第1章 概述(二).ppt
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1、课程回顾课程回顾n三网?三网?n计算机网络最重要的功能?计算机网络最重要的功能?n计算机网络的分类?计算机网络的分类?n交换分类?交换分类?课件制作人:谢希仁计算机网络(第计算机网络(第5版)版)计算机信息与工程学院计算机信息与工程学院徐涛徐涛QQ群:群:161470545本讲内容本讲内容1.6 计算机网络的性能计算机网络的性能1.7 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构 1.6 计算机网络的性能计算机网络的性能1.速率速率n比特比特(bit)是计算机中数据量的单位,也是)是计算机中数据量的单位,也是信息论中使用的信息量的单位。信息论中使用的信息量的单位。nBit 来源于来源于 binar
2、y digit,意思是一个,意思是一个“二进二进制数字制数字”,因此一个比特就是二进制数字中,因此一个比特就是二进制数字中的一个的一个 1 或或 0。n速率速率即即数据率数据率(data rate)或或比特率比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是率的单位是 b/s,或,或kb/s,Mb/s,Gb/s 等。等。n速率往往是指速率往往是指额定速率额定速率或或标称速率标称速率。2.带宽带宽 n“带宽带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带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)。宽度,单位是赫(或
3、千赫、兆赫、吉赫等)。n现在现在“带宽带宽”是数字信道所能传送的是数字信道所能传送的“最高数最高数据率据率”的同义语,单位是的同义语,单位是“比特每秒比特每秒”,或,或 b/s(bit/s)。常用的带宽单位常用的带宽单位n更常用的带宽单位是更常用的带宽单位是q千比每秒,即千比每秒,即 kb/s(103 b/s)q兆比每秒,即兆比每秒,即 Mb/s(106 b/s)q吉比每秒,即吉比每秒,即 Gb/s(109 b/s)q太比每秒,即太比每秒,即 Tb/s(1012 b/s)n请注意:在计算机界,请注意:在计算机界,K=210=1024 M=220,G=230,T=240。数字信号流随时间的变化数
4、字信号流随时间的变化n在在时间轴上时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 3.吞吐量吞吐量n吞吐量吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。某个网络(或信道、接口)的数据量。n吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的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。量能够通过网络。n吞吐量受网络的带
5、宽或网络的额定速率的限吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。制。4.时延时延(delay 或或 latency)n传输时延传输时延(发送时延(发送时延)发送数据时,数发送数据时,数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。n也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到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。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)时延时延(delay 或或 latency)n传播时延传播时延 电磁波在信道中需要传播一定电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。的
6、距离而花费的时间。n信号信号传输速率传输速率(即发送速率)和信号在信道(即发送速率)和信号在信道上的上的传播速率传播速率是完全不同的概念。是完全不同的概念。传播时延=信道长度(米)信号在信道上的传播速率(米/秒)时延时延(delay 或或 latency)n处理时延处理时延 交换结点为存储转发而进行一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。些必要的处理所花费的时间。n排队时延排队时延 结点缓存队列中分组结点缓存队列中分组排队排队所经所经历的时延。历的时延。n排队时延的长短往往取决于网络中排队时延的长短往往取决于网络中当时的通当时的通信量信量。时延时延(delay 或或 latenc
7、y)n数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、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: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四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点 A 中产生处理时延和排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路容易产生的错误概念容易产生的错误概念 n对于高速网络链路,我们提高的仅仅是数据对于高速网络链路,我们提高的仅仅是数据的的发送速率发送速率而不是比特在链路上的而不是比特在链路上的传播速率传播速率。n
8、提高链路带宽减小了数据的发送时延。提高链路带宽减小了数据的发送时延。5.时延带宽积时延带宽积n链路的时延带宽积又称为以链路的时延带宽积又称为以比特比特为单位的链为单位的链路长度。路长度。(传播)时延链路带宽时延带宽积=传播时延 带宽时延带宽积例:例:n1、一个长度为、一个长度为100MB的数据块,在带宽为的数据块,在带宽为1Mb/s的信道上连续发送,其发送时延是多少的信道上连续发送,其发送时延是多少?q答:答:100*220*8/106=838.9sq发送时延长发送时延长n2、1个字节的数据在个字节的数据在1Mb/s信道上发送,发送信道上发送,发送时延为多少?时延为多少?q答:答:1*8/10
9、6=8 sq传播时延长传播时延长6.利用率利用率n信道利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被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利用的(有数据通过)。完全空闲的信道的利用率是零。用率是零。n网络利用率网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平则是全网络的信道利用率的加权平均值。均值。n信道利用率并非越高越好。信道利用率并非越高越好。时延与网络利用率的关系时延与网络利用率的关系n根据排队论的理论,当某信道的利用率增大根据排队论的理论,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。时,该信道引起的时延也就迅速增加。n若令若令 D0 表示网络空闲时的时
10、延,表示网络空闲时的时延,D 表示网表示网络当前的时延,则在适当的假定条件下,可络当前的时延,则在适当的假定条件下,可以用下面的简单公式表示以用下面的简单公式表示 D 和和 D0之间的关之间的关系:系:U 是网络的利用率,数值在 0 到 1 之间。时延 D利用率 U10D0时延急剧增大1.6.2 计算机网络的非性能特征计算机网络的非性能特征 n费用费用n质量质量n标准化标准化n可靠性可靠性n可扩展性和可升级性可扩展性和可升级性 n易于管理和维护易于管理和维护 1.7 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构1.7.1 计算机网络体系结构的形成计算机网络体系结构的形成n相互通信的两个计算机系统必
11、须相互通信的两个计算机系统必须高度协调工高度协调工作作才行,而这种才行,而这种“协调协调”是相当复杂的。是相当复杂的。n“分层分层”可将庞大而复杂的问题,转化为若可将庞大而复杂的问题,转化为若干较小的局部问题,而这些较小的局部问题干较小的局部问题,而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。就比较易于研究和处理。关于开放系统互连参考模型关于开放系统互连参考模型OSI/RMn只要遵循只要遵循 OSI 标准,一个系统就可以和位于世标准,一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。何系统进行通信。n在市场化方面在市场化方面 OS
12、I 却失败了。却失败了。qOSI 的专家们在完成的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力;标准时没有商业驱动力;qOSI 的协议实现起来过分复杂,且运行效率很低;的协议实现起来过分复杂,且运行效率很低;qOSI 标准的制定周期太长,因而使得按标准的制定周期太长,因而使得按 OSI 标准生标准生产的设备无法及时进入市场;产的设备无法及时进入市场;qOSI 的层次划分并也不太合理,有些功能在多个层的层次划分并也不太合理,有些功能在多个层次中重复出现。次中重复出现。两种国际标准两种国际标准n法律上的法律上的(de jure)国际标准国际标准 OSI 并没有得并没有得到市场的认可。到市场的认可。n
13、是非国际标准是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的现在获得了最广泛的应用。应用。qTCP/IP 常被称为常被称为事实上的事实上的(de facto)国际标准国际标准。1.7.2 划分层次的必要性划分层次的必要性n计算机网络中的数据交换计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定必须遵守事先约定好的规则好的规则。n这些这些规则规则明确规定了所交换的数据的格式以明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题(同步含有时序的意思)。及有关的同步问题(同步含有时序的意思)。n网络协议网络协议(network protocol),简称为,简称为协议,协议,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、是为进行
14、网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。标准或约定。网络协议的组成要素网络协议的组成要素 n语法语法 数据与控制信息的结构或格式数据与控制信息的结构或格式。n语义语义 需要发出何种控制信息,完成何种需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。动作以及做出何种响应。n同步同步 事件实现顺序的详细说明。事件实现顺序的详细说明。划分层次的概念举例划分层次的概念举例 n主机主机 1 向主机向主机 2 通过网络发送文件。通过网络发送文件。n可以将要做的工作进行如下的划分。可以将要做的工作进行如下的划分。n第一类工作与传送文件直接有关。第一类工作与传送文件直接有关。q确信对方已做好接收和存储文件
15、的准备。确信对方已做好接收和存储文件的准备。q双方协调好一致的文件格式。双方协调好一致的文件格式。n两个主机将两个主机将文件传送模块文件传送模块作为最高的一层作为最高的一层。剩下的工作由下面的模块负责。剩下的工作由下面的模块负责。两个主机交换文件两个主机交换文件 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块再设计一个通信服务模块再设计一个通信服务模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文
16、件交给上层模块通信服务模块通信服务模块再设计一个网络接入模块再设计一个网络接入模块 文件传送模块主机 1主机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如,规定传输的帧格式,帧的最大长度等。分层的好处分层的好处 n各层之间是独立的。各层之间是独立的。n灵活性好。灵活性好。n结构上可分割开。结构上可分割开。n易于实现和维护。易于实现和维护。n能促进标准化工作。能促进标准化工作。层数多少要适当层数多少要适当 n若层数太少,就会使每一层的协议太复杂。若层数太少,就会使每一层的协议太复杂。n层数太多又会在描述和综合
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