計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第1頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-2-課程概述本課程是計算專業(yè)一門必修的課程。通過本課程的學(xué)習，使學(xué)生能夠理解、掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念和相關(guān)操作講述內(nèi)容主要包括：計算機網(wǎng)絡(luò)引論、物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、介質(zhì)訪問控制子層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)安全等。第2頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-3-內(nèi)容安排§1.引論§2.物理層§3.數(shù)據(jù)鏈路層§4.介質(zhì)訪問子層§5.網(wǎng)絡(luò)層§6.傳輸層§7.應(yīng)用層§8.網(wǎng)絡(luò)安全第3頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-4-教材教材計算機網(wǎng)絡(luò)謝希仁編著電子工業(yè)出版社，2003第4頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-5-參考書目數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)教程WilliamA.Shay，高傳善等譯機械工業(yè)出版社,2000計算機網(wǎng)絡(luò)AndrewS.Tanenbaum，熊桂喜王小虎譯清華大學(xué)出版社,1998計算機局域網(wǎng)胡道元清華大學(xué)出版社,2002第5頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-6-考試平時20%，包括作業(yè)、考勤考試80%，閉卷考試第6頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-7-§1引論內(nèi)容安排1.1計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程1.2計算機網(wǎng)絡(luò)分類1.3計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念和功能1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)1.5標準機構(gòu)第7頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-8-§1.1計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程簡單快速地讓信息到達各個地理位置上計算機網(wǎng)絡(luò)是通信和計算機技術(shù)的結(jié)合計算機網(wǎng)絡(luò)實際上是計算機技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合第8頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-9-通信發(fā)展歷史語言、羊紙皮、石碑和煙霧信號，飛鴿等。1819HansOersted在電線上發(fā)送了一束電流，偏移了磁化的針1837美國的SamuelF.B.Morse等發(fā)明了電報。1876AlexanderGrahamBell構(gòu)造了第1個電話系統(tǒng)1906LeeDeForest發(fā)明了真空三極管，用于放大電流。1915AT&T的研究人員首次在紐約和舊金山之間實現(xiàn)了跨洲電話1937AlexReeves開發(fā)了一種語音數(shù)字化技術(shù)，即脈沖編碼調(diào)制(PCM)第9頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-10-計算機發(fā)展歷史1946年,世界上第一臺電子計算機ENIAC問世1947貝爾實驗室研制成功晶體管1958集成電路研制成功1960陰極射線終端CRT1961麻省理工學(xué)院的LeonardKleinrock發(fā)表了第一篇關(guān)于分組交換網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的論文1962、1963EBCDIC和ASCII1964GordonMoore預(yù)言計算機的能力每18個月會翻一倍第10頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-11-1965第一個WAN建成。術(shù)語“超文本”首次引入1966研究人員首次使用光纖來傳輸電話信號1969SteveCrocker編寫了第一個RFC文檔1970在ARPA的資助下，夏威夷大學(xué)創(chuàng)建了ALOHAnet1972BBN的RayTomlinson發(fā)明了E-mail1974VintonCerf和BobKahn提出了傳輸控制協(xié)議(TCP)第11頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-12-1978Internet協(xié)議(IP)計劃提出，作為從TCP中分離出來的路由功能1981IBM的個人計算機(PC)1982ARPANET采納TCP和IP作為其主要的協(xié)議套1990年，ARPANET被Internet取代，正式退出了歷史舞臺1999～2001年，全球網(wǎng)絡(luò)泡沫第12頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-13-計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)簡單的聯(lián)機系統(tǒng)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復(fù)雜的聯(lián)機系統(tǒng)多機系統(tǒng)第13頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-14-“面向通信”的分組交換網(wǎng)階段66年6月，英國國家物理實驗室Davies提出“分組”(Packet)概念69年12月，美國ARPA采用“分組交換”技術(shù)，建成ARPANET，第一個分組交換網(wǎng)，INTERNET的前身第14頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-15-

三種交換技術(shù)：電路交換報文交換分組交換第15頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-16-§線路交換線路交換是在發(fā)送方和接收方建立一條實際的專用通路當建立成功后，其他的線路就不能占用這條通路，直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，然后拆除連接。特點不會發(fā)生沖突，線路的利用率比較低第16頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-17-線路交換時序建立連接數(shù)據(jù)傳送拆除連接呼叫請求呼叫請求呼叫請求呼叫接受傳送數(shù)據(jù)DCBAAB干線BC干線CD干線時間第17頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-18-§報文交換發(fā)送方和接收方不會提前建立實際的專用線路，發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)前，將數(shù)據(jù)組裝成報文發(fā)送出去交換局（路由器），每個數(shù)據(jù)塊接收后，通過錯誤校驗無誤后，隨后在轉(zhuǎn)發(fā)到其他交換局，使用這種技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)稱為存儲-轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)每個報文沒有大小限制，路由器必須使用磁盤來緩存較大的數(shù)據(jù)報文。這將會引起某些用戶長時間獨占某條線路，還可能引起線路的阻塞和死鎖第18頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-19-報文交換時序存儲轉(zhuǎn)發(fā)DCBA時間傳播延遲報文排隊延遲報文報文第19頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-20-分組交換分組交換網(wǎng)絡(luò)對于數(shù)據(jù)塊的大小有嚴格的上限，使分組可以被換存在路由器的主存中，保證沒有用戶獨占傳輸線路太長時間第二個分組完全到來之前，多個分組報文的第一個分組已經(jīng)轉(zhuǎn)發(fā)出去了，這樣可以減少延遲和提高吞吐量計算機網(wǎng)絡(luò)通常是分組交換的，偶爾是線路交換的，但是絕不會是報文交換的。虛電路和數(shù)據(jù)報第20頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-21-分組交換時序分組DCBA時間分組報文分組報文分組報文分組報文分組報文分組報文分組報文分組報文分組報文第21頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-22-§線路交換和分組交換的區(qū)別線路交換靜態(tài)的保留了需要的帶寬，而分組交換在需要的時候才申請帶寬并隨后釋放它。使用分組交換時，路由器可以提供高速度和代碼轉(zhuǎn)換，以及某種程度上的錯誤糾正分組交換中，分組可能以錯誤的順序到達目的端，而線路交換中不會。線路交換是完全透明的，發(fā)送方和接收方可以使用任何比特速率、格式或分幀方法，電信公司不知道也不關(guān)心，而分組交換中，電信公司決定基本參數(shù)收費方法不同，分組交換一般按傳送的分組字節(jié)數(shù)目和連接時間收費，通常不開慮傳輸距離，而線路交換收費需要考慮時間和距離而不是流量。第22頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-23-分組交換以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機處在網(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)上的許多硬件和軟件資源通信子網(wǎng)：分組交換網(wǎng)資源子網(wǎng)：用戶主機的集合第23頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-24-“面向應(yīng)用”的計算機網(wǎng)絡(luò)階段

目的是實現(xiàn)主機間的數(shù)據(jù)交換“網(wǎng)絡(luò)資源共享”的自動管理“分布式應(yīng)用系統(tǒng)”的開發(fā)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的形成與發(fā)展提出和采用“網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”O(jiān)SI/RM-ISO第24頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-25-因特網(wǎng)時代從某種意義上，Internet可以說是美蘇冷戰(zhàn)的產(chǎn)物1969年，美國國防部DOD（DepartmentOfDefence）高級研究計劃署ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）資助建立的實驗性網(wǎng)絡(luò)ARPANET，這是一個比較完善的分布式跨國計算機網(wǎng)絡(luò)，即Internet最早的雛形。第25頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-26-到1972年時，ARPANET網(wǎng)上的網(wǎng)點數(shù)已經(jīng)達到40個E-mail，F(xiàn)TP和Telnet是Internet上較早出現(xiàn)的重要工具，特別是E-mail仍然是目前Internet上最主要的應(yīng)用。第26頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-27-ARPA開發(fā)了針對于ARPAnet的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議集，其中最主要的兩個協(xié)議為TCP和IP，它使得各種類型的計算機網(wǎng)絡(luò)之間能夠彼此通信，因此，加入到ARPAnet中的計算機網(wǎng)絡(luò)也越來越多，ARPAnet的隊伍日益壯大。第27頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-28-1980年ARPA把TCP/IP加入到UNIX內(nèi)核中，因此以后TCP/IP即成為UNIX系統(tǒng)的標準通信模塊，目前Internet網(wǎng)上大部分主機運行的都是UNIX系統(tǒng)。到了1983年，ARPA把TCP/IP正式作為ARPAnet的標準協(xié)議第28頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-29-在ARPAnet發(fā)展過程中，美國其它一些機構(gòu)開始建立自己的面向全國的計算機廣域網(wǎng)，這些網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)采用與ARPAnet相同的通信協(xié)議。其中美國國家科學(xué)基金會（NSF）的NSFnet有著很大影響，它為Internet的產(chǎn)生起了積極的促進作用。第29頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-30-此外，美國宇航局（NASA）與能源部的NSINET、ESNET網(wǎng)相繼建成。歐洲、日本等也積極發(fā)展本地網(wǎng)絡(luò)。于是在此基礎(chǔ)上互聯(lián)形成了Internet，而ARPAnet作為一個軍事項目，至1989年即不復(fù)存在。第30頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-31-從單個ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程建成三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)多級結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)第31頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-32-Internet經(jīng)過20年的發(fā)展，取得了巨大的成功。目前，Internet已成為世界上規(guī)模最大、用戶最多、資源最豐富的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)系統(tǒng)Internet上數(shù)據(jù)越來越多網(wǎng)民越來越多服務(wù)器越來越多電子商務(wù)交易額越來越多第32頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-33-在我國，越來越多的用戶正在關(guān)心和使用Internet。近兩年來，Internet在中國的普及越來越廣泛，各種應(yīng)用也越來越多，這必將有助于我國與國際間進行信息交流、資源共享和科技合作，促進我國經(jīng)濟文化發(fā)展，并且Internet的巨大商業(yè)潛能也正在為國內(nèi)企業(yè)單位所開發(fā)利用，有著極其廣闊的發(fā)展前景作為我國社會活動的一大工具，Internet將成為繼電話、電視之后的第三大公共系統(tǒng)第33頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-34-1.7標準機構(gòu)1.7.1標準化的意義和分類1.7.2電信界最有影響的標準1.7.3國際標準界最有影響的組織1.7.4因特網(wǎng)標準界最有影響的組織第34頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-35-1.7.1標準化的意義和分類意義不同的計算機之間可以通信大規(guī)模生產(chǎn)、規(guī)模經(jīng)濟，VLSI實現(xiàn)，降低成本分類既成事實的標準：指那些沒有正式計劃，僅僅是出現(xiàn)了的標準，例如IBMPC,Unix等合法的標準：一些權(quán)威機構(gòu)采納的正式標準。國際權(quán)威通常又分為：國家政府間的協(xié)議自愿的，非協(xié)議組織第35頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-36-1.7.2電信界最有影響的標準國際電信聯(lián)盟ITU第36頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-37-1.7.3國際標準界最有影響的組織ISO:國際標準化組織ISO（internationalstandardsorganization）ISOANSI美國國家標準協(xié)會ASCII電器和電子工程師協(xié)會IEEE(instituteofelectricalandelectronicsengineers)LAN第37頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-38-1.7.4因特網(wǎng)標準界最有影響的組織因特網(wǎng)活動委員會IAB(Internetactivitiesboard)，后來變成因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)委員會RFC(requestforcomments)請求評注因特網(wǎng)特別任務(wù)組因特網(wǎng)工程特別任務(wù)組第38頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-39-人類歷史上幾次空前絕后的著名預(yù)測電話作為一種通信工具，有許多缺陷，對此應(yīng)加認真考慮。這種設(shè)備沒有價值?！? ——西歐聯(lián)盟(1876)“我認為世界市場上有可能售出五臺計算機?！? ——托馬斯·沃特森(IBM主席，1943)“未來計算機的重量可能不會超過1.5噸?！? ——大眾機械雜志(1949)“無論對誰來說，640K內(nèi)存都足夠了。” ——蓋茨(1981)在手機的小鍵盤上玩上網(wǎng)是個笑話

——morrow(2003)第39頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-40-1.2計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用文件和打印服務(wù)通信服務(wù)借助于網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，遠程用戶可以連接到網(wǎng)絡(luò)（通常通過電話線和調(diào)制解調(diào)器）郵件服務(wù)Internet服務(wù)管理服務(wù)電子商務(wù)第40頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-41-1.3計算機網(wǎng)絡(luò)基本概念和功能從不同的角度出發(fā)，存在著各種不同的理解和定義一些互相連接的、自治的計算機的集合計算機網(wǎng)絡(luò)、分布式計算機系統(tǒng)區(qū)別多臺自主計算機的存在對用戶是透明的，用戶覺察不到多處理機的存在，分布式系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)，具有高度的整體性和透明性。第41頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-42-計算機網(wǎng)絡(luò)功能數(shù)據(jù)通信。資源共享，所謂資源是指在有限時間內(nèi)能為用戶服務(wù)的設(shè)備，包括軟設(shè)備和硬設(shè)備。提高計算機的可靠性和可用性易于進行分布處理，分散負荷第42頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-43-1.4計算機網(wǎng)絡(luò)的組成計算機網(wǎng)絡(luò)硬件服務(wù)器工作站網(wǎng)卡Modem中繼器和集線器、網(wǎng)橋、交換機、路由器傳輸介質(zhì)計算機網(wǎng)絡(luò)軟件網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，UNIX,WINDOWS網(wǎng)絡(luò)軟件，例如數(shù)據(jù)庫程序，下載工具，瀏覽工具第43頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-44-網(wǎng)卡NC第44頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-45-介質(zhì)介質(zhì)第45頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-46-1.5拓撲結(jié)構(gòu)在計算機網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點相互連接的方法和策略稱為網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)（NetworkTopology）常見的拓撲結(jié)構(gòu)有星型拓撲、總線拓撲，環(huán)型拓撲等具體到一個計算機網(wǎng)絡(luò)究竟選擇哪種拓撲結(jié)構(gòu)，需要考慮諸多因素第46頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-47-§1.5.1星型拓撲星型拓撲是由中央節(jié)點和通過點到點鏈路連接到中央節(jié)點的各個節(jié)點組成星型拓撲第47頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-48-優(yōu)點方便服務(wù)各站點都通過中央節(jié)點實現(xiàn)相互通信，因此中央節(jié)點可以方便的提供服務(wù)和配置集中控制和故障診斷由于每個節(jié)點都只接連接到中央節(jié)點，因此故障容易診斷和隔離，并且一個節(jié)點的損壞不影響其他節(jié)點的使用。簡單的訪問協(xié)議任何一個連接都只涉及中央節(jié)點和一個站點，介質(zhì)訪問方法和協(xié)議簡單第48頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-49-缺點電纜長度和安裝由于每個站點直接和中央節(jié)點相連，因此需要較長的電纜，安裝和維護費用也上升。擴展困難增加新的站點困難，需要增加到中央節(jié)點的連接依賴于中央節(jié)點由于中央節(jié)點負責整個網(wǎng)絡(luò)的通信控制，如果發(fā)生故障則整個崩潰第49頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-50-§1.5.2總線拓撲總線拓撲結(jié)構(gòu)是所有站點通過接口連接到一根傳輸介質(zhì)上實現(xiàn)通信，這根傳輸線又稱總線一次只能有一個設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。往往采取分布式控制策略來決定下一次哪一個節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)ABCDE第50頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-51-優(yōu)點電纜長度短，布線容易因為所有的站點接到總線上，因此需要較短的電纜長度，減少了安裝和維護費用可靠性高結(jié)構(gòu)簡單，并且使用無源器件，可靠性高易于擴充增加新站點十分容易，只需要在總線的任意點接入即可第51頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-52-缺點故障診斷困難因為不采用集中控制，所以故障檢測困難，需要在各個節(jié)點進行故障隔離困難如果故障發(fā)生在節(jié)點，需要將節(jié)點從總線上摘掉；如果故障發(fā)生在總線上，則這段總線需要切斷，其上的節(jié)點均無法通信中級器配置當總線長度超出通信范圍，需要配置中級器終端智能接在總線上的站點都要有介質(zhì)訪問控制功能，因此必須具有智能，增加了硬件和軟件費用第52頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-53-§1.5.3環(huán)型拓撲環(huán)型拓撲是各個節(jié)點通過點到點鏈路依次連接成一個封閉的環(huán)組成在環(huán)型拓撲中，數(shù)據(jù)的流向是單方向的，也就是說，鏈路上的數(shù)據(jù)只能按照同一個方向傳輸?shù)?3頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-54-優(yōu)點電纜長度短第54頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-55-缺點一個節(jié)點的故障會引起整個網(wǎng)絡(luò)崩潰診斷故障困難重新配置網(wǎng)絡(luò)困難增加或者刪除一個節(jié)點都比較困難第55頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-56-§1.5.4組合拓撲計算機網(wǎng)絡(luò)中可以組合使用各種拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)中存在一條公共總線，稱為主干第56頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-57-1.6計算機網(wǎng)絡(luò)分類計算機網(wǎng)絡(luò)品種繁多，性能各異，根據(jù)不同的分類原則，可以得到各種不同類型的計算機網(wǎng)絡(luò)。例如按照網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)劃分；按照網(wǎng)絡(luò)涉轄范圍和互聯(lián)距離劃分；按照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和系統(tǒng)的擁有者劃分；按照不同的服務(wù)對象劃分等等。第57頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-58-第58頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-59-按網(wǎng)絡(luò)交換功能進行分類電路交換報文交換分組交換混合交換（電路與分組結(jié)合）第59頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-60-從網(wǎng)絡(luò)作用范圍進行分類按照網(wǎng)絡(luò)涉轄范圍，可以分為以下3類：局域網(wǎng)（LAN-LocalAreaNetwork）城域網(wǎng)(MAN-MetropolitanAreaNetwork)廣域網(wǎng)(WAN-WideAreaNetwork)第60頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-61-從網(wǎng)絡(luò)使用者進行分類公用網(wǎng)(公眾網(wǎng))專用網(wǎng)第61頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-62-按拓撲結(jié)構(gòu)進行分類總線型星型環(huán)型組合第62頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-63-按網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)：陸地網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、無線網(wǎng)、蜂窩移動網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)的傳輸和交換體制分類：分組交換網(wǎng)、ATM網(wǎng)（信元）、幀中繼網(wǎng)第63頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-64-計算機網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標帶寬某個信號具有的頻帶寬度，hz線路帶寬：表示通信線路允許通過的的信號頻帶范圍數(shù)據(jù)率：傳送數(shù)字信號的速率。吞吐量：每秒發(fā)送的比特（字節(jié)、幀）數(shù)。b/s第64頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-65-時延一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時間。它由發(fā)送時延、傳播時延、處理時延組成。第65頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-66-發(fā)送時延：結(jié)點在發(fā)送數(shù)據(jù)時使數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間，又稱傳輸時延。其計算公式為：發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度/信道帶寬信道帶寬是指數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率，又稱數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率。第66頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-67-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。其計算公式為：傳播時延=信道長度/電磁波在信道上的傳播速率電磁波在自由空間的傳播速率是光速，而在傳輸媒體中的傳播速率要略低于自由空間。信號傳輸速率與電磁波的傳播速率不同。第67頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-68-處理時延：數(shù)據(jù)在交換結(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。有時用排隊時延近似作為處理時延。數(shù)據(jù)傳輸?shù)目倳r延：總時延=處理時延+發(fā)送時延+傳播時延第68頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-69-傳播時延帶寬積：傳播時延與帶寬的乘積，又稱以比特為單位的鏈路長度。其計算公式為：時延帶寬積=傳播時延帶寬例如，傳播時延為30ms，帶寬為50Mb/s，則其時延帶寬積=3010-350106=1.5106bit第一個比特到達終點時，發(fā)送端已經(jīng)發(fā)送了150萬個比特，并且正在鏈路上傳輸。第69頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-70-往返時延RTT（round-triptime）：從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)到發(fā)送端接收到來自接收端的確認，總共經(jīng)歷的時延。往返時延帶寬積：是指發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時，在收到對方確認之前，在鏈路上傳輸?shù)谋忍財?shù)。第70頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-71-網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成2劃分層次的必要性3TCP/IP和OSI/RM參考模型4實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點第71頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-72-1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成1974IBM的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNAOSI/RMTCP/IP第72頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-73-劃分層次的必要性協(xié)議：為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換（通信）而建立的規(guī)則、標準或約定語法：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)順序的詳細說明第73頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-74-網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：計算機網(wǎng)絡(luò)的層次、協(xié)議、接口及服務(wù)的集合。層次：一種結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法，將網(wǎng)絡(luò)功能分成一系列邏輯層次，每一層完成一個特定的功能，各層間經(jīng)接口交換信息。第74頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-75-這是不可容忍的，你這笨蛋轉(zhuǎn)換成外交語言翻譯成共同語言對語言做適當修改，復(fù)合國家利益那個笨蛋說，這是不可容忍的高層對話，可以使用本國語言適當修改，但是不能產(chǎn)生或改變內(nèi)容傳達信息，不知道或不關(guān)心對話意義和含義第75頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-76-§實體：任何可以發(fā)送或接收信息的硬件/軟件進程，每一層中的活動元素稱為實體，可以是軟件或硬件對等實體：位于不同系統(tǒng)內(nèi)同一層次的兩個實體。協(xié)議棧：某一系統(tǒng)內(nèi)的各層協(xié)議集。第76頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-77-接口：相鄰兩層之間交互的界面，定義相鄰兩層之間的原語操作及上層對下層的服務(wù)。服務(wù)：某一層及其以下各層的一種能力，通過接口提供給其相鄰上層。協(xié)議作用在對等實體之間第n層實體實現(xiàn)的服務(wù)為第n+1層所使用，第n層被稱為服務(wù)提供者第n+1層稱為服務(wù)用戶服務(wù)訪問點（SAP）：接口上相鄰兩層實體交換信息之處接口數(shù)據(jù)單元（IDU）：相鄰兩層實體之間交換的信息單元接口控制信息（ICI）：相鄰兩層實體之間交換信息時的控制信息第77頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-78-對等實體傳送的數(shù)據(jù)稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU，ProtocolDataUnit）PDU由兩部分組成：一部分是用戶數(shù)據(jù)，是上一層傳下來的數(shù)據(jù)單元，稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（SDU，ServiceDataUnit）另一部分是本層的控制信息PCI。這一層的PDU傳到下一層就成為了下一層的SDU第78頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-79-§面向連接的服務(wù)和面向無連接的服務(wù)下層能夠提供兩種不同形式的服務(wù)面向連接的服務(wù)面向無連接的服務(wù)。第79頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-80-面向的連接的服務(wù)以電話系統(tǒng)為模型通信雙方首先要建立連接然后使用這個連接來傳輸數(shù)據(jù)最后釋放連接連接：兩個對等實體為進行數(shù)據(jù)通信而進行的一種結(jié)合連接就好像一個管道，發(fā)送方在一端按照一定的順序?qū)?shù)據(jù)放入管道中，接收方在另一端將數(shù)據(jù)按照同樣的順序接收。312312第80頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-81-面向無連接的服務(wù)兩個實體之間的通信不需要先建立好一個連接，因此其下層的有關(guān)資源不需要事先進行預(yù)留以郵政系統(tǒng)為模型發(fā)送方將數(shù)據(jù)封裝成報文分組。每個報文分組帶有完整的目的地地址，并且每一個報文都獨立于其他的報文分組各個報文分組獨立的確定自己在網(wǎng)絡(luò)中路徑接收方可能不是按照發(fā)送方發(fā)送的順序接收312213第81頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-82-有的服務(wù)很可靠，有些可能會丟失數(shù)據(jù)。我們使用服務(wù)質(zhì)量（QoS,QualityofService）來評價每種服務(wù)的特性第82頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-83-§ 開放系統(tǒng)互連參考模型§1 物理層(physicallayer)§2 數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)§3 網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)§4 傳輸層(transportlayer)§5 會話層(sessionlayer)§6 表示層(presentaltionlayer)§7 應(yīng)用層(applicationlayer)§8 OSI模型的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?3頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-84-開放系統(tǒng)互連參考模型（OSI/RM）由國際標準化組織(ISO)提出的關(guān)于如何保開放式系統(tǒng)（為了與其它系統(tǒng)通信而相互開放的系統(tǒng)）連接起來的而提出的一個模型，通常簡稱OSI模型。該模型分為7層ISO為各層制定了標準，作為獨立的國際標準公布的第84頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-85-§物理層(physicallayer)物理層負責在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)比特流，主要處理數(shù)據(jù)通信的物理、機械或電氣等特性接收數(shù)據(jù)后，不加分析，直接傳給數(shù)據(jù)鏈路層第85頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-86-§數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)數(shù)據(jù)鏈路層負責監(jiān)督相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息流動。加強物理層傳輸原始比特流的功能，使之能夠為網(wǎng)絡(luò)層提供無錯數(shù)據(jù)使用檢錯或糾錯技術(shù)來確保正確的傳輸當檢測到錯誤時，它請求重發(fā)或者糾正。流量控制的問題管理數(shù)據(jù)格式第86頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-87-§ 網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)網(wǎng)絡(luò)層管理路由策略，確定分組從源端到目的端如何選擇路由所謂路由，是指分組所選擇的路線AFCDBE第87頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-88-數(shù)據(jù)報要對收到的每一個分組在路由器內(nèi)作出路由選擇虛電路只需要在建立連接的時候作出一次路由選擇第88頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-89-路由選擇算法可以分為兩大類非自適應(yīng)算法:所有的路由都是預(yù)先指定好的自適應(yīng)算法:根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)以及通信量等的變化來改變路由選擇第89頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-90-§ 傳輸層(transportlayer)傳輸層是處理端對端通信的最低層,保證端到端可靠通信選擇通信使用的網(wǎng)絡(luò)流量控制AB第90頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-91-§會話層(sessionlayer)為兩個端用戶建立會話關(guān)系，保持和管理會話會話層提供如下服務(wù)：會話管理同步事務(wù)第91頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-92-會話管理通過令牌管理就可以協(xié)調(diào)會話AB第92頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-93-同步：通過在數(shù)據(jù)流中插入同步點，每次網(wǎng)絡(luò)崩潰后，僅需要從最后一個同步點開始傳送會話單元會話單元會話單元同步點同步點第93頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-94-事務(wù)：事務(wù)中的信息或者命令要么全部處理，要么全部不處理(原子特性)事務(wù)第94頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-95-§表示層(presentaltionlayer)表示層關(guān)心所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義，完成一些特定的功能：編碼、數(shù)字、數(shù)組、鏈表、數(shù)據(jù)加密和解密基于ASCII碼的計算機基于EBCDIC碼的計算機48454C4C4F48454C4C4FHELLO__<<!第95頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-96-§應(yīng)用層(applicationlayer)負責與用戶和應(yīng)用程序進行通信，包含了各種應(yīng)用協(xié)議和服務(wù)文件傳輸協(xié)議虛擬終端協(xié)議電子郵件資源管理遠程登錄必須注意的是它并不等同于一個應(yīng)用程序。第96頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-97-§OSI模型的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送進程將數(shù)據(jù)提交給應(yīng)用層EMailHi,Jeson:應(yīng)用層0101010010…第97頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-98-應(yīng)用層在數(shù)據(jù)的前面加上應(yīng)用報頭(AH)，構(gòu)成應(yīng)用層的PDU，然后傳送給表示層應(yīng)用層0101010010…AH0101010010…表示層第98頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-99-表示層接收到數(shù)據(jù)后，它把這些數(shù)據(jù)看作一個整體，根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進行變換后，加入自己的控制信息，構(gòu)成表示層的PDU，然后提交給會話層表示層會話層PH第99頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-100-依次類推，每一層接收到上一層的數(shù)據(jù)后，分別加入自己的控制信息，構(gòu)成本層的PDU，然后提交給下一層n+1層n層第100頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-101-最后數(shù)據(jù)到達物理層，然后被轉(zhuǎn)換成物理信號傳送到目的設(shè)備數(shù)據(jù)鏈路層物理層第101頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-102-接收方按照發(fā)送方相反的順序，各種控制信息分別被剝?nèi)?，最后?shù)據(jù)到達接收進程n+1層n層第102頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-103-OSI模型使用示例figure應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層發(fā)送進程接收進程應(yīng)用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)AH數(shù)據(jù)PH數(shù)據(jù)SH數(shù)據(jù)TH數(shù)據(jù)NH數(shù)據(jù)DHDT二進制流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議表示協(xié)議會話協(xié)議傳輸協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第103頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-104-§3.3 TCP/IP參考模型§3.3.1 IP協(xié)議§3.3.2 因特網(wǎng)控制消息協(xié)議ICMP§3.3.3 IP地址§3.3.4 IPv6§3.3.5 TCP§3.3.6 UDP第104頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-105-在上個世紀60年代，美國國防部成立了高級研究計劃局(ARPA)，研究可能用于軍事的高技術(shù)后來通過資助一些大學(xué)和公司，建立了ARPANETARPANET開始只有有限的節(jié)點，后來范圍逐漸擴大，連接了數(shù)百所大學(xué)和政府部分。第105頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-106-當衛(wèi)星和無線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的ARPANET協(xié)議同它們互連時出現(xiàn)了問題，需要一種新的參考體系結(jié)構(gòu)，這導(dǎo)致了TCP/IP模型和協(xié)議的產(chǎn)生。第106頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-107-在TCP/IP模型一般被認為分了4層，從底層到高層分別為：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層（互連層,Internet）、傳輸層和應(yīng)用層應(yīng)用層傳輸網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層第107頁，共117頁，2023年，2月20日，星期四-108-TCP/IP是現(xiàn)在因特網(wǎng)的核心技術(shù)，它包括了