北邮研究生课程--高级计算机网络技术ppt
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TCP/IP 协议
在因特网所使用的各种协议中，最重要的和最 著名的就是TCP/IP协议，TCP（Transmission Control Protocol）指传输控制协议，IP（ Internet Protocol）指网际协议。
TCP/IP参考模型wk.baidu.com
带宽(bandwidth) 是指某个信号具有的频 带宽度，单位是赫兹（或千赫、兆赫、 吉赫等）。
从时域角度定义：
网络带宽表示在单位时间内从网络中的 某一点到另一点所能通过的最高数据率。 单位是比特每秒，或 b/s (bit/s)。
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）
往返时间RTT
往返时间（Round-Trip Time，RTT）表 示从发送方发送数据开始，到发送方收 到来自接收方的确认（接收方收到数据 后便立即发送确认），总共经历的时间。
利用率
➢ 信道利用率就是信道平均被占用的程度。 完全空闲的信道的利用率是零。
➢ 网络利用率网络利用率则是全网络的信 道利用率的加权平均值。
信道长度（米） 传播时延 =
信号在信道上的传播速率（米/秒）
处理时延 主机或路由器对收到的分组进行处理所 需要花费的时间。
排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时 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：
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
计算机网络中采用层次结构的好处： 各层之间是独立的。 灵活性好。 各层都可以采用最适合的技术来实现。 易于实现和维护。 有利于促进标准化。
1.3.3 几种常见参考模型
1. OSI参考模型 OSI的结构
OSI的体系机构
7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层
➢ 专用网 (private network) 这是指某个部门为本单位的特殊业务工作需 要而建造的网络。
1.2.2 计算机网络的分类
用来把用户接入到因特网的网络 这种网络即接入网 AN (Access Network)， 目前主要分为三类：
➢ 计算机网络 ➢ 电话通信网 ➢ 广播电视网
1.2.3 计算机网络的性能指标
本地 ISP
本地 ISP 第二层 ISP
本地 ISP 大公司
第三层 第二层 第一层
本地 ISP
大公司
本地 ISP 本地 ISP
本地 ISP
第一层 ISP
第一层ISP 第二层ISP
本地 ISP
第二层ISP NAP 本地 ISP
第一一一级层级IIISSSPPP
NAP 第二层ISP
本地 ISP
第二层 ISP
草案标准(Draft Standard) 因特网标准(Internet Standard)
1.1.3 计算机网络在我国的发展
(1) 中国公用分组交换网CHINAPAC (2) 中国公用计算机互联网 CHINANET (3) 中国教育和科研计算机网 CERNET (4) 中国科学技术网 CSTNET (5) 中国联通互联网 UNINET (6) 中国网通公用互联网 CNCNET (7) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (8) 中国移动互联网 CMNET (9) 中国长城互联网 CGWNET（建设中） (10) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）
时延 D
D0 0
时延 急剧 增大
利用率 U 1
1.3 计算机网络的体系结构
1.3.1 网络体系结构的基本概念 1. 网络协议 为网络数据交换而制定的规则、约定与
标准被称为网络协议。网络协议也简称 为协议。
1.3 计算机网络的体系结构
网络协议主要由以下3个要素构成： ➢ 语法，即数据与控制信息的结构和格式 ➢ 语义，用于解释比特流每一部分的意义
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，则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：
D D0 1U
U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。
第二层 ISP
大公司
本地 ISP
本地 ISP
本地 ISP
公司
本地 ISP
A 校园网 校园网
B 校园网 校园网
主机A → 本地 ISP → 第二层 ISP → NAP → 第一层 ISP → NAP → 第二层 ISP → 本地 ISP → 主机B
Internet2和下一代因特网计划 （NGI）
Internet2是由UCAID（University Corporation for Advanced Internet Development，美国大学先进网络研究 联盟）负责开发的一个项目。
NGI计划实现的目标为：
开发下一代网络结构，以比现有的因特 网高100倍的速率连接至少100个研究机 构，以比现有的因特网高1000倍的速率 连接10个类似的网点。
Internet2和下一代因特网计划 （NGI）
使用更加先进的网络服务技术和开发许 多带有革命性的应用。
使用超高速全光网络，能实现更快速的 交换和路由选择，同时具有为一些实时 应用保留带宽的能力。
。它规定了需要发出何种控制信息、完 成何种动作以及做出何种响应。 ➢ 时序，对事件实现顺序的详细说明。
2.层次
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。
分层次（layer）是可以将庞大而复杂的 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容易研究和 处理。
网络(network)由若干结点(node)和连接 这些结点的链路(link)组成。
互联网是“网络的网络”(network of networks)。
连接在因特网上的计算机成为主机(Host)， 因特网常用一朵云来表示。
网络 结点 链路
互联网（网络的网络）
(a)
(b)
主机 因特网
(c)
OSI参考模型的缺陷
➢ OSI的专家们缺乏实际经验，他们在完成OSI 标准时缺乏商业驱动力；
➢ OSI的协议实现起来过分复杂，而且运行效率 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的层次划分不太合理，有些功能在多个层 次中重复出现。
2. TCP/IP参考模型
IETF
Internet 信息中心
Internet NIC
Internet 地址分配授权机构
IANA
因特网的正式标准的四个阶段：
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。
高级计算机网络课件
杨文川
第 一 章 概论
1.1 计算机网络的形成与发展 1.2 计算机网络的定义、分类及性能指标 1.3 计算机网络的体系结构 1.4 计算机网络的发展动向
1.1计算机网络的形成与发展
1.1.1 计算机网络发展阶段划分： 第1阶段：其主要特征是为了增加系统的
计算能力和资源共享，把小型计算机连 成实验性的网络。 第2阶段：其主要特征为：局域网络作为 一种新型的计算机体系结构开始进入产 业部门。
请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。
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。
第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。
出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。
用户通过 ISP 上网
用户
因特网 服务提供商
ISP1
因特网
ISP2
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。
开发中的Internet2将用于多媒体虚拟图 书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、 视频点播VOD、天气预报等领域。
Internet2和下一代因特网计划 （NGI）
1997年10月，美国克林顿政府在此基础 上提出了下一代因特网计划，即NGI （Next Generation Internet）。
对整个因特网的管理和保证信息的可靠 性及安全性方面进行较大的改进。
Internet组织、管理机构与标准
Internet管理机构示意图：
Internet协会 ISOC
Internet体系结构 委员会 IAB
Internet 工程指导组
IESG
Internet 研究任务组
IRTF
Internet 工程任务组
1.2 计算机网络的定义、分类 及性能指标
1.2.1 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、以共享资源为目的的、自治的计算机的 集合。
➢ 因特网(Internet)是“网络的网络”。 计算机网络的功能主要表现为： ➢ 硬件资源共享 ➢ 软件资源共享 ➢ 用户间信息交换
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率 的限制。
4. 时延(delay) 发送时延（传输时延 ）
主机或路由器发送数据帧所需要的时间。 即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。
数据块长度（比特） 发送时延 =
信道带宽（比特/秒）
传播时延 电磁波在信道中传播一定的距离需要花 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。
1. 速率 网络技术中的速率是指连接在计算机网
络上的主机在数字信道上传送数据的速 率，它也称为数据率或比特率。
速率是计算机网络中最重要的性能指标。 其单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。
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。
2. 带宽 从频域角度定义：
四种时延所产生的地方
从结点 A 向结点 B 发送数据
在结点 A 中产生 处理时延和排队时延
在发送器产生传输时延 (即发送时延)
在链路上产生 传播时延
数据
队列 结点 A 发送器
1011001 … 链路
结点 B
时延带宽积
带宽
（传播）时延 链路
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。
1.2.2 计算机网络的分类
不同作用范围的网络
➢ 局域网 LAN (Local Area Network) ➢ 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) ➢ 广域网 WAN (Wide Area Network)
1.2.2 计算机网络的分类
不同使用者的网络
➢ 公用网 (public network) 这是指电信公司（国有或私有）出资建造的 大型网络。
3.各层设计的关键问题
编址机制 错误控制机制 流量控制机制 复用/分用
4.网络体系结构
网络体系结构（network architecture） 指网络层次结构模型与各层协议的集合。
体系结构是抽象的，而实现是具体的， 它是指能运行的一些硬件和软件。
1.3.2 网络体系结构的研究方法
第3阶段：其主要特征是：局域网络完全 从硬件上实现了ISO的开放系统互连通信 模式协议的能力。
第4阶段：其主要特征是：Internet、高 速通信网络技术、接入网、网络和信息 安全技术的盛行。
1.1.2 因特网的发展
因特网概述
起源于美国的因特网现已发展成为世界 上最大的国际性计算机互联网。
因特网发展的三个阶段:
第一阶段是从单个网络 ARPANET 向互 联网发展的过程。
1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上 的标准协议,人们把 1983 年作为因特网 的诞生时间。
第二阶段的特点是建成了三级结构的因 特网。
三级计算机网络，分为主干网、地区网 和校园网（或企业网）。
在因特网所使用的各种协议中，最重要的和最 著名的就是TCP/IP协议，TCP（Transmission Control Protocol）指传输控制协议，IP（ Internet Protocol）指网际协议。
TCP/IP参考模型wk.baidu.com
带宽(bandwidth) 是指某个信号具有的频 带宽度，单位是赫兹（或千赫、兆赫、 吉赫等）。
从时域角度定义：
网络带宽表示在单位时间内从网络中的 某一点到另一点所能通过的最高数据率。 单位是比特每秒，或 b/s (bit/s)。
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）
往返时间RTT
往返时间（Round-Trip Time，RTT）表 示从发送方发送数据开始，到发送方收 到来自接收方的确认（接收方收到数据 后便立即发送确认），总共经历的时间。
利用率
➢ 信道利用率就是信道平均被占用的程度。 完全空闲的信道的利用率是零。
➢ 网络利用率网络利用率则是全网络的信 道利用率的加权平均值。
信道长度（米） 传播时延 =
信号在信道上的传播速率（米/秒）
处理时延 主机或路由器对收到的分组进行处理所 需要花费的时间。
排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时 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：
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
计算机网络中采用层次结构的好处： 各层之间是独立的。 灵活性好。 各层都可以采用最适合的技术来实现。 易于实现和维护。 有利于促进标准化。
1.3.3 几种常见参考模型
1. OSI参考模型 OSI的结构
OSI的体系机构
7 应用层 6 表示层 5 会话层 4 传输层 3 网络层 2 数据链路层 1 物理层
➢ 专用网 (private network) 这是指某个部门为本单位的特殊业务工作需 要而建造的网络。
1.2.2 计算机网络的分类
用来把用户接入到因特网的网络 这种网络即接入网 AN (Access Network)， 目前主要分为三类：
➢ 计算机网络 ➢ 电话通信网 ➢ 广播电视网
1.2.3 计算机网络的性能指标
本地 ISP
本地 ISP 第二层 ISP
本地 ISP 大公司
第三层 第二层 第一层
本地 ISP
大公司
本地 ISP 本地 ISP
本地 ISP
第一层 ISP
第一层ISP 第二层ISP
本地 ISP
第二层ISP NAP 本地 ISP
第一一一级层级IIISSSPPP
NAP 第二层ISP
本地 ISP
第二层 ISP
草案标准(Draft Standard) 因特网标准(Internet Standard)
1.1.3 计算机网络在我国的发展
(1) 中国公用分组交换网CHINAPAC (2) 中国公用计算机互联网 CHINANET (3) 中国教育和科研计算机网 CERNET (4) 中国科学技术网 CSTNET (5) 中国联通互联网 UNINET (6) 中国网通公用互联网 CNCNET (7) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (8) 中国移动互联网 CMNET (9) 中国长城互联网 CGWNET（建设中） (10) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）
时延 D
D0 0
时延 急剧 增大
利用率 U 1
1.3 计算机网络的体系结构
1.3.1 网络体系结构的基本概念 1. 网络协议 为网络数据交换而制定的规则、约定与
标准被称为网络协议。网络协议也简称 为协议。
1.3 计算机网络的体系结构
网络协议主要由以下3个要素构成： ➢ 语法，即数据与控制信息的结构和格式 ➢ 语义，用于解释比特流每一部分的意义
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，则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：
D D0 1U
U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。
第二层 ISP
大公司
本地 ISP
本地 ISP
本地 ISP
公司
本地 ISP
A 校园网 校园网
B 校园网 校园网
主机A → 本地 ISP → 第二层 ISP → NAP → 第一层 ISP → NAP → 第二层 ISP → 本地 ISP → 主机B
Internet2和下一代因特网计划 （NGI）
Internet2是由UCAID（University Corporation for Advanced Internet Development，美国大学先进网络研究 联盟）负责开发的一个项目。
NGI计划实现的目标为：
开发下一代网络结构，以比现有的因特 网高100倍的速率连接至少100个研究机 构，以比现有的因特网高1000倍的速率 连接10个类似的网点。
Internet2和下一代因特网计划 （NGI）
使用更加先进的网络服务技术和开发许 多带有革命性的应用。
使用超高速全光网络，能实现更快速的 交换和路由选择，同时具有为一些实时 应用保留带宽的能力。
。它规定了需要发出何种控制信息、完 成何种动作以及做出何种响应。 ➢ 时序，对事件实现顺序的详细说明。
2.层次
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。
分层次（layer）是可以将庞大而复杂的 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容易研究和 处理。
网络(network)由若干结点(node)和连接 这些结点的链路(link)组成。
互联网是“网络的网络”(network of networks)。
连接在因特网上的计算机成为主机(Host)， 因特网常用一朵云来表示。
网络 结点 链路
互联网（网络的网络）
(a)
(b)
主机 因特网
(c)
OSI参考模型的缺陷
➢ OSI的专家们缺乏实际经验，他们在完成OSI 标准时缺乏商业驱动力；
➢ OSI的协议实现起来过分复杂，而且运行效率 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的层次划分不太合理，有些功能在多个层 次中重复出现。
2. TCP/IP参考模型
IETF
Internet 信息中心
Internet NIC
Internet 地址分配授权机构
IANA
因特网的正式标准的四个阶段：
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。
高级计算机网络课件
杨文川
第 一 章 概论
1.1 计算机网络的形成与发展 1.2 计算机网络的定义、分类及性能指标 1.3 计算机网络的体系结构 1.4 计算机网络的发展动向
1.1计算机网络的形成与发展
1.1.1 计算机网络发展阶段划分： 第1阶段：其主要特征是为了增加系统的
计算能力和资源共享，把小型计算机连 成实验性的网络。 第2阶段：其主要特征为：局域网络作为 一种新型的计算机体系结构开始进入产 业部门。
请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。
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。
第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。
出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。
用户通过 ISP 上网
用户
因特网 服务提供商
ISP1
因特网
ISP2
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。
开发中的Internet2将用于多媒体虚拟图 书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、 视频点播VOD、天气预报等领域。
Internet2和下一代因特网计划 （NGI）
1997年10月，美国克林顿政府在此基础 上提出了下一代因特网计划，即NGI （Next Generation Internet）。
对整个因特网的管理和保证信息的可靠 性及安全性方面进行较大的改进。
Internet组织、管理机构与标准
Internet管理机构示意图：
Internet协会 ISOC
Internet体系结构 委员会 IAB
Internet 工程指导组
IESG
Internet 研究任务组
IRTF
Internet 工程任务组
1.2 计算机网络的定义、分类 及性能指标
1.2.1 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、以共享资源为目的的、自治的计算机的 集合。
➢ 因特网(Internet)是“网络的网络”。 计算机网络的功能主要表现为： ➢ 硬件资源共享 ➢ 软件资源共享 ➢ 用户间信息交换
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率 的限制。
4. 时延(delay) 发送时延（传输时延 ）
主机或路由器发送数据帧所需要的时间。 即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。
数据块长度（比特） 发送时延 =
信道带宽（比特/秒）
传播时延 电磁波在信道中传播一定的距离需要花 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。
1. 速率 网络技术中的速率是指连接在计算机网
络上的主机在数字信道上传送数据的速 率，它也称为数据率或比特率。
速率是计算机网络中最重要的性能指标。 其单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等。
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。
2. 带宽 从频域角度定义：
四种时延所产生的地方
从结点 A 向结点 B 发送数据
在结点 A 中产生 处理时延和排队时延
在发送器产生传输时延 (即发送时延)
在链路上产生 传播时延
数据
队列 结点 A 发送器
1011001 … 链路
结点 B
时延带宽积
带宽
（传播）时延 链路
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。
1.2.2 计算机网络的分类
不同作用范围的网络
➢ 局域网 LAN (Local Area Network) ➢ 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) ➢ 广域网 WAN (Wide Area Network)
1.2.2 计算机网络的分类
不同使用者的网络
➢ 公用网 (public network) 这是指电信公司（国有或私有）出资建造的 大型网络。
3.各层设计的关键问题
编址机制 错误控制机制 流量控制机制 复用/分用
4.网络体系结构
网络体系结构（network architecture） 指网络层次结构模型与各层协议的集合。
体系结构是抽象的，而实现是具体的， 它是指能运行的一些硬件和软件。
1.3.2 网络体系结构的研究方法
第3阶段：其主要特征是：局域网络完全 从硬件上实现了ISO的开放系统互连通信 模式协议的能力。
第4阶段：其主要特征是：Internet、高 速通信网络技术、接入网、网络和信息 安全技术的盛行。
1.1.2 因特网的发展
因特网概述
起源于美国的因特网现已发展成为世界 上最大的国际性计算机互联网。
因特网发展的三个阶段:
第一阶段是从单个网络 ARPANET 向互 联网发展的过程。
1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上 的标准协议,人们把 1983 年作为因特网 的诞生时间。
第二阶段的特点是建成了三级结构的因 特网。
三级计算机网络，分为主干网、地区网 和校园网（或企业网）。