《南京理工大学《大学计算机》课件-第1章计算机网络和因特网.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南京理工大学《大学计算机》课件-第1章计算机网络和因特网.ppt（197页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1Computer Networking计算机网络计算机网络南京理工大学 计算机学院主讲教师：吕建勇 E-mail ： lv_2学习目的学习目的3计算机网络计算机网络自顶向下方法自顶向下方法(原书第三版原书第三版)陈鸣译，机械工业出版社陈鸣译，机械工业出版社Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. James Kurose Keith Ross教材教材4本书特色本书特色q 以因特网为研究目标以因特网为研究目标 以以因特网为中心因特网为中心。围绕因特网。围绕因特网体系结构体系结构5层
2、模型，学习掌握计算机层模型，学习掌握计算机网络的网络的基本概念和基本原理和技术基本概念和基本原理和技术q自顶向下方法自顶向下方法 自上而自上而下组织介绍内容，下组织介绍内容，从应从应用层开始向下逐层讲解。用层开始向下逐层讲解。q 着重原理着重原理 网络基础网络基础问题及问题及解决方法和技术解决方法和技术应用层应用层运输层运输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层5第第1章章 计算机网络和因特网计算机网络和因特网第第2章章 应用层应用层第第3章章 运输层运输层第第4章章 网络层和选路网络层和选路第第5章章 链路层和局域网链路层和局域网第第6章章 无线网络和移动网络无线网络和移动网络第第7章章 多
3、媒体网络多媒体网络第第8章章 计算机网络安全计算机网络安全第第9章章 网络管理网络管理基础部分。网络基础部分。网络完整概述，介绍完整概述，介绍许多重要的概念许多重要的概念与术语。与术语。本书的本书的4个核心章个核心章节，分别对应因特节，分别对应因特网协议栈各层，自网协议栈各层，自顶向下讨论。顶向下讨论。计算机网络的计算机网络的4个相关部分个相关部分重重点点讲讲授授简简单单讲讲授授6教学目标和方式教学目标和方式q 教学目标教学目标 以因特网为中心，深入学习和讲授计算机网以因特网为中心，深入学习和讲授计算机网络的理论知识内容。络的理论知识内容。q 基本要求基本要求 熟练掌握计算机网络的基本概念和相
4、关知熟练掌握计算机网络的基本概念和相关知识、基本组成和工作原理、识、基本组成和工作原理、 体系结构及相关协体系结构及相关协议等。议等。q教学方式教学方式 课堂讲授、课堂（后）作业及辅导答课堂讲授、课堂（后）作业及辅导答 疑等。疑等。7学习要求学习要求 q上课保持安静、关闭通信及其他有声设备。上课保持安静、关闭通信及其他有声设备。q 到课率、作业将作为期末平时成绩。到课率、作业将作为期末平时成绩。q 欢迎课后提问、及与老师共同讨论。欢迎课后提问、及与老师共同讨论。8第1章 计算机网络和因特网q计算机网络自计算机网络自20世纪世纪60年代年代开始发展。各种定义。开始发展。各种定义。简单定义简单定义
5、 一些互相连接的、自治的计算机的集合。一些互相连接的、自治的计算机的集合。文献定义文献定义 计算机网络是计算机网络是用通信设备和线路用通信设备和线路将分散在不同地点的将分散在不同地点的有独立功能的有独立功能的多个计算机系统多个计算机系统互相连接起来，并按照互相连接起来，并按照网网络协议络协议进行数据通信，实现资源共享的计算机集合。进行数据通信，实现资源共享的计算机集合。 一个通信子网：一个通信子网：通信设备和线路；通信设备和线路； 多个计算机（资源子网）：多个计算机（资源子网）：为用户提供服务；为用户提供服务； 一系列协议：一系列协议：保证数据通信。保证数据通信。网络类型网络类型 很多，如局域
6、网、广域网等。很多，如局域网、广域网等。 典型：因特网。典型：因特网。9q网络总体概述网络总体概述q掌握基本概念和术语掌握基本概念和术语q后面章节深入、细致学后面章节深入、细致学习习q以因特网为例以因特网为例q概念、术语概念、术语q网络组成：网络组成：网络边缘、网络边缘、核心核心q接入网，物理媒体接入网，物理媒体q网络性能：丢包率，网络性能：丢包率，时时延延q网络的体系结构：网络的体系结构：协议协议分层和服务模型分层和服务模型q网络发展网络发展 学习目标学习目标 主要内容主要内容10本章内容1.1 什么是因特网什么是因特网1.2 网络边缘网络边缘1.3 网络核心网络核心1.4 网络接入和物理媒
7、体网络接入和物理媒体1.5 因特网结构和因特网结构和ISP1.6 分组交换网络中的时延和分组丢失分组交换网络中的时延和分组丢失1.7 协议层次与服务模型协议层次与服务模型1.8 发展历史发展历史1.9 小结小结111.1 什么是因特网q两种描述方法：两种描述方法： 具体构成具体构成 构成因特网的基本硬件和软件。构成因特网的基本硬件和软件。提供服务提供服务 为分布式应用程序提供服务（提供基础设施）。为分布式应用程序提供服务（提供基础设施）。q协议协议121.1.1 具体构成描述公共因特网公共因特网（Internet、因特网、因特网）： 一个世界范围的计算机网络。一个世界范围的计算机网络。 互联遍
8、及全世界的数以百万的互联遍及全世界的数以百万的计算设备计算设备。 全球性全球性“网络的网络网络的网络”。如图如图1-11-1。131、计算设备称为称为主机主机（host）、端系统端系统（end system）。q 主要功能主要功能 ： 进行进行数据处理数据处理、运行、运行网络应用程网络应用程序序 。类型：类型： 传统设备传统设备： 桌面桌面PC 、工作站、服务器等、工作站、服务器等； 非传统设备非传统设备： PDA、TV、移动计算机、汽车、移动计算机、汽车、数字相框等。、数字相框等。142、连网设备 通信链路通信链路 分组交换机分组交换机q 主要功能：主要功能： 保证保证高效、可靠高效、可靠地
9、数据传输地数据传输。本地ISP公司网络区域 ISP15通信链路(communication link)连接不同设备的物理线路。连接不同设备的物理线路。q多种类型：多种类型：同轴电缆、双同轴电缆、双绞线、光纤和无线电等。绞线、光纤和无线电等。q多种速率：多种速率：不同的链路传不同的链路传输数据的速率不同。输数据的速率不同。链路传输速率链路传输速率：每秒传输每秒传输多少位数据。单位多少位数据。单位bit/s或或bps。 本地ISP公司网络区域 ISP链路链路16分组交换机（packet switch） 连接端系统的连接端系统的中间交换设备中间交换设备。 端系统之间端系统之间很少直接连接很少直接连接
10、，通常都是通过分组交换机间接，通常都是通过分组交换机间接相连。相连。q 功能：功能：接收、转发分组接收、转发分组。 从一条（入）通信链路从一条（入）通信链路接收分组、并保接收分组、并保存存，再从另一条（出）通信链路，再从另一条（出）通信链路转发转发出去。出去。 q 类型：类型：路由器路由器（router）链路层交换机链路层交换机（link-layer switch） 采用分组交换技术采用分组交换技术 17分组交换(packet switching)技术 发送端将要发送的数据分成若干较小的发送端将要发送的数据分成若干较小的块，添加首部形块，添加首部形成分组（包成分组（包packet） ，分别发送
11、到目的端，再组装恢复，分别发送到目的端，再组装恢复原数据。原数据。路径（路径（route或或path）：）：一个分组从发送端系统传输到接一个分组从发送端系统传输到接收端系统，所经过的一系列收端系统，所经过的一系列通信链路和分组交换机通信链路和分组交换机。端系统之间通信的端系统之间通信的路径不专用。路径不专用。多个通信端系统多个通信端系统同时共享一条路径或一部分同时共享一条路径或一部分。第一个分组交换网络：第一个分组交换网络： ARPA网，产生于网，产生于20 世纪世纪70年代，是因特网的年代，是因特网的“最早最早祖先祖先” 。(Advanced Research Projects Agency
12、）美）美国国防部高级研究计国国防部高级研究计划局研制划局研制183、因特网服务提供商ISP 一个由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络。一个由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络。 端系统通过端系统通过ISP接入因特网接入因特网，如住宅区，如住宅区ISP、大学、大学ISP、公、公司司ISP等。等。 不同的不同的ISP提供各种提供各种不同类型不同类型的网络接入：的网络接入：如电话接入如电话接入 对对内容提供者内容提供者提供接入：提供接入：如发布信息。如发布信息。 层次结构：层次结构： 低层低层ISP通过国家、国际的通过国家、国际的高层高层ISP互互联，实现世界范围的通信。联，实现世界范围的通
13、信。 高层高层ISP由一些用高速光纤链路互联的高速路由器组成。由一些用高速光纤链路互联的高速路由器组成。 每个每个ISP独立管理，运行独立管理，运行ISP协议：协议：遵从一定的命名和遵从一定的命名和地址规则。地址规则。Internet Service Provider194、协议（、协议（protocol） 控制网络中信息接收和发送的一组软件控制网络中信息接收和发送的一组软件。每个端系。每个端系统、路由器和其他因特网部件都要运行。统、路由器和其他因特网部件都要运行。q因特网协议：因特网协议：TCP/IP协议协议。 TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议
14、）传输控制协议 IP （Internet Protocol）网际协议）网际协议q因特网标准因特网标准：由由IETF制定的标准文档制定的标准文档RFC。 RFC（Request For Comments ）：请求评论）：请求评论 IETF (Internet Engineering Task Force ) ： 因特网工因特网工程任务组。程任务组。RFC有近有近5000个，不断更新完善。个，不断更新完善。205、内联网、内联网（Intranet） 专用的内部网络。专用的内部网络。如公司和政府网络。如公司和政府网络。所用主机、路由器、链路和协议等与因特网相同。所用主机、路由器、链路和协议等与因特网
15、相同。专网内的主机专网内的主机不能随意与专网外部的主机交换信息不能随意与专网外部的主机交换信息( (由防火墙控制由防火墙控制) )。211.1.2 服务描述服务描述q分布式应用程序（分布式应用程序（distributed application）：）：在不同在不同端系端系统统上运行，上运行，彼此彼此可以可以通信通信。实现因特网的各种应用，如。实现因特网的各种应用，如电子邮件、电子邮件、Web应用、远程注册等等。应用、远程注册等等。q提供两种服务：提供两种服务：面向连接的可靠服务：面向连接的可靠服务： 确保从发送方发出的数据最终确保从发送方发出的数据最终按顺序完整地交付给接收方。按顺序完整地交付
16、给接收方。无连接的不可靠的服务：无连接的不可靠的服务：不能对最终交付作任何保证。不能对最终交付作任何保证。 任何一种分布式应用程序只能使用其中一种服务。任何一种分布式应用程序只能使用其中一种服务。q不提供不提供“传输时间固定传输时间固定”的服务的服务 即从发送方传递数据到接收方所需时间不确定。即从发送方传递数据到接收方所需时间不确定。 221.1.3 什么是协议什么是协议控制网络中信息接收和发送的一组软件。控制网络中信息接收和发送的一组软件。为什么要有协议？为什么要有协议？协议作用？协议作用？（语法语义语序）23人类和网络工作对比人类和网络工作对比 人类协议人类协议 网络协议网络协议HiHi请
17、问几点了请问几点了?2:00TCP 连接请求 TCP 连接响应Get http:/ 数据报文数据报文 241、人类活动类比人类任何时候都在执行协议。人类任何时候都在执行协议。例：问时间。例：问时间。正常情况：正常情况：如图如图1-2 不正常情况：不正常情况： “不要烦我不要烦我”“我不会说英语我不会说英语”得不到任得不到任何回答何回答 “ “你好你好”协议过程：协议过程： 发送发送“特定特定”报文报文 根据收到的根据收到的“应答应答”报文或其他事件采取动作报文或其他事件采取动作协议的核心：协议的核心：报文的传输报文的传输、接收及所采取的动作。、接收及所采取的动作。 双方执行不同的协议，就双方执
18、行不同的协议，就不能互动，不能完成工作不能互动，不能完成工作 252、网络协议 类似人类协议。类似人类协议。 由某些设备的由某些设备的硬件或软件执行硬件或软件执行。因特网中的所有活动，都受协议制约。因特网中的所有活动，都受协议制约。例如，网卡例如，网卡中的协议、端系统中的拥塞控制协议等等。中的协议、端系统中的拥塞控制协议等等。因特网的因特网的运行离不开协议运行离不开协议。 例，用户通过因特网访问某一个网页。例，用户通过因特网访问某一个网页。如图如图1-2。 协议：协议：控制网络中信息的发送和接收。控制网络中信息的发送和接收。 定义了通信实体之间发送、接收报文的格定义了通信实体之间发送、接收报文
19、的格式和传输顺序，以及收到报文所采取的动作。式和传输顺序，以及收到报文所采取的动作。 不同的协议完成不同的通信任务。不同的协议完成不同的通信任务。 261.2 网络边缘网络边缘网络结构网络结构网络划分为两大部分：网络划分为两大部分： q网络边缘（网络边缘（资源子网资源子网） 外围部件、主机外围部件、主机 网络网络应用应用q网络核心（网络核心（通信子网通信子网） 路由器路由器通信链路通信链路网络的网络网络的网络 网络边缘网络边缘网络核心网络核心271.2.1 端系统、客户机和服务器端系统、客户机和服务器q端系统端系统(end systems) = 主机主机(host)： 与因特网相连的计算机，与
20、因特网相连的计算机，如图如图1-3。 m在在“网络边缘网络边缘”m运行运行应用程序应用程序，如，如Web、 电子邮件等。电子邮件等。q端系统分类端系统分类 （硬件）（硬件）：m客户机客户机 (client)：桌面和移动桌面和移动PC和和PDA等等；等等；m服务器服务器(server)：功能更强的机器，如功能更强的机器，如Web服务器和服务器和邮件服务器。邮件服务器。q应用程序模式：应用程序模式：客户机客户机 /服务器、对等共享、混合服务器、对等共享、混合等。等。28客户机客户机/ /服务器模式服务器模式 因特网应用程序广泛采用。如电子邮件、因特网应用程序广泛采用。如电子邮件、Web服服务等。务
21、等。是是分布式应用程序分布式应用程序：客户机程序和服务器程序在端系：客户机程序和服务器程序在端系统统分别分别上运行。上运行。 描述服务和被服务的关系。描述服务和被服务的关系。 m客户机程序客户机程序(client program)：服务请求方。服务请求方。发出请发出请求，并从服务器程序接收服务。求，并从服务器程序接收服务。 m服务器程序服务器程序(server program)：服务提供方。服务提供方。接收客接收客户机请求，并提供服务。户机请求，并提供服务。通过因特网互相发送报文进行交互。通过因特网互相发送报文进行交互。路由器、链路和其他部件成为路由器、链路和其他部件成为“黑盒子黑盒子”：如图
22、如图1-3。29对等模式对等模式 最小限度最小限度( (或不或不) )使用专用服务器。使用专用服务器。例如，例如，P2P对等文对等文件共享应用程序。件共享应用程序。q特点特点 ：端系统中运行的端系统中运行的对等应用程序对等应用程序同时起客户机和同时起客户机和服务器程序的服务器程序的双重作用双重作用。向另一个对等机向另一个对等机请求文件请求文件时，起时，起客户机客户机作用；作用；向另一个对等机向另一个对等机发送文件发送文件时，起时，起服务器服务器作用。作用。 301.2.2 无连接和面向连接的服务无连接和面向连接的服务 端系统之间通过使用因特网端系统之间通过使用因特网提供的服务提供的服务传输传输
23、报文，进行通信。报文，进行通信。q 因特网服务类型因特网服务类型 面向连接服务面向连接服务（connection-oriented service) 无连接服务无连接服务（connectionless service） 311、面向连接服务、面向连接服务 两个端系统之间交换数据时，要先通过两个端系统之间交换数据时，要先通过“握握手过程手过程”建立连接，然后才发送实际数据。建立连接，然后才发送实际数据。 q 握手过程：握手过程： 互相发送互相发送“控制控制”分组分组，使双方做好接收后面，使双方做好接收后面数据分组的准备，即数据分组的准备，即在两个端系统之间创建连接。在两个端系统之间创建连接。 例
24、，例，图图1- 2的的Web交互。交互。 前两个报文是握手报文；前两个报文是握手报文； 后两个报文后两个报文(GET报文和响应报文报文和响应报文)含有实际数据含有实际数据32面向连接服务特性 可靠的数据传送可靠的数据传送 流控制流控制 拥塞控制拥塞控制 有些面向连接有些面向连接服务可能只具服务可能只具备其中一些备其中一些 33（1 1）可靠的数据传送）可靠的数据传送 应用程序通过该连接可以应用程序通过该连接可以无差错、按序地传无差错、按序地传递递所有数据。所有数据。q 确认：确认： 当接收端当接收端收到收到发送端发送的发送端发送的分组时，要回发分组时，要回发一个一个“确认确认”，使发送端知道相
25、应的分组已被接，使发送端知道相应的分组已被接收。收。q 重传：重传： 如果如果发送端系统没有收到任何发送端系统没有收到任何“确认确认”，认，认为发送的分组没有被接收方收到，为发送的分组没有被接收方收到，重传该分组重传该分组。34（2 2）流控制（）流控制（flow controlflow control） 确保任何一方都确保任何一方都不会过快地发送过量的分组不会过快地发送过量的分组而造成分组丢失。而造成分组丢失。q 控制发送速率：控制发送速率： 当接收方来不及接收时，发送端降低发送速当接收方来不及接收时，发送端降低发送速率。率。 35（3 3）拥塞控制）拥塞控制( (congestion-co
26、ngestion-controlcontrol) ) 防止因特网进入防止因特网进入迟滞迟滞状态。状态。 主要问题：主要问题： 路由器拥塞。路由器拥塞。其其缓存出现溢出和分组丢失缓存出现溢出和分组丢失，若通信双方仍继续以快的速率向网络传送分组，若通信双方仍继续以快的速率向网络传送分组，迟滞就会持续，几乎迟滞就会持续，几乎不会有分组能传递到其目的不会有分组能传递到其目的地地。 解决方法：解决方法： 当网络拥塞时，降低向网络发送分组的速率。当网络拥塞时，降低向网络发送分组的速率。36传输控制协议传输控制协议TCP面向连接服务：面向连接服务： 提供的服务可同时包括三种特提供的服务可同时包括三种特性。性
27、。使用使用TCP的应用程序：的应用程序： 如如Telnet（远程注册）、（远程注册）、SMTP（电子邮（电子邮件）、件）、FTP（文件传输）和（文件传输）和HTTP（Web）等等。372、无连接服务、无连接服务 两个端系统之间交换数据时，两个端系统之间交换数据时，不需要不需要“握手握手过程过程”，可，可直接发送分组直接发送分组，数据传递更快。，数据传递更快。q 特点：特点： 不可靠：不可靠：源主机不能确定分组是否已经到达目源主机不能确定分组是否已经到达目的地。的地。 无流控制或拥塞控制的功能无流控制或拥塞控制的功能。q 用户数据报协议用户数据报协议UDP：因特网的无连接服务。因特网的无连接服务
28、。 应用程序：如因特网电话、视频会议等。应用程序：如因特网电话、视频会议等。381.3 网络核心网络核心q网络网络“内部内部”。连接端系统的。连接端系统的分组交换机和链路分组交换机和链路形成的网状网络。形成的网状网络。q基本问题基本问题: : 数据如何通过数据如何通过 网络传送网络传送?m电路交换电路交换 m分组交换分组交换1.3.1 电路交换和分组交换电路交换和分组交换1.3.2 分组交换网络分组交换网络网络分类网络分类391.3.1 电路交换和分组交换电路交换和分组交换q电路交换电路交换 (circuit switching)m预留端到端资源：预留端到端资源：端系统之间通信路径上所端系统之
29、间通信路径上所需要的资源需要的资源 (缓存，链路带宽缓存，链路带宽)。建立连接建立连接。m发送方发送方以恒定速率以恒定速率向接收方向接收方传送数据传送数据。 如，电话网络。如，电话网络。q分组交换分组交换(packet switching)m不需要资源预留不需要资源预留m按需使用资源，可能要排队等待：按需使用资源，可能要排队等待：会同时有会同时有其它分组发送。其它分组发送。 如，因特网。如，因特网。401、电路交换工作原理、电路交换工作原理 通信双方必须先建立一个通信双方必须先建立一个专用的连接（电专用的连接（电路）路），一直维持，直到通信结束。一直维持，直到通信结束。 如，电话网络。如，电话
30、网络。 通话过程：通话过程：拨号拨号 接通接通 通信通信 挂机挂机交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA建立连接建立连接数据传输数据传输释放连接释放连接41例，电路交换网络例，电路交换网络q每个链路可有每个链路可有n条电路条电路，能够支持能够支持n条同步连接。条同步连接。 q通信过程：通信过程：在两台主机在两台主机A、B之间创之间创建一条建一条专用的端到端连专用的端到端连接接，分别占用每条链路，分别占用每条链路中的一条电路；中的一条电路；该连接获得链路带宽的该连接获得链路带宽的1/n，进行通信。，进行通信。多路复多路复用用422、电路交换网络中的多路复用、电路交换网络中的多路
31、复用多路复用：多路复用：在一条传输链路上同时在一条传输链路上同时建立多条连接建立多条连接，分，分别传输数据。别传输数据。 q 频分多路复用频分多路复用FDM(frequency-division multiplexing) 链路的频谱由跨越链路创建的连接所共享链路的频谱由跨越链路创建的连接所共享。 按频率划分若干按频率划分若干频段频段，每个频段专用于一个连接。，每个频段专用于一个连接。 带宽带宽bandwidth：频段的宽度频段的宽度。如，。如，4kHz。q 时分多路复用时分多路复用TDM (time-division multiplexing) 时间划分为固定区间的时间划分为固定区间的帧帧，
32、每帧再划分为固定，每帧再划分为固定数量的数量的时隙时隙，每一个时隙专用于一个连接，用于传，每一个时隙专用于一个连接，用于传输数据。输数据。43时分复用帧时分复用帧长度固定长度固定链路频谱链路频谱一个连接一个连接一个连接一个连接时隙时隙44例： 4个用户复用FDM：划分划分4 4个频段个频段频率频率时间时间TDM：每个帧划分每个帧划分4 4个时隙个时隙 频率频率时间时间帧帧453、电路交换缺陷、电路交换缺陷效率较低效率较低：静默期静默期（无数据传输）（无数据传输）专用电路专用电路空闲，网络资源被浪费；空闲，网络资源被浪费；创建端到端电路及创建端到端电路及预留端到端带宽预留端到端带宽的过程复的过程
33、复杂。杂。 46例：发送一个文件的时间 创建电路时间创建电路时间+文件传输时间文件传输时间q例：从主机例：从主机A到主机到主机B。已知：。已知：m文件长文件长640kb ，链路传输速率是，链路传输速率是1.536 Mb/sm每条链路使用具有每条链路使用具有24个时隙的个时隙的TDMm创建端到端电路需创建端到端电路需500 ms 文件传输时间：文件传输时间：文件长文件长/ /电路的传输速率电路的传输速率 每条每条电路的传输速率：电路的传输速率：链路传输速率链路传输速率/ /时隙时隙数数: : (1.536M b/s) /24=64kb/s 文件传输时间：文件传输时间：640kb/(64kb/s)
34、=10s A A到到B B的总发送时间：的总发送时间：0.5s+10s=10.5s471、分组交换工作原理、分组交换工作原理 报文报文(message)：应用程序要传输的信息。包含需应用程序要传输的信息。包含需要的任何内容。如，控制功能或数据。要的任何内容。如，控制功能或数据。 q工作过程工作过程源端将报文源端将报文划分为较小划分为较小的的数据块数据块（分组（分组packet）；每个分组每个分组通过一系列链路和分组交换机传送，直到通过一系列链路和分组交换机传送，直到目的端目的端目的端目的端恢复原报文恢复原报文。q分组以链路的最大传输速率传输分组以链路的最大传输速率传输。q传输过程中采用传输过程
35、中采用存储转发传输存储转发传输机制。机制。 482、分组交换存储转发传输、分组交换存储转发传输 分组交换机先将输入端的整个分组接收下来分组交换机先将输入端的整个分组接收下来（存储存储），再从输出链路转发传输出去（），再从输出链路转发传输出去（转发转发）AB存储存储 转发转发 分组分组49相关概念相关概念 存储转发时延存储转发时延： 将将一个分组一个分组转发到输出链路转发到输出链路上所需上所需时间。若一个分组长时间。若一个分组长L bit，链路转发速率，链路转发速率R，该时，该时延是延是L/R s。输出缓存输出缓存 （输出队列）：（输出队列）： 用于用于保存保存准备发往某个准备发往某个链路的分组
36、。每条相连的链路都对应有一个。链路的分组。每条相连的链路都对应有一个。排队时延：排队时延：分组在输出缓存中分组在输出缓存中等待转发等待转发的时间。的时间。 链路上要转发的分组多，在其输出缓存中等待。链路上要转发的分组多，在其输出缓存中等待。排队时延排队时延是变化的是变化的，与网络中的拥塞有关。，与网络中的拥塞有关。分组丢失：分组丢失： 当当缓存空间已满缓存空间已满时，有分组要被丢弃。时，有分组要被丢弃。50例，一个简单的分组交换网络ABC10 Mbps以太网1.5 MbpsDE等待输出链路的分组队列等待输出链路的分组队列两对主机通信两对主机通信：AE 、BE。所有分组长度相同。所有分组长度相同
37、统计复用：统计复用：按需分配资源。按需分配资源。如如A 和和 B 分组没有固定的顺序。分组没有固定的顺序。51发送一个文件的时间 分组经每段链路传输时间总和分组经每段链路传输时间总和q例：设两台主机之间有例：设两台主机之间有Q段链路，每条速率是段链路，每条速率是Rbit/s，分组长，分组长Lbit，忽略排队时延和端到端传播，忽略排队时延和端到端传播时延。时延。每条链路传输时间每条链路传输时间 ：L/R s经过中间路由器存储转发经过中间路由器存储转发Q-1次次到目的地。到目的地。总时延：总时延：Q L/R s Q L/R sRRRLRL/R s52报文交换报文交换 将要发送的整个信息作为一个报文
38、发送。将要发送的整个信息作为一个报文发送。 采用采用存储转发技术：存储转发技术： 整个报文先传送到整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来，再转发到下一个相邻结点，全部存储下来，再转发到下一个结点。结点。53几种交换技术对比几种交换技术对比q电路交换：电路交换：整个报文的比特流整个报文的比特流连续地从源点直连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。达终点，好像在一个管道中传送。q报文交换：报文交换：整个报文整个报文先传送到相邻结点，先传送到相邻结点，全部全部存储存储下来后，再下来后，再转发转发到下一个结点。到下一个结点。q分组交换：分组交换：单个分组单个分组（只是整个报文的一部（只是整个报文的
39、一部分）传送到相邻结点，分）传送到相邻结点，存储存储下来后，再下来后，再转发转发到到下一个结点。下一个结点。54三者比较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送数据传送的特点的特点比特流直达终点比特流直达终点报文报文报文报文报文报文分组分组 分组分组 分组分组存储存储转发转发存储存储转发转发存储存储转发转发存储存储转发转发55电路交换和分组交换电路交换和分组交换工作过程工作过程对比对比56电路交换和分组交换性能比较电路交换和分组交换性能比较电路交换：电路交换：效
40、率不高。效率不高。预先分配传输链路，空闲预先分配传输链路，空闲时，浪费链路时间。时，浪费链路时间。分组交换：分组交换：利用率高：利用率高：按需分配链路。按需分配链路。带宽共享好带宽共享好，简单，有效，成本更低。，简单，有效，成本更低。不适合实时服务：不适合实时服务：端到端时延不确定。端到端时延不确定。q发展趋势：发展趋势：广泛使用分组交换，电路交换话网向广泛使用分组交换，电路交换话网向分组交换转变。分组交换转变。 571.3.2 分组交换网络分组交换网络 在源和目的主机之间在源和目的主机之间通过一系列分组交换机通过一系列分组交换机转发分组转发分组。q类型：类型：虚电路网络虚电路网络 ：面向连接
41、面向连接数据报网络：数据报网络：无连接无连接 两者在两者在建立路由和管理选路建立路由和管理选路方面存在不同。方面存在不同。58比较q虚电路网络虚电路网络 ：交换机根据交换机根据虚电路号虚电路号ID转发分组。转发分组。源和目的主机之间源和目的主机之间先建立虚连接先建立虚连接（虚电路）（虚电路）每个虚电路指定一个每个虚电路指定一个标识符标识符 ID；分组带有分组带有 ID，决定下一跳（转发路径），决定下一跳（转发路径） 如，如，X.25、帧中继、帧中继FR和异步传递方式和异步传递方式ATMq数据报网络：数据报网络：交换机根据交换机根据目的地址目的地址转发分组。转发分组。不需建立连接不需建立连接每个
42、分组带有目的地址，决定下一跳（转发路径）每个分组带有目的地址，决定下一跳（转发路径） 如，因特网。如，因特网。59根据工作方式分根据工作方式分 网络网络电路交换网络电路交换网络FDMTDM分组交换网络分组交换网络虚电路虚电路数据报数据报按网络的拓扑结构划分按网络的拓扑结构划分61拓扑结构拓扑结构1 总线总线62拓扑结构拓扑结构2 树型树型63拓扑结构拓扑结构3 星型星型64拓扑结构拓扑结构4 环型环型65拓扑结构拓扑结构5 网状网状/分布式分布式66拓扑结构拓扑结构5 网状网状/分布式分布式67 按照地理覆盖范围划分按照地理覆盖范围划分68局域网局域网LAN69城域网或市域网城域网或市域网MA
43、N70广域网广域网WAN 也称为也称为远程网远程网。q范围通常为几百几千公里。范围通常为几百几千公里。q网状结构网状结构，速率低。，速率低。71根据使用范围分根据使用范围分q公用网（公用网（Public Network）：）： 面向大众，交费就可使用。面向大众，交费就可使用。q专用网专用网(Private Network)： 只为本单位内使用。只为本单位内使用。721.4 1.4 接入网和物理媒体接入网和物理媒体q接入网接入网 (network access) 将端系统连接到其将端系统连接到其边边缘路由器缘路由器的物理链路。的物理链路。 是用户连接到网络的是用户连接到网络的基础设施。基础设施。
44、q边缘路由器边缘路由器(edge router) 端系统到任何其他远端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一程端系统的路径上的第一台路由器。台路由器。边缘路由器边缘路由器1.4.1 网络接入网络接入 1.4.2 物理媒体物理媒体接入网接入网731.4.1 网络接入网络接入 q解决的问题解决的问题: : 端系统怎样连接到边缘路由器？端系统怎样连接到边缘路由器？q接入方式：接入方式：住宅接入住宅接入（家庭用户（家庭用户 ）公司接入公司接入 ( (学校、单位学校、单位) ) 无线接入无线接入（移动设备）（移动设备）74一、住宅接入一、住宅接入 将家庭端系统（如将家庭端系统（如PC）与边缘路由器相连接
45、。）与边缘路由器相连接。1、通过拨号调制解调器通过拨号调制解调器(dial-up modem)2、新型宽带接入技术新型宽带接入技术751、通过拨号调制解调器、通过拨号调制解调器 将家庭端系统将家庭端系统通过普通模通过普通模拟电话线用拨号调制解调器拟电话线用拨号调制解调器与住宅与住宅I ISP相连。相连。 常用的形式。常用的形式。q 调制解调器调制解调器MODEM功能：功能： 调制：调制：将将数字数字信号转换成信号转换成模拟模拟信号。信号。 解调：解调：将将模拟模拟信号转换成信号转换成数字数字信号。信号。数字信号数字信号模拟信号模拟信号电话线电话线7677模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号q模
46、拟信号：模拟信号：用用连续变化的电磁波连续变化的电磁波表示数表示数据，可以按照不同频率在链路上传输。据，可以按照不同频率在链路上传输。q数字信号：数字信号：用用一系列电压脉冲一系列电压脉冲表示数表示数据，可用高、低两种电平表示据，可用高、低两种电平表示“1”、“0”。MODEM数模数模/ /模数模数模拟信号模拟信号数字信号数字信号78MODEM 数模数模/ /模数模数模拟信号模拟信号数字信号数字信号79示例示例调幅调幅调频调频调相调相80脉冲编码调制脉冲编码调制PCM原理原理81点对点接入数模数模/ /模数转换模数转换模数模数/ /数模转换数模转换ISP端系统端系统 端系统方发送端系统方发送：
47、MODEM将将PC输出的输出的数字信号转数字信号转换为模拟换为模拟形式，在模拟电话线（双绞线）上传输形式，在模拟电话线（双绞线）上传输 ISP方接收方接收：MODEM再将再将模拟信号转换回数字模拟信号转换回数字形形式，作为式，作为ISP路由器输入。路由器输入。 通过通过点对点拨号电话线点对点拨号电话线连接连接一对调制解调器一对调制解调器。速率可达速率可达56kbps 82缺陷缺陷q上网上网速度慢速度慢，通信不稳定：，通信不稳定： 双绞线通信质量低，双绞线通信质量低，用户有效速率低于用户有效速率低于56kbps。 下载时间长。下载时间长。 如，下载一首如，下载一首3分钟的分钟的MP3歌曲大约需要
48、歌曲大约需要8分钟。分钟。q 不能同时上网和拨打普通电话：不能同时上网和拨打普通电话： 不能不能“总是在线总是在线”。目前很少用。目前很少用。832、新型宽带接入技术、新型宽带接入技术为住宅用户为住宅用户提供更高的数据传输率；提供更高的数据传输率；用户可以用户可以同时上网和打电话（或收看电视）。同时上网和打电话（或收看电视）。q常用类型：常用类型：数字用户线数字用户线DSL (digital subscriber line )混合光纤同轴电缆混合光纤同轴电缆HFC (hybrid fiber coaxial cable)84（1）数字用户线）数字用户线DSLq有多种形式：有多种形式： xDSL
49、系列系列 如如ADSL（不对称）、（不对称）、SDSL （对称）、（对称）、HDSL （高速）、（高速）、 VDSL （非常高速）等等。（非常高速）等等。 住宅常用的是住宅常用的是ADSL不对称数字用户线不对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line) 。85ADSLADSL特点特点 一种通过现有一种通过现有普通电话线普通电话线为家庭、办公室提供为家庭、办公室提供宽带数据传输服务宽带数据传输服务的技术。的技术。新型调制解调器技术：新型调制解调器技术： ADSL MODEM。高数据速率：高数据速率：住宅和住宅和ISP调制解调器间调制解调器间短距离短距离
50、传输传输下载速率高于上载速率：下载速率高于上载速率：下载下载：从：从ISP到家庭，到家庭，12Mbps。上载上载：从家庭到：从家庭到ISP ，几百，几百kbps 。VDSL 1255Mbps 1.620Mbps86ADSLADSL特点特点使用频分复用使用频分复用FDM：通信链路划分为通信链路划分为3个频段。个频段。高速下载高速下载信道信道 50 kHz 1 MHz 中速上载中速上载信道信道 4 kHz 50 kHz 普通的双向电话普通的双向电话信道信道 0 kHz 4 kHz 用于普通电话用于普通电话上网打电话互不干扰上网打电话互不干扰 语音语音上行通道上行通道下行通道下行通道87接入方法接入