计算机网络体系结构.ppt

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1、17:21:14数据交换数据交换计算机网络的类型计算机网络的类型计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标计算机网络体系结构计算机网络体系结构习题习题17:21:14重点：重点：了解分组交换主要特点了解分组交换主要特点了解计算机网络的主要性能指标；了解计算机网络的主要性能指标；掌握计算机网络的不同类型；掌握计算机网络的不同类型；熟悉熟悉ISO/OSI,TCP/IPISO/OSI,TCP/IP网络的体系结构；网络的体系结构；难点：难点：网络的体系结构；网络的体系结构；17:21:14 交换机v 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

2、来。v 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。17:21:15电路交换必定是面向连接的。电路交换必定是面向连接的。电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段：建立连接通信释放连接17:21:15A A 和和 B B 通话经过四个交换机通话经过四个交换机通话在通话在 A A 到到 B B 的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA17:21:15C C 和和 D D 通话只经过一个本地交换机通话只经过一个本地交换机通话在通话在 C C 到到 D D 的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BD

3、CA17:21:16在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。用端到端的通信资源。计算机数据具有突发性。计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。这导致通信线路的利用率很低。17:21:16报文在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定划分成较短的、固定长度的数据段长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输17:21:16数 据数 据数 据报文每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。构成分组。首部首部首部分

4、组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”17:21:16分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。依次依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。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。17:21:16接收端收到分组后剥去首部还原成报文。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

5、收到的数据17:21:16数 据数 据数 据最后，在接收端把收到的数据最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文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。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110100011010101011010101110001001101001017:21:17H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机17:21:17H1A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17:21:17H1A互联网BDECH

6、5H6H4H2H3H1 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17:21:18路由器处理分组的过程是：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。v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。v路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。17:21:18高效高效:动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用

7、。灵活灵活:以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。迅速迅速:不必先建立连接就能向其他主机发送分组。不必先建立连接就能向其他主机发送分组。可靠可靠:保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择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。协议使网络有很好的生存性。v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。v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。17:21:19P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的

8、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17:21:19计算机网络的分类计算机网络的分类局域网局域网(LAN)：规模较小，覆盖范围可从几十米到几千规模较小，覆盖范围可从几十米到几千米，如学校的校园网。米，如学校的校园网。根据网络的覆盖范围、通信距离的长短划分：根据网络的覆盖范围、通信距离的长短划分：根据网络的连接方式及拓扑结构划分：根据网络的连接方式及拓扑结构划分：总线型、星型、环形、总线型、星型、环形、网状型、树状型，局域网中较常见的是网状型、树状型，局域网中较常见的是前三种。前三种。城域网城域网(MAN):一般是指在一个城市或地区组建的计算一般是指

9、在一个城市或地区组建的计算机网络。机网络。广域网广域网(WAN):覆盖范围大到一个国家，甚至整个地球。覆盖范围大到一个国家，甚至整个地球。从网络的使用者进行分类从网络的使用者进行分类:公用网公用网(public network),专用网专用网(private network)17:21:192.2.带宽带宽“带宽带宽”(bandwidth)(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫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）。（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在现在“带宽带宽”是数字信道所能传送的是数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率”的同义语，的同义语，单位是单

10、位是“比特每秒比特每秒”，或，或 b/s(bit/s)b/s(bit/s)。1.速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s 等。17:21:193.3.吞吐量吞吐量吞吐量吞吐量(throughput)(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接表示在单位时间内通过某个网络（或信道、

11、接口）的数据量。口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。际上到底有多少数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。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。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。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。排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。17:21:201 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传

12、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。17:21:20信道利用率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。过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。信道利用率并非越高越好。v 根据排队论的理论，当某信道的利用

13、率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。v 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：17:21:20时延 D利用率 U10D0时延急剧增大UDD10U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。17:21:20计算机网络的计算机网络的体系结构体系结构(architecture)(architecture)是是计算机网络的各层及其协议的集合。计算机网络的各层及其协议的集合。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。是真正在运行的计算机硬件和软件。

14、v TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。v 综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。17:21:20应用层应用层(application layer)(application layer)运输层运输层(transport layer)(transport layer)网络层网络层(network layer)(network layer)数据链路层数据链路层(data link layer)(data link layer)物理层物理层(physical layer)(physical layer)数据链路层5 应用层4 运输层3

15、 网络层2 数据链路层1 物理层17:21:205432154321主机 1AP2AP1主机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU17:21:205432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文17:21:215432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）17:21:215432154321主机 1AP2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧17:21:215432154321主机 1AP2AP1

16、主机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体17:21:21应用层应用层(application layer)(application layer)5432154321物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层主机 217:21:215432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层17:21:215432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层17:21:225432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层17:21:225432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层17:21:225432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程17:21:225432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！17:21:225432154321主机 1AP2AP1主机