数据通信与计算机网络 (3).ppt

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1、 地理上分散地理上分散 具有独立功能具有独立功能 通信系统通信系统 资源包括资源包括 信息交流信息交流第二讲第二讲 概论之二：概论之二：计算机网络的定义及分类计算机网络的定义及分类一、计算机网络定义一、计算机网络定义“计算机网络是由若干地理上分散的、具有独立功能的计计算机网络是由若干地理上分散的、具有独立功能的计算机系统利用各种通信系统互相连接起来而形成的计算机算机系统利用各种通信系统互相连接起来而形成的计算机系统集合。系统集合。”目的目的：在于实现资源共享和信息交流。在于实现资源共享和信息交流。关键点：关键点：1.1.计算机网络与分布式系统计算机网络与分布式系统“多台独立自主的计算机的存在对

2、用户来说是透明的多台独立自主的计算机的存在对用户来说是透明的”指某物或某种机制的存在不为观察者所察觉，看上指某物或某种机制的存在不为观察者所察觉，看上去象不存在一样。去象不存在一样。分布式系统分布式系统(Distributed System)Distributed System)透明透明(transparent)transparent)两者的区别两者的区别多个自治计算机系统的多个自治计算机系统的 存在对用户是透明的存在对用户是透明的负责作业的分配和协调负责作业的分配和协调 相关数据的移动和汇合相关数据的移动和汇合 整个系统的管理整个系统的管理不透明不透明用户显式地登录机器用户显式地登录机器 提

3、交作业提交作业 移动文件移动文件 管理网络管理网络分布式系统和网络都要在系统内对文件进行调度分布式系统和网络都要在系统内对文件进行调度 两者的共同点两者的共同点分布式系统是网络的一个特例分布式系统是网络的一个特例区别在于由谁来发起这种文件调度，是系区别在于由谁来发起这种文件调度，是系统还是用户？统还是用户？网络和分布式的区别更多地取决于软件网络和分布式的区别更多地取决于软件(尤尤其是其是OS)OS)，而不是硬件。而不是硬件。它的软件具有高度的整体性和透明性。它的软件具有高度的整体性和透明性。主机主机 通信软件通信软件每个端系统必须运行控制信息发送和接收的通信软件每个端系统必须运行控制信息发送和

4、接收的通信软件 路由器路由器中间交换设备将来自某个入境链路的信息转发到某个中间交换设备将来自某个入境链路的信息转发到某个出境链路上出境链路上 通信链路通信链路端系统由通信链端系统由通信链路连接路连接通过网络连接的通过网络连接的计算设备计算设备2.计算机网络的元素计算机网络的元素。通信链路路由器主机服务器移动通信本地ISP区域网络公司网络资源共享资源共享通信功能通信功能多媒体及可视化功能多媒体及可视化功能3.计算机网络的功能计算机网络的功能 功能功能 应用应用访问远程信息访问远程信息人人人交互人交互交互娱乐交互娱乐资源共享资源共享高可靠性高可靠性节约经费节约经费扩展性扩展性强有力的通信手段强有力

5、的通信手段单机环境单机环境网络化后网络化后打印机网络环境网络环境主机打印机主机主机主机主机主机RequestReply客户机客户机-服务器模式服务器模式Client processServer process二、二、计算机网络的类型计算机网络的类型1.1.传输技术传输技术 广播网络广播网络(broadcast network)broadcast network)广播网络只有一个通信信道，为网络上所有的机器所共享。广播网络只有一个通信信道，为网络上所有的机器所共享。静态静态动态动态集中集中分散分散小小型型、地地理理位位置置上上集集中中的的网网络络多采用广播形式；多采用广播形式；大型网络通常采用点

6、到点方式大型网络通常采用点到点方式;点到点网络点到点网络(Point-to-point network)Point-to-point network)由许多一对对计算机间的连接组成。由许多一对对计算机间的连接组成。2.2.网络规模网络规模(network scale)network scale)处理器距离处理器距离 处理器位于同一处理器位于同一0.1m 电路板电路板1m 系统系统10m 房间房间100m 建筑物建筑物1km 园区园区10km 城市城市100km 国家国家1000km 洲洲10000km 星球星球数据流机器数据流机器多机多机局域网局域网城域网城域网广域网广域网互联网互联网 局域网

7、局域网(LAN,Local Area Network)LAN,Local Area Network)一般指处于几公里内校园或一幢建筑物内的专用网络。一般指处于几公里内校园或一幢建筑物内的专用网络。中低速网络中低速网络 IEEE802.3IEEE802.3IEEE802.4IEEE802.4IEEE802.5IEEE802.5IEEE802.12100BASE-X100BASE-X高速网络高速网络千兆位的千兆位的Ethernet标准正在制定之中标准正在制定之中覆盖距离一般为覆盖距离一般为10km左右左右广播，共享媒体广播，共享媒体总线型、环型总线型、环型网卡、集线器网桥、中继器、网卡、集线器网桥

8、、中继器、ATMATM交换机、交换机、路由器路由器支持多媒体支持多媒体可与本地有线电视网络相关可与本地有线电视网络相关可有一条或两条电缆可有一条或两条电缆不包含交换元素不包含交换元素覆盖距离可达数百公里覆盖距离可达数百公里 城域网城域网(MAN,Metropolitan Area Network)MAN,Metropolitan Area Network)基本上是基本上是LANLAN的稍大形式，通常采用相同的技术。的稍大形式，通常采用相同的技术。1243Bus ABus B802.6DQDB体系体系头端头端头端头端子网的组成子网的组成 广域网广域网(WANWAN，Wide Area Netwo

9、rk)Wide Area Network)覆盖的地理范围非常大，可达数百公里或数千公里。覆盖的地理范围非常大，可达数百公里或数千公里。连接方式连接方式分类分类传输线传输线交换元素交换元素点点点点(point-to-point)point-to-point)卫星或地面无线系统卫星或地面无线系统 通过公用数据网络通过公用数据网络(PDN)PDN)连接连接 T1T1高速数字线连接高速数字线连接 T3T3高速数字线连接高速数字线连接 DDNDDN专线连接专线连接T1(1.544Mbps)T1(1.544Mbps)T2(6.312Mbps)T2(6.312Mbps)T3(44.736Mbps)T3(44

10、.736Mbps)T4(274.176Mbps)T4(274.176Mbps)T T载体是高速租用线路，用于语音和数据传输。载体是高速租用线路，用于语音和数据传输。利用多路复用技术，利用多路复用技术，T载体服务允许小容量载载体服务允许小容量载体体(比如比如T1)的位流进入容量更大的载体。的位流进入容量更大的载体。041526370123454:17:16:11.544Mbps T16.312Mbps T244.736Mbps T3274.176Mbps T4 交换交换(Switch)Switch)3.3.数据交换方式数据交换方式端局 长途局 交换局 长途局 端局 电路交换电路交换(circui

11、t switching)circuit switching)报文交换报文交换(message switchingmessage switching)分组交换分组交换(packet switching)packet switching)电路交换电路交换(线路交换线路交换)在电路交换中，发送方和接收方设备之间将建立一条专在电路交换中，发送方和接收方设备之间将建立一条专用的物理链路，并在通话期间保持不变。用的物理链路，并在通话期间保持不变。实时性好实时性好稳定的数据传输速率稳定的数据传输速率不存在信道访问延迟不存在信道访问延迟不能充分发挥传输媒体的潜力不能充分发挥传输媒体的潜力传输媒体的价格昂贵传输

12、媒体的价格昂贵长距离连接的建立过程长长距离连接的建立过程长 优点优点 缺点缺点CircuitSwitchModemAnalog link(e.g.28.8kbps)dedicated to terminalEach link consisting of n “circuits”(FDM or TDM)Digital link(e.g.ISDN 64kbps)dedicated to terminalABCDCircuitSwitchCircuitSwitch 数字 模拟每个端端电路获得链路带宽的l/n部分一条链路上的n条电路可以是FDM或TDM电路4KHz4KHzlink1234123 412

13、34FDMTDMFrameSlotAll slots labeled 2 are dedicated to a specific sender-receiver pair222例例1：A给给B发送一发送一长为长为 640kbits的文件的文件假设：假设：采用24槽的 TDM 位速率为1.536Mbps 连接建立时间为500msec问：发送该文件需多少时间？问：发送该文件需多少时间？每条电路的传输率=1.536Mbps/24=64kbps传输文件时间=640kb/64kbps=10s发送该文件所需时间发送该文件所需时间=建立连接时间建立连接时间+传输文件时间传输文件时间 =10.5s报文报文(m

14、essage)：一整段有意义的信息，其中包含了始发地一整段有意义的信息，其中包含了始发地和目的地的地址。和目的地的地址。报文交换报文交换 存储转发存储转发(store-and-forward)典型实例：电子邮件典型实例：电子邮件存储转发延迟：存储转发延迟：中间节点存储并转发报文而产生的延迟。存储转发延迟存储转发延迟排队延迟排队延迟缓冲区=队列Transmission link of R bps提供有效的通信管理提供有效的通信管理减轻网络通信的拥挤情况减轻网络通信的拥挤情况(和电路交换相比)更加有效地利用信道资源更加有效地利用信道资源在不同的时区里，报文交换提供了异步通信能力在不同的时区里，报文

15、交换提供了异步通信能力 优点优点不能满足一些实时应用的要求不能满足一些实时应用的要求投资可能大投资可能大不适合于交互式通信不适合于交互式通信 缺点缺点分组交换分组交换(亦称包交换亦称包交换packet switching)packet switching)包、分组包、分组(packet)packet)：没有完整意义。没有完整意义。采用采用“存储转发存储转发”技术技术在在繁繁忙忙的的通通信信电电路路中中，由由于于能能将将数数据据分分隔隔到到不不同同的的路由，故能对带宽资源进行有效的利用。路由，故能对带宽资源进行有效的利用。传传输输过过程程中中，如如果果网网络络是是一一条条特特定定的的链链路路出出

16、现现故故障障而中断，剩余的数据包可通过其它路由传送。而中断，剩余的数据包可通过其它路由传送。特点特点AAABBAA，B包的到达顺序并不遵循任何间隔次序，而是随机的或统计的。即只要链路上出现包，即可发送，统计多路复用。1.544Mbps28.8kbps28.8kbps28.8kbps10MbpsCABDEPacketSwitchPacketSwitchPacketSwitch例例2 2：从：从A A向向E E发长为发长为L L位的包位的包假设：假设：在A与E之间有Q条链路，每条链路速率为Rbps；忽略排队延迟；忽略端端的传播延迟；没有连接建立时间问延迟？问延迟？发到第一条链路所需时间为L/R 然

17、后依次在Q1条链路上传输因为它必须存储转发因为它必须存储转发Q Q1 1次，故整个延迟为次，故整个延迟为Q*L/RQ*L/R电路交换预先静态地保留所要带宽，而包交换却是电路交换预先静态地保留所要带宽，而包交换却是根据需要，动态地获得和释放带宽。根据需要，动态地获得和释放带宽。电路交换是完全透明的。电路交换是完全透明的。收费方法不同。收费方法不同。与电路交换的区别与电路交换的区别 比电路交换优在比电路交换优在能更有效地利用网络带宽资源。能更有效地利用网络带宽资源。交换节点可同时对多个数据包进行路由选择将交换节点可同时对多个数据包进行路由选择将它们发送到不同的目标设备。它们发送到不同的目标设备。交

18、换节点动态调整数据包的路由使其按最佳的交换节点动态调整数据包的路由使其按最佳的顺序传递。顺序传递。未用频带可为其他分组利用。未用频带可为其他分组利用。例例3 3：多个用户共享：多个用户共享1 1MbpsMbps的链路。的链路。假设假设 ：用户交互时间用户交互时间(以以100100kbpskbps速率速率)与不交互时间交替与不交互时间交替 用户交互时间只占用户交互时间只占1010电路交换网络：电路交换网络：每个用户占每个用户占100kbps，1Mbps=10*100kbps；能支持能支持10个用户。个用户。包交换网络包交换网络:35 35个用户个用户 同时有多于同时有多于1010个用户的概率个用

19、户的概率P(10)P(10)0.00040.0004；同时有少于同时有少于1010个用户的概率个用户的概率p(10)p(10)0.99960.9996；数据的总到达率数据的总到达率1 1MbpsMbps(链路的输出速率链路的输出速率)主要在于包交换技术限制了数据包最大尺寸。主要在于包交换技术限制了数据包最大尺寸。与报文交换的区别与报文交换的区别传输延迟短传输延迟短出现传输错误时的处理不同出现传输错误时的处理不同PSPSPPPPPPSPS源源目的目的M源源目的目的PSPSMMMM051015Time(sec.)例例4 4：L=7.5MbitsL=7.5Mbits R=1.5Mbps R=1.5M

20、bps假设：无拥塞假设：无拥塞,用报文交换技术用报文交换技术问：将报文从源传输到目的地需多长时间？问：将报文从源传输到目的地需多长时间？1.5Mbps1.5Mbps1.5Mbps源源目的目的 从源到第一个交换机需从源到第一个交换机需7.5/1.5=57.5/1.5=5秒秒由由于于存存储储转转发发延延迟迟，第第一一个个交交换换机机要要等等收收到到完完整整的的报报文文后才能转发。后才能转发。第一个交换机将报文发送到第第一个交换机将报文发送到第2 2个交换机又需个交换机又需5 5秒，秒，第一个报文到达第二个交换机需第一个报文到达第二个交换机需1010秒秒 以此类推，共需以此类推，共需15秒秒PSPS

21、Time(ms)t t1 1=1.5kb/1.5Mbps=1ms=1.5kb/1.5Mbps=1ms 第一个包从源端到第一个交换机第一个包从源端到第一个交换机t t2 2=t1+1.5kb/1.5Mbps=2ms=t1+1.5kb/1.5Mbps=2ms 第第2个包从源端传到第一个交换机个包从源端传到第一个交换机。t t5000 5000=5000ms=5s=5000ms=5s 第第5000个包从源端传到第一个交换机个包从源端传到第一个交换机t=tt=t50005000+2ms=5.002 +2ms=5.002 第第5000个包传到目的地个包传到目的地1.5Mbps1.5Mbps1.5Mbps

22、012341212312341234假设：源端将报文分成假设：源端将报文分成50005000个包；个包；每个包长每个包长1.51.5kbitskbits；无拥塞无拥塞问：问：5000个包从源端到目的端需多长时间？个包从源端到目的端需多长时间？源源目的目的5000500050005000数据报数据报(datagramdatagram)与报文交换类似按主机目的地址路由包的网络。如 Internet。数据报与虚电路数据报与虚电路两者的区别：交换机是按照主机目的地址还是按照虚两者的区别：交换机是按照主机目的地址还是按照虚电路号来路由包。电路号来路由包。虚电路虚电路(virtual circuit)vi

23、rtual circuit)与电路交换类似按虚电路号路由包的网络。例如 X.25，帧中继，ATM。数据报交换数据报交换1234567BADEFCP1P2P3P1P2P3 虚拟电路交换虚拟电路交换“虚拟虚拟”：两个设备之间实际并不存在一条专用的物理电路1234567BADEFCP1P2P3P1P2P3虚拟电路虚拟电路所有数据包都沿着发送设所有数据包都沿着发送设备与接收设备之间建立的备与接收设备之间建立的逻辑链路传送。逻辑链路传送。两种分组交换技术的比较两种分组交换技术的比较数据包数据包数据包沿着不同的路数据包沿着不同的路由发送。由发送。虚拟电路虚拟电路网络可提供顺序性和差网络可提供顺序性和差错控

24、制；包的传送更快错控制；包的传送更快数据包数据包避免了呼叫建立阶段；避免了呼叫建立阶段；更灵活；本质上更可靠；更灵活；本质上更可靠；RAMRAM和硬盘空间和硬盘空间处理能力处理能力数据包丢失数据包丢失包包交换网络中几个问题交换网络中几个问题交换节点要求使用大量内存；交换节点要求使用大量内存；不要求大容量硬盘驱动器不要求大容量硬盘驱动器和整条报文相比更容易丢失和整条报文相比更容易丢失 要求交换节点有更强要求交换节点有更强大的处理能力大的处理能力MMMP1P1P1P2P3P4P2P3P4P2P3P4传播传播延迟延迟排队排队延迟延迟电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换通信网络通信网络电路交换电路交换分组交换分组交换FDMTDM数据报数据报虚电路虚电路 按数据交换方式进行网络分类按数据交换方式进行网络分类 按用途分按用途分 按传输技术分按传输技术分星形网星形网总线网总线网环形网环形网分布式网分布式网专用网专用网 公用网公用网 按拓扑结构分按拓扑结构分点到点连接点到点连接 广播式信道广播式信道