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1、第1讲：计算机网络与因特网概述本讲目标: r了解环境, “感觉” 网络r为课程内容进行铺垫r使用方法:m全面讲述网络要点m使用因特网作为实 例概述:r什么是因特网?r什么是协议?r网络边缘r网络核心r访问网络,物理介质r骨干网络, NAP, ISPr网络性能: 数据丢失, 延迟r协议分层, 服务模型r因特网简史英 文 版11: Introduction因特网: 工程视角r数以百万计的互联计算设备 : 主机, 端接系统mPc工作站, 服务器mPDA电话, 智能家电 运行 网络应用程序r通信链路m光纤, 铜缆, 无线电,卫星r路由器: 将数据分组(数据块)转 发通过网络local ISPcompa
2、ny networkregional ISProuterworkstationservermobile英 文 版21: Introduction有趣的因特网设备世界上最小的网络服务器 http:/www-ccs.cs.umass.edu/shri/iPic.htmlIPtv http:/ http:/dancing- 文 版31: Introduction因特网: 工程视角r协议: 控制报文的收发me.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPPr因特网: “万网之网”m松散的层次结构m公共的Internet（因特网） vs. 专有的 intranet（内联网）r因特网标准mRFC:
3、 Request for commentsmIETF: Internet Engineering Task Force（因特网工程部）local ISPcompany networkregional ISP路由器工作站服务器便携机英 文 版41: Introduction因特网: 服务的视角r通信基础 为以下应用提供 服务m万维网, 电子邮件, 游戏, 电子 商务, 资源共享等r通信服务包括:m面向连接m无连接英 文 版51: Introduction什么是协议?人际交往的协议和计算机网络协议:Q: 其它人际交往的协议? HiHi几点了?2:00TCP 连接请求TCP 连接应答Get http
4、:/gaia.cs.umass.edu/index.htmtime英 文 版61: Introduction什么是协议?人们交往的协议:r“现在几点了?”r“我有个问题.”r彼此作自我介绍 定义发送的信息 定义信息接收后,或某 个事件发生后的动作网络协议:r通信设备之间的交互而 不是人们的交往r所有在因特网上的通信 活动全部是由协议所控 制的协议定义网络实体之间 信息收发的格式和顺序, 以及信息发送和接收后 所需采取的动作 （语法、语义、语序或规 则）英 文 版71: Introduction深入了解网络结构:r网络边缘: 应用程序 和主机r网络核心: m路由器m网中之网r接入网，物理媒介:
5、通信链路英 文 版81: Introduction网络边缘:r端系统（主机）:m运行应用程序m如：IE，EMAILm处于网络的边缘r客户端/服务器 模式m客户端主机发起请求，接受来自 服务器的服务me.g., WWW client (browser)/ serverrpeer-peer model:m 主机对等交互me.g.: BT, EMULE英 文 版91: Introduction网络边缘: 面向连接的服务目的: 在端系统间进行数 据传输.r握手: 在数据传输之前( 作为准备工作) 设置系统 间的连接mHello, hello back 人际交 往协议m 建立连接“状态” 于两个 通信主
6、机之间 rTCP - Transmission Control Protocol(传输 控制协议) m因特网面向连接的服务TCP服务 RFC 793r可靠, 有序的字节流数据传 输m数据丢失: 应答和重传r流量控制: m发送端不会将接收端“淹没”r拥塞控制: m当网络拥塞时发送端须 “降低 发送速率”英 文 版101: Introduction网络边缘: 无连接的服务目标: 在端接系统间传输数 据m与TCP一样!rUDP - User Datagram Protocol(用户数据报协议 ) RFC 768: 因特网的无 连接服务m不可靠的数据传输m没有流量控制m没有拥塞控制使用TCP的应用程序
7、: rHTTP (WWW), FTP (文 件传输), Telnet (远程登 录), SMTP (email)使用UDP的应用程序:r流媒体, 视讯会议, IP 电 话英 文 版111: IntroductionThe Network Corer路由器连成的网络r最根本的问题: 数据如何通 过网络传送？m电路交换: 每次连接独享 占用电路: 电话网m分组交换: 数据被分块传 送英 文 版121: IntroductionNetwork Core: Circuit Switching每次“通话”，端到端的 资源被预留r链路带宽，交换能力r专属资源，不共享r类似电路的性能r需要建立连接英 文 版
8、131: Introduction电路交换: FDMA和TDMAFDMA频率时间 TDMA频率时间4 用户例如:英 文 版141: Introduction网络核心: 分组交换每个端到端的数据流被划分成 分组(packet)r用户 A, B 的分组可共享网 络资源 r每个分组使用全部的链路带 宽 r资源在必要时才使用, 资源竞争: 资源可能供不应求 拥塞: 分组排队, 等待 链路资源 在路由器上存储转发: 分组一次移动一个步 跳 通过链路传输 等待下一条链路带宽划分成“片”专门分配 资源预留英 文 版151: Introduction网络核心: 分组交换分组交换vs.电路交换: 可以使用饭店的
9、经营方式比喻r其他人类社会的生活实例的类比?ABC10 Mb/s 以太网1.5 Mb/s45 Mb/sDE统计多路等待输出链路的分组队列英 文 版161: Introduction网络核心: 分组交换分组交换: 存储转发的过程 将报文划分成较小的 数据块: “分组（ packets）” 存储转发: 交换机等到 整个分组到达完毕后, 再进行转发或路由接 力 Q:如果报文以整个的 形式发送又将如何?英 文 版171: Introduction分组交换vs. 电路交换r1 Mb/s链路r每个用户: m100Kb/s 当“激活”m激活时间为 10% r电路交换: m10 用户r分组交换: m对 35个
10、用户来说, 概率: 10 个用户同时激活小于 0.0004分组交换使得更多用户可“同时”使用网络!N users 1 Mbps link英 文 版181: Introduction分组交换vs. 电路交换r在突发性数据传输过程中表现优异m资源共享m无须事先建立连接r过度拥塞: 导致分组延迟和丢失m需要协议来保障可靠的数据传输, 拥塞控制rQ: 如何在分组交换网中提供电路交换的性能?m为音频/视频（audio/video）应用提供带宽保障m仍然是一个需要解决的问题英 文 版191: Introduction分组交换:路由选择问题r目标: 将分组沿路由器从信源送达信宿m介绍因特网的路由选择协议 (
11、第4章)r数据报网络: m由信宿地址来决定下一个步跳(hop)m在会话过程中,路由可能发生变化m比喻: 开车问路 r虚电路网络: m每个分组携有标签 (虚电路 ID), 由标签来确定下一个步跳m在连接建立阶段确定固定的路由, 全部数据通过该路由传递m路由器为每个正在通信中的连接维持状态英 文 版201: IntroductionAccess networks and physical mediaQ: 如何从端系统连接到边远 路由器?r住宅接入r机构接入r无线接入英 文 版211: Introduction居民区访问: 点对点访问r拨号访问m可达 56Kb/s对路由器的直接访问 (理 论上)rI
12、SDN(一线通): integrated services digital network: 128Kb/s对路由器的全 数字化连接 rADSL(非对称用户线路): asymmetric digital subscriber linem上行可达 1 Mb/s home-to-routerm下行可达 8 Mb/s router-to-homemADSL 的应用: 已经普及英 文 版221: Introduction居民区访问: 线缆调制解调器rHFC: hybrid fiber coax(光纤同轴电缆混合网络)m非对称: 下行可达 10Mb/s, 1 Mb/s 的上行速率r光纤同轴电缆混合网络将
13、家庭连接到 ISP路由器m在若干家庭用户间共享访问带宽m关注点: 拥塞, 规模控制问题 r发展：由有线电视公司英 文 版231: Introduction居民区访问: 线缆调制解调器Diagram: http:/ 文 版241: Introduction单位访问: 局域网r公司/大学 局域网 (LAN) 将 端系统连接到端接路由器r以太网(Ethernet): m共享或专线电缆将端系统 连接端系统和路由器m10 Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s 以太网r应用: 企事业单位, 家庭用户 普遍使用的LANrLAN: 第 5章英 文 版251: Introduction无线访问网络r共享的无
14、线访问网络连接 端系统和路由器r无线LAN:m使用无线频谱替代网线me.g.,WiFi 802.11b 11 Mb/sr广域无线访问mGPRSmCDMAbase stationmobile hostsrouter英 文 版261: Introduction家庭接入网典型家庭接入网络: rADSL 或 HFCr路由器r以太网r无线AP无线AP便携计算机路由器解调器以太网英 文 版271: Introduction物理介质r物理链路: 沿链路发送和 传输数据的位流r有线介质(guided media): m信号沿固体介质传播: 铜 线缆, 光纤r无线介质(unguided media): m信号在
15、大气或外层空间自 由传播, e.g., 无线电双绞线(Twisted Pair ,TP)r两根互相绝缘的铜线m三类线(Category 3 TP): 普通电话线, 10 Mb/s Ethernetm五类线(Category 5 TP): 100Mb/s Ethernet英 文 版281: Introduction物理介质: 同轴电缆, 光纤同轴电缆:r芯线(携带信号)为皮线所 缠绕 (屏蔽层)m基带: 在一条电缆中只有一 路信号m宽带: 在一条电缆中有多个 数据通道r双向传输r常用在 10Mb/s Ethernet英 文 版291: Introduction物理介质:光纤光缆: 在玻璃纤维中传
16、播光脉冲 高速运行: 100Mb/s Ethernet 高速点对点传输 (e.g., 5 Gb/s) 低误码率英 文 版301: Introduction物理介质: 无线电r使用电磁波谱传送信号r不使用物理 “导线”r双向传输r传播环境影响:m反射 m为障碍物所阻隔m干扰无线链路类型: 微波 e.g. 可以达到45 Mb/s的 信道 LAN (e.g., WiFi) 2Mb/s, 11Mb/s 广域网 (e.g., 蜂窝电话) e.g. CDPD, 10s Kb/s 卫星 可达 50Mb/s 信道 (或多 个较小的信道) 270 Ms的端对端延迟 地球同步卫星vs. LEOS英 文 版311: Introduction因特网结构: 网中之
