北郵研究生課程-高級計算機網(wǎng)絡技術

高級計算機網(wǎng)絡課件

1精選課件ppt計算機網(wǎng)絡》課件制作人：謝希仁計算機網(wǎng)絡》課件制作人：謝希仁第一

章概論1.1計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展1.2計算機網(wǎng)絡的定義、分類及性能指標1.3計算機網(wǎng)絡的體系結構1.4計算機網(wǎng)絡的發(fā)展動向

2精選課件ppt1.1計算機網(wǎng)絡的形成與發(fā)展1.1.1計算機網(wǎng)絡發(fā)展階段劃分：第1階段：其主要特征是為了增加系統(tǒng)的計算能力和資源共享，把小型計算機連成實驗性的網(wǎng)絡。第2階段：其主要特征為：局域網(wǎng)絡作為一種新型的計算機體系結構開始進入產(chǎn)業(yè)部門。3精選課件ppt第3階段：其主要特征是：局域網(wǎng)絡完全從硬件上實現(xiàn)了ISO的開放系統(tǒng)互連通信模式協(xié)議的能力。第4階段：其主要特征是：Internet、高速通信網(wǎng)絡技術、接入網(wǎng)、網(wǎng)絡和信息安全技術的盛行。4精選課件ppt1.1.2因特網(wǎng)的發(fā)展因特網(wǎng)概述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(network)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成。互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡”(networkofnetworks)。連接在因特網(wǎng)上的計算機成為主機(Host)，因特網(wǎng)常用一朵云來表示。

5精選課件ppt(a)(b)網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡的網(wǎng)絡）結點鏈路6精選課件ppt主機因特網(wǎng)(c)7精選課件ppt因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段:第一階段是從單個網(wǎng)絡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。8精選課件ppt第二階段的特點是建成了三級結構的因特網(wǎng)。三級計算機網(wǎng)絡，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。9精選課件ppt第三階段的特點是逐漸形成了多層次ISP結構的因特網(wǎng)。出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務提供者ISP(InternetServiceProvider)。10精選課件ppt用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務提供商用戶通過ISP上網(wǎng)根據(jù)提供服務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。11精選課件ppt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→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

ISP12精選課件pptInternet2和下一代因特網(wǎng)計劃（NGI）Internet2是由UCAID（UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment，美國大學先進網(wǎng)絡研究聯(lián)盟）負責開發(fā)的一個項目。開發(fā)中的Internet2將用于多媒體虛擬圖書館、遠程醫(yī)療、遠程教學、視頻會議、視頻點播VOD、天氣預報等領域。13精選課件pptInternet2和下一代因特網(wǎng)計劃（NGI）1997年10月，美國克林頓政府在此基礎上提出了下一代因特網(wǎng)計劃，即NGI（NextGenerationInternet）。

NGI計劃實現(xiàn)的目標為：開發(fā)下一代網(wǎng)絡結構，以比現(xiàn)有的因特網(wǎng)高100倍的速率連接至少100個研究機構，以比現(xiàn)有的因特網(wǎng)高1000倍的速率連接10個類似的網(wǎng)點。14精選課件pptInternet2和下一代因特網(wǎng)計劃（NGI）使用更加先進的網(wǎng)絡服務技術和開發(fā)許多帶有革命性的應用。使用超高速全光網(wǎng)絡，能實現(xiàn)更快速的交換和路由選擇，同時具有為一些實時應用保留帶寬的能力。對整個因特網(wǎng)的管理和保證信息的可靠性及安全性方面進行較大的改進。15精選課件pptInternet組織、管理機構與標準Internet協(xié)會ISOCInternet地址分配授權機構IANAInternet工程指導組IESGInternet工程任務組IETFInternet體系結構委員會IABInternet研究任務組IRTFInternet信息中心InternetNICInternet管理機構示意圖：16精選課件ppt因特網(wǎng)的正式標準的四個階段：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)17精選課件ppt1.1.3計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展(1)中國公用分組交換網(wǎng)CHINAPAC(2)中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET(3)中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET(4)中國科學技術網(wǎng)CSTNET(5)中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET(6)中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)CNCNET(7)中國國際經(jīng)濟貿易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET(8)中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET(9)中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET（建設中）(10)中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網(wǎng)CSNET（建設中）18精選課件ppt1.2計算機網(wǎng)絡的定義、分類及性能指標1.2.1計算機網(wǎng)絡的不同定義最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡是一些互相連接的、以共享資源為目的的、自治的計算機的集合。因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡”。計算機網(wǎng)絡的功能主要表現(xiàn)為：硬件資源共享軟件資源共享用戶間信息交換19精選課件ppt1.2.2計算機網(wǎng)絡的分類不同作用范圍的網(wǎng)絡局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)20精選課件ppt1.2.2計算機網(wǎng)絡的分類不同使用者的網(wǎng)絡公用網(wǎng)(publicnetwork)這是指電信公司（國有或私有）出資建造的大型網(wǎng)絡。專用網(wǎng)(privatenetwork)

這是指某個部門為本單位的特殊業(yè)務工作需要而建造的網(wǎng)絡。21精選課件ppt1.2.2計算機網(wǎng)絡的分類用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡這種網(wǎng)絡即接入網(wǎng)AN(AccessNetwork)，

目前主要分為三類：計算機網(wǎng)絡電話通信網(wǎng)廣播電視網(wǎng)

22精選課件ppt1.2.3計算機網(wǎng)絡的性能指標1.速率網(wǎng)絡技術中的速率是指連接在計算機網(wǎng)絡上的主機在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，它也稱為數(shù)據(jù)率或比特率。速率是計算機網(wǎng)絡中最重要的性能指標。其單位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等。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。23精選課件ppt2.帶寬從頻域角度定義：

帶寬(bandwidth)是指某個信號具有的頻帶寬度，單位是赫茲（或千赫、兆赫、吉赫等）。從時域角度定義：網(wǎng)絡帶寬表示在單位時間內從網(wǎng)絡中的某一點到另一點所能通過的最高數(shù)據(jù)率。單位是比特每秒，或b/s(bit/s)。24精選課件ppt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。25精選課件ppt3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時間內通過某個網(wǎng)絡（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。吞吐量受網(wǎng)絡的帶寬或網(wǎng)絡的額定速率的限制。26精選課件ppt4.時延(delay)發(fā)送時延（傳輸時延）主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間。即從發(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（比特）信道帶寬（比特/秒）27精選課件ppt傳播時延電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。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）28精選課件ppt處理時延主機或路由器對收到的分組進行處理所需要花費的時間。排隊時延

結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)絡中當時的通信量。29精選課件ppt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+排隊時延30精選課件ppt四種時延所產(chǎn)生的地方1011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結點

B結點

A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結點

A中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)從結點A向結點B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路31精選課件ppt（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32精選課件ppt

往返時間RTT往返時間（Round-TripTime，RTT）表示從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到來自接收方的確認（接收方收到數(shù)據(jù)后便立即發(fā)送確認），總共經(jīng)歷的時間。33精選課件ppt

利用率信道利用率就是信道平均被占用的程度。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡利用率網(wǎng)絡利用率則是全網(wǎng)絡的信道利用率的加權平均值。

34精選課件ppt時延與網(wǎng)絡利用率的關系根據(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)絡空閑時的時延，D表示網(wǎng)絡當前的時延，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之間的關系：U是網(wǎng)絡的利用率，數(shù)值在0到1之間。35精選課件ppt時延

D利用率

U10D0時延急劇增大36精選課件ppt1.3計算機網(wǎng)絡的體系結構1.3.1網(wǎng)絡體系結構的基本概念1.網(wǎng)絡協(xié)議為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標準被稱為網(wǎng)絡協(xié)議。網(wǎng)絡協(xié)議也簡稱為協(xié)議。37精選課件ppt1.3計算機網(wǎng)絡的體系結構網(wǎng)絡協(xié)議主要由以下3個要素構成：語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結構和格式語義，用于解釋比特流每一部分的意義。它規(guī)定了需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作以及做出何種響應。時序，對事件實現(xiàn)順序的詳細說明。38精選課件ppt2.層次相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調工作才行，而這種協(xié)調是相當復雜的。分層次（layer）是可以將龐大而復雜的問題，轉化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較容易研究和處理。39精選課件ppt3.各層設計的關鍵問題編址機制錯誤控制機制流量控制機制復用/分用40精選課件ppt4.網(wǎng)絡體系結構網(wǎng)絡體系結構（networkarchitecture）指網(wǎng)絡層次結構模型與各層協(xié)議的集合。體系結構是抽象的，而實現(xiàn)是具體的，它是指能運行的一些硬件和軟件。41精選課件ppt1.3.2網(wǎng)絡體系結構的研究方法計算機網(wǎng)絡中采用層次結構的好處：各層之間是獨立的。靈活性好。各層都可以采用最適合的技術來實現(xiàn)。易于實現(xiàn)和維護。有利于促進標準化。42精選課件ppt1.3.3幾種常見參考模型1.OSI參考模型OSI的結構

43精選課件pptOSI參考模型的缺陷OSI的專家們缺乏實際經(jīng)驗，他們在完成OSI標準時缺乏商業(yè)驅動力；OSI的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復雜，而且運行效率很低；OSI標準的制定周期太長，因而使得按OSI標準生產(chǎn)的設備無法及時進入市場；OSI的層次劃分不太合理，有些功能在多個層次中重復出現(xiàn)。44精選課件ppt2.TCP/IP參考模型TCP/IP協(xié)議

在因特網(wǎng)所使用的各種協(xié)議中，最重要的和最著名的就是TCP/IP協(xié)議，TCP（TransmissionControlProtocol）指傳輸控制協(xié)議，IP（InternetProtocol）指網(wǎng)際協(xié)議。45精選課件pptTCP/IP參考模型46精選課件ppt3.一種建議的參考模型TCP/IP是四層的體系結構：應用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡接口層。但最下面的網(wǎng)絡接口層并沒有具體內容。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)議的體系結構。47精選課件ppt五層協(xié)議的體系結構應用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網(wǎng)絡層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數(shù)據(jù)鏈路層5應用層4運輸層3網(wǎng)絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層48精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用進程數(shù)據(jù)先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層

PDU49精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層PDU再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文50精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡層加上網(wǎng)絡層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）51精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2IP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52精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

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53精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)應用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體主機

1AP2AP1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主機

254精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層55精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝去幀首部和幀尾部取出數(shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡層56精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡層剝去首部，取出數(shù)據(jù)部分上交給運輸層57精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝去首部，取出數(shù)據(jù)部分上交給應用層58精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝去首部，取出應用程序數(shù)據(jù)上交給應用進程59精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù)！60精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用程序數(shù)據(jù)應用層首部H5101比特流110101110101注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次應用程序數(shù)據(jù)H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部61精選課件ppt主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2101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H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)62精選課件pptH3H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝去幀首部和幀尾部后把幀的數(shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡層H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)63精選課件pptH4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡層剝去分組首部后