第一章 计算机网络 和Internet1第一章: 计算机网络和 Internet 目标: 理清本书章节关系直观感受计算机网络,了解计算机网 络术语 后续章节深入、详细展开方法途径:l简单描述l以Internet为实例2第一章: 内容大纲1.1 什么是Internet? 1.2 网络边缘部分 1.3 网络核心部分 1.4 接入网络和物理介质 1.5 Internet主干/ISPs的结构组成 1.6 分组交换网络中的延迟和丢失 1.7 协议层及其服务模型 1.8 计算机网络和Internet发展史3 首先补充“计算机网络”定义：两台以上具有独立操作系统的计算机 通过某些介质连接成的相互共享软硬件资 源的集合体。 对于Internet，无法给出一个明确的定 义 无论是从它的硬件和软件组件上看，还 是从它所提供的服务上看，都很复杂1.1 什么是Internet？41.1.1 什么是Internet: 具体构成描述主机hosts或端系统end- systems：数以亿计的计算设备互连 l主机-PCs, workstations, serversl端系统-PDAs,phones, 家用 电器等 运行着各种网络应用程序通信链路l双绞线,光纤, 无线电频谱, 卫 星l传输速率 = 带宽路由器和交换机: 转发分组 (包)本地ISP公司网络区域ISProuterworkstationservermobile5协议控制发送和接收消息,le.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPPInternet标准lIETF: Internet Engineering Task Force因特网工程任务组lRFC: Request for comments请求评论Internet: “由网络构成的网络”l松散分层l公共Internet与专用intranet1.1.1 什么是Internet:具体构成描 述（续）本地ISP公司网络区域ISProuterworkstationservermobile61.1.2 什么是Internet: 服务上描述通信基础设施允许终端系统上运行分布式应用程 序，并彼此交换数据:lWeb, email, games, e-commerce, database, VOIP, P2P file sharing为分布式应用程序提供的通信服务:l无连接服务connectionlessl面向连接服务connection-orientedl不提供数据传递时间保证（发送端到接 收端）的服务电脑空间cyberspace Gibson巫师（Neuromancer）: “世界各国数以亿计的人们每天都可以拥有的一种共同感受或 幻觉“ 71.1.3 什么是协议? 人类活动的类比:“whats the time?”“I have a question” 发送特定报文 当收到报文或发生 其他事件时，采取 特定的行动（响应 ）HiHiGot the time? 2:00time81.1.3 什么是协议?网络协议:计算机代替人Internet中所有的通 信活动均由协议来支 配协议：定义了两个或多个通信 实体间所交换报文的格式和次 序，以及在报文发送和/或接 收或者其他事件方面所采取的 行动（响应）。 协议的基本要素：语法、语义 和同步TCP connectionreqTCP connection responsetimeGet a file9第一章: 内容大纲1.1 什么是Internet? 1.2 网络边缘部分 1.3 网络核心部分 1.4 接入网络和物理介质 1.5 Internet主干/ISP的结构组成 1.6 分组交换网络中的延迟和丢失 1.7 协议层及其服务模型 1.8 计算机网络和Internet发展史10网络的结构组成:网络边缘部分: 网络应用程序和主机/端系统网络核心部分: l路由器l由网络构成的网络 接入网络和物理介质: 通信链路111.2.1 端系统、客户和服务器:端系统 (/主机):l运行网络应用程序l处在网络的边缘l传统主机/网络计算机和瘦客户客户/服务器C/S模型l客户请求，并接收服务器提供的 服务le.g. Web browser/server; email client/server端对端模型peer-peer model:l 极少或不采用专门服务器le.g. Gnutella, KaZaA121.2.2 因特网提供的服务:因特网为端系统应 用程序提供了哪些 服务呢？131.2.2 面向连接的服务 目的: 在端系统间传送数据。握手: 客户和服务器事先进 入戒备状态，为接下来的分 组交换做好准备l如同Hello, hello back 这样 的人类电话通信l建立“连接” ，在两个彼此通信 的端系统之间TCP - Transmission Control Protocol lInternet的面向连接的服务TCP 服务 RFC 793可靠、顺序、字节流传 输: l丢失: 确认和重传流量控制: l发送者不至于淹没接收 者拥塞控制: l当网络拥塞时发送者降 低发送速率141.2.2 无连接服务（续）目的: 在端系统间传送数 据。UDP - User Datagram Protocol RFC 768: Internet无连接服务l不可靠数据传输l无流量控制l无拥塞控制使用TCP的网络应用 : HTTP (Web), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (email)使用UDP的网络应 用:流媒体, 视频会议, DNS, Internet电话15第一章: 内容大纲1.1 什么是Internet? 1.2 网络边缘部分 1.3 网络核心部分 1.4 接入网络和物理介质 1.5 Internet主干/ISP的结构组成 1.6 分组交换网络中的延迟和丢失 1.7 协议层及其服务模型 1.8 计算机网络和Internet发展史161.3.1 网络核心部分相互连接的路由器构成的网络基本原理: 如何在这个网络中传送数据？l电路交换: 每次会话预留沿 其路径（线路）所需的独占 资源电话网l分组交换: 数据以离散的数 据块通过网络来发送171. 电路交换网络资源（如带宽）被分片分片分配到会话分片没有被会话使用的情况 下，分片空载(不共享)电路级性能（有保证）要求呼叫建立建立一个 专门的端到端线路(意味着每 个链路上预留一个线路)链路带宽分片l频分frequency divisionl时分time division 181. 电路交换(续: FDMA and TDMA)FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4 usersExample:19电路交换举例从主机A到主机B经一个电路交换网络需要多长时间发送 一个640Kb的文件?假设： 所有链路都是 1.536 Mbps 每个链路使用TDM划分成24个时隙 创建一条端到端的链路需要500msec202. 网络核心部分: 分组交换每个端到端的数据流被划分成分组所有分组共享网络资源 每个分组使用全部链路带宽 资源按需使用 带宽分片 独占分配资源 资源预留212. 网络核心部分: 分组交换统计复用A & B 分组没有固定的顺序 统计复用。 在时分复用中，每个主机获得各TDM循环帧的固定 时隙。ABC10 Mbs Ethernet1.5 MbsDE统计复用等待输出链路 的分组队列222. 网络核心部分: 分组交换资源竞争: 资源需求总量可以大于可 获得资源的总量 拥塞: 采用分组队列, 等待使用链路 存储转发: 分组每次转发1站 在1个链路上传输 每经过1个链路转发1次 转发分组前，要求收到完整分组23比较分组交换与电路交换假设：用户共享1 Mbps 的链路每个用户: l活动期传输率100 kbpsl只有10%的时间活动电路交换: l10 users分组交换: l如果35个用户l10个以上活动用户的概率 小于 0 .0004分组交换允许更多的用户使用网络 !N users 1 Mbps link24比较分组交换与电路交换大量的突发数据l资源共享l简单, 不需要建立连接过渡竞争: 分组延迟与丢失l需要可靠数据传输、拥塞控制协议Q: 如何提供电路级的性能?l对于音视频的网络应用需要带宽保障l仍然是1个没有解决的问题 (chapter 6)”分组交换是最后的赢家吗?”252. 分组交换网络有两大类数据报网络: TCP/IPl分组目的地址决定下一跳l会话期间路由可以改变l比方: 驱车逐段问路 虚电路网络: X.25,FR,ATMl每个分组有1个标签 (虚电路号,virtual circuit ID), 标签决定下1跳l连接建立时确定固定的路径, 并且将保持于整个 会话期间l路由器必须为每个连接维护状态信息26网络的分类电信网络电路交换网络FDMTDM分组交换网络虚电路网络数据报网络虚电路网络一定是面向连接的。 数据报网络既可以提供面向连接的服务也可以提供无连接 的服务。如： Internet为网络应用既提供面向连接的传输 服务 (TCP)，也提供无连接的传输服务(UDP)。27第一章: 内容大纲1.1 什么是Internet? 1.2 网络边缘部分 1.3 网络核心部分 1.4 接入网络和物理介质 1.5 Internet主干/ISP的结构组成 1.6 分组交换网络中的延迟和丢失 1.7 协议层及其服务模型 1.8 计算机网络和Internet发展史281.4.1 接入网络Q: 如何将终端系统连接 到网络边缘的路由器? 一种粗糙分类：住宅接入网络 机构接入网络 (学校, 公 司)无线接入网络注意: 接入网络的带宽(bps)?共享/独占?291. 住宅接入网络: 点对点接入拨号线路上使用modeml可达56Kbps 直接接入边缘路由器(实际远小于该值,数字模拟调制解调)l不能同时网上冲浪和拨打电话: 不能 一直在线ADSL: 非对称数字用户线路（asymmetric digital subscriber line） 可达1 Mbps 上行速率 (目前典型 1: 分组猝发到达,形成队列,队列长度迅速增加,排队延迟大幅增大 La/R 1: 输出队列平均位到达速率超过送走这些位的极限速率，输出队列持续增长，排队延迟趋于无穷大。57真实的Internet分组时延和丢失看起来怎么样呢? Traceroute 程序: 提供从源节点至目的节点路径 上所有路由器的延迟测量. 对所有 router i:l发送3个分组到源节点至目的节点路径沿路所有路由器 （ router i ）l路由器（router i ）将返回发送者3个分组l发送方在发送和响应期间计时 推荐访问http:/www.traceroute.org3 probes3 probes3 probes真实的Internet 时延和路由58真实的Internet 延迟和路由1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid