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1、计算机网络,华中科技大学,课程的任务和目的,任务： 掌握计算机网络的基本概念和基本原理目的 构建解决类似复杂问题的解决方法与思维方式,基本要求,踊跃回答问题独立完成作业积极动手实验,参考书目,1.瞿坦,计算机网络及应用(第2版),化工出版社 2.谢希仁,计算机网络(第4版),电子工业出版社,20033.Andrew S.Tanenbaum, Computer Networks, 3rd . Prentice Hall,1996.4.Behrouz Forouzan, Introduction to Data Communications and NetWorking, 2nd Edtion.
2、MoGraw-Hill,2002.,第一章 计算机网络概述,请大家思考：1 什么是计算机网络?2 计算机网络是一个复杂的问题,该采用什么方法去解决?3 现在主要有哪些解决方案？这些方案如何选择？,1 什么是计算机网络？（Compute Network）,提示：从不同角度来给大家一个直观认识：网络实例：以INTERNET为例1）网络结构与数据传输方式2）网络的接入与介质3）网络拓扑结构与分类,因特网: 工程视角,数以百万计的互联计算设备: 主机, 端接系统PC，工作站, 服务器PDA, 智能家电运行 网络应用程序通信链路光纤, 铜缆, 无线电,卫星路由器: 将数据分组(数据块)转发通过网络,因特
3、网基本组成,协议: 控制报文的收发e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP因特网标准RFC: Request for commentsIETF: Internet Engineering Task Force（因特网工程部）因特网: “万网之网”松散的层次结构公共的Internet（因特网） vs. 专有的 intranet（内联网）,local ISP,companynetwork,regional ISP,router,workstation,server,mobile,因特网的服务模式,通信系统基础上 运行分布式的应用程序:WWW, email, 网络游戏, 电子商务,
4、 数据库应用, 网上调查, 文件共享所提供的通信服务:无连接（connectionless）面向连接（connection-oriented）,1）网络结构之划分,网络边缘资源子网: 应用程序和主机网络核心通信子网: 路由器万网之网访问网络,物理介质: 通信链路,因特网中的资源子网,端接系统 (end sys.):运行应用程序e.g., WWW, email在 “网络的边缘”上客户端/服务器(client/server )模型客户端发出请求, 接收来自服务器的服务e.g., WWW客户端(浏览器)/ 服务器; email 客户端/服务器,因特网中的通信子网,由路由器互连而成的网(眼)最根本的问
5、题: 数据是如何传输并通过网络的?,网络核心（通信子网）,数据交换方式 按照某种方式动态地分配传输线路的资源分类电路交换：FDM, TDM存储转发交换：分组交换和报文交换,通信子网: 电路交换,电路交换概念连接建立物理通路，独占端到端的固定传输带宽。必定是面向连接的。,通信子网: 电路交换,为通信(call)在两端需要预留资源链路带宽, 交换能力专用资源: 没有共享电路交换的通信性能 (有承诺的)在通信进行之前要建立连接,网络核心: 电路交换,网络资源 (e.g., 带宽) 划分成 “片”各资源片分配给各个通信连接如果拥有资源的通信连接没有使用,则该资源片就被闲置(idle,没有共享)将链路带
6、宽分“片”的办法频谱划分时隙划分,dividing link bandwidth into “pieces”frequency divisiontime division,电路交换: FDMA和TDMA,电路交换,特点： 优点：实时性强 管理简单 缺点：信道利用率低 呼叫时间长 可靠性差 适合业务：实时交互式业务 大数据量传输,存储转发交换,1. 报文交换交换机采用“存储转发”能力的计算机，用户数据可暂时保存在交换机内，待线路空闲时再进行传输。,存储转发交换,2. 分组交换似于报文交换，但规定交换机和传输的数据长度（分组），不同用户的数据分组可以交织在网络中的物理链路上传输。,P1,P2,P3
7、,P4表示4个分组,网络核心: 分组交换,每个端到端的数据流被划分成分组(packet)用户 A, B 的分组可共享网络资源 每个分组使用全部的链路带宽 资源在必要时才使用,资源竞争: 资源可能供不应求拥塞: 分组排队, 等待链路资源在路由器上存储转发: 分组一次移动一个步跳通过链路传输等待下一条链路,网络核心: 分组交换,10 Mb/s以太网,分组交换,特点优点： 无固定的物理连接 可靠性强（差错控制、迂回路由） 信道利用率高（共享物理信道）缺点： 实时性差 协议复杂适合业务：突发性业务 可靠性要求高的业（如计算机通信）,分组交换vs. 电路交换,1 Mb/s链路每个用户: 100Kb/s
8、当“激活”激活时间为 10% 电路交换: 10 用户分组交换: 对 35个用户来说, 概率: 10个用户同时激活小于 .0004,分组交换使得更多用户可“同时”使用网络!,N users,1 Mbps link,分组交换vs. 电路交换,在突发性数据传输过程中表现优异资源共享无须事先建立连接过度拥塞: 导致分组延迟和丢失需要协议来保障可靠的数据传输, 拥塞控制Q: 如何在分组交换网中提供电路交换的性能?为音频/视频（audio/video）应用提供带宽保障仍然是一个需要解决的问题,思考,报文交换和分组交换 你会选择哪一种？,分组交换网络的延迟问题,分组在端到端传输的过程中会经历延迟在每个步跳中
9、产生的延迟可分为四种,结点处理: 校验错误确定输出链路排队在输出链路中等待被发送 取决于路由器的拥塞程度,分组交换网络的延迟问题,发送延迟:R=链路带宽 (b/s)L=分组长度 (bits)将分组位流发送到链路上的时间= L/R,传播延迟:d = 物理链路的长度s = 介质中的信号传播速度 (2x108 m/s)传播延迟 = d/s,注意: s 和 R 是完全不同的两个概念!,网络核心: 分组交换,分组交换: 存储转发的过程,将报文划分成较小的数据块: “分组（packets）”存储转发: 交换机等到整个分组到达完毕后, 再进行转发或路由接力,2）因特网接入技术,Q: 如何将端接路由器与端系统
10、进行连接(How to connection end systems to edge router)?居民区访问网络企事业单位访问网络 (学校, 公司)移动访问网络时刻牢记: 访问网络的带宽 (b/s)?共享或独占?,居民区访问: 点对点访问,拨号访问可达 56Kb/s对路由器的直接访问 (理论上)ISDN(一线通): integrated services digital network: 128Kb/s对路由器的全数字化连接 ADSL(非对称用户线路): asymmetric digital subscriber line上行可达 1 Mb/s home-to-router下行可达 8 M
11、b/s router-to-homeADSL 的应用: 已经普及,居民区访问: 线缆调制解调器,HFC: hybrid fiber coax(光纤同轴电缆混合网络)非对称: 下行可达 10Mb/s, 1 Mb/s 的上行速率光纤同轴电缆混合网络将家庭连接到 ISP路由器在若干家庭用户间共享访问带宽关注点: 拥塞, 规模控制问题 应用: 在国内的个别地区试点, e.g., 上海，个别“智能小区”,居民区访问: 线缆调制解调器,Diagram: http:/ 局域网,公司/大学 局域网 (LAN) 将端系统连接到端接路由器以太网(Ethernet): 共享或专线电缆将端系统连接端系统和路由器10
12、Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s 以太网应用: 企事业单位, 家庭用户 普遍使用的LAN,无线访问网络,共享的无线访问网络连接端系统和路由器无线LAN:使用无线频谱替代网线e.g., 朗讯 Wavelan 11 Mb/s广域无线访问CDPD: 通过蜂窝式网络无线访问ISP路由器,3）从网络拓扑结构看CN,网络拓扑结构概念及分类拓扑结构概念将网络上的服务器和工作站抽象成点，将电缆等通信介质抽象成线，则形成点和线组成的几何图形，从而抽象出网络的具体结构。 常见网络拓扑结构网状、总线型、星型、环型、树型,计算机网络的拓扑结构,网状结构,计算机网络的拓扑结构,网状结构形状不规则，每一个计算机节
13、点至少与其他两个节点相连。n台计算机全连通所需信道y=(n2-n)/2特点稳定可靠、保密性好、可选择最佳路径；所需连线多成本高、网络复杂不易管理，常用于大型广域网、主干网络,计算机网络的拓扑结构,总线结构将各个节点设备和一根总线相连，网络中所有的节点工作站均通过总线进行信息传输特点共享信道；易安装，所需连线少，成本低；难重新配置、无法隔离失效的计算机、实时性差,计算机网络的拓扑结构,环型拓扑结构用电缆或光纤将计算机串成一个圆环特点易安装、配置、某一计算机出错时可自动旁路；不便于扩充，系统响应时间长,计算机网络的拓扑结构,星型结构网络中每一节点通过连接线与一中心节点（交换机、HUB）相连。特点易
14、安装、配置，可靠（易隔离故障）；需连线多，中央节点负担重。,计算机网络的拓扑结构,树型结构各节点按层次结构连接起来，形状像倒置的树，顶端为根节点。特点易扩展、易隔离故障、可靠、依赖根节点,3）从计算机网络分类看CN,按覆盖范围分局域网 (Local Area Network, LAN)小范围内的计算机网络特点：范围：100m20km传输速率高：1Mbps10Gbps误码率低结构规范：星型、总线型、环型等传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤等,计算机网络的分类,按覆盖范围分城域网 (Metropolitan Area Network, MAN)一个城市范围内的计算机网络特点：范围：几公里几十公里，介于局域网和广域网之间传输速率低：几Kbps几十Mbps误码率高结构复杂传输介质：公共电话网、DDN、光纤、微波,计算机网络的分类,按覆盖范围分广域网 (Wide Area Network, WAN)城市、国家、洲或全球范围的计算机网络特点：范围：几十公里几千公里，范围大传输速率低： 9.6Kbps几百Mbps误码率高结构复杂传输介质：公共电话网、DDN、ISDN、xDSL、光纤、 卫星、微波,
