计算机网络谢希仁概述资料下载.pdf

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1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议。

把1983年作为互联网的诞生时间三级结构三级结构的互联网的互联网第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。

（1985开始，NSF）三级计算机网络分为主干网、地区网和园区网。

多层次多层次ISPISP结构结构的互联网的互联网第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。

（1993年开始，商用）出现了互联网服务提供者ISP（InternetServiceProvider）。

用户互联网ISP1ISP2互联网服务提供者用户通过用户通过ISPISP上网上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也分成为不同的层次。

大公司公司本地ISPAB主机A本地ISP地区ISP主干ISP地区ISP本地ISP主机B本地ISP主干ISP本地ISP本地ISP地区ISP主干ISP主干ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISPIXP本地ISP校园网校园网具有三层ISP结构的互联网的示意图现在的现在的Internet万维网万维网WWWWWW的作用的作用由欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW（WorldWideWeb）被广泛使用在互联网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为互联网的这种指数级增长的主要驱动力。

网络带宽变化趋势图网络带宽变化趋势图33互联网的互联网的组成组成从互联网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：

（1）边缘部分由所有连接在互联网上的主机组成。

这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。

（2）核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。

这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

互联网的核心部分互联网的边缘部分主机网络路由器互联网的边缘部分与核心部分互联网的互联网的边缘部分边缘部分处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。

这些主机又称为端系统（endsystem）。

“主机A和主机B进行通信”，实际上是指：

“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。

即“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”，简称为“计算机之间通信”两种通信方式两种通信方式在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：

客户服务器方式（C/S方式）即Client/Server方式对等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式1.1.客户客户服务器方式服务器方式客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。

客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB客户服务器客户A向服务器B发出请求服务，而服务器B向客户A提供服务。

客户程序的特点客户程序的特点主动向远地服务器发起通信（请求服务）客户程序必须知道服务器程序的地址不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统服务器程序的特点服务器程序的特点专门用来提供某种服务的程序可同时处理多个客户的请求系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。

一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持2.2.对等连接方式对等连接方式对等连接（peer-to-peer，简写为P2P）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。

只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。

双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

网络边缘网络核心运行P2P程序运行P2P程序DCEF运行P2P程序运行P2P程序互联网的互联网的核心部分核心部分网络核心部分是互联网中最复杂的部分核心要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的主机能够互相通信。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）。

路由器是实现分组交换（packetswitching）的关键构件其任务就是转发收到的分组交交换换从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

（资源共享）通过网络链路和交换机传输（转发）数据有两种基本方法：

电路交换（circuitswitching）分组交换（packetswitching）1.1.电路交换的主要特点电路交换的主要特点两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。

更多的电话机互相连通更多的电话机互相连通5部电话机两两相连，需10对电线。

N部电话机两两相连，需N（N1）/2对电线。

当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。

使用交换机使用交换机当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。

交换机“交换”的含义交换”的含义在这里，“交换”（switching）的含义就是转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。

是一种动态分配传输线路资源的方式电路交换的特点电路交换的特点电路交换必定是面向连接的。

电路交换的三个阶段：

建立连接通信释放连接电路交换举例电路交换举例A和B通话经过四个交换机通话在A到B的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例电路交换举例C和D通话只经过一个本地交换机通话在C到D的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA计算机网络为什么不使用电路交换？

计算机网络为什么不使用电路交换？

计算机网络数据具有突发性使用电路交换会使用电路交换会导致通信线路的利导致通信线路的利用率很低用率很低它使用分组交换报文2.2.分组交换的主要特点分组交换的主要特点在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。

1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数据数据数据报文添加首部构成分组添加首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组。

首部首部首部分组1分组2分组3请注意：

现在左边是“前面”分组交换的传输单元分组交换的传输单元互联网以“分组”作为数据传输单元。

依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。

数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3分组首部的重要性分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址等控制信息。

互联网中的路由器根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个路由器。

用接力赛的方式，最后分组就能到达目的地。

收到分组后剥去首部收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成报文。

数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据数据数据数据最后还原成原来的报文最后还原成原来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。

报文1101000110101010110101011100010011010010H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机互联网的互联网的示意图示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径的变化！

路由器主机分组分组的的存储转发存储转发过程过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组路由器主机在路由器E暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机H5在路由器C暂存查找转发表找到转发的端口在路由器A暂存查找转发表找到转发的端口路由器路由器路由器处理分组的过程是：

把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；

查找路由表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；

把分组送到适当的端口转发出去。

分组交换的优点分组交换的优点高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

灵活每一个分组独立选择转发路由迅速以分组为传送单位，不必先建立连接就能向其他主机发送分组。

可靠好的网络协议可以保证网络的可靠和健壮。

分组交换的问题分组交换的问题分组在各路由器存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。

分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

55计算机网络的分类计算机网络的分类1计算机网络的定义最简单的定义：

计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。

2几种不同的类别的网络不同作用范围的网络从网络的使用者进行分类几种不同类别的网络几种不同类别的网络不同作用范围的网络广域网WAN（WideAreaNetwork）城域网MAN（MetropolitanAreaNetwork）局域网LAN（LocalAreaNetwork）个人区域网PAN（PersonalAreaNetwork）不同使用者的网络不同使用者的网络从网络的使用者进行分类公用网（publicnetwork）专用网（privatenetwork）66计算机网络的性能指标计算机网络的性能指标速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。

一个比特就是二进制数字中的一个1或0。

速率即数据率（datarate）或比特率（bitrate）即传送数据的速度，是计算机网络中最重要的一个性能指标。

速率的单位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等。

带宽带宽“带宽”（bandwidth）本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s（bit/s）。

常用的带宽单位常用的带宽单位更常用的带宽单位是千比每秒，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）吞吐量吞吐量吞吐量（throughput）表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

时延时延（delay（delay或或latency）latency）即数据从网络一端到另一端所需时间，它包含多种时延因素发送时延（传输时延）：

发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

发送时延=数据帧长度（比特）发送速率（比特/秒）时延时延（delay（delay或或latency）latency）传播时延：

电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

注意区分信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）时延时延（delay（delay或或latency）latency）处理时延：

主机或交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

排队时延：

结点缓存队列中分组排队所经历的时延排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

时延时延（delay（delay或或latency）latency）数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延四种时延所产生的地方四种时延所产生的地方1011001发送器队列在链路上产生传播时延结点B结点A在发送器产生发送时延（即传输时延）在结点A中产生处理时延和排队时延数据从结点A向结点B发送数据链路注注意！

意！

对于高速网络链路，提高的是数据的发送速率，不是比特在链路上的传播速率。

提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。

利用率利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值信道利用率并非越高越好时延与网络利用率的关系时延与网络利用率的关系根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示D和D0之间的关系：

UDD10U是网络的利用率，数值在0到1之间。

时延D利用率U10D0时延急剧增大77计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构计算机网络体系结构（architecture）是网络实现的标准、原则、规范两个计算机系统要相互通信，必须高度协调，而这种“协调”是相当复杂的问题“分层”可将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，这样比较易于研究和处理。

两大体系结构两大体系结构ISO的开放系统互连参考模型OSI/RM（7层）TCP/IP（4层）计算机网络计算机网络体系结构对比体系结构对比应用层应用层运输层运输层网络层网络层表示层表示层会话层会话层数据链路层数据链路层物理层物理层7654321OSI的体系结构的体系结构应用层应用层网络接口层网络接口层网际层网际层IP（各种应用层各种应用层协议，如协议，如DNS,HTTP,SMTP等等）运输层运输层（TCP或或UDP）TCP/IP的体系结构的体系结构（这一层并没有具体内容）（这一层并没有具体内容）（a）OSI的的七层协议七层协议（b）TCP/IP的的四层协议四层协议4321分层的好处分层的好处各层之间是独立的灵活性好结构上可分割开易于实现和维护能促进标准化工作层数多少要适当层数多少要适当若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。

层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

网络协议网络协议计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则这些规则明确规定了所交换的数据的格式和意义（网络语言）为进行网络中的数据交换而建立的规则或约定即网络协议（networkprotocol）计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构是计算机网络划分的层及其各层协议的集合两个重要概念分层协议教学所用的教学所用的五层协议的体系结构五层协议的体系结构应用层应用层运输层运输层网络层网络层表示层表示层会话层会话层数据链路层数据链路层物理层物理层7654321OSI的体系结构的体系结构应用层应用层网络接口层网络接口层网际层网际层IP（各种应用层各种应用层协议，如协议，如DNS,HTTP,SMTP等等）运输层运输层（TCP或或UDP）TCP/IP的体系结构的体系结构（a）（b）（c）运输层运输层网络层网络层应用层应用层数据链路层数据链路层物理层物理层54321五层协议的体系结构五层协议的体系结构（这一层并没有具体内容）（这一层并没有具体内容）主机主机11向主机向主机22发送数据发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2应用程序数据应用层首部H510100110100101比特流110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应用程序数据H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部主机主机11向主机向主机22发送数据发送数据5432154321主机1AP2AP1主机210100110100101比特流110101110101计算机2的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据主机主机11向主机向主机22发送数据发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应用程序数据H4H5应用程序数据H3H4H5应用程序数据主机主机11向主机向主机22发送数据发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层H5应用程序数据H4H5应用程序数据主机主机11向主机向主机22发送数据发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层应用程序数据H5应用程序数据主机主机11向主机向主机22发送数据发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2应用层剥去应用层PDU首部后把应用程序数据交给应用进程主机主机11向主机向主机22发送数据发送数据5432154321主机1AP2AP1主机2我收到了AP1发来的应用程序数据！

TCP/IPTCP/IP的体系结构的体系结构应用层运输层网际层网络接口层主机A主机B路由器网络2网络1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。

沙漏形的沙漏形的TCP/IPTCP/IP协议族协议族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口1网络接口2网络接口3EverythingoverIP可为各式各样的应用程序提供服务IPoverEverythingIP可应用到各式各样的网络上