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1、第一章 概述 第一章 概述 1 计算机网络、互联网和因特网 2 因特网组成 3 因特网的历史 4 计算机网络的性能 5 计算机网络的体系结构 计算机网络与互联网 计算机网络 计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机 的集合 A collection of autonomous computers interconnected by a single technology 网络的功能：连通性和共享 互联网（internet）：网络的网络 因特网（Internet）：一种互联网 网络 互联网 计算机网络与互联网 主机 集线器/交换机 路由器 网络 链路 用户视角 第一章 概述 1 计算机网络、互联
2、网和因特网 2 因特网组成 3 因特网的历史 4 计算机网络的性能 5 计算机网络的体系结构 因特网的组成 从因特网的工作方式上看，可以划分为以下 的两大块： (1) 边缘部分 由所有连接在因特网上的主机 组成。这部分是用户直接使用的，用来进 行通信（传送数据、音频或视频）和资源 共享。 (2) 核心部分 由大量网络和连接这些网络的 路由器组成。这部分是为边缘部分提供服 务的（提供连通性和交换）。 因特网的边缘部分 主机 （ 端系统 ）的通信方式通常可划分为 两大类： 客户服务器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式
3、客户主机的特点 主动向远地服务器发起通信。 必须知道服务器主机的地址。 间歇性地连接网络。 地址不需固定。 客户主机间不直接通信。 服务器主机特点 永远在线。 永久地址。 被动等待客户主机的请求。 可通过集群扩大规模。 对等连接(peer-to-peer，简写为 P2P)是指 两个主机在通信时并不区分哪一个是服务 请求方还是服务提供方。 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），它们就可以进行平等的、对等连 接通信。 例如，双方都可以下载对方已经存储在硬 盘中的共享文档。 对等连接方式（P2P） 对等主机特点 没有永远在线的服务器（对于Pure P2P而 言），或较少地使用服务器。 对
4、等主机（peer）之间直接通信。 对等主机可间歇地连接在网络上。 对等主机可改变地址。 因特网的核心部分 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量 主机提供连通性。 在网络核心部分起主要作用的是交换设备， 如电话交换机，路由器(router)。 网络核心 电路交换（circuit switching） 分组交换（packet switching） 电路交换 在这里，“交换交换”(switching)的含义就是转转 接接，如把一条电话线转接到另一条电话 线，使它们连通起来。 从通信资源的分配角度来看，“交换”就 是按照某种方式动态地分配动态地分配传输线路的资 源。 电路交换 电路交换必定是面向连接的
5、。面向连接的 三个阶段：建立连接、通信、释放连接 因为计算机数据有突发性，所以电路交换 传送计算机数据效率低。 (ABCDEF电信网交换机交换机交换机交换机中继线用户线用户线报文 1101000110101010110101011100010011010010 假定这个报文较长 不便于传输 分组交换 在发送端，先把较长的报文划分成较短的划分成较短的、 固定长度的数据段固定长度的数据段。 数 据 数 据 数 据 发送方添加首部构成分组 每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。 数 据 首部 分组 1 数 据 首部 分组 2 数 据 首部 分组 3 110100011010101011010101
6、1100010011010010 接收方收到分组后剥去首部 接收方收到分组后剥去首部还原成报文 数 据 数 据 数 据 数 据 首部 分组 1 数 据 首部 分组 2 数 据 首部 分组 3 1101000110101010110101011100010011010010 分组首部的重要性 每一个分组的首部都含有地址地址等控制信息。 分组交换网中的路由器把收到的分组存储 在缓存中，根据分组的首部中的地址信息， 把分组转发到下一个路由器。 用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能到 达最终目的地。 分组交换的优点 高效 动态分配传输带宽，对通信链路 是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路
7、由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机 发送分组。 可靠 保证可靠性的网络协议；分布式 的路由选择协议使网络有很好的生存性。 分组交换带来的问题 分组在各结点存储转发时需要排队，这就 会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的 控制信息）也造成了一定的开销 存储转发原理 并非完全新的概念 在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基 于存储转发原理的报文交换报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时 不等。现在报文交换已经很少有人使用了。 三种交换的比较 报 文 报 文 报 文 A B C D A B C D A B C D 报文交
8、换 电路交换 分组交换 t 连接建立 数据传送 报文 P1 P2 P3 P4 P1 P2 P3 P4 P3 P4 P2 P1 连接释放 数据传送 的特点 比特流直达终点 报文 报文 报文 分组 分组 分组 存储 转发 存储 转发 存储 转发 存储 转发 第一章 概述 1 计算机网络、互联网和因特网 2 因特网组成 3 因特网的历史 4 计算机网络的性能 5 计算机网络的体系结构 因特网的历史 第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联 网发展的过程。 第二阶段：第二阶段的特点是建成了三级 结构的因特网。 第三阶段：第三阶段的特点是逐渐形成了 多层次 ISP 结构的因特网。 因特网发展第一阶段
9、 1957，美国DOD下ARPA成立 1961，Kleinrock 分组交换（packet- switching） 因特网发展第一阶段 1967，计划成立ARPANET 1969，ARPANET 有UCLA，SRI，UCSB，Utah共4个IMP 第一个RFC（Host Software） 因特网发展第一阶段 1971，ARPANET有15个IMP结点（23个主 机） 1972，第一个email程序 1973，ARPANET进行国际连接，Bob Metcalfe构思以太网（Ethernet） 因特网发展第一阶段 1974，Vint Cerf & Bob Kahn提出网络互联 原则 最小化，自动
10、化 最大努力服务（best effort） 无状态路由器 无中心控制 因特网发展第一阶段 1976，DEC，Intel，Xerox制订以太网标准 70年代后期，私有网络结构：DECnet, SNA, XNA 1982，SMTP 1983， TCP/IP， 4.2BSD包含TCP/IP ARPANET分为ARPANET和MILNET 因特网发展第二阶段 1984，DNS 1985，FTP 1986，NSFNET诞生，56kbps 1988， TCP congestion control NSFNET骨干网速T1（1.544Mbps） 因特网发展第二阶段 1990，ARPANET停运 1991，N
11、SFNET允许商用 Berners-Lee ，WWW T3（44.736Mbps） 1994，Mosaic，Netscape，中国连接到 NSFNET 因特网发展第三阶段 1995，NSFNET卸任（转为研究型网络） Internet骨干流量由ISP负责 1996，Internet phone 90年代后期-现在，即时通讯，P2P，网络 安全，多媒体，网游，Facebook， YouTube；无线，移动 ARPANET ARPANET ARPANET ARPANET MILNET ARPANET MILNET NSFNET NSFNET ARPANET MILNET MILNET NSFNET
12、 INTERNET INTERNET ISP ISP ISP ISP INTERNET ISP ISP ISP ISP 注意，图中将路由 器间的链路简化为 一条线，实际可能 为不同技术的网络。 大公司 公司 本地 ISP A B 主机A 本地 ISP 地区 ISP 主干 ISP 地区 ISP 本地 ISP 主机B 本地 ISP 主干 ISP 本地 ISP 本地 ISP 地区 ISP 主干 ISP 主干 ISP 地区 ISP 地区 ISP 地区 ISP 本地 ISP 本地 ISP IXP 本地 ISP 校园网 校园网 下面是具有三层 ISP 结构的因特网的概念示意图 第一章 概述 1 计算机网络
13、、互联网和因特网 2 因特网组成 3 因特网的历史 4 计算机网络的性能 5 计算机网络的体系结构 计算机网络的性能 计算机网络的性能指标 速率、数据率、比特率 带宽（最高数据率） 吞吐量 时延 时延带宽积 RTT 利用率 时延(delay 或 latency) 考虑从一个分组进入一个结点开始，到该 分组即将进入下一个结点为止的时延。 时延(delay 或 latency) 考虑从一个分组进入一个结点开始，到该 分组即将进入下一个结点为止的时延。 时延的产生 处理时延 时延的产生 排队时延 处理时延和排队时延 处理时延处理时延 交换结点为存储转发而进行 一些必要的处理所花费的时间。 排队时延排
14、队时延 结点缓存队列中分组排队所 经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时的 通信量。 排队时延的实质是什么？ 时延的产生 发送时延 时延的产生 传播时延 发送时延 发送时延（传输时延发送时延（传输时延）：发送数据时，数 据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 也就是从发送数据帧的第一个比特算起， 到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时 间。 发送时延=数据长度(bit)/带宽(bps) 传播时延 传播时延传播时延 电磁波在信道中需要传播一 定的距离而花费的时间。 信号传输速率传输速率（即发送速率）和信号在信 道上的传播速率传播速率（电磁波或光波的速率） 是完全不同的概念。 传播时延=信道长度(m)/传播速率(m/s) 总时延 一个结点的总时延： 总时延 = 处理时延+排队时延+发送时延 +传播时延 第一章 概述 1 计算机网络、互联网和因特网 2 因特网组成 3 因特网的历史 4 计算机网络的性能 5 计算机网络的体系结构 计算机网络的体系结构 相互通信
