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第一章 计算机网络体系结构_图文

第一章 计算机网络体系结构_图文

计算机网络体系结构
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计算机网络概述 计算机网络体系结构与参考模型

计算机网络概述
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计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络的分类 计算机网络与互联网的发展历史 计算机网络的标准化工作及相关 组织 计算机网络的主要性能指标

计算机网络的概念、组成与功能
计算机网络: ? 以相互共享资源(硬件、软件和 数据等)方式而连接起来的、各 自具备独立功能的计算机系统的 集合。 ? 一些互相连接的、自治的计算机 的集合 ? 向用户提供最重要的两个功能是 连通性和共享

计算机网络的概念、组成与功能
计算机网络的组成与功能: ? 边缘部分:端系统,客户服务器 (C/S)和对等连接(P2P)的方 式实现通信。 ? 核心部分:电路交换、报文交换 和分组交换。

三种交换的比较
电路交换
连接建立 报 文

报文交换

分组交换

数据传送

报文

报 文

连接释放 报 文 t

A
数据传送 的特点

B

C

D

A

B

C

D

A

B

C

D

比特流直达终点

报文 报文 报文

分组 分组 分组

存储 存储 转发 转发

存储 存储 转发 转发

计算机网络概述
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计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络的分类 计算机网络与互联网的发展历史 计算机网络的标准化工作及相关 组织 计算机网络的主要性能指标

计算机网络的分类
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) ? 个人区域网PAN(Personal Area Network)

计算机网络的分类
从网络的使用者进行分类: ? 公用网(public network) ? 专用网(private network)

计算机网络的分类
用户接入到因特网的网络: ? 接入网(AN, Access Network)

计算机网络概述
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计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络的分类 计算机网络与互联网的发展历史 计算机网络的标准化工作及相关 组织 计算机网络的主要性能指标

计算机网络与互联网的发展历史
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单个网络ARPANET向互联网发展: 1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。人们把 1983 年作为因 特网的诞生时间。 三级结构的因特网:主干网、地区网和 校园网 多层次ISP结构的因特网:出现了因特 网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。

本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP 第二层ISP 本地 ISP 第二层ISP NAP

第三层 本地 ISP

多层次ISP结构大公司 第二层ISP
第二层
大公司 第一层 ISP 一级 ISP 一级 ISP 第一层ISP 第一层 第一层ISP NAP 第二层ISP 大公司

本地 ISP

本地 ISP

第二层ISP 本地 ISP 第二层ISP 本地 ISP 本地 ISP 本地 ISP

本地 ISP 本地 ISP A 校园网 校园网 公司

校园网

校园网

B

主机A → 本地 ISP → 第二层 ISP → NAP → 第一层 ISP → NAP → 第二层 ISP → 本地 ISP → 主机B

计算机网络概述
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计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络的分类 计算机网络与互联网的发展历史 计算机网络的标准化工作及相关 组织 计算机网络的主要性能指标

因特网的标准化
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

因特网工程部IETF
因特网工程指导小组 IESG
领域 领域 多个WG

RG

RG

多个WG

因特网的标准化
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所有的因特网标准都以RFC(Request For Comments,请求评论)的形式在因 特网上发表。 正式标准要经历四个阶段:
?因特网草案(Internet Draft)-不是RFC 文档 ?建议标准(Proposed Standard) -开始 成为RFC文档 ?草案标准(Draft Standard) ?因特网标准(Internet Standard) 后三个阶段对应三种RFC。另外,还有历史 的RFC、实验的RFC和提供信息的RFC。

各种RFC之间的关系
因特网草案

实验的 RFC

建议标准

提供信息的 RFC

草案标准
6 种 RFC 因特网标准

历史的 RFC

计算机网络概述
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计算机网络的概念、组成与功能 计算机网络的分类 计算机网络与互联网的发展历史 计算机网络的标准化工作及相关 组织 计算机网络的主要性能指标

计算机网络的性能
速率
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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 速率往往是指额定速率或标称速率。

计算机网络的性能
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)。

计算机网络的性能
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。 ? 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。

计算机网络的性能
时延(delay 或 latency) ? 传输时延 ? 传播时延 ? 处理时延 ? 排队时延

传输时延(发送时延 ) 发送数据时, 数据块从结点进入到传输媒体所需要的 时间。 也就是从发送数据帧的第一个比特算起, 到该帧的最后一个比特发送完毕所需的 时间。
发送时延 =
数据块长度(比特) 信道带宽(比特/秒)

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。
信道长度(米) 信号在信道上的传播速率(米/秒)

传播时延 =

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。

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+处理时延

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 在发送器产生传输时延 (即发送时延) 数据 在链路上产生 传播时延

1011001 …

队列 结点 A 发送器

链路

结点 B

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。

计算机网络的性能
时延带宽积
带宽 链路

时延带宽积
(传播)时延

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。

计算机网络的性能
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(有数据通过)。 完全空闲的信道的利用率是零。 ? 网络利用率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。

时延与网络利用率的关系
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根据排队论的理论,当某信道的利用率增 大时,该信道引起的时延也就迅速增加。 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:
D0 D? 1?U
U 是网络的利用率,数值在 0 到 1 之间。

时延 D 时延 急剧 增大

D0 0

利用率 U

1

计算机网络的非性能指标
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费用 质量 标准化 可靠性 可扩展性和可升级性 易于管理和维护

计算机网络体系结构
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计算机网络概述 计算机网络体系结构与参考模型

计算机网络体系结构的定义
计算机网络的各层及其协议的 集合。也就是计算机网络及其部 件所能完成的功能的精确定义。 计算机网络体系结构是多层的 分层体系结构,是网络通信功能 的层次构成、各层的通信标准和 层间接口标准的集合模型

计算机网络协议
计算机网络协议 协议是指为进行网络中的数据 交换而建立的规则、标准或约定。 协议的三要素 语法、语义、同步

计算机网络协议的三要素
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语法:数据与控制信息的结构或 格式 语义:需要发出何种控制信息, 完成何种动作以及做出何种响应 同步:事件实现顺序的详细说明

计算机网络的体系结构
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OSI参考模型 TCP/IP参考模型

OSI七层参考模型
层号 7 6 层的名称 应用层 表示层 层的英文名称 层的英文缩写 Application Presentation A P

5 4
3 2 1

会话层 传输层
网络层 数据链路层 物理层

Session Transport
Network Data Link Physical

S T
N DL PL

TCP/IP参考模型
应用层 传输层 网络层 网络接口层

应用层
运输层

网络层
数据链路层 物理层

一些基本术语
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实体:任何可发送或接收信息的 硬件或软件进程。 服务:下层向上层提供的功能。 服务访问点SAP:相邻两层的实体 进行交互的地方。 协议数据单元PDU:对等层上传送 的数据。 服务数据单元SDU:层与层之间交 换的数据单位。


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