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1、课件制作人：谢希仁 计算机网络向用户提供的 最重要的功能 n连通性计算机网络使上网用户之间 都可以交换信息，好像这些用户的计算 机都可以彼此直接连通一样。 n共享即资源共享。可以是信息共享 、软件共享，也可以是硬件共享。 (a)(b) 网络互联网（网络的网络） 结点 链路 用户 因特网 ISP1 ISP2 因特网 服务提供者 用户通过 ISP 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。 课件制作人：谢希仁 1.2.3 关于因特网的标准化工作 因特网协会 ISOC 因特网研究指导小组 IRSG 因特网研究部 IRTF 因特网工程部 IETF
2、因特网工程指导小组 IESG RG WG RG 领域领域 因特网体系结构 研究委员会 IAB WGWGWG 课件制作人：谢希仁 制订因特网的正式标准要经过 以下的四个阶段 n因特网草案(Internet Draft) 在这个 阶段还不是 RFC 文档。 n建议标准(Proposed Standard) 从 这个阶段开始就成为 RFC 文档。 n草案标准(Draft Standard) n因特网标准(Internet Standard) 课件制作人：谢希仁 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： n客户服务器方式（C/S 方式） 即Client/Serv
3、er方式 n对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 课件制作人：谢希仁 1.3.2 因特网的核心部分 n网络核心部分是因特网中最复杂的部分。 n网络中的核心部分要向网络边缘中的大量 主机提供连通性，使边缘部分中的任何一 个主机都能够向其他主机通信（即传送或 接收各种形式的数据）。 n在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)。 n路由器是实现分组交换(packet switching) 的关键构件，其任务是转发收到的分组， 这是网络核心部分最重要的功能。 课件制作人：谢希仁 电路交换的特点 n电路交换必定是面向连接的。 n电路交换的三个阶段： n建立连接 n通信
4、n释放连接 课件制作人：谢希仁 报文 2. 分组交换的主要特点 n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 课件制作人：谢希仁 数 据数 据数 据 报文 添加首部构成分组 n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” 课件制作人：谢希仁 分组交换的传输单元 n分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 n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
5、据首部 分组 3 课件制作人：谢希仁 分组首部的重要性 n每一个分组的首部都含有地址等控制信 息。 n分组交换网中的结点交换机根据收到的 分组的首部中的地址信息，把分组转发 到下一个结点交换机。 n用这样的存储转发方式，最后分组就能 到达最终目的地。 课件制作人：谢希仁 因特网的核心部分 n因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连 起来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘 部分。 n在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速 链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心 部分则通常以相对较低速率的链路相连接。 n主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可 以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用 途则
6、是用来转发分组的，即进行分组交换的。 课件制作人：谢希仁 主机和路由器的作用不同 n主机是为用户进行信息处理的，并向网 络发送分组，从网络接收分组。 n路由器对分组进行存储转发，最后把分 组交付目的主机。 三种交换的比较 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P3 P4 报 文 报 文 报 文 A B C D A B C DA B C D 报文交换电路交换分组交换 t 连接建立 数据传送 报文 P2 P1 连接释放 数据传送 的特点 比特流直达终点 报文报文报文分组 分组 分组 存储 转发 存储 转发 存储 转发 存储 转发 课件制作人：谢希仁 1.5.2 几种不同类别的网络 1.
7、从网络的作用范围进行分类 n广域网 WAN (Wide Area Network) n局域网 LAN (Local Area Network) n城域网 MAN (Metropolitan Area Network) n个人区域网 PAN (Personal Area Network) 课件制作人：谢希仁 1.6 计算机网络的性能 1.6.1 计算机网络的性能指标 1. 速率 n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。 nBit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制 数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一 个 1 或 0。 n速率即数据率(da
8、ta rate)或比特率(bit rate)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 n速率往往是指额定速率或标称速率。 课件制作人：谢希仁 2. 带宽 n“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）。 n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)。 课件制作人：谢希仁 常用的带宽单位 n更常用的带宽单位是 n千比每秒，即 kb/s （103 b/s） n兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） n吉比每秒，即 Gb/s（
9、109 b/s） n太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s） n请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。 课件制作人：谢希仁 3. 吞吐量 n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 。 n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。 n吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率 的限制。 课件制作人：谢希仁 4. 时延(delay 或 latency) n发送时延 发送数据时，数据帧从结点 进入到传输媒体所需要的时间。 n也就是从发送数据帧的
10、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（b） 发送速率（b/s） 课件制作人：谢希仁 时延(delay 或 latency) n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。 n信号发送速率和信号在信道上的传播速 率是完全不同的概念。 传播时延 = 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒） 课件制作人：谢希仁 时延(delay 或 latency) n处理时延 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。 n排队时延 结点缓存队列中分组排队所 经历的时延。 n排队时延的长短往往取决于网络中当时 的通信量。 课件制作人
11、：谢希仁 时延(delay 或 latency) n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+处理时延 课件制作人：谢希仁 四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1 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 课件制作人：谢希仁 5. 时延带宽积 （传播）时延 链路 带宽 时延带宽积 = 传播时延 带宽 n链路的时延带宽积又称为以比特为单位 的链路长度。 时延带宽积 课件制作人：谢希
12、仁 6. 利用率 n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）。完全空 闲的信道的利用率是零。 n网络利用率则是全网络的信道利用率的 加权平均值。 n信道利用率并非越高越好。 课件制作人：谢希仁 1.7.2 协议与划分层次 n计算机网络中的数据交换必须遵守事先 约定好的规则。 n这些规则明确规定了所交换的数据的格 式以及有关的同步问题（同步含有时序 的意思）。 n网络协议(network protocol)，简称为协 议，是为进行网络中的数据交换而建立 的规则、标准或约定。 课件制作人：谢希仁 网络协议的组成要素 n语法 数据与控制信息的结构或格式 。 n语义 需要发出何种
13、控制信息，完成何 种动作以及做出何种响应。 n同步 事件实现顺序的详细说明。 课件制作人：谢希仁 1.7.4 实体、协议、服务 和服务访问点 n实体(entity) 表示任何可发送或接收信息 的硬件或软件进程。 n协议是控制两个对等实体进行通信的规 则的集合。 n在协议的控制下，两个对等实体间的通 信使得本层能够向上一层提供服务。 n要实现本层协议，还需要使用下层所提 供的服务。 课件制作人：谢希仁 实体、协议、服务 和服务访问点（续） n本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面 的协议。 n下面的协议对上面的服务用户是透明的。 n协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间 通信的规则。 n服
14、务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过 层间接口提供的。 n同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称 为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 课件制作人：谢希仁 计算机网络（第 6 版） 第 2 章 物理层 课件制作人：谢希仁 2.1 物理层的基本概念 物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接 口的一些特性，即： n机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸 、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。 n电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的 电压的范围。 n功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电 压表示何种意义。 n过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件 的出
15、现顺序。 课件制作人：谢希仁 2.2.2 有关信号的几个基本概念 n单向通信（单工通信）只能有一个方 向的通信而没有反方向的交互。 n双向交替通信（半双工通信）通信的 双方都可以发送信息，但不能双方同时发 送(当然也就不能同时接收)。 n双向同时通信（全双工通信）通信的 双方可以同时发送和接收信息。 课件制作人：谢希仁 几种最基本的调制方法 n基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至 有直流成分，而许多信道并不能传输这种低 频分量或直流分量。为了解决这一问题，就 必须对基带信号进行调制(modulation)。 n最基本的二元制调制方法有以下几种： n调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 n调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。 n调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而 变化。 课件制作人：谢希仁 对基带数字信号的几种调制方法 010011100 基带信号 调幅 调频 调相 课件制作人：谢希仁 (1) 信道能够通过的频率范围 n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名 的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下， 为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值 。 n在任何信道中，码元传输的速率是有上限的， 否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码 元的判决（即识别）成为不可能。 n如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号 高频分量越多，那么就可
