华中科技大学计算机网络ppt课件-第1章-计算机网络与因特网.ppt

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1、“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。计算机网络第1章 计算机网络和因特网第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日2目 录n什么是因特网n网络边缘n网络核心n分组交换网中的时延、丢包和吞吐量n协议层次和它们的服务模型n攻击威胁下的网络n计算机网络和因特网的历史第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区

2、（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日31.1 什么是因特网n视角视角1因特网的构成因特网的构成q硬件方面n连接在因特网上的数以百万计的互连计算机设备: 主机或端系统n连接因特网上各种设备的通信链路q光纤，铜缆，无线电，人造卫星q传输速率 = 带宽n转发数据的分组交换机: 转发分组 (数据块)q链路层交换机q路由器本地本地ISP公司网络公司网络区域区域ISP分组交换机分组交换机工作站工作站服务器服务器移动通信设备移动通信设备第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区

3、（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日41.1 什么是因特网n视角视角1因特网的构成（续）因特网的构成（续）q软件方面n在因特网上运行的网络应用程序n协议：控制报文的发送接收q例如：TCP, IP, HTTP, FTPq因特网： “万网之网”n松散的层次结构n公共因特网（Internet）和私有的内联网（intranet）q因特网标准nRFC: 请求评论（request for comments）nIETF: 因特网工程任务组（ Internet Engineeri

4、ng Task Force ）第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日51.1 什么是因特网n视角视角2因特网能够提供的服务因特网能够提供的服务q通信基础设施为分布式应用程序提供支撑q分布式应用程序包括：电子邮件、Web冲浪、即时讯息、IP话音、因特网广播、流式视频、分布式游戏、P2P文件共享等。q如何在因特网上传输数据：通过应用程序编程接口APIq应用程序编程接口API规定了运行在一个端系统上的软件请求因特网基础设施向运行在

5、另一个端系统上的特定目的地软件交付数据的方式。q因特网向应用程序提供多种服务：如面向连接的可靠服务和无连接的不可靠服务。第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日61.1 什么是因特网n什么是协议什么是协议q人类之间交流的语言（协议）n汉语n英语n法语你好你好几点了？2:00时间第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控

6、联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1.1 什么是因特网TCP 连接请求TCP 连接响应Get http:/gaia.cs.umass.edu/index.htm2022年8月6日7n什么是协议（续）什么是协议（续）q计算机之间交流的语言（协议）：协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作。n语法n语义n同步第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日81.2 网

7、络边缘n网络结构深入研究网络结构深入研究q网络边缘: n应用程序和主机q网络核心: n目标：在各个不同的小网 络之间转发数据n路由器n网络的网络q接入网，物理媒体第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日91.2 网络边缘n网络边缘的构成网络边缘的构成q端系统（主机）n运行应用程序，如：IE、MSN等n网络应用的通信模型网络应用的通信模型q客户/服务器模型（C/S）n客户：使用服务者n服务器：提供服务者q对等模型（P2P）n所有

8、的主机同时承担服务器和客户的双重身份第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日101.2 网络边缘n接入网的作用接入网的作用q将网络边缘与网络核心连接起来，通常是将端系统连接到边缘路由器上q边缘路由器：端系统到任何其它远程端系统的路径上的第一台路由器n接入方式接入方式q住宅接入：Modem拨号/DSL/HFCq公司接入（局域网接入）：以太网q无线接入第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中

9、心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日111.2 网络边缘n住宅接入：住宅接入：qModem拨号拨号n通过本地电话回路点对点连接ISP的拨号池（通常是路由器），速度最高可达56kbpsn无法实现上网和拨打电话同时进行qDSL：数字用户线数字用户线n下行/上行速率可达8Mbps/1Mbpsn频分复用:q0-4kHz：语音；4kHz-50kHz：上行； 50kHz-1MHz：下行n带宽独享n各种高速DSL技术在各国迅猛发展qVDSL：1255Mbps/1.620Mbps第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是

10、以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日121.2 网络边缘n住宅接入（续）住宅接入（续）qHFC (Hybrid Fiber Coaxial Cable) ：光纤同光纤同轴电缆混合网络轴电缆混合网络n通过有线电视网络部署n需要特殊的调制解调器：电缆调制解调器n划分下行信道和上行信道n下行/上行速率：30Mbps/2Mbpsn带宽共享第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础

11、、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日131.2 网络边缘n局域网接入局域网接入q公司/大学的局域网 (LAN) 将端系统连接到边缘路由器q以太网: n通过共享或专用的链路来连接端系统和路由器n10 Mbs, 100Mbps, Gigabit以太网q局域网: 详见第5章第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日141.2 网络边缘n无线接入无线接入q共享的无线接入网络连接端系统和路由器n通

12、过基站（无线接入点）q无线局域网:n802.11b (WiFi): 54 Mbpsq广域无线接入n由电信运营商提供基站n3G：提供超过1Mbps的无线接入nEVDO和HSDPA标准nWiMAX（IEEE 802.16）：承诺跨越数万米的距离且速率超过5-10Mbps。基站移动主机路由器第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日151.2 网络边缘n家庭网络家庭网络q典型的家庭网络构成nADSL 或 cable modemn路由器

13、/防火墙/网络地址转换n以太网n无线接入点无线接入点无线笔记本电脑路由器/防火墙cablemodem到/从电缆头端第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日161.2 网络边缘n物理媒体分类物理媒体分类q导引型媒体：信号沿着固体媒体传播q非导引型媒体：信号自由传播n导引型媒体导引型媒体q双绞线：两根互相绝缘的铜导线绞合而成。n3类线：传统的电话线， 10 Mbps 以太网n5类线：100Mbps 以太网第一章 计算机网络和因特网

14、“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日171.2 网络边缘n导引型媒体导引型媒体q同轴电缆n双向传输n基带q电缆上单信道q以太网n宽带q 电缆上多信道q HFCq光缆n在玻璃光纤传播光脉冲，每一个脉冲一比特n高速运行q高速的点到点传输 (如数百Gbps)n低误码率：中继器相隔很远； 不受电磁干扰外层外层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层内导体内导体纤芯(玻璃)封套(玻璃)外套(玻璃)第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治

15、中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日181.2 网络边缘n非导引型媒体：无线电非导引型媒体：无线电q特性n通过电磁频谱传播信号n没有物理“线路”n双向传输n传播环境影响:q路径损耗和遮挡衰落q多径衰落q干扰无线链路类型:n地面微波：可达45 Mbpsn无线局域网：2/11/54Mbpsn无线广域网：如3Gn卫星q可达50Mbps的信道 (或多个较小的信道)q280 毫秒的端到端延迟q同步卫星 vs 低纬度卫星第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台

16、、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日191.3 网络核心n基本问题：数据如何通过网络来传输？基本问题：数据如何通过网络来传输？n第一代计算机网络第一代计算机网络电路交换网络电路交换网络q数据交换过程n第一步：建立连接n第二步：交换数据n第三步：释放连接q电路交换的特性n数据交换前需建立起一条从发端到收端的物理通路n在数据交换的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输信道n交换双方可实时进行数据交换而不会存在任何延迟第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信

17、息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日201.3 网络核心n第一代计算机网络第一代计算机网络电路交换网络（续）电路交换网络（续）q电路交换中的复用n时分复用（TDM）n频分复用（FDM）频率时间频率时间4 对用户第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日211.3 网络核心n第一代计算机网络第一代计算机网络电路交换网络（续）电路交换网络（续）q例题 计算通过电

18、路交换网络将一个640kb长的文件从主机A传送到主机B需要多长时间？n所有链路速率皆为1.536 Mbpsn每条链路使用有24个时隙的TDMn建立端到端的电路需要500毫秒每条链路传输速率：1.536Mbps/24 = 64Kbps传送该文件时间： 640K/64Kbps = 10s加上建立端到端建立时间：0.5s总共需要时间：10.5s第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日221.3 网络核心n第一代计算机网络第一代计算机

19、网络电路交换网络（续）电路交换网络（续）q存在的问题n计算机之间的数据交换往往具有突发性和间歇性特征，而对电路交换而言，用户支付的费用往往是按用户占用线路的时间来收费的。n不够灵活。只要在通话双方建立的通路中的任何一点出了故障，就必须重新拨号建立新的连接，这对紧急和重要的通信是很不利的。结论：电路交换技术不适合于计算机间的数据交换。第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日231.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分

20、组交换网络分组交换网络q引入分组交换网络的动机 美国军方针对“数据”交换的特征以及电路交换技术存在的局限性，指出真正意义上的计算机网络必须满足：n不是为了打电话，而是用于计算机之间的数据传送n能够连接不同类型的计算机n所有的网络结点同等重要，不能有特别重要的结点n必须有冗余路由n网络结构尽可能简单，能够可靠传送数据第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日241.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分

21、组交换网络（续）q计算机网络的演化第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日251.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换的工作流程(1) 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长 度的数据段报文1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三

22、级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日261.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换的工作流程(2) 每一个数据段前面添加上首部构成分组请注意：现在左边是“前面”数 据数 据数 据报文首部首部首部分组 1分组 2分组 3第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日271.3 网络

23、核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换的工作流程(3) 分组交换网以“分组”作为数据传输单元(4) 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第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日281.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换的工作流程(5) 接收端收到分组后剥去首部还原

24、成报文数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日291.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换的工作流程(6) 最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文数 据数 据数 据报文1101000110101010110101011100010011010010第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇

25、）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日301.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换的工作流程n备注1：这里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。n备注2：分组首部的重要性：q每一个分组的首部都含有地址等控制信息。q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。q用此种存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）

26、、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日311.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日321.3 网络核心n

27、第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）H1A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 H5第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日331.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换

28、网络（续）q分组交换网络的结构采用分组交换技术的计算机网络，从概念上可以看成是由两个子网构成，一是通信子网，另一是资源子网，如图所示。 其中,通信子网由若干个中间交换结点（switch node）和连接这些交换结点的链路组成，主要承担数据通信任务。 所谓资源子网主要由网络主机和各种可提供共享资源的设备（如打印机、光盘库等）组成，主要承担数据处理任务。资源子网资源子网 通信子网通信子网 第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日3

29、41.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换网络的特征n被传送的数据分成若干分组分别传送n数据传输前不必预先确定分组的传输路径n通信子网中的每个交换结点均为共享结点,并且都具有分组的存储/转发以及选择合适路由的能力n在数据通信的过程中，通信子网断续(动态)分配传输带宽，使得通信线路的利用率得以大大提高第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日351.3 网络核心n第二代计算机

30、网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换网络的特征n为了提高分组交换网的可靠性，通信子网常采用网状拓扑结构，使得当发生网络拥塞或少数中间交换结点、链路出现故障时，可灵活地改变路由而不致引起通信的中断或全网的瘫痪；n通信网络的主干线路往往由一些高速链路构成第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日361.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q转发n目标: 通过

31、路由器将分组从源主机移动到到目的主机q我们将学习一些路径选择算法 (如路由算法，详见第4章)n数据报网络 q分组内的目的地址决定下一跳q在会话过程中路由可能改变q类似的：驾驶，问路n虚电路网络 q需要预先呼叫建立虚电路q每个分组携带一个标识（虚电路号）以决定下一跳q在呼叫建立时决定固定的路径，并在整个呼叫过程中保持不变q路由器保持每个呼叫连接的状态第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日371.3 网络核心n第二代计算机网络第

32、二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换 VS 电路交换n假设：q1Mbps的链路，每个用户需要100kbpsq分组交换下1个用户活跃的概率为0.1n电路交换：仅支持10个用户（1Mbps/100kbps）n分组交换：35个用户条件下，11个及以上用户同时活动的概率为0.0004，即10个及10个以内用户同时活跃的概率为0.9996，基本上与电路交换性能相当在相同条件下，分组交换能够比电路交换支持更多的用户在相同条件下，分组交换能够比电路交换支持更多的用户第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格

33、化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日381.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换 VS 电路交换n更灵活的分组交换q统计多路复用：按需分配资源n假设：q同一时刻仅有一个用户传输1M的数据q电路建立时间可忽略不计q电路交换所需时间：10sq分组交换所需时间：1s当用户数较少时，分组交换能够获得比电路交换更好的性能当用户数较少时，分组交换能够获得比电路交换更好的性能第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理

34、为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日391.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换 VS 电路交换q将L长的分组传输 (推送出去)到链路（速率为R bps）要花费L/R 秒q当整个分组到达路由器后才能向下条链路传输: 存储转发q存储转发时延 = 3L/R举例:qL = 7.5 MbitsqR = 1.5 Mbpsq时延 = 15 秒LRRR第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网

35、应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日401.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换 VS 电路交换n分组交换网络存在的问题q存储转发时延q分组在各结点存储转发时因要排队总会造成一定的排队时延。当网络通信量过大时，这种时延可能会很大。在结点缓存占满的情况下甚至会出现分组丢失或丢包现象。q各分组必须携带一定的控制信息（说明信息），从而带来额外开销。q整个分组交换网的管理和控制比较复杂。第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全

36、视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日411.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络（续）分组交换网络（续）q分组交换 VS 电路交换n结论q若要连续传送大量数据，且其传送时间远大于呼叫建立时间，则采用在数据通信之前预先分配传输带宽的电路交换较为合适。q分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1.3 网络核心电信网络电路交

37、换网络FDMTDM分组交换网络虚电路网络数据报网络第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1.3 网络核心nISP和因特网主干q松散的层次结构q通过分层的ISP等级结构q在中心: “第一层” ISPs (如UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), 实现国际间的覆盖q相互间是对等的Tier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISP第一层对等体间在专用对等点相连NAP第一层同时也可以在公共网络接入点（NAPS）

38、互连第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日441.3 网络核心n“第二层” ISPs: 较小的 (通常是区域的) ISPsq连接到一个或多个第一层ISPs, 或者其它第二层 ISPsTier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISPNAPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPq第二层ISP为能够连接因特网的其它区域而向第一层ISP付费q第二层ISP是第一

39、层ISP的客户第二层 之间可以在专用对等点互连，也可在NAP进行互连第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日451.3 网络核心n“第三层” ISPs 和本地 ISPs q最后一跳 (“接入”) 网络 (与端系统最近)本地和第三层ISP是上层ISPs的客户，通过它们连到因特网其它区域Tier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISPNAPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISP

40、Tier-2 ISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPTier 3ISPlocalISPlocalISPlocalISP第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日461.3 网络核心n分组经过多个网络到达目的地 Tier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISPNAPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPloca

41、lISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPTier 3ISPlocalISPlocalISPlocalISP第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日471.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n数据丢失和产生时延的原因数据丢失和产生时延的原因q在路由器缓存中的分组队列n分组到达输入链路的速率超出输出链路能力n分组队列，等待转发AB分组传输 (延迟)分组排队 (延迟)空闲的 (可用的) 缓存: 如

42、果没有空闲的缓存则新到达的分组将被丢弃(丢失)接收分组,处理并放到相应队列(延迟)传播 (延迟)第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日481.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n四种分组时延四种分组时延q处理时延dprocn检测比特差错n确定输出链路q排队时延dqueuen在输出链路中等待被发送n取决于路由器的拥塞程度q传输时延dtransnR=链路带宽 (bps)、L=分组长度 (bits)n将分组比特流发送到链路上的

43、时间 = L/R第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日491.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n四种分组时延（续）四种分组时延（续）q传播时延dpropnd = 物理链路的长度ns = 媒体中的传播速度 (23x108 米/秒)n传播时延= d/sAB 传播传输节点处理排队注意: 传输时延和传播时延是两个完全不同的概念第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信

44、息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日501.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n传输时延和传播时延的关系传输时延和传播时延的关系车队类比车队类比n汽车以100公里/小时的速度行驶n收费站为每辆车提供服务需耗费12秒 (传输时间)n汽车位; 车队 分组n问题Q: 从现在到车队排列到下一个收费站前需要多长时间?n通过收费站将车队“推送”到高速公路的时间 = 12*10 = 120 秒n从第一个收费站到下一个收费站的汽车行驶时间: 100公里/(100公里/小时)= 1 小时n答案: 62 分钟收费站收费站十辆汽车的车队10

45、0 km100 km第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日511.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n传输时延和传播时延的关系传输时延和传播时延的关系车队类比（续）车队类比（续）n现在汽车以1000公里/小时的速度行驶n现在收费站为每辆车提供服务需耗费1分钟nQ: 有汽车会在所有汽车离开第一个收费站前到达下一个收费站吗？n是的! 7分钟后，第一辆汽车将会到达下一个收费站，而还有3辆车仍然在第一个收费站n分组在第一个路由器

46、被全部传送出去之前，该分组的第一个比特已经到达了下一个路由器！收费站收费站十辆汽车的车队100 km100 km第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日521.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n节点时延节点时延qdproc 很短，对路由器最大吞吐量有重要影响。qdqueue 依赖于拥塞情况qdtrans = L/R, 对于低速链路来说很重要qdprop 几个毫秒到数百毫秒proptransqueueprocnodaldd

47、ddd第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日531.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n排队时延（深入讨论）排队时延（深入讨论）q假定nR=链路带宽 (bps)nL=分组长度 (bits)na=平均分组到达速率（每秒分组数，pkt/s）q流量强度：La/RnLa/R 0: 平均排队时延很小，甚至为0nLa/R 1: 时延逐渐变大nLa/R 1: 分组到达速度超过服务能力，平均时延较大，且随时间推延而趋于无穷第一章 计算机

48、网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日541.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n丢包（分组丢失）的原因和后果丢包（分组丢失）的原因和后果q缓存中队列的容量是有限的q当分组到达时队列已满，则分组被丢弃 (丢包)q丢失的分组可能会被前一个节点、源端系统重新传输，或者根本不重传AB准备传输的分组分组到达时缓冲区满，被丢弃缓冲区 (等待区域)第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治

49、信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。2022年8月6日551.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n端到端时延端到端时延q忽略排队时延， qTraceroute : 为从源端到目的地的因特网端到端路径上的路由器提供时延计量方法. 对所有到目的地路径上的路由器 i:n发送3个分组n路由器 i 将向发送者返回分组n发送者计算发送分组和收到响应之间的时间间隔3 probes3 probes3 probes)(proptransprocend-enddddNd第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指

50、挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量n吞吐量（throughput）: 发送者和接收者之间的传输速率。q瞬时吞吐量：在某个时间点的速率q平均吞吐量：一段时间内的平均速率服务器RsRc客户机2022年8月6日56第一章 计算机网络和因特网“雪亮工程是以区（县）、乡（镇）、村（社区）三级综治中心为指挥平台、以综治信息化为支撑、以网格化管理为基础、以公共安全视频监控联网应用为重点的“群众性治安防控工程”。1.4 分组交换网络中的时延、丢包和吞吐量nRs Rc ：吞吐量为 Rc Rs bit