計算機網(wǎng)絡(luò)第一章：計算機網(wǎng)絡(luò)概述1本章教學(xué)計劃計算機網(wǎng)絡(luò)的作用因特網(wǎng)概述因特網(wǎng)的組成中國的計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的分類計算機網(wǎng)絡(luò)的性能計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)概念基礎(chǔ)理論21.計算機網(wǎng)絡(luò)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)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟(jì)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)。“三網(wǎng)”中發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)。1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展31.計算機網(wǎng)絡(luò)的作用進(jìn)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)。1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展41.計算機網(wǎng)絡(luò)的作用因特網(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)。英特網(wǎng)是對人類的價值觀、意識形態(tài)、宗教信仰都產(chǎn)生了深淵的影響。因特網(wǎng)改造了整個社會，對社會的發(fā)展進(jìn)行了革命性的變革。1.2因特網(wǎng)的意義51.計算機網(wǎng)絡(luò)的作用連通性：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。

共享性：即資源共享。可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的功能62.因特網(wǎng)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)”(networkofnetworks)。連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)72.因特網(wǎng)2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)點鏈路82.因特網(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。在繪制圖形的時候，通常把因特網(wǎng)用一朵“云”來替代。“云計算”的“云”就是從這個約定俗成中來的。通常說到的“網(wǎng)絡(luò)”指的就是“計算機網(wǎng)絡(luò)”，通常說到的“互聯(lián)網(wǎng)”“英特網(wǎng)”指的是“因特網(wǎng)”。2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)9102.因特網(wǎng)第一階段是從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。第二階段是建成了三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。第三階段是逐漸形成了多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。注意：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)。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ARPANET。2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段1112

大公司公司本地

ISPAB主機A→本地ISP→地區(qū)ISP→主干ISP→地區(qū)ISP→本地ISP→主機B本地

ISP主干

ISP本地

ISP本地

ISP地區(qū)

ISP主干

ISP主干

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP地區(qū)

ISP

本地

ISP本地

ISPIXP

本地

ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)

13/14152.因特網(wǎng)2.3因特網(wǎng)交換點（InterneteXchangePoint，IXP）162.因特網(wǎng)/wiki/Internet_exchange_pointAn

Internetexchangepoint

(IX

or

IXP)isaphysicalinfrastructurethroughwhich

Internetserviceproviders

(ISPs)exchange

Internet

trafficbetweentheirnetworks(autonomoussystems).IXPsreducetheportionofanISP'strafficwhichmustbedeliveredviatheir

upstream

transit

providers,therebyreducingthe

averageper-bitdeliverycost

oftheirservice.Furthermore,theincreasednumberofpathslearnedthroughtheIXPimprovesroutingefficiencyand

fault-tolerance.2.3因特網(wǎng)交換點（InterneteXchangePoint，IXP）172.因特網(wǎng)因特網(wǎng)已經(jīng)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。聯(lián)合國下屬機構(gòu)國際電信聯(lián)盟(以下簡稱“ITU”)發(fā)布了最新全球互聯(lián)網(wǎng)年度報告《2013年信息社會分析》。報告顯示，2013年，全球網(wǎng)民將達(dá)27億，移動互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達(dá)到68億。2.4

WWW182.因特網(wǎng)1992年，由于互聯(lián)網(wǎng)用戶的急劇增加及應(yīng)用范圍的不斷擴大，一個以制定互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及推廣應(yīng)用為目的的互聯(lián)網(wǎng)用戶協(xié)會ISOC應(yīng)用而生，它標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)開始真正向商用過渡。ISOC（國際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會）是一個非政府、非營利性的行業(yè)性國際組織，總部及秘書處設(shè)在美國弗吉尼亞州萊斯頓地區(qū)（Reston）并在美國華盛頓和瑞士日內(nèi)瓦設(shè)有辦事處。ISOC的目標(biāo)是保證互聯(lián)網(wǎng)的開放發(fā)展并為全人類服務(wù)。2.5因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作192.因特網(wǎng)2.5因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作因特網(wǎng)協(xié)會ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG因特網(wǎng)研究部IRTF因特網(wǎng)工程部IETF因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG…RGWG……RG…領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IABWGWGWG202.因特網(wǎng)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)2.5因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作212.因特網(wǎng)2.5因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的RFC實驗的RFC提供信息的RFC6種RFC223.因特網(wǎng)的組成從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為以下的兩大塊：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(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。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）。233.因特網(wǎng)的組成因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機網(wǎng)絡(luò)路由器243.因特網(wǎng)的組成處在因特網(wǎng)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)。“主機A和主機B進(jìn)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(jìn)行通信”。即“主機A的某個進(jìn)程和主機B上的另一個進(jìn)程進(jìn)行通信”。或簡稱為“計算機之間通信”。網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)之間的通信通常劃分為兩大類：客戶-服務(wù)器方式（C/S方式）和對等方式（P2P方式）。3.1因特網(wǎng)的邊緣部分253.因特網(wǎng)的組成客戶-服務(wù)器方式工作方式：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)。客戶機運行客戶程序，服務(wù)器運行服務(wù)器程序。3.1因特網(wǎng)的邊緣部分26網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心AB①請求服務(wù)②得到服務(wù)客戶服務(wù)器273.因特網(wǎng)的組成對等連接方式工作原理：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(jìn)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。每臺主機都運行P2P程序。3.1因特網(wǎng)的邊緣部分28網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心DCEF293.因特網(wǎng)的組成網(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)。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。3.2因特網(wǎng)的核心部分303.因特網(wǎng)的組成在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。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。3.2因特網(wǎng)的核心部分313.因特網(wǎng)的組成3.2因特網(wǎng)的核心部分

2部電話機相連，需要1對電線。5部電話機相連，需要10對電線。N部電話機相連，需要N(n-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。323.因特網(wǎng)的組成3.2因特網(wǎng)的核心部分333.因特網(wǎng)的組成3.2因特網(wǎng)的核心部分

343.因特網(wǎng)的組成名詞：交換“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。3.2因特網(wǎng)的核心部分353.因特網(wǎng)的組成電路交換(circuitswitching)技術(shù)即在通信兩端設(shè)備間，通過—個一個交換設(shè)備中線路的連接，實際建立了一條專用的物理線路，在該連接被拆除前，這兩端的設(shè)備單獨占用該線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。電話系統(tǒng)采用了線路交換技術(shù)。通過一個一個交換機中的輸入線與輸出線的物理連接，在呼叫電話和接收電話間建立了一條物理線路。通話雙方可以一直占有這條線路通話。通話結(jié)束后，這些交換機中的輸入線與輸出線斷開，物理線路被切斷。3.2因特網(wǎng)的核心部分363.因特網(wǎng)的組成

3.2因特網(wǎng)的核心部分373.因特網(wǎng)的組成電路交換的優(yōu)點為：

(1)連接建立后，數(shù)據(jù)以固定購傳輸率被傳輸，傳輸延遲小。

(2)由于物理線路被單獨占用，因此不可能發(fā)生沖突。

(3)適用于實時大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。電路交換的缺點為：

(1)建立連接將跨多個設(shè)備或線纜，則會需要花費很長的時間。

(2)連接建立后，由于線路是專用的，即使空閑，也不能被其它設(shè)備使用造成一定的浪費。

(3)對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。3.2因特網(wǎng)的核心部分383.因特網(wǎng)的組成分組交換采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。通常我們把發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)成為一個報文（message）。把一個報文進(jìn)行分割，分割為等長的小數(shù)據(jù)段。在每一個小數(shù)據(jù)段前面加上必要的控制信息組成的首部（header）后，就構(gòu)成一個分組（packet）。分組又稱為“包”，而分組的首部也稱為“包頭”。分組是在因特網(wǎng)中進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)單元。分組中的“首部”是非常重要的，由于分組的首部包含了目的地址和源地址等重要的控制信息，每一個分組才能夠在網(wǎng)絡(luò)中獨立的選擇傳輸路徑，并被正確的交付到分組傳輸?shù)慕K點。3.2因特網(wǎng)的核心部分39403.因特網(wǎng)的組成因特網(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(jìn)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(jìn)行分組交換的。3.2因特網(wǎng)的核心部分413.因特網(wǎng)的組成

3.2因特網(wǎng)的核心部分H1H5H2H4H3H6AEDBC423.因特網(wǎng)的組成主機是為用戶進(jìn)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(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，把分組交付目的主機。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。3.2因特網(wǎng)的核心部分433.因特網(wǎng)的組成分組交換的優(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。分組交換的不足：時延：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。開銷：分組必須攜帶的首部（控制信息）造成了一定的開銷。3.2因特網(wǎng)的核心部分443.因特網(wǎng)的組成在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(messageswitching)。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。3.2因特網(wǎng)的核心部分453.因特網(wǎng)的組成在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(messageswitching)。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。3.2因特網(wǎng)的核心部分463.因特網(wǎng)的組成3.2因特網(wǎng)的核心部分473.因特網(wǎng)的組成3.2因特網(wǎng)的核心部分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(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點比特流直達(dá)終點報文報文報文分組分組分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)484.中國的計算機網(wǎng)絡(luò)1980年起，鐵道部在1980年開始進(jìn)行計算機聯(lián)網(wǎng)實驗。1989年11月我國第一個公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運行。1994年4月20日我國用64kb/s專線正式連入因特網(wǎng)。1994年5月，中國科學(xué)院高能物理研究所設(shè)立我國第一個萬維網(wǎng)服務(wù)器。1994年9月，中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)（CHINANET）正式啟動。494.中國的計算機網(wǎng)絡(luò)中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET(ChinaEducationandResearchNETwork)，簡稱為中國教育網(wǎng)，是由國家投資建設(shè)，教育部負(fù)責(zé)管理，清華大學(xué)等高等學(xué)校承擔(dān)建設(shè)和管理運行的全國性學(xué)術(shù)計算機互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心CNNIC(NetworkInformationCenterofChina)每年兩次公布的我國因特網(wǎng)的發(fā)展情況。/505.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計算機的集合。最簡單的計算機網(wǎng)絡(luò)就是只有兩臺計算機和連接它們的一條鏈路，即兩個節(jié)點和一條鏈路。因為沒有第三臺計算機，因此不存在交換的問題。最龐大的計算機網(wǎng)絡(luò)就是因特網(wǎng)。它由非常多的計算機網(wǎng)絡(luò)通過許多路由器互聯(lián)而成。因此因特網(wǎng)也稱為“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。5.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義515.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類從網(wǎng)絡(luò)媒介的角度來看，計算機網(wǎng)絡(luò)可以看做是由多臺計算機通過特定的設(shè)備與軟件連接起來的一種新的傳播媒介。最常見的一種定義是：計算機網(wǎng)絡(luò)，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的計算機系統(tǒng)。5.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義525.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)5.2按照網(wǎng)絡(luò)的范圍進(jìn)行分類535.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類公用網(wǎng)(publicnetwork)專用網(wǎng)(privatenetwork)5.3按照網(wǎng)絡(luò)使用者的不同進(jìn)行分類545.計算機網(wǎng)絡(luò)的分類接入網(wǎng)AN(AccessNetwork)，它又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。所謂接入網(wǎng)是指骨干網(wǎng)絡(luò)到用戶終端之間的所有設(shè)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"。接入網(wǎng)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。5.4接入網(wǎng)556.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能性能指標(biāo)：速率帶寬吞吐量時延時延帶寬積往返時間RTT利用率非性能指標(biāo)：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與維護(hù)566.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能比特（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(jìn)制數(shù)字”，因此一個比特就是二進(jìn)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。6.1速率576.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能“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）。“帶寬”現(xiàn)在是數(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)。“帶寬”表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。6.2帶寬586.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能更常用的帶寬單位是：千比每秒，即kb/s（103b/s），kbps兆比每秒，即Mb/s（106b/s），Mbps吉比每秒，即Gb/s（109b/s），Gbps太比每秒，即Tb/s（1012b/s），Tbps6.2帶寬596.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。6.2帶寬每秒106個比特時間1010111

s帶寬為1Mb/s時間每秒4106個比特0.25s帶寬為4Mb/s606.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能吞吐量(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。6.3吞吐量616.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能時延（delay或latency）是指數(shù)據(jù)（一個報文或者分組，亦或者比特）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。時延是非常重要的性能指標(biāo)。時延在某些場景下被稱為延遲、遲延。網(wǎng)絡(luò)通信的時延有四個部分組成，分別是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延。總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延6.4時延626.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能發(fā)送時延（transmissiondelay）是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間。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。6.4時延發(fā)送時延=數(shù)據(jù)幀長度（b）發(fā)送速率（b/s）636.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能傳播時延（propagationdelay）是電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。例如，1000km長的光纖線路產(chǎn)生的傳播時延大約為5ms。6.4時延傳播時延=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）646.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能處理時延是主機或者路由器在收到分組時要花費的進(jìn)行處理的時間。例如，主機或者路由器在分析分組的首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進(jìn)行差錯檢驗、查找路由以進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)等工作，均需要一定的時間。排隊時延是分組在路由器進(jìn)行處理時，排隊的時間。分組在傳輸?shù)铰酚善鳎枰紫冗M(jìn)入路由器輸入隊列中進(jìn)行排隊，路由器在確定轉(zhuǎn)發(fā)接口后，需要進(jìn)入路由器輸出隊列中等待轉(zhuǎn)發(fā)，這個過程中，分組均需要排隊等待處理。6.4時延656.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能時延帶寬積是將傳播時延和帶寬相乘。鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。6.5時延帶寬積（傳播）時延鏈路時延帶寬積=傳播時延

帶寬666.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能往返時間RTT（Round-TripTime）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(rèn)（接收方接收數(shù)據(jù)后馬上發(fā)送接收確認(rèn)），總共經(jīng)歷的時間。往返時間RTT是網(wǎng)絡(luò)的非常重要的性能指標(biāo)。6.6往返時間RTT676.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能網(wǎng)絡(luò)利用率有兩種，分別是：信道利用率、網(wǎng)絡(luò)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(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。信道利用率越高，說明網(wǎng)絡(luò)越繁忙。6.7利用率686.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能當(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D0

表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D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D和D0之間的關(guān)系：6.7利用率U是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在0到1之間。696.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能

6.7利用率時延D利用率U10D0時延急劇增大706.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能費用質(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(hù)6.8非性能特征對網(wǎng)絡(luò)的性能評估，要有一個綜合的評估模式，是長時間的系統(tǒng)化工作。717.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)7.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成兩臺計算機進(jìn)行文件傳遞727.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)兩臺計算機進(jìn)行文件傳遞：Step1：發(fā)起通信的計算機將數(shù)據(jù)通信的鏈路進(jìn)行激活（activate）。Step2：告訴網(wǎng)絡(luò)如何找到接收數(shù)據(jù)的計算機。Step3：發(fā)送數(shù)據(jù)計算機確定接收數(shù)據(jù)計算機是否開機，且網(wǎng)絡(luò)通信正常。Step4：發(fā)送數(shù)據(jù)計算機中的軟件確定接收數(shù)據(jù)計算機的軟件是否做好接收和存儲數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。Step5：確定是否需要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式（文件格式）轉(zhuǎn)換，確定提供格式轉(zhuǎn)換工作的計算機。Step6：對出現(xiàn)的傳送錯誤和意外事故，如數(shù)據(jù)傳送錯誤、重復(fù)或丟失，網(wǎng)絡(luò)中某個結(jié)點交換機出故障等，以保障數(shù)據(jù)傳送正確。7.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成737.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)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。1974年，IBM公司宣布了依據(jù)分層的方法制定的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA（SystemNetworkArchitecture）。7.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成747.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)目前有兩種通用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：法律上的(dejure)國際標(biāo)準(zhǔn)：開放系統(tǒng)互連基本參考模型OSI/RM（OpenSystemsInterconnectionReferenceModel），但沒有得到市場的認(rèn)可。事實上的(defacto)國際標(biāo)準(zhǔn)：傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol），現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。7.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成757.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)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(jìn)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。7.2協(xié)議與劃分層次767.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(NetworkProtocol)，簡稱為協(xié)議，是為進(jìn)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)議主要有三個要素組成：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(xì)說明。7.2協(xié)議與劃分層次777.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計算機網(wǎng)絡(luò)不可缺少的組成部分。任何網(wǎng)絡(luò)通信，都必須要有協(xié)議。讓網(wǎng)絡(luò)上的一臺計算機做任何工作，都必須要有協(xié)議。在進(jìn)行單機操作的時候，例如在本地計算機上進(jìn)行文檔撰寫、視頻瀏覽等操作時，就不需要任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。7.2協(xié)議與劃分層次787.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議有兩個部分組成：便于人來閱讀和理解的文字描述，RFC文檔。讓計算機能夠理解的程序代碼，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件，又稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。協(xié)議采用分層設(shè)計，這是源于ARPANET的研究經(jīng)驗。ARPANET的研究經(jīng)驗表明，對于非常復(fù)雜的計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其結(jié)構(gòu)應(yīng)該是層次式的。7.2協(xié)議與劃分層次797.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)主機A和主機B進(jìn)行文件傳送為例，說明網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的分層設(shè)計概念。主機A和主機B進(jìn)行文件傳送，具體的工作有三個部分：文件傳送、通信服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)接入。7.2協(xié)議與劃分層次80文件傳送模塊主機A主機B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(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊7.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)7.2協(xié)議與劃分分層文件傳送模塊主機A主機B文件傳送模塊只看這兩個通信服務(wù)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(jìn)行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊7.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)7.2協(xié)議與劃分分層文件傳送模塊主機A主機B文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊7.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)7.2協(xié)議與劃分分層通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負(fù)責(zé)做與網(wǎng)絡(luò)接口細(xì)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。7.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議分層設(shè)計的優(yōu)點：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(hù)。能促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作。協(xié)議在分層設(shè)計上，劃分多少層是非常重要的。分層太少，就會造成每一層都太復(fù)雜。分層太多，又造成描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時變得困難。7.2協(xié)議與劃分分層847.計算機網(wǎng)絡(luò)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。計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)就是計算機網(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。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。7.2協(xié)議與劃分分層857.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的概念清晰，理論完整，但是既復(fù)雜又不實用。TCP/IP的四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，得到了網(wǎng)絡(luò)廠商的支持和實現(xiàn)，但是最下層的網(wǎng)絡(luò)接口層沒有具體內(nèi)容。TCP/IP的四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)是應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。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)。這種五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)既簡潔又能將概念闡述清楚。7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)8687887.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)897.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)907.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)917.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層（applicationlayer）應(yīng)用層是體系結(jié)構(gòu)的最高層。應(yīng)用層的任務(wù)是通過應(yīng)用進(jìn)程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。應(yīng)用層協(xié)議定義的是應(yīng)用進(jìn)程間通信和交互的規(guī)則。運輸層（transportlayer）運輸層的任務(wù)是負(fù)責(zé)向兩個主機中進(jìn)程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。應(yīng)用進(jìn)程利用該服務(wù)傳送應(yīng)用層報文。運輸層主要是用兩種協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP。7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)927.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)層（networklayer）網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)層把運輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成分組或包（packet）進(jìn)行傳送。網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為每一個報文提供路由選擇，使源主機運輸層所傳下來的分組能夠通過網(wǎng)絡(luò)中的路由器找到目的主機。數(shù)據(jù)鏈路層（transportlayer）數(shù)據(jù)鏈路層常簡稱為鏈路層。兩臺主機之間的數(shù)據(jù)是在一段一段的鏈路上傳送的。數(shù)據(jù)鏈路層將網(wǎng)絡(luò)層交下來的數(shù)據(jù)報文封裝成幀（framing），在兩個相鄰節(jié)點間的鏈路上傳送幀。7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)937.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)物理層（physicallayer）物理層上傳送的數(shù)據(jù)單位為比特。廣泛使用的協(xié)議是TCP和IP兩個協(xié)議。現(xiàn)在人們常使用的協(xié)議TCP/IP并不一定是TCP和IP這兩個協(xié)議。TCP/IP協(xié)議常表示的意思是英特網(wǎng)所使用的整個TCP/IP協(xié)議簇（protocolsuite）。7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)947.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以主機1和主機2傳送信息為例，描述五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。7.3五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)95主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1主機2應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層PDU主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1主機2應(yīng)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(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(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）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主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)應(yīng)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2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?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1主機2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給運輸層主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1主機2運輸層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1主機2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞浚〕鰬?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進(jìn)程主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1主機2我收到了主機1發(fā)來的應(yīng)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應(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1主機210100110100101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(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)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數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機2H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)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(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)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運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)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應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進(jìn)程主機1向主機2發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機1AP2AP1我收到了主機1發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！主機27.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)實體(entity)表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程。協(xié)議是控制兩個對等實體進(jìn)行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務(wù)。要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務(wù)。在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實體進(jìn)行