[计算机网络：自顶向下方方法](中文版课件)第一章

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ComputerNetworksandtheInternet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ComputerNetworking:ATopDownApproachFeaturingtheInternet,3rdedition.JimKurose,KeithRossAddison-Wesley,July2004.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：找到“感觉”，学习术语在后面的课程中更深入地学习，更为细致方法:使用因特网作为例子概述:什么是因特网什么是协议？网络边缘网络核心接入网，物理媒体因特网/ISP结构性能：丢包率，时延协议层次，服务模型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数以百万计的互联的计算设备：主机=端系统运行网络应用通信链路光纤，铜缆，无线电，卫星传输速率=带宽路由器:转发分组（数据块）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5什么是因特网：“具体细节”观点协议控制报文的发送，接收例如，TCP,IP,HTTP,FTP,PPP因特网：“网络的网络”松散的等级结构公共因特网比较专用互联网因特网标准RFC:请求评论（因特网标准）IETF: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通信基础设施使能分布式应用：Web,email,游戏,电子商务，文件共享提供给应用通信服务:不可靠无连接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:“几点了?”“我有一个问题”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:及其而不是人类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文件时间计算机网络和因特网概述9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10仔细观察网络结构网络边缘:应用与主机网络核心:路由器网络的网络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端系统(主机):运行应用程序例如Web,电子邮件在“网络边缘”客户机/服务器模式：客户机主机请求，从总是开的服务器接收服务例如Web浏览器/服务器；电子邮件客户机/服务器对等模式:最小限度(或不)使用专用服务器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握手：事先设置准备数据传送人类协议Hello,返回hello在两台通信主机中建立“状态”TCP-传输控制协议因特网的面向连接服务TCP服务[RFC793]可靠的，有序的字节流数据传送丢包:确认和重传流控制:发送方不能过载接收方拥塞控制: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与前面相同!UDP-用户数据报协议[RFC768]:无连接不可靠的数据传送无流控无拥塞控制使用TCP的应用：HTTP(Web),FTP(文件传送),Telnet(远程注册),SMTP(电子邮件)使用UDP的应用: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1.1什么是因特网？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互联的路由器形成的网孔基本问题:数据怎样通过网络传送?电路交换:每呼叫专用的电路：电话网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链路带宽，交换机能力专用资源：非共享类电路(确保的)性能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”分配给呼叫片如果未被拥有的呼叫使用则资源片空闲(非共享)将链路带宽划分为“片”频率分割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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？所有链路是1.536Mbps每条链路使用具有24个时隙的TDM创建端到端电路需500msec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用户A、B的分组共享网络资源每个分组使用全部链路带宽使用所需的资源资源争夺：聚合资源要求能超过可用的量拥塞：分组队列，等待链路使用存储转发：分组一次移动一跳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.在TDM中，每台主机在循环出现的TDM帧中获得相同的帧。ABC10Mbps以太网1.5MbpsDE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1Mbps链路每个用户:当“活跃”时100kbps时间的10%活跃电路交换:10用户分组交换有35个用户，概率10活跃小于.0004分组交换允许更多的用户使用网络!N用户1Mbps链路计算机网络和因特网概述23分组交换对比电路交换对突发数据极为有效资源共享较简单，无呼叫建立过多的拥塞:分组时延和丢包需要可靠数据传送、拥塞控制的协议问题:怎样提供类似电路的行为？对音频/视频应用需要带宽保证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传输(推出)L个比特到速率为Rbps链路上，需要L/R秒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时延=3L/R例子:L=7.5MbR=1.5Mbps时延=15secRRRL计算机网络和因特网概述25分组交换网络：转发目的:从源到目的地通过路由器移动分组我们将学习几种路径选择(即选路)算法(chapter4)数据报网络:分组中的目的地址决定下一跳在会话中路由可以变化类比:驾车，询问方向虚电路网络:每个分组携带标签(虚电路ID)，标签决定下一跳固定的路径在呼叫建立时决定，在呼叫期间保持不变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？住宅接入网机关接入网(学校，公司)移动接入网记住:接入网的带宽(每秒比特)？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经调制解调器拨号最高达56Kbps直接接入到路由器(经常较少)不能同时上网和打电话：不能“总是在线”ADSL:不对称数字用户线最高达1Mbps上行(今天典型地256kbps)最高达8Mbps下行(今天典型地1Mbps)FDM:50kHz-1MHz用于下行4kHz-50kHz用于下行0kHz-4kHz用于普通电话计算机网络和因特网概述30住宅接入:电缆调制解调器HFC:混合光纤同轴不对称:最高达30Mbps下行,2Mbps上行电缆和光缆的网络将家庭连江到IPS路由器家庭共享到路由器的接入部署:可利用电缆电视公司计算机网络和因特网概述31住宅接入:电缆调制解调器Diagram:计算机网络和因特网概述32电缆网络体系结构：概述家庭电缆头端电缆分布网络(简化的)通常500到5,000家计算机网络和因特网概述33电缆网络体系结构：概述家庭电缆头端电缆分布网络(简化的)计算机网络和因特网概述34电缆网络体系结构：概述家庭电缆头端电缆分布网络(简化的)服务器计算机网络和因特网概述35电缆网络体系结构：概述家庭电缆头端电缆分布网络(简化的)信道VIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEODATADATACONTROL123456789FDM:计算机网络和因特网概述36公司接入：局域网公司/大学局域网(LAN)将端系统连接到边缘路由器以太网:共享或专用链路连接端系统和路由器10Mbs,100Mbps,千兆以太网LAN:参见第5章计算机网络和因特网概述37无线接入网共享无线接入网连接端系统到路由器经基站，又称为“接入点”无线LAN:802.11b(WiFi):11Mbps广域无线接入由电信公司运营商提供3G~384kbps•何时能实现??在欧洲WAP/GPRS基站移动主机路由器计算机网络和因特网概述38家庭网络典型的家庭网络组成:ADSL或电缆调制解调器路由器/防火墙/NAT以太网无线接入点无线接入点无线便携机路由器/防火墙电缆调制解调器到/来自电缆头端以太网计算机网络和因特网概述39物理媒体比特:在传送器/接收器对间传播物理链路:位于传送器/接收器间的东西导引型媒体:信息在固体媒体(同轴、光纤、铜线)中传播非导引型媒体:信息自由传播，例如无线电双绞线(TP)两根绝缘铜线3类线:传统电话线，用于10Mbps以太网5类线:100Mbps以太网计算机网络和因特网概述40物理媒体：同轴电缆，光纤同轴电缆:两根同中心的铜导体双向的基带:在电缆上的单一信道传统以太网所用宽带:在电缆上的多个信道HFC光纤电缆:承载光脉冲的玻璃纤维，每个脉冲一个比特高速运行:高速点对点传输(如5Gps)低差错率：中继器相隔很远；不受电磁噪声干扰计算机网络和因特网概述41物理媒体：无线电在电磁频谱中携带信号无物理“导线”双向传播环境效应：反射物体遮挡干扰无线电链路类型:陆地微波如高达45Mbps信道LAN(如Wifi)2Mbps,11Mbps广域(如蜂窝)如3G:数百kbps卫星高达50Mbps信道(或多个较小信道)270msec端到端时延同步对比低轨计算机网络和因特网概述42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43因特网结构：网络的网络大致为登记制在中心:“第一层第一层”ISPs(如UUNet,BBN/Genuity,Sprint,AT&T),覆盖国家/国际互相视为对等第一层ISP第一层ISP第一层ISP第一层提供商专门互联对等方NAP第