计算机网络b - dlut.edu.cnice.dlut.edu.cn/wangbo/computernetworks/chapter1.pdf · 1....

计算机网络BComputer Networks

大连理工大学电信学部信息与通信工程学院

王波[email protected]

1.个人简介

� 王波� 1999.9，大连理工电子与信息工程，本科� 2003.9，保送信号与信息处理专业，硕士� 2015.9，攻读博士学位，师从孔祥维、尤新刚教授� 2010.8，管理科学与工程方向博士后，师从胡祥培教授� 2010.9至今在信息与通信工程学院任教，讲师� 2015.12至今在信息与通信工程学院任教，副教授� 2017.10~2019.1，美国纽约州立大学布法罗分校，访问学者

� Email：[email protected]

� Page: http://ice.dlut.edu.cn/WangBo/index.html

� Location：创新园大厦A512

� 有任何问题、意见或建议，随时与我联系

1.个人简介

� 负责课程

� 本科生，四年级，计算机网络B，必修

� 本科生（英语强化），二年级，学术研讨2，必修

� 本科生，三年级，多媒体信息安全，选修

� 研究生，一年级，科技论文写作，必修

2.教学安排

�课程介绍：� 专业必修课，1-12周，48学时，3学分

�授课时间及地点：� 1-12周

周二 5、6节（综合教学楼，综251 ）� 1-12周

周四 3、4节（综合教学楼，综351 ）

3.教学目的

�较全面地掌握与计算机网络相关的通信基础知识、网络协议、现代网络技术及应用，为网络及其产品的开发应用和进一步的学习打下基础。

�有机会将在授课过程中分享一些我个人在学习和科研工作的经验和感受，供即将走入工作岗位或继续深造的同学们参考。

4.教材、参考书

� 课件�《计算机网络》谢希仁

� 第4版电子工业出版社� 第5版电子工业出版社� 第6版电子工业出版社� 第7版电子工业出版社

�《计算机网络》第3版� 清华大学出版社熊桂喜、王小虎译

�《计算机网络技术》� 西安电子科技大学出版社蔡莞东

�《网络技术及应用》� 清华大学出版社

4.教材、参考书（续）

�《Compute Networks》 V.3 � 清华大学出版社

�《网络工程师教程》清华大学出版社� 全国计算机技术与软件专业水平考试

�网络资料检索� ISO：国际标准化组织� CCITT/ITU-T ：国际电报电话咨询委

员会 / 国际电信联盟� IEEE：国际电气电子工程师协会� ATM 、TCP/IP等论坛

8

About The Book网络通信Data and Computer

Communication (Ninth Edition)（数据与计算机通信，第九版）

Data and Computer Communication (Eighth Edition)（数据与计算机通信，第八版）


9

About The Author网络通信

Data and Computer Communication (Ninth Edition)

MIT计算机科学博士学位

澳大利亚新南威尔士大学国防学院(堪培拉)信息技术与电子工程系

17部著作；40多本书籍

计算机安全、计算机网络和计算机体系结构等方面，堪称计算机界的全才

九次荣获美国“教材和学术专著作者协会”颁发的“年度最佳计算机科学教材”奖

http://williamstallings.com/


5.学习与考核

�学习方法：� 平时认真听课；独自完成作业

�考核内容：� 课上所讲、课后作业

�作业：� 课后作业、随堂作业

�答疑和考试：� 课余时间讨论，电子邮件答疑� 安排1—2次习题课（计入平时成绩）� 重点复习，统一答疑� 统一闭卷考试（待定），70%� 平时成绩，30%

5.课程特点

�知识面较广

� 涉及面广，知识点多

�难度不大：

� 难的不会，会的不难

�与其他课程的交叠：

� 与其他课程知识点的交叠

6.上一年度成绩统计—试卷成绩

6.上一年度成绩统计—最终成绩

6.上一年度成绩统计

�优秀：� 10/11 平时成绩20� 1/11 平时成绩18

�通过：� 22/43 平时成绩15-20� 8/43 平时成绩10-15� 2/43 平时成绩5-10� 1/43 平时成绩0-5

�不及格：� 8/10 平时成绩0-10� 2/10 平时成绩10-15

�重视平时成绩！

第一章网络通信概述

人类通信历史的简要回顾1

计算机网络的相关概念2

3

4

计算机网络的性能指标

常见的计算机网络结构

1.人类通信历史的简要回顾

�远古时期：简单语言和洞穴壁画�千百年来：语言、烽火和印刷品�1837年，Samuel Morse发明电报�1876年，Alexander Graham Bell发明电话�1973年，Martin Kooper发明手机


� 1939（1942）年，世界上第一台计算机ABC问世（与ENIAC（1945）的世界第一台计算机之争）

� 1949年，第一台冯诺依曼计算机EVDAC� 1947年，晶体管问世，计算机与通信紧密联系� 20世纪60年代，美国国防部组建ARPANET，成为互联

网的始祖� 20世纪90年代至今，计算机网络飞速发展，已深入人

类社会的每个角落


�计算机网络的产生背景它是 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。

传统采用电路交换(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，则整个通信电路将中断。


�计算机网络的产生背景它是 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。

采用分组交换(packet switching)的新型网络可以将数据组装到报文中使用一条通信链路与多台机器通信，而且每个报文可以独立于其他报文进行路由。


�计算机网络发展的几个阶段� 第一代：面向终端的计算机网络

• 上世纪60年代由美国国防部高级研究计划署开发• 采用分组交换，连接四所大学的4台大型计算机

� 第二代：以共享资源为目标的网络• 1986年，美国国家自然科学基金会建立国家科学

基金网NSFNET，覆盖全美主要大学和研究所• 三级结构：主干网、地区网和校园网（或企业网）

� 第三代：标准化的计算机网络• 1993年，NSFNET被多个商用因特网主干网代替• 具有多级结构的复杂因特网逐渐形成• 由因特网协会（ISOC）进行标准化管理


�计算机网络的主要功能� ①硬件资源共享

• 在全网范围内对处理资源、存储资源、输入输出资源等昂贵设备的共享。

� ②软件资源共享• 通过网络用户对数据库等资源的共享,从而避免重

复劳动和数据资源的重复存储。� ③用户信息交换

• 通过计算机网络,用户可以进行传输电子邮件、发布新闻消息、进行电子商务等活动,从而为各地的用户提供了强有力的通信手段。

� 资源共享是网络的核心功能数据通信是共享资源的基础


�现今所指的网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。

�本课程主要讨论的是计算机网络。

�进入20世纪90年代以后，以互联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。已成为世界最大网络。

�网络用户从1993年百万级到2016年30亿+。


� 是现代生活中的主要通信方式� 邮政：正在萎缩� 电话：很大发展，形形色色的电话及通信方式� 网络技术：蓬勃发展

� 现代社会是信息社会� 每时每刻有海量的信息需要传递� 信息具有价值� 信息学科是现代科学技术的前沿学科� 信息技术是当今科学技术的先导技术� 信息产业是优先发展的支柱产业� 信息行业是就业形势良好，收入较高的行业


� 网络无处不在� 现代社会离不开网络� 个人的工作学习生活离不开网络

� 查资料� 教学� 医疗� 购物� 传递信息� 娱乐

� 网络文化—手机文化



Ted by Sherry Turkle: Keep connected but still lonelyMarch 2012


�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（非节点）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。




3

4



2.计算机网络的相关概念

�计算机网络� 把多台计算机按一

定的拓扑结构，用通信介质连接起来，在网络操作系统的管理下进行通信并实现资源共享和数据处理。

计算机网络的分类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

� 从网络功能进行分类


�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


�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)

• 接入网指的是多种宽带接入技术。如xDSL，基

于有线电视网络的宽带接入技术，光纤到户技术等。



�广域网（WAN）�城域网（MAN）�局域网（LAN）


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

… …

�广域网（WAN）�城域网（MAN）�局域网（LAN）�接入网（AN）

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)

1.3.2 几种不同的分类方法（三）

�从网络功能进行分类� 资源子网

� 通信子网


�资源子网� 实现资源共享功能的设备及其软件的集合� 由服务器或节点计算机、主机组成� 用于提供共享资源及处理数据

�通信子网� 实现网络通信功能的设备及其软件的集合� 由通信线路、通信设备（通信计算机、路由

器、交换机等）组成� 用于数据传输、转发，不改变用户传输数据

的内容


�资源子网与通信子网

CCP: Communication Control Processor


�三网合一� 指电信网、有线电视网和计算机网的融合

�四网合一


�网路拓扑(Network Topology)� 是指用传输介质互连各种设备的物理/逻辑布局� 是网络中结点与通信线路的总和� 可反映出网络中各实体间的结构关系

回顾一下电路交换(Circuit Switching)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。

��


更多的电话机互相连通

�

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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。

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。 �

�

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�

�

�

�

�

交换机


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。

电路交换的特点电路交换必定是面向连接(connection-oriented)的。电路交换的三个阶段：

建立连接

通信

释放连接

在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。


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。

报文

分组交换(Packet Switching)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


� 每一个数据段前面添加上首部构成分组。

数据数据数据

报文

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”

分组交换的原理（二）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


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。

分组交换的原理（三）


� 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

数据数据数据

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

分组交换的原理（四）

在一个分组中“首部”是非常重要的。正是由于分组的首部含有诸如目的地址、源地址等重要控制信息，每一个分组才能在分组交换网中独立的选择路由。因此，分组交换的特征是基于标记的。

不先建立连接而随时可发送数据的连网方式，称为无连接方式。


分组交换网的示意图

H1

A

分组交换网

B

D

E

CH5

H6

H4H2

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


注意分组的存储转发过程

H1

A

分组交换网

B

D

E

CH5

H6

H4H2

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


注意结点交换机有多个端口

A

B

C

D

EH1 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


几点说明

(1) H1�A(暂存查找转发表找到转发的端口4)�

C的端口1(暂存查找转发表找到转发的端口3）�E的端口4(暂存转发）�H5。(2) 只有当分组正在链路A�C传送时，该分组才占用链路A�C的资源。(3) 如在某一分组的传送过程中，链路A�C的通信量太大， A可将转发的端口设为1，则形成A�B�E�H5的传输路径。


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。


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。

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。


分组交换带来的问题分组在各结点存储时就会带来时延。如果分组过的结点太多，即使线路上只有一个分组在传输，时延也很大。

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。尤其在网络通信量过大时。

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。

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)。其实邮局也可以看作是存储转发的。



�电路交换、报文交换和分组交换

电路交换的特点�优点：

①通信线路为通信双方用户专用，数据直达传输数据的时延非常小。②物理通路一旦建立，可以随时通信，实时性强。③按发送顺序传送数据，不存在失序问题。④既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。⑤交换设备（交换机等）及控制均较简单。

�缺点：①平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。②物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，信道利用低。③电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。


报文交换的特点（1）� 优点：

①不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。②存储转发的优点：

a. 便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；

b. 容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；

c.提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址；d.允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。

③不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。


报文交换的特点（2）� 缺点：

①由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。②报文交换只适用于数字信号。③由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。


分组交换的特点（1）� 优点：

①加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。②简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。③减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。④由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。


分组交换的特点（2）� 缺点：

①尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。②分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。③当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。


三种交换的总结� 电路交换不对报文分组，也不对报文存储。适合于连

续传送大量的数据——传送时间远远大于呼叫时间

� 报文交换不对报文分组，但对报文存储。适合于传输间断性的少量的数据——信道利用率高

� 分组交换对报文分组，也对报文存储。适合于处理突发性，间断性的数据——灵活多变


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。


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


因特网时代

� 因特网的基础结构经历几十年的演进。逐渐发展为现今的形式。

� 因特网发展的三个阶段：� 第一个阶段是从单个网络向互连网发展；

其中，1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议，因而人们就把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；� 第三阶段，多级结构因特网逐渐形成。


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。

校园网企业网校园网企业网校园网企业网

国家主干网

地区网地区网地区网

路由器


� 主机到主机的通信可能要经过多种网络。

校园网企业网校园网企业网校园网企业网

国家主干网

地区网地区网地区网


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。


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，联接一级ISP和二级ISP

� 国家主干网（主干 ISP，一级ISP）

� 地区 ISP（二级ISP）

� 本地 ISP

� 校园网、企业网或 PC 机上网用户

� ISP：因特网服务提供者，或因特网服务提供商。


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


ISOC：Internet Society IAB：Internet Architecture Borad

IRTF：Internet Research Task Force IRSG：Internet Research Steering Group

IETF：Internet Engineering Task Force IESG：Internet Engineering Steering Group

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。（Request For Comments 请求评论）

� 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)


计算机网络在我国的发展（1）

(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET� 中国宽带互联网� 1994年投资开始建设，1995年正式向公众开放� 第一个商业化计算机互联网� 中国最大的ISP � 名副其实的骨干网� 中国电信（前身邮电部门）

(2) 中国教育和科研计算机网 CERNET� 教育部负责管理，各大高校承建和管理运行，始建于1994年� 四级网络：全国网络中心，地区网络中心，省教育科研网，校园网� 八大地区：华北、西北、西南、华南、华中、华东北、东北、华东南� 独立自主设计管理和运行� 下一代互联网：IPV6—CNGI-CERNET2 ，2.5-10Gbps


计算机网络在我国的发展（1）(2) CERNET在大工

� 1994年，大连市邮电局一条64KB DDN接入CERNET� 1998年，一条128KB DDN接入CERNET� 1999年，512KB卫星地面站� 2001年租用联通光缆，开通北京—沈阳—大连155M专线� 2004年，大连—沈阳2.5G高速线路� 2013年，大连—沈阳100G高速线路� 目前

大连理工20G带宽，IPV4/IPV6双栈接入小规模纯IPV6网络CERNET2二期建设中，世界规模最大纯IPV6互联网核心结点41个，主干网带宽100G，大工一类结点



(3) 中国科学技术网 CSTNET� 前身NCFC（中国国家计算机与网络设施，The National Computing

and Networking Facility of China ）� 最早连入互联网� 中国科学院牵头，非盈利、公益性的网络� 科技用户、科技管理部门及与科技有关的政府部门服务

(4) 中国联通互联网 UNINET� 中国联通GPRS网络接入点

(5) 中国网通公用互联网 CNCNET� 中国网通建设并运营的高速宽带骨干网络

(6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET� 唯一的面向全国经贸系统企、事业单位的专用互联网� 中国国际电子商务中心负责组建运营� 提供电子商务、电子政务等服务


计算机网络在我国的发展（3）(7) 中国移动互联网 CMNET

� 中国联通GPRS网络接入点� 骨干网部分由中国八大省会城市节点构成（北京、上海、广州、

南京、武汉、成都、西安、沈阳）(8) 中国长城互联网 CGWNET

� 公益性互联网络� 已能连通全国25个城市，计划覆盖全国180多个城市� 中国长城互联网络信息中心信息产业部唯一指定的负责国家、国

防类别域名的注册管理和注册服务机构

(9) 中国金桥信息网(CHINAGBN) � 中国国家公用经济信息通信网� 中国国民经济信息化的基础设施


计算机网络在我国的发展（5）习近平的网络密码 — 6142243534

� 2016年10月9日，中央政治局第36次集体学习

� 实施网络强国战略

�6个加快：加快推进网络信息技术自主创新,加快数字经济对经济发展的推动,加快提高网络管理水平,加快增强网络空间安全防御能力,加快用网络信息技术推进社会治理,加快提升我国对网络空间的国际话语权和规则制定权

�1个差距：世界主要国家都把互联网作为经济发展、技术创新的重点,把互联网作为谋求竞争新优势的战略方向。虽然我国网络信息技术和网络安全保障取得了不小成绩,但同世界先进水平相比还有很大差距



习近平的网络密码 — 6142243534

�4个最：网络信息技术是全球研发投入最集中、创新最活跃、应用最广泛、辐射带动作用最大的技术创新领域

�2个技术：大力发展核心技术,加强关键信息基础设施安全保障,完善网络治理体系。要紧紧牵住核心技术自主创新这个“牛鼻子”,抓紧突破网络发展的前沿技术和具有国际竞争力的关键核心技术,加快推进国产自主可控替代计划,构建安全可控的信息技术体系

�2个机制：要改革科技研发投入产出机制和科研成果转化机制,实施网络信息领域核心技术设备攻坚战略,推动高性能计算、移动通信、量子通信、核心芯片、操作系统等研发和应用取得重大突破


计算机网络在我国的发展（7）习近平的网络密码 — 6142243534

� 4个要：要传播正能量,提升传播力和引导力。要严密防范网络犯罪特别是新型网络犯罪,维护人民群众利益和社会和谐稳定。要发挥网络传播互动、体验、分享的优势,听民意、惠民生、解民忧,凝聚社会共识。要维护网络空间安全以及网络数据的完整性、安全性、可靠性,提高维护网络空间安全能力

� 3个融合5个跨：要深刻认识互联网在国家管理和社会治理中的作用,以推行电子政务、建设新型智慧城市等为抓手,以数据集中和共享为途径,建设全国一体化的国家大数据中心,推进技术融合、业务融合、数据融合,实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的协同管理和服务

� 3化：要强化互联网思维,利用互联网扁平化、交互式、快捷性优势,推进政府决策科学化、社会治理精准化、公共服务高效化,用信息化手段更好感知社会态势、畅通沟通渠道、辅助决策施政

� 4种能力：各级领导干部特别是高级干部…，要…不断提高对互联网规律的把握能力、对网络舆论的引导能力、对信息化发展的驾驭能力、对网络安全的保障能力,把网络强国建设不断推向前进


计算机网络的发展—未来网络未来网络（Future Network）� 2019年6月28日，大阪，G20前夕，金砖国家领导人非正式会晤

� 习大大指出：


“…第三，深化各领域务实合作。我们要平衡推动金砖经济、政治安全、人文交流三大领域合作，加快建设金砖新工业革命伙伴关系、“创新金砖”网络、未来网络研究院等务实合作项目，提升金砖国家竞争力。要深度参与全球创新合作，共同倡导互利共赢，营造开放、公平、非歧视性的有利环境，让包括新兴市场国家和发展中国家在内的各个国家及其企业参与科技创新并从中受益。”

计算机网络的发展—未来网络未来网络（Future Network）� 业内定义各不相同。工程院院士刘韵洁：说白了，就是更快捷、更简单、更便宜、更安全

的下一代互联网，以用户为中心，让上网的人感觉更好。

� 研究的共同策略：（1）支持多方面、开放性的未来网络核心技术研究；（2）基于国家级的大规模实验平台，并以此为发展为未来运营性网络的基础

� 世界各国对未来网络的研究：呈现高度的国际合作美国：NSF资助未来网络体系结构欧盟：建立FIRE项目各标准化组织：ONF（开放网络联盟），NFV（网络功能虚拟化组织），OpenDaylight（开源网络操作系统），OPNFV（开放网络功能虚拟化组织）产业界：谷歌投入92亿美元，利用网络最新技术建设骨干网美国（GENI），欧盟（FIRE），德国（G-LAB），澳大利亚（NICTA），日本（JGN2plus），韩国（K-GENI）


计算机网络的发展—未来网络

未来网络（Future Network）� 三大趋势

（1）架构的变革—硬件定义网络 VS 软件定义网络；

（2）数据中心网络—数据中心内容下沉，用户高效率

（3）开源—软件开源、硬件开源


计算机网络的发展—未来网络未来网络（Future Network）� 在中国的发展史：

2009年，中国工程院/国家自然科学基金委，“面向2030年中国工程科技中长期发展战略研究”，设立有关未来网络的研究咨询课题

2010年，李国杰、刘韵洁院士提议理想未来网络试验设施CENI项目

2013年，南京未来网络谷，首个未来网络小规模试验设施，骨干节点覆盖35个重要城市，支持量子通信、空间网络、物联网等试验

2014年，全球80个科研团队在未来网络小规模试验设施展开试验验证

2016年，CENI项目获国家发改委批复，未来覆盖40个城市，100个边缘网络，128个异构虚拟网络，4096个并行试验，全面支持软件定义网络与网络功能虚拟化

2016年，天地一体化信息网络重大工程立项

2018年，金砖国家通信部长会议批准建立“金砖国家未来网络研究院”

2019年，金砖国家未来网络研究院中国分院在深圳成立





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3.计算机网络的性能指标

�“带宽”(bandwidth)� 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

� 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）

�注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。

什么是宽带？

�宽带线路：可达到较高数据传输率的线路。�宽带是一个市场推销名词。�宽带是相对的概念，并没有绝对的标准。�在目前，对于接入到因特网的用户线路来说，

达到1 Mbps？（理论下载速度128kBps）就可以算是宽带速率。


对宽带传输的错误理解

�有人用“汽车在公路上跑”来比喻“比特在网络上传输”，认为宽带传输的好处就是传输更快，好比汽车在高速公路上可以跑得更快一样。

A B

A B

比特传播在宽带线路上得快×在窄带线路上比特传播得慢×


宽带线路

窄带线路

对宽带传输的正确理解

A B

A B

宽带线路

窄带线路

宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的


一个形象的比喻：汽车运货

宽带线路

窄带线路

宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短


�另一种错误概念：宽带相当于多车道

多车道公路是并行传输

……100101110100100111010001011010

通信线路上通常都是串行传输


四种时延

�发送时延 (Transmission Delay)�传播时延 (Propagation Delay)�排队时延 (Queuing Delay)�处理时延 (Processing Delay)

�数据在网络上传输所经历的总时延为发送时延，传播时延，处理时延，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



�发送时延(Transmission 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）


�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）

排队时延和处理时延

�排队时延：在缓冲区队列里等待被处理所花费的时间。

�处理时延：网络上节点对数据进行处理（路径选择等）所需要的时间；


四种时延图示

1 0 1 1 0 0 1…

发送器

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CPU产生处理时延

数据

从结点 A 向结点 B 发送数据

链路

在缓冲区产生排队时延


误区：可以忽略传播时延吗？

�纠正误区举例：� 在数据传输率为1Gbps，长度为1000公里的

光纤上传送大小为1000字节的分组。

seconds 10 8 10 1 / 10 8 -693

×=××=发送时延

seconds 10 5 10 2 / 10 1 -386

×=××=传播时延


时延带宽积

（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


时延带宽积计算举例

�设某一链路的传播时延为20ms，带宽为10Mb/s，则时延带宽为

20×10-3×10×106=2×105bit�这表明，若发送端连续发送数据，则在发送的

第一个比特到达终点时，发送端就已经发送了20万个比特了。


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。

�对于上面的例子，往返时延为40ms。而往返时延和带宽的乘积为4*105bit。即如果数据传输到终点及时发现了差错，那么发送端得到了这一信息，立即停止发送，也已经发送了4*105bit。


利用率

�信道利用率�网络利用率：全网络的信道利用率加权平均

� 信道利用率并非越高越好� 利用率高——网络时延增大� 典型主干网ISP的信道利用率控制—50%





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4.常见的网络拓扑结构

�总线型拓扑结构� 采用一个信道作为传输媒体，所有站点都通

过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上，该公共传输媒体即称为总线。


�总线型拓扑结构� 优点1：总线结构所需要的电缆数量少� 优点2：结构简单，无源工作，可靠性较高� 优点3：易于扩充，增加或减少用户方便� 缺点1：总线传输距离有限，通信范围受限� 缺点2：故障诊断和隔离较困难� 缺点3：分布式协议不能保证信息的及时传送，

不具有实时功能


�星型拓扑结构� 星型拓扑是由中央节点和通过点到到通信链

路接到中央节点的各个站点组成。


�星型拓扑结构� 优点1：控制简单� 优点2：故障诊断和隔离容易� 优点3：方便服务� 缺点1：电缆长度和安装工作量可观� 缺点2：中央节点的负担较重，形成瓶颈� 缺点3：各站点的分布处理能力较低


�环型拓扑结构� 环形拓扑网络由站点和连接站的链路组成一

个闭合环。


�环型拓扑结构� 优点1：电缆长度短� 优点2：增加或减少工作站时，仅需简单的连

接操作� 优点3：可使用光纤� 缺点1：节点的故障会引起全网故障� 缺点2：故障检测困难� 缺点3：环形拓扑结构的媒体访问控制协议都

采用令牌传达室递的方式，在负载很轻时，信道利用率相对来说就比较低


�树型拓扑结构� 树形拓扑从总线拓扑演变而来，形状像一棵

倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支。


�树型拓扑结构� 在有线电视技术中采用� 优点和缺点和星型基本相似� 优点1：易于扩展� 优点2：故障隔离较容易� 缺点：各个节点对根的依赖性太大


�网型拓扑结构


�网型拓扑结构� 优点1：两个节点之间可以使用专用链路，避

免共享链路中的通信量问题� 优点2：具有健壮性，当一条链路不可用时间，

不会引起网络瘫痪� 缺点1：电缆数和设备上输入输出端口数过于

巨大


�混合型拓扑结构

第一章小结



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The next 5,000 days of the web

Kevin Kelly, 《连线》（Wired）杂志创始主编

课后作业

�教材（谢希仁《计算机网络》）�习题1-10

� 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共 x (bit)，从源点到终点共经过k 段链路，每段链路的传播时延为 d (s)，数据率为 b (b/s)。在电路交换时电路的建立时间为 s (s)。在分组交换时分组长度为 p (bit)，且各结点的排队等待时间可以忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？

计算机网络b - dlut.edu.cnice.dlut.edu.cn/wangbo/computernetworks/chapter1.pdf · 1....

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