计算机网络02讲

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资源描述

1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。2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。3三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4ARPANET的成功使计算机网络的概念发生根本变化早期的面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。分组交换网则是以网络为中心,主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。5从主机为中心到以网络为中心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网61.2.2因特网时代因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的,这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。7因特网发展的第一阶段第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。ARPA研究多种网络互连的技术。1983年TCP/IP协议成为标准协议。同年,ARPANET分解成两个网络:ARPANET——进行实验研究用的科研网MILNET——军用计算机网络1983~1984年,形成了因特网Internet。1990年ARPANET正式宣布关闭。8因特网发展的第二阶段1986年,NSF建立了国家科学基金网。NSFNET。它是一个三级计算机网络:主干网地区网校园网1991年,美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营,并开始对接入因特网的单位收费。1993年因特网主干网的速率提高到45Mb/s(T3速率)。9三级结构的因特网各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网路由器10三级结构的因特网主机到主机的通信可能要经过多种网络。校园网校园网校园网校园网校园网校园网国家主干网地区网地区网地区网11因特网发展的第三阶段从1993年开始,由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的ISP网络所代替。1994年开始创建了4个网络接入点NAP(NetworkAccessPoint),分别由4个电信公司经营。NAP就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初,美国的NAP的数量已达到十几个。从1994年到现在,因特网逐渐演变成多级结构网络。12多级结构的因特网大公司地区ISP网络接入点NAP(对等点)公司校园网主干服务提供者校园网校园网校园网校园网本地ISP地区ISP地区ISP地区ISP本地ISP本地ISP大公司大公司网络接入点NAP(对等点)主机到主机的通信可能经过多种ISP。13今日的多级结构的因特网大致上可将因特网分为以下五个接入级网络接入点NAP国家主干网(主干ISP)地区ISP本地ISP校园网、企业网或PC机上网用户141.2.3关于因特网的标准化工作因特网协会ISOC因特网研究指导小组IRSG因特网研究部IRTF因特网工程部IETF因特网工程指导小组IESG…RGWG……RG…领域领域因特网体系结构研究委员会IABWGWGWG15制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段因特网草案(InternetDraft)——在这个阶段还不是RFC文档。建议标准(ProposedStandard)——从这个阶段开始就成为RFC文档。草案标准(DraftStandard)因特网标准(InternetStandard)161.2.4计算机网络在我国的发展(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)171.3计算机网络的分类1.3.1计算机网络的不同定义最简单的定义:计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。因特网(Internet)是“网络的网络”。1.3.2几种不同的分类方法从网络的交换功能进行分类从网络的作用范围进行分类从网络的使用者进行分类181.3.2几种不同的分类方法(一)从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191.3.2几种不同的分类方法(二)从网络的作用范围进行分类广域网WAN(WideAreaNetwork)局域网LAN(LocalAreaNetwork)城域网MAN(MetropolitanAreaNetwork)接入网AN(AccessNetwork)20广域网、城域网、接入网以及局域网的关系城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……211.3.2几种不同的分类方法(三)从网络的使用者进行分类公用网(publicnetwork)专用网(privatenetwork)221.3.2几种不同的分类方法(三)从拓扑结构划分计算机网络按拓朴结构分为:星型网络、环型网络、总线型网络、树型网络、网状型网络。231.4计算机网络的主要性能指标1.4.1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常用的带宽单位更常用的带宽单位是千比每秒,即kb/s(103b/s)兆比每秒,即Mb/s(106b/s)吉比每秒,即Gb/s(109b/s)太比每秒,即Tb/s(1012b/s)请注意:在计算机界,K=210=1024M=220,G=230,T=240。25数字信号流随时间的变化在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒106个比特时间1010111s带宽为1Mb/s时间每秒4106个比特0.25s带宽为4Mb/s26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。发送时延=数据块长度(比特)信道带宽(比特/秒)27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。信号传输速率(即发送速率)和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。传播时延=信道长度(米)信号在信道上的传播速率(米/秒)28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。29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30三种时延所产生的地方1011001…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数据从结点A向结点B发送数据链路31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。例1:一个长度为100MB数据块在带宽为1Mb/s信道上,用光纤传送到1000km和1km远的目的计算机所需的时间。发送时延=100*2^20*8/10^6=838.9s,1000km的传播时延=1000/200000=0.005s=5ms,若传播距离为1km,则传播时延会减小到原来的千分之一32容易产生的错误概念例2:在带宽分别是1Mb/s和1Gb/s的情况下,用光纤传送一个字节的数据到1000km远的目的计算机上所需的时间。在1Mb/s的信道上,发送时延=8/106=8us,传播时延为5ms,总时延=5.008ms,即使将信道的带宽提高到1Gb/s,总时延也不会减少多少,331.4.3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链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。时延带宽积34例:设某段链路的传播时延为20ms,带宽为10Mb/s,则时延带宽积=20*10-3*10*106=2*105bit。这表示,若发送端连续发送数据,则在发送的第一个比特即将到达终点时,发送端就已经发送了20万个比特,而这20万个比特都正在链路上传输。35往返时延RTT往返时延RTT(Round-TripTime)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。36习题1、试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x(bit),从源站到目的站共经过k段链路,每段链路的传播时延为d(s),数据率为C(bit/s)。在电路交换时电路的建立时间为s(s)。在分组交换时分组长度为p(bit),且各结点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下,分组交换的时延比电路交换的要小?37答案对电路交换,当t=s时,链路建立;当t=s+x/C,发送完最后一bit;当t=s+x/C+kd,所有的信息到达目的地。对分组交换,当t=x/C,发送完最后一bit;为到达目的地,最后一个分组需经过k-1个分组交换机转发,每次转发的时间为p/C,所以总的延迟=x/C+(k-1)p/C+kd所以当分组交换的时延小于电路交换x/C+(k-1)p/C+kd<s+x/C+kd时,(k-1)p/C<s38习题2、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100kbit/s,传播距离为1000km,信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。2)数据长度为103bit,数据发送速率为1Gbit/s,传输距离和信号在媒体上的传播速率同上。答案:(1):发送延迟=107/(100×1000)=100s传播延迟=1000×1000/(2×108)=5×10-3s=5ms(2):发送延迟=103/(109)=10-6s=1us传播延迟=1000×1000/(2×108)=5×10-3s=5ms39相关标准化组织国际电信联盟(ITU,InternationalTelecommunicationUnion)它的任务是国际电信的标准化。它的前身为CCITT。它的成员为政府部门和电信厂商。国际标准化组织(ISO,InternationalStandardsOrganization)它的成员为国家标准化组织,如美国的ANSI。它的标准化程序:从CD(CommitteeDraft)到DIS(DraftInternationalStandard),再到IS(InternationalStandard)。Internet体系结构委员会(IAB,InternetArchitectureBoard)它是一个非正式的标准化组织。它的标准化程序:草案标准(DS,DraftStandard)到RFC(RequestForcomments),再到IS(InternetStandards)。401.5计算机网络的体系结构分层的好处各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。分层注意事项若层数太少,就会使每一层的协议太复杂。层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。每一层的功能应当时非常明确的;层与层的边界应选择的使通过这些边界的信息量尽量少些,否则不方便41划分层次的概念举例计算机1向计算机2通过网络发送文件。可以将要做的工作进行如下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