unit02第1章计算机网络概述.ppt

1计算机工程学院 张丽虹 yue 计算机网络 张丽虹 2计算机工程学院 张丽虹 第一章 计算机网络概述 张丽虹 3计算机工程学院 张丽虹 复习 计算机网络的功能 连通性 共享 因特网发展 因特网组成 边缘部分两种工作方式 核心部分 数据交换的三种方式：电路交换、报文交换、分 组交换 4计算机工程学院 张丽虹 本次课内容安排 1.3 因特网组成核心部分(续) 1.4 计算机网络在我国的发展 1.5 计算机网络的类别 1.6 计算机网络的主要性能指标 5计算机工程学院 张丽虹 1.3 因特网的组成 （1）电路交换 电路交换是面向连接的，通信分三个阶段：建 立连接，通信，释放连接。 A 和 B 通话经过四个交换机，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 B D C A 6计算机工程学院 张丽虹 分组交换 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 7计算机工程学院 张丽虹 1.3 因特网的组成 分组交换的优点： 高效：动态分配传输带宽； 灵活：可为每一个分组独立选择路由； 迅速：可事先不建立连接时发送； 可靠：完善的协议；多路由的交换网络 分组交换的新问题： 排队造成时延； 控制信息增加开销 8计算机工程学院 张丽虹 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) 。 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。 9计算机工程学院 张丽虹 1.3 因特网的组成 （3）报文交换 报文：计算机欲发送的完整的数据块/文件 交换机具有“存储-转发”能力，用户提交的数 据可以暂存于交换机内，等待线路空闲时，将 用户数据一次性传输出发。 报文交换可采用无连接方式 10计算机工程学院 张丽虹 1.3 因特网的组成 三种交换的小结 电路交换整个报文的比特流连续地从源 点直达终点，好像在一个管道中传送。 报文交换整个报文先传送到相邻结点， 全部存储下来后查找转发表，转发到下一个 结点。 分组交换单个分组（这只是整个报文的 一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找 转发表，转发到下一个结点。 11计算机工程学院 张丽虹 1.3 因特网的组成 三种交换的比较 分组交换报文交换 报文 电路交换 建立连接 传送数据 释放连接 报文 报文 报文 P1 P1 P1 P2 P2 P2 P3 P3 P3 P4 P4 P4 数据传送 的特点 比特流直达终点 报文报文报文分组 分组 分组 存储 转发 存储 转发 存储 转发 存储 转发 12计算机工程学院 张丽虹 1.4 计算机网络在我国的发展 1980年铁道部开始进行计算机联网试验 1987年9月20日，钱天白教授发出我国第一封 电子邮件，揭开了中国人使用因特网的序幕。 1988年12月，清华大学校园网通过X.25网与加 拿大UBC大学（University of British Columbia ）相连，开通了电子邮件应用。 1989年建立第一个公用分组交换网CNPAC 13计算机工程学院 张丽虹 钱天白:中国Internet之父 14计算机工程学院 张丽虹 1990年10月，钱天白教授代表中国正式在国际 互联网络信息中心的前身DDN-NIC注册登记了 我国的顶级域名CN，并且从此开通了使用中 国顶级域名CN的国际电子邮件服务。 1993年改建中国公用分组交换网CHINAPAC 1994年接入因特网，建立中国公用计算机互联 网CHINANET 15计算机工程学院 张丽虹 1.4 计算机网络在我国的发展 目前已建有9个全国范围的公用计算机网络 （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） 此外还有一个中国高速互连研究试验网NSFnet，是中 国科学院、北京大学、清华大学等单位在北京中关村 地区建造的为研究因特网新技术的高速网络。 16计算机工程学院 张丽虹 1.5 计算机网络的分类 1.5.1 计算机网络的定义 计算机网络：以资源共享为目的，在协议的作 用下，通过通信设施，将分布在不同位置上的 多台自治计算机系统连接而成的系统 17计算机工程学院 张丽虹 1.5 计算机网络的分类 1.5.2 计算机网络的几种不同分类方法 按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 按网络的使用者分类 公用网 专用网 18计算机工程学院 张丽虹 1.5 计算机网络的分类 从网络的作用范围分类 局域网LAN (Local Area Network) 范围：小， 几公里 传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低（10-11） 拓扑结构：总线，环 城域网MAN(Metropolitan Area Network) 范围：中等，几十公里 传输技术：宽带/基带 拓扑结构：总线 广域网WAN(Wide Area Network) 范围：几十至 几千公里 传输技术：宽带，延迟大，出错率高 拓扑结构：不规则，点到点 个人区域网PAN (Personal Area Network) 用无线技术将个人使用的电子设备连接成网 19计算机工程学院 张丽虹 1.5 计算机网络的分类 按通信介质分类 有线网络 无线网络:移动计算机采用无线方式连接成网 按网络输技术分类 点到点传播方式网络 广播式传播方式网络 点到点网络 广播式网络 20计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 常用的五个性能指标： 速率 带宽 吞吐量 时延 利用率 21计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 1. 速率 就是数据的传送速率，也称为数据率或比特率，是计算 机网络中最重要的一个性能指标。 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使 用的信息量的单位。 Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因 此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。 速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等 22计算机工程学院 张丽虹 常用的速率单位 更常用的速率单位是 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） 请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。 23计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 2. 带宽 带宽：原指模拟信道所允许通过的信号的频带 范围，单位是赫兹。 计算机网络的带宽：是指网络可通过的最高数 据率，即每秒传送的比特数，单位为位/秒。 宽带线路：可通过较高数据率的线路。宽带线 路每秒有更多比特从计算机注入到线路。 24计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 关于带宽常见的误解 “比特在网络上传输”好比“汽车在公路上跑” ，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。 在宽带线路上比特传播得快比特在线路上的速 度是不变的，只是注入线路上的比特数更快 “宽带”相当于“多车道”通信线路常是串行通信 25计算机工程学院 张丽虹 A A B B A A B 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。 正确的概念 26计算机工程学院 张丽虹 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 27计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 3. 吞吐量 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个 网络（或信道、接口）的数据量。 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种 测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通 过网络。 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。 28计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 4. 时延 时延：一个报文或分组从一个网络（或一条链路） 的一端传送到另一端所需的时间。 时延的组成 发送时延（传输时延） 传播时延 处理时延 排队时延 29计算机工程学院 张丽虹 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。 发送时延 = 数据块长度（比特） 发送速率（比特/秒） 4. 时延 30计算机工程学院 张丽虹 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。 传播时延 = 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒） 4.时延 31计算机工程学院 张丽虹 4. 时延(delay 或 latency) 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。 排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的 时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信 量。 32计算机工程学院 张丽虹 数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和 处理时延和排队时延之和： 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延+排队时延 33计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 四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 处理时延和排队时延 数据 从结点 A 向结点 B 发送数据 链路 提高链路带宽减小了数据的发送时延。 34计算机工程学院 张丽虹 容易产生的错误概念 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。 提高链路带宽减小了数据的发送时延。 35计算机工程学院 张丽虹 1.6 计算机网络的性能 5.利用率 分为信道利用率和网络利用率。 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有 数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。 信道利用率并非越高越好。 根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引 起的时延也就迅速增加。 36计算机工程学院 张丽虹 例： 假设信号在媒体上的传播速度为2108m/s. 媒体长度L为：100m（局域网） ，试计算出当数 据率为1Mb/s和10Gb/s时在以上媒体中正在传播 的比特数。 解：传播时延=100/(2108)=510-7 1Mb/s:比特数=510-71106=510-1 1Gb/s: 比特数=510-71109=5102 37计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 1.7.1 计算机网络体系结构的形成 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作 发出通信信令，激活通路； 告诉网络如何识别信宿； 信源必须查明信宿是否已准备好接收数据； 若文件的格式不兼容，必须完成格式转换； 处理各种差错和意外 “分层”可将庞大而复杂的问题 38计算机工程学院 张丽虹 各大公司推出不同名称的体系结构 但不同体系结构很难互相连通 为了是不同体系结构的计算机能互联提出建立 标准框架 开放系统互连参考模型OSI/RM 39计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 开放系统互连参考模型OSI/RM 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上 任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进 行通信。 在市场化方面 OSI /RM却失败了。 OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力； OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低； OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生 产的设备无法及时进入市场； OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层 次中重复出现。 40计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 两种国际标准 法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到 市场的认可。 是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的 应用。 TCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准 。 41计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 1.7.2 协议与划分层次 网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准 或约定。 网络协议的三个组成要素： 语法：规定数据与控制信息的结构或格式； 语义：规定需要发出何种控制信息，完成何种动作及做 出何种响应； 同步：详细说明事件实现的顺序 协议的两种形式： 文本形式：便于人们阅读和理解； 程序代码：让计算机能够理解和执行 42计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 划分层次的概念举例主机 1 向主机 2 通过 网络发送文件。 第一类工作与传送文件直接有关。 确信对方已做好接收和存储文件的准备。 双方协调好一致的文件格式。 两个主机将文件传送模块作为最高的一层 。剩 下的工作由下面的模块负责。 43计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 两个主机交换文件 文件传送模块 主机 1主机 2 文件传送模块 只看这两个文件传送模块 好像文件及文件传送命令 是按照水平方向的虚线传送的 把文件交给下层模块 进行发送 把收到的文件交给 上层模块 44计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 再设计一个通信服务模块 文件传送模块 主机 1主机 2 文件传送模块 只看这两个通信服务模块 好像可直接把文件 可靠地传送到对方 把文件交给下层模块 进行发送 把收到的文件交给 上层模块 通信服务模块通信服务模块 45计算机工程学院 张丽虹 1.7 计算机网络体系结构 再设计一个网络接入模块 文件传送模块 主机 1主机 2 文件传送模块 通信服务模块通信服务模块 网络接入模块网络接入模块 通信网络 网络 接口 网络 接口 网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作 例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。 46计