1-3 计算机网络拓扑结构、性能.ppt

1、第三讲 计算机网络的拓扑结构和 性能指标,第一章 计算机网路的概述,一、计算机网络的拓扑结构 二、计算机网络的性能指标 带宽 时延 时延带宽积和往返时延,计算机网路的拓扑结构和性能指标,教学内容,计算机网络拓扑的定义,计算机网络拓扑:将计算机或结点交换机、路由器等抽象成点，将通信链路抽象成线，是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系;,拓扑学：是几何学的一个分支。它把实体抽象成与其大 小、形状无关的点，将连接线路抽象成线，进而只研究 点、线、面之间的关系。,计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型;,拓扑设计是建设计算机网络的第一步，也是实现各种网络协

2、议的基础，它对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。,计算机网路的拓扑结构,计算机网络拓扑的分类,网络拓扑,计算机网路的拓扑结构,星形拓扑：结点通过点对点通信线与中心连接。中心结点控制全网的通信，任何两结点之间的通信都要通过中心结点。,点对点线路中通信子网的拓扑,【特点】：结构简单、易于实现，便于管理，但可靠性较差，中心结点的故障可能造成全网的瘫痪。,计算机网路的拓扑结构,A,B,环形拓扑：结点通过点对点通信线路连接成闭和环路；环中数据将沿一个方向逐站传送。,点对点线中通信子网的拓扑,【特点】：结构简单、传输时间确定。但可靠性较差，环中任何一个结点出现线路故障，则可能造成网络瘫痪；环结点

3、的加入和撤出过程都比较复杂。,计算机网路的拓扑结构,点对点线中通信子网的拓扑,树形拓扑：结点按层次进行连接，信息交换主要在上、下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。,【特点】：可以看成是星形拓扑的一种扩展。,计算机网路的拓扑结构,网状形拓扑：又称为无规则型。结点之间的连接是任意 的，没有规律。,点对点线中通信子网的拓扑,【特点】：系统可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择与流量控制方法。,目前实际存在 于使用的广域 网结构，基本 上都是采用网 状拓扑构型。,计算机网路的拓扑结构,一、带宽(bandwidth),“带宽”本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、

4、兆赫、吉赫等）。 在计算机网络中，“带宽”是单位时间内数字信道所能传送的“最高数据率”，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 带宽有时也称为吞吐量（throughput）。在实际应用中，吞吐量表示每秒发送的比特数（或字节数、帧数）,计算机网路的性能指标,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：在计算机界，K = 210 = 1024， M = 220, G = 230, T = 240。,计算机网路的性能指标,在时间轴上信号的

5、宽度随带宽的增大而变窄。,计算机网路的性能指标,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。 由几个不同的部分组成： 发送时延 传播时延 处理时延 排队时延,二、时延（delay或latency),计算机网路的性能指标,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。,计算机网路的性能指标,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 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。,计算机网路的性能指标,电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0105km/s。在铜线电缆中的传播速率为2.3105km/s，

6、在光纤中的传播速率为2.0105km/s。例：1000km长的光纤线路产生的传播时延大约为5ms。,信号传输速率（发送速率）和电磁波在信道上的传播速率是两个完全不同的概念，因此不能将发送时延和传播时延弄混淆。,计算机网路的性能指标,能否说：比特在宽带上跑的快，在窄带上跑的慢？,正确的概念：宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。只是宽带中比特之间的间隔缩短了，每秒内发送的比特数更多一些。,处理时延主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。 排队时延分组在进入路由器后要先在输入对列中排队等待处理。在路由器确定转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。 排队时延的长短往往取决于网络中当

7、时的通信量。,计算机网路的性能指标,计算机网路的性能指标,四种时延所产生的地方,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+排队时延,在总时延中，哪一个时延占主导地位？,例：假定有一个长度为100MB的数据块，在带宽为1Mb/s的信道上的发送时延是10010485768106=838.9s，即将近要用14分钟才能把这样大的数据块发送完毕。若将这样的数据块用光纤传送到1000km远的计算机，那么每一个比特在1000km的光纤上只需用5ms就能传送到目的地。对于这种情况，发送时延占主导地位。 再看一个例子。要发送的数据仅有一个字节。在1

8、Mb/s的信道上的发送是8106=8us。当传播时延为5ms时，总时延是5.008ms，传播时延占主导地位。,计算机网路的性能指标,注意：不能笼统地认为“数据的发送速率越高传送得就越快”。因为总时延是由三种时延组成的，不能仅考虑发送时延一项。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。提高链路的带宽只是减小了数据的发送时延。,三、时延带宽积,时延带宽积 = 传播时延 带宽,链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。,计算机网路的性能指标,这个圆柱形管道代表链路，管道的长度是链路的传播时延（请注意，现在以时间作为单位来表示链路的长度），管道的截面积是链路的带

9、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。 往返时延带宽积的意义在于：当发送端连续发送数据时，在收到对方确认之前已经将这样多的比特发送到链路上了。,往返时延RTT (Round-Trip Time),计算机网路的性能指标,往返时延带宽积 = 往返时延 带宽,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。,四、利用率,计算机网路的性能指标,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。 若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系：,U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。,计算机网路的性能指标,四、利用率,时延 D,利用率 U,1,0,D0,时延 急剧 增大,计算机网路的性能指标,费用 质量 标准化 可靠性 可扩展性和可升级性 易于管理和维护,五、计算机网络的非性能特征,计算机