高級計算機網絡課件

1精選課件ppt計算機網絡》課件制作人：謝希仁計算機網絡》課件制作人：謝希仁第一

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

2精選課件ppt1.1計算機網絡的形成與發展1.1.1計算機網絡發展階段劃分：第1階段：其主要特征是為了增加系統的計算能力和資源共享，把小型計算機連成實驗性的網絡。第2階段：其主要特征為：局域網絡作為一種新型的計算機體系結構開始進入產業部門。3精選課件ppt第3階段：其主要特征是：局域網絡完全從硬件上實現了ISO的開放系統互連通信模式協議的能力。第4階段：其主要特征是：Internet、高速通信網絡技術、接入網、網絡和信息安全技術的盛行。4精選課件ppt1.1.2因特網的發展因特網概述起源于美國的因特網現已發展成為世界上最大的國際性計算機互聯網。網絡(network)由若干結點(node)和連接這些結點的鏈路(link)組成。互聯網是“網絡的網絡”(networkofnetworks)。連接在因特網上的計算機成為主機(Host)，因特網常用一朵云來表示。

5精選課件ppt(a)(b)網絡互聯網（網絡的網絡）結點鏈路6精選課件ppt主機因特網(c)7精選課件ppt因特網發展的三個階段:第一階段是從單個網絡ARPANET向互聯網發展的過程。1983年TCP/IP協議成為ARPANET上的標準協議,人們把1983年作為因特網的誕生時間。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。三級計算機網絡，分為主干網、地區網和校園網（或企業網）。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。出現了因特網服務提供者ISP(InternetServiceProvider)。10精選課件ppt用戶因特網ISP1ISP2因特網服務提供商用戶通過ISP上網根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同，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校園網校園網校園網校園網第二層

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和下一代因特網計劃（NGI）Internet2是由UCAID（UniversityCorporationforAdvancedInternetDevelopment，美國大學先進網絡研究聯盟）負責開發的一個項目。開發中的Internet2將用于多媒體虛擬圖書館、遠程醫療、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計劃，即NGI（NextGenerationInternet）。

NGI計劃實現的目標為：開發下一代網絡結構，以比現有的因特網高100倍的速率連接至少100個研究機構，以比現有的因特網高1000倍的速率連接10個類似的網點。14精選課件pptInternet2和下一代因特網計劃（NGI）使用更加先進的網絡服務技術和開發許多帶有革命性的應用。使用超高速全光網絡，能實現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因特網的正式標準的四個階段：因特網草案(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)因特網標準(InternetStandard)17精選課件ppt1.1.3計算機網絡在我國的發展(1)中國公用分組交換網CHINAPAC(2)中國公用計算機互聯網CHINANET(3)中國教育和科研計算機網CERNET(4)中國科學技術網CSTNET(5)中國聯通互聯網UNINET(6)中國網通公用互聯網CNCNET(7)中國國際經濟貿易互聯網CIETNET(8)中國移動互聯網CMNET(9)中國長城互聯網CGWNET（建設中）(10)中國衛星集團互聯網CSNET（建設中）18精選課件ppt1.2計算機網絡的定義、分類及性能指標1.2.1計算機網絡的不同定義最簡單的定義：計算機網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(Internet)是“網絡的網絡”。計算機網絡的功能主要表現為：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計算機網絡的分類不同作用范圍的網絡局域網LAN(LocalAreaNetwork)

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

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

目前主要分為三類：計算機網絡電話通信網廣播電視網

22精選課件ppt1.2.3計算機網絡的性能指標1.速率網絡技術中的速率是指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，它也稱為數據率或比特率。速率是計算機網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）是計算機中數據量的單位，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：網絡帶寬表示在單位時間內從網絡中的某一點到另一點所能通過的最高數據率。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。26精選課件ppt4.時延(delay)發送時延（傳輸時延）主機或路由器發送數據幀所需要的時間。即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。29精選課件ppt數據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30精選課件ppt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在發送器產生傳輸時延(即發送時延)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發送數據鏈路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）表示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認（接收方收到數據后便立即發送確認），總共經歷的時間。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。網絡利用率網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。

34精選課件ppt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：U是網絡的利用率，數值在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計算機網絡的體系結構1.3.1網絡體系結構的基本概念1.網絡協議為網絡數據交換而制定的規則、約定與標準被稱為網絡協議。網絡協議也簡稱為協議。37精選課件ppt1.3計算機網絡的體系結構網絡協議主要由以下3個要素構成：語法，即數據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。它規定了需要發出何種控制信息、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必須高度協調工作才行，而這種協調是相當復雜的。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.網絡體系結構網絡體系結構（networkarchitecture）指網絡層次結構模型與各層協議的集合。體系結構是抽象的，而實現是具體的，它是指能運行的一些硬件和軟件。41精選課件ppt1.3.2網絡體系結構的研究方法計算機網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。易于實現和維護。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驗，他們在完成OSI標準時缺乏商業驅動力；OSI的協議實現起來過分復雜，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。44精選課件ppt2.TCP/IP參考模型TCP/IP協議

在因特網所使用的各種協議中，最重要的和最著名的就是TCP/IP協議，TCP（TransmissionControlProtocol）指傳輸控制協議，IP（InternetProtocol）指網際協議。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。47精選課件ppt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48精選課件ppt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

PDU49精選課件ppt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50精選課件ppt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）51精選課件ppt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52精選課件ppt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53精選課件ppt主機

1

向主機

2

發送數據應用層(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55精選課件ppt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56精選課件ppt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57精選課件ppt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58精選課件ppt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59精選課件ppt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！60精選課件ppt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61精選課件ppt主機

1

向主機

2

發送數據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據鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數據62精選課件pptH3H4H5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63精選課件pptH4H5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