计算机网络与交换技术

计算机网络与交换技术计算机网络定义及分类主要内容计算机网络的定义计算机网络的传输技术计算机网络的覆盖范围计算机网络的交换技术计算机网络的性能指标计算机网络关键点地理分散独立功能通信系统共享资源信息交流计算机网络：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系统集合。联网的目的在于实现资源共享和信息交流。计算机网络的元素计算机网络功能计算机网络的功能资源共享通信功能多媒体可视化功能优点资源共享高可靠性节约经费扩展性强大通信手段应用访问远程信息个人—个人通信交互娱乐（VoD,游戏…）电子商务移动计算email协同工作视频会议电子商务计算机网络功能客户机-服务器模式对等模式（peer-to-peer）一般是层叠网无固定的服务器无固定的客户机没有集中控制中心移动计算与无线网络随时随地与Internet连接的需求军事应用智能停车场、自动售货机、水/电/气表M-commerce􀂀可穿戴计算机􀂀无线个域网􀂀智能手表/传感器广播网路只有一个通信信道，为网络上所有的机器所共享。点—点网络由许多一对对计算机间的连接组成。局域网络（LAN）覆盖的地理范围为一座建筑物、一个校园、一个企业…特性范围：覆盖距离一般为几km左右传输技术：广播式，共享介质拓扑结构：总线型、环型城域网(MAN)广域网(WAN)无线网络家居网络交换技术网络交换技术共经历了四个发展阶段：电路交换技术报文交换技术分组交换技术ATM技术（异步传输模式）电路交换技术应用公众电话网（PSTN网）移动网（包括GSM网和CDMA网）基本特点采用面向连接的方式交换的三个阶段在双方进行通信之前，需要为通信双方分配一条具有固定带宽的通信电路，通信双方在通信过程中将一直占用所分配的资源，直到通信结束，并且在电路的建立和释放过程中都需要利用相关的信令协议1.建立连接2.通信3.释放连接交换技术（续）电路交换：由于电路交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成），因而有以下优缺点：优点：①由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小。②通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。③双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。④电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。⑤电路交换的交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。交换技术（续）缺点：①电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。②电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。③电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。两部电话连通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，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在这里，“交换”(switching)的含义就是转接——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。报文交换1101000110101010110101011100010011010010报文交换（续）报文交换（续）分组交换报文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。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输添加首部构成分组数据数据数据报文每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组1分组2分组3请注意：现在左边是“前面”分组交换的传输单元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。收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据最后还原成原来的报文数据数据数据最后，在接收端把收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。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换（续）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。H1H5H2H4H3H6路由器网络网络核心部分主机H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5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H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1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主机是为用户进行信息处理的，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。可靠保证可靠性的网络协议；分布式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。三种交换的比较报文报文报文ABCDABCDABCD报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文连接释放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分组交换与电路交换分组交换与电路交换的区别静态地/动态地保留所要带宽收费方法不同分组交换比电路交换优在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交换节点动态调整数据包的路由未用频带可为其他分组利用分组交换与报文交换􀂀分组交换与报文交换的区别包交换限制数据包最大尺寸􀂀分组交换比报文交换的优势传输延迟短如何评价计算机网络计算机网络的性能传输能力传输速度发送延迟和传输延迟发送延迟/传输延迟：使数据块从节点进入传输介质所需要的时间数据块从第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发送完毕所需要的时间。传播延迟传播延迟：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间􀂀电磁波在空中的传播速率（光速）=3.0*105km/s􀂀电磁波在铜线电缆中的传播速率=2.3*105km/s􀂀电磁波在光纤中的传播速率=2.0*105km/s处理延迟处理延迟：交换节点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间当网络拥塞时排队延迟占很大的比重。总时延总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延数据发送速率越高传送得越快？在1Mbps的信道上发送一个字节发送延迟=8/106=8us传播延迟=5ms总延迟=5.008ms􀂀高速网络链路提高的只是数据的发送速率而不是比特在链路路上的传播速率􀂀提高链路带宽只是减小数据的发送延迟