计算机网络 Computer Networks

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计算机网络Computer Networks

http://if.ustc.edu.cn/course/

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参考书 Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks

(5th Edition), Prentice Hall, 2010 中文版：计算机网络 ( 第 4 版 ) ，潘爱民译，清华大学出版

社

Larry L. Peterson, Bruce. S. Davie, Computer Networks: A System Approach (5th Edition) , Morgan Kaufmann, 2011

中文版：计算机网络：系统方法（第 3 版或者第 4 版），机械工业出版社

3

课程安排和成绩评定 课程安排： 54 学时授课， 20 学时实

验 成绩评定：

期末考试 70% 平时作业 10% 实验成绩 20%

助教信息 电三楼 313 房间

郭璟 李林 徐向前

什么是计算机网络？ 通过通过同一种技术连接起来的一组自主计算

机的集合，包括连接的物理介质，任何两台计算机之间都能够交换信息 计算机：可编程硬件，易于实现各种功能

物理介质：电缆、光纤、无线电波

通用性1 ）能够承载不同应用的数据2 ）不为特定应用做任何优化

计算机网络的组成 链路（ link ）：连接两台或者多台计算机的

物理介质 点对点（ Point-to-Point ）链路 多路访问（ Multiple Acess） / 共享链路

节点（ node ）：被链路连接的计算机，这里的计算机实际上是指可编程硬件

点对点

多路访问/共享

计算机网络的物理构建 在物理上，网络的基本要求

是实现任意两个节点之间的连通性 两个节点通过直接的物理介质

相连 线路太多，成本高 能够节点数量受限

两个节点通过其它节点间接相连

需要协作：两个节点间的其它节点愿意转发数据

协作节点被称为交换机

交换机

主机

交换网

计算机网络与互连网（ internet） 一些独立的计算机网络互相连接形成互

连网（ internet ） 连接两个或者多个计算机网络的节点被称为

路由器（ Router） / 网关（ Gateway）

将互连网看作是一种类型的网络，通过网络嵌套可以构成任意规模的互连网

为了叙述方便，我们将任意规模的互连网简称为网络（ network ）

计算机网络与 Internet Internet （因特网）是不是计算机网络？

早期 Internet （因特网）？是 起源于美国阿帕网（ Advanced Research

Projects Agency Network ） 当前的 Internet ？不是

各种不同的网络接入到 Internet ，而其中有些不一定是计算机网络，例如电话网络、有线电视网络等等

Internet 是一个以计算机网络为主的互连网 Internet 是目前世界上最大的、开放的互连

网，它由数量庞大的各种类型网络互连而成 理论上，任何设备只要运行 TCP/IP 协议，都可以

接入到 Internet

课程目标 掌握计算机网络中的基本概念 了解如何构建一个网络

关注为应用提供数据传输服务的网络体系结构，而不是应用本身

掌握基本的网络编程知识

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课程内容1. 概述2. 物理层3. 数据链路层4. 局域网与介质访问控制5. 网络层6. Internet Protocol7. 传输层8. 应用层9. 网络安全

Chapter 1 概述 1.1 国际 Internet 的发展史 1.2 中国 Internet 的发展史 1.3 IPv6 发展史 1.4 Internet 的应用 1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

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1.1 国际 Internet 的发展史 Internet—— 因特网（国际互连网，互联网（ internet ））

指全球最大的、开放的，由众多网络相互连接而成的计算机网络，它由美国阿帕网（ ARPAnet ）发展而成，主要采用 TCP/IP 协议。

历史 1969年起源于美国国防部高级研究计划署的 ARPAnet 1974年，发明 TCP/IP 模型和协议， 1980年代，建立域名系统（DNS：Domain Name System ）

1985年，美国国家科学基金会NSF投入 TCP/IP 的研发，建成NSFNet

90年代后， Internet飞速发展，入网的用户数呈指数增长 93年美国政府提出建立信息高速公路（国家信息基础设施， NII，National Information Infrastructure ），一个贯通全美各大学、研究机构、企业及家庭的全国性网络。之后， GII（Global Information Infrastructure ）在全球掀起

1997年 7 月，美国提出了 NGI（Next Generation Internet ） 2005年美国 NSF启动GENI（Global Environment for

Networking Innovation ）和 FIND (Future INternet Design)

详细可参见 IEEE Infocom 2006 keynote speech, UCLA 大学， Len Kleinrock 教授 "The Internet History, Development and Forecast" http://www.comsoc.org/video/infocom/06/index.html

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What was the first message even sent on the Internet?

1844 年，电报发明人 Morse 的第一份电报“ What hath God Wrought”

1876 年，电话发明人 Bell 的第一句电话 “ Watson, come here. I want you. ”

1969 年， Armstrong 登上月球的第一句话“ One Giant Leap for Mankind. ”

It was simply a LOGIN from the UCLA computer to the SRI computer.Nobody noticed!!

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1969年 12 月的 ARPAnet

单位 机型 OS

UCLA( 加州大学洛杉矶分校 ) SDS Sigma 7 SEX

SRI( 斯坦福研究所 ) XDS-940 Genie

UCSB( 加州大学圣巴巴拉分校 ) IBM 360/75 OS/MVT

UTAH( 犹他州立大学 ) Digital PDP-10

TENEX

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1988 年的 NSFNet

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This large graph shows the router level connectivity of the Internet as measured by Hal Burch and Bill Cheswick's Internet Mapping Project

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Chapter 1 概述 1.1 国际 Internet 的发展史 1.2 中国 Internet 的发展史 1.3 IPv6 发展史 1.4 Internet 的应用 1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

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1.2 中国 Internet 的发展史 1989年 9 月，国家计委向世界银行贷款建设中关村地区教育与科研示范网络（ NCFC， The National Computing and Networking Facility of China ）， 1992年NCFC 工程全部完成。（后改名中国科技网 CSTNet ）

1994年 5 月， NCFC代表中国正式加入 Internet ，向 InterNIC 注册 CN 域名。

1994年 9 月，中国公用计算机互联网（ Chinanet ）建设正式启动， 96年 1 月正式开通。

1994年 10月，中国教育科研网（ Cernet) 开始启动。 1996年 9 月，中国金桥网（ ChinaGBN)正式开通。 1997年， Chinanet与

CSTNet、 Cernet、 ChinaGBN 互连互通。

第一章：概述第一章：概述

1.2 中国 Internet 的发展史（续）

截止到 2011年 12月，中国手机网民规模达到 3.56亿

上网方式

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Cernet 的网络结构

第一章：概述第一章：概述

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CERNET“ 十五”建设规划

徐闻

长春

哈尔滨

乌鲁木齐

拉萨

西宁兰州银川

呼和浩特

台北

沈阳

南昌

西安 徐州

武汉 合肥

郑州

石家庄

北京

南宁

广州

福州

杭州上海

南京

天津

贵阳

海口三亚

湛江

无锡

大连

太原 济南 烟台

成都

长沙

重庆 黄梅

九江

昆明

青岛

汕头

唐山

汉中

宜昌

珠海深圳惠州

柳州百色 厦门

主干网地区网

GigaPop

Pop

桂林

深圳

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Chapter 1 概述 1.1 国际 Internet 的发展史 1.2 中国 Internet 的发展史 1.3 IPv6 发展史 1.4 Internet 的应用 1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

IPv4 地址危机

From： http://ipv6.he.net/statistics/ Date ： 2011.04.26

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1.3 IPv6 发展史 IPv6 is sometimes also called the Next Generation Internet

Protocol or IPng. 国际：

IPv6 was recommended by the IPng Area Directors of the Internet Engineering Task Force at the Toronto IETF meeting on July 25, 1994 in RFC 1752

The core set of IPv6 protocols were made an IETF Draft Standard on August 10, 1998. ， RFC2460,“Internet Protocol, Version 6 (IPv6),DEC,1998 Specification ”

1996年 3 月国际 IPv6 主干网（ 6bone) 建成 国内：

1998年 4 月， CERNET正式参加下一代 IP 协议 (IPv6) 试验网 6BONE。 8 月国家 863 计划启动“ IPv6示范系统”

2002年 1 月 ,国家启动“下一代互联网中日 IPv6 合作项目”。 2003年 8 月，国务院批复同意国家发改委等八部委 "关于推动我国下一代互联网发展有关

工作的请示 "，正式启动 "中国下一代互联网示范工程 CNGI"。建设目标是在 2003年到2005年的时间内，采用 IPv6 技术，完成 CNGI 主干网（覆盖 20 个城市 30 个核心节点）

中国联通 ，北京、成都、广州、上海、昆明、郑州、济南 中国网通和中科院联合中标，北京、上海、广州、沈阳、长春、成都、兰州等 7 个节点的核心网建

设 中国电信，关注现网过渡、兼容等问题 中国移动，关注移动应用中 IPv6 的引入 CERNET2 试验网已经开通，目前以 2.5G 的速度连接北京、上海和广州三个核心节点

CERNET2 骨干网CERNET2 骨干网

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21 世纪初期WPAN/WLAN/WMAN802.16（WiMAX ）

21 世纪初

B3G/4G

LTE/LTE+

信息通信网的发展过程——“三网合一，三网融合”＝》“ NGI & NGN”

第一章：概述第一章：概述

电信网

公用数据网

无线网

有线电视网

计算机局域网

因特网

1835年电报网

1876 年模拟电话网 3.4KHz

1960 年程控电话网 64Kb/s

1988年ISDN192Kb/s-2Mb/s

1992年B-ISDN155Mb/s-622Mb/s

1976 年分组交换网 9.6Kb/s-64Kb/s

1990 年帧中继网2~45Mb/s

80 年代模拟移动

90 年代GSM

2000 年W-CDMA（ 3GPP ） CDMA2000（ 3GPP2 ）70 年代

CATV1994年HFC

70 年代10BASE-5

10Mb/s

80 年代FDDI100Mb/s

90 年代初 100BASE-T100Mb/s

90 年代中ATM-LAN

97 年GBE1000Mb/s

1969 年ARPA

1982 年TCP/IP

1992 年IPv6， RTP

RSVP

1996 年第 3,4 层交

换

1998 年IP OVER SDH

IP OVER WDM

NGN

2000 年光交换网Gb/s-Tb/s

软交换

450MHz

60ch. 模拟TV

750MHz~1GHz

200ch 。数字 TV cable modem

IP

NGI

1997802.11（WiFi ）

Chapter 1 概述 1.1 国际 Internet 的发展史 1.2 中国 Internet 的发展史 1.3 IPv6 发展史 1.4 Internet 的应用 1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

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1.4Internet1.4Internet 的应用的应用1.4Internet1.4Internet 的应用的应用第一章：概述第一章：概述

Internet (Globalinfrastructurefor information

which uses TCP/IP

Communication)

Internet (Globalinfrastructurefor information

which uses TCP/IP

Communication)

信息家电Information Appliance

Electroniccommerce

Remote Education

Telemedicine

Digital video/audio/applications download

Videoconferencing

Remotecontrol

传统应用Electronic mailFTPTelnetWWW

Distributeddatabases

IP PhoneVideo Phone

Interconnectionof networks(Intranets， VPN)

视频会议

FAXTEL

PBX

Hospital

Telemedicine

University

Remote Learning

Home

TEL

control

智能交通Intelligent Transportation Systems

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第一章：概述第一章：概述

云计算 / 物联网云计算 / 物联网

通信对象由人与人 => 人与机器，机器与机

器

应用的通信模式由 C/S => p2p

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什么是 P2P

Client A Server

Client B

Client C Client D

Client E

Client X

Client Y

Peer A

Peer B

Peer C Peer D

Peer E

Peer X

Peer Y

集中式动态性低简单，高效扩展性差

全分布式高动态性复杂，开销大扩展性好

Chapter 1 概述 1.1 国际 Internet 的发展史 1.2 中国 Internet 的发展史 1.3 IPv6 发展史 1.4 Internet 的应用 1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

为什么要网络体系结构？ 我们的目标是构建一个通用的、高效的

、健壮的、能够适应网络技术发展和应用需求变化的网络

网络体系结构将为我们指导网络设计，降低网络构建的复杂度

网络构建要素 连通性：网络内任何两个节点之间都是

连通的 交换（ Switching ）：将来自一条链

路的数据向另一条链路转发，在一个计算机网络内，交换机为间接相连的主机提供数据转发功能

寻址（ Addressing ）：任何节点都有能够区别于其它节点的标识 /地址

路由选择（ Routing ）：将来自一个网络的数据向另一个网络转发，在互连网中，路由器为不同计算机网络提供数据转发功能

协议（ Protocol ）：保证数据能够被网络中不同节点按照预定的相同规则进行处理，从而实现特定的网络服务

交换机

主机

路由器

交换 在传统电话网络中，交换机采

用电路交换（ Circuit Switching ），即在通信节点之间通过一系列链路建立一条专用电路，然后源节点通过这条电路发送比特流到目的节点

在计算机网络中，交换机采用分组交换（ Packet Switching ），即源节点发送分组，交换机对分组进行转发

分组（ Packet ） ：一定大小的数据块，包括源节点地址和目的节点地址

交换机转发的依据是分组的目的地址

Hello

H

el

loHello

电路交换

分组交换

交换（续） 在分组交换中，交换机一般采用存储转

发（ Store-and-Forward ），即在一条链路接收到完整的分组后，将分组放到内存中，然后将完整的分组通过另一条链路转发到下一个节点

思考：为什么使用存储转发？

交换（续） 计算机网络为什么选择分组交换？

效率高：能够实现多个节点更加有效地共享物理链路的通信能力

多路复用（ Multiplexing ） 时分多路复用 TDM： Time-Division

Multiplexing 频分多路复用 FDM： Frequency-

Division Multiplexing ）

分组交换实现链路的统计多路复用（ Statistical Multiplexing ）

Frame

交换（续）

统计多路复用 与 TDM 一样，多个用户按照时间了来共享物理链路，物理

链路的通信能力被划分成多个时槽（ time slot ） 因为用户发送数据的行为是不可预测的，因此按照用户需要

来分配时槽，而不是根据预先规定，这样链路利用效率高 问题：如何避免某个用户过度占用链路？也就是如何保证公平性（ Fairness ）

分组交换中，用户以分组为单位来访问链路，分组的大小限定了用户每次通信对链路的占用时间

采用分组交换的网络都规定了分组大小的上界

网络 网络

统计多路复用

寻址 通过给节点定义地址（ Address ）实现节点区分，通信时要指明目标节点的地址

单播地址（ Unicast Address）：唯一地标识网络中单一的目标节点

广播地址（ Broadcast Address ）：标识一个计算机网络中所有的节点

多播 / 组播地址（ Multicast Address ）：标识网络中特定的一组节点，网络中节点可自由加入和退出组

共享信道

源主机 目的主机

Addressing

目的主机源主机

Addressing

网络 网络路由器

路由选择 网络中路由器根据地址来确定如何将数据发送

到目标节点，本质上，路由器执行的也是交换操作，并且采用存储转发的策略，所以路由器可以看作是连接多个网络的交换机

但是，路由器交换操作的依据和单个计算机网络内的交换机不同，它是建立在路由选择基础上的

路由选择在多个路由器之间运行，跨越多个网络，获得整个互连网的拓扑和链路状态，提供路由器执行数据转发所需的信息

协议 网络协议规范，简称为

协议，定义了通信双方为了实现特定的网络功能所使用的数据格式以及数据处理、交互流程

网络协议的作用 保证网络节点之间最基

本的数据传输业务能够顺利进行

满足应用的更高需求 应用多种多样，但是可以抽象出它们对网络的一些共性需求，形成协议

寻址、交换、路由选择还有应用对网络需求的实现都依赖于网络体系结构中定义的协议规范，这也就是说，网络的功能依赖于具体的协议来实现。网络体系结构定义了这些协议的集合以及这些协议之间的组织结构

需要注意的是，网络体系结构通过协议定义了构建网络所需软件的功能，这些软件运行在网络节点上

计算机网络 = 网络硬件基础设施 + 网络体系结构

分层与协议 在网络体系结构中，采用分层的思想对网络构建问题进行分解

根据应用需求，确定需要解决哪些问题

确定问题的解决应该放在那一层 每一层都建立在其下一层的基础之

上，每一层的目的都是为上一层提供服务

对于每一层，在网络体系结构中都定义相应的协议来实现该层所需的服务

如何构建网络？

Layer 1

Layer 2

Layer 3

问题 1

问题 3

问题 2

问题 4问题 5

问题 6

层和协议的集合称为网络体系结构，层表示了网络协议的组织结构

为什么分层 分层的优点

分层将建造一个网络的问题分解为多个可处理的部分，每一层解决一部分问题

分层提供了一种更为模块化的设计，如果添加新的服务，只需要修改一层的功能，而继续使用其它各层提供的功能

简化问题

更加灵活

服务与协议

服务定义了某层向上一层提供的操作，服务由层之间的接口定义，低层是服务的提供者，而上层是服务的用户

协议定义了实现某层服务而需要在不同节点的相同层之间交换的数据的格式、含义以及流程

各层协议相互独立，两个通信节点可以自由改变各自相同层所使用的协议，但是层间的接口即低层向上层提供的服务不变

实现协议的软件或者硬件称为协议实体，在下面的叙述中，协议等于协议实体

第 n 层

第 n+1层

第 n-1 层

第 n 层提供的服务

第 n 层

第 n+1层

第 n-1 层

第 n 层协议

对等体（ Peer Entit

y ）

n/n+1 层接口

服务原语

服务通常使用一组原语（ Primitive ）来描述，并且用户通过这些原语操作来访问服务

服务原语通常以系统调用的形式实现，告诉服务执行某个动作，或者将某个对等体所执行的动作报告给调用该服务的用户

n+1 层协议实体

n 层协议实体

n-1 层协议实体

响应 指示

n+1 层协议实体

n 层协议实体

n-1 层协议实体

请求 证实

实体请求某项服务

实体被告知做某项服务

实体发出响应

请求得到响应

提供服务

使用服务

服务原语工作示意图

n+1 层 n+1 层n 层

request

indication

response

confirm

主机 A 主机 B

服务原语工作示例 1 COENNCT.request dial 2 CONNECT.indication ring 3 CONNECT.response pick up 4 CONNECT.confirm ringing stops 5 DATA.request say something 6 DATA.indication hears voice 7 DISCONNECT.request caller hangs up 8 DISCONNECT.indication busy tone

第 n+1 层

第 n 层

第 n+1 层

第 n 层

协议封装

封装：在发送节点上，每一层都给来自上层的协议数据单元（ PDU： Protocol Data Unit ）加上代表协议控制信息的头标或者尾部，向下层协议递交

解封装：在目的节点上，每一层协议根据该层协议控制信息完成该层 PDU处理后，去掉该层协议相关的头标或者尾部，向上层协议递交

Layer n Protocol

Hn Data

Layer n-1 Protocol

Hn DataHn-1

Layer n Protocol

Layer n-1 Protocol

PDU

PDU

协议栈和协议图 协议栈（ Protocol Stack ）定义

为构成网络系统的一组协议 协议图（ Protocol Grpah ）是

用图来表示协议栈及栈中协议的依赖关系

节点表示协议，边表示依赖关系 网络体系结构定义为规定一个协议图的格式和内容的规则的集合

两种网络体系结构 OSI 体系结构 Internet 体系结构

文件传输协议

视频传输协议

TCP UDP

IP

802.3（ Ethernet ）

协议图

OSI 体系结构 OSI 体系结构由 ISO于 1983年给出，基于 OSI参考模型

ISO： International Standards Organization ，国际标准化组织

OSI：Open Systems Interconnection ，开放系统互连 实际上， OIS参考模型给出的是一个协议图（层）参考模型，没

有给出任何对应的协议，

应用层应用进程

表示层会话层传输层网络层

数据链路层物理层

网络层数据链路层

物理层

应用层应用进程

表示层会话层传输层网络层

数据链路层物理层

主机 路由器 主机

应用层协议

表示层协议会话层协议

传输层协议

网络软件实现

操作系统实现

物理层 主要功能

激活物理连接以便传送数据。例如 ISDN 设备在去激活状态只能实现基本的话音业务，激活后能够提供话音、数据等综合业务

原始比特数据传送，分为同步传送和异步传送模式，全双工和半双工传送模式

物理层连接去激活 相关协议

设备间信号的传送方式，包括调制方式、编码和使用信号处理与传输线路的特性匹配

主要设备：信号放大器（ Amplifier ）、集线器（Hub ）

应用层表示层会话层传输层网络层

数据链路层物理层

发送数据

接收数据

数据链路层 主要功能

成帧。在发送方，在数据前面加上头标和尾部，封装成数据帧，头标一般包含地址和控制信息，而尾部则用于差错校验，然后顺序地传输这些数据帧

流量控制。如何避免一个快速的发送方淹没掉一个慢速的接收方 对于广播式的网络必须解决的问题是：如何寻址以及控制对共享

信道的访问，为此在数据链路层引入了一个特殊的子层，即媒介访问控制子层 MAC (Media Access Control)

广播式网络：所有节点通过一条共享链路连接的网络 相关协议

高级数据链路控制规程 HLDCP（High Level Data Control Procedure ）

点对点协议 PPP（ Point to Point Protocol ） 主要设备：网桥（ Bridge ）、（ L2 ）交换机（ Switch ）

数据链路层的数据传输单元称为帧

应用层表示层会话层传输层网络层

数据链路层物理层

发送数据

接收数据

网络层 根据数据的目的地址，确定到目的网络的“最佳”路径，将数据路由到最终的目标主机

处理不同类型网络互连中存在的问题 主要协议

ATM ：发送数据之前需要在发送主机和接收主机之间建立虚电路连接（在物理层采用统计复用），数据单元为固定长度的信元，信元中携带虚电路标识，沿建立好的连接投递

IP ：发送数据之前不需要建立连接，数据单元称为分组，大小可变，分组中携带目标主机地址，可沿不同路径到达目的主机

主要设备：路由器、（ L3 ）交换机

应用层表示层会话层传输层网络层

数据链路层物理层

发送数据

接收数据

传输层 主要功能

向上层提供不同类型的传输服务，例如可靠的或者不可靠的

端到端（ end-to-end ），在两个端点的主机上运行，而不在中间路由器运行

两种类型的传输层服务 面向连接：在数据传输开始之前通过连接建立过程在两个端点之间协商参数（流量控制参数、最大传输单元等）

无连接：没有连接建立过程，直接发送数据

物理层、数据链路层和网络层在网络中路由器上实现

应用层表示层会话层传输层网络层

数据链路层物理层

发送数据

接收数据

网络中处理传输层及传输层以上协议数据的设备通称为网关（ Gateway ）

会话层、表示层和应用层 会话层主要功能

允许不同主机上的用户之间建立会话 会话通常是指各种服务，包括对话控制，记录该由哪一方来传输数据，令牌管理，禁止双方同时执行同一个关键操作，以及同步功能

表示层主要功能 控制数据格式，例如文本、视频、音频或者图像，确保来自发送主机的数据能够被接收主机理解

表示层还和数据加密和压缩相关 应用层主要功能

定义了满足各种应用需求的协议

应用层表示层会话层传输层网络层

数据链路层物理层

发送数据

接收数据

Internet 体系结构 基于 TCP/IP参考模型

TCP/IP 是指 Internet 中的两个核心协议 IP（ Internet Protocol ）和 TCP（ Transmission Control Protocol ）

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TCP/IP 协议栈 Applications

Web Email Video/Audio ……

TCP/IP Access

Technologies Ethernet (LAN) Wireless (Wimax,

WLAN, Cellular) Cable ADSL Satellite

TCP/IP

Applications

AccessTechnologies

“NarrowWaist”

广域范围内连接各种异构的网络，形成互联网基础设施

MiddlewareServices

NetworkTechnologySubstrate 各种有线、无线网络接入技术

各种应用开放平台（中间件、云计算、 overlay)

主机到网络层 主机通过某个协议连接到网络上，以便将分组

发送到网络上。 TCP/IP参考模型并没有定义这一层的具体协议，它关注的该层以上的部分

在 Internet 中通常将一个广播域称为一条链路，并不对应于 OSI参考模型中的一条链路 在广播域内所有主机都能够接收到目的地址为广播地址的帧

L2 交换机 L2 交换机 链路

互连网层 功能上对应着OSI参考模型的网络层 主要是 IP 协议，因此也称为 IP 层。它

的任务是将分组投递到最终的目的地，提供的是一种无连接的不可靠传输

IP 的这种尽力服务模型保证了 Internet 的可扩展性，复杂的网络功能由用户终端设备来实现，而网络只负责分组的投递

传输层 功能上对应着OSI参考模型的传输层 定义了两个协议

传输控制协议 TCP（ Transmission Control Protocol ）：提供面向连接的可靠的传输服务

用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol ）：提供无连接的不可靠传输服务

不同的应用可以选择不同的传输服务，例如对于可靠性要求高的应用例如文件传输使用 TCP ，而对于那些“快速投递比精确投递更加重要”的应用，例如话音或者视频，则使用

UDP

应用层 包括了所有的高层协议，没有 ISO模型中的会话层和表示层

域名系统 DNS ：域名 IP地址 HTTP 协议： WWW 应用 FTP 协议：文件传输应用 Telnet 协议：远程登录应用 SMTP 协议：发送电子邮件

应用层协议与应用程序： 应用程序不仅仅要实现相应的应用层协议，还包括为用户提供操作界面

70

Servers

IP Core Network

以太网802.3

无线网络802.11/806.16

IP core

Applications DB

DNSSIP

WebGIS

IPIP互联互联//路由路由

物理网络局域网/城域网

本课程中网络体系结构所使用的参考模型

应用层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

资源网络（面向应用，信息共享，处理）

通信网络（面向通信，网络互连，信息路由）

网络中数据处理流程

数据链路层

物理层

网络层

传输层

应用层

数据链路层

物理层

网络层

传输层

应用层

802.3 802.11 数据链路层物理层

数据链路层

物理层

数据链路层

物理层

网络层

数据链路层

物理层

主机 A

主机 B

L2 交换机

L2 交换机

路由器

无线接入点一个计算机网络（子网）

一个计算机网络（子网）

多个计算机网络（互连网）

Chapter 1 概述 1.1 国际 Internet 的发展史 1.2 中国 Internet 的发展史 1.3 IPv6 发展史 1.4 Internet 的应用 1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

标准的意义 标准不仅使得不同的网络设备可以互相

通信，而且扩大了产品的市场，实现了遵循相应标准的产品之间的互联互通

两类标准 事实标准：那些已经发生了，但是没有任何正式计划的标准。例如 IBM PC 成为个人计算机的事实标准，因为很多厂商都选择仿制 IBM 的机器

法定标准：某个权威的标准化组织采纳的、正式的、合法的标准

国际电信联盟 ITU ITU ： International Telecommunication

Union http://www.itu.int

ITU 有三个主要的部门 ITU-R ：无线通信部门，关注无线电频率分配 ITU-T ：电信标准化部门，关注电话和数据通信系统

V ：以电话网进行的数据通信， V.90 56kbps modem X ：数据网上的信息传输， X.25分组交换 G ：传输系统与媒体、数字系统与网络， G.726 ADPCM音频压缩

H ：视频音频以及多媒体系统， H.264(MPEG4 Part 10) 视频压缩

Q ：切换和信令， Q.931 ITU-D ：电信开发部门，计划监督，对电信发展相关信息的收

集、处理和发布提供技术建议ITU-T 的成员包括政府部门、电信公司、设备厂家、科学组织等

国际标准化组织 ISO ISO ： International Standards

Organization http://www.iso.org

ISO 为各个学科制订国际标准 ISO和 IEC 成立联合技术委员会 ISO/IEC JTC1 ，制定信息

技术相关的标准

ISO和 ITU-T常联合制订标准避免互不兼容（ ISO是 ITU-T的一个成员），例如 ISO/IEC的MPEG和 ITU-T的VCEG 成立联合视频组 JVT（ Joint Video Team ）来开发数字图像编码标准，对于 ISO/IEC是MPEG-4 Part 10 ，对于 ITU-T是H.264

IEC： International Electrotechnical Commission ，负责电气设备的标准化

ISO 中每个成员都代表一个国家，美国在 ISO 中的代表是美国国家标准协会 ANSI (American National Institute)， ANSI 标准常被 ISO 采纳为国际标准

电气和电子工程师协会 IEEE IEEE： Institute of Electrical and

Electronics Engineers http://www.ieee.org

IEEE负责开发电气工程、通信和计算机领域中的标准 IEEE 802委员会制定的 IEEE 802 系列标准，关注局域网和城域网物理层和数据链路层中的媒介访问控制MAC（Media Access Control ）子层规范

IEEE 802.3 以太网 IEEE 802.15 无线个域网

802.15.1蓝牙， 802.15.3a 超宽带 IEEE 802.11a/b/g/n 无线局域网 IEEE 802.16 a/d/e 无线城域网

IEEE 是一个非盈利的专业化组织，是世界上具有最多成员的专业化组织

Internt 社区 Internet 社区（ Internet Society ）负责开发和

发布 Internet 相关标准，也称为协议。它主要关注网络层及网络层以上的协议

Internet 社区下面有三个组织 Internet 体系结构委员会 IAB（ Internet

Architecture Board ）：负责定义整个 Internet 体系结构，为 IETF 提供指导和主要方向

Internet 工程任务组 IETF （ Internet Engineering Task Force）： Internet协议工程化和开发力量

Internet 工程指导组 IESG（ Internet Engineering Steering Group ）：负责 IETF活动的技术管理和Internet 标准化过程

与 ITU、 ISO、 IEEE 等组织的标准不同， Internet 社区的协议是开放的，任何人都可以从 www.ietf.org获取

Chapter 1 概述 1.1 国际 Internet 的发展史 1.2 中国 Internet 的发展史 1.3 IPv6 发展史 1.4 Internet 的应用 1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

网络带宽和延迟 网络带宽（ Bandwidth ）

特定一段时间内网络所能传送的比特数，单位一般为 bps（ bit/s ）（ Kbps、Mbps、Gpbs 等）

网络延迟（ Latency/Delay ） 传播延迟（ Propagation ），与距离和光速有关

Propagation = Distance / Speed

发送延迟（ Transmit ），与发送分组的大小和带宽有关

Transmit = Size / Bandwidth 排队延迟 （ Queue ），中间路由

器或者交换机将分组转发出去之前将它们存储

网络延迟抖动（ Delay Jitter ）

网络吞吐量 网络吞吐量（ Throughput ）

网络的可用带宽，也就是应用感受到的有用带宽 例如 802.11b 的带宽为 11Mbps ，但受各种低效因素

的影响，网络层感受到的吞吐量只有 4Mbps左右 与带宽相比，吞吐量用来度量网络性能更加有

意义

由于网络协议栈的每一层协议都有相应的头标和尾部等开销，还有协议实现机制的开销，因此准确的吞吐量应该指明是哪一个协议的吞吐量

课后习题 3 ， 10， 17， 19， 20， 25