通信网络基础3

第三部分：网络控制理论Electric&InformationCollege,HunanUniversity第7章通信网络的传输系统7.1数据通信网络连接1.数据通信的传输系统–点到点数据链路（专用线路）–点到多点数据链路–数据通信网络2.都使用点到点通信不现实–设备相距太远–大批设备需要的连接线难以估量(全连通结构中N个节点需要N(N-1)/2条线路)3.采用通信网络是实用的解决方案7.2网络连接的术语•节点（node）：网络中通信线路连接的计算机和交换机•线路（line）：节点间通信的物理连接•链路（link）：建立在相邻节点物理连接上的逻辑信道•电路（circuit）：源站点与目的站点之间建立的传输通路•交换（switching）：交换节点建立、保持和改变数据传输通路的过程•路由选择（routing）：交换技术中选择传输路径的功能•端节点：位于网络边缘连接源或目的站点的交换设备•路由节点：网络中间的交换设备•传输中继/传输网•接入线/接入网通信网相关术语图示电路端局链路链路链路链路链路链路传输中继传输中继接入中继接入线链路端局中心局网络发送端接收端发送端与接收端•发送端是信息产生与发送的设备，包括通信模型中的整个信源以及发送器的部分变换功能。常用的信源有电话、数据终端、主计算机系统和视频摄像机。•接收端指用来接受信息的目的地设备，包括通信模型中的整个信宿以及接收器的部分逆变换功能。常用的信宿有电话、数据终端、主计算机系统和视频显示器。•除无线广播和电视等单向传输外，发送和接收通常是双向的。7.2网络连接的术语7.3电路–电路是通过已有媒介建立的发送端与接收端之间、或者网络中任两点或多点之间的端到端的信息传输通路。–电路一般指一条物理线路上的一个逻辑连接。电路这一术语在不同的特定场合，可以与通路、链路、线路和信道等术语互换使用。–接入电路是从用户到电信公司网络的电路。–传输电路用于网络中或网络之间的长途传输。–单工电路单向传输–双工电路双向传输。双向不能同时传输——半双工双向可以同时传输——全双工–二线电路通过相同物理线路双向传输–四线电路通过独立的物理线路双向传输7.3电路–交换电路在电路交换网络中灵活地通过一台或多台中间交换设备临时建立的电路连接–虚电路在分组交换网络中由软件路由表定义的端到端的数据分组传输通路，它是逻辑上而非物理上的电路–永久虚电路（PVC）长期定义在路由表中的逻辑电路–交换虚电路（SVC）在要求通信时据网络状况选择最佳路径而临时建立在路由表中的逻辑电路7.4链路•链路是通过已有的媒介建立的直接相连的两点间的点到点信息传输通路，是端到端电路的组成部分。•一条电路既可能包含着多段链路，也可能只包含单段链路。如计算机与打印机之间的电路就只含有一段链路，上图中数据终端到主计算机之间的这条电路就包含着多条链路。•链路这一术语有时也可和线路或电路互换使用，如计算机与打印机之间的点到点连接就可互换这些术语。7.5线路–线路是通过已有媒介建立的网络中任意两点或多点间的物理连接，包括传输媒介及通信装置与接口。这种物理连接可以是端到端或点到点的连接。–接入线连接用户设备到网络的这段线路–中继线是指能提供汇接和多路复接能力、实现多个用户共享的一段线路–接入中继终端到交换点的中继线–传输中继交换点到交换点之间的中继线–中继线是有方向的，可以是单向出中继、单向入中继或双向中继。7.5信道•在正式标准术语中，信道是指发送器与接收器之间的单向连接，即单向电路或信息传输通路。•在一般用法中，信道是在物理电路上用于支持单一会话的逻辑连接。可以用某种方式构成物理电路，以支持一个或多个逻辑对话。7.6交换–交换设备建立、保持和改变物理电路上的逻辑连接。用户小交换机（PBX）和中心交换机（CO或COE）提供电路交换功能，电路交换按要求在可用状态下建立电路之间或链路之间的连接。–电路交换虽然研制的初衷是支持语音通信的，但它可以支持数据等任何形式信息的传输。–分组交换、帧交换和信元交换在较先进的网络中发展起来，主要支持数据和图像传输。–端局交换机位于网络边缘，用户通过接入链路接入到端局交换机–中心交换机也称汇接交换机，是一种高容量的交换机，位于网络中心，用于互联端局交换机。7.7线路配置指两个或以上的通信设备连接到链路的方式。链路是数据从一个设备传输到另一设备的物理路径1.点到点连接两个设备之间的专用链路，整个信道容量都用于两个设备之间的传输。如计算机互连、微波、卫星、红外遥控器等2.多点连接两个以上的设备共享一条链路的线路配置方法。信道容量通过时分或空分共享7.7线路配置.链路点到点连接链路多点连接7.8拓扑结构网络链路物理或逻辑的安排方式共有五种可能的基本网络拓扑：网状、星形、树形、总线型、环形7.8拓扑结构---网状拓扑网状拓扑每一设备都与其他设备有一条专用链路组成。n个设备共有n(n-1)/2根连线7.8拓扑结构---网状拓扑优点a)使用专用链路使得设备之间的数据负载由专门链路承担，避免了共享链路间的交通量问题b)网络拓扑具有健壮性。当一条链路不可用时，并不会使整个网络瘫痪c)具有私有性和安全性。物理边界防止预期接收者外的其他用户获取信息d)故障检测和故障隔离十分容易缺点：所需电缆及设备输入输出口数量巨大。引起的问题有a)安装和重新配置十分困难b)安装空间可能不够（因为大捆电缆）c)硬件开销（接头与电缆）很高拓扑结构---星形拓扑星形拓扑集线器星形拓扑结构拓扑结构---星形拓扑每个设备只与称为集线器的中心控制器有点到点的专用链路。星形拓扑不允许设备之间直接通信。控制器如交换机。通信过程为：源设备将数据发到控制器，再由控制器将数据转发目的设备。优点（与网状拓扑比较）a)经济(连线与输入/输出口均为一个)b)安装与重新配置容易c)具有健壮性拓扑结构---树形拓扑星形拓扑的变体，如图所示。设备可先接到次级集线器，再由次级集线器连到中央集线器。中央集线器：有源，内含重发器（在发送接收的比特之前对其进行再生的硬件）。信号重发器增强了信号的传输能力并延长了信号的发送者与接收者之间的有效传输距离。次级集线器：可以是有源或无源优缺点：与星形拓扑类似拓扑结构---树形拓扑.集线器集线器集线器集线器拓扑结构---总线形拓扑由一条长电缆组成的主干和连接在上面的网络设备组成。为多点连接模式优点a)易安装性b)使用电缆少缺点a)故障隔离和重新配置困难b)总线上的故障或断裂会终止所有传输拓扑结构---总线形拓扑.电缆头电缆头抽头抽头总线式拓扑拓扑结构---环形拓扑每个设备只与两侧的两个设备有专用的点对点连接。信号在环中从一个设备到另一个设备单向传输，直到到达目的环为止。每个设备均有一个重发器，当设备接收到一个要传送到另一个设备的信号时，重发器时此比特再生并将其发送出去。优点比较容易安装和重新配置，电缆用量少，故障易隔离缺点环中的一个故障就能使网络瘫痪解决办法引入双环或对故障环进行傍路（用开关）拓扑结构---环形拓扑.环形拓扑拓扑结构---混合型拓扑•将几个采用不同拓扑结构的子网在一个更大的拓扑中结合在一起.集线器环形拓扑集线器7.9数据通信网络•网络是工作在一起用于支持信息传输的各台设备单元构成的集合。•广义地讲，网络包括从发送器到接收器之间的所有设备–所有链路和所有相关的交换机以及其它中间设备•广域网常被描述成云状–这起源于20世纪70年代推广数据通信网的活动–意指网络内部结构和特性像云一样千变万化，其中的工作情况像云一样模模糊糊难以看见–云表达了一种网络的透明性概念:数据简单地从网络一端进去，又从网络的另一端出来。7.9数据通信网络•构成数据通信网的基本要素–数据终端设备（DTE-DataTerminalEquipment）–数据通信设备（DCE-DataCommunicationEquipment）–交换设备–传输链路•数据通信网是这样一种系统：–在一定范围内以数据通信设备与交换设备为点，以传输链路为线，点线按一定顺序相连，将地理分散的数据终端设备连接起来，可以完成用户间多对多的数据通信。•计算机通信网–以独立自治的计算机为数据终端设备的数据通信网络–计算机通信网是目前数据通信最主要的表现形式–由两级子网构成：•以计算机通信网为通信子网；•以网络连接的计算机提供的硬软件资源为资源子网–以数据通信为手段，以资源共享为目的–数据交换、资源共享、分布处理、信息服务是计算机网络主要功能–网络操作系统是计算机网络有别于计算机通信网的主要标志•多媒体网络–多媒体计算机网络–数据通信网、电话网、有线电视网的融合7.9数据通信网络简化的网络模型交换式网络广播式网络routerworkstationservermobile7.10数据通信网的类型•根据所采用的传输技术的不同，数据通信网可分为–交换式网络•电路交换•存储-转发（报文交换、分组交换）•帧中继•信元中继–广播式网络•有线信道（总线型、环型）•无线信道（微波、卫星）7.10数据通信网的类型•根据网络规模及所覆盖地域范围大小，计算机网络可分为–局域网•PAN-PersonalAreaNetwork(个人区域网)•LAN-LocalAreaNetwork(局域网）•SAN-StorageAreaNetwork(存储区域网)•CAN-CampusAreaNetwork(园区网、校园网）–城域网•MAN-MetropolitanAreaNetwork–广域网•WAN-WideAreaNetwork(广域网)•GAN-GlobalAreaNetwork(全球区域网)7.10.1局域网（LAN）•覆盖的地理范围较小–楼宇或小的园区•局域网及其连接的设备通常属于同一组织•数据速率很高•常选用广播式网络•目前引入了某些交换系统和ATMLocalAreanetworkBackboneNetworkCampusAreaNetworkMetropolitanAreaNetwork7.10.2城域网（MAN）7.10.3广域网（WAN）•覆盖的地理范围很大•跨越公共信道•部分依赖共享的载波电路•可以选用的交换技术–Circuitswitching–Packetswitching–Framerelay–AsynchronousTransferMode(ATM)WideAreaNetworkInternetRouter/Gateway7.11协议与体系结构•通信实体能够发送与接收信息的任何事物，如应用程序、浏览器、电子邮件软件。一个系统可包含一个或多个实体的物理对象•协议控制数据通信的一组规则。定义了通信内容是什么，通信如何进行以及何时进行。关键要素是语法、语义和时序a)语法：数据的结构和格式、数据表示的顺序。如比特定义、帧格式等b)语义：指比特流的每一部分的含义。如一个特定的比特流该如何理解c)时序：包括两个方面的特性：数据何时发送以及以多快的速率发送7.11协议与体系结构七层结构1)物理层(Physical)2)数据链路层(DataLink)3)网络层(Network)4)传输层(Transport)5)会话层(Session)6)表示层(Presentation)7)应用层(Application)LOWHIGH7.11协议与体系结构对等过程•每一层直接调用下层提供的服务•通信由一系列规则和约定控制，称协议•物理层，通信直接发生。更高层次中，必须由上层传到下层，再传到接收方，再从下层传到上层中继节点中继节点7.11网络体系结构---对等过程.应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层对等协议第7层对等协议第6层对等协议第5层对等协议第4层3332221117-6接口6-5接口6-5接口7-6接口2-1接口3-2接口4-3接口5-4接口4-3接口3-2接口2-1接口5-4接口物理通信7.11网络体系结构---对等过程层间接口发送端信息由高层向低层传递，接收端信息由低层向高层传递，通过相邻两层间接口实现。每层接口定义了该层向上层提供的信息和服务