计算机网络的基本概念

1、,计算机网络原理,主讲： 王 辉 计算机学院,网络和互联网,本课程的性质,计算机网络原理 = 计算机技术 + 通信技术。 隶属关系：计算机专业基础课程。 学时数：40学时（理论）+ 8学时（实验）。 主要讲述：计算机网络的概念和基本原理。 课程主线：TCP/IP参考模型。,本课程的主要任务,本课程是关于计算机网络专业的基础课程。通过本课程的学习，掌握计算机网络的基本概念和基本原理，熟悉数据通信的原理，重点掌握计算机网络的组成与体系结构、OSI参考模型及TCP/IP模型。结合当前主流局域网和互连网介绍物理层与数据链路层的主要功能与技术，结合TCP/IP协议簇重点介绍网络层、传输层和应用层的主要功

2、能和技术。最终培养学生具备一定的网络配置管理能力，为今后从事计算机网络的应用、设计与开发打下基础。,本课程的主要内容,让我们先看一个实例：假设有一批货物从A地邮寄到B地，How?,1）货物打包，填写发出地和目的地,2）可以通过公路，也可通过铁路、水路和航空,3）现假设为公路，有山、川阻隔,4）公路分支，设路标,5）要求对方能够接收、识别货物,6）对货物运输过程中的丢失等进行检查,信息编码与封装。,传输媒介。,网络互连。,路由（如何寻找到达目的地的路径）。,网络通信协议。,检错/纠错。,7）限速、红绿灯标识,8）公路维护、管理部门,9）公路巡警,另外：作为司机，应拥有交通地图手册,还有哪些交通（

3、海、陆、空）方面的问题可以与网络相对应？,流量控制/拥塞控制。,网络管理。,网络安全。,网络拓扑。,某条路线暂时戒严，使某个车辆通过RSVP. 资源预留协议：预先预留一定的网络资源，比如带宽等等，给相应的流量，通路上所有设备必须都支持rsvp，预留才会成功。对于需要保证带宽和时延的业务，如语音传输，视频会议等具有十分重要的作用。 救火车、救护车、警车等优先主动网络。,教 材,计算机网络 肖锋 科学出版社,参考书,1.计算机网络（第5版） 谢希仁 电子工业出版社,授课方法,以课堂多媒体教学为主，结合一定的上机实践环节。 理论知识点讲述+实例分析+答疑； 分章讲述+习题讲述+综合复习； 交换机和路

4、由器的基本配置以及VLAN划分； 讲授静态路由和动态路由的实际配置； 联系方式：,本课程的考核方法,总成绩考试成绩平时成绩 + 实验成绩 平时：点名、提问、作业 实验：点名、实验完成效果、实验报告,实验安排（工1-204）,第 1 章 计算机网络的基本概念,1.1 计算机网络的定义 1.2 计算机网络的形成与发展 1.3 计算机网络的类型 1.4 计算机网络的功能和应用 1.5 计算机网络的组成与结构 1.6 计算机网络的拓扑结构 1.7 网络有关的标准组织与管理机构 1.8 补充内容,1.1 计算机网络的定义,计算机网络:是指将地理位置不同 且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在

5、一起、遵循共同的网络协议、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。,互连接的计算机之间不存在互为依赖的关系。,网络中的计算机通常都处于不同的地理位置。,功能独立的计算机系统（软、硬件） 通信线路（通信媒体、通信设备） 网络操作系统（单机OS功能+网络通信协议+网络资源管理+网络服务） 资源共享（硬件、软件，如程序、数据库、存储设备、打印机） 计算机网络的根本目的是实现资源共享。,1.2 计算机网络的形成与发展,1 计算机网络的初级阶段 2 计算机网络通信 3 标准、开放的计算机网络 4 高速、智能的计算机网络,1初级阶段,远程联机系统（20CEN，50-60年代）,公用电话网,专门

6、处理通信任务，将计算机解放出来专门用于处理数据,采用前端机和集线器的计算机网络,远程联机系统的发展,典型代表：美国半自动地面防空系统SAGE,Computer,T,T,T,PSTN,2 计算机网络通信,分布在不同地点的计算机通过通信线路互联成计算机-计算机的网络：ARPANET,资源子网与通信子网结构,将应用与通信功能从逻辑上分离，产生了通信 子网与资源子网的概念,Host,资源子网,通信子网,3 .国际标准化的计算机网络,国际标准化组织（ISO）于 1977 年成立了专门的机构从事“开放系统互连”问题的研究，目的是设计并提供一个标准的网络体系模型。 1984年 ISO 颁布了 “开放系统互连

7、基本参考模型” ， 这个模型通常被称作 OSI 参考模型。 OSI 参考模型的提出对推动网络体系结构理论的发展起了很大的作用， 并引导着计算机网络走向开放的标准化的道路，同时也标志着计算机网络的发展步入了成熟的阶段。,为什么标准化？ 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体系结构的标准化的原动力。,4 高速、智能的计算机网络,高速： 带宽的增加达到Gbps 互连： Intranet Extranet Internet/Internet 智能： 服务（QoS） 管理,小 结,在计算机网络技术复杂的演变过程中，有三个重要的里程碑。 第一个里程碑：以报文（Message）或分组（Packet）

8、交换技术为标志，如1968年美国国防部的高级研究计划局开始建设的以存储转发（store-and-forward）技术为基础的ARPANET。,第二个里程碑：以1980出现的开放式系统互联参考模型（OSI/RM）为标志。 第三个里程碑：以Internet的迅速发展与推广为特征。,小结（续）,1.3 计算机网络的类型,计算机网络有多种分类标准，如按传输技术、通信介质、按数据交换方式、通信速率和使用范围等。,最普遍的是按地理范围（广域网，城域网，局域网） 按传输介质（双绞线，同轴电缆，光纤，无线网） 使用网络的对象（公用网，专用网） 按网络传输技术 （广播式，点到点式） 按传输速度（低速网络和高速网

9、络） 按逻辑功能可分为（资源子网和通信子网） 按拓扑结构分（星，环，总线，树，网）,按地理范围划分： 局域网（Local area networks ，LANs) 范围：小，10KM 传输技术：基带，10Mbps-1000Gbps，延迟低，出错率低 拓扑结构：总线，环 广域网（Wide area networks ，WANs) 范围：大，100KM 传输技术：宽带，延迟大，出错率高 拓扑结构：不规则，点到点 城域网（Metropolitan area networks ， MANs) 范围：中等，100KM 传输技术：宽带/基带 拓扑结构：总线,按通信所使用的介质 分为有线网络和无线网络。有线

10、网络是指采用有形的传输介质如铜缆、光纤等组建的网络；而使用微波、红外线等无线传输介质作为通信线路的网络属于无线网络。 按使用网络的对象 分为公众网络和专用网络。公众网络是指对所有公众开放、用于为公众提供服务的网络，如 Internet；而专用网络是指专门为特定的部门或应用而设计的网络，如银行系统的网络。,按通信传播方式分类 ： 点对点传播方式的网络： 由一对对机器间的多条链路构成。这种网络上的报 文分组在信源和信宿之间需通过一台和多台中间设 备进行传播。 广播方式网络： 仅有一条通道，由网络上所有的计算机共享。,广播式的网络的两个特点,1.任何一台计算机发出的消息都能够被所有连结到这条共享通信

11、信道上的其他计算机收到，接收到信息的计算机根据消息报文中的目的地址来判断是进一步处理该收到的报文还是丢弃该报文； 2.是任何时间内只允许一个结点使用信道，从而在广播式网络中需要为信道争用提供相应的解决机制。,一般来说，局域网络使用广播方式；广域性网络使用点对点方式。,总线型,星 型,环 型,树 型,网状型,混合型,按拓扑结构分类：,功能：,1.4 计算机网络的功能和应用,资源共享：程序、打印机 数据通信：快速传输信息如E-MAIL 资源的可用性与可靠性：平衡负载、后备 任务的分布处理 数据信息的集中和综合处理：网络数据库应用系统,计算机网络的应用,信息检索 现代化的通信方式 办公自动化 管理信

12、息系统 电子商务 远程教育与E-Learning 生活娱乐,1.5 计算机网络的组成与结构,计算机网络 = 资源子网 + 通信子网,网络逻辑划分：资源子网与通信子网,资源子网 提供用户访问网络和处理数据的能力。 包括加入网络的所有的计算机、终端外设及各种软件和数据资源 通信子网 提供网络的通信功能（数据的传输与转发） 包括通信处理机通信设备与通信线路,资源子网：负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。资源子网由主计算机、终端以及相应的 I/O 设备、各种软件 资源和数据资源构成。 主计算机（HOST)：可以是大、中小型机，工作站或微机， 拥有各个终端用户所要访问的资源，

13、是承担数据处理任务的计算机系统。 终端（Terminal）：用户进行网络操作时所使用的末端设备。,通信子网：负责为资源子网提供数据传输和转发等通信处 理能力。通信子网主要由通信控制处理机、通信链路及其 他通信设备如调制解调器等组成。 通信控制处理机（CCP）：是一种处理通信控制功能的计算 机，按照它的功能和用途，可以分为存储转发处理机、网 络协议变换器和报文分组组装/拆卸设备等。 通信控制处理机主要功能包括： 网络接口功能-实现资源子网和通信子网的接口功能； 存储/转发功能-对进入网络传输的数据信息提供转接功能； 网络控制功能-为数据提供路径选择、流量控制等功能。,1.6 计算机网络的拓扑结构

14、,来自离散数学中的图论,所谓“拓扑”：就是把所研究的实体抽象成与其大小、形状无关的“点” ，而把实体之间的联系抽象成“线” ，进而以“图”的形式来表示和研究这些点与线之间关系的一种数学方法。这种表示点和线之间关系的“图”被称为拓扑结构图，简称拓扑图。 拓扑就是把实体抽象成与其大小、形状无关的点、将连接实体的线路抽象成线来研究这些点、线特性的方法。,网络的拓朴结构： 将通信子网中的具体设备视为“点或线”采用拓朴学的方法抽象出的关于节点与链路的几何构型 常见的网络拓朴结构 总线型 星型 树型 环型 网状型,1.6 计算机网络的拓扑结构,常见的网络拓扑结构,总线型,星 型,环 型,树 型,网状型,混

15、合型,为什么要研究网络的拓朴结构,网络拓朴结构反映了计算机网络中各设备结点之间的内在结构关系，是决定网络性能的主要因素。 构造网络时，首先要选择采用何种网络拓朴结构来物理连接所有的节点与计算机。,1、总线型 特点：所有节点直接连到一条物理链路 上，除此之外节点间不存在任何其他连接。 说明：广播式通信方式：每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送的信号 优点： 结构简单、易于扩充、投资省 缺点： 1、线路出现故障时，整个网络瘫痪 2、广播式竞争多址通信协议不利于网络业务量 的增加，在重负荷下，网络性能急剧恶化。可靠性和灵活 性差，传输延时不确定,2、星型 特点：网络由各节点以中央节点为中心相连接

16、， 各节点与中央节点以点对点方式连接。任何两点 之间的通信都要通过中心结点。 优点：结构简单、实现容易、便于管理 缺点：1、可靠性较差, 中心节点成为全网可靠 性的关键 2、投资较大,扩展星型(campus-based),星型结构的重复( 中央星型拓朴上的节点是另一个星型拓朴的中心节点). 减少了链路与设备的投资 优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可隔离某些网络流量,3、环型 特点：各结点通过通信线路组成闭合环路，每个 节点只与相邻的两个节点相连。环中的数据沿一 个方向传输。每个节点必须将信息转发给下一个 相邻的节点。 优点： 结构简单、实现容易 缺点： 1、扩充不如总线型容易 2、可靠

17、性差，环中任何一个结点出现故 障都会导致全网瘫痪,双环(FDDI),两个非相连的独立同心环 主环+备用环（同一时刻只有一个环在使用） 优点：在单环之上增加了高度的可靠性。 缺点：维护与管理复杂，投资大,4、树 型 （层次结构LAN/WAN） 特点：树型网络拓扑是星型网络拓扑的扩展 数据流具有明显的层次性,A,C,D,5、网状型 特点：结点间的连接是任意的，没有规律，网 络的任一结点一般至少有两条链路与其 它结点相连。 优点：系统可靠性高 缺点：结构复杂,A,完全网状结构,每一个节点均与其他每一个节点直接相连。 数据的传输有赖于所采用的网络设备 优点：多条链路提供了冗余连接 缺点：链路随着节点数

18、目的增加呈指数增长。,在一些庞大复杂的应用系统中，有时需要将各种拓扑结构的局域网连接在一起而组合成复合型的拓扑结构。,6、混合型,关于网络拓扑结构的说明,1、局域网的基本拓扑结构：总线型 星型 环型 2、广域网的网络基本形式：网状拓扑 3、局域网中经常使用的混合拓扑：总线型-星型 4、网络拓扑是决定网络性能的主要因素,1.7 列出制定连网标准的组织标准和网络标准化组织, 标准: 是用于确保材料、产品、处理和服务达到要求的指导性技术规范或其他精确准则的一组文档化协议。,制定网络标准的必要性：由于以前网络界所使用的硬件、软件种类繁多，如果没有标准，可能由于一种网络硬件不能与另一种兼容，或者因一个网

19、络应用程序（网络操作系统和网络应用软件） 不能与另一个通信而不能进行网络设计。 例如，一个厂商的1 厘米宽网络电缆插头另一公司生产的槽口为0 . 8 厘米宽，则无法将电缆插入这种槽口,著名的标准化组织：ANSI、ISO、ITU、IEEE .,重要的网络标准化组织ANSI、EIA、IEEE,ANSI：（American National Standards Institute 美国国家标准协会）负责制定电子工业的标准，此外也制定其他行业的标准，如化学和核工程、健康和安全。 A N S I 标准的一个例子即是ANSI T1 .2 4 0 - 1 9 9 8 ，“电信操作、管理、维护、供应操作系统和

20、网络部件之间接口的通用网络系统信息模型”。可通过A N S I 网站（w w w. a n s i . o rg ）在线购买A N S I 标准文档。 E I A ：（Electronic Industries Association 电子工业联盟）是一个商业组织，其代表来自全美各电子制造公司。涉及到电视机、半导体、计算机以及网络设备。该组织不仅为自己的成员设定标准，还帮助制定A N S I 标准。从网站h t t p : / / w w w. e i a . o rg ，你可获得更多的E I A 信息。,I E E E ：（Institute of Electrical & Electron

21、ic Engineers 电气与电子工程师学或称为I - 3 - E ），是一个由工程专业人士组成的国际社团，其目的在于促进电气工程和计算机科学领域的发展和教育。I E E E 主办大量的研讨会、会议和本地分会议，发行刊物以培养技术先进的成员。同时，I E E E 有自己的标准委员会，为电子和计算机工业制定自己的标准，并对其他标准制定组织如A N S I 的工作提供帮助。,重要的网络标准化组织ISO 、ITU, I E E E 技术论文和标准在网络专业受到高度重视。I E E E 标准的例子：“信息技术2 0 0 0 年测试方法”、“虚拟桥接局域网”，以及“软件项目管理计划”。网站http:/

22、 提供在线订购。 I S O ：International Standardization Organization, 国际标准化组织）是一个代表了1 3 0 个国家的标准组织的集体。I S O 的目标是制定国际技术标准以促进全球信息交换和无障碍贸易。但“I S O ”并不只意味着是一个首字母缩略字。实际上，在希腊语中，“I S O ”意味着“平等”。通过这个词汇表达了组织对标准的贡献。在I S O 大约1 2 , 0 0 0 标准中，仅有大约5 0 0 个应用于计算机相关的产品和功能中。网址：http:/www. iso.ch I T U :（Internationa

23、l Telecommunications Union 国际电信同盟）是联合国特有的管理国际电信的机构，它管理无线电和电视频率、卫星和电话的规范、网络基础设施、全球通信所使用的关税率。它为发展中国家提供技术专家和设备以提高其技术基础。,1.8 补充内容,1.8.1 网络的主要性能指标 1.8.2 数据交换技术,1.8.1 网络的主要性能指标,计算机网络的最主要的两个性能指标就是带宽与时延,带 宽,“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）。 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)。

24、带宽代表数字信号的发送速率，也叫吞吐量（throughput）,常用的带宽单位,更常用的带宽单位是 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：在计算机中数据量常用字节为单位，1Byte=8bit K = 210 = 1024，M = 220，G = 230， T = 240,时延(delay 或 latency),时延是指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,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,数据,链

25、路,时延(delay 或 latency),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,发送时延(delay 或 latency),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。也就是从数据块的第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发送完毕所需的时间，也称传输时延。 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。,传播时延(delay 或 latency),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。 电磁波在自由空间的速度：3.0105km/s， 在铜线电缆中2.3105

26、km/s， 在光纤中2.0105km/s。,电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0105km/s。 电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间略低一些: 在铜线电缆中的传播速率约2.3105km/s。 在光纤中的传播速率约2.0105km/s。,传播时延(delay 或 latency),例 题,收发两端的传输距离为1000km，信号在媒体上的传播速率为2108m/s。试计算以下两种情况的发送时延和传播时延： （1）数据长度为107bit，数据发送速率为100Kb/s （2）数据长度为103bit，数据发送速率为1Gb/s,发送时延为100s，传播时延为5ms,发送时延为110-6s，传

27、播时延为5ms,总 结,若数据长度大而发送速率低，则在总的时延中，发送时延往往大于传播时延。 但若数据长度短而发送速率高，则传播时延又可能是总时延中的主要成分。,处理时延(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。 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。 处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。 有时可用排队时延作为处理时延。,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,数据,从结点 A 向结点 B 发送数据,链路,三种时延产生的地方,总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延,容易产生的

28、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。 荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率与数据的发送速率并无关系。 提高链路带宽只是减小了数据的发送时延。,数据的发送速率的单位是每秒发送多少个比特，是指某个点或端口上的发送速率。 传播速率是每秒传播多少公里，是指传输线路上比特的传播速率。 “光纤信道的传输速率高”是指向光纤信道的发送数据的速率可以很高，而光纤信道的传播速率实际上比铜线的传播速率还低。,容易产生的错误概念,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,往返时延：表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收

29、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。,某段链路的传播时延为20ms,带宽为10Mb/s，时延带宽积则为 .,时延带宽积,2105bit,表示若发送端连续发送数据，则在发送的第一个比特到达终点时，发送端已经发送20万个比特，这些比特都在链路上传输。 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。,往返时延 RTT,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。,1.8.2 数据交换技术,60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局ARPA (Advanced R

30、esearch Project Agency) 提出要研制一种生存性(survivability)很强的网络。 传统的电路交换(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被炸毁，则整个通信电路就要中断。 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。,数据交换技术的分类,电路交换（circuit switching） 报文交换（message switching） 分组交换（packet switching）,1、电路交换的主要特点,两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。,更多的电话机互相连通,5 部电话机两两相连

31、，需 10 对电线。 N 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2 对电线。 当电话机的数量很大时，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,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,“交换”的含义,“交换”(switching)的含义是： 转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。,电路交换的特点,电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段： 建立连接 通信 释放连接,电路交换举例,A 和 B 通话经过四个交换机 通话在 A 到 B 的连接上进行,(,

32、(,(,(,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,电路交换举例,C 和 D 通话只经过一个本地交换机 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,B,D,C,A,电路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。 这导致通信线路的利用率很低。,必须先呼叫接通两点之间的线路，方可开始通信； 不同速率和不同电码的用户之间不能进行交换； 信息时延短，且固定不变，数据以固定的路径、顺序、容量、速率进行传输； 适用于连续、大批量的数据传输。 计算机数据具有突发性，导致通信线路的利用率低 优点

33、：时延小，实时性强，适用于交互通信。 缺点：对突发性通信不适应，线路利用率较低；无存储数据能力；无数据转换能力；无差错控制能力。,电路交换的特点,报文交换技术是一种存储转发(Store And Forword)技术，它是利用计算机带有大量的外存设备来完成交换的。 报文交换方式中，两个站点间无需建立专用通道（不需要呼叫，拆线），交换设备的输入线和输出线之间也不必建立物理连接。,2、报文交换,报文交换,报文交换不是为整个对话在两个站点之间建立一条专用路径，而是将对话分解成一份份的报文，每一个报文用它的目的地址封装起来； 然后通过网络，交给交换设备IMP(接口信息处理机)，交换设备存储报文，并根据报

34、文的目的地址，选择一条合适的空闲输出线，将报文传送出去。,与电路交换一样，报文在传输过程中，也可能经过若干交换设备。 将对话分解成一份份的报文，每一个报文用它的目的地址封装起来； 在每一个交换设备处，报文首先被存储起来，并且在待发报文登记表中进行登记，等待报文前往的目的地址的路径空闲再转发出去。,报文交换,优点：线路利用率高；信道可为多个报文共享；接收端和发送端无需同时工作，在接收方“忙”时，报文可以暂存交换设备处；可同时向多个目的站点发送同一报文；能实现差错控制和纠错处理； 缺点：信息延迟长，从发送到接收之间的延迟为1分钟或更长，因此，不适用于实时通信或交互通信，也不适用于交互式的“终端-主

35、机”连接。,报文交换特点,3、分组交换,分组交换也称为包交换。它把一个报文分成若干个较短的报文分组（或信息包），以分组（包）为单位进行传输。 每个分组除了包含收发节点的地址及控制信息外，还包含了分组编号。各分组可按不同的路径进行传输，当各分组都到达目的节点后，目的节点可按分组的编号重组报文。 由于分组较为短小，适合在交换机的主存储器中存储转发，因此改善了分组的接续和传输延迟时间。 分组交换又分为无连接的数据报（Datagram）方式和面向连接的虚电路（Virtual Circuit）方式。,报文,分组交换的原理（一）,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。,数 据,数 据,数

36、 据,分组交换的原理（二）,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,分组交换的原理（三）,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）。,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有地址等控制信息。 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。 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）,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理（五）,最后，在接收端把收

37、到的数据恢复成为原来的报文。 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。,因特网的核心部分,网络核心部分是因特网中最复杂的部分。 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。 在网络核心部分起特殊作用的是路由器。 路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。,因特网的核心部分,因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。 在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连

38、接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。 主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。,路由器的重要任务,路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。,H1,H5,H2,H4,H3,H6,路由器,网络,网络核心部分,主机,H1,H5,H2,H4,H3,H6,发送的 分组,路由器,A,E,D,B,C,网络核心部分,主机,分组交换网的示意图,H1,A,互联网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H

39、5 发送分组,H2 向 H6 发送分组,注意分组路径的变化！,路由器,主机,注意分组的存储转发过程,H1,A,互联网,B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 发送分组,路由器,主机,在路由器 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口,最后到达目的主机 H5,在路由器 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口,在路由器 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口,路由器,在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。 路由器处理分组的过程是： 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）； 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发； 把分组送到适当的端口转发出去。,主机和路由器的作用不同,主机

40、：为用户进行信息处理，并向网络发送分组，从网络接收分组。 路由器：对分组进行存储转发，最后把分组交付目的主机。,分组交换的优点,高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 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。 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,分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 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。 又分为数据报和虚电路两种不同的包交换,三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,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,三种交换的比较,若要连续传送大量的数据，且其传输时间远远大于连接建立时间，则电路交换具有传输效率较快的优点。 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时