[计算机网络：自顶向下方方法](中文版课件)第一章ppt.ppt

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1、计算机网络和因特网概述1第1章 计算机网络和因特网概述Computer Networks and the Internet 计算机网络：自顶向下方法 (原书第三版)陈鸣译，机械工业出版社，2005年Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2004. 计算机网络和因特网概述2第1章 计算机网络和因特网我们的目标： q找到“感觉”，学习术语q在后面的课程中更深入地学习，更为细致q方法:m使用因特网作

2、为例子概述:q什么是因特网q什么是协议？q网络边缘q网络核心q接入网，物理媒体q因特网/ISP结构q性能：丢包率，时延q协议层次，服务模型q网络模型计算机网络和因特网概述3第1章 要点1.1 什么是因特网？1.2 网络边缘1.3 网络核心1.4 网络接入和物理媒体1.5 因特网结构和ISP1.6 分组交换网络中的时延和丢包率1.7 协议层次与服务模型1.8 历史计算机网络和因特网概述4什么是因特网：“具体细节”观点q数以百万计的互联的计算设备：主机 = 端系统q运行网络应用 q通信链路m光纤，铜缆，无线电，卫星m传输速率 = 带宽m路由器: 转发分组（数据块）本地ISP公司网络区域 ISP路由

3、器工作站服务器移动节点计算机网络和因特网概述5什么是因特网：“具体细节”观点q协议控制报文的发送，接收m例如，TCP, IP, HTTP, FTP, PPPq因特网：“网络的网络”m松散的等级结构m公共因特网比较专用互联网q因特网标准mRFC:请求评论（因特网标准）mIETF:因特网工程任务组因特网工程任务组本地ISP公司网络区域 ISP路由器工作站服务器移动节点计算机网络和因特网概述6什么是因特网：服务的观点q通信基础设施使能分布式应用：mWeb, email, 游戏, 电子商务，文件共享q提供给应用通信服务:m不可靠无连接m可靠的面向连接计算机网络和因特网概述7什么是协议?人类协议:q“几

4、点了?”q“我有一个问题”q介绍 发送特定的消息 当收到消息或发生其他事件，采取特定的动作网络协议:q及其而不是人类q因特网中的所有活动均有协议支配协议定义了格式，网络实体间发送和接收报文顺序，和传输，收到报文所采取的动作计算机网络和因特网概述8什么是协议?一个人类协议和一个计算机网络的协议:问题: 其他人类协议? HiHi请问几点了?2:00TCP 连接请求 TCP 连接响应Get http:/ 要点1.1 什么是因特网？1.2 网络边缘1.3 网络核心1.4 网络接入和物理媒体1.5 因特网结构和ISP1.6 分组交换网络中的时延和丢包率1.7 协议层次与服务模型1.8 历史计算机网络和因

5、特网概述10仔细观察网络结构q网络边缘: 应用与主机q网络核心: m路由器m网络的网络q接入网络，物理媒体: 通信链路计算机网络和因特网概述11网络边缘q端系统 (主机):m运行应用程序m例如Web, 电子邮件m在“网络边缘”q客户机/服务器模式：m客户机主机请求，从总是开的服务器接收服务m例如Web浏览器/服务器；电子邮件客户机/服务器q对等模式:m最小限度(或不)使用专用服务器 m例如Gnutella, KaZaA计算机网络和因特网概述12网络边缘：面向连接服务目标: 在端系统之间传送数据q握手：事先设置准备数据传送m人类协议Hello, 返回hellom在两台通信主机中建立“状态”qTC

6、P - 传输控制协议m因特网的面向连接服务TCP服务RFC 793q可靠的，有序的字节流数据传送m丢包: 确认和重传q流控制: m发送方不能过载接收方q拥塞控制: m当网络拥塞时发送方“降低发送速率”计算机网络和因特网概述13网络边缘：无连接服务目的: 在端系统之间传送数据m与前面相同!qUDP - 用户数据报协议RFC 768: m无连接 m不可靠的数据传送m无流控m无拥塞控制使用TCP的应用：qHTTP (Web), FTP (文件传送), Telnet (远程注册), SMTP (电子邮件)使用UDP的应用:q流媒体，电信会议，DNS，以太网电话计算机网络和因特网概述14第1章 要点1.

7、1 什么是因特网？1.2 网络边缘1.3 网络核心1.4 网络接入和物理媒体1.5 因特网结构和ISP1.6 分组交换网络中的时延和丢包率1.7 协议层次与服务模型1.8 历史计算机网络和因特网概述15网络核心q互联的路由器形成的网孔q基本问题: 数据怎样通过网络传送?m电路交换: 每呼叫专用的电路：电话网m分组交换: 数据通过网络以离散的“块”发送计算机网络和因特网概述16网络核心：电路交换为“呼叫”预留端到端资源q链路带宽，交换机能力q专用资源：非共享q类电路(确保的)性能q需要建立呼叫计算机网络和因特网概述17网络核心：电路交换网络资源(如带宽) 划分为“片”q分配给呼叫片q如果未被拥有

8、的呼叫使用则资源片空闲(非共享)q将链路带宽划分为“片”m频率分割m时间分割计算机网络和因特网概述18电路交换: FDM和TDMFDM频率时间TDM频率时间4 个用户例子:计算机网络和因特网概述19数字的例子q从主机A到主机B经一个电路交换网络发送一个640,000 比特的文件需要多长时间？m所有链路是1.536 Mbpsm每条链路使用具有24个时隙的TDMm创建端到端电路需500 msec将该例子计算出来将该例子计算出来!计算机网络和因特网概述20网络核心：分组交换每个端到端数据流划分为分组q用户A、B的分组共享网络资源q每个分组使用全部链路带宽q使用所需的资源 资源争夺： q聚合资源要求能

9、超过可用的量q拥塞：分组队列，等待链路使用q存储转发：分组一次移动一跳m节点在转发前接收完整的分组带宽划分为“片”专用分配资源预留计算机网络和因特网概述21分组交换：统计复用A & B分组的序列没有固定的模式 统计复用统计复用.在TDM中，每台主机在 循环出现的TDM帧中获得相同的帧。ABC10 Mbps以太网1.5 MbpsDE统计复用统计复用等待输出链路的分组队列计算机网络和因特网概述22分组交换对比电路交换q1 Mbps链路q每个用户: m当“活跃”时100 kbpsm时间的10% 活跃q电路交换: m10用户q分组交换 m有35个用户，概率 10 活跃小于.0004分组交换允许更多的用

10、户使用网络!N 用户1 Mbps 链路计算机网络和因特网概述23分组交换对比电路交换q对突发数据极为有效m资源共享m较简单，无呼叫建立q过多的拥塞: 分组时延和丢包m需要可靠数据传送、拥塞控制的协议q问题: 怎样提供类似电路的行为？m对音频/视频应用需要带宽保证m仍是一个未解决的问题分组交换是一个“强有力的赢家”？计算机网络和因特网概述24分组交换：存储转发q传输(推出)L个比特到速率为R bps链路上，需要L/R秒 q在分组能向下一段链路传输前，整个分组必须到达路由器：存储转发q时延 = 3L/R例子:qL = 7.5 MbqR = 1.5 Mbpsq时延 = 15 secRRRL计算机网络

11、和因特网概述25分组交换网络：转发q目的: 从源到目的地通过路由器移动分组m我们将学习几种路径选择(即选路)算法 (chapter 4)q数据报网络: m分组中的目的地址决定下一跳m在会话中路由可以变化m类比: 驾车，询问方向q虚电路网络: m每个分组携带标签(虚电路ID)，标签决定下一跳m固定的路径在呼叫建立时决定，在呼叫期间保持不变m路由器保持每呼叫状态计算机网络和因特网概述26网络分类电信网络电路交换网络FDMTDM分组交换网络具有VC的网络数据报网络数据报网络不是面向连接的，而是无连接的 。 因特网为应用提供了面向连接服务 (TCP) 和无连接服务 (UDP) 。计算机网络和因特网概述

12、27第1章 要点1.1 什么是因特网？1.2 网络边缘1.3 网络核心1.4 网络接入和物理媒体1.5 因特网结构和ISP1.6 分组交换网络中的时延和丢包率1.7 协议层次与服务模型1.8 历史计算机网络和因特网概述28接入网和物理媒体问题: 端系统怎样连接到边缘路由器？q住宅接入网q机关接入网(学校，公司) q移动接入网记住: q接入网的带宽(每秒比特) ？q共享或专用？计算机网络和因特网概述29住宅接入：点对点接入q经调制解调器拨号m最高达56Kbps直接接入到路由器(经常较少)m不能同时上网和打电话：不能“总是在线”qADSL: 不对称数字用户线m最高达1 Mbps 上行 (今天典型地

13、 256 kbps)m最高达8 Mbps下行 (今天典型地 1: 时延变大qLa/R 1: 更多“工作”到达，超出了服务能力，平均时延无穷大！平均排队时延 计算机网络和因特网概述56“实际的”因特网时延和路由q“实际的”因特网时延和丢包是怎样的呢？qTraceroute程序: 为路由器提供从源到目的地，朝着目的地沿着端到端因特网路径的时延测量。对所有i:m发送3个分组，该分组在朝着目的地的路径上到达路由器 im路由器i 将向发送方返回分组m发送方度量传输和响应间的时间间隔。3 探测分组3 探测分组3 探测分组计算机网络和因特网概述57“实际的”因特网时延和路由1 cs-gw (128.119.

14、240.254) 1 ms 1 ms 2 ms2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms4 jn1-at1-0-0- (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0- (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 m

15、s 22 ms7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms9 de2- (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms10 (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms11 renater- (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 m

16、s 116 ms13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms15 eurecom- (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms17 * * *18 * * *19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms

17、128 ms 136 mstraceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.frThree delay measements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu * means no reponse (probe lost, router not replying)trans-oceaniclink计算机网络和因特网概述58分组丢失q在链路前缓存中的排队(又称为buffer) 具有有限的能力q当分组到达满的队列时，分组被丢弃(又称为lost)q丢失的分组可能由前面的节点或由源端系统重传，或根本不重传计

18、算机网络和因特网概述59第1章 要点1.1 什么是因特网？1.2 网络边缘1.3 网络核心1.4 网络接入和物理媒体1.5 因特网结构和ISP1.6 分组交换网络中的时延和丢包率1.7 协议层次与服务模型1.8 历史计算机网络和因特网概述60协议“分层”网络是复杂的！q许多“构件”m主机m路由器m各种媒体的链路m应用m协议m硬件，软件问题: 是否存在网络的组织结构？或至少用于我们讨论网络？计算机网络和因特网概述61空中旅行的组织机构q一系列步骤票务（购买）票务（投诉） 行李（托运）行李（认领）登机口（登机）登机口（离机）跑道起飞跑道着陆飞机飞行飞机飞行飞机飞行计算机网络和因特网概述62tick

19、et (purchase)baggage (check)gates (load)runway (takeoff)airplane routing离开机场到达机场中间空中交通控制中心airplane routingairplane routingticket (complain)baggage (claimgates (unload)runway (land)airplane routing 票务行李门起飞/着陆按路线飞行定期航班功能的分层层次: 每一层实现一种服务m经它自己的层内动作m依赖由下面层次提供的服务计算机网络和因特网概述63为什么分层?处理复杂系统：q明确的结构使得能够标识复杂系统构

20、件的关系m分层的 参考模型 用于讨论q模块化易于维护、系统的更新m各层服务实现的改变对于系统的其他部分透明m如改变登机过程不影响系统的其他部分q分层曾被认为是有害的？计算机网络和因特网概述64因特网协议栈q应用: 支持网络应用mFTP, SMTP, STTPq运输: 主机到主机数据传输mTCP, UDPq网络: 从源到目的地数据报的选路mIP, 选路协议q链路: 在邻近网元之间传输数据mPPP, 以太网q物理: “在线上”的比特应用层运输层网络层链路层物理层计算机网络和因特网概述65报文段数据报帧源应用层运输层层网络层链路层物理层HtHnHlMHtHnMHtMM目的地应用层运输层层网络层链路层

21、物理层HtHnHlMHtHnMHtMM网络层链路层物理层链路层物理层HtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnHlM路由器路由器交换机交换机封装计算机网络和因特网概述66第1章 要点1.1 什么是因特网？1.2 网络边缘1.3 网络核心1.4 网络接入和物理媒体1.5 因特网结构和ISP1.6 分组交换网络中的时延和丢包率1.7 协议层次与服务模型1.8 历史计算机网络和因特网概述67因特网历史q1961: Kleinrock 排队表明了分组交换的效能q1964: Baran 在军事网络中的分组交换q1967:由高级研究项目局 构想的 ARPAnet q1969:

22、首个ARPAnet 节点运行q1972: mARPAnet对公众演示mNCP (网络控制协议) 第一个主机到主机协议m第一个电子邮件程序mARPAnet有15个节点1961-1972: 早期分组交换原则计算机网络和因特网概述68因特网历史q1970: 在夏威夷的ALOHAnet 卫星网络q1973: Metcalfes博士论文提出了以太网q1974: Cerf 和Kahn：互联网络的体系结构q20世纪70年代后期：专用体系结构: DECnet, SNA, XNAq20世纪70年代后期： 交换固定长度的分组 (ATM先驱)q1979: ARPAnet 具有200个节点Cerf 的Kahn的网络互

23、联原则：m最低限度的，自治的-不需要互联网络改变其内部m尽力而为的服务模型m无状态路由器m分布式控制定义了今天的因特网体系结构1972-1980: 联网, 新的和专用网络计算机网络和因特网概述69因特网历史q20世纪90年代：ARPAnet退役q1991: NSF为NSFnet的商用设置了限制 (1995退役)q20世纪90年代早期: Webm超文本 Bush 1945, Nelson 1960smHTML, HTTP: Berners-Leem1994: Mosaic, 以后Netscapem20世纪90年代: Web的商业化20世纪90年代以后：q更多的招人喜爱的应用：即时讯息 ，P2P文件共享q网络安全成为热点q估计5千万台主机，10亿以上用户q主干链路的速率在Gbps级1990, 2000年代: 商业化, Web, 新型应用计算机网络和因特网概述70计算机网络和因特网概述71小结涉及大量的素材!q因特网概述q什么是协议？q网络边缘，核心，接入网m分组交换对比电路交换q因特网/ISP结构q性能：丢包率，时延q分层和服务模型q历史你现在已经: q前因后果，概述，“感受”网络q后面有更深入的细节