计算机网络第一章PPT

环形拓扑
按拓扑结构分类
– 全连接 • 点到点全连接，连接数随节点数的增 长迅速增长（N(N-1)/2），使建造 成本大大提高，只适用于节点数很少 的广域网中
– 不规则（网状） • 点到点部分连接，多用于广域网，由 于连接的不完全性，需要有交换节点
全连接拓扑
不规则拓扑
按地域范围分类：
– 局域网(LAN) • 范围：小，＜20KM • 传输技术：基带，10-1000Mbps，延迟低，出错率低 （10-11） • 拓扑结构：总线，环形
T
通信线路
T
• 连接方式：
T
HOST
本地或远程
T
T
① 以主机为中心的联机终端系统
• 缺点：
– 主机负荷重——数据处理＋通信
T
通信线路
T
– 线路利用率低 – 集中控制方式，可靠性低
• 改进：
T
HOST
T
T
– 多点通信线路
– 终端集中器(近/远距) – 前端处理机（F通ro信n线t-路End PTrocessor， FEP）
报文
11010001101010101101010111000100110 10010
假定这个报文较 长，不便于传输
Understand Principle
• 每一个数据段前面添加上首部构成分组。
报文
首部
分数组 据 1
数据 分组 2
数据
首部
分组 3
首部
• 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 • 依次把各分组发送到接收端。
① 以主机为中心的联机终端系统 “计算机－终端”系统
② 以通信子网为中心的主机互连 “计算机－计算机”网络
③ 体系结构标准化网络 层次化结构，并对每层进行了精确定义
① 以主机为中心的联机终端系统
• 特征：
终端(Terminal)共享主机(Host)的软硬件资源
单台主机：执行计算和通信任务
多台终端：执行用户交互
– 优缺点：
• 没有建立和拆除连接所需的等待时间； • 线路利用率高； • 传输可靠性较高； • 报文大小不一，造成存储管理复杂； • 大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量
要求较高； • 出错后整个报文全部重发。
– 将报文分割成若干个大小相等的分组（Packet ）进行存储转发。
– 数据传输前不需要建立一条端到端的通路—也 是“无连接的”。
• 什么是交换？
按某种方式动态地分配传输线路资源。
• 实现交换的方法主要有：
1. 电路交换 2. 报文交换 3. 分组交换
– 在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。 – （典型例子：电话）
– 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 – 称为“面向连接的”
– 过程：建立连接→通信→释放连接
• 信源与信宿之间的通信需经过一台和多台中间设备进行传 输。
• 网状、环形、树形、星形
• 按通信传播方式分类：
– 广播方式网络：一台计算机发送的信息可被网络上所有的 计算机接收。
• 总线形、无线（微波、卫星）
• 局域网络通常使用广播方式，广域网络通常使用点
对点方式(也有例外)。
本章主要内容：
一、产生和发展 二、定义与分类 三、数据交换技术 四、分层体系结构 五、主要性能指标
适用范围：兼容性？ 技术垄断：竞争？ 标准不一：用户利益？
– 不同网络设备之间的兼容性和互操作性是推动网络体 系结构的标准化的源动力。
– 而兼容性和互操作性的最终目的仍是资源共享。
ISO OSI/RM (开 放系统互联参考模 型，简称OSI参考 模型)
它是一种概念上的网络 模型，规定了网络体系 结构的框架：7个层次
Network topology
• The generation of the
network
• The development of network
•…
• From the application point of
view
• From the physical point of view
• We will from above two
B
A
星形拓扑
按拓扑结构分类
– 树形 • 一个根结点、多个中间分支节点和叶 子节点构成，适用于相邻层通信较多 的情况
– 优点： • 易于扩展；故障隔离容易
– 缺点： • 顶部的节点，处理能力？可靠性要求？ • 顶部节点发生故障？
树形拓扑
按拓扑结构
– 总线形 • 所有节点挂接到一条总线上，广播式信道 • 需要有介质访问控制规程以防止冲突
T
CCP 通信子网
CCP
TT
HOST
T
主机－主机网络的演变
• 演变阶段2
– 通信子网规模逐渐扩大 • 私有→社会公用
– 优点：
• 降低用户系统建设成本 • 提高通信线路利用率
T
T
T
HOST
T 公用数据 T 通信网
HOST
HOST T
TT
TT
为什么需要标准化？
IBM-SNA， DEC-DNA等
厂商 标准
在网络协议的控制下，由若干台计算机和数 据传输设备组成的系统。
• 归纳与综合
– 计算机网络：一些互相连接的、能共享资源的自治 计算机的集合。
• 自治：能独立运行，不依赖于其他计算机 – “主控-从属”类型的系统是计算机网络吗？ – “主机-终端”系统（第一代网络）呢？
• 互连：以任何可能的通信连接方式 – 有线方式：铜线、光纤 – 无线方式：红外、无线电（微波）、卫星
• 早期的计算机应用模式——单机
– 大、中、小型机—庞大，昂贵，资源无法共享 – 分散的计算机构成了一个个的信息“孤岛”
• 计算机网络产生始于1950’s，产生的原因
– 资源共享的需求（计算能力、外设、软件、数据） – 大型项目的合作（进行工程项目协作） – 人与人之间的信息沟通（数据通信）
从体系结构来观察，计算机网络的发展可分为三 个阶段：
10010
再次感受分组交换
发送端
报文
11010011101 • • • • • • • • 00101001110
首部 数 据
总线形拓扑
– 优点： • 结构简单灵活，可扩充，易于布线、成本低
– 缺点： • 实时性差，当节点通信量增加时，性能会急剧下降
按拓扑结构
– 环形 • 所有节点连接成一个闭合的环，结 点之间为点到点连接
– 优点： • 结构简单，传输延迟确定 • 信息流动单向，无信道选择问题 • 如果是双环节构呢？
– 缺点： • 扩充？增加和删除节点？ • 节点过多时？ • 单环中一个节点出现故障？
HOS T
T
T T
T
通信线路
T
T
T
T
HOS
TS
T
T
T
② 以通信子网为中心的主机互连
• 特征
– 多个终端联机系统互联，形成多主机互联网络 – 网络结构从“主机－终端” 转变为“主机－主机”
T
T
HOST
T
T
通信线路
HOST
HOST
T
T
T
TTT
主机－主机网络的演变
• 演变阶段1
– 通信任务从主机中 分离，由通信控制 处理机（CCP）完 成
– 优缺点：
• 建立连接的时间长； • 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； • 数据传输可靠，无纠错机制； • 建立连接后，传输延迟小。
– 不适用于计算机通信：
因为计算机数据具有突发性 的特点，真正传输数据的时间
不到10%。 • 例如：建立连接的时间为0.5秒，计算机以1Mb/s的速率 发送10k字节。线路利用率＝？
概述
物理层 链路层 网络层 传输层 应用层
网络安全 无线网络
下一代 网络
本章主要内容：
一、产生和发展 二、定义与分类 三、数据交换技术 四、分层体系结构 五、主要性能指标
How to understand this class content
Network Bevier Network Definition
• 物理：传输介质 • 逻辑：信道，类比——CATV的电缆和频道之间的关系
• 软件
– 通信软件（网络协议软件） – 网络操作系统 – 网络管理/安全控制软件、网络应用软件
• 计算机网络定义的主要观点：
– 从应用的角度：
以相互共享资源方式连接起来，且各自具有 独立功能的计算机系统的集合。
– 从物理的角度：
– 以报文为单位进行“存储-转发”交换的技术。
• 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信 道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这 种数据传输技术称为存储-转发。
– 传输之前不需建立端到端的连接，仅相邻结点传输 报文时建立结点间的连接。—称为“无连接的”。
– 整个报文（Message）作为一个整体一起发送。
计算机 系统
通信网络
计算机 系统
按拓扑结构分类
– 星形 • 有一个中心节点，其它节点与其构成点 到点连接
– 优点： • 建网容易，易于扩充，控制相对简单 • 易加入新节点时，不影响其余部分工作 • 故障检测和隔离方便 • 网络延迟时间较小，传输误差较低
– 缺点： • 集中控制，对中心节点依赖性大 • 通信线路利用率不高
计算机网络
教材
谢希仁. 2008.计算机网络（第5版）北京：电子工业出版社
参考书
1、冯博琴主编.2004.计算机网络（第2版）.北京：高等教育出版社 2、张曾科主编.2005.计算机网络（第2版）.北京：清华大学出版社 3、王凤英主编.2010.计算机网络（第一版）.北京：清华大学出版社
4、Andrew S. Tanenbaum. 2003 .Computer Networks, Fourth Edition Prentice Hall
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
分组 3
首部 数 据
• 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
分组 1
首部 数 据
分组 2
首部 数 据
分组 3
首部 数 据
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。
报文 110数10001据1010101数01101据01011100数0100据110
• Star topology • Ring topology • Tree topology •…
1946 交付使用的“ENIAC” （Electronic Numerical Integrator And Computer）
5000次加法/秒 体重28吨 占地170M2 18800只电子管 1500个继电器 7000个电阻 10000个电容 耗电150KW
按地域范围分类：
– 广域网(WAN) • 范围：大，＞100KM • 传输技术：宽带， ＞1Mbps ，延迟大，出错率高 • 拓扑结构：不规则，点到点
– 城域网(MAN) • 范围：中等，＜100KM • 传输技术：宽带/基带 • 拓扑结构：总线
• 按通信传播方式分类：
– 点对点传输方式的网络：以点对点的连接方式把各个计算机 连接起来的网络。
国际
标准
只说明了做什么
太复杂，几乎没有与之
而未规定怎样做
完全符合的网络体系
TCP/IP (因特网的骨干 协议)
它是OSI参考模型的简 化(4个层次)
事实上 的标准
• 国际标准（ISO OSI/RM） – Open System Interconnection /Recommended Model(开放系统互联参 考模型，简称OSI参考模型)
• 电话网络中的电路交换
呼叫时建立的 物理铜质连接
交换局
• A 和 B 通话经过四个交换机 • 通话在 A 到 B 的连接上进行
中继线
A 用户线
(
交换机
C(
D(
交换机
百度文库
通路在通话期间一直保持
中继线 交换机
交换机 B
(
用户线
电路交换的电信网向用户电话机提供可靠交付
电信网
电信网向用户电话机提供可靠交付
• Internet的网络体系标准 – TCP/IP(因特网的骨干协议)
本章主要内容：
一、产生和发展 二、定义与分类 三、数据交换技术 四、分层体系结构 五、主要性能指标
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• 硬件
– 网络节点
• 端节点：计算机 • 中间节点：交换机、中继器、复用器、路由器、集中器
– 通信链路：信息传输的通道
– 有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路 由选择功能。
– 优缺点：
• 对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组— 速度快；
• 转发延时小； • 某个分组出错可以仅重发出错的分组——效率高； • 各分组可通过不同路径传输，容错性好； • 需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。
• 在发送端，先把较长的报文划分 成较短的、固定长度的数据段。
T
T
HOST CCP
– CCP：处理主机之 间通信任务的专用 计算机
T
CCP HOST
CCP
HOST
T
TT
T
T
主机－主机网络的演变
• 两层网络概念的出现
– 由CCP组成的传输网络——通信子网，提供信息 传输服务
– 建立在通信子网基础上的主机集合——资源子网
，提供计算资源
T
T
TT
HOST
CCP
T
HOST