,计算机网络,课件 制作人：谢希仁计算机网络（第 4版）课件电子工业出版社 2004年 2 月谢希仁 编著
（使用 OfficeXP 演示动画）
课件制作人：谢希仁课件制作人声明
本课件共 10个 Powerpoint 文件（每章一个）。教师可根据教学要求自由修改此课件（增加或删减内容），但不能自行出版销售。
对于课件中出现的缺点和错误，欢迎读者提出宝贵意见，以便及时修订。
课件制作人 谢希仁
2004 年 5 月课件制作人：谢希仁第 1 章 概述
（有 * 号的标题表示最基本的内容）
1.1 计算机网络在信息时代中的作用
1.2 计算机网络的发展过程
*1.2.1 分组交换的产生
*1.2.2 因特网时代
*1.2.3 关于因特网的标准化工作
1.2.4 计算机网络在我国的发展
1.3 计算机网络的分类
1.3.1 计算机网络的不同定义
1.3.2 几种不同的分类方法课件制作人：谢希仁第 1 章 概述（续）
*1.4 计算机网络的主要性能指标
1.4.1 带宽
1.4.2 时延
1.4.3 时延带宽积和往返时延课件制作人：谢希仁第 1 章 概述（续）
*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
1.5.2 划分层次的必要性
1.5.3 计算机网络的原理体系结构
1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点
1.5.5 面向连接服务和无连接服务
1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较
*1.6 应用层的客户 -服务器方式课件制作人：谢希仁
1.1 计算机网络在信息时代的作用
21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。
课件制作人：谢希仁因特网 (Internet)的发展
进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。
已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。
已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。
课件制作人：谢希仁因特网的意义
因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。
现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。
课件制作人：谢希仁
1.2 计算机网络的发展过程
1.2.1 分组交换的产生
是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。
60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局
ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性 (survivability)很强的网络。
传统的电路交换 (circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。
如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。
这将要延误一些时间。
计算机网络的产生背景课件制作人：谢希仁新型网络的基本特点
网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。
网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。
所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。
计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。
网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。
课件制作人：谢希仁请注意名词“结点”
―结点”的英文名词是 node。
虽然 node 有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。
在网络中的 node 的标准译名是,结点,
而不是“节点”。
课件制作人：谢希仁回顾一下电路交换的特点
两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。
课件制作人：谢希仁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(N – 1)/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。
课件制作人：谢希仁使用交换机
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。
交换机课件制作人：谢希仁
―交换”的含义
在这里，,交换,(switching)的含义是：
转接 ——把一条电话线转接到另一条电话线，
使它们连通起来。
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。
课件制作人：谢希仁电路交换的特点
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
释放连接课件制作人：谢希仁电路交换举例
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
B
D
C
A
课件制作人：谢希仁电路交换举例
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
B
D
C
A
课件制作人：谢希仁电路交换传送计算机数据效率低
计算机数据具有突发性。
这导致通信线路的利用率很低。
课件制作人：谢希仁报文分组交换的原理（一）
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 据报文分组交换的原理（二）
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：谢希仁分组交换的原理（三）
分组交换网以,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
课件制作人：谢希仁分组首部的重要性
每一个 分组的首部都含有 地址 等控制信息。
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。
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：谢希仁分组交换的原理（四）
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
收到的数据课件制作人：谢希仁数 据 数 据 数 据分组交换的原理（五）
最后，在接收端把收到的数据 恢复成为原来的报文 。
这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。
报文
1101000110101010110101011100010011010010
课件制作人：谢希仁分组交换网的示意图
H1
A
分组交换网
B
D
E
C H5
H6
H4H
2
H3
H1 向 H5 发送分组
H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！
结点交换机主机课件制作人：谢希仁注意分组的 存储转发 过程
H1
A
分组交换网
B
D
E
C
H5
H6
H4H
2
H3
H1向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5
课件制作人：谢希仁注意结点交换机有多个端口
A
B
C
D
E
H1 H5
H2
H4
H3
H6
高速链路结点交换机
1
2
3
4
1
2
3
4
1 2 3 4
1 2 3 4
1 2 3 4
课件制作人：谢希仁结点交换机
在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线 。
结点交换机处理分组的过程是：
把收到的分组先放入 缓存（暂时存储） ；
查找 转发表,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。
课件制作人：谢希仁主机和结点交换机的作用不同
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。
结点交换机对分组进行 存储转发,最后把分组交付给目的主机。
课件制作人：谢希仁分组交换的优点
高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活 以分组为传送单位和查找路由。
迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。
可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
课件制作人：谢希仁分组交换带来的问题
分组在各结点存储转发时需要 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 。
课件制作人：谢希仁存储转发原理并非完全新的概念
在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的 报文交换 (message
switching)。
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。
课件制作人：谢希仁三种交换的比较报文报文报文
A B C D A B C D A B C D
报文交换电路交换 分组交换
t
连接建立数据传送 报文连接释放课件制作人：谢希仁
ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化
早期的面向终端的计算机网络是以 单个主机为中心 的星形网
各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。
分组交换网则是以 网络为中心,主机都处在网络的外围。
用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。
课件制作人：谢希仁从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心 以分组交换网为中心主机分组交换网课件制作人：谢希仁
1.2.2 因特网时代
因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。
但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是 有部分重叠 的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。
课件制作人：谢希仁因特网发展的第一阶段
第一个分组交换网 ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。
ARPA研究多种网络互连的技术。
1983 年 TCP/IP 协议成为 标准协议 。
同年,ARPANET分解成两个网络：
ARPANET——进行实验研究用的科研网
MILNET——军用计算机网络
1983~1984 年，形成了 因特网 Internet。
1990 年 ARPANET正式宣布关闭。
课件制作人：谢希仁因特网发展的第二阶段
1986 年,NSF 建立了国家科学基金网。
NSFNET。它是一个三级计算机网络：
主干网
地区网
校园网
1991年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。
1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s
（ T3 速率）。
课件制作人：谢希仁三级结构的因特网
各网络之间需要使用 路由器 来连接。
有时在结构图中可不画出路由器。
校园网 校园网 校园网 校园网校园网 校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器课件制作人：谢希仁三级结构的因特网
主机到主机的通信可能要经过多种网络。
校园网 校园网 校园网 校园网校园网 校园网国家主干网地区网地区网地区网课件制作人：谢希仁因特网发展的第三阶段
从 1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET
逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。
1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP
(Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。
NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在
NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。
从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。
课件制作人：谢希仁多级结构的因特网大公司地区 ISP
网络接入点
NAP
（对等点）
公司校园网主干服务提供者校园网 校园网校园网 校园网本地 ISP
地区 ISP 地区 ISP
地区 ISP
本地 ISP本地 ISP
大公司大公司网络接入点
NAP
（对等点）
主机到主机的通信可能经过多种 ISP。
课件制作人：谢希仁今日的多级结构的因特网
大致上可将因特网分为以下五个接入级
网络接入点 NAP
国家主干网（主干 ISP）
地区 ISP
本地 ISP
校园网、企业网或 PC 机上网用户课件制作人：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
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
因特网草案 (Internet Draft) ——在这个阶段还 不是 RFC 文档。
建议标准 (Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
草案标准 (Draft Standard)
因特网标准 (Internet Standard)
课件制作人：谢希仁各种 RFC之间的关系因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的 RFC
实验的 RFC 提供信息的 RFC
6 种 RFC
课件制作人：谢希仁
1.2.4 计算机网络在我国的发展
(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET
(2) 中国教育和科研计算机网 CERNET
(3) 中国科学技术网 CSTNET
(4) 中国联通互联网 UNINET
(5) 中国网通公用互联网 CNCNET
(6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET
(7) 中国移动互联网 CMNET
(8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中）
(9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）
课件制作人：谢希仁
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。
因特网 (Internet)是,网络的网络,。
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课件制作人：谢希仁
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
混合交换课件制作人：谢希仁
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)
课件制作人：谢希仁广域网、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
… …
课件制作人：谢希仁
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)
课件制作人：谢希仁
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)。
课件制作人：谢希仁常用的带宽单位
更常用的带宽单位是
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。
课件制作人：谢希仁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。
每 秒 106个比特时间1 0 1 0 1 1
1?s
带宽为
1 Mb/s
时间每 秒 4?106个比特
0.25?s
带宽为
4 Mb/s
课件制作人：谢希仁时延 (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。
信道带宽 数据在信道上的发送速率。
常称为数据在信道上的 传输速率 。
发送时延 = 数据块长度（ 比特 ）
信道带宽（ 比特 /秒 ）
课件制作人：谢希仁时延 (delay 或 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。
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。
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)
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 当时的通信量 。
有时可用排队时延作为处理时延。
课件制作人：谢希仁时延 (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 + 处理时延课件制作人：谢希仁三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 )
在队列中产生处理时延数据从结点 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。
课件制作人：谢希仁
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
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：谢希仁往返时延 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。
课件制作人：谢希仁
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。
课件制作人：谢希仁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。
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，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；
OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。
课件制作人：谢希仁两种国际标准
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 。
课件制作人：谢希仁
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）。
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 。
课件制作人：谢希仁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。
课件制作人：谢希仁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。
课件制作人：谢希仁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课件制作人：谢希仁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 通信服务模块课件制作人：谢希仁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。
课件制作人：谢希仁分层的好处
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。
课件制作人：谢希仁层数多少要适当
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。
课件制作人：谢希仁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。
体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的 精确定义 。
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。
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。
课件制作人：谢希仁
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 。
课件制作人：谢希仁五层协议的体系结构
应用层 (application layer)
运输层 (transport layer)
网络层 (network layer)
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 物理层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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）
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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，成为数据链路层帧课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
应用层 (application layer)
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
物理传输媒体计算机 1
AP2AP1
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
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
物理层接收到比特流，上交给数据链路层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2我收到了 AP
1 发来的应用程序数据！
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
应 用 程 序 数 据应用层首部
H5
10100110100101 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
H4 H5 应 用 程 序 数 据
H3 H4 H5 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
链路层尾部课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
10100110100101 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
H2 T2H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据课件制作人：谢希仁
H3 H4 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
AP2AP1
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 T2H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据课件制作人：谢希仁
H4 H5 应 用 程 序 数 据
H3 H4 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
AP2AP1
计算机 2
网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层课件制作人：谢希仁
H5 应 用 程 序 数 据
H4 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
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁应 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
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2我收到了 AP
1 发来的应用程序数据！
课件制作人：谢希仁
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。
课件制作人：谢希仁实体、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)。
课件制作人：谢希仁实体、协议、服务和服务访问点（续）
协 议交换原语 交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户
SAP SAP
课件制作人：谢希仁协议很复杂
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。
课件制作人：谢希仁著名的协议举例
占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。
一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，
使得蓝军能实现协同作战因而一定 (即 100 %)
取得胜利？
明日正午进攻，如何？
同意收到“同意”
收到,收到“同意”…
…… …… …
这样的协议无法实现！
课件制作人：谢希仁结论
这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。
没有一种协议能够蓝军能 100% 获胜。
课件制作人：谢希仁
1.5.5 面向连接服务与无连接服务
面向连接服务 (connection-oriented)
面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。
无连接服务 (connectionless)
两个实体之间的通信不需要先建立好连接。
是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为
“尽最大努力交付” (best effort delivery)或
“尽力而为”。
课件制作人：谢希仁
1.5.6 OSI 与 TCP/IP
体系结构的比较应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层
7
6
5
4
3
2
1
OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP
(各种应用层协议如
TELNET,FTP,
SMTP 等 )
运输层 (TCP或 UDP)
TCP/IP 的体系结构无连接分组交付服务运输服务
(可靠或不可靠 )
各种应用服务
TCP/IP的三个服务层次课件制作人：谢希仁
TCP/IP四层协议的表示方法举例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
4
3
2
1
课件制作人：谢希仁沙漏计时器形状的
TCP/IP协议族
HTTP SMTP DNS RTP
TCP UDP
IP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 3
Everything over IP
IP可为各式各样的应用程序提供服务
IP over Everything
IP可应用到各式各样的网络上课件制作人：谢希仁
1.6 应用层的客户 -服务器方式
在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户 -服务器方式
计算机的 进程 (process)就是运行着的计算机程序。
为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为,应用进程,。
应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。
课件制作人：谢希仁客户和服务器
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 服务请求方,服务器是 服务提供方 。
课件制作人：谢希仁客户软件的特点
在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的计算。
被用户调用并在用户计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。
可与多个服务器进行通信。
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
课件制作人：谢希仁服务器软件的特点
专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。
被动等待并接受来自多个客户的通信请求。
一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。
课件制作人：谢希仁客户进程和服务器进程使用 TCP/IP 协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层
① 客户发起连接建立请求
② 服务器接受连接建立请求应用层 应用层因特网客户 服务器以后就逐级使用下层提供的服务
(使用 TCP 和 IP）
课件制作人：谢希仁功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 3
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 1
客户 1
数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 2
客户 2
因特网
（使用 OfficeXP 演示动画）
课件制作人：谢希仁课件制作人声明
本课件共 10个 Powerpoint 文件（每章一个）。教师可根据教学要求自由修改此课件（增加或删减内容），但不能自行出版销售。
对于课件中出现的缺点和错误，欢迎读者提出宝贵意见，以便及时修订。
课件制作人 谢希仁
2004 年 5 月课件制作人：谢希仁第 1 章 概述
（有 * 号的标题表示最基本的内容）
1.1 计算机网络在信息时代中的作用
1.2 计算机网络的发展过程
*1.2.1 分组交换的产生
*1.2.2 因特网时代
*1.2.3 关于因特网的标准化工作
1.2.4 计算机网络在我国的发展
1.3 计算机网络的分类
1.3.1 计算机网络的不同定义
1.3.2 几种不同的分类方法课件制作人：谢希仁第 1 章 概述（续）
*1.4 计算机网络的主要性能指标
1.4.1 带宽
1.4.2 时延
1.4.3 时延带宽积和往返时延课件制作人：谢希仁第 1 章 概述（续）
*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
1.5.2 划分层次的必要性
1.5.3 计算机网络的原理体系结构
1.5.4 实体、协议、服务和服务访问点
1.5.5 面向连接服务和无连接服务
1.5.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较
*1.6 应用层的客户 -服务器方式课件制作人：谢希仁
1.1 计算机网络在信息时代的作用
21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。
发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。
课件制作人：谢希仁因特网 (Internet)的发展
进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。
已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。
已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。
课件制作人：谢希仁因特网的意义
因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。
现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。
课件制作人：谢希仁
1.2 计算机网络的发展过程
1.2.1 分组交换的产生
是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。
60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局
ARPA (Advanced Research Project Agency) 提出要研制一种生存性 (survivability)很强的网络。
传统的电路交换 (circuit switching)的电信网有一个缺点：正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。
如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。
这将要延误一些时间。
计算机网络的产生背景课件制作人：谢希仁新型网络的基本特点
网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。
网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。
所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。
计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。
网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。
课件制作人：谢希仁请注意名词“结点”
―结点”的英文名词是 node。
虽然 node 有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”。
在网络中的 node 的标准译名是,结点,
而不是“节点”。
课件制作人：谢希仁回顾一下电路交换的特点
两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。
课件制作人：谢希仁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(N – 1)/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。
课件制作人：谢希仁使用交换机
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。
交换机课件制作人：谢希仁
―交换”的含义
在这里，,交换,(switching)的含义是：
转接 ——把一条电话线转接到另一条电话线，
使它们连通起来。
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。
课件制作人：谢希仁电路交换的特点
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
释放连接课件制作人：谢希仁电路交换举例
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
B
D
C
A
课件制作人：谢希仁电路交换举例
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
B
D
C
A
课件制作人：谢希仁电路交换传送计算机数据效率低
计算机数据具有突发性。
这导致通信线路的利用率很低。
课件制作人：谢希仁报文分组交换的原理（一）
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 据报文分组交换的原理（二）
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：谢希仁分组交换的原理（三）
分组交换网以,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
课件制作人：谢希仁分组首部的重要性
每一个 分组的首部都含有 地址 等控制信息。
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。
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：谢希仁分组交换的原理（四）
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
收到的数据课件制作人：谢希仁数 据 数 据 数 据分组交换的原理（五）
最后，在接收端把收到的数据 恢复成为原来的报文 。
这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。
报文
1101000110101010110101011100010011010010
课件制作人：谢希仁分组交换网的示意图
H1
A
分组交换网
B
D
E
C H5
H6
H4H
2
H3
H1 向 H5 发送分组
H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！
结点交换机主机课件制作人：谢希仁注意分组的 存储转发 过程
H1
A
分组交换网
B
D
E
C
H5
H6
H4H
2
H3
H1向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5
课件制作人：谢希仁注意结点交换机有多个端口
A
B
C
D
E
H1 H5
H2
H4
H3
H6
高速链路结点交换机
1
2
3
4
1
2
3
4
1 2 3 4
1 2 3 4
1 2 3 4
课件制作人：谢希仁结点交换机
在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线 。
结点交换机处理分组的过程是：
把收到的分组先放入 缓存（暂时存储） ；
查找 转发表,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。
课件制作人：谢希仁主机和结点交换机的作用不同
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。
结点交换机对分组进行 存储转发,最后把分组交付给目的主机。
课件制作人：谢希仁分组交换的优点
高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活 以分组为传送单位和查找路由。
迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。
可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。
课件制作人：谢希仁分组交换带来的问题
分组在各结点存储转发时需要 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 。
课件制作人：谢希仁存储转发原理并非完全新的概念
在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的 报文交换 (message
switching)。
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。
课件制作人：谢希仁三种交换的比较报文报文报文
A B C D A B C D A B C D
报文交换电路交换 分组交换
t
连接建立数据传送 报文连接释放课件制作人：谢希仁
ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化
早期的面向终端的计算机网络是以 单个主机为中心 的星形网
各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。
分组交换网则是以 网络为中心,主机都处在网络的外围。
用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。
课件制作人：谢希仁从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心 以分组交换网为中心主机分组交换网课件制作人：谢希仁
1.2.2 因特网时代
因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。
但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是 有部分重叠 的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。
课件制作人：谢希仁因特网发展的第一阶段
第一个分组交换网 ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。
ARPA研究多种网络互连的技术。
1983 年 TCP/IP 协议成为 标准协议 。
同年,ARPANET分解成两个网络：
ARPANET——进行实验研究用的科研网
MILNET——军用计算机网络
1983~1984 年，形成了 因特网 Internet。
1990 年 ARPANET正式宣布关闭。
课件制作人：谢希仁因特网发展的第二阶段
1986 年,NSF 建立了国家科学基金网。
NSFNET。它是一个三级计算机网络：
主干网
地区网
校园网
1991年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。
1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s
（ T3 速率）。
课件制作人：谢希仁三级结构的因特网
各网络之间需要使用 路由器 来连接。
有时在结构图中可不画出路由器。
校园网 校园网 校园网 校园网校园网 校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器课件制作人：谢希仁三级结构的因特网
主机到主机的通信可能要经过多种网络。
校园网 校园网 校园网 校园网校园网 校园网国家主干网地区网地区网地区网课件制作人：谢希仁因特网发展的第三阶段
从 1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET
逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。
1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP
(Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。
NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在
NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。
从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。
课件制作人：谢希仁多级结构的因特网大公司地区 ISP
网络接入点
NAP
（对等点）
公司校园网主干服务提供者校园网 校园网校园网 校园网本地 ISP
地区 ISP 地区 ISP
地区 ISP
本地 ISP本地 ISP
大公司大公司网络接入点
NAP
（对等点）
主机到主机的通信可能经过多种 ISP。
课件制作人：谢希仁今日的多级结构的因特网
大致上可将因特网分为以下五个接入级
网络接入点 NAP
国家主干网（主干 ISP）
地区 ISP
本地 ISP
校园网、企业网或 PC 机上网用户课件制作人：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
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
因特网草案 (Internet Draft) ——在这个阶段还 不是 RFC 文档。
建议标准 (Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
草案标准 (Draft Standard)
因特网标准 (Internet Standard)
课件制作人：谢希仁各种 RFC之间的关系因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的 RFC
实验的 RFC 提供信息的 RFC
6 种 RFC
课件制作人：谢希仁
1.2.4 计算机网络在我国的发展
(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET
(2) 中国教育和科研计算机网 CERNET
(3) 中国科学技术网 CSTNET
(4) 中国联通互联网 UNINET
(5) 中国网通公用互联网 CNCNET
(6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET
(7) 中国移动互联网 CMNET
(8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中）
(9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）
课件制作人：谢希仁
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。
因特网 (Internet)是,网络的网络,。
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课件制作人：谢希仁
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
混合交换课件制作人：谢希仁
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)
课件制作人：谢希仁广域网、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
… …
课件制作人：谢希仁
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)
课件制作人：谢希仁
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)。
课件制作人：谢希仁常用的带宽单位
更常用的带宽单位是
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。
课件制作人：谢希仁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。
每 秒 106个比特时间1 0 1 0 1 1
1?s
带宽为
1 Mb/s
时间每 秒 4?106个比特
0.25?s
带宽为
4 Mb/s
课件制作人：谢希仁时延 (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。
信道带宽 数据在信道上的发送速率。
常称为数据在信道上的 传输速率 。
发送时延 = 数据块长度（ 比特 ）
信道带宽（ 比特 /秒 ）
课件制作人：谢希仁时延 (delay 或 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。
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。
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)
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 当时的通信量 。
有时可用排队时延作为处理时延。
课件制作人：谢希仁时延 (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 + 处理时延课件制作人：谢希仁三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 )
在队列中产生处理时延数据从结点 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。
课件制作人：谢希仁
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
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：谢希仁往返时延 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。
课件制作人：谢希仁
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。
课件制作人：谢希仁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。
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，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；
OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。
课件制作人：谢希仁两种国际标准
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 。
课件制作人：谢希仁
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）。
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 。
课件制作人：谢希仁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。
课件制作人：谢希仁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。
课件制作人：谢希仁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课件制作人：谢希仁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 通信服务模块课件制作人：谢希仁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。
课件制作人：谢希仁分层的好处
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。
课件制作人：谢希仁层数多少要适当
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。
课件制作人：谢希仁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。
体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的 精确定义 。
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。
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。
课件制作人：谢希仁
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 。
课件制作人：谢希仁五层协议的体系结构
应用层 (application layer)
运输层 (transport layer)
网络层 (network layer)
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 物理层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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）
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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，成为数据链路层帧课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
应用层 (application layer)
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
物理传输媒体计算机 1
AP2AP1
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
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
物理层接收到比特流，上交给数据链路层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2我收到了 AP
1 发来的应用程序数据！
课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
应 用 程 序 数 据应用层首部
H5
10100110100101 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
H4 H5 应 用 程 序 数 据
H3 H4 H5 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
链路层尾部课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2
10100110100101 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
H2 T2H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据课件制作人：谢希仁
H3 H4 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
AP2AP1
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 T2H3 H4 H5 应 用 程 序 数 据课件制作人：谢希仁
H4 H5 应 用 程 序 数 据
H3 H4 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
AP2AP1
计算机 2
网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层课件制作人：谢希仁
H5 应 用 程 序 数 据
H4 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
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁应 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
AP2AP1
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课件制作人：谢希仁计算机 1向计算机 2发送数据
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
计算机 1
AP2AP1
计算机 2我收到了 AP
1 发来的应用程序数据！
课件制作人：谢希仁
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。
课件制作人：谢希仁实体、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)。
课件制作人：谢希仁实体、协议、服务和服务访问点（续）
协 议交换原语 交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户
SAP SAP
课件制作人：谢希仁协议很复杂
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。
课件制作人：谢希仁著名的协议举例
占据两个山顶的蓝军与驻扎在这山谷的白军作战。力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战就可战胜白军。
一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错的可能性很大。因此要求收到电文的友军必须发送确认电文。但确认电文也可能出错。试问能否设计出一种协议，
使得蓝军能实现协同作战因而一定 (即 100 %)
取得胜利？
明日正午进攻，如何？
同意收到“同意”
收到,收到“同意”…
…… …… …
这样的协议无法实现！
课件制作人：谢希仁结论
这样无限循环下去，两边的蓝军都始终无法确定自己最后发出的电文对方是否已经收到。
没有一种协议能够蓝军能 100% 获胜。
课件制作人：谢希仁
1.5.5 面向连接服务与无连接服务
面向连接服务 (connection-oriented)
面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。
无连接服务 (connectionless)
两个实体之间的通信不需要先建立好连接。
是一种不可靠的服务。这种服务常被描述为
“尽最大努力交付” (best effort delivery)或
“尽力而为”。
课件制作人：谢希仁
1.5.6 OSI 与 TCP/IP
体系结构的比较应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层
7
6
5
4
3
2
1
OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP
(各种应用层协议如
TELNET,FTP,
SMTP 等 )
运输层 (TCP或 UDP)
TCP/IP 的体系结构无连接分组交付服务运输服务
(可靠或不可靠 )
各种应用服务
TCP/IP的三个服务层次课件制作人：谢希仁
TCP/IP四层协议的表示方法举例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
4
3
2
1
课件制作人：谢希仁沙漏计时器形状的
TCP/IP协议族
HTTP SMTP DNS RTP
TCP UDP
IP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 3
Everything over IP
IP可为各式各样的应用程序提供服务
IP over Everything
IP可应用到各式各样的网络上课件制作人：谢希仁
1.6 应用层的客户 -服务器方式
在 TCP/IP 的应用层协议使用的是客户 -服务器方式
计算机的 进程 (process)就是运行着的计算机程序。
为解决具体应用问题而彼此通信的进程称为,应用进程,。
应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。
课件制作人：谢希仁客户和服务器
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 服务请求方,服务器是 服务提供方 。
课件制作人：谢希仁客户软件的特点
在进行通信时临时成为客户，但它也可在本地进行其他的计算。
被用户调用并在用户计算机上运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信。
可与多个服务器进行通信。
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
课件制作人：谢希仁服务器软件的特点
专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
在共享计算机上运行。当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着。
被动等待并接受来自多个客户的通信请求。
一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。
课件制作人：谢希仁客户进程和服务器进程使用 TCP/IP 协议进行通信数据链路层物理层运输层网络层数据链路层物理层运输层网络层
① 客户发起连接建立请求
② 服务器接受连接建立请求应用层 应用层因特网客户 服务器以后就逐级使用下层提供的服务
(使用 TCP 和 IP）
课件制作人：谢希仁功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 3
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 1
客户 1
数据链路层物理层运输层网络层应用层计算机 2
客户 2
因特网
