计算机网络技术CH1概述ppt课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
14
中国教育科研计算机网络拓扑图
15
按网络控制方式分类
集中式计算机网络
这种网络的处理和控制功能都高度集中在一个或少 数几个结点上，所有的信息流都必须经过这些结点 之一。因此，这些结点是网络的处理和控制中心， 其余的大多数结点则只有较少的处理和控制功能。
分布式计算机网络
在这种网络中，不存在一个处理和控制中心，网络 中任一结点都至少和另外两个结点相连接，信息从 一个结点到达另一结点时，可能有多条路径。
4
计算机网络的定义(2)
从用户的角度出发，人们把计算机网络定义为 “由一个网络操作系统自动管理用户任务所需 的资源，而使整个网络就像一个对用户是透明 的计算机大系统”。
这里“透明”的含义是指用户觉察不到在计算 机网络中存在着多个计算机系统。按照这种观 点，如果不具备这种透明性，需要用户来熟悉 资源情况，确定和调用资源，那么就认为这种 网络是计算机通信网络而不是计算机网络。
5
计算机网络的定义(3)
上述3类观点代表了人们在不同的时期、 在网络发展的不同阶段，对计算机网络 的不同理解。
目前对于计算机网络比较完整和普遍的 定义是：“计算机网络是将处于不同地 理位置的相互独立的计算机，通过通信 设备和线路按一定的通信协议连接起来， 以达到资源共享为目的的计算机系统的 集合。”
信号在信道上的传播速率（米/秒）
注意: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。40处理时 Nhomakorabea和排队时延
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。
排队时延的长短往往取决于网络中当时 的通信量。
41
20
其他分类方式(1)
按网络传输信息采用的物理信道来分类，可 划分为有线网络和无线网络。
按通信速率的不同来分类，可划分为低速网 络（数据传输速率在1.5Mbps以下网络系 统）、中速网络（数据传输速率在50Mbps 以下的网络系统）、高速网络（数据传输速 率在50Mbps以上的网络系统）。
21
43
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。
44
时延带宽积
计算机网络技术
Technology of Computer Networks
第 1 章 概述
主要内容 1.1 计算机网络的形成与发展 1.2 计算机网络的定义与分类 1.3 计算机网络的组成与功能 1.4 计算机网络的主要性能指标 1.5 因特网的初步分析 1.6 计算机网络体系结构
2
1.1 计算机网络的形成与发展
四种时延所产生的地方
从结点 A 向结点 B 发送数据
在结点 A 中产生 处理时延和排队时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延)
在链路上产生 传播时延
数据
队列 结点 A 发送器
1011001 … 链路
结点 B
42
总时延
数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延、处理时延和排队时延之和。
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+ 排队时延
排队 (Queueing)
某一时刻只有一个用户得到服务，而其它请求资 源的用户都排队等待
29
负荷均衡和分布处理
负荷均衡—将工作量在不同的计算机之间按 照一定的策略进行较为平衡地分配。通过合 理的网络管理,将某时刻处于重负荷计算机 上的任务分送给别的轻负荷的计算机去处理, 可达到均衡负荷的目的。
数据率:数字信道传送数字信号的速率,也称 比特率。
速率的单位是 b/s，或 kb/s, Mb/s, Gb/s 等 速率往往是指额定速率或标称速率。
33
2. 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)。
38
发送时延
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。
数据块长度（比特） 发送时延 =
信道带宽（比特/秒）
信道带宽:数据在信道上的发送速率。常 称为数据在信道上的传输速率。
39
传播时延
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。
信道长度（米） 传播时延 =
的数据，其他主机都能收到。
19
按网络配置分类
同类网 如果在网络系统中，每台机器既是服务器，又是工作 站，那这个网络系统就是同类网，也称对等网络 （Peer-to-Peer Network）。 单服务器网 单服务器网指只有一台机器作为整个网的服务器，其 他机器全部都是工作站。 混合网
如果网络中的服务器不只一个，同时又不是每个工作 站都可以当作服务器来使用，则这个网就是混合网。
31
1.4 计算机网络的主要性能指标
速率 带宽 吞吐量 时延 利用率
32
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。
计算机网络的定义(1)
什么是计算机网络？多年来并没有一致的严格定义。人们 曾经试图从不同的角度对它作出了不同的定义，这些定义 归纳起来，可以分为3类。
从强调信息传输的角度出发，人们把计算机网 络定义为“计算机技术和通信技术相结合以实 现远程信息处理或进一步达到资源共享的系 统”。
从资源共享的角度出发，美国信息处理学会联 合会认为，计算机网络是以能够相互共享资源 （硬件、软件、数据）的方式连接起来，并各 自具备独立功能的计算机系统的集合。
34
常用的带宽单位
更常用的带宽单位是
千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）
请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。
35
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。
1 s
带宽为 1 Mb/s
1 01 01 每秒 106 个比特
1 时间
带宽为 4 Mb/s
0.25 s 每秒 4 106 个比特
时间
36
3. 吞吐量
吞吐量(throughput)表示在单位时间内通 过某个网络（或信道、接口）的数据量。
处于网络中的计算机应具有独立性，如果一台 计算机可以强制启动、停止和控制另一台计算 机，或者说如果把一台计算机与网络的连接断 开，它就不能工作了，这台计算机就不具备独 立性。
8
计算机网络的分类
按网络拓扑结构分类 按网络控制方式分类 按网络的规模分类 按通信传输方式分类 按网络配置分类 其他分类方式
(b)树形网络
11
(a)总线形网络
(b)环形网络
12
网状形网络
13
以上介绍了五种基本的网络拓扑结构， 事实上以此为基础，还可构造出一些复 合型的网络拓扑结构。例如，中国教育 科研计算机网络（CERNET）可认为是 网状形网、树形网和环形网的复合，如 下图所示。其主干网为网状形结构，连 接的每一所大学大多是树形结构、星形 结构或环形结构。
22
1.3 计算机网络的组成与功能
计算机网络的组成(1)
一般而论，计算机网络有三个主要组成 部分：若干个主机，它们各为用户提供 服务；一个通信子网，它主要由结点交 换机和连接这些结点的通信链路所组成； 一系列的协议。
为了便于分析，按照数据通信和数据处 理的功能，一般从逻辑上将网络分为通 信子网和资源子网两个部分。如下图所 示。
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。
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率 的限制。
37
4. 时延
时延(delay 或 latency) 一个报文或分组从一个网络(或一条链路)
的一端传送到另一端所需的时间 主要有五种
发送时延 传播时延 处理时延 排队时延 总时延
广域网、城域网、接入网 以及局域网的关系
广域网
城域网
城域网
接入网 接入网 接入网 接入网 接入网 接入网
…
…
局域网
校园网
企业网
PC
18
按通信传输方式分类
点到点传播型网
网络中的每两台主机、两台结点交 换机之间或主机与结点交换机之间都存 在一条物理信道。
广播型网 所有主机共享一条信道，某主机发出
16
从网络的作用范围进行分类
局域网 LAN (Local Area Network) 接入网 AN (Access Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) 广域网 WAN (Wide Area Network) 因特网Internet
17
其他分类方式(2)
按使用者分类，可分为公用网和专用网。其中专 用网络根据网络环境又可细分为部门网络、企业 网络、校园网络三种。
按网络的交换功能分类，可分为电路交换网络、 报文交换网络、分组交换网络、混合交换网络等。
按采用的网络操作系统分类，可分为Novell网、 Windows NT网、Windows 2000 Server网、 Unix网、Linux网等。
分布处理—将本地计算机不能或不能完全处 理的计算转移到网络中的其它计算机上处理。
30
提高系统的安全可靠性
计算机通过网络中的冗余部件可大大提 高可靠性。
例如:在工作过程中，一台机器出了故障， 可以使用网中的另一台机器；网中一条通信 线路出了故障，可以取道另一条线路，从而 提高了网络整体系统的可靠性。
23
计算机网络的组成(2)
资源子网和通信子网两个部分的结构示意图
资源子网
主机
通信子网
主机
终端 终端
CCP CCP
CCP 主机
CCP CCP
CCP 主机
终端 终端
24
计算机网络的组成(3)
通信子网由通信控制处理机（CCP）、 通信线路与其他通信设备组成，负责完 成网络数据传输、转发等通信处理任务。 它由各种硬件和软件组成。
资源子网主要包括实现网络资源共享的 主机与终端，实现全网的面向应用的数 据处理和网络资源共享，它由各种硬件 和软件组成。
25
计算机网络的功能
数据通信 资源共享 负荷均衡和分布处理 提高系统的安全可靠性
26
数据通信
这是计算机网络最基本的功能，也是实 现其他功能的基础。
连接的建立和拆除 数据传输控制 差错检测 流量控制 路由选择 多路复用
6
计算机网络的定义(4)
计算机网络的基本特征
网络建立的主要目的是实现计算机资源的 共享
互联的计算机是分布在不同地理位置的多 台独立的计算机系统
联网计算机在通信过程中必须遵循相同的 网络协议
7
计算机网络的定义(5)
注意: 并不是所有连在一起的计算机组建系统 都是计算机网络。
例如，由1台主控机和多台从属机组成的系统不是 网络。同样地，一台有大量终端的大型机也不能称 为网络。
27
资源共享(1)
资源:所谓资源指的是一切可被人类开发和利 用的物质、能量和信息（客观存在）的总称
（网络）资源：存在于计算机网络之中的资源
资源种类:数据、软件、硬件三类。 资源共享种类
数据共享 软件共享 硬件共享
28
资源共享(2)
资源共享策略 分割 (Splitting)
将资源容量分成许多片，给每个请求资源的用户 分若干片
9
按网络拓扑结构分类
拓扑结构一般指点和线的几何排列或组 成的几何图形。
计算机网络的拓扑结构是指一个网络的 通信链路和结点的几何排列或物理布局 图形。
链路是网络中相邻两个结点之间的物理 通路，结点指计算机和有关的网络设备， 甚至指一个网络。
按拓扑结构，计算机网络可分为五类。
10
(a)星形网络
第一阶段:20世纪50年代,具有通信功能的 单机系统阶段
第二阶段:20世纪60年代,具有通信功能的 多机系统阶段
第三阶段:20世纪70年代,以资源共享为主 要目的的计算机网络阶段
第四阶段:20世纪90年代,以局域网络及其 互连为主要支撑环境的分布式计算机网 络阶段
3
1.2 计算机网络的定义与分类
中国教育科研计算机网络拓扑图
15
按网络控制方式分类
集中式计算机网络
这种网络的处理和控制功能都高度集中在一个或少 数几个结点上，所有的信息流都必须经过这些结点 之一。因此，这些结点是网络的处理和控制中心， 其余的大多数结点则只有较少的处理和控制功能。
分布式计算机网络
在这种网络中，不存在一个处理和控制中心，网络 中任一结点都至少和另外两个结点相连接，信息从 一个结点到达另一结点时，可能有多条路径。
4
计算机网络的定义(2)
从用户的角度出发，人们把计算机网络定义为 “由一个网络操作系统自动管理用户任务所需 的资源，而使整个网络就像一个对用户是透明 的计算机大系统”。
这里“透明”的含义是指用户觉察不到在计算 机网络中存在着多个计算机系统。按照这种观 点，如果不具备这种透明性，需要用户来熟悉 资源情况，确定和调用资源，那么就认为这种 网络是计算机通信网络而不是计算机网络。
5
计算机网络的定义(3)
上述3类观点代表了人们在不同的时期、 在网络发展的不同阶段，对计算机网络 的不同理解。
目前对于计算机网络比较完整和普遍的 定义是：“计算机网络是将处于不同地 理位置的相互独立的计算机，通过通信 设备和线路按一定的通信协议连接起来， 以达到资源共享为目的的计算机系统的 集合。”
信号在信道上的传播速率（米/秒）
注意: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。40处理时 Nhomakorabea和排队时延
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。
排队时延的长短往往取决于网络中当时 的通信量。
41
20
其他分类方式(1)
按网络传输信息采用的物理信道来分类，可 划分为有线网络和无线网络。
按通信速率的不同来分类，可划分为低速网 络（数据传输速率在1.5Mbps以下网络系 统）、中速网络（数据传输速率在50Mbps 以下的网络系统）、高速网络（数据传输速 率在50Mbps以上的网络系统）。
21
43
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。
44
时延带宽积
计算机网络技术
Technology of Computer Networks
第 1 章 概述
主要内容 1.1 计算机网络的形成与发展 1.2 计算机网络的定义与分类 1.3 计算机网络的组成与功能 1.4 计算机网络的主要性能指标 1.5 因特网的初步分析 1.6 计算机网络体系结构
2
1.1 计算机网络的形成与发展
四种时延所产生的地方
从结点 A 向结点 B 发送数据
在结点 A 中产生 处理时延和排队时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延)
在链路上产生 传播时延
数据
队列 结点 A 发送器
1011001 … 链路
结点 B
42
总时延
数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延、处理时延和排队时延之和。
总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+ 排队时延
排队 (Queueing)
某一时刻只有一个用户得到服务，而其它请求资 源的用户都排队等待
29
负荷均衡和分布处理
负荷均衡—将工作量在不同的计算机之间按 照一定的策略进行较为平衡地分配。通过合 理的网络管理,将某时刻处于重负荷计算机 上的任务分送给别的轻负荷的计算机去处理, 可达到均衡负荷的目的。
数据率:数字信道传送数字信号的速率,也称 比特率。
速率的单位是 b/s，或 kb/s, Mb/s, Gb/s 等 速率往往是指额定速率或标称速率。
33
2. 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)。
38
发送时延
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。
数据块长度（比特） 发送时延 =
信道带宽（比特/秒）
信道带宽:数据在信道上的发送速率。常 称为数据在信道上的传输速率。
39
传播时延
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。
信道长度（米） 传播时延 =
的数据，其他主机都能收到。
19
按网络配置分类
同类网 如果在网络系统中，每台机器既是服务器，又是工作 站，那这个网络系统就是同类网，也称对等网络 （Peer-to-Peer Network）。 单服务器网 单服务器网指只有一台机器作为整个网的服务器，其 他机器全部都是工作站。 混合网
如果网络中的服务器不只一个，同时又不是每个工作 站都可以当作服务器来使用，则这个网就是混合网。
31
1.4 计算机网络的主要性能指标
速率 带宽 吞吐量 时延 利用率
32
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。
计算机网络的定义(1)
什么是计算机网络？多年来并没有一致的严格定义。人们 曾经试图从不同的角度对它作出了不同的定义，这些定义 归纳起来，可以分为3类。
从强调信息传输的角度出发，人们把计算机网 络定义为“计算机技术和通信技术相结合以实 现远程信息处理或进一步达到资源共享的系 统”。
从资源共享的角度出发，美国信息处理学会联 合会认为，计算机网络是以能够相互共享资源 （硬件、软件、数据）的方式连接起来，并各 自具备独立功能的计算机系统的集合。
34
常用的带宽单位
更常用的带宽单位是
千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）
请注意：在计算机界，K = 210 = 1024 M = 220, G = 230, T = 240。
35
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。
1 s
带宽为 1 Mb/s
1 01 01 每秒 106 个比特
1 时间
带宽为 4 Mb/s
0.25 s 每秒 4 106 个比特
时间
36
3. 吞吐量
吞吐量(throughput)表示在单位时间内通 过某个网络（或信道、接口）的数据量。
处于网络中的计算机应具有独立性，如果一台 计算机可以强制启动、停止和控制另一台计算 机，或者说如果把一台计算机与网络的连接断 开，它就不能工作了，这台计算机就不具备独 立性。
8
计算机网络的分类
按网络拓扑结构分类 按网络控制方式分类 按网络的规模分类 按通信传输方式分类 按网络配置分类 其他分类方式
(b)树形网络
11
(a)总线形网络
(b)环形网络
12
网状形网络
13
以上介绍了五种基本的网络拓扑结构， 事实上以此为基础，还可构造出一些复 合型的网络拓扑结构。例如，中国教育 科研计算机网络（CERNET）可认为是 网状形网、树形网和环形网的复合，如 下图所示。其主干网为网状形结构，连 接的每一所大学大多是树形结构、星形 结构或环形结构。
22
1.3 计算机网络的组成与功能
计算机网络的组成(1)
一般而论，计算机网络有三个主要组成 部分：若干个主机，它们各为用户提供 服务；一个通信子网，它主要由结点交 换机和连接这些结点的通信链路所组成； 一系列的协议。
为了便于分析，按照数据通信和数据处 理的功能，一般从逻辑上将网络分为通 信子网和资源子网两个部分。如下图所 示。
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。
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率 的限制。
37
4. 时延
时延(delay 或 latency) 一个报文或分组从一个网络(或一条链路)
的一端传送到另一端所需的时间 主要有五种
发送时延 传播时延 处理时延 排队时延 总时延
广域网、城域网、接入网 以及局域网的关系
广域网
城域网
城域网
接入网 接入网 接入网 接入网 接入网 接入网
…
…
局域网
校园网
企业网
PC
18
按通信传输方式分类
点到点传播型网
网络中的每两台主机、两台结点交 换机之间或主机与结点交换机之间都存 在一条物理信道。
广播型网 所有主机共享一条信道，某主机发出
16
从网络的作用范围进行分类
局域网 LAN (Local Area Network) 接入网 AN (Access Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) 广域网 WAN (Wide Area Network) 因特网Internet
17
其他分类方式(2)
按使用者分类，可分为公用网和专用网。其中专 用网络根据网络环境又可细分为部门网络、企业 网络、校园网络三种。
按网络的交换功能分类，可分为电路交换网络、 报文交换网络、分组交换网络、混合交换网络等。
按采用的网络操作系统分类，可分为Novell网、 Windows NT网、Windows 2000 Server网、 Unix网、Linux网等。
分布处理—将本地计算机不能或不能完全处 理的计算转移到网络中的其它计算机上处理。
30
提高系统的安全可靠性
计算机通过网络中的冗余部件可大大提 高可靠性。
例如:在工作过程中，一台机器出了故障， 可以使用网中的另一台机器；网中一条通信 线路出了故障，可以取道另一条线路，从而 提高了网络整体系统的可靠性。
23
计算机网络的组成(2)
资源子网和通信子网两个部分的结构示意图
资源子网
主机
通信子网
主机
终端 终端
CCP CCP
CCP 主机
CCP CCP
CCP 主机
终端 终端
24
计算机网络的组成(3)
通信子网由通信控制处理机（CCP）、 通信线路与其他通信设备组成，负责完 成网络数据传输、转发等通信处理任务。 它由各种硬件和软件组成。
资源子网主要包括实现网络资源共享的 主机与终端，实现全网的面向应用的数 据处理和网络资源共享，它由各种硬件 和软件组成。
25
计算机网络的功能
数据通信 资源共享 负荷均衡和分布处理 提高系统的安全可靠性
26
数据通信
这是计算机网络最基本的功能，也是实 现其他功能的基础。
连接的建立和拆除 数据传输控制 差错检测 流量控制 路由选择 多路复用
6
计算机网络的定义(4)
计算机网络的基本特征
网络建立的主要目的是实现计算机资源的 共享
互联的计算机是分布在不同地理位置的多 台独立的计算机系统
联网计算机在通信过程中必须遵循相同的 网络协议
7
计算机网络的定义(5)
注意: 并不是所有连在一起的计算机组建系统 都是计算机网络。
例如，由1台主控机和多台从属机组成的系统不是 网络。同样地，一台有大量终端的大型机也不能称 为网络。
27
资源共享(1)
资源:所谓资源指的是一切可被人类开发和利 用的物质、能量和信息（客观存在）的总称
（网络）资源：存在于计算机网络之中的资源
资源种类:数据、软件、硬件三类。 资源共享种类
数据共享 软件共享 硬件共享
28
资源共享(2)
资源共享策略 分割 (Splitting)
将资源容量分成许多片，给每个请求资源的用户 分若干片
9
按网络拓扑结构分类
拓扑结构一般指点和线的几何排列或组 成的几何图形。
计算机网络的拓扑结构是指一个网络的 通信链路和结点的几何排列或物理布局 图形。
链路是网络中相邻两个结点之间的物理 通路，结点指计算机和有关的网络设备， 甚至指一个网络。
按拓扑结构，计算机网络可分为五类。
10
(a)星形网络
第一阶段:20世纪50年代,具有通信功能的 单机系统阶段
第二阶段:20世纪60年代,具有通信功能的 多机系统阶段
第三阶段:20世纪70年代,以资源共享为主 要目的的计算机网络阶段
第四阶段:20世纪90年代,以局域网络及其 互连为主要支撑环境的分布式计算机网 络阶段
3
1.2 计算机网络的定义与分类