数据通信与计算机网络 (3)

地理上分散具有独立功能通信系统资源包括信息交流第二讲概论之二：计算机网络的定义及分类一、计算机网络定义“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。”目的：在于实现资源共享和信息交流。关键点：1.计算机网络与分布式系统“多台独立自主的计算机的存在对用户来说是透明的”指某物或某种机制的存在不为观察者所察觉，看上去象不存在一样。分布式系统(DistributedSystem)透明(transparent)两者的区别多个自治计算机系统的存在对用户是透明的负责作业的分配和协调相关数据的移动和汇合整个系统的管理不透明用户显式地登录机器提交作业移动文件管理网络分布式系统和网络都要在系统内对文件进行调度两者的共同点分布式系统是网络的一个特例区别在于由谁来发起这种文件调度，是系统还是用户？网络和分布式的区别更多地取决于软件(尤其是OS)，而不是硬件。它的软件具有高度的整体性和透明性。主机通信软件每个端系统必须运行控制信息发送和接收的通信软件路由器中间交换设备将来自某个入境链路的信息转发到某个出境链路上通信链路端系统由通信链路连接通过网络连接的计算设备2.计算机网络的元素。。。。。。。。。。。。通信链路路由器主机服务器移动通信本地ISP区域网络公司网络资源共享通信功能多媒体及可视化功能3.计算机网络的功能功能应用访问远程信息人—人交互交互娱乐资源共享高可靠性节约经费扩展性强有力的通信手段单机环境网络化后打印机网络环境主机打印机主机主机主机主机主机RequestReply客户机-服务器模式ClientprocessServerprocess二、计算机网络的类型1.传输技术广播网络(broadcastnetwork)广播网络只有一个通信信道，为网络上所有的机器所共享。静态动态集中分散小型、地理位置上集中的网络多采用广播形式；大型网络通常采用点到点方式;点到点网络(Point-to-pointnetwork)由许多一对对计算机间的连接组成。2.网络规模(networkscale)处理器距离处理器位于同一0.1m电路板1m系统10m房间100m建筑物1km园区10km城市100km国家1000km洲10000km星球数据流机器多机局域网城域网广域网互联网局域网(LAN,LocalAreaNetwork)一般指处于几公里内校园或一幢建筑物内的专用网络。中低速网络IEEE802.3IEEE802.4IEEE802.5IEEE802.12100BASE-X高速网络千兆位的Ethernet标准正在制定之中覆盖距离一般为10km左右广播，共享媒体总线型、环型网卡、集线器网桥、中继器、ATM交换机、路由器支持多媒体可与本地有线电视网络相关可有一条或两条电缆不包含交换元素覆盖距离可达数百公里城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)基本上是LAN的稍大形式，通常采用相同的技术。1243BusABusB802.6DQDB体系头端头端子网的组成广域网(WAN，WideAreaNetwork)覆盖的地理范围非常大，可达数百公里或数千公里。连接方式分类传输线交换元素点—点(point-to-point)卫星或地面无线系统通过公用数据网络(PDN)连接T1高速数字线连接T3高速数字线连接DDN专线连接T1(1.544Mbps)T2(6.312Mbps)T3(44.736Mbps)T4(274.176Mbps)T载体是高速租用线路，用于语音和数据传输。利用多路复用技术，T载体服务允许小容量载体(比如T1)的位流进入容量更大的载体。041526370123454:17:16:11.544MbpsT16.312MbpsT244.736MbpsT3274.176MbpsT4交换(Switch)3.数据交换方式端局长途局交换局长途局端局电路交换(circuitswitching)报文交换(messageswitching)分组交换(packetswitching)电路交换(线路交换)在电路交换中，发送方和接收方设备之间将建立一条专用的物理链路，并在通话期间保持不变。实时性好稳定的数据传输速率不存在信道访问延迟不能充分发挥传输媒体的潜力传输媒体的价格昂贵长距离连接的建立过程长优点缺点CircuitSwitchModemAnaloglink(e.g.28.8kbps)dedicatedtoterminalEachlinkconsistingofn“circuits”(FDMorTDM)Digitallink(e.g.ISDN64kbps)dedicatedtoterminalABCDCircuitSwitchCircuitSwitch数字模拟每个端－端电路获得链路带宽的l/n部分一条链路上的n条电路可以是FDM或TDM电路4KHz4KHzlink123412341234FDMTDMFrameSlotAllslotslabeled2arededicatedtoaspecificsender-receiverpair222例1：A给B发送一长为640kbits的文件假设：采用24槽的TDM位速率为1.536Mbps连接建立时间为500msec问：发送该文件需多少时间？每条电路的传输率=1.536Mbps/24=64kbps传输文件时间=640kb/64kbps=10s发送该文件所需时间=建立连接时间+传输文件时间=10.5s报文(message)：一整段有意义的信息，其中包含了始发地和目的地的地址。报文交换存储转发(store-and-forward)典型实例：电子邮件存储转发延迟：中间节点存储并转发报文而产生的延迟。存储－转发延迟排队延迟缓冲区=队列TransmissionlinkofRbps提供有效的通信管理减轻网络通信的拥挤情况(和电路交换相比)更加有效地利用信道资源在不同的时区里，报文交换提供了异步通信能力优点不能满足一些实时应用的要求投资可能大不适合于交互式通信缺点分组交换(亦称包交换packetswitching)包、分组(packet)：没有完整意义。采用“存储转发”技术在繁忙的通信电路中，由于能将数据分隔到不同的路由，故能对带宽资源进行有效的利用。传输过程中，如果网络是一条特定的链路出现故障而中断，剩余的数据包可通过其它路由传送。特点AAABBAA，B包的到达顺序并不遵循任何间隔次序，而是随机的或统计的。即只要链路上出现包，即可发送，统计多路复用。1.544Mbps28.8kbps28.8kbps28.8kbps10MbpsCABDEPacketSwitchPacketSwitchPacketSwitch例2：从A向E发－长为L位的包假设：在A与E之间有Q条链路，每条链路速率为Rbps；忽略排队延迟；忽略端－端的传播延迟；没有连接建立时间问延迟？发到第一条链路所需时间为L/R然后依次在Q－1条链路上传输因为它必须存储转发Q－1次，故整个延迟为Q*L/R电路交换预先静态地保留所要带宽，而包交换却是根据需要，动态地获得和释放带宽。电路交换是完全透明的。收费方法不同。与电路交换的区别比电路交换优在能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选择将它们发送到不同的目标设备。交换节点动态调整数据包的路由使其按最佳的顺序传递。未用频带可为其他分组利用。例3：多个用户共享1Mbps的链路。假设：用户交互时间(以100kbps速率)与不交互时间交替用户交互时间只占10％电路交换网络：每个用户占100kbps，1Mbps=10*100kbps；能支持10个用户。包交换网络:35个用户同时有多于10个用户的概率P(10)＝0.0004；同时有少于10个用户的概率p(10)＝0.9996；数据的总到达率＜1Mbps(链路的输出速率)主要在于包交换技术限制了数据包最大尺寸。与报文交换的区别传输延迟短出现传输错误时的处理不同PSPSPPPPPPSPS源目的M源目的PSPSMMMM051015Time(sec.)例4：L=7.5MbitsR=1.5Mbps假设：无拥塞,用报文交换技术问：将报文从源传输到目的地需多长时间？1.5Mbps1.5Mbps1.5Mbps源目的从源到第一个交换机需7.5/1.5=5秒由于存储－转发延迟，第一个交换机要等收到完整的报文后才能转发。第一个交换机将报文发送到第2个交换机又需5秒，∴第一个报文到达第二个交换机需10秒以此类推，共需15秒PSPSTime(ms)t1=1.5kb/1.5Mbps=1ms第一个包从源端到第一个交换机t2=t1+1.5kb/1.5Mbps=2ms第2个包从源端传到第一个交换机。。。。t5000=5000ms=5s第5000个包从源端传到第一个交换机t=t5000+2ms=5.002第5000个包传到目的地1.5Mbps1.5Mbps1.5Mbps012341212312341234假设：源端将报文分成5000个包；每个包长1.5kbits；无拥塞问：5000个包从源端到目的端需多长时间？源目的5000500050005000数据报(datagram)与报文交换类似按主机目的地址路由包的网络。如Internet。数据报与虚电路两者的区别：交换机是按照主机目的地址还是按照虚电路号来路由包。虚电路(virtualcircuit)与电路交换类似按虚电路号路由包的网络。例如X.25，帧中继，ATM。数据报交换1234567BADEFCP1P2P3虚拟电路交换“虚拟”：两个设备之间实际并不存在一条专用的物理电路1234567BADEFCP1P2P3虚拟电路所有数据包都沿着发送设备与接收设备之间建立的逻辑链路传送。两种分组交换技术的比较数据包数据包沿着不同的路由发送。虚拟电路网络可提供顺序性和差错控制；包的传送更快数据包避免了呼叫建立阶段；更灵活；本质上更可靠；RAM和硬盘空间处理能力数据包丢失包交换网络中几个问题交换节点要求使用大量内存；不要求大容量硬盘驱动器和整条报文相比更容易丢失要求交换节点有更强大的处理能力传播延迟排队延迟电路交换报文交换分组交换通信网络电路交换分组交换FDMTDM数据报虚电路按数据交换方式进行网络分类按用途分按传输技术分星形网总线网环形网分布式网专用网公用网按拓扑结构分点到点连接广播式信道