期末計(jì)網(wǎng)滿績(jī)計(jì)劃 教材:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第七版)謝希仁版
概述
1. 互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展
第一階段:單個(gè)網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互連網(wǎng)發(fā)展的過程 第二階段:建成三級(jí)結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng) 第三階段:多層次ISP結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)
三級(jí)結(jié)構(gòu):主干網(wǎng),、地區(qū)網(wǎng)、校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng) 互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者 ISP,例如中國(guó)電信,、中國(guó)移動(dòng),、中國(guó)聯(lián)通 互聯(lián)網(wǎng)交換點(diǎn) IXP,主要作用就是允許兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)直接相連并交換分組,而不需要再通過第三個(gè)網(wǎng)絡(luò)來轉(zhuǎn)發(fā)分組。
主機(jī)A -> 本地ISP -> 地區(qū)ISP ->主干ISP -> 地區(qū)ISP ->本地ISP ->主機(jī)B;
2. 互聯(lián)網(wǎng)的組成
邊緣部分 :由所有連接再互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)組成,這部分是用戶直接使用的,用來進(jìn)行通信(傳送數(shù)據(jù),、音頻或視頻)和資源共享 核心部分 :由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成,。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的(提供連通性和交換)
處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣的部分就是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有主機(jī)
CS模式和P2P模式 后續(xù)應(yīng)用層再詳細(xì)講解 廣域網(wǎng)WAN、城域網(wǎng)MAN,、局域網(wǎng)LAN,、個(gè)人區(qū)域網(wǎng)PAN
知識(shí)點(diǎn)
電路交換 整個(gè)報(bào)文的比特流連續(xù)地從源點(diǎn)直達(dá)終點(diǎn),好像在一個(gè)管道中傳送 報(bào)文交換 整個(gè)報(bào)文先傳送到相鄰結(jié)點(diǎn),全部存儲(chǔ)下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表,轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。 分組交換 單個(gè)分組(這只是整個(gè)報(bào)文的一部分)傳送到相鄰結(jié)點(diǎn),存儲(chǔ)下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表,轉(zhuǎn)接到下一結(jié)點(diǎn),。 如果連接傳送大量的數(shù)據(jù),且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于連接建立時(shí)間,則電路交換的傳輸速率較快,。 報(bào)文交換和分組交換不需要預(yù)先分配傳輸帶寬,在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。 由于一個(gè)分組的長(zhǎng)度往往小于整個(gè)報(bào)文的長(zhǎng)度,因此分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小,同時(shí)也具有更好的靈活性,。
后續(xù)有相關(guān)例題,。
3. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能
3.1 速率
計(jì)算機(jī)發(fā)送出的信號(hào)都是數(shù)字形式的,比特(bit)來源于binary digit,意思是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字,因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字的一個(gè)1或是0。
比特也是信息論中使用的信息量的單位,。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的速率指的是數(shù)據(jù)的傳送速率,他也稱為數(shù)據(jù)率或是比特率,。
3.2 帶寬
帶寬有兩種不同的意義
帶寬本來是指某個(gè)信號(hào)具有的頻帶寬度。信號(hào)的帶寬是指該信號(hào)所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍,。因此表示某信道允許通過的信號(hào)頻帶范圍就稱為該信道的帶寬(或通頻帶) 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中,帶寬用來表示網(wǎng)絡(luò)中表示網(wǎng)絡(luò)中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力,因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的某信道所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”,單位是bit/s
3.3 吞吐量
表示單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際數(shù)據(jù)量,。(可以用每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)和幀數(shù)表述)
3.4 時(shí)延
數(shù)據(jù)(一個(gè)報(bào)文或分組、甚至比特)從網(wǎng)絡(luò)(或鏈路) 的一段傳送到另一端所需的時(shí)間,。
發(fā)送時(shí)延 是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間,也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需要的時(shí)間,。
發(fā)送時(shí)延 = 數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度( bit) /發(fā)送速率( bit/s)
傳播時(shí)延 傳播時(shí)延時(shí)電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間。
傳播時(shí)延= 信道長(zhǎng)度( bit) /電磁波在信道上的傳播速率
處理時(shí)延 主機(jī)或路由器在收到分組時(shí)要花費(fèi)一定的時(shí)間進(jìn)行處理,例如分組的首部,從分組中提取數(shù)據(jù)部分,進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)或查找適當(dāng)?shù)穆酚伞?/p>
排隊(duì)時(shí)延 分組在進(jìn)入路由器后要先在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理,。
總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延
3.5 時(shí)延帶寬積
時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 * 帶寬
表示鏈路可容納多少個(gè)比特,。 例子:時(shí)延帶寬積 = 20 x 10e-3 x 10 x 10e6 = 2 x 10e5bit 這就是表明,若發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù),則在發(fā)送的第一個(gè)比特即將達(dá)到終點(diǎn)時(shí),發(fā)送端就已經(jīng)發(fā)送了20w個(gè)比特,而這20w個(gè)比特都正在鏈路上向前移動(dòng)。因此鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度,。
3.6 往返時(shí)間RTT
雙向交互的花費(fèi)時(shí)間,包括往返的傳播時(shí)延,。 例子:A向B發(fā)送數(shù)據(jù)。如果數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是100MB,發(fā)送速率是100Mbit/s,那么
發(fā)送時(shí)間= 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度/發(fā)送速率 = 100*2*10e20*8/100*10e6 = 8.39s
如果B正確收完100MB的數(shù)據(jù)后,就立即向A發(fā)送確認(rèn)。再假定A只有再收到B的確認(rèn)信息后,才能繼續(xù)向B發(fā)送確認(rèn)的時(shí)間),。如果RTT=2s,那么可以算出A向B發(fā)送數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)率
有效數(shù)據(jù)率 = 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度/( 發(fā)送時(shí)間+RTT) = 100*2*10e20*8/( 8.39+2) = 80.7*e6 bit/s
比原來的100Mbit/s小了不少
3.7 利用率U
利用率有信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率 D 代表網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)延 D0 表示 網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延
D = D0/( 1-U)
4. 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素
語(yǔ)法:即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 語(yǔ)義:即需要發(fā)出何種控制信息,完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng) 同步:即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明
5. 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
OSI七層協(xié)議
TCP/IP 四層協(xié)議
五層協(xié)議
應(yīng)用層
通過應(yīng)用進(jìn)程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,。應(yīng)用層協(xié)議定義的時(shí)應(yīng)用進(jìn)程間通信和交互的規(guī)則。這里的進(jìn)程就是主機(jī)中正在運(yùn)行的程序,。
互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用層協(xié)議很多包括DNS域名系統(tǒng),、支持萬(wàn)維網(wǎng)應(yīng)用的HTTP協(xié)議。我們把一個(gè)用層交互的數(shù)據(jù)單元叫報(bào)文
運(yùn)輸層
負(fù)責(zé)向兩臺(tái)主機(jī)中進(jìn)程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),。
主要兩種協(xié)議
傳輸控制協(xié)議TCP 提供面向連接的,、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆?bào)文段 用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP 提供無(wú)連接的、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)(不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?,其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇怯脩魯?shù)據(jù)報(bào)
網(wǎng)絡(luò)層
負(fù)責(zé)分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù),。
在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),網(wǎng)絡(luò)層把運(yùn)輸層產(chǎn)生的報(bào)文段或用戶數(shù)據(jù)封裝成分組或包進(jìn)行傳送,。在TCP/IP體系中,由于網(wǎng)絡(luò)層用IP協(xié)議,因此分組也叫IP數(shù)據(jù)報(bào),簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)報(bào)。所以分組和數(shù)據(jù)報(bào)是同義詞,。
注意: 1. 不要把運(yùn)輸層的UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)和網(wǎng)絡(luò)層的IP數(shù)據(jù)報(bào)弄混 2. 無(wú)論是在哪一層傳送的數(shù)據(jù)單元都可籠統(tǒng)地用分組來表示,。
數(shù)據(jù)鏈路層
將網(wǎng)絡(luò)層交下來地IP數(shù)據(jù)包組裝成幀,在兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間地鏈路上傳送幀。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息(同步控制,地址控制,差錯(cuò)控制等),如果這個(gè)幀有差錯(cuò),則會(huì)直接丟棄這個(gè)幀,。
物理層
比特流的透明傳輸,接受數(shù)據(jù)鏈路層的幀,通過比特流的形式傳輸。
注意
服務(wù)是單向的,上層通過接口使用下層的服務(wù),。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的雙向?qū)Φ鹊摹?/li>
6. 分層體系結(jié)構(gòu)相關(guān)概念
對(duì)等層:兩個(gè)系統(tǒng)的相同層次叫對(duì)等層,。比如主機(jī)A和主機(jī)B的網(wǎng)絡(luò)層。 協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU:OSI 參考模型把對(duì)等層次之間傳送的數(shù)據(jù)單位,。 實(shí)體:任何可發(fā)送或接受信息的硬件或軟件進(jìn)程,。 協(xié)議:控制兩個(gè)或多個(gè)對(duì)等實(shí)體進(jìn)行通信規(guī)則的集合。 服務(wù):同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實(shí)體的數(shù)據(jù)交換,。 服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU:層與層之間交換的數(shù)據(jù)單位
7. 精選課后習(xí)題
第一題:(1-10) 試在下列條件下比較電路交換和分組交換,。要傳送的報(bào)文共x(bit)。從源點(diǎn)到終點(diǎn)共經(jīng)過k段鏈路,每段鏈路的傳播時(shí)延為d(s),數(shù)據(jù)率為b(b/s),。在電路交換時(shí)電路的建立時(shí)間為s(s),。在分組交換時(shí)分組長(zhǎng)度為p(bit),且各結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)等待時(shí)間可忽略不計(jì)。問在怎樣的條件下,分組交換的時(shí)延比電路交換的要小?(提示:畫一下草圖觀察k段鏈路共有幾個(gè)結(jié)點(diǎn),。)
第二題:(1-11) 在上題的分組交換網(wǎng)絡(luò)中,設(shè)報(bào)文長(zhǎng)度和分組長(zhǎng)度分別為 x 和(p+h) (bit),其中 p 為分組的數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度,而 h 為每個(gè)分組所帶的控制信息固定長(zhǎng)度,與 p 的大小無(wú)關(guān),。通信的兩端共經(jīng)過 k 段鏈路。鏈路的數(shù)據(jù)率為 b (bit/s),但傳播時(shí)延的結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)時(shí)間均可忽略不計(jì),。若打算使總的時(shí)延為最小,問分組的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度 p 應(yīng)取為多大?(提示:參考如下圖中的分組交換部分,觀察總的時(shí)延由哪幾部分組成,。)
第三題:(1-15) 假定網(wǎng)絡(luò)的利用率達(dá)到90%,試估算一下限制的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是它的最小值的多少倍
第四題:(1-17) 收發(fā)兩端之間的傳輸距離為1000Km,信號(hào)在媒體上的傳播速率為2×108m/s。試計(jì)算以下兩種情況的發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延: (1)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為107bit,數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100kb/s,。 (2)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為103bit,數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gb/s,。 從以上計(jì)算結(jié)果可得出什么結(jié)論