1、可编辑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. 可编辑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使用因特网作为例子概述:q什么是因特网q什么
2、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网络模型可编辑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 历史可编辑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路由器工作站服务器移动节点可编辑5什么是因特网：“具体细节”观点q协
3、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可编辑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可靠的面向连接可编辑7什么是协议?人类协议:q“几点了?”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
4、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可编辑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 历史可编辑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: 通信链路可编辑11网络边缘q端系统
5、 (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可编辑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”qTCP - 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
6、时发送方“降低发送速率”可编辑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，以太网电话可编辑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 历史可编辑15网络核心q互联的路由器
7、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”发送可编辑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需要建立呼叫可编辑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时间分割可编辑18电路交换: FDM和TDMFDM频率时间TDM频率时间4 个用户例子:可编辑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
8、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!可编辑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”专用分配资源预留可编辑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
9、MbpsDE统计复用统计复用等待输出链路的分组队列可编辑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户使用网络!N 用户1 Mbps 链路可编辑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”？可编辑24分组交换：存储转发q传输(
10、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可编辑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可编辑26网络分类电信网
11、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) 。可编辑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 历史可编辑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？可编辑29住宅接入：点对点接入q经调制解调器拨号m最高
12、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 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 可编辑57“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
13、间的时间间隔。3 探测分组3 探测分组3 探测分组可编辑58“实际的”因特网时延和路由1 cs-gw (128.119.240.254) 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
14、ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 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
15、112 ms12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 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
16、* * *18 * * *19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 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可编辑59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
17、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，或根本不重传可编辑60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 历史可编辑61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？可编辑62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
18、机飞行飞机飞行飞机飞行可编辑63ticket (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可编辑64为什么分层?处理复杂系统：q明确的结
19、构使得能够标识复杂系统构件的关系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？可编辑65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可编辑66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物理层H
20、tHnHlMHtHnMHtMM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可编辑67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 历史可编辑68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: 首个ARPAnet 节点运行q1972:
21、 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: 早期分组交换原则可编辑69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
22、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, 新的和专用网络可编辑70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, 新型应用可编辑71可编辑72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2022-5-1573
