第二章2数据通信基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,山东农业大学计算机系 网络技术与应用,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版）,杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,课件制作人：谢希仁,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,课件制作人：谢希仁,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2006-10,计算机网络基础（第二版） 杜煜,*,2.1.7,数据交换技术,通信子网的交换方式：,电路交换,存储转发,交换技术三种：,电路交换,报文交换,分组交换,课件制作人：谢希仁,1,因特网的组成,从因特网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：,(1),边缘部分,由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。,(2),核心部分,由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。,因特网的核心部分,因特网的边缘部分,主机,网络,路由器,因特网的边缘部分与核心部分,课件制作人：谢希仁,1.1,因特网的边缘部分,处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为,端系统,(end system),。,“主机,A,和主机,B,进行通信”，实际上是指：“运行在主机,A,上的某个程序和运行在主机,B,上的另一个程序进行通信”。,即“主机,A,的某个进程和主机,B,上的另一个进程进行通信”。或简称为“计算机之间通信”,课件制作人：谢希仁,两种通信方式,在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：,客户服务器方式,（,C/S,方式）,即,Client/Server,方式,对等方式,（,P2P,方式）,即,Peer-to-Peer,方式,1.,客户服务器方式,客户,(client),和,服务器,(server),都是指通信中所涉及的两个应用进程。,客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。,客户是,服务的请求方,，服务器是,服务的提供方,。,运行,客户,程序,网络边缘,网络核心,运行,服务器,程序,A,B,请求服务,得到服务,客户,服务器,客户,A,向服务器,B,发出请求服务，,而服务器,B,向客户,A,提供服务。,课件制作人：谢希仁,客户软件的特点,被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。,不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。,课件制作人：谢希仁,服务器软件的特点,一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。,系统启动后即自动调用并,一直不断地运行着,，,被动地等待,并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。,一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。,课件制作人：谢希仁,2.,对等连接方式,对等连接,(peer-to-peer,，简写为,P2P,),是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。,只要两个主机都运行了对等连接软件（,P2P,软件），它们就可以进行,平等的、对等连接通信,。,双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。,课件制作人：谢希仁,对等连接方式的特点,对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器。,例如主机,C,请求,D,的服务时，,C,是客户，,D,是服务器。但如果,C,又同时向,F,提供服务，那么,C,又同时起着服务器的作用。,网络边缘,网络核心,运行,P2P,程序,运行,P2P,程序,D,C,E,F,运行,P2P,程序,运行,P2P,程序,课件制作人：谢希仁,1.2,因特网的核心部分,网络核心部分是因特网中最复杂的部分。,网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。,在网络核心部分起特殊作用的是,路由器,(router),。,路由器是实现,分组交换,(packet switching),的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。,课件制作人：谢希仁,路由器的重要任务,路由器是实现,分组交换,(packet switching),的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。,1.,电路交换的主要特点,两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。,更多的电话机互相连通,5,部电话机两两相连，需,10,对电线。,N,部电话机两两相连，需,N,(,N, 1)/2,对电线。,当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。,使用交换机,当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。,交换机,“,交换”的含义,在这里，“,交换,”,(switching),的含义就是,转接,把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。,从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式,动态地分配,传输线路的资源。,电路交换的特点,电路交换必定是面向连接的。,电路交换的三个阶段：,建立连接,通信,释放连接,电路交换通信的三个阶段,建立连接,通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，这个过程建立起一条由源节点到目的节点传输通道。,通信（数据传输）,电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传输数据，通常为全双工传输。,释放连接（电路拆除）,在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求终止通信，若目的节点接受释放请求，则发回释放应答信息。在电路拆除阶段，各节点相应地拆除该电路的对应连接，释放由该电路占用的节点和信道资源。,电路交换,电路交换举例,A,和,B,通话经过四个交换机,通话在,A,到,B,的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换举例,C,和,D,通话只经过一个本地交换机,通话在,C,到,D,的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。,这导致通信线路的利用率很低。,报文,2.,分组交换的主要特点,在发送端，先把较长的报文（要发送的整块数据块）,划分成较短的、固定长度的数据段,。,1101000110101010110101011100010011010010,假定这个报文较长,不便于传输,数 据,数 据,数 据,报文,添加首部构成分组,每一个数据段前面添加上,首部,构成分组。,首部,首部,首部,分组,1,分组,2,分组,3,请注意：现在左边是,“,前面,”,分组交换的传输单元,分组交换网以“,分组,”作为数据传输单元。,依次,把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,数 据,首部,分组,1,数 据,首部,分组,2,数 据,首部,分组,3,分组首部的重要性,每一个,分组的首部都含有,地址,等控制信息。,分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的,地址信息,，把分组,转发,到下一个结点交换机。,用这样的,存储转发,方式，最后分组就能到达,最终目的地,。,收到分组后剥去首部,接收端收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,分组,1,数 据,首部,分组,2,数 据,首部,分组,3,收到的数据,数 据,数 据,数 据,最后还原成原来的报文,最后，在接收端把收到的数据,恢复成为原来的报文,。,这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。,报文,1101000110101010110101011100010011010010,因特网的核心部分,因特网的核心部分是由许多,网络,和把它们互连起来的,路由器,组成，而,主机处在因特网的边缘部分,。,在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。,主机,的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。,路由器,的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,H,6,路由器,网络,网络核心部分,主机,H,1,H,5,H,2,H,4,H,3,H,6,发送的,分组,路由器,A,E,D,B,C,网络核心部分,主机,分组交换网的示意图,H,1,A,互联网,B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,向,H,5,发送分组,H,2,向,H,6,发送分组,注意分组路径的变化！,路由器,主机,注意分组的,存储转发,过程,H,1,A,互联网,B,D,E,C,H,5,H,6,H,4,H,2,H,3,H,1,向,H,5,发送分组,路由器,主机,在路由器,E,暂存,查找转发表,找到转发的端口,最后到达目的主机,H,5,在路由器,C,暂存,查找转发表,找到转发的端口,在路由器,A,暂存,查找转发表,找到转发的端口,路由器,在路由器中的输入和输出端口之间,没有直接连线,。,路由器处理分组的过程是：,把收到的分组先放入,缓存（暂时存储）,；,查找,转发表,，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；,把分组送到适当的,端口,转发出去。,课件制作人：谢希仁,主机和路由器的作用不同,主机是,为用户进行信息处理,的，并向网络发送分组，从网络接收分组。,路由器对分组进行,存储转发,，最后把分组交付目的主机。,分组交换的优点,高效,动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。,灵活,以分组为传送单位和查找路由。,迅速,不必先建立连接就能向其他主机发送分组。,可靠,保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。,分组交换带来的问题,分组在各结点存储转发时需要,排队,，这就会造成一定的,时延,。,分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的,开销,。,课件制作人：谢希仁,存储转发原理并非完全新的概念,在,20,世纪,40,年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的,报文交换,(message switching),。,报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。,三种交换的比较,P,1,P,2,P,3,P,4,P,1,P,2,P,3,P,4,P,3,P,4,报,文,报,文,报,文,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,连接建立,数据传送,报文,P,2,P,1,连接释放,数据传送,的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储,转发,存储,转发,存储,转发,存储,转发,