《計算機網絡》教材：《計算機網絡（第七版）》謝希仁著新生入班溝通交流

同學們來自哪些專業？

學過什么課程？

對信管專業的認知？

對《計算機網絡》課程的認知？

對專升本的過程有什么感受？

有沒有考研的想法？第

1

章概述1.1計算機網絡在信息時代中的作用（了解）1.2互聯網概述（了解）1.3互聯網的組成（理解）1.4計算機網絡在我國的發展（了解）1.5計算機網絡的類別（了解）1.6計算機網絡的性能（理解）1.7計算機網絡的體系結構（掌握）1.1

計算機網絡在信息時代中的作用21世紀的時代特征：數字化、網絡化、信息化。是一個以網絡為核心的信息時代。網絡現在已經成為信息社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎。1.1

計算機網絡在信息時代中的作用三大網絡：電信網絡：（電話、電報及傳真）有線電視網絡：（電視節目）計算機網絡：（計算機之間傳送數據文件）三網融合：電信網絡和有線電視網絡都逐漸融入了現代計算機網絡技術；計算機網絡也能夠向用戶提供電話通信、視頻通信以及傳送視頻節目的服務。但實現融合并不簡單，因為這涉及到各方面的經濟利益和行政管轄權的問題。發展最快并起到核心作用的是計算機網絡。補充：計算機網絡的四代發展史第一代計算機網絡是以單個計算機為中心的遠程聯機系統。典型應用是由一臺計算機和全美范圍內2000多個終端組成的飛機定票系統。第二代計算機網絡是以多個主機通過通信線路互聯起來，為軍事提供服務，興起于60年代后期，典型代表是美國國防部高級研究計劃局協助開發的ARPAnet（阿帕網）（軍網，Internet的雛形）。第三代計算機網絡是具有統一的網絡體系結構并遵循國際標準的開放式和標準化的網絡。ISO在1984年頒布了OSI七層模型，公認為新一代計算機網絡體系結構的基礎，為普及局域網奠定了基礎。第四代計算機網絡從80年代末開始，局域網技術發展成熟，出現光纖及高速網絡技術，多媒體，智能網絡，整個網絡就像一個對用戶透明的大的計算機系統，發展為以Internet為代表的互聯網。internet與Internet的區別以小寫字母“i”開始的internet（互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡通過路由器互連而成的網絡。以大寫字母“I”開始的的Internet（互聯網）則是一個專用名詞，它特指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成、覆蓋全球的特定計算機網絡。Internet中文譯名Internet的中文譯名并不統一。現有的Internet譯名有兩種：因特網：官方譯名，但卻長期未得到推廣；互聯網：這是目前流行最廣的、事實上的標準譯名。

“互聯網”中文譯名能夠體現出

Internet最主要的特征：由數量極大的各種計算機網絡互連起來的。本教材采用該譯名。什么是互聯網及其基本特點？互聯網是由數量極大的各種計算機網絡互連起來而形成的網絡。上網玩游戲看網上視頻微信聊天……絕大多數人通過使用互聯網而認識了互聯網。互聯網兩個重要基本特點：連通性(connectivity)共享(Sharing)互聯網的應用：互聯網+特點：把互聯網的創新成果深度融合于經濟社會各領域中，從而大大地提升了實體經濟的創新力和生產力。指“互聯網+各個傳統行業”。例：網上銀行、網上辦公、網上學習、網上點餐、滴滴打車等互聯網負面影響互聯網也給人們帶來了一些負面影響，例如：利用互聯網傳播計算機病毒利用互聯網竊取國家機密和盜竊銀行或儲戶的錢財網上欺詐在網上肆意散布謠言、不良信息和播放不健康的視頻節目青少年棄學而沉溺于網絡游戲

等因此，必須加強對互聯網的管理。1.2互聯網概述1.2.1網絡的網絡1.2.2互聯網基礎結構發展的三個階段1.2.3互聯網的標準化工作補充知識：集線器、交換機、路由器補充知識：集線器、交換機、路由器集線器(Hub)--工作在物理層，將一些機器連接起來組成一個局域網。

集線器為共享式帶寬工作方式。集線器發出數據以廣播方式發送到每個接口。補充知識：集線器、交換機、路由器交換機(Switch)--工作在數據鏈路層，主要用于連接計算機等網絡終端設備。交換機為獨享寬帶工作方式。發送的數據可能不再以廣播方式發送到每個接口，而是直接到達目的接口。補充知識：集線器、交換機、路由器路由器把數據從一個網絡發送到另一個網絡，這個過程就叫路由。路由器(Router)--工作在網絡層，連接不同的網段并且找到網絡中數據傳輸最合適的路徑。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）；查找轉發表（路由表），找出到某個目的地址應從哪個端口轉發；把分組送到適當的端口轉發出去。1.2.1網絡的網絡計算機網絡（網絡）互連網（網絡的網絡）習慣上，與網絡相連的計算機常稱為主機

(host)。主機可以是計算機，也可以是智能手機等智能機器。互聯網1.2.2互聯網基礎結構發展的三個階段第一階段：從單個網絡ARPANET（阿帕網）向互聯網發展的過程。1983年，TCP/IP協議成為ARPANET上的標準協議，使得所有使用TCP/IP協議的計算機都能利用互連網相互通信。人們把1983年作為互聯網的誕生時間。1990年，ARPANET正式宣布關閉。1.2.2互聯網基礎結構發展的三個階段第二階段：建成了三級結構的互聯網。它是一個三級計算機網絡，分為主干網、地區網和校園網（或企業網）。主干網校園網校園網校園網校園網地區網地區網校園網地區網1.2.2互聯網基礎結構發展的三個階段第三階段：逐漸形成了多層次ISP結構的互聯網。

ISP：互聯網服務提供者(InternetServiceProvider)。互聯網的發展情況概況從1993年至2016年互聯網用戶數的增長情況如圖所示。在2005年互聯網的用戶數超過了10億，在2010年超過了20億，而在2014年

已接近了30億。1993年至2016年互聯網用戶的增長情況1.2.3互聯網的標準化工作互聯網協會ISOC互聯網研究指導小組IRSG互聯網研究部IRTF互聯網工程部IETF互聯網工程指導小組IESG…RGWG……RG…領域領域互聯網體系結構研究委員會IABWGWGWG互聯網的標準化工作對互聯網的發展起到了非常重要的作用。成為互聯網正式標準要經過三個階段互聯網草案(InternetDraft)——有效期只有六個月。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。互聯網標準(InternetStandard)——達到正式標準后，每個標準就分配到一個編號STDxx。

一個標準可以和多個RFC文檔關聯。所有互聯網標準都以RFC的形式在互聯網上發表。RFC（RequestForComments），是一系列以編號排定的文件。1.3互聯網的組成1.3.1邊緣部分

1.3.2核心部分(1)邊緣部分：由所有連接在互聯網上的主機組成。用來進行資源共享和通信。(2)核心部分：由網絡和路由器組成。為邊緣部分提供服務（連通性和交換）。（端系統）互聯網1.3互聯網的組成互聯網的核心部分是由許多網絡和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在互聯網的邊緣部分。互聯網核心部分中的路由器之間一般都用高速鏈路相連接，而在網絡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絡交換信息。路由器的用途則是用來轉發分組的，即進行分組交換的。

1.3.1互聯網的邊緣部分主機之間通信的含義

“主機A和主機B進行通信”實際上是指：

注：進程指正在運行者的程序。“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”。簡稱為“計算機之間通信”。

主機之間的通信方式通常可劃分為兩大類：客戶服務器方式（C/S）：Client/Server

例：瀏覽網頁對等方式（P2P）：Peer-to-Peer例：QQ傳送文件運行客戶程序網絡邊緣網絡核心運行服務器程序AB①請求服務②得到服務客戶服務器客戶A向服務器B發出請求服務，服務器B向客戶A提供服務客戶-服務器工作方式1.客戶服務器方式客戶(client)和服務器

(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。客戶—服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方。服務請求方和服務提供方都要使用網絡核心部分所提供的服務。客戶和服務器軟件的特點客戶軟件的特點客戶程序必須知道服務器程序的地址。不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統。

服務器軟件的特點可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。系統啟動后即自動調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支持。網絡邊緣網絡核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序對等連接工作方式（P2P方式）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分哪一個是服務請求方還是服務提供方。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存儲在硬盤中的共享文檔。對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又是服務器。重現：互聯網的組成1.3.1邊緣部分1.3.2核心部分(1)邊緣部分：由所有連接在互聯網上的主機組成。用來進行資源共享和通信。(2)核心部分：由網絡和路由器組成。為邊緣部分提供服務（連通性和交換）。（端系統）互聯網1.3.2互聯網的核心部分交換“交換”(switching)的含義就是轉接：把一條線路轉接到另一條線路，使它們連通來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。在計算機網絡及通信系統中常談到的交換方式電路交換（CS:CircuitSwitching）報文交換（MS:Messageswitching）分組交換（PS:PacketSwitching）補充知識：報文、存儲轉發報文（message）是網絡中交換與傳輸的數據單元。報文包含了將要發送的完整的數據信息，其長短很不一致，長度不限且可變。報文組成：報頭+正文+報尾存儲轉發（StoreandForward）：交換機將輸入端到來的數據包緩存起來，先檢查數據包是否正確，確定包正確后，取出目的地址，通過查找表找到想要發送的輸出端口地址，然后將該包發送出去。三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數據傳送報文P2P1連接釋放數據傳送特點比特流直達終點報文報文報文分組分組分組存儲轉發存儲轉發存儲轉發存儲轉發1.電路交換N部電話機兩兩直接相連，需N(N–1)/2對電線。使用交換機當電話機的數量增多時，就要使用交換機來完成全網的交換任務。…

交換機每一部電話都直接連接到交換機上，讓電話用戶彼此之間可以很方便地通信。電話機的不同連接方法

(c)用交換機連接許多部電話電路交換過程電路交換(circuitswitching)是指按照需求建立連接并允許專用這些連接直至它們被釋放的一個過程。電路交換分為三個階段：建立連接通信釋放連接特點：在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源線路的傳輸效率很低2.報文交換報文交換是以報文為數據交換的單位，報文攜帶有目標地址、源地址等信息，在交換結點采用存儲轉發的傳輸方式。優點不獨占線路，提高了通信線路的利用率。可以支持多點傳輸（一個報文傳輸給多個用戶，例：電子郵件系統（E-mail））缺點經歷存儲、轉發這一過程，從而引起時延要求網絡中每個結點有較大的存儲空間如果傳輸錯誤，需重傳整個報文3.分組交換分組交換（PS:packetswitching）是以分組為數據交換的單位，在交換結點采用存儲轉發的傳輸方式。在發送端，先把較長的報文劃分成較短的、

固定長度的數據段。報文1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸添加首部構成分組每一個數據段前面添加上首部構成分組(packet)。數據數據數據報文首部首部首部分組

1分組

2分組

3請注意：現在左邊是“前面”分組交換的傳輸單元分組交換以“分組”作為數據傳輸單元。依次把各分組發送到接收端（假定接收端在左邊）。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3以分組為基本單位在網絡中傳送分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址（諸如目的地址和源地址）等控制信息。分組交換網中的結點交換機根據收到的分組首部中的地址信息，把分組轉發到下一個結點交換機。每個分組在互聯網中獨立地選擇傳輸路徑。用這樣的存儲轉發方式，最后分組就能到達最終目的地。收到分組后剝去首部接收端收到分組后剝去首部還原成報文。數據首部分組

1數據首部分組

2數據首部分組

3收到的數據最后還原成原來的報文最后，在接收端把收到的數據恢復成為原來的報文。數據數據數據報文1101000110101010110101011100010011010010分組交換的優點優點所采用的手段高效在分組傳輸的過程中動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活為每一個分組獨立地選擇最合適的轉發路由。迅速以分組作為傳送單位，可以不先建立連接就能向其他主機發送分組。可靠保證可靠性的網絡協議；分布式多路由的分組交換網，使網絡有很好的生存性。分組交換帶來的問題分組在各結點存儲轉發時需要排隊，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。

分組交換網的示意圖H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發送分組H2向H6

發送分組注意分組路徑的變化！路由器主機注意分組的存儲轉發過程H1A互聯網BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發送分組路由器主機在路由器

E

暫存查找轉發表找到轉發的端口最后到達目的主機

H5在路由器

C

暫存查找轉發表找到轉發的端口在路由器

A

暫存查找轉發表找到轉發的端口三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數據傳送報文P2P1連接釋放數據傳送特點比特流直達終點報文報文報文分組分組分組存儲轉發存儲轉發存儲轉發存儲轉發三種交換的比較若要連續傳送大量的數據，且其傳送時間遠大于連接建立時間，則電路交換的傳輸速率較快。報文交換和分組交換不需要預先分配傳輸帶寬，在傳送突發數據時可提高整個網絡的信道利用率。由于一個分組的長度往往遠小于整個報文的長度，因此分組交換比報文交換的時延小，同時也具有更好的靈活性。1.4計算機網絡在我國的發展1980年，鐵道部開始進行計算機聯網實驗。1989年11月，我國第一個公用分組交換網CNPAC建成運行。1994年4月20日，我國用64kbit/s專線正式連入互聯網，我國被國際上正式承認為接入互聯網的國家。1994年5月，中國科學院高能物理研究所設立了我國的第一個萬維網服務器。1994年9月中國公用計算機互聯網CHINANET正式啟動。1.4計算機網絡在我國的發展到目前為止，我國陸續建造了基于互聯網技術的并能夠和互聯網互連的多個全國范圍的公用計算機網絡，其中規模最大的就是下面這五個：(1)中國電信互聯網CHINANET（也就是原來的中國公用計算機互聯網）(2)中國聯通互聯網UNINET(3)中國移動互聯網CMNET(4)中國教育和科研計算機網CERNET(5)中國科學技術網CSTNET1.4計算機網絡在我國的發展中國教育和科研計算機網CERNET(ChinaEducationandResearchNETwork)始建于1994年，是我國第一個IPv4互聯網主干網。2004年2月，我國的第一個下一代互聯網CNGI的主干網CERNET2試驗網正式開通，并提供服務。中國互聯網絡信息中心CNNIC(NetworkInformationCenterofChina)每年兩次公布我國互聯網的發展情況。1.5計算機網絡的類別1.5.1計算機網絡的定義1.5.2幾種不同類別的網絡1.5.1計算機網絡的定義計算機網絡的精確定義并未統一。較好的定義：計算機網絡主要是由一些通用的、可編程的硬件互連而成的，而這些硬件并非專門用來實現某一特定目的（例如，傳送數據或視頻信號）。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數據，并能支持廣泛的和日益增長的應用。1.5.1計算機網絡的定義根據這個定義：(1)計算機網絡所連接的硬件，并不限于一般的計算機，而是包括了智能手機。(2)計算機網絡并非專門用來傳送數據，而是能夠支持很多種的應用（包括今后可能出現的各種應用）。請注意，上述的“可編程的硬件”表明這種硬件一定包含有中央處理機(CPU)。1.5.2幾種不同類別的網絡計算機網絡有多種類別。典型包括：1.從網絡的作用范圍進行分類2.從網絡的使用者進行分類3.用來把用戶接入到互聯網的網絡1.從網絡的作用范圍進行分類廣域網WAN(WideAreaNetwork)：作用范圍通常為幾十到幾千公里。局域網LAN(LocalAreaNetwork)：作用距離約為5~50公里。城域網MAN(MetropolitanAreaNetwork)：局限在較小的范圍（如1公里左右）。個人區域網PAN(PersonalAreaNetwork)：范圍很小，大約在10米左右2.從網絡的使用者進行分類公用網

(publicnetwork)按規定交納費用的人都可以使用的網絡。因此也可稱為公眾網。專用網(privatenetwork)為特殊業務工作的需要而建造的網絡。3.用來把用戶接入到互聯網的網絡接入網AN(AccessNetwork)指骨干網絡到用戶終端之間的所有設備。其長度一般為幾百米到幾公里，因而被形象地稱為"最后一公里"。由于骨干網一般采用光纖結構，傳輸速度快，因此，接入網便成為了整個網絡系統的瓶頸。接入網的接入方式包括銅線（普通電話線）接入、光纖接入、光纖同軸電纜（有線電視電纜）混合接入和無線接入等幾種方式。接入網本身既不屬于互聯網的核心部分，也不屬于互聯網的邊緣部分。1.6計算機網絡的性能1.6.1計算機網絡的性能指標1.6.2計算機網絡的非性能特征1.6.1計算機網絡的性能指標計算機網絡的性能一般是指它的幾個重要的性能指標，主要包括：速率帶寬吞吐量時延時延帶寬積往返時間RTT利用率1.速率比特（bit）是計算機中數據量的單位，一個比特就是二進制數字中的一個1或0。速率指的是數據的傳送速率，它也稱為數據率

(datarate)或比特率

(bitrate)。速率的單位是bit/s，或kbit/s、Mbit/s、Gbit/s等。

k(千)=103，M(兆)=106，G(吉)=109，T(太)=1012，

P(拍)=1015，E(艾)=1018，Z(澤)=1021，Y(堯)=1024數據量的單位是B(byte，字節)，1B=8bit。k(千)=210，M(兆)=220，G(吉)=230，T(太)=240，

P(拍)=250，E(艾)=260，Z(澤)=270，Y(堯)=280例：15G的數據塊以10G的速率傳送。表示有15*230B(或者15*230*8bit)的數據塊以10*109bit/s的速率傳送。速率往往是指額定速率或標稱速率，非實際運行速率。

2.帶寬帶寬(bandwidth)用來表示網絡中某通道傳送數據的能力。表示在單位時間內網絡中的某信道所能通過的“最高數據率”。單位是bit/s，即“比特每秒”。看到家里的上網速度時一定會好奇：為什么ISP聲稱的都是1M帶寬等我們一般看到的下載速度為125KB/S等，難道是ISP欺騙了我們？其實是軟件中顯示的數據單位，一般用字節來衡量。但是其實我們聽到運營商ISP給我們的衡量數據的單位是bit。所以拿1M寬帶舉個例子：1Mb/s=1000Kb/s=1000/8KB/S=125KB/S“帶寬”越寬，其所能傳輸的“最高數據率”也越高。3.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。吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。比較：速率、帶寬、吞吐量速率：在數據傳輸中，兩個設備之間數據流動的物理速度，單位為bps。我們平常說的速率是額定速率。

帶寬：計算機網絡中的主機在數字信道上，單位時間內從一端傳送到另一端的最大數據量，即最大速率，單位bps。吞吐量：主機之間實際傳輸速率，被稱為吞吐量。就是單位時間內某個（信道、端口）實際的數據量，可以理解為實際的帶寬。4.時延(delay或latency)時延(delay或latency)是指數據（一個報文或分組，甚至比特）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。有時也稱為延遲或遲延。網絡中的時延由以下幾個不同的部分組成：(1)發送時延(2)傳播時延(3)處理時延(4)排隊時延4.時延(delay或latency)(1)發送時延也稱為傳輸時延。發送數據時，數據幀從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。也就是從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發送完畢所需的時間。發送時延=數據幀長度（bit）發送速率（bit/s）4.時延(delay或latency)(2)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。

傳播時延=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）比較：發送時延和傳播時延理解兩種時延發生的地方不同發送時延：機器內部的發生器（網絡適配器）傳播時延：機器外部的傳輸信道媒體上發送時延與發送速率有關系，與傳播速率無關系傳播時延與傳播速率有關系，與發送速率無關系例如：10輛車從高速收費站入口出發到50公里的目的地，過收費站6秒/輛車，車速100公里/小時。發車時間(發送時延)：6*10=60秒行車時間(傳播時延)：50/100=30分鐘4.時延(delay或latency)(3)處理時延主機或路由器在收到分組時，為處理分組（例如分析首部、提取數據、差錯檢驗或查找路由）所花費的時間。(4)排隊時延分組在路由器輸入輸出隊列中排隊等待處理所經歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網絡中當時的通信量。4.時延(delay或latency)數據在網絡中經歷的總時延就是發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和。總時延

= 發送時延

+傳播時延

+處理時延

+排隊時延必須指出，在總時延中，究竟是哪一種時延占主導地位，必須具體分析。四種時延所產生的地方1011001…發送器隊列在鏈路上產生傳播時延結點

B結點

A在發送器產生發送時延(即傳輸時延)在結點A中產生處理時延和排隊時延數據假設從結點A向結點B發送數據鏈路幾種時延產生的地方不一樣容易產生的錯誤概念錯誤分析光纖傳播速度：20.5萬平方公里/秒銅線傳播速度：23.1萬平方公里/秒對于高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是數據的發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發送時延。

以下說法是錯誤的：“在高速鏈路（或高帶寬鏈路）上，比特會傳送得更快些”。例如：光纖代替銅線，就是感覺快。5.時延帶寬積鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積=傳播時延帶寬只有在代表鏈路的管道都充滿比特時，鏈路才得到了充分利用。鏈路像一條空心管道6.往返時間RTT互聯網上的信息不僅僅單方向傳輸，而是雙向交互的。因此，有時很需要知道雙向交互一次所需的時間。往返時間表示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認，總共經歷的時間。在互聯網中，往返時間還包括各中間結點的處理時延、排隊時延以及轉發數據時的發送時延。7.利用率分為信道利用率和網絡利用率。信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。信道(informationchannels)是信號的傳輸媒質。網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。信道利用率并非越高越好。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。時延與網絡利用率的關系根據排隊論的理論，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表示網絡空閑時的時延，D表示網絡當前的時延，則在適當的假定條件下，可以用下面的簡單公式表示D和D0之間的關系：其中：U是網絡的利用率，數值在0到1之間。時延

D利用率

U10D0時延急劇增大時延與網絡利用率的關系當信道的利用率增大時，該信道引起的時延迅速增加。1.6.2計算機網絡的非性能特征一些非性能特征也很重要。它們與前面介紹的性能指標有很大的關系。主要包括：費用質量標準化可靠性可擴展性和可升級性易于管理和維護1.7計算機網絡的體系結構1.7.1計算機網絡體系結構的形成1.7.2協議與劃分層次1.7.3具有五層協議的體系結構1.7.4實體、協議、服務和服務訪問點1.7.5TCP/IP的體系結構1.7.1計算機網絡體系結構的形成計算機網絡是個非常復雜的系統。相互通信的兩個計算機系統必須高度協調工作才行，而這種“協調”是相當復雜的。“分層”可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易于研究和處理。1.7.1計算機網絡體系結構的形成1974年，美國的IBM公司宣布了系統網絡體系結構SNA

(SystemNetworkArchitecture)。這個著名的網絡標準就是按照分層的方法制定的。不久后，其他一些公司也相繼推出自己公司的具有不同名稱的體系結構。由于網絡體系結構的不同，不同公司的設備很難互相連通。開放系統互連參考模型OSI/RM為了使不同體系結構的計算機網絡都能互連，國際標準化組織ISO于1977年成立了專門機構研究該問題。他們提出了一個試圖使各種計算機在世界范圍內互連成網的標準框架，即著名的開放系統互連基本參考模型OSI/RM

(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)，簡稱為OSI。只要遵循OSI標準，一個系統就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任何系統進行通信。開放系統互連參考模型OSI/RMOSI只獲得了一些理論研究的成果，在市場化方面卻失敗了。原因包括：OSI的專家們在完成OSI標準時沒有商業驅動力；OSI的協議實現起來過分復雜，且運行效率很低；OSI標準的制定周期太長，因而使得按OSI標準生產的設備無法及時進入市場；OSI的層次劃分也不太合理，有些功能在多個層次中重復出現。兩種國際標準法律上的(dejure)國際標準OSI并沒有得到市場的認可。非國際標準TCP/IP卻獲得了最廣泛的應用。TCP/IP常被稱為事實上的(defacto)國際標準。1.7.2協議與劃分層次計算機網絡中的數據交換必須遵守事先約定好的規則。這些規則明確規定了所交換的數據的格式以及有關的同步問題（同步含有時序的意思）。網絡協議(networkprotocol)，簡稱為協議，是為進行網絡中的數據交換而建立的規則、標準或約定。網絡協議的三個組成要素語法：“如何講”，數據與控制信息的結構或格式。語義：“講什么”，需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。同步：“講話的次序”，事件實現順序的詳細說明。

網絡協議是計算機網絡的不可缺少的組成部分。協議的兩種形式一種是使用便于人來閱讀和理解的文字描述。另一種是使用讓計算機能夠理解的程序代碼。這兩種不同形式的協議都必須能夠對網絡上信息交換過程做出精確的解釋。ARPANET（阿帕網）的研制經驗表明，對于非常復雜的計算機網絡協議，其結構應該是層次式的。劃分層次的概念舉例主機1向主機2通過網絡發送文件。主機

1主機

2文件格式？可靠的傳輸？網絡接口？。。。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送把收到的文件交給上層模塊確保文件格式一致再設計一個通信服務模塊文件傳送模塊主機

1主機

2文件傳送模塊只看這兩個通信服務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送把收到的文件交給上層模塊通信服務模塊通信服務模塊確保可靠傳輸再設計一個網絡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模塊通信服務模塊網絡接入模塊網絡接入模塊通信網絡網絡接口網絡接口網絡接入模塊負責做與網絡接口細節有關的工作。分層的好處與缺點好處各層之間是獨立的。靈活性好。結構上可分割開。易于實現和維護。能促進標準化工作。缺點降低效率。有些功能會在不同的層次中重復出現，因而產生了額外開銷。層數多少要適當層數太少，就會使每一層的協議太復雜。層數太多，又會在描述和綜合各層功能的系統工程任務時遇到較多的困難。各層完成的主要功能①差錯控制：使相應層次對等方的通信更加可靠。②流量控制：發送端的發送速率必須使接收端來得及接收，不要太快。③分段和重裝

：發送端將要發送的數據塊劃分為更小的單位，在接收端將其還原。④復用和分用：發送端幾個高層會話復用一條低層的連接，在接收端再進行分用。

復用：多個用戶使用一個資源發送消息。

分用：多個用戶使用一個資源接收消息。⑤連接建立和釋放：交換數據前先建立一條邏輯連接，數據傳送結束后釋放連接。計算機網絡的體系結構計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機網絡的各層及其協議的集合。體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。實現(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。1.7.3具有五層協議的體系結構OSI的七層協議體系結構的概念清楚，理論也較完整，但它既復雜又不實用。TCP/IP是四層體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。但最下面的網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

的優點，采用一種只有五層協議的體系結構。

1.7.3具有五層協議的體系結構應用層運輸層網絡層表示層會話層數據鏈路層物理層7654321OSI的體系結構應用層網絡接口層網際層IP(各種應用層協議，如DNS,HTTP,SMTP等)運輸層(TCP或UDP)TCP/IP的體系結構(a)(b)(c)運輸層網絡層應用層數據鏈路層物理層54321五層協議的體系結構（這一層并沒有具體內容）計算機網絡體系結構：(a)OSI的七層協議；(b)TCP/IP的四層協議；(c)五層協議五層協議的體系結構應用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網絡層(networklayer)數據鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)數據鏈路層5應用層4運輸層3網絡層2數據鏈路層1物理層五層協議的體系結構應用層：直接為用戶的應用進程提供服務；HTTP、SMTP等協議；數據單元為報文。

運輸層的任務就是負責兩個主機中進程之間的通信提供數據傳輸服務；TCP、UD等協議P，數據單元為報文段、用戶數據報。網絡層負責為分組交換網上的不同主機提供通信服務；IP等協議；數據單元為分組(IP數據報、數據報)

數據鏈路層將網絡層交付下來的數據報組裝成幀并傳送。物理層的任務就是傳送比特流；數據單元為比特。局域網廣域網主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網局域網主機H1向H2發送數據鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2從層次上來看數據的流動主機H1

向H2

發送數據局域網廣域網主機

H1主機

H2路由器

R1路由器

R2路由器

R3電話網局域網鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層應用層運輸層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層鏈路層網絡層物理層R1R2R3H1H2僅從數據鏈路層觀察幀的流動主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用進程數據先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層PDUPDU(ProtocolDataUnit)：協議數據單元。OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU。主機

1

向主機

2

發送數據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，成為運輸層報文主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層報文再傳送到網絡層加上網絡層首部，成為IP數據報（或分組）主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2IP數據報再傳送到數據鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數據鏈路層幀主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2數據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主機

1

向主機

2

發送數據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送端物理層傳送到接收端物理層主機

2主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2物理層接收到比特流，上交給數據鏈路層主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部取出數據部分，上交給網絡層主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2網絡層剝去首部，取出數據部分上交給運輸層主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝去首部，取出數據部分上交給應用層主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝去首部，取出應用程序數據上交給應用進程主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發來的應用程序數據！主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用程序數據應用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝去首部（尾部）的層次應用程序數據H5應用程序數據H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據H4運輸層首部H3網絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

210100110100101比特流110101110101主機2的物理層收到比特流后交給數據鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2數據鏈路層剝去幀首部和幀尾部后把幀的數據部分交給網絡層H2T2H3H4H5應用程序數據H4H5應用程序數據H3H4H5應用程序數據主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2網絡層剝去分組首部后把分組的數據部分交給運輸層H5應用程序數據H4H5應用程序數據主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝去報文首部后把報文的數據部分交給應用層應用程序數據H5應用程序數據主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝去應用層PDU首部后把應用程序數據交給應用進程主機

1

向主機

2

發送數據5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發來的應用程序數據！主機

1

向主機

2

發送數據OSI參考模型把對等層次之間傳送的數據單位稱為該層的協議數據單元PDU(ProtocolDataUnit)。這個名詞現已被許多非OSI標準采用。任何兩個同樣的層次把數據（即數據單元加上控制信息）通過水平虛線直接傳遞給對方。這就是所謂的“對等層”(peerlayers)之間的通信。各層協議實際上