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1、计算机网络第1章 计算机网络和因特网第一章 计算机网络和因特网目 录n什么是因特网n网络边缘n网络核心n接入网和物理媒体nISP和因特网主干n分组交换网络中的时延和分组丢失n协议层次和它们的服务模型n计算机网络和因特网的历史第一章 计算机网络和因特网1.1 什么是因特网n视角1因特网的构成q硬件方面n连接在因特网上的数以百万计的 互连计算机设备: 主机 = 端系统n连接因特网上各种设备的通信链 路q光纤，铜缆，无线电 ，人造卫星q传输速率 = 带宽n转发数据的分组交换机: 转发分组 (数据块)q链路层交换机q路由器本地ISP公司网络区域ISP分组交换机工作站服务器移动通信设备第一章 计算机网络
2、和因特网1.1 什么是因特网n视角1因特网的构成q软件方面n在因特网上运行的网络应用程序n协议：控制报文的发送接收q例如：TCP, IP, HTTP, FTP, PPPq因特网： “万网之网”n松散的层次结构n公共因特网（Internet）和私有的内联网（intranet）q因特网标准nRFC: 请求评论（request for comments）nIETF: 因特网工程部（ Internet Engineering Task Force ）第一章 计算机网络和因特网1.1 什么是因特网n什么是协议q人类之间交流的语言（协议）n汉语n英语n法语nq计算机之间交流的语言（协议）n语法n语义n同步
3、第一章 计算机网络和因特网1.1 什么是因特网n视角2因特网能够提供的服务q通信基础设施为分布式应用程序提供支撑q为应用程序提供的通信服务n可靠的面向连接服务q先行握手，建立连接q确认和重传确保可靠数据传送q流控制确保发送方不会过快的发送过量的 分组而淹没接收方q拥塞控制试图防止因特网进入迟滞状态n不可靠的无连接服务q不承诺“从发送方到接收方传递数据所需的时间 长度”第一章 计算机网络和因特网1.2 网络边缘n网络结构深入研究q网络边缘: n应用程序和主机q网络核心: n目标：在各个不同的小网络之间转发数据n路由器n网络的网络q接入网，物理媒体：通信链路第一章 计算机网络和因特网1.2 网络边
4、缘n网络边缘的构成q端系统（主机）n运行应用程序，如：IE、Foxmail等n网络应用的通信模型q客户机/服务器模型（C/S）n客户机：使用服务的主机n服务器：提供服务的主机q对等模型（P2P）n所有的主机同时承担服务器和客户机的双重身份第一章 计算机网络和因特网 1.3 网络核心n基本问题：数据是怎样通过网络传输的？n第一代计算机网络电路交换网络q数据交换过程n第一步：建立连接n第二步：交换数据n第三步：释放连接q电路交换的特性n数据交换前需建立起一条从发端到收端的物理通路n在数据交换的全部时间内用户始终占用端到端的固 定传输信道n交换双方可实时进行数据交换而不会存在任何延迟第一章 计算机网
5、络和因特网1.3 网络核心n第一代计算机网络电路交换网络q电路交换中的复用n时分复用（TDM）n频分复用（FDM）频率时间频率时间4 对用户第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第一代计算机网络电路交换网络q例题计算通过电路交换网络将一个640,000比特长的 文件从主机A传送到主机B需要多长时间？n所有链路速率皆为1.536 Mbpsn每条链路使用有24个时隙的TDMn建立端到端的电路需要500毫秒第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第一代计算机网络电路交换网络q存在的问题n计算机之间的数据交换往往具有突发性和间歇性特 征，而对电路交换而言，用户支付的费用则是按用 户占用线路的
6、时间来收费的n不够灵活。只要在通话双方建立的通路中的任何一 点出了故障，就必须重新拨号建立新的连接，这对 紧急和重要通信是很不利的。结论：电路交换技术不适合于计算机间的数据交换。第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q引入分组交换网络的动机美国军方针对“数据”交换的特征以及电路交换技 术存在的局限性，提出真正意义上的计算机网络必 须满足：n不是为了打电话，而是用于计算机之间的数据传送n能够连接不同类型的计算机n所有的网络结点同等重要，不能有特别重要的结点n必须有冗余路由n网络结构尽可能简单，能够可靠传送数据第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算
7、机网络分组交换网络q计算机网络的演化第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程 (1) 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定 长 度的数据段报文1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长 不便于传输第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程 (2) 每一个数据段前面添加上首部构成分组请注意：现在左边是“前面”数 据数 据数 据报文首部首部首部分组 1分组 2分组 3第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络
8、q分组交换的工作流程 (3) 分组交换网以“分组”作为数据传输单元 (4) 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边 ）数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程 (5) 接收端收到分组后剥去首部还原成报文数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程 (6) 最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报 文数 据数 据数 据报文110100011010101011010101110
9、0010011010010第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程备注2：分组首部的重要性：n每一个分组的首部都含有地址等控制信息。n分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中 的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。n用此种存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地 。备注1：这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错， 在转发时也没有被丢弃。第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机
10、第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组结点交换机主机在结点交换机 A 暂存 查找转发表 找到转发的端口在结点交换机 C 暂存 查找转发表 找到转发的端口在结点交换机 E 暂存 查找转发表 找到转发的端口最后到达目的主机 H5第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换网络的结构 采用分组交换技术的计算机网络，从概念上可以看成是由两 个子网构成，一是通信子网，另一是资源子网，如图所示。其中,通信子网由若干个中间交换结点（switch node）和 连接这些交
11、换结点的链路组成，主要承担数据通信任务。所谓资源子网主要由网络主机和各种可提供共享资源的设 备（如打印机、光盘库等）组成，主要承担数据处理任务。资源子网 通信子网 第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换网络的特征n被传送的数据分成若干分组分别传送n数据传输前不必预先确定分组的传输路径n通信子网中的每个交换结点均为共享结点,并且都 具有分组的存储/转发以及选择合适路由的能力n在数据通信的过程中，通信子网断续(动态)分配传 输带宽，使得通信线路的利用率得以大大提高下续第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换网络的
12、特征n为了提高分组交换网的可靠性，通信子网常采用网 状拓扑结构，使得当发生网络拥塞或少数中间交换 结点、链路出现故障时，可灵活地改变路由而不致 引起通信的中断或全网的瘫痪；n通信网络的主干线路往往由一些高速链路构成第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q转发n目标: 通过路由器将分组从源主机移动到到目的主 机q我们将学习一些路径选择（如：路由）算 法 (第4章)n数据报网络 q分组内的目的地址决定下一跳q在会话过程中路由可能改变q类似的：驾驶，问路n虚电路网络 q每个分组携带一个标识（虚电路号），该 标识决定下一跳q在 呼叫建立时决定固定的路径，并在整个 呼叫
13、过程中保持不变q路由器保持每个呼叫连接的状态第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换 VS 电路交换n假设：q1Mbps的链路，每个用户需要100kbpsq分组交换下1个用户活跃的概率为0.1n电路交换：仅支持10个用户（1Mbps/100kbps）n分组交换：35个用户条件下，11个及以上用户同时 活动的概率为0.0004，即10个及10个以内用户同 时活跃的概率为0.9996，基本上与电路交换性能相 当下续在相同条件下，分组交换能够比电路交换支持更多的用户第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换 VS 电路
14、交换n更一般的分组交换q用户速率无限制n假设：q同一时刻仅有一个用户传输1M的数据q电路建立时间可忽略不计n电路交换所需时间：10sn分组交换所需时间：1s 当用户数较少时，分组交换能够获得比电路交换更好的性能下续第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换 VS 电路交换 将L长的分组传输 (推送出去) 到链路（速率为R bps）要 花费L/R 秒 当整个分组到达路由器后才 能向下条链路传输: 存储转发 时延 = 3L/R举例: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps 时延 = 15 秒LRRR第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第
15、二代计算机网络分组交换网络q分组交换 VS 电路交换n分组交换网络存在的问题q分组在各结点存储转发时因要排队总会造 成一定的时延。当网络通信量过大时，这种时延可能 会很大q各分组必须携带一定的控制信息（说明信 息），从而带来额外开销q整个分组交换网的管理和控制比较复杂第一章 计算机网络和因特网1.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换 VS 电路交换n结论q若要连续传送大量数据，且其传送时间远 大于呼叫建立时间，则采用在数据通信之前预先分配 传输带宽的电路交换较为合适q分组交换不需要预先分配传输带宽，在传 送突发数据时可提高整个网络的信道利用率第一章 计算机网络和因特网1.3 网
16、络核心n网络核心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 数据报网络既不是面向连接的也不是无连接的 Internet为应用程序同时提供面向连接服务（TCP）和无连接服务（UDP）第一章 计算机网络和因特网1.4 接入网和物理媒体n接入网的作用q将网络边缘与网络核心连接起来，通常是将端 系统连接到边缘路由器上q边缘路由器：端系统到任何其它远程端系统的 路径上的第一台路由器n接入的方式qModem拨号/ADSL拨号/HFCq局域网接入：以太网q无线接入第一章 计算机网络和因特网1.4 接入网和物理媒体nModem拨号q通过本地电话回路点对点连接ISP的拨号池（通常是路 由器）q速度最高可达56kbpsq无法实现在上网的同时拨打电话nADSL：不对称数字用户线q下行/上行速率最高可达8Mbps/1
