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1、计算机网络资料(1)1.1 计算机网络计算机网络在信息时代的作用在信息时代的作用l信息的传递要依靠网络，因此实现信息化离不开完善的网络。l进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。l已从最初的教育科研网络发展成为商业网络。l已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。l网络已成为信息社会的命脉和重要基础。1.1 计算机网络计算机网络在信息时代的作用在信息时代的作用l现在有三种最主要的网络：l电信网络（电话网）l有线电视网络l计算机（数据）网络l在这三种网络中，计算机网络的发展最快，其技术已成为信息时代的核心技术。l因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。l现
2、在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。其他网络：其他网络：微波网络微波网络卫星网络卫星网络无线传感器网络无线传感器网络。1.2 计算机网络的发展过程计算机网络的发展过程 1.2.1 分组交换的产生分组交换的产生l是 20 世纪 60 年代美苏冷战时期的产物。l60 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。计算机网络的产生背景电路交换的特点电路交换的特点l5 部电话机两两相连，需 10 对电线。lN 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2对电线。l当电
3、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。使用交换机使用交换机l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。交换机l“交换交换”(switching)的含的含义是：义是：l转接转接把一条电话线把一条电话线转接到另一条电话线，转接到另一条电话线，使它们连通。使它们连通。l从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按照某种方式就是按照某种方式动态地分配动态地分配传输线路的资源。传输线路的资源。电路交换举例电路交换举例lA 和 B 通话经过四个交换机l通话在 A 到 B 的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线
4、BDCA电路交换举例电路交换举例lC 和 D 通话只经过一个本地交换机l通话在 C 到 D 的连接上进行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电路交换的特点电路交换的特点l电路交换必定是面向连接的。l电路交换的三个阶段：l建立连接l通信l释放连接l传统电路交换(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故障，则整个通信电路就要中断。l如要改用其他迂回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间。电路交换传送计算机数据效率低电路交换传送计算机数据效率低l计算机数据具有突发性。l这导致通信线路的利用率很低。交换机交换机交换机
5、交换机用户线用户线中继线中继线BDCA新型网络的基本特点新型网络的基本特点l网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。l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。l所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。l计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。l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。报文分组交换的原理（一）分组交换的原理（一）l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数 据数 据数 据报文分组交换的原理（二）分组交换的原理
6、（二）l每一个数据段前面添加上首部构成分组。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（三）分组交换的原理（三）l分组交换网以“分组”作为数据传输单元。l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分组首部的重要性分组首部的重要性l每一个分组的首部都含有地址等控制信息。l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。l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（四）分组交换的原理（四）l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
7、 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据分组交换的原理（五）分组交换的原理（五）l最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。l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分组交换网的示意图分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 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注意分组的存储转发存储转发过程过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机
8、 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注意结点交换机有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路 结点交换机123412341 2 3 41 2 3 41 2 3 4结点交换机结点交换机l在结点交换机中的输入和输出端口之间没有直接连线。l结点交换机处理分组的过程是：l把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；l查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；l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和结点交换机的作用不同l主机是为用户进行信
9、息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组。l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。分组交换的优点分组交换的优点l高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。l灵活 以分组为传送单位和查找路由。l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。l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交换带来的问题l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。l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。存储转发原理存储转发原理并非完全新的概念并非完全新的概念 l在 20 世纪 40 年代，电报通
10、信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。l报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。三种交换的比较三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放ARPANET的成功使的成功使计算机网络的概念发生根本变化计算机网络的概念发生根本变化 l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l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。l分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。l用户通过
11、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。1.2.2 因特网时代因特网时代l1969年，第一个采用分组交换技术的ARPAnet投入使用，为保证网络可靠，每个结点机（接口报文处理器IMP）最少要与其他两个IMP连接，主机通过IMP接入ARPAnet。l1973年，开始了TCP/IP协议族的研究l1980年，TCP/IP成为了UNIX操作系统的标准通信模块。l1982年，Internet由ARPAnet、MILNET等合并而成，解决了异种机网络互联的技术问题。l1983年，ARPAnet与MILNET分离，TCP/IP成为了ARPAnet的标准协议。（TCP/IP不能保证数据安全
12、不能保证数据安全）因特网发展的第二阶段因特网发展的第二阶段l1986 年，NSF 建立了国家科学基金网NSFNET。并于90年取代ARPAnet而成为Internet骨干。它是一个三级计算机网络：l主干网l地区网l校园网l90年后，企业介入建立了覆盖全美的网络，Internet开始商用，出现了大量的ISP和ICP。l1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。l94年，我国教育科研网启动，96年Internet在我国开始商用，出现了大量的ISP和ICP。三级结构的因特网三级结构的因特网l各网络之间需要使用路由器来连接。l有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校
13、园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器三级结构的因特网三级结构的因特网l主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网因特网发展的第三阶段因特网发展的第三阶段l从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。l1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP(Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。lNAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。l从 1994 年到现在，因特网逐
14、渐演变成多级结构网络。多级结构的因特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）l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今日的多级结构的因特网l大致上可将因特网分为以下五个接入级 l网络接入点 NAPl国家主干网（主干 ISP）l地区 ISPl本地 ISPl校园网、企业网或 PC 机上网用户1.2.3 关于因特网的标准化工作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
15、研究部 IRTF 因特网工程部 IETF 因特网工程指导小组IESG RGWGRG领域领域因特网体系结构研究委员会 IAB WGWGWG制订因特网的正式标准要经过以制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段下的四个阶段 l因特网草案(Internet Draft)在这个阶段还不是 RFC 文档。l建议标准(Proposed Standard)从这个阶段开始就成为 RFC 文档。l草案标准(Draft Standard)l因特网标准(Internet Standard)各种各种RFC之间的关系之间的关系 因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的 RFC实验的 RFC提供信息的 RFC6 种 RF
16、C1.2.4 计算机网络在我国的发展计算机网络在我国的发展(1)中国公用计算机互联网 CHINANET(2)中国教育和科研计算机网 CERNET(3)中国科学技术网 CSTNET(4)中国联通互联网 UNINET(5)中国网通公用互联网 CNCNET(6)中国国际经济贸易互联网 CIETNET(7)中国移动互联网 CMNET(8)中国长城互联网 CGWNET（建设中）(9)中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）1.3 计算机网络的分类计算机网络的分类l1.3.1 计算机网络的不同定义l最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。l因特网(Internet)是“网络的网络”。
17、l 1.3.2 几种不同的分类方法l从网络的交换功能进行分类l从网络的作用范围进行分类l从网络的使用者进行分类 1.3.2 几种不同的分类方法几种不同的分类方法（一）（一）l从网络的交换功能分类l电路交换l报文交换l分组交换l混合交换1.3.2 几种不同的分类方法（二）几种不同的分类方法（二）l从网络的作用范围进行分类l广域网 WAN(Wide Area Network)l局域网 LAN(Local Area Network)l城域网 MAN(Metropolitan Area Network)l接入网 AN(Access Network)广域网、城域网、接入网以及局广域网、城域网、接入网以及
18、局域网的关系域网的关系 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1.3.2 几种不同的分类方法（三）几种不同的分类方法（三）l从网络的使用者进行分类l公用网(public network)l专用网(private network)1.4 计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标1.4.1 带宽带宽l“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。l现在“带宽”是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)。常用的带宽单位常用的带宽单位l更常用的带宽单位是l千比每秒
19、，即 kb/s（103 b/s）l兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）l吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）l太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）l请注意：在计算机界，K=210=1024 M=220,G=230,T=240。数字信号流随时间的变化数字信号流随时间的变化l在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 时延时延(delay 或或 latency)l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。l信道带宽 数据在信道上
20、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）时延时延(delay 或或 latency)l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。l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）时延时延(delay 或或 latency)l处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。l结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。l处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。l有时可用排队时延作为处理时延。时延时延(delay 或或 la
21、tency)l数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延l由于传播时延一般非常小（可忽略），所以数据经历的总时延主要由发送时延和处理时延组成。三种时延所产生的地方三种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列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)在队列中产生处理时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路容易产生的错误概念容易产生的错误概念 l对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。l为什么说：提高链路带宽减小了数据的发送时延？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）1.4.3 时延带宽积和往返时延时延带宽积和往返时延（传播）时延链路带宽时延带宽积=传播时延 带宽l链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。时延带宽积往返时延往返时延 RTT l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。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢