（本章分值占比約17分，重要程度**）

第一節(jié)?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義【單、填】

起源：從技術(shù)范疇來(lái)看，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是【計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)】相互融合的產(chǎn)物。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是【互連】的、【自治】的計(jì)算機(jī)的集合。

“自治”是指互連的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，不存在主從或者控制與被控制的關(guān)系。 （計(jì)算機(jī)設(shè)備或主機(jī)）

“互連”是指利用通信鏈路連接相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 （雙絞線、光纖等）

二、協(xié)議定義

網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)體之間在數(shù)據(jù)交換過程中需要遵循的規(guī)則或約定稱為【網(wǎng)絡(luò)協(xié)議】。（TCP、HTTP、IP等）

任何一個(gè)協(xié)議都會(huì)顯示或隱式地定義 3 個(gè)基本要素：語(yǔ)法（syntax）、語(yǔ)義（semantics）和

時(shí)序（timing），稱為協(xié)議三要素。

語(yǔ)法，定義實(shí)體之間交換信息的【格式】與【結(jié)構(gòu)】

語(yǔ)義，定義實(shí)體之間交換的信息中的【控制信息】

時(shí)序，定義實(shí)體之間交換信息的【順序】以及【如何匹配或適應(yīng)彼此的速度】

三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能【單、填】

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能是在不同主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)快速的【信息交換】。通過信息交換，計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)【資源共享】這一核心功能，包括硬件資源共享、軟件資源共享和信息資源共享。

硬件資源共享

通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，一臺(tái)主機(jī)可以共享使用另一臺(tái)主機(jī)的硬件資源，包括計(jì)算機(jī)資源（如 CPU）、存儲(chǔ)資源、打印機(jī)與掃描儀 I/O 設(shè)備等。

軟件資源共享

網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)可以遠(yuǎn)程訪問、使用服務(wù)器計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的各類大型軟件。軟件資源的共享可以避免軟件的重復(fù)投資、重復(fù)部署，有效節(jié)省成本。

【SaaS】是目前互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下軟件共享的典型形式，也代表了軟件共享的主流趨勢(shì)。

信息資源共享

計(jì)算機(jī)網(wǎng)路所支持的信息交換就是典型的信息共享。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

1.按覆蓋范圍劃分

1、 ?個(gè)域網(wǎng)（PAN）：個(gè)域網(wǎng)是近幾年隨著穿戴設(shè)備、便攜式移動(dòng)設(shè)備的快速發(fā)展而提出

的網(wǎng)絡(luò)類型。個(gè)域網(wǎng)通常覆蓋范圍在 1～10m。

2、 ?局域網(wǎng)（LAN）：局域網(wǎng)通常部署在辦公室、辦公樓、廠區(qū)、校園等局部區(qū)域內(nèi)，采

用高速有線或無(wú)線鏈路連接主機(jī)，實(shí)現(xiàn)局部范圍內(nèi)高速數(shù)據(jù)傳輸。局域網(wǎng)通常覆蓋范圍在

10m～1km。

3、 ?城域網(wǎng)（MAN）：城域網(wǎng)是指覆蓋一個(gè)城市范圍的網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍通常在 5～50km。

4、 ?廣域網(wǎng)（WAN）：廣域網(wǎng)覆蓋范圍在幾十到幾千千米，通?？缭礁蟮牡乩砜臻g，可

以實(shí)現(xiàn)異地城域網(wǎng)或局域網(wǎng)的互連。?

2.?按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分

【網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹渴侵妇W(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的物理連接關(guān)系與布局。

（1）星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)包括一個(gè)中央結(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信鏈路與中央結(jié)點(diǎn)連接。

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較多見于局域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)中。

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)是易于監(jiān)控與管理，故障診斷與隔離容易；主要缺點(diǎn)是中央

結(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，一旦故障，全網(wǎng)癱瘓，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限于中央結(jié)點(diǎn)的【端口數(shù)量】。

（2）總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)采用一條廣播信道作為公共傳輸介質(zhì)，稱為【總線】，所有結(jié)點(diǎn)均與總線連接，結(jié)點(diǎn)間的通信通過共享的總線進(jìn)行。由于總線是一條廣播信道，所以任一結(jié)點(diǎn)通過

總線發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其他結(jié)點(diǎn)都會(huì)接收到承載這些數(shù)據(jù)的信號(hào)。如果同時(shí)有兩個(gè)或兩個(gè)以上

的結(jié)點(diǎn)同時(shí)向共享信道中發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生干擾，會(huì)導(dǎo)致任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送失敗，

這一現(xiàn)象稱為沖突?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在早期的局域網(wǎng)中比較多見。

主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需電纜數(shù)量少，易于擴(kuò)展；主要缺點(diǎn)是通信范圍受限，故障診斷

與隔離較困難，容易產(chǎn)生沖突。

（3）環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)利用通信鏈路將所有結(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)閉合的環(huán)。環(huán)中的數(shù)據(jù)傳輸通常是單向（也可以雙向）傳輸，每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以從環(huán)中接收數(shù)據(jù)，并向環(huán)中進(jìn)一步轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。環(huán)

形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多見于早期的局域網(wǎng)、園區(qū)網(wǎng)和城域網(wǎng)中。

環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)是所需電纜長(zhǎng)度短，可以使用光纖，易于避免沖突；主要缺

點(diǎn)是某結(jié)點(diǎn)的故障容易引起全網(wǎng)癱瘓，新結(jié)點(diǎn)的加入或撤出過程比較麻煩，存在等待時(shí)間

問題。

（4）網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)通過多條鏈路與不同的結(jié)點(diǎn)【直接連接】，如果網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的任一結(jié)點(diǎn)與其余所有結(jié)點(diǎn)均有直接鏈路連接，則稱為完全網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，否則稱之為非

完全網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較多見于廣域網(wǎng)、核心網(wǎng)絡(luò)等。

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)可靠性高，一條或多條鏈路故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)仍然可聯(lián)通；

主要缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)成本高，選路協(xié)議復(fù)雜

（5）樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)可以看作是總線型拓?fù)浠蛐切瓮負(fù)渚W(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。比較多見的是通過級(jí)聯(lián)星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的中央結(jié)點(diǎn)構(gòu)建樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)是易于擴(kuò)展，故障隔離容易；主要缺點(diǎn)是對(duì)根結(jié)點(diǎn)的可靠性

要求高，一旦根結(jié)點(diǎn)故障，則可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)大范圍無(wú)法通信。

（6）混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是由兩種以上簡(jiǎn)單拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合連接而成的網(wǎng)絡(luò)。

混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)是易于擴(kuò)展，可以構(gòu)建不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)，并可根據(jù)需要優(yōu)選網(wǎng)

絡(luò)結(jié)構(gòu)；主要缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管理與維護(hù)復(fù)雜。

3.?按交換方式劃分

數(shù)據(jù)交換是指網(wǎng)絡(luò)通過彼此互連的結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)從發(fā)送結(jié)點(diǎn)送達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的過程和技術(shù)。按網(wǎng)絡(luò)所采用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為電路交換網(wǎng)絡(luò)、報(bào)

文交換網(wǎng)絡(luò)和分組交換網(wǎng)絡(luò)。

4.?按網(wǎng)絡(luò)用戶屬性劃分

按網(wǎng)絡(luò)用戶屬性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。

1、 公用網(wǎng)：公用網(wǎng)是指由國(guó)家或企業(yè)出資建設(shè)，面向公眾提供收費(fèi)或免費(fèi)服務(wù)

的網(wǎng)絡(luò)。

2、 私有網(wǎng)：私有網(wǎng)是指由某個(gè)組織（如政府部門或企業(yè)等）出資建設(shè)，專門面

向該組織內(nèi)部業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)，不向公眾開放的網(wǎng)絡(luò)。?

第二節(jié)?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大規(guī)?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)包括【網(wǎng)絡(luò)邊緣】、【接入網(wǎng)絡(luò)】與【網(wǎng)絡(luò)核心】?3 部分。

一、網(wǎng)絡(luò)邊緣

連接到網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、智能手機(jī)、智能傳感器、智能家電等稱為主機(jī)或端系統(tǒng)。這些端系統(tǒng)位于網(wǎng)絡(luò)的最邊緣，因此，連接到網(wǎng)絡(luò)上的所有端系

統(tǒng)構(gòu)成了【網(wǎng)絡(luò)邊緣】。

網(wǎng)絡(luò)邊緣上的端系統(tǒng)運(yùn)行分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，在端系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用目的。

普通網(wǎng)絡(luò)用戶在使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就是在網(wǎng)絡(luò)邊緣中通過使用某網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)之間的信息交換。因此，可以說(shuō)網(wǎng)絡(luò)邊緣為網(wǎng)絡(luò)用戶提供了【網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)】。

二、接入網(wǎng)絡(luò)

1.?電話撥號(hào)接入

電話撥號(hào)接入是利用電話網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)制解調(diào)器（modem）將數(shù)字信號(hào)調(diào)制到模擬電話線路，通過電話網(wǎng)絡(luò)的模擬語(yǔ)音信號(hào)作為載波傳送到遠(yuǎn)端，再利用調(diào)

制解調(diào)器將數(shù)字信號(hào)從模擬信號(hào)解調(diào)出來(lái)。

2.?非對(duì)稱數(shù)字用戶線路?ADSL

電話機(jī)連接電話端局的線路稱為用戶線路，ADSL也是利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)的用戶線路實(shí)現(xiàn)的接入網(wǎng)絡(luò)。ADSL 是目前家庭用戶接入網(wǎng)絡(luò)中比較常見的一種接入方式。ADSL 基于頻分多路復(fù)用（FDM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)電話語(yǔ)音通信與數(shù)字通信（即網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸）共享一條用戶線路，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的同時(shí)可以進(jìn)行電話語(yǔ)音通信，這與傳統(tǒng)的撥號(hào)接入存在很大差異。

之所以稱為“非對(duì)稱”數(shù)字用戶線路，是因?yàn)樵?ADSL 接入網(wǎng)絡(luò)中，在用戶線路上實(shí)現(xiàn)的上行（從用戶端向網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)）帶寬比下行（從網(wǎng)絡(luò)向用戶端下傳數(shù)據(jù)）帶寬小。

3.?混合光纖同軸電纜?HFC?接入網(wǎng)絡(luò)

HFC?接入網(wǎng)絡(luò)也稱為電纜調(diào)制解調(diào)器接入，是利用有線電視網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入的技術(shù)。HFC?接入網(wǎng)絡(luò)的用戶端使用電纜調(diào)制解調(diào)器連接有線電視的入戶同軸電纜，同軸電纜連接到光纖結(jié)點(diǎn)，再通過光纖鏈路連接電纜調(diào)制解調(diào)端接系統(tǒng)，進(jìn)而連接網(wǎng)絡(luò)。HFC?也是基于頻分多路復(fù)用技術(shù)，利用有線電視網(wǎng)絡(luò)同軸電纜剩余的傳輸能力實(shí)現(xiàn)電視信號(hào)傳輸與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓蚕?。HFC?也是“非對(duì)稱“的，即上行帶寬小于下行帶寬。

4.?局域網(wǎng)

企業(yè)、學(xué)校等機(jī)構(gòu)會(huì)在組織范圍內(nèi)建設(shè)局域網(wǎng)，連接所有需要接入外部網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)，然后通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或校園網(wǎng)的邊緣路由器連接網(wǎng)絡(luò)核心。典型的局域網(wǎng)技術(shù)是以太網(wǎng)、Wi-Fi

等。

5.?移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)

移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)主要利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，如?3G/4G/5G?網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)、移動(dòng)終端等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入。

三、網(wǎng)絡(luò)核心

網(wǎng)絡(luò)核心是由通信鏈路互連的分組交換設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，作用是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣中主機(jī)之間的數(shù)據(jù)中繼與轉(zhuǎn)發(fā)。比較典型的分組交換設(shè)備是路由器和交換機(jī)等。

網(wǎng)絡(luò)核心如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的中繼與轉(zhuǎn)發(fā)？答案就是數(shù)據(jù)交換。

第三節(jié)?數(shù)據(jù)交換技術(shù)

一、數(shù)據(jù)交換的概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的【根本目的】是在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)相互的數(shù)據(jù)傳輸、信息交換。

【交換設(shè)備】具有多個(gè)通信端口，可以同時(shí)連接多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)（即主機(jī)或交換設(shè)備），實(shí)現(xiàn)通信端口間的物理或邏輯上的動(dòng)態(tài)、并行通信。

為了連接更大的范圍、更多數(shù)量的主機(jī)，可以將許多交換設(shè)備互連，構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)中繼與轉(zhuǎn)發(fā)的“中間網(wǎng)絡(luò)”，然后再將主機(jī)連接到距離較近的交換設(shè)備上，

主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸通過“中間網(wǎng)絡(luò)”實(shí)現(xiàn)中繼與轉(zhuǎn)發(fā)。這個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)不需要

關(guān)心所傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容，而只是為這些數(shù)據(jù)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)直至到達(dá)

目的結(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)中繼與交換的功能，因此，稱之為數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，組成交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)（即交換設(shè)備）稱為交換結(jié)點(diǎn)，交換結(jié)點(diǎn)和傳輸介質(zhì)的集合稱為通信子

網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)核心。

【數(shù)據(jù)交換】是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)核心上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)基礎(chǔ)。常見的數(shù)據(jù)交換技術(shù)包括電路交換、報(bào)文交換和分組交換。基于不同的交換技術(shù)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)分別稱之為電路交換網(wǎng)絡(luò)、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)和分組交換網(wǎng)絡(luò)。

二、電路交換

電路交換是【最早】出現(xiàn)的一種交換方式，【電話網(wǎng)絡(luò)】則是最早、最大的電路交換網(wǎng)絡(luò)。

利用電路交換進(jìn)行通信包括建立電路、傳輸數(shù)據(jù)和拆除電路?3?個(gè)階段。

1.?建立電路

傳輸數(shù)據(jù)之前，必須建立一條端對(duì)端的電路，這個(gè)電路建立過程實(shí)際上就是一個(gè)個(gè)交換結(jié)點(diǎn)的接續(xù)過程。

2.?傳輸數(shù)據(jù)

在電路建立之后，主機(jī)之間就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也可以是模擬數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳輸可以是單工也可以是全雙工。

3.?拆除電路

數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，要釋放該物理鏈路。該釋放動(dòng)作可由兩個(gè)通信主機(jī)之間任何

一方發(fā)起并完成。釋放信號(hào)必須傳送到電路所經(jīng)過的各個(gè)結(jié)點(diǎn)，以便重新分配資源。

電路交換的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

電路交換的特點(diǎn)是由連接的，在通信時(shí)需要先建立電路連接，在通信過程中獨(dú)

占一個(gè)信道，通信結(jié)束后拆除電路連接。

電路交換的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)時(shí)性高，時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)都較?。蝗秉c(diǎn)是對(duì)于突發(fā)性數(shù)據(jù)

傳輸，信道利用率低，且傳輸速率單一。電路交換主要適用于語(yǔ)音和視頻這類

實(shí)時(shí)性強(qiáng)的業(yè)務(wù)。

三、報(bào)文交換

報(bào)文交換也稱為消息交換，其工作過程為：發(fā)送方把要發(fā)送的信息附加上發(fā)送/接收主機(jī)的【地址及其他控制消息】，構(gòu)成一個(gè)【完整的報(bào)文】。然后以報(bào)文為單位在交換網(wǎng)絡(luò)的各結(jié)點(diǎn)之間以【存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)】的方式傳送，直至送達(dá)目的主機(jī) 。一個(gè)報(bào)文在每個(gè)結(jié)點(diǎn)的延遲時(shí)間，等于接收?qǐng)?bào)文所需的時(shí)間加上向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)所需的排隊(duì)延遲時(shí)間總和。

四、分組交換
1.分組交換的基本原理

分組交換是目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)廣泛采用的技術(shù)。分組交換需要將待傳輸數(shù)據(jù)（即報(bào)文）分割成較小的數(shù)據(jù)塊，每個(gè)數(shù)據(jù)塊附加上【地址】、【序號(hào)】等【控制信息】構(gòu)成數(shù)據(jù)分組，每個(gè)分組獨(dú)立傳輸?shù)侥康牡?，目的地將收到的分組重新組裝，還原為報(bào)文。分組傳輸過程通常也采取【存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)】交換方式。

分組交換也叫包交換。

2.?分組交換的優(yōu)點(diǎn)

（1）交換設(shè)備存儲(chǔ)容量要求低：理論上講，分組交換設(shè)備只要能緩存一個(gè)小分組，網(wǎng)絡(luò)就

可以工作。因此，分組交換可以大大降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量的要求。

（2）?交換速度快：分組交換設(shè)備由于只需要緩存一定數(shù)量的較短的分組，因此可以利用主

存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)處理，不需要訪問外存，處理轉(zhuǎn)發(fā)速度加快。另外，在分組交換網(wǎng)絡(luò)

中，多個(gè)分組可以在網(wǎng)絡(luò)中的不同鏈路上進(jìn)行并發(fā)傳送，大大提高傳輸效率和線路利用率，

大幅縮短整個(gè)報(bào)文通過網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間。

（3）?可靠傳輸效率高：對(duì)于分組交換網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)分組出現(xiàn)差錯(cuò)，只需重傳出錯(cuò)的分組，并

不需要重傳所有由同一報(bào)文拆分出來(lái)的分組。報(bào)文長(zhǎng)度通常遠(yuǎn)大于分組長(zhǎng)度，在差錯(cuò)概率

相同的條件下，報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)報(bào)文出現(xiàn)差錯(cuò)的概率，大于分組交換網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)分

組出現(xiàn)差錯(cuò)的概率，而重傳一個(gè)報(bào)文的代價(jià)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重傳一個(gè)分組的代價(jià)。因此，在存

在差錯(cuò)可能的情況下，分組交換實(shí)現(xiàn)可靠傳輸?shù)男室哂趫?bào)文交換。

（4）更加公平：對(duì)于分組交換，如果分組大小相同，那么大報(bào)文將拆分出更多的分組，小

報(bào)文將拆分出較少的分組，不同報(bào)文的分組在交換結(jié)點(diǎn)上可能交替排隊(duì)，每個(gè)分組通過網(wǎng)

絡(luò)的時(shí)間相當(dāng)，總體上，小報(bào)文將用較短時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目的。因此，分組交換更加公

平。

4.?分組長(zhǎng)度的確定

1、 分組長(zhǎng)度與延遲時(shí)間：在其他條件相同的情況下，分組長(zhǎng)度越長(zhǎng)，延遲時(shí)間

越長(zhǎng)，所以，對(duì)于實(shí)時(shí)交互通信，要求延遲時(shí)間段，分組長(zhǎng)度應(yīng)該盡可能短；

對(duì)于諸如文件傳送類的非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信，延遲要求不高，即使分組長(zhǎng)度較長(zhǎng)，

也不致影響正常通信，分組長(zhǎng)度可以適當(dāng)長(zhǎng)些。

2、 分組長(zhǎng)度與誤碼率：設(shè)分組長(zhǎng)度為?L?位，其中?h?位為分組頭長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)長(zhǎng)

度為?x?位，即有?x+h=L

若信道誤碼率為?Pe，則分組傳輸正確的概率為 ?Ps=（1-Pe）

分組傳輸錯(cuò)誤要求重發(fā)的概率（1-Ps），在考慮到可能多次連續(xù)傳輸錯(cuò)誤的情

況下，可以得到最佳分組長(zhǎng)度?Lopt?為

?

最高信道利用率可以表示為

?

下圖給出了最佳分組長(zhǎng)度和信道誤碼率的關(guān)系：

?

分組數(shù)據(jù)交換的規(guī)?格和標(biāo)準(zhǔn)已由?國(guó)際電信聯(lián)盟以建?議的形式制定出，?分組長(zhǎng)度以

16B（1B=8bit）到?4096B?之間的?2?B?為標(biāo)準(zhǔn)分組長(zhǎng)度，如?32B、64B、256B、512B?和?1024B

等。

第四節(jié)?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能

一、速率與帶寬

【速率】是指網(wǎng)絡(luò)單位時(shí)間內(nèi)傳送的【數(shù)據(jù)量】，用以描述網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的【快慢】，也稱為數(shù)據(jù)傳輸速率或數(shù)據(jù)速率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是以位為信息單位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，速率的基本單位是【bit/s（位每秒）】，因此有時(shí)也稱速率為比特率（bit rate）。

帶寬原本是指信號(hào)具有的頻帶寬度，即信號(hào)成分的最高頻率與最低頻率之差，單位為?Hz（赫茲）。 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)描述一條鏈路或信道的數(shù)據(jù)傳輸能力時(shí)，經(jīng)常使用“帶寬”一詞表示鏈路或信道的最高數(shù)據(jù)速率，單位也是?bit/s。由于帶寬具有不同的含義與單位，所以有時(shí)需要明確說(shuō)明或者根據(jù)上下文判斷其具體含義和單位。

二、時(shí)延

1、時(shí)延是評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能的另一個(gè)重要的性能指標(biāo)，也稱為延遲?！緯r(shí)延】是指數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)（主機(jī)或交換設(shè)備等）到達(dá)另一結(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間。

2、在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通常將【連接兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的直接鏈路】稱為一個(gè)“跳步”，簡(jiǎn)稱“跳”。

3、分組的每跳傳輸過程主要產(chǎn)生?4?類時(shí)間延遲：【結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延】、【排隊(duì)時(shí)延】、【傳輸時(shí)延】和【傳播時(shí)延】。

1.?節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延

每個(gè)分組到達(dá)交換結(jié)點(diǎn)時(shí)，交換設(shè)備通?？赡苄枰?yàn)證分組是否有差錯(cuò)，根據(jù)分組攜帶的信息檢索轉(zhuǎn)發(fā)表，確定如何轉(zhuǎn)發(fā)該分組，還有可能修改分組的部分控制信息等。針對(duì)分組

進(jìn)行這些操作所消耗的時(shí)間總和，構(gòu)成了結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延，記為 dc。

節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延通常很小，并且對(duì)不同分組的節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延變化也非常小，因此，在討論網(wǎng)絡(luò)總時(shí)間延遲時(shí)【常常被忽略】。

2.?排隊(duì)時(shí)延

分組在緩存中排隊(duì)等待的時(shí)間就是排隊(duì)時(shí)延，記為?dq。

3.?傳輸時(shí)延

當(dāng)一個(gè)分組在輸出鏈路發(fā)送時(shí)，從發(fā)送第一位開始，到發(fā)送完最后一位為止，所用的時(shí)間，稱為傳輸時(shí)延，也稱為發(fā)送時(shí)延，記為 dt。假設(shè)分組長(zhǎng)度為 Lbit，鏈路帶寬（即速率）為Rbit/s，則分組的傳輸時(shí)延為 dt=L/R。

顯然，分組的傳輸時(shí)延取決于【分組長(zhǎng)度】和【鏈路帶寬】。

4.?傳播時(shí)延

信號(hào)從發(fā)送端發(fā)送出來(lái)，經(jīng)過一定距離的物理鏈路到達(dá)接收端所需要的時(shí)間，稱為傳播時(shí)延，記為?dp。顯然，若物理鏈路長(zhǎng)度為?D（m），信號(hào)傳播速度為?V（m/s），則傳播時(shí)延為?dp=D/V

三、時(shí)延帶寬積

一段物理鏈路的傳播時(shí)延與鏈路帶寬的乘積，稱為時(shí)延帶寬積，記為?G，于是?G=dp*R，G

的單位是位。

時(shí)延帶寬積的物理意義在于：如果將物理鏈路看作一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的管道的話，時(shí)延帶寬積表示一段鏈路可以容納的【數(shù)據(jù)位數(shù)】，也稱為【以位為單位的鏈路長(zhǎng)度】。

四、丟包率

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞特別嚴(yán)重時(shí)，新到達(dá)的分組甚至已無(wú)緩存空間暫存該分組，此時(shí)交換結(jié)點(diǎn)會(huì)丟棄分組，就會(huì)發(fā)生“丟包”現(xiàn)象。

丟包率常被用于評(píng)價(jià)和衡量網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)，在很大程度上可以反映網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，因?yàn)橐l(fā)網(wǎng)絡(luò)丟包的主要因素是網(wǎng)絡(luò)擁塞。丟包率可以定義為

?

五、吞吐量

吞吐量表示在單位時(shí)間內(nèi)【源主機(jī)】通過網(wǎng)絡(luò)向【目的主機(jī)】實(shí)際送達(dá)的數(shù)據(jù)量，單位為 bit/s 或 B/s（字節(jié)每秒），記為 Thr。吞吐量經(jīng)常用于度量網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際數(shù)據(jù)傳送（通過）能力，即網(wǎng)絡(luò)實(shí)際可以達(dá)到的源主機(jī)到目的的主機(jī)的數(shù)據(jù)傳送速率。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬、網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜性、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)擁塞程度等因素影響。

對(duì)于分組交換網(wǎng)絡(luò)，源主機(jī)到目的主機(jī)的吞吐量在理想情況下約等于【瓶頸鏈路】的帶寬。

第五節(jié)?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)路分層體系結(jié)構(gòu)

1、按照分層的思想，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成的所有功能可以劃分為若干層，每層完成一部分子功

能，每層在完成相應(yīng)功能時(shí)與另一通信實(shí)體的相同層按照某種協(xié)議進(jìn)行信息交換，這樣，

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所劃分的層次以及各層協(xié)議的集合稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2、體系結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有足夠的信息，以便軟件設(shè)計(jì)人員為每層編寫實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議的有關(guān)程序，

即協(xié)議軟件。

3、分層體系結(jié)構(gòu)通常是按功能劃分的。

4、目前，典型的層次化體系結(jié)構(gòu)有?OSI?參考模型和?TCP/IP?參考模型兩種。

二、OSI參考模型

負(fù)責(zé)制定國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化組織?ISO?參考了?IBM?的?SNA?和其他計(jì)算機(jī)廠商的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提出了開放系統(tǒng)互連參考模型，簡(jiǎn)稱?OSI?參考模型，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備都可以相互通信。

三、TCP/IP參考模型

作為最大、最重要的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)則可以用?TCP/IP?參考模型進(jìn)行描述。

四、五層參考模型

五層參考模型包括物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層與應(yīng)用層，各層功能基本與

OSI參考模型對(duì)應(yīng)，這是近年來(lái)，在描述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常用、最接近實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的參考模型。

第六節(jié)?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)發(fā)展簡(jiǎn)史

ARPAnet 是第一個(gè)分組交換計(jì)算機(jī)互連的網(wǎng)絡(luò)，也是當(dāng)今因特網(wǎng)的祖先。

得到美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署（DARPA）支持的 Vinton Cerf 與 Robert ?Kahn 提出了互聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，即構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)展了 3 個(gè)因特網(wǎng)核心協(xié)議，即 TCP、UDP 和 IP，奠定了因特網(wǎng)的協(xié)議基礎(chǔ)。?