数据通信与计算机网络

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.网络规模模(networkscale)处理器距离处处理器位位于同一0.1m电电路板板1m系系统统10m房房间100m建建筑物1km园园区10km城城市100km国国家1000km洲洲10000km星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)一般指处于几几公里内校园园或一幢建筑筑物内的专用用网络。中低速网络IEEE802.3IEEE802.4IEEE802.5IEEE802.12100BASE-X高速网络千兆位的Ethernet标准正在在制定之中覆盖距离一般般为10km左右广播，共享媒媒体总线型、环型型网卡、集线器器网桥、中继继器、ATM交换机、路由器支持多媒体可与本地有线线电视网络相相关可有一条或两两条电缆不包含交换元元素覆盖距离可达达数百公里城域网(MAN,MetropolitanAreaNetwork)基本上是LAN的稍大形形式，通常采采用相同的技技术。1243BusABusB802.6DQDB体系头端头端子网的组成广域网(WAN，WideAreaNetwork)覆盖的地理范范围非常大，，可达数百公公里或数千公公里。连接方式分类传输线交换元素点—点(point-to-point)卫星或地面无无线系统通过公用数据据网络(PDN)连接T1高速数字字线连接T3高速数字字线连接DDN专线连连接T1(1.544Mbps)T2(6.312Mbps)T3(44.736Mbps)T4(274.176Mbps)T载体是高速速租用线路，，用于语音和和数据传输。。利用多路复用用技术，T载载体服务允许许小容量载体体(比如T1)的位流进进入容量更大大的载体。041526370123454:17:16:11.544MbpsT16.312MbpsT244.736MbpsT3274.176MbpsT4交换换(Switch)3.数数据据交交换换方方式式端局局长长途途局局交交换换局局长长途途局局端端局局电路路交交换换(circuitswitching)报文文交交换换(messageswitching)分组组交交换换(packetswitching)电路路交交换换(线线路路交交换换)在电电路路交交换换中中，，发发送送方方和和接接收收方方设设备备之之间间将将建建立立一一条条专专用用的的物物理理链链路路，，并并在在通通话话期期间间保保持持不不变变。。实时时性性好好稳定定的的数数据据传传输输速速率率不存存在在信信道道访访问问延延迟迟不能能充充分分发发挥挥传传输输媒媒体体的的潜潜力力传输输媒媒体体的的价价格格昂昂贵贵长距距离离连连接接的的建建立立过过程程长长优点点缺点点CircuitSwitchModemAnaloglink(e.g.28.8kbps)dedicatedtoterminalEachlinkconsistingofn““circuits””(FDMorTDM)Digitallink(e.g.ISDN64kbps)dedicatedtoterminalABCDCircuitSwitchCircuitSwitch数字字模拟拟每个个端端－－端端电电路路获获得得链链路路带带宽宽的的l/n部部分分一条条链链路路上上的的n条条电电路路可可以以是是FDM或或TDM电电路路4KHz4KHzlink123412341234FDMTDMFrameSlotAllslotslabeled2arededicatedtoaspecificsender-receiverpair222例1：：A给B发发送送一一长长为为640kbits的的文文件件假设设：：采用用24槽槽的的TDM位速速率率为为1.536Mbps连接接建建立立时时间间为为500msec问：：发发送送该该文文件件需需多多少少时时间间？？每条条电电路路的的传传输输率率=1.536Mbps/24=64kbps传输输文文件件时时间间=640kb/64kbps=10s发送送该该文文件件所所需需时时间间=建建立立连连接接时时间间+传传输输文文件件时时间间=10.5s报文文(message)：：一一整整段段有有意意义义的的信信息息，，其其中中包包含含了了始始发发地地和和目目的的地地的的地地址址。。报文文交交换换存储转转发(store-and-forward)典型实实例：：电子子邮件件存储转转发延延迟：：中间节节点存存储并并转发发报文文而产产生的的延迟迟。存储－－转发发延迟迟排队延延迟缓冲区区=队队列TransmissionlinkofRbps提供有有效的的通信信管理理减轻网网络通通信的的拥挤挤情况况(和电电路交交换相相比)更加有有效地地利用用信道道资源源在不同同的时时区里里，报报文交交换提提供了了异步步通信信能力力优点不能满满足一一些实实时应应用的的要求求投资可可能大大不适合合于交交互式式通信信缺点分组交交换(亦称称包交交换packetswitching)包、分分组(packet)：：没有有完整整意义义。采用““存储储转发发”技技术在繁忙忙的通通信电电路中中，由由于能能将数数据分分隔到到不同同的路路由，，故能能对带带宽资资源进进行有有效的的利用用。传输过过程中中，如如果网网络是是一条条特定定的链链路出出现故故障而而中断断，剩剩余的的数据据包可可通过过其它它路由由传送送。特点AAABBAA，B包的的到达达顺序序并不不遵循循任何何间隔隔次序序，而而是随随机的的或统统计的的。即只要要链路路上出出现包包，即即可发发送，，统计计多路路复用用。1.544Mbps28.8kbps28.8kbps28.8kbps10MbpsCABDEPacketSwitchPacketSwitchPacketSwitch例2：：从A向E发－－长为为L位位的包包假设：：在A与与E之之间有有Q条条链路路，每每条链链路速速率为为Rbps；忽略排排队延延迟；；忽略端端－端端的传传播延延迟；；没有连连接建建立时时间问延迟迟？发到第第一条条链路路所需需时间间为L/R然后依依次在在Q－－1条条链路路上传传输因为它它必须须存储储转发发Q－－1次次，故故整个个延迟迟为Q*L/R电路交交换预预先静静态地地保留留所要要带宽宽，而而包交交换却却是根根据需需要，，动态态地获获得和和释放放带宽宽。电路路交换换是完完全透透明的的。收费费方法法不同同。与电路路交换换的区区别比电路路交换换优在在能更有效效地利用用网络带带宽资源源。交换节点点可同时时对多个个数据包包进行路路由选择择将它们们发送到到不同的的目标设设备。交换节点点动态调调整数据据包的路路由使其其按最佳佳的顺序序传递。。未用频带带可为其其他分组组利用。。例3：多多个用户户共享1Mbps的链链路。假设：：用户交互互时间(以100kbps速速率)与与不交互互时间交交替用户交互互时间只只占10％电路交换换网络：：每个用户户占100kbps，1Mbps=10*100kbps；能支持10个用用户。包交换网网络:35个用用户同时有多多于10个用户户的概率率P(>10)＝0.0004；同时有少少于10个用户户的概率率p(<10)＝0.9996；数据的总总到达率率＜1Mbps(链路路的输出出速率)主要在于于包交换换技术限限制了数数据包最最大尺寸寸。与报文交交换的区区别传输延迟迟短出现传输输错误时时的处理理不同PSPSPPPPPPSPS源目的M源目的PSPSMMMM051015Time(sec.)例4：L=7.5MbitsR=1.5Mbps假设：无无拥塞,用报文文交换技技术问：将报报文从源源传输到到目的地地需多长长时间？？1.5Mbps1.5Mbps1.5Mbps源目的从源到第第一个交交换机需需7.5/1.5=5秒由于存储储－转发发延迟，，第一个个交换机机要等收收到完整整的报文文后才能能转发。。第一个交交换机将将报文发发送到第第2个交交换机又又需5秒秒，∴第一个个报文到到达第二二个交换换机需10秒以此类推推，共需需15秒秒PSPSTime(ms)t1=1.5kb/1.5Mbps=1ms第一个包包从源端端到第一一个交换换机t2=t1+1.5kb/1.5Mbps=2ms第2个包包从源端端传到第第一个交交换机。。。。。t5000=5000ms=5s第5000个包包从源端端传到第第一个交交换机t=t5000+2ms=5.002第5000个包包传到目目的地1.5Mbps1.5Mbps1.5Mbps012341212312341234假设：源源端将报报文分成成5000个包包；每个包长长1.5kbits；；无拥塞问：5000个个包从源源端到目目的端需需多长时时间？源目的5000500050005000数据报(datagram)与报文交交换类似似按主机目目的地址址路由包包的网络络。如Internet。数据报与与虚电路路两者的区区别：交交换机是是按照主主机目的的地址还还是按照照虚电路路号来路路由包。。虚电路(virtualcircuit)与电路交交换类似似按虚电路路号路由由包的网网络。例如X.25，帧帧中继，，ATM。数据报交交换1234567BADEFCP1P2P3P1P2P3虚拟电路路交换“虚拟”：两个设备备之间实实际并不不存在一一条专用用的物理理电路1234567BADEFCP1P2P3P1P2P3虚拟电路