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1、1.3 计算机网络的分类,1.3.1 计算机网络的不同定义最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。1.3.2 几种不同的分类方法从网络的交换功能进行分类从网络的作用范围进行分类从网络的使用者进行分类,1.3.2 几种不同的分类方法（一）,从网络的交换功能分类电路交换报文交换分组交换混合交换,1.3.2 几种不同的分类方法（二）,从网络的作用范围进行分类广域网 WAN(Wide Area Network)局域网 LAN(Local Area Network)城域网 MAN(Metropolitan Area Network)接入网 AN(Access Network)接入网
2、指的是多种宽带接入技术。如xDSL，基于有线电视网络的宽带接入技术，光纤到户技术等。,广域网、城域网、接入网以及局域网的关系,城域网,城域网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,接入网,广域网,局域网,局域网,校园网,企业网,1.3.2 几种不同的分类方法（三）,从网络的使用者进行分类公用网(public network)专用网(private network),1.4 计算机网络的主要性能指标1.4.1 带宽,“带宽”(bandwidth)本来是指模拟信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。例如，电话信号的带宽为3.1kHz（从300Hz到3.4Hz）现在“带宽”是数字信道
3、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,常用的带宽单位是千比每秒，即 Kb/s（103 b/s）兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）请注意：在计算机界，K=210=1024 M=220,G=230,T=240。另外，b代表比特；B代表字节,数字信号流随时间的变化,在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。,1.4.2 时延(delay 或 latency),时延是指一个报文或一个分组从一个网络的一端传到另一端所需的时间。时延由几个不同部分组成。1.发送时
4、延2.传播时延3.处理时延,时延(delay 或 latency),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。例如：一个分组长度为1000bit，数据在信道上的传输速率为1kb/s，则发送时延为1s.,时延(delay 或 latency),传播时延 电磁波（光波）在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。,时延(delay 或 latency),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。结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。处理时延的长短往往取决于网络中
5、当时的通信量。有时可用排队时延作为处理时延。,时延(delay 或 latency),数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：,总时延=发送时延+传播时延+处理时延,三种时延所产生的地方,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,数据,从结点 A 向结点 B 发送数据,链路,容易产生的错误概念,对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。提高链路带宽减小了数据的发送时延。,1.4.3 时延带宽积和往返时延,（传播）时延,链路,带宽,时延带宽积=传播时延 带宽,时延带宽积,时延带宽积的计算举例,设某一链路的传播时延为20ms，带
6、宽为10Mb/s，则时延带宽为20*10-3*10*106=2*105bit这表明，若发送端连续发送数据，则在发送的第一个比特到达终点时，发送端就已经发送了20万个比特了。,往返时延 RTT,往返时延 RTT(Round-Trip Time)表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。对于上面的例子，往返时延为40ms。而往返时延和带宽的乘积为4*105bit。即如果数据传输到终点及时发现了差错，那么发送端得到了这一信息，立即停止发送，也以发送了4*105bit。,1.5 计算机网络的体系结构1.5.1 计算机网络体系结构的形成,相互
7、通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。,关于开放系统互连参考模型OSI/RM,只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。在市场化方面 OSI 却失败了。,两种国际标准,法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。TCP/IP 常被称为事实上的(de facto)国际标准。,1.5.2 划分层次的必要性,计算机网络中的数据交换必须遵守事
8、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以及有关的同步问题（同步含有时序的意思，即在一定的条件下应当发生什么事件，如发现传输错误时发送一个应答信息）。为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议。,划分层次的概念举例,计算机 1 向计算机 2 通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下的划分。第一类工作与传送文件直接有关。确信对方已做好接收和存储文件的准备。双方协调好一致的文件格式。两个计算机将文件传送模块作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。,两个计算机交换文件,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,
9、只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的,把文件交给下层模块进行发送,把收到的文件交给上层模块,再设计一个通信服务模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方,把文件交给下层模块进行发送,把收到的文件交给上层模块,通信服务模块,通信服务模块,再设计一个网络接入模块,文件传送模块,计算机 1,计算机 2,文件传送模块,通信服务模块,通信服务模块,网络接入模块,网络接入模块,通信网络,网络接口,网络接口,网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。,分层的好处,各
10、层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。（无须在一个硬件上完成所有功能）易于实现和维护。能促进标准化工作。,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。,1.5.3 五层协议的体系结构,TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。,五层协议的体系结构,应用层(application layer)运输层(transport layer)网络层(network laye
11、r)数据链路层(data link layer)物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用进程数据先传送到应用层,加上应用层首部，成为 PDU即协议数据单元,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层 PDU 再传送到运输层,加上运输层首部，成为运输层报文,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,
12、2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层报文再传送到网络层,加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,IP 数据报再传送到数据链路层,加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层帧再传送到物理层,最下面的物理层把比特流传送到物理媒体,计算机 1 向计算机 2 发送数据,应用层(application layer),5,4,3,2,1,5,4,
13、3,2,1,物理传输媒体,计算机 1,AP2,AP1,电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层,计算机 2,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,物理层接收到比特流，上交给数据链路层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥去首部，取出数据
14、部分上交给运输层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的应用程序数据！,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,
15、计算机 2,应 用 程 序 数 据,比 特 流,注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次,应 用 程 序 数 据,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,比 特 流,计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,H2,T2,H3,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,网络层剥
16、去分组首部后把分组的数据部分交给运输层,H4,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 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,计算机 1 向计算机 2 发送数据,5,4,3,2,1,5,4,3,2,1,计算机 1,AP2,AP1,计算机 2,我收到了 AP1 发来的应用程序数据！,简单
17、说明各层的作用,应用层：为用户的应用进程提供服务，进程就是正在运行的程序。如支持万维网的HTTP协议；支持电子邮件的SMTP协议等。就象你进入邮局，你可以根据个人的要求选择不同的服务窗口，如汇款；邮信等。,简单说明各层的作用,运输层：主要负责两个主机中进程的通信。它提供复用（应用层的多个进程）和分用功能。它可使用两种不同协议：1.TCP协议是面向连接的，传输报文段，有差错检测功能，能提供可靠的交付。象邮局中的挂号信。2.UDP协议是无连接的，不保证可靠交付，象平信。,简单说明各层的作用,网络层：负责为分组交换网上的不同主机提供服务。对报文分组，选择适当的路由。网络层使用无连接的网际协议IP。I
18、P协议是不提供可靠交付,简单说明各层的作用,数据链路层：将IP包分桢，加上必要的控制信息。物理层：就是透明的传输比特流。,1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点,实体(entity)表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。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。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。,实体、协议、服务和服务访问点（续）,本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。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)。,实体、协议、服务和服务访问点（续）,服 务 用 户,第 n 层,第 n+1 层,服 务 用 户,协议很复杂,协议必须将各种不利的条件事先都估计到，而不能假定一切情况都是很理想和很顺利的。必须非常仔细地检查所设计协议能否应付所有的不利情况。应当注意：事实上难免有极个别的不利情况在设计协议时并没有预计到。在出现这种情况时，协议就会失败。因此实际上协议往往只能应付绝大多数的不利情况。,
