计算机网络原理课件2

计算机网络原理,第2章中间节点上的通信技术,2.1交换技术2.2虚电路和数据报2.3交换机2.4路由节点上的通信,2.1交换技术,把一条线路上的数据转接到另一条线路上，称为数据交换。交换方式交换网络交换设备交换协议,交换机构,交换机构的功能是将一条输入信道上的数据转送到另外的输出信道上，将输入端口与输出端口对应起来。,2.1交换技术,无连接服务和面向连接服务:在计算机网络术语中,与因特网相连的计算机通常被称为端系统（endsystem）(也称主机)。TCP/IP网络，特别是因特网，为端系统应用程序提供了两类服务：无连接服务和面向连接服务,2.1交换技术,面向连接服务,当应用程序使用面向连接服务时，在客户机程序和服务器程序发送具有实际数据的分组前，要彼此发送控制分组。这种所谓的握手过程提醒客户机和服务器，使它们对随后的分组的突然到来做好准备。一旦握手过程结束，可以说在两个端系统之间创建了连接。因特网的面向连接服务有一个名字，即传输控制协议，也就是,TCP协议,人类活动类比,人类活动类比握手过程,你好!,你好!,请问还有下午2点的飞机票吗?,好的，我查查.嗯,有的,握手过程,HTTP协议的握手过程,TCP连接请求,TCP连接响应,GET,安顺学院WEB网页文件,握手过程,无连接服务,在因特网无连接服务不存在握手过程，当应用程序的一方要向应用程序的另一方发送分组时，发送程序直接发送这些分组即可，没有可靠性可言，也不可能确定那些分组已经到达了目的地。因特网的无连接服务称为用户数据报协议，即：,UDP协议,2.1.1电路交换,电路交换（CircuitSwitching或CircuitExchanging）方式通信的双方在进行数据传送之前先要建立一个实际的物理线路连接，连接的电路被通信的一对用户独占，只有通信结束电路释放后，才能被别人使用。电路交换有如下特点：（1）由于需要连接过程，而建立连接需要时间，适合传输大量数据。传输少量数据时，效率不高。（2）连接一旦建立，便可以固定的速率传输数据，除了传输延迟外，不再有别的延迟。传输后，接收端要校验正确性，并通知发送方。（3）一旦连接成功，就建立了一条临时专线，即使不通话，也被占用，他人不可使用。,电路交换过程,连接呼叫传输确认连接释放,2.1.2存储-转发交换,当发送方要发送信息时，应把目的地址先加到报文中，然后靠地址把报文从发送节点起，一个节点、一个节点地转送到目的节点；在转送过程中，中间节点要先把报文暂时存储，然后在线路不忙时将报文转发出去。,报文交换,早期的存储-转发交换以报文形式进行，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。,分组交换(packetswitching),分组交换结合报文交换和线路交换的优点，采用存储转发机制，但是规定了传输数据的单位长度。过长的报文被分成较小的单位(分组packet)，依次发送。,2.1.3分组交换中的最佳帧长度,假设每个网段的传输时延相同，则当分组缩短到1/4时，传输两个网段，比原来缩短了3/4个帧发送时间A1；传送三个网段，比原来缩短了1/2个帧发送时间A1。,结论：短分组传输时间短，但增加了节点处理量。,分组大小确定原则,设分组的长度为K比特，每一分组所包含的固定开销为V比特，则长度为M的消息报文可以分成int(M/K+1)个分组，其最后一个分组的长度不一定达到K。于是，传输该消息报文的总开销为int(M/K+1)V比特。再设输入的速率为R，收发之间各链路的容量分别为C1，C2，（均大于R）b/s，则一个比特的时延为T=打包（发送）时延+各链路的传输时延=K/R+（K+V）/Ci可以看出，随着链路带宽（容量）Ci较大幅度的提高，T将主要由K/R决定。例如，对于64kb/s的数字语音，通常要求的打包时延小于10ms，有KR打包时延=641031010-3=640因此K通常取512b或更小。,2.2虚电路和数据报,分组交换的两种服务方式：虚电路（VirtualCircuit）(无连接的网络服务)数据报（Datagrm）(面向连接的网络服务),H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,H1向H5发送分组,H2向H6发送分组,路径可能变化,网络随时接受主机发送的分组（即数据报）网络为每个分组独立地选择路由。,提供数据报服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,网络尽最大努力地将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何承诺。,提供数据报服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,网络不保证所传送的分组不丢失也不保证按源主机发送分组的先后顺序以及在时限内必须将分组交付给目的主机,提供数据报服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,当网络发生拥塞时网络中的结点可根据情况将一些分组丢弃,提供数据报服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽最大努力交付”的服务就是没有质量保证的服务。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,H1要和H5通信,主机H1先向主机H5发出一个特定格式的控制信息分组，要求进行通信，同时寻找一条合适路由。若主机H5同意通信就发回响应，然后双方就建立了虚电路。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,同理，主机H2和主机H6通信之前，也要建立虚电路。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,在虚电路建立后，网络向用户提供的服务就好像在两个主机之间建立了一对穿过网络的数字管道。所有发送的分组都按顺序进入管道，然后按照先进先出的原则沿着此管道传送到目的站主机。,提供虚电路服务的特点,H1,H5,H2,H4,H3,A,C,D,B,H6,E,分组交换网,到达目的站的分组顺序就与发送时的顺序一致，因此网络提供虚电路服务对通信的服务质量QoS(QualityofService)有较好的保证。,两种服务的思路来源不同,虚电路服务的思路来源于传统的电信网。电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。数据报服务力求使网络生存性好和使对网络的控制功能分散，因而只能要求网络提供尽最大努力的服务。可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。,数据报服务与虚电路服务之争,让网络只提供数据报服务就可大大简化网络层的结构。但技术的进步使得网络出错的概率已越来越小，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。因特网发展到今天的规模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。,网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短。用数据报既迅速又经济。若用虚电路，为了传送一个分组而建立虚电路和释放虚电路就显得太浪费网络资源了。,数据报服务和虚电路服务都各有一些优缺点,在使用数据报时，每个分组必须携带完整的地址信息。在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚电路号码的标志。这就使分组的控制信息部分的比特数减少，因而减少了额外开销。,数据报服务和虚电路服务都各有一些优缺点,在使用数据报时，主机承担端到端的差错控制和流量控制。在使用虚电路时，分组按顺序交付，网络可以负责差错控制和流量控制。,数据报服务和虚电路服务都各有一些优缺点,数据报服务对军事通信有其特殊的意义。当某个结点发生故障时，后续的分组就可另选路由，因而提高了可靠性。但在使用虚电路时，结点发生故障就必须重新建立另一条虚电路。数据报服务还很适合于将一个分组发送到多个地址(即广播或多播)。,数据报服务和虚电路服务都各有一些优缺点,数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳,对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当可靠通信应当由网络来保证由用户主机来保证连接的建立必须有不要目的站地址仅在连接建立阶段每个分组都有使用，每个分组使目的站的全地址用短的虚电路号,数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳,对比的方面虚电路服务数据报服务分组的转发属于同一条虚电路每个分组独立选择的分组均按照同一路由进行转发路由进行转发当结点出所有通过出故障的故障结点可能丢失故障时结点的虚电路分组，一些路由均不能工作可能会发生变化,数据报服务和虚电路服务优缺点的归纳,对比的方面虚电路服务数据报服务分组的顺序总是按发送顺序到达目的站时不一定到达目的站按发送顺序端到端的可以由分组交换网由用户主机负责差错处理和负责也可以由用户流量控制主机负责,请判断是虚电路还是数据报？,M,H,H,HA,HB,M1,M3,M2,M1,M2,M3,M1,M2,M3,2.3交换机,数据转发；物理编址：定义数据帧的物理地址；网络拓扑结构：定义设备物理连接所形成的网络拓扑结构；差错验证：错误发生时发出告警；数据帧整序；流量控制：延缓数据的传输能力。,2.3.1交换机的功能,2.3.2交换单元实现技术,空间交换时隙交换多级互联网络交换结构MIN分组交换结构的发展,空间交换,它的N路输入线和N路输出线之间有N2个接点。通常这些接点是触点开关或电子开关，只要适当地控制这些开关的接通或断开，即可在任一路入线和出线之间构成通路。,交叉点矩阵,纵横制交换（crossbarswitching）,时隙交换,时隙交换是按时间顺序进行交换，即将输入链路上的某个时隙上的分组安排到输出链路上的另一个时隙上。具体的交换方式有：STM传输模式的交换机。（是一种称为ATOM的共享介质型交换单元结构）ATM传输模式的交换机。（为共享内存型交换单元结构，）,ATOM模块结构,共享介质型交换机有一个高速背板，用于交换单元间的互连。因而常用于模块化的交换机中，以实现较高的端口密集度。,共享内存型交换单元结构,共享内存型交换单元是低价小型交换机常见的一种结构，其优点是能够在一台交换机中同时支持不同类型和速率的局域网。,多级互联网络交换结构MIN,为了减少交叉节点的数目，可以把大容量交换网络分成小容量的交换单元，并将这些交换单元连接成多级互联网络（MIN,Multi-stageInterconnectNetwork）。构成同样的大容量交换结构，采用大的交换单元双采用小的单元所使用的交换单元数量要少。,多级交换结构,分组交换结构的发展,增加了FEP（Front-EndProcessor，前端机）,前端处理机的功能不断增强，计算机退出对分组交换过程的直接干预,基于独立前端处理机的分组交换系统,交换机系统结构,2.4路由节点上的通信,一个路由节点可能连接多个网络，当其中一个端口的数据分组传来时，它需要判断是丢弃还是转发到另一个网络或是对所有的端口都进行转发。,路由器：连接互连网的核心设备，主要作用是选择最佳路径，将数据包转发到目标网段。是一种智能化的网络设备，象我们的PC一样，有主板、CPU、内存和操作系统，它能识别数据包中的IP地址信息，然后选择合适的路径，将数据包转发到下一个节点。路由表，指的是路由器或者其他互联网网络设备上存储的表，该表中存有到达特定网络终端的路径，在某些情况下，还有一些与这些路径相关的度量。,2.4.1路由器与路由表,2.4.1路由器与路由表,无线路由器,路由器与路由表,路由器与路由表,路由表分类,静态路由表静态路由表通常是指手动增加的路由表,根据网关连接的网段进行设置动态路由表动态（路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议（RoutingProtocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。,2.4.2路由器的组成,网络接口（从大的方面来说，网络接口可以分为局域网接口，如已太网接口。和广域网接口，如各种通用串行口，两种）路由器软件路由交换单元路由器队列（其基本的集中队列调度算法有：基于时标的IP分组调度算法，基于轮转的调度算法，基于优先级的调度算法）,路由器在网际互连中的作用,路由器的构成当主机A要向另一个主机B发送数据报时，先要检查目的主机B是否与源主机A连接在同一个网络上。如果是，就将数据报直接交付给目的主机B而不需要通过路由器。但如果目的主机与源主机A不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。,直接交付和间接交付,间接交付,间接交付,间接交付,A,B,C,直接交付,直接交付,直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器,“转发”和“路由选择”的区别,“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。“路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别，,每一个结点的转发表,1,2,4,3,目的站下一跳,1直接233343,结点1的转发表,对结点1的转发表的第一个项目的解释：,若到达结点1的分组的目的地址是结点1上的主机，则下一跳就是直接交付而不必再转发其他结点。,每一个结点的转发表,1,2,4,3,目的站下一跳,132直