Part2 网络发展、分类、性能指标和体系结构

复习计算机网络的定义：组成、功能因特网概述：网络与互联网因特网发展的三个阶段因特网的组成：边缘部分+核心部分边缘部分（C/S、P2P）核心部分（电路交换和分组交换）1.4计算机网络在我国的发展从1987年至1990年代，中国互联网主要依靠拨号上网。2000年后，宽带用户接入数量开始快速攀升。在中国，宽带是互联网的主要接入方式，占总体网民比例的90.6%；近年来，无线接入方式，特别是手机访问互联网的数量在迅速上升，使用固定电话拨号上网人数，自从在2004年达到峰值后，逐年继续减少。中国互联网供应商主要由中国电信、中国联通、中国移动三大企业支配要接入互联网，要租用三大企业的线路。中国电信：有线网络（拨号上网、FTTx）、CDMA无线网中国联通：有线网络（拨号上网、FTTx）、WCDMA无线网中国移动：有线网络（拨号上网、FTTx）、GPRS和TD-SCDMA无线网1.5计算机网络的分类不同作用范围的网络

从网络的使用者进行分类把用户接入到因特网的网络1.不同作用范围的网络广域网WAN(WideAreaNetwork)也称为远程网，作用范围通常是几十到几千公里。连接广域网中间结点的链路一般是高速链路，采用光纤传输介质进行连接。城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)作用范围是一个城市，距离约为5-50km局域网LAN(LocalAreaNetwork)

一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路连接，使用双绞线作为传输介质。作用范围比较小。个人区域网PAN(PersonalAreaNetwork)

也称为无线个人区域网（WPAN），作用范围大约10m左右。2.不同使用者的网络公用网(publicnetwork)也称为公众网，是指电信公司出资建造的大型网络。三大网络服务提供商（ISP）：中国移动、中国联通、中国电信专用网(privatenetwork)

某个部门为本单位的特殊业务工作的需要建造的网络，不向本单位以外的人提供服务。银行网络、铁路票务管理网、校园网VPN（虚拟专用网）：在公用网络上建立专用网络的技术。滨州学院VPN地址2把用户接入到因特网的网络接入网

AN(AccessNetwork)，又称为本地接入网或居民接入网。由ISP提供的接入网起到用户与因特网连接的“桥梁”作用。接入网本身既不属于因特网的核心部分，也不属于因特网的边缘部分。1.6计算机网络的性能1.速率（网速）比特（bit）是计算机中数据量的最小单位来源于binarydigit，意思是一个“二进制数字”，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)是连接在计算机网络中上的主机在数字信道上传送数据的速率单位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s

，Tb/s2.带宽模拟传输网（电话网）：信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。数字传输网（计算机网络）：在计算机网络中，“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）3.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。吞吐量经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道有多少数据量通过了网络。吞吐量=带宽*时间1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点在发送器产生传输时延(即发送时延)在发送节点中产生处理时延和排队时延数据链路时延：数据从网络的一端传送到另一端所需的时间4.时延(delay或latency)发送时延：数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。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。传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）发送时延=

数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）处理时延：为存储转发进行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，取决于网络中当时的通信量。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。练习收发两端之间的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2*108m/s。试问以下情况的发送时延和传播时延。数据长度为107比特，数据发送速率为100kb/s数据长度为103比特，数据发送速率为1Gb/s5.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）完全空闲的信道的利用率是零信道利用率并非越高越好网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值。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。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：U是网络的利用率，数值在0到1之间。时延

D利用率

U10D0时延急剧增大假定网络的利用率到达了90%，请估算现在的网络时延是它的最小值多少倍？1.7计算机网络的体系结构网络体系结构提出的背景——网络的复杂性、异质性不同的通信介质——有线、无线、…

…不同种类的设备——主机、路由器、交换机…

…不同的操作系统——Unix、Windows、…

…不同的软/硬件、接口和通信约定（协议）不同的应用环境——固定、移动、…

…不同种类业务——分时、交互、实时、…

…结构清晰简化设计与实现便于更新与维护较强的独立性和适应性复杂的网络系统，如何合理组织结构达到：解决：分而治之！一个生活中的例子：物流系统邮政系统的组织:层次的观点：

每层实现一种特定的服务通过自己内部的功能依赖自己的下层提供的服务用户(寄件者)快递员(取信)分检员(分检)运输工具(出发)用户(收件者)快递员(送信)分检员

(分检)运输工具(到达)运输线路分层的物流系统组织:服务用户-to-用户：信息服务快递员-to-快递员：传递服务分检员-to-分检员：地址选择服务

运输工具-to-运输工具：运输服务层次功能的分布式实现运输工具(出发)运输工具(到达)运输线路信件发送方信件接收方中间交通枢纽运输线路运输线路用户(寄件者)用户(收件者)快递员(取信)快递员(送信)分检员(分检)分检员(分检)相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，这种“协调”是相当复杂的。“分层”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比较易于研究和处理。

1.7.1网络体系结构的形成1974年，美国IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA1983年，国际标准化组织ISO形成开放系统互连参考模型（OSI/RM）的正式文件。互连网实际遵守的体系结构标准：TCP/IP网络体系结构标准1.开放系统互连参考模型OSI/RM开放：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、也遵循同一标准的其他任何系统进行通信系统：指在现实的系统中与互连有关的部分1983年形成了OSI的正式文件，即七层协议体系结构。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层法律上的(dejure)国际标准OSI没有得到市场的认可注意只有物理层存在直接连接，其余层均为间接连接以运输层为界，将体系结构分为两大部分：通信子网（核心部分）、资源子网（边缘部分）2.TCP/IP模型应用层运输层（TCP）网络层（IP）网络接口层非国际标准TCP/IP获得了最广泛的应用称为事实上的(defacto)国际标准应用层运输层网络层网络接口层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层1.7.2协议与划分层次1.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。

计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定的规则。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。网络协议的组成要素：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）2.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。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。3.计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构（architecture）是计算机网络的各层及其协议的集合。体系结构是计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。1.7.3具有五层协议的体系结构

两种体系结构标准：OSI七层体系结构：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层TCP/IP四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。采取折中的办法，综合

OSI和

TCP/IP

的优点，采用有五层协议的体系结构。

五层协议的体系结构应用层(applicationlayer)运输层(transportlayer)网络层(networklayer)数据链路层(datalinklayer)物理层(physicallayer)数据链路层5应用层4运输层3网络层2数据链路层1物理层主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层

PDU主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2应用层PDU再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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）主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2IP数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

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主机

1

向主机

2

发送数据应用层(applicationlayer)5432154321物理传输媒体主机

1AP2AP1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主机

2主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2物理层接收到比特流，上交给数据链路层主机

1

向主机

2

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取出数据部分，上交给网络层主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层主机

1

向主机

2

发送数据5432154321主机

1AP2AP1主机

2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程主机

1

向主机

2

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！主机

1

向主机

2

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

1

向主机

2

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

1

向主机

2

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

1

向主机

2

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

1