第1章 计算机网络与因特网

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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*2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什么是因特网？第一章 计算机网络和因特网*41.1 什么是因特网n视角1因特网的构成本地ISP公司网络区域ISP分组交换机工作站移动通信设备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)

2、q链路层交换机q路由器服务器本地ISP公司网络区域ISP分组交换机工作站移动通信设备第一章 计算机网络和因特网*51.1 什么是因特网n在因特网上运行的网络应用程序n视角1因特网的构成q软件方面n协议：控制报文的发送接收的一组规范q例如：TCP, IP, HTTP, FTP, PPP什么是协议呢？第一章 计算机网络和因特网*61.1 什么是因特网q人类之间交流协议n汉语n英语n法语nq计算机之间交流的协议n什么是协议n同步n语法n语义第一章 计算机网络和因特网*71.1 什么是因特网n视角2因特网能够提供的服务因特网能提供什么样的服务呢？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

3、，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第一章 计算机网络和因特网更深入的研究计算机网络从网络边缘开始第一章 计算机网络和因特网*91.2 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：通信链路第一章 计算机网络和因特网*101.2 网络边缘n网络边缘的构成q端系统（主机）n运行应用程序，如：IE、Foxmail等第一章 计算机网络和因特网*111.2 网络边缘n网络应用的通信模型q对等模型（P

4、2P）n所有的主机同时承担服务 器和客户机的双重身份q客户/服务器模型（C/S）n客户：使用服务者n服务器：提供服务者RequestRequestRequestResponseResponseResponseRequestResponseRequestResponseRequestResponse第一章 计算机网络和因特网*121.3 网络核心n基本功能将数据从一个端系统传递到 另外一个端系统。怎样构建提供这样功能 的网络核心呢？第一章 计算机网络和因特网*131.3 网络核心两种不同的方法构建网络核心电路交换技术分组交换技术第一章 计算机网络和因特网*141.3 网络核心第一代计算机网络电路

5、交换网络1. 拨号，等待接通1. 建立连接 2. 通话2. 交换数据 3. 挂机3. 释放连接q打电话过程q数据交换过程n物理通路#￥%&n资源独占n几乎不产生延迟第一章 计算机网络和因特网*151.3 网络核心连接建立成功之后，独占资源。优：没有延迟劣：资源利用率低如何解决这个问题呢？第一代计算机网络电路交换网络第一章 计算机网络和因特网*161.3 网络核心电路交换中的资源复用（1）n时分复用（TDM）频率时间4 对用户第一章 计算机网络和因特网*171.3 网络核心电路交换中的资源复用（2）n频分复用（FDM）4 对用户频率时间第一章 计算机网络和因特网*181.3 网络核心n第一代计算

6、机网络电路交换网络结论：电路交换技术不适合于计算机间的数据交换。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，连接管理、资源独占消耗 太多资源。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。第一章 计算机网络和因特网*191.3 网络核心针对电路交换技术的问题，分组交换技术应运而生！它如何解决电路交换技术的问题呢？第一章 计算机网络和因特网*201.3 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络q解决问题连 接预约资源建立物理通路数据错误寻址问题分组交换核心存储转发第一章 计算机网络和因特

7、网*211.3 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报文较长不便于传输(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11010001101010101101010111000100110数据数据数据第一章 计算机网络和因特网*221.3 网络核心(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 3n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程第一章 计算机网络和因特网*231.3 网络核心(3) 分组交换网以“分组”作为数据传输单元，依次发送。数 据首部分组 1数 据首部分

8、组 2数 据首部分组 3n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程第一章 计算机网络和因特网*241.3 网络核心(4) 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第一章 计算机网络和因特网*251.3 网络核心(5) 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1101000110101010110101011100010011010010n第二代计算机网络分组交换网络q分组交换的工作流程网络中间的交换节点做了些什么呢？第一章 计算机网络和因特网*261.3

9、 网络核心n第二代计算机网络分组交换网络首 部包含地址等控制信息存储转发 接收并存储一个完整的分组分析首部，获取地址等控制信息 依据地址信息，确定路径转发第一章 计算机网络和因特网*271.3 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！结点交换机主机第一章 计算机网络和因特网*281.3 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

10、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*291.3 网络核心n分组交换 VS 电路交换（1）n假设：q1Mbps的链路，每个用户需要100kbpsq1个用户活跃的概率为0.1在相同条件下，分组交换能够比电路交换支持更多的用户n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第一章 计算机网络和因特网*301.3 网络核心n电路交换：该活跃用户获得100K

11、bps的速率当用户数较少时，分组交换能够获得比电路交换更好的性能n分组交换 VS 电路交换（2）n假设：q1Mbps的链路，每个用户速率没有限制q当仅有1个用户活跃时n分组交换：该活跃用户获得1Mbps的速率第一章 计算机网络和因特网*311.3 网络核心n分组交换网络存在的问题n分组交换 VS 电路交换（3）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*321.3 网络核心n网络分类分组交换网络虚电路网络数据报网络n数据报

12、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路由器无需维持状态n虚电路网络 q在建立连接时决定路径，并在整个连接过程中保持不变q每个分组携带一个标识（虚电路号），该标识决定下一跳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*331.3 网络核心n网络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第一章 计算机网络和因特网*341.4 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

13、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*351.4 接入网和物理媒体n接入网连接网络边缘和网络核心q住宅接入：将家庭端系统与网络相连q公司接入：将机构端系统与网络相连q无线接入：将移动端系统与网络相连第一章 计算机网络和因特网*361.4 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n家庭接入（1）nADSL：不对称数字用户线q下行/上行速率最高可达8Mbps/1Mbpsq频分复用:n0kHz4kHz：语音n4kHz50kHz：上行 50kHz1MHz：下行q带宽独享第一章

14、计算机网络和因特网*371.4 接入网和物理媒体nHFC ：光纤同轴电缆混合网络q下行/上行速率最高可达40Mbps/10Mbpsq通过有线电视网络部署q带宽共享n家庭接入（2）第一章 计算机网络和因特网*381.4 接入网和物理媒体nHFC：光纤同轴电缆混合网络第一章 计算机网络和因特网*391.4 接入网和物理媒体nHFC：光纤同轴电缆混合网络家庭电缆头端电缆分配网络（简化）典型的有 500到5,000个家庭信道V I D E OV I D E OV I D E OV I D E OV I D E OV I D E OD A T AD A T AC O N T R O L123456789

15、频分复用:第一章 计算机网络和因特网*401.4 接入网和物理媒体q使用局域网 (LAN)连接端系统与边缘路由器n公司接入n通过共享或专用的链路连接 端系统和路由器n10 Mbs, 100Mbps, Gigabit 以太网以太网详见第五章第一章 计算机网络和因特网*411.4 接入网和物理媒体q无线局域网:n802.11b (WiFi): 11 Mbpsn无线接入q广域无线接入nWAP GPRS CDMAnCDMA2000 WCDMA TD-SCDMA第一章 计算机网络和因特网*421.4 接入网和物理媒体n物理媒体分类q导引型媒体：信号沿着固体媒体被导引q非导引型媒体：信号自由传播第一章 计

16、算机网络和因特网*431.4 接入网和物理媒体n导引型媒体双绞线q双绞线：两根互相绞合的绝缘铜导线n3类线：传统的电话线， 10 Mbps 以太网n5类线：100Mbps 以太网第一章 计算机网络和因特网*441.4 接入网和物理媒体n导引型媒体同轴电缆外层屏蔽层绝缘层内导体q同轴电缆n50：基带同轴电缆，以10Mbps速率将基带数字信号 传送1Km的距离n75：宽带同轴电缆，采用了频分复用和模拟传输技 术的同轴电缆第一章 计算机网络和因特网*451.4 接入网和物理媒体n导引型媒体光纤芯(玻璃)封套(玻璃 )外套(玻璃 )q光纤n多模光纤：光以全反射的方式在光线中传播。传输 距离短、误码率高；但使用普通光源，成本低。n单模光纤：光沿着光纤直线传播。传输距离远、误 码率低；但必须使用激光光源，成本高。第一章 计算机网络和因特网*4