计算机通信网络第一章讲解课件.ppt

1、1因特网因特网(Internet)的发展和作用的发展和作用l进入进入 20 世纪世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。网络得到了飞速的发展。l已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。l已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。 l21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。它是一个以网络为核心的信息时代。l网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要网络现已成为信

2、息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。基础。l网络是指网络是指“三网三网”，即电信网络、有线电视网络和计，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。算机网络。 NGB(下一代广播电视网）。下一代广播电视网）。l发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。 2因特网的意义因特网的意义l因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。革。l现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。开因特网。 3物联网物联网(Internet Of Things)l通过射频识别（通过射频识别（RFID

3、）、红外感应器、全球）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种跟踪、监控和管理的一种网络概念网络概念。 45云计算（云计算（cloud computing）l是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。机和其他设备。l云计算的

4、核心思想，是将大量用网络连接的计云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供按需服务。向用户提供按需服务。l云计算的整个运行方式很像电网。云计算的整个运行方式很像电网。67云盘（云盘（Cloud Storage)l是互联网存储工具是互联网存储工具l云盘是互联网云技术的产物云盘是互联网云技术的产物l通过互联网为企业和个人提供信息的储存，读通过互联网为企业和个人提供信息的储存，读取，下载等服务取，下载等服务l具有安全稳定、海量存储的特点具有安全稳定、海量存储的特点 l比较知名而且好用的云盘服务商有比较知名而且好用

5、的云盘服务商有: 百度云盘、百度云盘、360云盘、金山快盘、够快网盘、云盘、金山快盘、够快网盘、微云等微云等 1.1计算机通信网的基本概念计算机通信网的基本概念一：计算机网络一：计算机网络 （Computer network）定义：定义：计算机网络是由各具有自主功能在地理上分散而又通过通信手段通信手段相互连接起来的计算机组成的复合系统复合系统。组成组成: 1. 资源子网资源子网(主机主机):为用户提供各种服务; 2. 通信子网通信子网:提供数据传输和交换功能; 3. 通信协议通信协议(Protocol): 指计算机之间相互进行数据通信而事先商定的规则。9(a)(b)网络互联网（网络的网络）结点

6、链路10主机因特网11主机终端终端终端终端终端图1-1 以单个主机为中心计算机网络的起源计算机网络的起源12第一代计算机网络（远程联机系统）第一代计算机网络（远程联机系统）13第二代计算机网络第二代计算机网络l多个主计算机都具有自主处理能力，不存在主从关系。多个主计算机都具有自主处理能力，不存在主从关系。 典型代表：典型代表：APRA NET （因特网的雏形）（因特网的雏形） IBM 公司的公司的SNA DEC公司的公司的DNAARPA NET的特征：的特征： 1.资源共享；资源共享； 2.分布式控制；分布式控制； 3.分组交换；分组交换； 4.层次式结构；层次式结构； 5.逻辑上分为通信子网

7、和资源子网。逻辑上分为通信子网和资源子网。一个典型的计算机网络示例一个典型的计算机网络示例 15IMP2IMP1IMP3IMP4IMP5IMP6IMP7H1H5H6H2H3H4H7通信子网通信子网 资源子网资源子网通信子网的结构通信子网的结构16用户因特网ISP1ISP2因特网服务提供者用户通过用户通过 ISP 上网上网根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同的层次。 17一级 ISP一级 ISP第一层 ISP大公司本地 ISP大公司大公司公司本地 ISP本地 ISP校园网校园网校园网校园网第二层 ISP第二层 ISPNAPNAPAB主机A 本地 ISP

8、 第二层 ISP NAP 第一层 ISP NAP 第二层 ISP 本地 ISP 主机B第一层 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第一层 ISP第一层第二层第三层本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP本地 ISP第二层 ISP本地 ISP本地 ISP第二层 ISP18第三代计算机网络第三代计算机网络特点：具有统一的网络体系结构，遵循国际标准特点：具有统一的网络体系结构，遵循国际标准 化的协议。化的协议。国际标准化组织国际标准化组织ISO于于1977年成立了专门机构研年成立了专门机构研究该问题（究该问题（SC16），于），于1984年正式颁

9、布开放系年正式颁布开放系统互连参考模型统互连参考模型OSI/RM（ Open System Interconnection/Reference Model)。ISO7498，分七层，称为，分七层，称为OSI七层模型。七层模型。19新一代计算机网络新一代计算机网络l交换式网络（局域网交换机）交换式网络（局域网交换机）l宽带（宽带（3网合一）网合一）l移动通信（移动通信（Wifi,Wimax,3G,4G,Ad hoc)发展趋势：发展趋势：宽带，移动宽带，移动20从主机为中心到以网络为中从主机为中心到以网络为中心心主机终端以主机为中心以分组交换网为中心主机分组交换网21计算机网络在我国的发展计算机网

10、络在我国的发展(1) 中国公用计算机互联网中国公用计算机互联网 CHINANET(2) 中国教育和科研计算机网中国教育和科研计算机网 CERNET(3) 中国科学技术网中国科学技术网 CSTNET(4)中国公用经济信息网中国公用经济信息网CHINAGBN(5) 中国联通互联网中国联通互联网 UNINET(6) 中国网通公用互联网中国网通公用互联网 CNCNET(7) 中国国际经济贸易互联网中国国际经济贸易互联网 CIETNET(8) 中国移动互联网中国移动互联网 CMNET(9) 中国长城互联网中国长城互联网 CGWNET(10) 中国卫星集团互联网中国卫星集团互联网 CSNET 22计算机网

11、络的分类计算机网络的分类几种不同的分类方法几种不同的分类方法 从网络的作用范围进行分类 按拓朴结构分 从网络的交换功能进行分类 从网络的使用者进行分类 23几种不同的分类方法（一）几种不同的分类方法（一）l从网络的作用范围进行分类从网络的作用范围进行分类 局域网 LAN (Local Area Network) 城域网 MAN (Metropolitan Area Network) 广域网 WAN (Wide Area Network) 接入网 AN (Access Network) 个人区域网PAN（Personal Area Networks)24广域网、城域网、接入网以广域网、城域网、接

12、入网以及局域网的关系及局域网的关系 城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网25几种不同的分类方法几种不同的分类方法（二）（二）l从网络的拓朴结构分类从网络的拓朴结构分类 星型 树型 总线型 环型 网状型26常见的几种计算机拓扑结构常见的几种计算机拓扑结构星形集线器(交换机)树型网27常见的几种计算机拓扑结构常见的几种计算机拓扑结构环形总线型28常见的几种计算机拓扑结构常见的几种计算机拓扑结构网状型29几种不同的分类方法几种不同的分类方法（三）（三）l从网络的交换功能分类从网络的交换功能分类 电路交换：把发送方和接收主用一系列链路直接连通，需要建立一条临时

13、的专用通路。 报文交换：把发送的信息组织成一个数据包在网络中一站一站地传送。 分组交换：数据包具有限定长度的存储数据包具有限定长度的存储-转转发交换方式发交换方式。 混合交换30电路交换举例电路交换举例lA 和和 B 通话经过四个交换机通话经过四个交换机l通话在通话在 A 到到 B 的连接上进行的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA31电路交换举例电路交换举例lC 和和 D 通话只经过一个本地交换机通话只经过一个本地交换机l通话在通话在 C 到到 D 的连接上进行的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA32存储转发存储转发过程过程H

14、1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H533数 据数 据数 据F 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块F 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）F 依次把各分组发送到接收端F 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组报文发送端首部分组数 据首部分组首部数 据发送发送发送在前发送接收端数 据首部数 据首部数 据首部34分组交换网的示意图分组交换网的示意图H1A分组交换网BDECH5

15、H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机35三种交换方式的比较三种交换方式的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA 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P2P1连接释放36电路交换、报文交换、分组交换的比较电路交换、报文交换、分组交换的比较电路交换：电路交换：比特流连续地从源点到达终点，如比特流连续地从源点到达终点，如像在一个管道中传送；若传输大量数据，则传像在一个管道中传送；若传输大量数据，则传输效率较高。输效率较高。报文交换：报文交换：整个报文先到一个相邻结点，

16、存储整个报文先到一个相邻结点，存储后再转发到下一结点。后再转发到下一结点。分组交换：分组交换：单个分组传送到相邻结点，存储后单个分组传送到相邻结点，存储后再转发到下一结点。再转发到下一结点。37分组交换的优点分组交换的优点l高效高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。占用。 l灵活灵活 以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。l迅速迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。组；充分使用链路的带宽。l可靠可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络

17、有很好的生存性议使网络有很好的生存性。 38计算机网络的功能计算机网络的功能l资源共享资源共享l提高可靠性和可用性提高可靠性和可用性l提供通信手段（数据通信）提供通信手段（数据通信）l分担负荷，协同处理分担负荷，协同处理 “云计算云计算”39计算机网络提供的服务计算机网络提供的服务l电子邮件电子邮件:SMTPl文件传送文件传送:FTPl远程登录远程登录:TELNETl共享（存储、打印）共享（存储、打印）l信息查询：信息查询：WWW（World Wide Web)401.2 计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构l相互通信的两个计算机系统必须相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作高度协调工作

18、才行才行，而这种，而这种“协调协调”是相当复杂的。是相当复杂的。 l“分层分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干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就比较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。较易于研究和处理。 41分层的好处分层的好处 l各层之间是独立的。各层之间是独立的。l灵活性好。灵活性好。l结构上可分割开。结构上可分割开。l易于实现和维护。易于实现和维护。l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l若层数若层数太少太少，就会使每一层的协议太复杂。，就会使每一层的协议太复杂。l层数层数太多太多又会在描述和综合各层

19、功能的系统工又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。程任务时遇到较多的困难。 计算机网络的分层结构计算机网络的分层结构n+1层层n层层n-1层层n-1层层n层层n+1层层(n-1)层协议层协议(n)层协议层协议(n+1)层协议层协议虚通信虚通信实通信实通信物理层物理层n层是层是n-1层层的用户，又的用户，又是是n+1层的层的服务提供者服务提供者43层次结构中的几个术语层次结构中的几个术语l对等层对等层：两个系统中同样的层次：两个系统中同样的层次l子系统子系统：开放系统的每一个划分：开放系统的每一个划分l实体实体：任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程：任何可以发送或接收信息的硬

20、件或软件进程l（n）实体）实体：n层的实体层的实体l对等实体对等实体：位于不同系统的同一层内相互交互的实体：位于不同系统的同一层内相互交互的实体l(n)协议协议：控制两个对等：控制两个对等(n)实体进行通信的规则的集合实体进行通信的规则的集合l(n)服务服务：(n)层向上提供的服务层向上提供的服务l(n)用户用户：接受：接受(n)服务的上一层实体服务的上一层实体44分层结构的特点分层结构的特点l除了在物理媒体上进行的是除了在物理媒体上进行的是实通信实通信外，外，其余对等实体间进行的都是其余对等实体间进行的都是虚通信虚通信；l对等层的虚通信必须遵守该层的协议；对等层的虚通信必须遵守该层的协议；l

21、n层的虚通信通过层的虚通信通过n-1/n层间接口处层间接口处n-1层层提供的服务及提供的服务及n-1层的通信实现的。层的通信实现的。45计算机通信网的组织和结构计算机通信网的组织和结构 46OSI参考模型参考模型 47OSI/RM 开放系统互连参考模型开放系统互连参考模型1、分为、分为七层七层：物理层、数据链路层、网络层、运输层、：物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层会话层、表示层、应用层2、整个系统分为、整个系统分为端开放系统端开放系统和和中继开放系统中继开放系统资源子网资源子网 通信子网通信子网 资源子网包含资源子网包含七层七层，中继开放系统包含，中继开放系统包含三层

22、三层3、对等层的虚通信必须遵循相应的协议、对等层的虚通信必须遵循相应的协议4、相邻层间接口处由低层向高层提供服务、相邻层间接口处由低层向高层提供服务 信息的基本单位是信息的基本单位是数据单元数据单元 服务通过服务通过服务原语服务原语实现实现。 提供服务的地方：提供服务的地方：服务访问点（服务访问点（SAP）。）。 48相邻层间的数据传递过程相邻层间的数据传递过程(N+1)PDU(N)SDU(N)ICI(N)SDU(N)PCI(N)SAP第第N+1层层第第N层层(N)PDU(N)PDU=(N+1)PDU+(N)PCIPDU：协议数据单元：协议数据单元SDU：服务数据单元：服务数据单元ICI:接口

23、控制信息接口控制信息PCI：协议控制信息：协议控制信息49数据的实际传输过程数据的实际传输过程发送进程A发送进程B数据H1H2H3H4H5H6H776425316134275物理媒体物理媒体50思考题思考题层次结构共有层次结构共有N层，如用户的数据长度为层，如用户的数据长度为D，每层的协议头长度为每层的协议头长度为H，则在数据发送时，则在数据发送时由于协议头浪费的带宽占总带宽的比例为由于协议头浪费的带宽占总带宽的比例为多少？多少？51TCP/IP协议簇协议簇应用层应用层FTP TELNETSMTP TFTPDNS SNMPNFSXDRRPC传输层传输层TCPUDP网络层网络层IP 路由协议路由

24、协议 ICMP ARP RARP网络网络接口层接口层网络接口卡网络接口卡(以太、令牌环、以太、令牌环、ARCNET)传输介质传输介质(双绞线、同轴电缆、光纤双绞线、同轴电缆、光纤)52OSI 与与 TCP/IP体系结构的比较体系结构的比较 应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层7654321OSI 的体系结构应用层网络接口层网际层 IP (各种应用层协议如TELNET, FTP, SMTP 等)运输层(TCP 或 UDP)TCP/IP 的体系结构无连接分组交付服务运输服务 (可靠或不可靠)各种应用服务TCP/IP 的三个服务层次53 TCP/IP的体系结构的体系结构应用层运输层网际层网

25、络接口层主机A主机B路由器网络 2网络 1应用层运输层网际层网络接口层网际层网络接口层4321路由器在转发分组时最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。 54沙漏计时器形状的沙漏计时器形状的TCP/IP协议族协议族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上55五层协议的体系结构五层协议的体系结构 l应用层应用层(application layer) l运输层运输层(transport

26、layer) l网络层网络层(network layer) l数据链路层数据链路层(data link layer) l物理层物理层(physical layer) 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层56各层功能各层功能l物理层物理层（physical layer）：）：为通信提供物理链为通信提供物理链路，实现比特流的透明传输。基本单位：路，实现比特流的透明传输。基本单位：比特比特定义了传输线、硬件接口的机械、电气、功能定义了传输线、硬件接口的机械、电气、功能和过程特性，以便建立、维护和拆除连接。和过程特性，以便建立、维护和拆除连接。位同步连接管理位同步连接管理l

27、数据链路层数据链路层（data link layer）：）：提供相邻结点提供相邻结点间透明、可靠的信息传送报务。基本单位是间透明、可靠的信息传送报务。基本单位是帧。帧。帧同步流量控制差错控制链路管理帧同步流量控制差错控制链路管理 透明：对所传输的数据内容、格式及编码不作透明：对所传输的数据内容、格式及编码不作任何限制。任何限制。57l网络层网络层（network layer）：）：提供源站和目标站提供源站和目标站之间的信息传输服务。基本单位是之间的信息传输服务。基本单位是分组分组。路由选择差错控制拥塞控制路由选择差错控制拥塞控制l传输层传输层（transport layer）：）：为不同系统内

28、的为不同系统内的会晤实体提供端端之间透明的可靠的数据传会晤实体提供端端之间透明的可靠的数据传输。基本单位是输。基本单位是报文报文端端差错控制顺序、流量控制多路复用端端差错控制顺序、流量控制多路复用 各层功能各层功能58l会话层会话层（session layer）：）：为不同系统内的应为不同系统内的应用进程之间建立会晤连接，使它们能按同步方用进程之间建立会晤连接，使它们能按同步方式交换数据，并有序地拆除连接。式交换数据，并有序地拆除连接。l表示层表示层（presentation layer）：）：向应用进程提供信息向应用进程提供信息表示方式，对不同表示方式进行转换管理等，使采用表示方式，对不同表

29、示方式进行转换管理等，使采用不同表示方式的系统之间能通信，并提供标准的应用不同表示方式的系统之间能通信，并提供标准的应用接口。接口。各层功能各层功能59l应用层应用层（application layer）：）：为应用进程访问为应用进程访问OSI环境提供手段，管理和分配网络资源。环境提供手段，管理和分配网络资源。DNS，FTP，TELNET，电子邮件，电子邮件，WEB，网网络管理络管理各层功能各层功能60问题：问题：OSI在哪一层完成下列功能？在哪一层完成下列功能？ A.将待传输的比特流化分成帧；将待传输的比特流化分成帧； B. .决定使用哪条路径通过子网；决定使用哪条路径通过子网； C.传输线

30、上的位流信号同步；传输线上的位流信号同步； D.两端用户间传输文件。两端用户间传输文件。61计算机网络的主要性能指标计算机网络的主要性能指标l“带宽带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频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）。带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。l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)。 n带宽带宽62常用的带宽单位常用的带宽单位l更常用的带宽单位是更常用的带宽单位是 千比特每秒，即 kb/s （103 b/s）

31、 兆比特每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比特每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比特每秒，即 Tb/s（1012 b/s）l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。63数字信号流随时间的变化数字信号流随时间的变化l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 64时延时延(delay 或或 latency)l发送时延发送时延（传输时延（

32、传输时延 ） 发送数据时，数据发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。块从结点进入到传输媒体所需要的时间。l信道带宽信道带宽 数据在信道上的发送速率。常称数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的为数据在信道上的传输速率传输速率。 发送时延 = 数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）65时延时延(delay 或或 latency)l传播时延传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。离而花费的时间。 l信号信号传输速率传输速率（即发送速率）和信号在信道上（即发送速率）和信号在信道上的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。

33、传播时延 = 信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）66时延时延(delay 或或 latency)l处理时延处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必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。要的处理所花费的时间。 l结点缓存队列中分组结点缓存队列中分组排队排队所经历的时延是处理所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。时延中的重要组成部分。l处理时延的长短往往取决于网络中处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信当时的通信量量。l有时可用排队时延作为有时可用排队时延作为处理时延处理时延。 67时延时延(delay 或或 latency)l数据经历的数据经历的总时延总时延就是发送

34、时延、传播时延和就是发送时延、传播时延和处理时延之和：处理时延之和： 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延68三种时延所产生的地方三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在发送器产生发送时延(即传输时延)在队列中产生处理时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路69容易产生的错误概念容易产生的错误概念 l对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据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。 l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。

35、 70时延带宽积时延带宽积（传播）时延链路带宽时延带宽积 = 传播时延 带宽l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路为单位的链路长度。长度。 （物理含义物理含义）时延带宽积71往返时延往返时延 RTT l往返时延往返时延 RTT (Round-Trip Time) 表示从发表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。总共经历的时延。 72利用率利用率l信道利用率信道利用率：信道有百分之几的时间是被利用的。：信道有百分之几的时间

36、是被利用的。l网络利用率网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。：全网络的信道利用率的加权平均值。 D0：空闲时的时延，：空闲时的时延，D：当前的网络时延，则利用率：当前的网络时延，则利用率0DDUD01DDU信道利用率并非越高越好。信道利用率并非越高越好。73吞吐量吞吐量l单位时间内通过某个网络的数据量。单位时间内通过某个网络的数据量。l受带宽或额定速率的限制。受带宽或额定速率的限制。741.3排队论排队论Queuing Theory一：排队一：排队一个报文进入网络后，排队等待，被服务，并离开。这是一个随机过程一个报文进入网络后，排队等待，被服务，并离开。这是一个随机过程。如在时间间隔如

37、在时间间隔t内，有内，有k个报文到达的概率为个报文到达的概率为其中其中k=0,1,2；l l 为常数。称这种过程为为常数。称这种过程为泊松过程泊松过程。泊松过程的特点：泊松过程的特点：1)平稳性平稳性：任意段时间内事件出现的概率只与：任意段时间内事件出现的概率只与t有关，而与什么时候出现有关，而与什么时候出现无关；无关；2)无后效性（无记忆性）：无后效性（无记忆性）：互不相交的时间区域内事件出现的概率互不互不相交的时间区域内事件出现的概率互不相关；相关；3)普通性普通性(双择性双择性)：在在t+D Dt 内，当内，当 D Dt0时，在时，在D Dt内要么有一个事件出内要么有一个事件出现，要么现

38、，要么0个事件出现，大于个事件出现，大于1个事件到达的概率为个事件到达的概率为0（忽略）。（忽略）。!)()(kettPtkkll751.3排队论排队论Queuing Theory二：到达时间间隔二：到达时间间隔t的概率密度函数的概率密度函数t 内无报文到达，在Dt内有一个报文到达，则a(t)Dt=Pt内无到达，在(t,t+Dt)内有1个报文到达根据泊松公式： Pt内无到达=e-lt P(t,t+Dt)内有1个报文到达=lDte-lt则：则： lllllllll1)(E)(0)()()(0DDDDdttatetateetaetettattttt均值：时，761.3排队论排队论Queuing T

39、heory三：服务（发送）时间的概率密度函数三：服务（发送）时间的概率密度函数服务（发送报文）时间与报文的随机长度和服务率（发送速服务（发送报文）时间与报文的随机长度和服务率（发送速率）有关。率）有关。 t=r/c, 式中，式中，r为随机报文长度，为随机报文长度，c为发送速率确定值。为发送速率确定值。大量实践统计表明，随机报文长度概率密度函数也呈负指数大量实践统计表明，随机报文长度概率密度函数也呈负指数关系，即关系，即 式中，式中，r为报文随机长度变量。为报文随机长度变量。均值：均值： 式中，式中， 为随机报文长度为随机报文长度 ( )rb re01rrEr edr1771.3排队论排队论Qu

40、euing Theory四、李特尔定律（四、李特尔定律（Little Law） N = l lT 式中：式中：N-网络中的平均报文数网络中的平均报文数ll报文的平均到达率报文的平均到达率TT报文在网络中的平均逗留时间报文在网络中的平均逗留时间Little定律表明：在稳态情况下，逗留在网络中报文的平均定律表明：在稳态情况下，逗留在网络中报文的平均数等于报文的平均到达率与这些报文在网络中的平均逗留时数等于报文的平均到达率与这些报文在网络中的平均逗留时间之乘积。间之乘积。Little定律对于任意设定边界的封闭网络，对任意分布的数定律对于任意设定边界的封闭网络，对任意分布的数据流均正确。据流均正确。

41、781.3排队论排队论Queuing Theory五、通信量强度五、通信量强度（traffic intensity) 即业务强度或信道忙的概率，表示网络的忙碌程度。即业务强度或信道忙的概率，表示网络的忙碌程度。 设设: 为通信量强度为通信量强度(业务强度业务强度)；l l 为平均到达率；为平均到达率；1/ 为随为随机报文长度；机报文长度；C链路的速率。则：链路的速率。则： cl1业务量强度等于业务量强度等于报文平均到达率报文平均到达率与输出信与输出信道的道的平均输出率平均输出率之比。之比。791.3排队论排队论Queuing Theory1TWC六、系统中的平均报文数六、系统中的平均报文数 设

42、报文的平均排队时间为设报文的平均排队时间为W，每个报文的平均发送时间为，每个报文的平均发送时间为1/ c, 则报文在系统的逗留时间为则报文在系统的逗留时间为 两边同乘两边同乘l, l, 则：则：N=Ng + TWClll结论：网络中逗留的平均报文数等于正在排队结论：网络中逗留的平均报文数等于正在排队的平均报文数与正在发送的平均报文数之和。的平均报文数与正在发送的平均报文数之和。801.3排队论排队论Queuing Theory七、基本的排队模型七、基本的排队模型一个排队系统有如下的五大要素：一个排队系统有如下的五大要素：1. 顾客到达概率（到达时间间隔概率分布顾客到达概率（到达时间间隔概率分布

43、);2. 服务规律（服务时间的规律）服务规律（服务时间的规律）;3. 服务员个数（输出信道数）；服务员个数（输出信道数）；4. 排队法则；排队法则；5. 队列空间限制。队列空间限制。811.3排队论排队论Queuing Theory其中前三个要素是最主要的，用两个字母和一个数字来表其中前三个要素是最主要的，用两个字母和一个数字来表示：示：A/B/m。其中其中1. A表示到达，它可以用下三种表示符号：表示到达，它可以用下三种表示符号： M泊松到达过程；泊松到达过程； D确定间隔到达过程；确定间隔到达过程； G任意的到达过程。任意的到达过程。2. B表示服务，他也可以用以下三种表示符号：表示服务，

44、他也可以用以下三种表示符号： M负指数分布的服务时间；负指数分布的服务时间； D确定值的服务时间；确定值的服务时间； G任意的服务时间。任意的服务时间。3. m表示服务员个数表示服务员个数例：例：M/G/1821.3排队论排队论Queuing Theory1.3.2 M/M/1系统系统最关心的参数：最关心的参数：报文在系统中的平均等待时间：报文在系统中的平均等待时间：T系统中的平均报文数：系统中的平均报文数：N则：则：T-平均发送时间平均发送时间=平均排队时间平均排队时间 N-正在发送的平均报文数正在发送的平均报文数=平均队列长度平均队列长度当当M/M/1系统从初始状态开始运行足够长时间后就进

45、入系统从初始状态开始运行足够长时间后就进入到平衡态，这时，系统处于到平衡态，这时，系统处于k状态的概率为状态的概率为Pk。83重要例题重要例题已知：每一终端平均已知：每一终端平均30s产生一条信息（分组），每信息平产生一条信息（分组），每信息平均长度为均长度为100bit/分组，网络总容量分组，网络总容量C=1000bps 求：容量分配求：容量分配Ci，和，和解：解： 分析分析 =1/30分组分组/s 1/ =100bit/组组 C=100bit1.均匀分配均匀分配_Tl12345200CCCCCbps51123418 / 300.27/5 / 300.17/s0.33/s0.2/siiiiT

46、rcsllllll分 组分 组分 组分 组 18 1l 112 15 5l 2l 4l 3l 16 110 84重要例题重要例题551110 .41 .3 7/15 8 9 .52 .1 0 0 0 / 1 .3 70 .2 71 9 7 .1iiiiiisTsrcCCCCb p sllllllll5ii = 1分 组 / sr =分 组按 比 例 分 配85重要例题重要例题234555115151124.1148.96146292111(/)11.375579.41.370.0110001.373.1100/()iiiiiiiiiiiiiiiiCbpsCbpsCbpsCbpsTTrcrcrc

47、m sbitCClllll lllllll最 佳 分 配分 组86重要例题重要例题5112345(1000 100 1.37)100100333.72200.4154.6224.7169.2251.1565.62*21iiiiiiCbpsCbpsCbpsCbpsCbpsTlllll最佳分配也称平方根分配可使延迟时间最小注意：计算中间步骤至少保留 位小数，最后结果至少保留 位87例题例题ABCDEF2020102020205010如图所示的网络，每个信道的容量为Ci,在图中给出，单位为千比特/秒，且为双向，分组的平均长度1/ =800比特/分组，节点对间的端对端平均信息量为g gij(i,j=1

48、,2,m),单位为分组/秒，路径分配见表。求一个分组通过此网络的平均时延。88例题例题89例题例题9 4 1 141 3 2 4 104 2 5 2 13ABACADBFADBDBEBFEFAFCFEBEFllggglgggglgggg AB先 算 每 个 信 道 容 量 平 均 延 迟 时 间 T本 例 ： 对 每 个 特 定 信 道 i平 均 信 息 量 为；90例题例题每段信道平均延迟时间计算 信道 /isl分组 /iCkb s /iCs分组 1()iiiTmsl 1 AB 14 20 25 91 2 BC 12 20 25 77 3 CD 6 10 12.5 154 4 AE 11 2

49、0 25 71 5 EF 19 50 62.5 20 6 FD 8 10 12.5 222 7 BF 10 20 25 67 8 EC 8 20 25 59 特定信道平均 每条信道 平均服务率 平均延迟时间 信息量 容量 （输出报文） 91例题例题111111T()81262/simiimiiimiiimiinnijijTTTppllllllgg 对所有的按每段信道上的信息量为权的平均分组通过该段的平均时间（）这里网络中所有信息量总和分组92例题例题111821.3262()11()114iijmtiimmiiiiiiiiTn TTTmsCg llgllggllglllggl是必然的， 和 之比表示分组通过网络是平均走过的段数n网络的平均延迟时间93参考书参考书计算机网络教程计算机网络教程高传善等，复旦大学出版社高传善等，复旦大学出版社计算机通信网计算机通信网黄皆雨等，华南理工大学出版社黄皆雨等，华南理工大学出版社计算机网络（第计算机网络（第4版）版）谢希仁，电子工业出版社谢希仁，电子工业出版社