计算机网络的定义和分类

第二讲
计算机网络的定义及分类
熟练掌握交换技术
yanwei@cs.pku.edu.cn
一.计算机网络定义
1.计算机网络
“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 地理上分散 独立功能 通信系统 资源 信息交流
PS
比报文交换优在 传输延迟短 出现传输错误时 的处理不同
目的
PS
P
P
P
P
P
PS
PS
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
1.5Mbps
源
PS
1.5Mbps
1.5Mbps
PS
目的
M
M
M 例4：L=7.5Mbits
R=1.5Mbps 假设：无拥塞；采用报文交换技术；忽略传播延迟； 问：将报文从源端传输到目的端需多长时间？
电路交换
例1：A给B发送一长为 640kbits的文件
假设： 采用24槽的 TDM 位速率为1. 536Mbps 连接建立时间为500ms
问：
发送该文件需 多少时间？
每条电路的传输率 = 1.536Mbps/24 = 64kbps
传输文件时间 = 640kb/64kbps = 10s
发送该文件所需时间 = 建立连接时间 + 传输文件时间
局域网
城域网 广域网 互联网
处理器距离 处理器位于同一
0.1m 1m 10m 100m 1km 10km 100km 1000km 10000km
电路板 系统 房间 建筑物 园区 城市 国家 洲 星球
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二.计算机网络的分类
2.地理区域
局域网(LAN)
一般指处于几公里内校园或 一幢建筑物内的专用网络。
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
报文交换
优点
提供有效的通信管理
减轻网络通信的拥挤 情况
(和电路交换相比)更 加有效地利用信道资 源
在不同的时区里报文 交换提供了异步通信 能力
缺点 不能满足实时 应用的要求 投资可能大 不适合交互式 通信
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卫星 地面无线系统
点—点 存储-转发 分组交换
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交换元素
R
R
R
R
R
WAN R
R R
R
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
交换(Switch)
电路交换(circuit switching) 报文交换(message switching) 分组交换(packet switching)
分布式系统中多 个自治计算机系 统的存在对用户 是透明的；
分布式系统负责 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；
两者的共同点 分布式系统和网络 都要在系统内对文 件进行调度 分布式系统是网络 的一个特例
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。
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覆盖距离一般为10km左右 广播，共享媒体 总线型、环型 网卡、集线器、网桥、中继器、交换机、路由器
IEEE802.3 IEEE802.4 中低速网络
IEEE802.5
快速以太网 千兆以太网
高速网络
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二.计算机网络的分类
2.地理区域
城域网(MAN)
支持多媒体
基本上是LAN的稍大形式， 通常采用相同的技术。
第5000个包从源端传到第一个交换机 第5000个包传到目的地
Time (ms)
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计算机网络的类型
数据交换方式
分组交换
➢数据报
与报文交换类似
按主机目的地址路由包的网络。
Internet
B
1
2
C
A
4
P3 P2 P1
F
5
3
D
7
6
E
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一.计算机网络定义
2.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”
透明(transparent) 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。
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一.计算机网络定义
3.两者的区别
两者的区别
1
2
1
3
2
4
3
0
1
2
1
3
2
4
假设：源端将报文分成5000个包； 每个包长1.5kbits；
问：5000个包从源端到目的端需多长时间？
t1 = 1.5kb/1.5Mbps = 1ms
第一个包从源端到第一个交换机
t2 = t1 + 1.5kb/1.5Mbps = 2ms 第2个包从源端传到第一个交换机
………… t5000 = 5000ms = 5s t = t5000 + 2ms = 5.002
端局
长途局
交换局
长途局 端局
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
电路交换
在电路交换中，发送方和接收方设备之间将建立 一条专用的物理链路，并在通话期间保持不变。
优点 实时性好 稳定的数据传输速率 不存在信道访问延迟
缺点
不能充分发挥传输 媒体的潜力
传输媒体的价格昂 贵
两种分组交换技术的比较
数据包
虚拟电路
✓数据包沿着不同
✓所有数据包都沿着发
的路由发送；
送与接收之间建立的逻
交换机是按辑照链路传送；
✓阶避段免；了呼叫建立主还机是目按的照地虚✓址电网络可提供顺序性；
路号来路由✓包网络提供差错控制；
✓更灵活；
✓包的传送更快；
✓本质上更可靠；
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Client process
一.计算机网络定义
5.计算机网络的功能
客户机-服务器模式
Server process
Request Reply
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二.计算机网络的分类
1.传输技术
广播网络
广播网络只有一个通信信道， 为网络上所有的机器所共享。
发送模式 单播(unicast) 广播(broadcast) 多播(multicast)
二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
分组交换
特点
包、分组(packet)：没有完整意义。
在繁忙的通信电路中，由 于能将数据分隔到不同的 路由，故能对带宽资源进 行有效的利用。
缺点
传输过程中，如果网络的 一条特定的链路出现故障 而中断，剩余的数据包可 通过其它路由传送。
存储－转发延迟 排队延迟 包丢失
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
4KHz
FDM
link
4KHz
TDM
1 22 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Frame Slot 所有标为2的槽都用于特定的发送者-接收者。
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
Packet Switch
10Mbps
28.8kbps
D
E
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
来自百度文库
分组交换
例2：从A向E发－长为L位的包。
假设： 在A与E之间有Q条链路； 每条链路速率为Rbps； 忽略排队延迟； 忽略端－端的传播延迟； 没有连接建立时间；
问延迟？
一.计算机网络定义
4.计算机网络的元素
区域网络
本地ISP 路由器
公司网络
➢ 主机 ➢ 通信链路 ➢ 路由器 ➢ 通信软件 ➢ 拓扑结构
主机
服务器
移动通信 。。 。。 。。 。。
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一.计算机网络定义
5.计算机网络的功能
功能
资源共享 通信功能 多媒体及可视化功能
分配策略 静态 动态
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二.计算机网络的分类
1.传输技术
点到点网络
由许多一对对计算机间的连接组成。
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；
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二.计算机网络的分类
2.地理区域
数据流机器 多机
通信网络
电路交换
报文交换
分组交换
FDM
TDM
数据报
虚电路
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二.计算机网络的分类
4.其他分类方式
按用途分
专用网 公用网
按拓扑结构分
星形网 总线网 环形网 分布式网
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
分组交换
例3：多个用户共享1Mbps的链路。
假设 ： 用户交互时间(以100kbps速率)与不交互时间交替； 用户交互时间只占10％；
电路交换网络
每个用户占100kbps； 1Mbps 能支持10个用户。
支持的用户数可达3倍
发到第一条链路所需时间为L/R； 然后依次在Q－1条链路上传输； 因为它必须存储转发Q－1次，故整个延迟为Q*L/R
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
分组交换
与电路交换的区别 静态地/动态地保留所要带宽 透明/非透明 收费方法不同
比电路交换优在 更有效地利用网络带宽资源 交换节点可同时对多个数据包进行路由选择 交换节点动态调整数据包的路由 未用频带可为其他分组利用
二.计算机网络的分类
3.数据交换方式-分组交换
包交换网络中几个问题
RAM和硬盘空间 处理能力 数据包丢失
➢交换节点要求使 用大量内存 ➢不要求大容量硬 盘驱动器
➢要求交换节点有 更强大的处理能力
➢和整条报文相比 更容易丢失
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式-分组交换
➢从源到第一个交换机需7.5/1.5=5秒； ➢第一个报文到达第二个交换机需10秒； ➢以此类推，共需15秒。
0 5
10
M
15
Time(sec.)
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源 1.5Mbps PS
1.5Mbps
PS
1.5Mbps 目的
1500 1 1500 2 1500 3 1500 4 1500 5
包交换网络
同时有多于10个用户的概率P(>10)＝0.0004； 同时有少于10个用户的概率p(<10)＝0.9996； 数据的总到达率＜1Mbps(链路的输出速率)；
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
分组交换
与报文交换的区别 包交换限制数 据包最大尺寸
源 M
= 10. 5s
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
报文交换 报文(message)：一整段有意义的信息。
存储转发
存储转发延迟：中间节点存 储并转发报文而产生的延迟。
存储－转发延迟 排队延迟
典型实例：电子邮件
缓冲区 = 队列
Transmission link of R bps
二.计算机网络的分类
3.数据交换方式-分组交换
虚电路
“虚拟”：两个 设备之间实际并 不存在一条专用 的物理电路。
A
与电路交换类似。 按虚电路号路由包的网络。
B
1
2
X.25 帧中继 ATM
C
5
3
D
4
P3 P2 P1
7
F
6
E
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式-分组交换
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
A
28.8kbps
Packet Switch
28.8kbps
B
A，B包的到达顺序并不遵循任何间隔
次序，而是随机的或统计的。即只要链
C
路上出现包，即可发送，统计多路复用。
AABABA
1.544Mbps
Packet Switch
Teleworking Teleconsulting Telemarketing
应用 访问远程信息 人—人交互 交互娱乐
Teletraining
资源共享 高可靠性 节约经费 扩展性 强有力的通信手段
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一.计算机网络定义
5.计算机网络的功能
单机环境
网络化后….
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长距离连接的建立 过程长
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二.计算机网络的分类
3.数据交换方式
A
每条链路由n条“电路”组成
B
(FDM /TDM)
Circuit Switch
数字链路
C
Circuit Switch
Circuit Switch
模拟链路
D
➢每个端－端电路获得链路带宽的l/n部分 ➢一条链路上的n条电路可以是FDM或TDM电路
可与本地有线电视网络相关 可有一条或两条电缆
802.6
不包含交换元素
DQDB体系
头端
Bus A
Bus B
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二.计算机网络的分类
2.地理区域
广域网(WAN)
子网的组成 传输线 交换元素
覆盖的地理范围非常大，可 达数百公里或数千公里。
连接方式 公用数据网络(PDN) T1/T3高速数字线 DDN专线