第十讲Internet体系结构.ppt

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1、第十讲 Internet体系结构1 Internet体系结构议题1 认识Internet2 应用层3 传输层4 网络层5 数据链路层6 物理层2 Internet体系结构什么是Internet:结构q主机,终端 mPC、工作站、服务器mPDA，手机，烤面包机q通信链路m光纤,铜线,无线电,卫星m传输速度=带宽带宽q路由器m转发分组local ISPcompany网络层regional ISProuterworkstationservermobile3 Internet体系结构Internet“Cool”应用世界上最小的Web服务器http:/www-ccs.cs.umass.edu/shri/

2、iPic.htmlIP 相框http:/ Internet体系结构什么是Internet:结构q协议：控制消息的收发me.g.,TCP,IP,HTTP,FTP,PPPqInternet:“网络的网络”m松散层次结构mpublic Internet 和 private intranetqInternet 标准mRFC:Request for commentsmIETF:Internet Engineering Task Forcelocal ISPcompany网络层regional ISProuterworkstationservermobile5 Internet体系结构什么是Interne

3、t:服务q通信架构:分布式应用mWeb,email,游戏,电子商务,数据库,投票,文件共享q通信服务:服务于应用m无连接m面向连接6 Internet体系结构什么是协议?人类协议:q“几点了?”q“我有个问题”q相互介绍网络协议:q机器而不是人q所有通信活动由协议控制协议定义网络中收发消息的实体之间传递消息的格式、次序，以及所采取的动作。7 Internet体系结构什么是协议?人类协议 网络协议Q:其他人类协议?HiHiGot thetime?2:00TCP connection reqTCP connectionresponseGet http:/ Internet体系结构近距离看网络体系结

4、构q网络边缘:应用和主机q网络中间:m路由器q网络连接:通信链路9 Internet体系结构网络边缘:q终端(主机):m运行应用程序me.g.Web,emailqclient/server 模式qpeer-peer 模式me.g.电驴，Gnutella,KaZaA10 Internet体系结构网络中间q路由器的连接q数据传输m电路交换:e.g.电话m分组交换:e.g.Internet11 Internet体系结构网络中间:电路交换q独占通信资源q保证通信服务q呼叫建立连接12 Internet体系结构电路交换:FDMA and TDMA频分多路访问frequencytime时分多路访问freq

5、uencytime4 usersExample:13 Internet体系结构网络中间:分组交换大的数据分成小的分组q共享网络资源 q充分利用带宽 q资源按需分配 特点:q需求可能超过供应q拥塞q存储转发14 Internet体系结构分组交换:多路复用ABC10 Mbs以太网1.5 MbsDEstatistical multiplexingqueue of packetswaiting for output链路层15 Internet体系结构分组交换 vs 电路交换q1 M 链路q用户特点:m使用链路时，需要100 kbpsm使用时间约占10%q电路交换:m10 用户q分组交换:m35个用户,

6、超过10人同时使用链路概率小于0.0004分组交换允许更多人同时使用!N users1 Mbps 链路层16 Internet体系结构分组交换:存储和转发例子:qL=7.5 MbitsqR=1.5 Mbpsq时延=15 secRRRL17 Internet体系结构分组交换:消息分组现在把消息L分成5000个分组q每个分组 1,500 bitsq一段链路传递分组时间为1 msecq链路并行工作q时延从15减至 5.002 sec18 Internet体系结构协议层模型网络非常复杂!q很多实体参与m主机m路由器m各种通信介质m繁芜的应用m协议m软件、硬件问题:如何组织复杂的网络结构?19 Inte

7、rnet体系结构邮政送信服务的组织q一系列步骤老板(信的内容)秘书(监控正确送达)邮递员(整个邮政服务)邮路(一段段递送)邮车(递送载体)老板(信的内容)秘书(监控正确送达)邮递员(整个邮政服务)邮路(一段段递送)邮车(递送载体)邮车20 Internet体系结构邮政送信服务的组织:不同视角分层:每层实现对应服务m每层的内部活动m层间交互：下层为上层提供服务老板(信的内容)秘书(监控正确送达)邮递员(整个邮政服务)邮路(一段段递送)邮车(递送载体)老板(信的内容)秘书(监控正确送达)邮递员(整个邮政服务)邮路(一段段递送)邮车(递送载体)邮车21 Internet体系结构邮政送信服务的组织:服

8、务老板：传递语意的载体秘书：邮箱到邮箱的递送邮递员(递送网路):递送路径规划（经过的栈点）邮路：栈点间的连接邮车：实现递送任务22 Internet体系结构层次功能划分邮件发送方邮件接收方老板(信的内容)秘书(监控正确送达)邮递员(整个邮政服务)邮路(一段段递送)邮车(递送载体)老板(信的内容)秘书(监控正确送达)邮递员(整个邮政服务)邮路(一段段递送)邮车(递送载体)23 Internet体系结构Internet 协议栈q应用层:Internet应用mFTP,SMTP,STTPq传输层:确认终端间数据的传递到达mTCP,UDPq网络层:从一端到另一端走什么路径mIP,选路协议q链路层:相邻机

9、器间数据传递mPPP,以太网q物理层:比特在物理介质上传递实现应用层传输层网络层链路层物理层24 Internet体系结构分层:逻辑通信 应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层网络层链路层物理层25 Internet体系结构分层:逻辑通信应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层网络层链路层物理层datadatadata传输层传输层ack26 Internet体系结构分层:物理通信 应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层

10、物理层应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层网络层链路层物理层datadata27 Internet体系结构分层和数据q从上层取得上层数据q添加头部信息创建本层数据q传递本层数据到下层应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层sourcedestinationMMMMHtHtHnHtHnHlMMMMHtHtHnHtHnHl消息报文段数据报帧28 Internet体系结构议题1 认识Internet2 应用层3 传输层4 网络层5 数据链路层6 物理层29 Internet体系结构应用层Internet应用qWebHTTP，DNSqemailSMTP，PO

11、P3，MIMEq文件传输FTPqP2P，对等网q其他30 Internet体系结构议题1 认识Internet2 应用层3 传输层4 网络层5 数据链路层6 物理层31 Internet体系结构传输层 vs.网络层q网络层:主机间逻辑通信q传输层:进程间逻辑通信32 Internet体系结构传输层协议q可靠的传输(TCP)m拥塞控制 m流量控制m建立连接q不可靠的传输(UDP)mIP层次的尽力而为q服务 不能保证的:m时延保证m带宽保证应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层logic

12、al end-end 传输层33 Internet体系结构分解和复用应用层传输层网络层链路层物理层P1应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层P2P3P4P1host 1host 2host 3=process=socket34 Internet体系结构复用如何实现q端口号source port#dest port#32 bits应用层data(message)other header fieldsTCP/UDP 报文段格式35 Internet体系结构面向连接的复用ClientIP:BP3client IP:AP1P1P3serverIP:CSP:80DP:9157SP:

13、9157DP:80SP:80DP:5775SP:5775DP:80P436 Internet体系结构TCP 连接管理Host AHost BSeq=42,ACK=79,SYNSeq=79,ACK=43,SYNACKSeq=43,ACK=80,data=AStep 1Step 3Step 2三次握手:Step 1:TCP SYN 报文段到服务器 m设定初始序列号#m无数据Step 2:服务器收到，并反馈 SYNACK 报文段m设定初始序列号#m无数据Step 3:客户端反馈 SYNACK,m有数据37 Internet体系结构TCP 连接管理关闭连接:clientFINserverACKACKF

14、INclosecloseclosedtimed wait38 Internet体系结构TCP:重发的场景Host ASeq=100,20 bytes dataACK=100timepremature timeoutHost BSeq=92,8 bytes dataACK=120Seq=92,8 bytes dataSeq=92 timeoutACK=120Host ASeq=92,8 bytes dataACK=100losstimeoutlost ACK scenarioHost BXSeq=92,8 bytes dataACK=100timeSeq=92 timeoutSendBase=1

15、00SendBase=120SendBase=120Sendbase=10039 Internet体系结构TCP:重发的场景Host ASeq=92,8 bytes dataACK=100losstimeoutCumulative ACK scenarioHost BXSeq=100,20 bytes dataACK=120timeSendBase=12040 Internet体系结构议题1 认识Internet2 应用层3 传输层4 网络层5 数据链路层6 物理层41 Internet体系结构网络层功能两个主要功能:q选路q转发网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路

16、层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层42 Internet体系结构IP寻址qIP地址:32-bit q标示主机或路由器接口 223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.1=11011111 00000001 00000001 0000000122311143 Internet体系结构IP寻址qIP地址:q网络号q主机号223.1.1.122

17、3.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27LAN44 Internet体系结构IP寻址多少个局域网？223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.2223.1.2.1223.1.2.6223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.2223.1.7.0223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1223.1.9.1223.1.9.245 Internet体系结构IP地址分类0网络层host10网络层host110网络层ho

18、st1110multicast addressABCDclass1.0.0.0 to127.255.255.255128.0.0.0 to191.255.255.255192.0.0.0 to223.255.255.255224.0.0.0 to239.255.255.25532 bits46 Internet体系结构数据报 从源到目的地IP 数据报:223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABEmiscfieldssourceIP addrdestIP

19、 addrdataq数据报 传送过程中不改变Dest.Net.next router Nhops223.1.1 1223.1.2 223.1.1.4 2223.1.3 223.1.1.4 2转发表A47 Internet体系结构数据报 从源到目的地从A到B:Dest.Net.next router Nhops223.1.1 1223.1.2 223.1.1.4 2223.1.3 223.1.1.4 2miscfields223.1.1.1 223.1.1.3 data223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.12

20、23.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABE转发表 A48 Internet体系结构数据报 从源到目的地Dest.Net.next router Nhops223.1.1 1223.1.2 223.1.1.4 2223.1.3 223.1.1.4 2从A到Emiscfields223.1.1.1 223.1.2.3 data223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABE转发表 A49 Internet体系结构数据报 从源到目的地从A到Em

21、iscfields223.1.1.1 223.1.2.3 data Dest.Net router Nhops interface223.1.1 -1 223.1.1.4 223.1.2 -1 223.1.2.9223.1.3 -1 223.1.3.27 223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABE路由器中转发表50 Internet体系结构地址解析32-bit IP地址:q网络层-IP地址数据链路层地址:q48 bit MAC 地址51 Intern

22、et体系结构地址解析Each adapter on LAN has unique LAN address52 Internet体系结构回忆前面223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27ABEBs MACaddrAs MACaddrAs IPaddrBs IPaddrIP payload数据报帧帧 source,dest address数据报 source,dest address53 Internet体系结构地址解析示例数据报 从 A 经R 到 B qIn

23、 routing table at source Host,find router 111.111.111.110qIn ARP table at source,find MAC address E6-E9-00-17-BB-4B,etcARB54 Internet体系结构选路抽象成图的选路算法:AEDCBF2213112535q好的路径m最小成本m各结点配合55 Internet体系结构议题1 认识Internet2 应用层3 传输层4 网络层5 数据链路层6 物理层56 Internet体系结构数据链路层术语:q主机和路由器 叫 结点结点 q信道 链路链路m有线/无线m单路/多路q帧帧,封

24、装数据报“链路层”数据链路层数据链路层 相邻结点之间传递数据报57 Internet体系结构链路层服务q成帧,链路层访问:m共享信道m寻址 不同于IP地址!58 Internet体系结构适配器间通信q网络适配器（网卡）m有线m无线q发送方m封装数据报到帧m流量控制，差错检测q接收方m流量控制，差错检测m提取数据报,交给网络层q链路层&物理层sendingnode帧rcvingnode数据报帧adapteradapter链路层 layer protocol59 Internet体系结构局域网技术m寻址m以太网m集线器,交换机m802.11mPPPmATM60 Internet体系结构以太网主流局

25、域网技术:q便宜q首选q简单q有 10,100,1000 Mbps Metcalfes 以太网概念模型61 Internet体系结构以太网 帧结构Preamble:q7 个 10101010字节 和1个 字节 10101011q 发送和接收同步地址:6 字节 MAC62 Internet体系结构以太网 CSMA/CDq载波侦听q多路访问q冲突检测63 Internet体系结构CSMA冲突虽然载波侦听，但仍可能发生冲突spatial layout of nodes 64 Internet体系结构CSMA/CD冲突检测65 Internet体系结构以太网 类型q10Base2q10BaseT an

26、d 100BaseThubnodes66 Internet体系结构以太网连接q集线器q网桥q交换机swichercollision domaincollision domain=hub=host67 Internet体系结构样例(IP 网络层)DedicatedShared68 Internet体系结构议题1 认识Internet2 应用层3 传输层4 网络层5 数据链路层6 物理层69 Internet体系结构网络连接方式q拨号qADSLqCableq无线70 Internet体系结构无线连接q无线局域网:m802.11b,g,a(WiFi):11-108 Mbpsm50米q无线城域网mWiMaxm10公里q更大范围无线接入m3G 384 kbpsmWAP/GPRSbasestationmobile主机router71 Internet体系结构物理层介质qBit:q有线介质:m铜线,光纤,同轴电缆q无线介质:m无线电Twisted Pair(TP)72 Internet体系结构物理层 介质同轴电缆:光纤：73 Internet体系结构物理层媒介:无线电无线电类型:q微波me.g.45 Mbpsq无线局域网m2Mbps,11Mbpsq蜂窝me.g.3Gq卫星m50Mbps74 Internet体系结构你认识Internet了吗？谢谢参与！75 Internet体系结构