[计算机网络：自顶向下方方法](中文版课件)第一章

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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 Ross Addison Wesley July 2004 1计算机网络和因特网概述 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

2、特网 q什么是协议 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 2计算机网络和因特网概述 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ISP 1 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 3计算机网络和因特网概述 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

3、络 区域 ISP 路由器 工作站 服务器 移动节点 4计算机网络和因特网概述 什么是因特网 具体细节 观点 q协议控制报文的发送 接收 m例如 TCP IP HTTP FTP PPP q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 本地ISP 公司网络 区域 ISP 路由器 工作站 服务器 移动节点 5计算机网络和因特网概述 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 6计算机网络和

4、因特网概述 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 7计算机网络和因特网概述 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 Hi Hi 请问几点了 2 00 TCP 连接请求 TCP 连接响应 Get 时间 8计算机网络和因特网概述 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

5、ISP 1 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 9计算机网络和因特网概述 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 10计算机网络和因特网概述 网络边缘 q端系统 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 11计算机网络和因特网概述 网络边缘 面向连接服务 目标 在

6、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hello m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 793 q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当网络拥塞时发送方 降低发 送速率 12计算机网络和因特网概述 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

7、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 13计算机网络和因特网概述 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ISP 1 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 14计算机网络和因特网概述 网络核心 q互联的路由器形成的网孔 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 15计算机网络和因特网概述 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

8、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 16计算机网络和因特网概述 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 17计算机网络和因特网概述 电路交换 FDM和TDM FDM 频率 时间 TDM 频率 时间 4 个用户 例子 18计算机网络和因特网概述 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间 m所有链路是1 536 Mbps m每条链路使用具有24个时隙的TDM m创建端到端电路需500 m

9、sec 将该例子计算出来 19计算机网络和因特网概述 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 20计算机网络和因特网概述 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 A B C 10 Mbps 以太网 1 5 Mbps D E 统计复用 等待输出链路的分组队

10、列 21计算机网络和因特网概述 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 kbps m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 22计算机网络和因特网概述 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 23计算机网络和因特网概

11、述 分组交换 存储转发 q传输 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 Mb qR 1 5 Mbps q时延 15 sec RRR L 24计算机网络和因特网概述 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

12、间保持不变 m路由器保持每呼叫状态 25计算机网络和因特网概述 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 26计算机网络和因特网概述 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ISP 1 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 27计算机网络和因特网概述 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

13、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 28计算机网络和因特网概述 住宅接入 点对点接入 q经调制解调器拨号 m最高达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 55计算机网络和因特网概述 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

14、 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 i m路由器i 将向发送方返回分组 m发送方度量传输和响应间的时间间隔 3 探测分组 3 探测分组 3 探测分组 56计算机网络和因特网概述 实际的 因特网时延和路由 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

15、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 ms 6 abilene vbns abilene ucaid edu 198 32 11 9 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm wash abilene ucaid edu 198 32 8 46 22 ms 22 ms 22 ms 8 62 40 103 253 62 40 103 253 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2 62 40 96 129 109 ms 102 ms 104

16、 ms 10 62 40 96 50 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater 62 40 103 54 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio n2 cssi renater fr 193 51 206 13 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice cssi renater fr 195 220 98 102 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2 nice cssi renater fr 195 220 98 110 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom 193 48 50 54 135 ms 128 ms 133 ms 16 194 214 211 25 194 214 211 25 126 ms 128 ms 126 ms 17 18 19 fantasia eurecom fr 193 55 113 142 132 ms 128 ms 136 ms traceroute gaia cs umass edu to Three delay measements from gaia