计算机网络02讲

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1.3.2 几种不同的分类方法 （三）

从拓扑结构划分 计算机网络按拓朴结构分为：星型 网络、环型网络、总线型网络、树型网 络、网状型网络。
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1.4 计算机网络的主要性能指标
1.4.1 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)。
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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 1 1 0 0 1 1 时间
带宽为 1 Mb/s
每秒 106 个比特 0.25 s
带宽为 4 Mb/s
每秒 4 106 个比特
时间
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时延(delay 或 latency)

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。

大致上可将因特网分为以下五个接入级


网络接入点 NAP 国家主干网（主干 ISP） 地区 ISP 本地 ISP 校园网、企业网或 PC 机上网用户
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1.2.3 关于因特网的标准化工作
因特网协会 ISOC 因特网体系结构 研究委员会 IAB 因特网研究部 IRTF 因特网研究指导小组 IRSG …
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往返时延 RTT

往返时延 RTT (Round-Trip Time) 表示 从发送端发送数据开始，到发送端收到 来自接收端的确认（接收端收到数据后 立即发送确认），总共经历的时延。
Fra Baidu bibliotek
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习题
1、试在下列条件下比较电路交换和分组交 换。要传送的报文共x（bit），从源站 到目的站共经过k段链路，每段链路的传 播时延为d（s），数据率为C（bit/s）。 在电路交换时电路的建立时间为s（s）。 在分组交换时分组长度为p（bit），且 各结点的排队等待时间可忽略不计。问 在怎样的条件下，分组交换的时延比电 路交换的要小？
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1.3 计算机网络的分类
1.3.1 计算机网络的不同定义


最简单的定义：计算机网络是一些互相连接 的、自治的计算机的集合。 因特网(Internet)是“网络的网络”。 从网络的交换功能进行分类 从网络的作用范围进行分类 从网络的使用者进行分类
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1.3.2 几种不同的分类方法



1.3.2 几种不同的分类方法 （一）

分组交换网则是以网络为中心，主机都 处在网络的外围。

用户通过分组交换网可共享连接在网络上的 许多硬件和各种丰富的软件资源。
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从主机为中心到以网络为中心
以主机为中心 终端 主机 分组交换网 以分组交换网为中心 主机
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1.2.2 因特网时代

因特网的基础结构大体上经历了三个阶 段的演进。 但这三个阶段在时间划分上并非截然分 开而是有部分重叠的，这是因为网络的 演进是逐渐的而不是突然的。
分组交换的优点



高效 动态分配传输带宽，对通信链路 是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机 发送分组；充分使用链路的带宽。 可靠 完善的网络协议；自适应的路由 选择协议使网络有很好的生存性。
1
分组交换带来的问题


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。 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。
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多级结构的因特网

主机到主机的通信可能经过多种 ISP。
大公司
网络接入点 NAP （对等点） 地区 ISP 大公司 地区 ISP 网络接入点 NAP （对等点） 地区 ISP 公司 地区 ISP
主干服务 提供者 大公司
本地 ISP 校园网
本地 ISP
本地 ISP
校园网
校园网
校园网
校园网
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今日的多级结构的因特网




从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET 逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。 1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP (Network Access Point)，分别由 4 个电信公 司经营。 NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在 NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪 初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。 从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结 构网络。
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答案
对电路交换，当t=s时，链路建立； 当t=s+x/C，发送完最后一bit； 当t=s+x/C+kd，所有的信息到达目的地。 对分组交换，当t=x/C， 发送完最后一bit； 为到达目的地，最后一个分组需经过k-1个分组交换机 转发，每次转发的时间为p/C，所以总的延迟= x/C+(k1)p/C+kd所以当分组交换的时延小于电路交换 x/C+(k-1)p/C+kd＜s+x/C+kd时， (k-1)p/C＜s




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。 结点缓存队列中分组排队所经历的时延 是处理时延中的重要组成部分。 处理时延的长短往往取决于网络中当时 的通信量。 有时可用排队时延作为处理时延。
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时延(delay 或 latency)

数据经历的总时延就是发送时延、传播 时延和处理时延之和：
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三种交换的比较
电路交换 报 文 报文交换 分组交换 连接建立
数据传送
报文
报 文
连接释放 报 文 t A B C D A B C D A B C D
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ARPANET的成功使 计算机网络的概念发生根本变化

早期的面向终端的计算机网络是以单个 主机为中心的星形网

各终端通过通信线路共享昂贵的中心主机的 硬件和软件资源。

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容易产生的错误概念
例2：在带宽分别是1Mb/s和1Gb/s的情况 下，用光纤传送一个字节的数据到 1000km远的目的计算机上所需的时间。 在1Mb/s的信道上，发送时延=8/106=8us， 传播时延为5ms，总时延=5.008ms，即 使将信道的带宽提高到1Gb/s，总时延也 不会减少多少，
传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms （2）：发送延迟=103/（109）=10-6s=1us 传播延迟=1000×1000/（2×108）=5×10-3s=5ms
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相关标准化组织

国际电信联盟（ITU，International Telecommunication Union）

从网络的交换功能分类

电路交换 报文交换 分组交换 混合交换
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1.3.2 几种不同的分类方法 （二）

从网络的作用范围进行分类

广域网 WAN (Wide Area Network) 局域网 LAN (Local Area Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) 接入网 AN (Access Network)
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三级结构的因特网

各网络之间需要使用路由器来连接。 路由器
国家主干网
地区网
地区网
地区网
校园网

校园网
校园网
校园网
校园网
校园网
有时在结构图中可不画出路由器。
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三级结构的因特网

主机到主机的通信可能要经过多种网络。
国家主干网
地区网
地区网
地区网
校园网
校园网
校园网
校园网
校园网
校园网
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因特网发展的第三阶段
发送时延 = 数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒）
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时延(delay 或 latency)


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。
传播时延 = 信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒）
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时延(delay 或 latency)
它的任务是国际电信的标准化。它的前身为CCITT。它的成员为 政府部门和电信厂商。

国际标准化组织（ISO，International Standards Organization）

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因特网发展的第一阶段


第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单 个的分组交换网。 ARPA 研究多种网络互连的技术。 1983 年 TCP/IP 协议成为标准协议。 同年，ARPANET分解成两个网络：

ARPANET——进行实验研究用的科研网 MILNET——军用计算机网络

1983~1984 年，形成了因特网 Internet。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。
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因特网发展的第二阶段

1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。 NSFNET。它是一个三级计算机网络：

主干网 地区网 校园网


1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转 交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的 单位收费。 1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s （T3 速率）。
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延
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三种时延所产生的地方
在队列中产生 处理时延
从结点 A 向结点 B 发送数据
在链路上产生 传播时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延) 数据
1011001 …
队列 结点 A 发送器
链路
结点 B
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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。 例1：一个长度为100MB数据块在带宽为1Mb/s 信道上，用光纤传送到1000km和1km远的目 的计算机所需的时间。 发送时延=100*2^20 *8/10^6=838.9s， 1000km的传播时延 =1000/200000=0.005s=5ms，若传播距离为 1km，则传播时延会减小到原来的千分之一
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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。
因特网工程部 IETF
因特网工程指导小组 IESG
… 领域 领域 WG … WG WG … WG
RG
RG
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制订因特网的正式标准要经过 以下的四个阶段



因特网草案(Internet Draft) ——在这个 阶段还不是 RFC 文档。 建议标准(Proposed Standard) ——从 这个阶段开始就成为 RFC 文档。 草案标准(Draft Standard) 因特网标准(Internet Standard)
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广域网、城域网、接入网以及 局域网的关系
广域网
城域网 接入网 接入网 接入网 城域网 接入网 接入网 接入网
…
局域网 校园网 企业网
…
局域网
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1.3.2 几种不同的分类方法 （三）

从网络的使用者进行分类


公用网 (public network) 专用网 (private network)
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1.2.4 计算机网络在我国的发展
(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERNET (3) 中国科学技术网 CSTNET (4) 中国联通互联网 UNINET (5) 中国网通公用互联网 CNCNET (6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中） (9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）
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习题
2、试计算以下两种情况的发送时延和传播时延： 1）数据长度为107bit，数据发送速率为100kbit/s，传播距离为 1000km，信号在媒体上的传播速率为2×108m/s。 2）数据长度为103bit，数据发送速率为1Gbit/s，传输距离和信 号在媒体上的传播速率同上。
答案：（1）：发送延迟=107/（100×1000）=100s
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1.4.3 时延带宽积和往返时延
时延带宽积
（传播）时延 带宽
链路
时延带宽积 = 传播时延 带宽

链路的时延带宽积又称为以比特为单位 的链路长度。
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例：设某段链路的传播时延为20ms，带 宽为10Mb/s，则时延带宽积= 20*10-3*10*106=2*105bit。这表示， 若发送端连续发送数据，则在发送的第 一个比特即将到达终点时，发送端就已 经发送了20万个比特，而这20万个比特 都正在链路上传输。