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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2024年7月21日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2024年7月21日31.1 什么是因特网n视角视角1因特网的构成因特网的构成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路由器本地本地ISP公司网络公司
2、网络区域区域ISP分组交换机分组交换机工作站工作站服务器服务器移动通信设备移动通信设备第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日41.1 什么是因特网n视角视角1因特网的构成因特网的构成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
3、机网络和因特网2024年7月21日51.1 什么是因特网n视角视角2因特网能够提供的服务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 Web冲浪, 电子邮件, 分布式游戏, 电子商务,文件共享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流量控制确保发送方不会过快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1.1 什么是因特网n什么是协议什么是协议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
4、（协议）n语法n语义n同步6第一章 计算机网络和因特网人类交往的协议和计算机网络协议？人类交往的协议和计算机网络协议？你好你好你好你好几点了几点了?2:00TCP 连接请求连接请求TCP 连接响应连接响应时间时间7第一章 计算机网络和因特网什么是协议什么是协议人类交往的协议：人类交往的协议：n“现在几点？现在几点？”n“我有个问题我有个问题”n介绍介绍 定义发送的消息定义发送的消息 定义信息接收后定义信息接收后,或某个事件发生后或某个事件发生后的动作的动作网络协议：网络协议：n通信设备之间的交互而不是通信设备之间的交互而不是人们的交往人们的交往n因特网上所有通信行为都由因特网上所有通信行为都由
5、协议管理协议管理 协议协议定义了网络实体之间信定义了网络实体之间信息收发的格式和顺序息收发的格式和顺序, 以及以及信息发送和接收后所需采取信息发送和接收后所需采取的动作。的动作。8第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日91.2 网络边缘n网络结构深入研究网络结构深入研究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2024年7月21日101.2 网络边缘n网络边缘的构成网络边缘的构成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网络应用的通信模
6、型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 面向连接的服务面向连接的服务（a a）目标目标: : 在端系统之间传输数据在端系统之间传输数据（b b）服务特征服务特征：所谓所谓连接连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进，就是两个对等实体为进行数据通信而进 行的一行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接当数据交换结束后，则应终止这个连接。即面向连接服务一。即面向连接服务一般要
7、经历般要经历连接建立、数据传输和连接释放连接建立、数据传输和连接释放三个阶段；三个阶段； 数据传送是数据传送是按序按序收发；收发； 属可靠服务。属可靠服务。 面向连接服务在网络层中又称为面向连接服务在网络层中又称为虚电路虚电路服务服务。11第一章 计算机网络和因特网n（c）适用处适用处 面向连接服务比较适合于在一定时期内要向同一目的地面向连接服务比较适合于在一定时期内要向同一目的地发送许多报文的情况。发送许多报文的情况。TCP TCP 服务特征服务特征 RFC 793RFC 793n可靠、有序的字节流数据传递可靠、有序的字节流数据传递q数据丢失数据丢失: : 确认和重传确认和重传n流量控制流量
8、控制: : 发送方不应发送过量数据而淹没接收方发送方不应发送过量数据而淹没接收方n拥塞控制拥塞控制: : 当网络拥塞时发送方应当网络拥塞时发送方应“降低发送速率降低发送速率”使用使用TCP的应用：的应用：nHTTP (Web), FTP (文件传输文件传输), Telnet (远程登陆远程登陆), SMTP (电子邮件电子邮件)12第一章 计算机网络和因特网无连接服务无连接服务（a a）目标：目标： 在端系统之间传输数据在端系统之间传输数据 （b b）服务特征服务特征两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下因此其下层的有关资源不需要事先进行预
9、定保留。这些资源将在数据层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进行分配传输时动态地进行分配；不存在握手。数据可被更快的传递不存在握手。数据可被更快的传递不需要通信的两个实体同时是活跃的（即处于激活态不需要通信的两个实体同时是活跃的（即处于激活态) )；不能防止报文的丢失、重复或失序；不能防止报文的丢失、重复或失序；属不可靠服务。属不可靠服务。 13第一章 计算机网络和因特网（c）适用处适用处 无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速，因而特无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速，因而特别适合于别适合于传送少量零星的报文传送少量零星的报文，数据报，数据报，证实交付证实交付，请
10、求请求回答等。回答等。UDP 用户数据报协议（用户数据报协议（ User Datagram Protocol ）RFC 768: 无连接无连接不可靠的数据传输不可靠的数据传输无流量控制无流量控制无拥塞控制无拥塞控制n使用使用UDPUDP的应用的应用: : 流媒体流媒体, , 视频会议视频会议, ,域名系统域名系统, IP, IP电话电话14第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日151.3 网络核心n基本问题：数据是怎样通过网络传输的？基本问题：数据是怎样通过网络传输的？n第一代计算机网络第一代计算机网络电路交换网络电路交换网络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：
11、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 计算机网络和因特网2024年7月21日161.3 网络核心n第一代计算机网络第一代计算机网络电路交换网络电路交换网络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2024年7月21日171.3 网络核心n第一代计算机网络第一代计算机网络电路交换网络电路交换网络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
12、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2024年7月21日181.3 网络核心n第一代计算机网络第一代计算机网络电路交换网络电路交换网络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2024年7月21日191.3 网络核心n第二代计算机网络第
13、二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日201.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q计算机网络的演化第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日211.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q
14、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2024年7月21日221.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日231.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q分组交换的工
15、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2024年7月21日241.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日251.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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
16、文数 据数 据数 据报文1101000110101010110101011100010011010010第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日261.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日271.3 网络核心n第二代
17、计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日281.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日291.3
18、网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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。资源子网资源子网 通信子网通信子网 第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日301.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q分组交换网络的特征n被传送的数
19、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下续第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日311.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q分组交换网络的特征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
20、计算机网络和因特网2024年7月21日321.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日331.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q分组交换
21、 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2024年7月21日341.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q分组交换 VS 电路交换n更一般的分组交换q用
22、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下续第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日351.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络q分组交换 VS 电路交换q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q当整个分组到达路由器后才能向下条链路传输: 存储转发q时延 = 3L/R举例:qL = 7.5 MbitsqR = 1.5 Mbps
23、q时延 = 15 秒LRRR第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日361.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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2024年7月21日371.3 网络核心n第二代计算机网络第二代计算机网络分组交换网络分组交换网络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，
24、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2024年7月21日381.3 网络核心n网络核心分类网络核心分类电信网络电信网络电路交换网络电路交换网络FDMTDM分组交换网络分组交换网络虚电路网络虚电路网络数据报网络数据报网络 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2024年7月21日391.4 接入网和物理媒体n接入网的作用接入网的作用q将网络边缘与网络核心连接起来，通常是将
25、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2024年7月21日401.4 接入网和物理媒体nModem拨号拨号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 计算机网络和因特网2
26、024年7月21日411.4 接入网和物理媒体nHFC (Hybrid Fiber Coaxial Cable) ：光纤光纤同轴电缆混合网络同轴电缆混合网络q下行/上行速率最高可达40Mbps/10Mbpsq通过有线电视网络部署q带宽共享第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日421.4 接入网和物理媒体nHFC：光纤同轴电缆混合网络光纤同轴电缆混合网络第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日431.4 接入网和物理媒体nHFC：光纤同轴电缆混合网络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个家庭第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日4
27、41.4 接入网和物理媒体nHFC：光纤同轴电缆混合网络光纤同轴电缆混合网络家庭电缆头端电缆分配网络（简化）第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日451.4 接入网和物理媒体nHFC：光纤同轴电缆混合网络光纤同轴电缆混合网络家庭电缆头端电缆分配网络服务器第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日461.4 接入网和物理媒体nHFC：光纤同轴电缆混合网络光纤同轴电缆混合网络家庭电缆头端电缆分配网络信道VIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEODATADATACONTROL123456789频分复用:第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日471.4 接入网和物
28、理媒体n局域网接入局域网接入q公司/大学 的局域网 (LAN) 将端系统连接到边缘路由器q以太网: n通过共享或专用的链路来连接端系统和路由器n10 Mbs, 100Mbps, Gigabit以太网q局域网: 详见第5章第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日481.4 接入网和物理媒体n无线接入无线接入q共享的无线接入网络连接端系统和路由器n通过基站（无线接入点）q无线局域网:n802.11b (WiFi): 11 Mbpsq广域无线接入n由电信运营商提供n3G:提供超过384 kbps的无线接入q会发生吗？n欧洲的WAP/GPRS基站移动主机路由器第一章 计算机网络和因特网2024年
29、7月21日491.4 接入网和物理媒体n家庭网络家庭网络q典型的家庭网络构成nADSL 或 cable modemn路由器/防火墙/网络地址转换n以太网n无线接入点无线接入点无线笔记本电脑路由器/防火墙cablemodem到/从电缆头端第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日501.4 接入网和物理媒体n物理媒体分类物理媒体分类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n导引型媒体导引型媒体q双绞线：两根互相绝缘的铜导线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2024年7月21日511.4 接入网和物
30、理媒体n导引型媒体导引型媒体q同轴电缆n双向传输n基带q电缆上单信道q以太网n宽带q 电缆上多信道q HFCq光缆n在玻璃光纤传播光脉冲，每一个脉冲一比特n高速运行q高速的点到点传输 (如 5 Gps)n低误码率：中继器相隔很远； 不受电磁干扰外层外层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层内导体内导体芯(玻璃)封套(玻璃)外套(玻璃)第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日521.4 接入网和物理媒体n非导引型媒体：无线电非导引型媒体：无线电q特性n通过电磁频谱传播信号n没有物理“线路”n双向传输n传播环境影响:q反射q被障碍物所阻隔q干扰无线链路类型:n地面微波：可达45 Mbpsn无线局域网：2/
31、11/54Mbpsn无线广域网：如3Gn卫星q可达50Mbps的信道 (或 多个较小的信道)q270 毫秒的端到端延迟q同步卫星 vs 低纬度卫星第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日531.5 ISP和因特网主干n因特网的结构是松散的层次结构，依赖各级ISP进行互联n在中心: “第一层” ISPs (如UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), 实现国家/国际间的覆盖q相互间是对等的Tier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISP第一层私下里提供互连（对等体）NAP第一层同时在网络接入点（NAPS）提供互连第一章 计算机网络和因特网2024年7月
32、21日541.5 ISP和因特网主干n“第二层” ISPs: 较小的 (通常是区域的) ISPsq连接到一个或多个第一层ISPs, 或者其它第二层 ISPsTier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISPNAPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISP第二层ISP为能够连接因特网的其它区域而向第一层ISP付费q 第二层ISP是第一层提供商的客户第二层 ISPs 私下里相互结成对等，可在NAP进行互连第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日551.5 ISP和因特网主干n“第三层” ISPs 和本地 ISPs q最后一跳
33、 (“接入”) 网络 (与端系统最近)本地和第三层是上层ISPs的客户，通过它们连到因特网其它区域Tier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISPNAPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPTier 3ISPlocalISPlocalISPlocalISP第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日561.5 ISP和因特网主干n分组经过多个网络!Tier 1 ISPTier 1 ISPTier 1 ISPNAPTier-2 ISPTier
34、-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPTier-2 ISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPTier 3ISPlocalISPlocalISPlocalISP第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日571.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n数据丢失和产生时延的原因数据丢失和产生时延的原因q在路由器缓存中的分组队列n分组到达输入链路的速率超出输出链路能力n分组队列，等待转发AB分组传输 (延迟)分组排队 (延迟)空闲的 (可用的) 缓存: 如果没有空闲的缓存则到达的分组被丢弃(丢失)接收分组,处理并放到相应队列传播 (延迟)第一
35、章 计算机网络和因特网2024年7月21日581.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n四种分组时延四种分组时延q节点处理时延dprocn检测比特差错n确定输出链路q排队时延dqueuen在输出链路中等待被发送n取决于路由器的拥塞程度q传输时延dtransnR=链路带宽 (bps)、L=分组长度 (bits)n将分组比特流发送到链路上的时间 = L/R第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日591.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n四种分组时延四种分组时延q传播时延dpropnd = 物理链路的长度ns = 媒体中的传播速度 (2x108 米/秒)n传播时延= d/sAB 传播传输节点处
36、理排队注意: 传输时延和传播时延是两个完全不同的概念第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日601.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n传输时延和传播时延的关系传输时延和传播时延的关系车队类比车队类比n汽车以100公里/小时的速度行驶n收费站为每辆车提供服务需耗费12秒 (传输时间)n汽车位; 车队 分组n问题Q: 从现在到车队排列到下一个收费站前需要多长时间?n通过收费站将车队“推送”到高速公路的时间 = 12*10 = 120 秒n从第一个收费站到下一个收费站的汽车行驶时间: 100公里/(100公里/小时)= 1 小时n答案: 62 分钟收费站收费站十辆汽车的车队100 km100
37、 km下续下续第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日611.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n传输时延和传播时延的关系传输时延和传播时延的关系车队类比车队类比n现在汽车以1000公里/小时的速度行驶n现在收费站为每辆车提供服务需耗费1分钟nQ: 有汽车会在所有汽车离开第一个收费站前到达下一个收费站吗？n是的! 7分钟后，第一辆汽车将会到达下一个收费站，而还有3辆车仍然在第一个收费站n分组在第一个路由器被全部传送出去之前，该分组的第一个比特已经到达了下一个路由器！收费站收费站十辆汽车的车队100 km100 km第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日621.6 分组交换网络中的
38、时延和分组丢失n节点时延节点时延qdproc 一般为几个毫秒或更短qdqueue 依赖于拥塞情况qdtrans = L/R, 对于低速链路来说很重要qdprop 几个毫秒到数百毫秒第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日631.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n排队时延（再次讨论）排队时延（再次讨论）q假定nR=链路带宽 (bps)nL=分组长度 (bits)na=平均分组到达速率q流量强度：La/RnLa/R 0: 平均排队时延很小，甚至为0nLa/R 1: 平均时延较大，且随时间推延而趋于无穷!第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日641.6 分组交换网络中的时延和分组丢失
39、n分组丢失的原因和后果分组丢失的原因和后果q缓存中队列的容量是有限的q当分组到达时队列已满，则分组被丢弃 (丢失)q丢失的分组可能会被前一个节点、源端系统重新传输，或者根本不重传第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日651.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n“真实的真实的”因特网的延迟和路由因特网的延迟和路由qTraceroute 程序: 为从源端到目的地的因特网端到端路径上的路由器提供时延计量方法. 对所有到目的地路径上的路由器 i:n发送3个分组n路由器 i 将向发送者返回分组n发送者计算发送分组和收到响应之间的时间间隔3 probes3 probes3 probes第一章 计算
40、机网络和因特网2024年7月21日661.6 分组交换网络中的时延和分组丢失n“真实的真实的”因特网的延迟和路由因特网的延迟和路由1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms4 jn1-at1-0-0- (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0- (204.147.13
41、6.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms9 de2- (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms10 (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms11 renater- (62.40
42、.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms15 eurecom- (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms16 194.214.211.25 (194.214.211.25)
43、126 ms 128 ms 126 ms17 * * *18 * * *19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 mstraceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr从gaia.cs.umass.edu 到 cs-gw.cs.umass.edu 的三次时延测量* 意味着没有响应 (可能是丢失了，路由器没有响应)trans-oceaniclink第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日671.7 协议层次和服务模型n协议的协议的“层次层次”q现实：网络的复杂性q问题：n如
44、何将复杂的网络依据一定的规则组织成有序结构? n如何为讨论网络形成一个共同的基础? 第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日681.7 协议层次和服务模型n层次通信的一个例子层次通信的一个例子哲学家聊天哲学家聊天第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日691.7 协议层次和服务模型n分层的理由分层的理由q对于处理复杂的系统：n显式的结构使得复杂系统的问题定位和不同组成部分之间的关联讨论成为可能q分层的参考模型(reference model) 可用于讨论n模块化简化了系统的维护和升级q某个层次服务实现的改变对系统的其余部分是透明的q如：改变秘书之间的通话过程不会影响哲学家通信的效果
45、q分层的做法有没有坏处?第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日701.7 协议层次和服务模型n因特网的协议栈q应用层: 支持网络应用nFTP, SMTP, STTPq运输层: 主机间的数据传输nTCP, UDPq网络层:将数据报从源端传送到目的端nIP, 路由协议q链路层: 数据在网络相邻结点之间传输nPPP, 以太网q物理层: 在线路上传输比特流应用层运输层网络层链路层物理层第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日711.7 协议层次和服务模型n基本概念基本概念q实体(Entity)n实体是任何可以发送和接收信息的硬件和软件进程。通常是一个特定的软件模块q对等体(Peer)n不
46、同机器上包含对应层的实体称为对等体q协议(Protocol)n语法，即数据与控制信息的结构或格式n语义，即需发现何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答n同步，即事件实现顺序的详细说明下续下续第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日721.7 协议层次和服务模型n基本概念基本概念q服务(Service)n为保证上层对等体之间能互相通信，下层向上层提供的功能。q服务原语n服务原语是指网络相邻层间进行交互时所要交换的一些必要命令q服务访问点(SAP)n服务访问点是同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方下续下续第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日731.7 协议层次和服务模型n基本
47、概念基本概念q协议和服务的关系q接口(Interface)n接口位于每对相邻层之间，定义了下层向上层提供的原语操作和服务下续下续第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日741.7 协议层次和服务模型n基本概念基本概念q协议数据单元(PDU)n协议数据单元是对等层次上传送数据的单位q服务数据单元(SDU)n服务数据单元是层与层之间交换数据的单位q网络体系结构(Network Architecture)n网络体系结构就是层和协议的集合q协议栈(Protocol Stack)n一个特定的系统所使用的一组协议（每层一个协议）称为协议栈第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日751.7 协议
48、层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到第5层加上第5层首部，成为第5层 PDU第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日761.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第5层 PDU 再传送到第4层加上第4层首部，成为第4层PDU第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日771.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计
49、算机 1AP2AP1计算机 2第4层PDU再传送到第3层加上第3层首部，成为第3层PDU第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日781.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第3层PDU再传送到第2层加上第2层首部和尾部，成为第2层PDU第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日791.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第2层PDU再传送到第1层最下面的第1层把比特流传送到物理媒体第一章
50、 计算机网络和因特网2024年7月21日801.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端第1层传送到接收端第1层计算机 2第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日811.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第1层接收到比特流，上交给第2层第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日821.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网
51、络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第2层剥去首部和尾部取出数据部分，上交给第3层第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日831.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第3层剥去首部，取出数据部分上交给第4层第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日841.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第4层剥去首部，取出数据部分上交给第5层第一章 计算机网络和
52、因特网2024年7月21日851.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第5层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日861.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日871.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动543215432
53、1计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据第5层首部H510100110100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4第4层首部H3第3层首部H2第2层首部T2第2层尾部第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日881.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算
54、机 2 的第1层收到比特流后交给第2层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日891.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动H3H4H5应 用 程 序 数 据5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第2层剥去首部和尾部后把数据部分交给第3层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日901.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据54321
55、54321计算机 1AP2AP1计算机 2第3层剥去首部后把数据部分交给第4层第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日911.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第4层剥去首部后把数据部分交给第5层第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日921.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2第
56、5层剥去 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日931.7 协议层次和服务模型n计算机网络体系结构中数据的流动计算机网络体系结构中数据的流动5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日941.7 协议层次和服务模型n封装封装报文报文段数据报帧源应用层运输层网络层链路层物理层HtHnHlMHtHnMHtMM目的地应用层运输层网络层链路层物理层HtHnHlMHtHnMHtMM网络层链路层物理层链路层物理层HtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnMHtHn
57、HlMHtHnHlM路由器路由器交换机交换机第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日951.8 计算机网络和因特网的历史n分组交换的发展：分组交换的发展：1961-1972q1961: Kleinrock -使用排队论证明分组交换网络在数据通信方面的优越性q1964: Baran -在军用网络中实现分组交换q1967: ARPA构思了ARPAnetq1969:首个ARPAnet 结点运行q1972: nARPAnet 向公众展示nNCP (Network Control Protocol) 第一个主机间通信的协议n首个电子邮件程序运行nARPAnet有了15结点第一章 计算机网络和因特网
58、2024年7月21日961.8 计算机网络和因特网的历史n专用网络和网际互联：专用网络和网际互联：1972-1980q1970: ALOHAnet 卫星网络， Hawaiiq1973: Metcalfe在其博士论文中提出了Ethernetq1974: Cerf and Kahn -提出网络互连的体系结构q70年代末期: 厂商标准: DECnet, SNA, XNAq70年代末期:交换固定长度的分组 (ATM 的先驱)q1979: ARPAnet有了 200 结点第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日971.8 计算机网络和因特网的历史n专用网络和网际互联：专用网络和网际互联：1972-
59、1980Cerf和Kahn的网络互连的原则:q抽象、自治对互连网络没有本质更改需求q最大努力服务模型q无状态的路由器q分散控制定义了今天因特网的体系结构第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日981.8 计算机网络和因特网的历史n网络的激增：网络的激增：1980-1990q1983: 开始使用 TCP/IPq1982: 定义了smtp e-mail 协议 q1983: 定义了DNS 用于 name-to-IP-address 转换q1985: 定义了ftp 协议q1988: TCP 拥塞控制q新的国家级网络: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitelq100,000
60、台主机加入到网络联盟中第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日991.8 计算机网络和因特网的历史n因特网爆炸：因特网爆炸：20世纪世纪90年代年代q90年代早期: ARPA网退役q1991: NSF放宽了NSFnet上商业应用的限制 (1995年退役)q90年代早期: Webn超文本 Bush 1945, Nelson 1960snHTML, HTTP: Berners-Leen1994: Mosaic，其后是NetScapen90年代后期: 商业化q1990年后期到2000以后：n更多关键应用：即时通信， P2P 文件共享n网络安全问题日益重要n估计拥有5000万台主机，超过一亿的用
61、户群n主干链路速率达到Gbps第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日100总结本章覆盖了大量的内容n因特网概述n什么是协议n网络边缘，核心，接入网q分组交换与电路交换n因特网/ISP 结构n性能：丢失，时延n分层和服务模型n历史现在你已经： n对网络有了初步的认识和“感觉”n接下来的课程将在内容上更加深入，并会涉及到更多的细节第1章 计算机网络与因特网，总结第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日101课后思考题n复习题 3、5、6、7、14、15、21、23n习 题 1、5、10、14-17、20n讨论题 2、10第一章 计算机网络和因特网2024年7月21日102作业题n习题 1、 5、10、14、20
