寬帶？ 寬帶線路：可通過較高數據率的線路。 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。對寬帶傳輸的錯誤概念 有些人愿意用“汽車在公路上跑”來比喻“比特在網絡上傳輸”，認為寬帶傳輸的好處就是傳輸更快，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。常見的錯誤是混淆了兩種速率 在網絡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）計算機向網絡發(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

8、算機向網絡發(fā)送比特的速率較高。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：車距縮短另一種錯誤概念“寬帶”相當于“多車道”1001011101001001110100010110103. 吞吐量 吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。 吞吐量更經常地用于對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。 吞吐

9、量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。 4. 時延(delay 或 latency) 傳輸時延（發(fā)送時延 ） 發(fā)送數據時，數據塊從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。 也就是從發(fā)送數據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 = 數據塊長度（比特）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。 傳播時延= 信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）時延(delay 或 latency) 處理時延 交換結點為存儲轉發(fā)而進行一些必

10、要的處理所花費的時間。 排隊時延 結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。 排隊時延的長短往往取決于網絡中當時的通信量。時延(delay 或 latency) 數據經歷的總時延就是發(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+排隊時延四種時延所產生的地方 1 0 1 1 0 0 1發(fā)送器隊列在鏈路上產生傳播時延結點 B結點 A在發(fā)送器產生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結點 A 中產生處理時延和排隊時延數據從結點 A 向結點 B 發(fā)送數據鏈路容易產生的錯誤概念 對于高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是數據的發(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據的

11、發(fā)送時延。 1.6 計算機網絡參考模型 ISO/OSI參考模型 TCP/IP參考模型 本課程的網絡模型ISO/OSI參考模型 應用應用主機主機A層層7654321應用協(xié)議應用協(xié)議表示協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議傳輸協(xié)議表示表示網絡網絡傳輸傳輸物理物理數據鏈路數據鏈路會話會話交換單交換單元名稱元名稱APDUPPDUSPDUTPDU分組分組幀幀比特比特應用應用表示表示網絡網絡傳輸傳輸物理物理數據鏈路數據鏈路會話會話主機主機B網絡網絡物理物理物理物理網絡網絡數據鏈路數據鏈路數據鏈路數據鏈路路由器路由器路由器路由器通信子網協(xié)議通信子網協(xié)議物理層主機物理層主機-路由器協(xié)議路由器協(xié)議數據鏈路層主機

12、數據鏈路層主機-路由器協(xié)議路由器協(xié)議網絡層主機網絡層主機-路由器協(xié)議路由器協(xié)議通信子網邊界通信子網邊界OSI參考模型參考模型層、協(xié)議和接口 第第5層層第第4層層第第3層層第第2層層第第1層層第第2層層第第1層層第第3層層第第4層層第第5層層物理介質物理介質4/5層接口層接口3/4層接口層接口2/3層接口層接口1/2層接口層接口主機主機1主機主機2第第5層協(xié)議層協(xié)議第第4層協(xié)議層協(xié)議第第3層協(xié)議層協(xié)議第第2層協(xié)議層協(xié)議第第1層協(xié)議層協(xié)議第四層服務第四層服務訪問點訪問點SAP第三層服務第三層服務訪問點訪問點SAP層、協(xié)議和接口層、協(xié)議和接口接口和服務 每一層的功能都是為它的上一層服務的實體enti

13、ty 每層中活動的元素稱為實體每一層和對方的同一層稱為對等實體peer entity如第n層是服務提供者，則第n+1層為服務對象 分層的好處 通過每一層實現一種相對獨立的功能來簡化問題 每一層的設計都是獨立的，它不必關心下一層是如何實現的，只需知道下一層為我提供的服務，和我必須為上一層提供哪些服務 當由于技術的變化使某層的實現需要變化時，不影響其他的層次物理層（physical layer） 與傳輸媒體的接口，完成傳輸媒體上的信號與二進制數據間的轉換物理接口上發(fā)送或接收的是一串以某種規(guī)則表示物理接口上發(fā)送或接收的是一串以某種規(guī)則表示的二進制的數據的二進制的數據物理層定義的是接口的機械特性、電氣

14、特性、功物理層定義的是接口的機械特性、電氣特性、功能和過程特性等能和過程特性等例如：插頭、插座的幾何尺寸，每根引腳的功能例如：插頭、插座的幾何尺寸，每根引腳的功能定義，邏輯定義，邏輯0和和1的電平定義，信號寬帶定義的電平定義，信號寬帶定義 數據鏈路層（data link layer）提供點到點的可靠傳輸，通常需把數據分成幀，并且保證幀的正確發(fā)送和接收識別幀的標志 幀的發(fā)送和接收，需校驗、確認發(fā)送方在超時或收到否定性確認后，要重發(fā)重復幀要丟棄 在共享網絡中，需解決信道共享問題等網絡層（network layer） 提供主機到主機的通路，其間可能存在多條通路，網絡層將實現的功能包括：選擇路由 擁塞

15、控制 協(xié)議的轉換 分段和重組 對用戶的分組、字符等計數 等等傳輸層（transport layer） 提供端到端的通路，應用到應用的通路傳輸層將把高層要求傳輸的數據分成若干個報文報文與幀不一樣，幀只有幀標志（起始標志、結束標志），而報文有信源和信宿的地址及端口、報文的順序號、確認號等等 低三層的通信對象通常是路由器，傳輸層是端到端的，必須考慮該報文怎樣才能從源端正確地傳輸到目的端，而源端和目的端通常是主機會話層（session layer） 建立有關會話的機制，或雙向對話，或雙向對話時要有切換等如：說的一方應說一段就聽一下對方的反應，因為，如：說的一方應說一段就聽一下對方的反應，因為，可能線路

16、已斷可能線路已斷表示層（presentation layer） 表示層關心的是語法和語義 對相關的數據的描述采用抽象的定義，如浮點數都用科學表示法相關數據的表示法轉換 抽象數據結構的轉換應用層（application layer） 包括所有應用方面的協(xié)議 如：全屏幕功能，不同的終端其控制字符不盡相同，應作相應的轉換，通常定義一個網絡虛擬終端 不同系統(tǒng)之間的文件傳輸的方式不同，但表示的形式必須一致 OSI模型的數據傳輸應用協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議網絡協(xié)議發(fā)送進程發(fā)送進程實際數據傳輸路徑實際數據傳輸路徑應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層接收進程接收進程NH數據PH數據SH數據TH數

17、據AH 數據bitsDH數據DT應用層表示層會話層傳輸層網絡層數據鏈路層物理層舉例：某人給他的朋友寫一封信郵郵政政袋袋箱箱 信信信信封封郵郵政政信信袋袋應用層應用層網絡層網絡層數據鏈路層數據鏈路層物理層物理層傳輸層傳輸層計算機網絡參考模型 ISO/OSI參考模型 TCP/IP參考模型 本課程的網絡模型TCP/IP參考模型OSITCP/IP在模型中在模型中不存在不存在7654321應用表示會話傳輸網絡數據鏈路物理應用傳輸互聯(lián)網主機至網絡TCP/IP參考模型參考模型互聯(lián)網層（internet layer） 這里的互聯(lián)網是基于無連接的分組交換網絡 互聯(lián)網層定義了正式的分組格式和協(xié)議，即IP協(xié)議（in

18、ternet protocol），每個IP包的路由問題是互聯(lián)網層要解決的問題 互聯(lián)網層與OSI中的網絡層相對應一個報文的各個不同的分組（稱為一個報文的各個不同的分組（稱為IP包），包），可以通過不同的路徑到達目的地，其到達順可以通過不同的路徑到達目的地，其到達順序與發(fā)送順序可能不一致序與發(fā)送順序可能不一致傳輸層（transport layer） 位于互聯(lián)網層的上層，與OSI中的傳輸層相對應 其功能是使源端和目的端主機的對等實體進行對話 定義了兩個端到端的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCP（transmission control protocol）用戶數據報協(xié)議用戶數據報協(xié)議UDP（user datagram protocol） 應用層（application layer） TCP/IP模型的應用層包括所有的高層協(xié)議 （實際上，OSI模型中的會話層和表示層在很多應用中是沒用