计算机网络第8版课件-第1章-概述

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  计算机网络概述第1章1.1计算机网络在信息时代中的作用1.2互联网概述1.3互联网的组成1.4计算机网络在我国的发展1.5计算机网络的类别1.6计算机网络的性能1.7计算机网络的体系结构1.1.1计算机网络的定义1.1.2计算机网络的特点1.1计算机网络在信息时代中的作用万物联网人人用网信息时代：以网络为核心万物联网人人用网有线电视网络电信网络计算机网络提供电话、电报及传真等服务。向用户传送各种电视节目。使用户能在计算机之间传送数据文件。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。万物联网人人用网大众熟悉的三大类网络万物联网人人用网“三网融合”：融入现代计算机网络技术万物联网人人用网Internet：全球最大、最重要的计算机网络如何称呼Internet？因特网：推荐，但却长期未得到推广。互联网：目前流行最广，事实上的标准译名。互联网≠互连网。互连网：局部范围互连起来的计算机网络。思考：它们说的是哪个网？上网，联网，网民，网吧，网银，网购，网管，知网。万物联网人人用网互联网是什么？应用和服务游戏，视频，社交，电子邮件，购物，网店，网银，无现金支付，数字钱包，数字货币，…工作原理互连结构，交换技术，TCP/IP体系结构与协议，…万物联网人人用网互联网的2个重要基本特点连通性(connectivity)使上网用户之间可以很方便快捷、非常经济地交换各种信息好像这些用户终端都彼此直接连通一样。资源共享(Sharing)实现信息共享、软件共享、硬件共享。由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样地方便使用。是Internet提供许多服务的基础。万物联网人人用网互联网在生活中地位

  已经成为社会最重要的基础设施之一。万物联网人人用网互联网+：新的经济形态指“互联网+各个传统行业”。把互联网的创新成果深层次地融合于经济社会各领域。互联网工业农业教育医疗商业交通金融政务万物联网人人用网互联网的负面影响传播病毒窃取：数据，钱财等散布谣言不良信息欺诈网瘾……需要加强对互联网的管理。1.2.1网络的网络1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段1.2.3互联网的标准化工作1.2互联网概述1.2.1

  网络的网络计算机网络：由若干节点(node)和连接这些节点的链路(link)组成。节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。图1-1(a)简单的网络节点链路图例计算机集线

  网络的网络互连网(internetwork或internet)：多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。“网络的网络”(networkofnetworks)。图1-1(b)由网络构成的互连网网络网络网络网络网络网络网络图例计算机集线器路由器网络节点链路网络网络网络网络网络网络网络用“云”表示网络：主机在“云”里网络网络网络网络网络网络网络主机用“云”表示网络：主机在“云”外网络：把许多计算机连接在一起。互连网：把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。互连网(internet)

  ≠互联网(Internet)网络与互连网1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段1969–1990从单个网络ARPANET向互联网发展。1985–1993建成了三级结构的互联网。1993–

  现在全世界的多层次ISP结构的互联网。ARPANET：最初只是一个单个的分组交换网，不是一个互连网。1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信。人们把1983年作为互联网的诞生时间。1990年，ARPANET正式公开宣布关闭。第一阶段：1969–1990SRIUCSBUCLAUTAH1969年的ARPANET国家科学基金网NSFNET。三级结构：主干网、地区网和校园网（或企业网）。覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为互联网中的主要组成部分。第二阶段：1985–1993主干网地区网地区网地区网校园网校园网校园网校园网校园网出现了互联网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)：提供接入到互联网的服务。需要收取一定的费用。多层次ISP结构：主干ISP、地区ISP和本地ISP。覆盖面积大小和所拥有的IP地址数目的不同第三阶段：1993–现在

  通信举例：主机A→本地ISP→地区ISP→主干ISP→地区ISP→本地ISP→主机B大公司公司本地

  ISPIXP第三阶段：1993–现在互联网交换点IXP(InterneteXchangePoint)：允许两个网络直接相连并快速交换分组。常采用工作在数据链路层的网络交换机。世界上较大的IXP的峰值吞吐量都在Tbit/s量级。内容提供者(ContentProvider)：在网络上向全用户提供视频等内容的公司。不向用户更好的提供互联网的转接服务。第三阶段：1993–现在

  万维网：20世纪90年代：万维网WWW的问世由欧洲原子核研究组织CERN开发。成为互联网指数级增长的主要驱动力。2019年3月底，互联网的用户数已超过了43.8亿。互联网研究部IRTF互联网工程部IETF…RGWG……RG…领域领域WGWGWG互联网体系结构研究委员会IAB互联网研究指导小组IRSG互联网工程指导小组IESG互联网协会ISOC1.2.3互联网的标准化工作互联网的标准化工作对互联网的发展起到了很重要的作用。组织架构RFC：RequestForComments（请求评论）。所有的RFC文档都可从网络上免费下载。任何人都可以用电子邮件随时发表对某个文档的意见或建议。但并非所有的RFC文档都是网络标准。只有很少部分的RFC文档最后才能变成互联网标准。RFC文档按发表时间的先后编上序号（即RFCxxxx，xxxx是阿拉伯数字）。标准发表：以RFC的形式RFCxxxx互联网草案

  互联网的核心部分1.3互联网的组成从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：边缘部分：由所有连接在网络上的主机组成，由用户直接用，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）。1.3互联网的组成互联网的核心部分互联网的边缘部分主机路由器网络1.3.1互联网的边缘部分处在互联网边缘部分的就是连接在网络上的所有的主机。这些主机又称为端系统

  (endsystem)。端系统在功能上可能有很大差别：小的端系统：普通个人电脑、智能手机、网络摄像头等。大的端系统：非常昂贵的大型计算机或服务器。端系统的拥有者：可以是个人、单位、或某个ISP。1.3.1互联网的边缘部分互联网的核心部分互联网的边缘部分主机端系统智能手机IP摄像头大型或超级计算机服务器其实就是指：主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。“计算机之间通信”的含义客户/服务器方式Client/Server方式简称为C/S方式对等方式PeertoPeer方式简称为P2P方式端系统之间的两种通信方式客户/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。1.客户-服务器方式（C/S方式）运行客户程序网络边缘网络核心运行服务器程序AB①请求服务客户服务器客户A向服务器B发出请求服务，服务器B向客户A提供服务。②得到服务客户和服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户与服务器都可发送和接收数据。客户程序被用户调用后运行，需主动向远地服务器发起通信（请求服务）。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。服务器程序专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个客户请求。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。不必须了解到客户程序的地址。通常要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户程序与服务器程序主要特征两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方。只要都运行了P2P软件，就能够直接进行平等的、对等连接通信。2.对等连接方式（P2P方式）对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。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1.3.2互联网的核心部分是网络中最复杂的部分。向网络边缘中的主机提供连通性，使任何一台主机都能够向其他主机通信。互联网的边缘部分路由器网络互联网的核心部分网络在网络核心部分起特殊作用的是路由器

  (packetswitching)的关键构件，其任务是转发收到的分组。分组转发是网络核心部分最重要的功能。1.3.2互联网的核心部分典型交换技术包括：电路交换分组交换报文交换等。互联网的核心部分采用分组交换技术。电线对的数量与电线部电线对电线。N部电话机两两直接相连，需N(N–1)/2对电线。当电话机的数量增多时，使用电话交换机将这些电话连接起来。使用交换机交换机每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。

  这种交换方式是电路交换(circuitswitching)。“交换(switching)”的含义转接：把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。分为三个阶段：建立连接：建立一条专用的物理通路（占用通信资源）。通话：主叫和被叫双方互相通电话（一直占用通信资源）。释放连接：释放刚才使用的专用的物理通路（归还通信资源）。电路交换特点这种一定要经过“建立连接（占用通信资源）、通话（一直占用通信资源）、释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式称为电路交换。AB电信网交换机交换机交换机交换机中继线用户线用户线CDEF计算机数据具有突发性，这导致在传送数据时，通信线路的利用率很低，真正用来传送数据的时间往往不到10%，甚至不到1%，已被用户占用的通信线路资源在绝大部分时间里都是空闲的。电路交换特点：通话的两个用户始终占用端到端的通信资源采用存储转发技术。2.分组交换的主要特征报文1在发送端，先把较长的报文划分成更小的等长数据段。数据数据数据首部首部首部分组1分组2分组3报文注意：左边是“前面”分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。数据段前面添加首部就构成了分组

  (packet)互联网采用分组交换技术。分组是在互联网中传送的数据单元。发送端依次把各分组发送到接收端。分组交换以“分组”作为数据传输单元数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3报文1假定分组在传输过程中没再次出现差错，在转发时也没有被丢弃。接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文根据首部中包含的目的地址、源地址等重要控制信息进行转发。每一个分组在互联网中独立选择传输路径。位于网络核心部分的路由器负责转发分组，即进行分组交换。路由器要创建和动态维护转发表。分组在互联网中的转发暂存收到的分组。检查分组首部。查找转发表。按照首部中的目的地址，找到比较合适的接口转发出去。路由器处理分组的过程(a)核心部分的路由器把网络互连起来网络核心部分H1H5H2H4H3H6路由器网络主机(b)核心部分中的网络可用一条链路表示H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC主机网络核心部分注意分组路径的变化！H1

  发送分组ABDEC路由器H2H4H6H5H3H1互联网主机每个分组独立选择传输路径H1ABDECH5H6H2H3路由器最后到达目的主机H5互联网H1

  发送分组H4在路由器A暂存查找转发表找到转发的端口转发在路由器C暂存查找转发表找到转发的端口转发在路由器E暂存查找转发表找到转发的端口转发主机分组的存储转发过程优点所采用的手段高效在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。迅速以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。可靠保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。分组交换的优点排队延迟：分组在各路由器存储转发时需要排队。不保证带宽：动态分配。增加开销：各分组必须携带控制信息；路由器要暂存分组，维护转发表等。分组交换带来的问题在20世纪40年代，电报通信就采用了基于存储转发原理的报文交换

  (messageswitching)。但报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。报文交换P2P4P3P4P3报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t数据传送报文P1连接释放数据传送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P2P1P1P3P2P4存储转发存储转发存储转发连接建立电路交换、报文交换和分组交换的主要区别若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更加好的灵活性。三种交换方式的比较1.4

  计算机网络在我国的发展1980年，铁道部开始做计算机联网实验。1989年11月，我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。1994年4月20日，我国用64kbit/s专线正式连入互联网，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。1994年5月，中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。1994年9月，中国公用计算机互联网CHINANET真正开始启动。1.4

  计算机网络在我国的发展到目前为止，我国陆续建造了基于网络技术的并能够和互联网互连的多个全国范围的公用计算机网络，其中顶级规模的就是下面这五个：中国电信互联网CHINANET（也就是原来的中国公用计算机互联网）中国联通互联网UNINET中国移动互联网CMNET中国教育和科研计算机网CERNET中国科学技术网CSTNET1.4

  计算机网络在我国的发展1994年，中国教育和科研计算机网CERNET(ChinaEducationandResearchNETwork)是我国第一个IPv4互联网主干网。2004年2月，我国的第一个下一代互联网CNGI的主干网CERNET2试验网正式开通，并提供服务。试验网以2.5~10Gbit/s的速率连接北京、上海和广州三个CERNET核心节点，并与国际下一代互联网相连接。中国互联网络信息中心CNNIC(ChiNaNetworkInformationCenter)每年两次公布我国互联网的发展状况。到2019年底，我国的国际出口带宽已超过8.8Tbit/s（1Tbit/s=103Gbit/s）。1996年，张朝阳创立了中国第一家以风险投资资金建立的互联网公司—爱特信公司。两年后，爱特信公司推出“搜狐”产品，并更名为搜狐公司(Sohu)。搜狐网站(S)是中国首家大型分类查询搜索引擎。1997年，丁磊创立了网易公司(NetEase)，推出了中国第一家中文全文搜索引擎，开发的超大容量免费邮箱（如163和126等）。1998年，王志东创立新浪网站(S)。新浪的微博是全球使用最多的微博之一。对我国互联网事业发展影响较大的人物和事件1998年，马化腾、张志东创立了腾讯公司(Tencent)。1999年，腾讯就推出了用在PC上的即时通信软件OICQ，后改名为QQ。2011年，腾讯推出了专门供智能手机使用的即时通信软件“微信”。2000年，李彦宏和徐勇创建了百度网站(B)，现在已成为全世界最大的中文搜索引擎。1999年，马云创建了阿里巴巴网站(A)。2003年，马云创立了个人网上贸易市场平台—淘宝网(T)。2004年，阿里巴巴集团创立了第三方支付平台—支付宝(A)。对我国互联网事业发展影响较大的人物和事件1.5计算机网络的类别1.5.1计算机网络的定义1.5.2几种不同类别的计算机网络1.5.1计算机网络的定义计算机网络的精确定义并未统一。较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不一样的数据，并能支持广泛的和日渐增长的应用。“可编程的硬件”表明：这种硬件一定包含有中央处理器CPU。计算机网络所连接的硬件包括：一般的计算机；智能手机、电视等。计算机网络可以：传送数据；支持多种应用（包括今后也许会出现的各种应用）。如何理解？1.5.2几种不同类别的计算机网络计算机网络有多种类别。可以按以下方法分类：按照网络的作用范围进行分类；按照网络的使用者进行分类；用来把用户接入到互联网的网络。类别作用范围或距离广域网WAN(WideAreaNetwork)通常为几十到几千公里。有时也称为远程网(longhaulnetwork)。是网络的核心部分。城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)作用范围一般是一个城市，作用距离约为5~50公里。局域网LAN(LocalAreaNetwork)局限在较小的范围（如1公里左右）。一般会用高速通信线路。个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)范围很小，大约在10米左右。有时也称为无线个人区域网

  WPAN(WirelessPAN)。1.按照网络的作用范围进行分类若中央处理机之间的距离非常近（如仅1米甚至更小些），则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络。类别作用范围或距离公用网(publicnetwork)按规定交纳费用的人都能够正常的使用的网络。也可称为公众网。专用网

  (privatenetwork)为特殊业务工作的需要而建造的网络。2.按照网络的使用者进行分类公用网和专用网都可以传送多种业务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。接入网AN(AccessNetwork)又称为本地接入网或居民接入网。用于将用户接入互联网。实际上就是本地ISP所拥有的网络，它既不是互联网的核心部分，也不是互联网的边缘部分。是从某个用户端系统到本地ISP的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一种网络。从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网。3.用来把用户接入到互联网的网络本地ISP接入网1.6计算机网络的性能1.6.1计算机网络的性能指标1.6.2计算机网络的非性能特征1.6.1计算机网络的性能指标重要性能指标速率带宽吞吐率时延时延带宽积往返时间利用率性能指标：从不同的方面来度量计算机网络的性能。最重要的一个性能指标。指的是数据的传送速率，也称为数据率

  例如41010bit/s的数据率就记为40Gbit/s。速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。1.速率千

  =K=210=1024，兆=M=220=1024K，吉=G=230=1024M1字节(Byte)=8比特(bit）频域某个信号具有的频带宽度。单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。某信道允许通过的信号频带范围称为该信道的带宽（或通频带）。时域网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位就是数据率的单位bit/s。2.带宽(bandwidth)两者本质相同。一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。受网络的带宽或网络的额定速率的限制。额定速率是绝对上限值。可能会远小于额定速率，甚至下降到零！有时可用每秒传送的字节数或帧数来表示。3.吞吐量(throughput)指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。有时也称为延迟或迟延。组成：（1）发送时延（2）传播时延（3）处理时延（4）排队时延4.时延(delay或latency)也称为传输时延。是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就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。（1）发送时延发送时延=数据帧长度（bit）发送速率（bit/s）是电磁波在信道中传播一定的距离要消耗的时间。电磁波传播速率：自由空间的传播速率是光速=3.0ⅹ

  2.0ⅹ105km/s（2）传播时延传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）注意：发送时延与传播时延有本质上的不同。发送时延发生在机器内部的发送器中，与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有一点关系。传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大。（2）传播时延（3）处理时延主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间。（4）排队时延分组在路由器输入输出队列中排队等待处理和转发所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。当网络的通信量很大时会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于排队时延为无穷大。（3）处理时延和（4）排队时延一般说来，小时延的网络要优于大时延的网络。在某些情况下，一个低速率、小时延的网络很可能要优于一个高速率但大时延的网络。4.时延(delay或latency)总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延必须指出，在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析。…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)在这里产生处理时延和排队时延数据假设从结点A向结点B发送数据链路四种时延产生的地方不一样四种时延产生的地方对于高速网络链路，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。提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。易产生的错误概念以下说法是错误的：“在高速链路（或高带宽链路）上，比特会传送得更快些”。结点A要将一个数据块通过1000km的光纤链路发送给结点B。假设忽略处理时延和排队时延。请分别计算以下情况时的总时延，并验证“数据的发送速率越高，其传送的总时延就越小”的说法是不是正确。（1）数据块大小为100MB，信道带宽为1Mbit/s（2）数据块大小为100MB，信道带宽为100Mbit/s（3）数据块大小为1B，信道带宽为1Mbit/s（4）数据块大小为1B，信道带宽为1Gbit/s分析举例光纤链路1000km结点B结点A分析举例解：

  总时延=0.000008+5=5.000008ms。与（3）相比没有明显减小。不能笼统地认为：“数据的发送速率越高，其传送的总时延就越小”。（传播）时延（管道长度）链路带宽（管道截面积）时延带宽积=传播时延带宽链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。管道中的比特数表示从发送端发出但尚未到达接收端的比特数。只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到了充分的利用。链路像一条空心管道5.时延带宽积表示从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。

  结点A结点B数据确认tTAtPtPtPQB往返时间RTTtTB成功发送的总时延结点A要将一个100MB数据以100Mbit/s的速率发送给结点B，B正确收完该数据后，就立即向A发送确认。假定A只有在收到B的确认信息后，才能继续向B发送数据，且确认信息很短。计算A向B发送数据的有效数据率。分析举例100Mbit/s结点B结点ARTT=2s解：分析举例发送时延=数据长度发送速率=100×220×8100×106≈8.39s有效数据率=数据长度发送时间+RTT=100×220×88.39+2≈80.7Mbit/s100Mbit/s结点B结点ARTT=2s在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。当使用卫星通信时，往返时间RTT相对较长，此时，RTT是很重要的一个性能指标。6.往返时间RTT(Round-TripTime)结点B结点A信道利用率某信道有百分之几的时间是被利用的（即有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率全网络的信道利用率的加权平均值。问题：信道利用率越高越好吗？7.利用率根据排队论，当某信道的利用率增大时，时延会迅速增加。时延与网络利用率的关系其中：D0：网络空闲时的时延。D：网络在当前的时延。U：网络当前的利用率，数值在0到1之间。D=D0

  1-U时延D利用率U10D0时延急剧增大当信道的利用率增大时，该信道引起的时延迅速增加。1.6.2计算机网络的非性能特征费用标准化质量可靠性管理和维护可扩展性和可升级性这些非性能特征与性能指标有很大的关系。1.7.1计算机网络体系结构的形成1.7.2协议与划分层次1.7.3具有五层协议的体系结构1.7.4实体、协议、服务和服务访问点1.7.5TCP/IP的体系结构1.7计算机网络体系结构1.7.1计算机网络体系结构的形成(1)必须有一条传送数据的通路。(2)发起方必须激活通路。(3)要告诉网络怎么来识别接收方。(4)发起方要清楚对方是否已开机，且与网络连接正常。(5)发起方要清楚对方是否准备好接收和存储文件。(6)若文件格式不兼容，要完成格式的转换。(7)要处理各种差错和意外事故，保证收到正确的文件。计算机网络是一个很复杂的系统。两台计算机要互相传送文件需解决很多问题计算机A计算机B最初的ARPANET

  设计时提出了分层的设计方法。分层：将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题。1974年，IBM按照分层的方法制定并提出了系统网络体系结构SNA(SystemNetworkArchitecture)。此后，其他一些公司也相继推出了具有不一样名称的体系结构。提出了不同体系结构但由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难互相连通。ISO(国际标准化组织)提出的OSI/RM(OpenSystemsInterconnectionReferenceModel)是使各种计算机在全球范围内互连成网的标准框架。OSI/RM是个抽象的概念。1983年，形成了著名的ISO7498国际标准，即七层协议的体系结构。国际标准：开放系统互连参考模型OSI/RMOSI试图达到一种理想境界：全球计算机网络都遵循这个统一标准，因而全球的计算机将能够很方便地进行互连和交换数据。基于TCP/IP的互联网已抢先在全球相当大的范围成功地运行了。OSI的专家们在完成OSI标准时没有商业驱动力；OSI的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；OSI标准的制定周期太长，使得按OSI标准生产的设备无法及时进入市场；OSI的层次划分也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。但ISO/OSI失败了法律上的(dejure)国际标准OSI但并没有正真获得市场的认可。事实上的(defacto)国际标准TCP/IP获得了最广泛的应用。存在两种国际标准1.7.2协议与划分层次网络协议

  (networkprotocol)，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。三个组成要素：语法：数据与控制信息的结构或格式。语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。同步：事件实现顺序的详细说明。TCPconnectionreq.TCPconnectionreply.getplan.pdfplan.pdf网络协议是计算机网络的必不可少的组成部分。协议的两种形式文字描述：便于人来阅读和理解。程序代码：让计算机能够理解。不论什么形式，都一定要能对网络上信息交换过程做出精确的解释。ARPANET的研制经验表明：对于很复杂的计算机网络协议，其结构应该是层次式的。层次式协议结构文件传送模块主机1主机2文件传送模块文件及传送命令好像是按照水平方向的虚线直接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1，将文件传送模块作为最高的一层划分层次的概念举例：两台主机利用互联网传送文件文件传送模块主机1主机2文件传送模块2，再设计一个通信服务模块层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文件及传送命令好像是按照水平方向的虚线直接传送的划分层次的概念举例：两台主机利用互联网传送文件文件传送模块主机1主机2文件传送模块3，再设计一个网络接入模块层好像可直接把文件可靠地传送到对方通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块网络接口网络接口文件及传送命令好像是按照水平方向的虚线直接传送的通信网络网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作，并向上层提供接入和通信服务。划分层次的概念举例：两台主机利用互联网传送文件各层之间是独立的。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。有些功能会重复出现，因而产生了额外开销。分层的优点与缺点注意：每一层的功能应非常明确。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。差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。各层完成的基本功能网络的体系结构(NetworkArchitecture)是计算机网络的各层及其协议的集合，就是这一个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义（不涉及实现）。实现

  (implementation)是遵循这种体系结构的前提下，用何种硬件或软件完成这些功能的问题。计算机网络的体系结构体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。1.7.3具有五层协议的体系结构应用层运输层网络层表示层会线OSI的七层协议体系结构TCP/IP的四层协议体系结构(a)(b)(c)五层协议的体系结构4应用层1网络接口层2网际层IP(各种应用层协议，如DNS,HTTP,SMTP等)3运输层(TCP或UDP)（这一层并没有详细的细节内容）运输层网络层应用层数据链路层物理层54321运输层网络层应用层数据链路层物理层54321任务：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。协议：定义的是应用进程间通信和交互的规则。把应用层交互的数据单元称为报文(message)。例如：DNS，HTTP，SMTP各层的基本功能运输层网络层应用层数据链路层物理层54321任务：负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。具有复用和分用的功能。主要使用两种协议：传输控制协议TCP用户数据报协议UDP。各层的基本功能运输层网络层应用层数据链路层物理层54321TCP(TransmissionControlProtocol)：提供面向连接的、可靠的数据传输服务。数据传输的单位是报文段

  (segment)。UDP(UserDatagramProtocol)：提供无连接的尽最大努力(best-effort)的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）。数据传输的单位是用户数据报。各层的基本功能运输层网络层应用层数据链路层物理层54321为分组交换网上的不同主机提供通信服务。两个具体任务：路由选择：通过一定的算法，在互联网中的每一个路由器上，生成一个用来转发分组的转发表。转发：每一个路由器在接收到一个分组时，要依据转发表中指明的路径把分组转发到下一个路由器。各层的基本功能运输层网络层应用层数据链路层物理层54321互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP(InternetProtocol)和许多种路由选择协议，因此互联网的网络层也叫做网际层或IP层。IP协议分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。各层的基本功能运输层网络层应用层数据链路层物理层54321常简称为链路层。任务：实现两个相邻节点之间的可靠通信。在两个相邻节点间的链路上传送帧（frame）。如发现有差错，就简单地丢弃出错帧。若需要改正出现的差错，就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链路层协议复杂。各层的基本功能运输层网络层应用层数据链路层物理层54321任务：实现比特（0或1）的传输。确定连接电缆的插头应当有多少根引脚，以及各引脚应如何连接。注意：传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内，而是在物理层协议的下面。各层的基本功能主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2数据物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2数据应用层首部H5数据物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2数据H5数据H5数据H4运输层首部物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2数据H5数据H5数据H4H4H5数据H3网络层首部物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2数据H5数据H5数据H4H4H5数据H3H3H4H5数据H2链路层首部T2链路层尾部物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2数据H5数据H5数据H4H4H5数据H3H3H4H5数据H2T210100比特流110100物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP210100比特流110100物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2H3H4H5数据H2T210100比特流110100物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2H3H4H5数据H2T210100比特流110100物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H4H5数据H3数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2H3H4H5数据H2T210100比特流110100物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H4H5数据H3H4H5数据H3数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2H3H4H5数据H2T210100比特流110100物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H4H5数据H3H4H5数据H3H2新首部T2新尾部H3H4H5数据数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2H3H4H5数据H2T210100比特流110100物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H4H5数据H3H4H5数据H3H2新首部T2新尾部H3H4H5数据10101比特流110111数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体10101比特流110111数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H2T2H3H4H5数据10101比特流110111数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H2T2H3H4H5数据10101比特流110111H4H5数据H3数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H2T2H3H4H5数据10101比特流110111H4H5数据H3H5数据H4数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H2T2H3H4H5数据10101比特流110111H4H5数据H3H5数据H4H5数据数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体H2T2H3H4H5数据10101比特流110111H4H5数据H3H5数据H4数据H5数据数据在各层之间的传递过程主机154321AP1主机2路由器3212154321AP2物理传输媒体物理传输媒体物理传输媒体数据H5数据H5数据H4H4H5数据H3H3H4H5数据H2T210100比特流110100H2T2H3H4H5数据10101比特流110111H4H5数据H3H5数据H4H5数据数据数据在各层之间的传递过程OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU

  (ProtocolDataUnit)。任何两个同样的层次把PDU（即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方。这是所谓的“对等层”之间的通信。对等层与协议数据单元各层协议实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。1.7.4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：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，还需要用下层所提供的服务。协议其实现保证了能够向上一层提供服务。对上面的服务用户是透明的。是“水平的”服务上层使用服务原语获得下层所提供的服务。上面的服务用户只能看见服务，无法看见下面的协议。是“垂直的”注意：协议和服务在概念上是不一样的在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）

  的地方，通常称为服务访问点SAP(ServiceAccessPoint)。SAP是一个抽象的概念，它实际上就是一个逻辑接口。OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU(ServiceDataUnit)。SDU可以与PDU不一样。例如：可以是多个SDU合成为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU。服务访问点SAP协议(n+1)SAPSAP交换服务原语交换服务原语实体(n+1)服务提供者第n层第n+1层实体(n+1)服务用户实体(n)实体(n)协议(n)相邻两层之间的关系明日正午进攻，同意？同意你确认“同意”？我确认“同意”你真的确认“同意”？我真的确认“同意”你真的确认“同意”？我真的确认“同意”你真的确认“同意”？我真的确认“同意”这样的协议没办法实现！没有一种协议能够使蓝军100%获胜。协议很复杂，要应付所有不正常的情况1.7.5TCP/IP的体系结构应用层运输层网际层网络接口层主机A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4321TCP/IP是四层体系结构路由器在转发分组时最高只用到网际层，没用运输层和应用层。主机A主机B路由器网络1网络2现在互联网使用的TCP/IP体系结构已发生了演变，即某些应用程序能直接用IP层，或甚至直接用最下面的网络接口层。TCP/IP体系结构的另一种表示方法TCPUDPIP应用层网络接口层（子网层）IPoverEverything：IP协议可以在多种类型的网络上运行EverythingoverIP：IP层能支持多种的运输层协议HTTPSMTPDNSRTPTCPUDP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3IP设计理念：网络核心部分越简单越好。沙漏计时器形状的TCP/IP协议族数据链路层物理层运输层网络层应用层数据链路层物理层运输层网络层应用层①客户发起连接建立请求②服务器接受连接建立请求互联网客户服务器所有这些通信实际上都需要用下面各层所提供的服务。计算机A计算机B互联网中客户-服务器工作方式数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机C服务器1服务器2数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机A客户1数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机B客户2互联网同时运行多个服务器进程同时为多个客户进程提供服务

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