acn1 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)

1、第1章計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)習(xí)James F.Kurose, Keith W.Ross，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-自頂向下方法（第6版），機(jī)械工業(yè)，2014年10月中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)自動化系鄭烇改編自Jim kurose, Keith Ross1：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)習(xí)6-1第1章: 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)習(xí)提綱:目標(biāo):q 復(fù)習(xí)網(wǎng)絡(luò)引論課程中的一些關(guān)鍵原理和技術(shù)等主題概述差錯流量擁塞路由局域網(wǎng)技術(shù)編址綜合實(shí)例:看看各協(xié)議如何配合工作qqqqqqqq1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-2什么是互聯(lián)網(wǎng): 角度PCserverq 數(shù)以億計的、互聯(lián)的計算設(shè)備: 主機(jī) = 端系統(tǒng)v 運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序移動網(wǎng)絡(luò)全局ISPwirelesslaptopce

2、llular家庭網(wǎng)絡(luò)handheldq區(qū)域ISP通信鏈路光纖、同軸電纜、無線電、傳輸速率 = 帶寬（bps）accesspoints機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)wiredlinksq 路由器：轉(zhuǎn)發(fā)分組(packets)router1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-3什么是互聯(lián)網(wǎng): 角度（續(xù)）移動網(wǎng)絡(luò)q 協(xié)議、接收消息v 如TCP、IP、HTTP、FTP、PPPq Internet：“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”v 松散的層次結(jié)構(gòu)全局ISP家庭網(wǎng)絡(luò)區(qū)域ISPv 公共Internet vs.q Internet標(biāo)準(zhǔn)intranetv RFC: Request for commentsv IETF: Internet Engineering Ta

3、sk Force機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-4什么是協(xié)議？人類協(xié)議:q “幾點(diǎn)了？”q “我有個問題”q “你好”網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:類似人類協(xié)議而Internet 中所有的通信行為都受協(xié)議制約qqq特定的消息協(xié)議定義了在兩個或多個通信實(shí)體之間交換的報文格式和次序，以及在報文傳輸和/或接收或其他 方面所采取的動作 收到消息時采取的特定行動或其他1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-5什么是協(xié)議？人類協(xié)議和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議示例你好TCP 接連請求你好TCP 連接響應(yīng)幾點(diǎn)了？Get 2:00時間1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-6q 只當(dāng)丟失時，才“完美” 重傳 :inq 重傳延遲的（不是丟失的）分組使得 傳輸?shù)姆纸M loutC/2C

4、/2C/2C/C/C/2C/2C/2linc.llinina.b.擁塞的代價：r 為了能夠“goodput” ，需要做很多工作 (如：重傳)r 沒有必要的重傳: 鏈路上有分組的多個拷貝1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-45loutloutlout43/代價: 場景3擁塞的q 4個l 增加時，會發(fā)端Q: 當(dāng)in?q 多重路徑q 超時重傳生什么loutHost Alin : original datalin : original data, plus retransmitted datafinite shared outputlink buffersHost B1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-46/代價: 場景3擁塞的

5、lo utHsAHo s t B又一個擁塞的代價:r 當(dāng)分組丟失時，任何“關(guān)于這個分組的上游傳輸能力” 都被浪費(fèi)了1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-47擁塞的方法2種常用的方法:網(wǎng)絡(luò)輔助的擁塞端到端擁塞q 路由器提供給端系統(tǒng)以反饋信息v 單個bit置位，顯示有擁塞 (SNA, DECbit, TCP/IP ECN, ATM)q 沒有來自網(wǎng)絡(luò)的顯式反饋q 端系統(tǒng)根據(jù)延遲和丟失推斷是否有擁塞v TCP采用的方法v 顯式提供 采用的速率端應(yīng)該1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-48案例學(xué)習(xí): ATM ABR 擁塞RM (管理) 信元:ABR: available bit rate:q “彈性服務(wù)”,在數(shù)據(jù)信元中間隔由端qRM

6、信元中的比特被交換機(jī)設(shè)置(“網(wǎng)絡(luò)輔助”)qq 如果”vq 如果v端的路徑“輕載NI bit: no increase in rate (v輕微擁塞)速率不要增加了CI bit: congestion indication擁塞指示方使用可用帶寬方的路徑擁塞了v的RM 信元被接收端返端q方限制其的回, 接收端不做任何改變速度到一個最小保障速率上1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-49案例學(xué)習(xí): ATM ABR 擁塞q 在RM信元中的2個字節(jié) ER (explicit rate)字段v 擁塞的交換機(jī)可能會降低信元中ER的值端速度因此是最低的可支持速率vq 數(shù)據(jù)信元中的EFCI bit: 被擁塞的交換機(jī)設(shè)置成1v

7、如果在管理信元RM前面的數(shù)據(jù)信元EFCI被設(shè)置成了1, 接收端在返回的RM信元中設(shè)置CI bit1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-50TCP 擁塞(沒有網(wǎng)絡(luò)輔助信息)q 端到端q 傳輸速率受限于擁塞窗口大小, CongwinCongwin1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-51TCP 擁塞q “探測” 可用帶寬:2階段v 慢啟動v 擁塞避免重要的變量:qv 理想狀況: 盡可能地在無丟失情況下傳輸塊(Congwin as large as possible)v 增加Congwin 值直到丟失(擁塞)v 丟失: 減少Congwin, 之后再接著探測 (increasing)qCongwinthreshold: 定義了2個慢

8、啟動階段之間的擁塞控制周期vv1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-52TCP 慢啟動Host AHost B慢啟動算法初始化: Congwin = 1for (對于每一個確認(rèn)的段) Congwin+until (丟失時間OR CongWin threshold)(per RTT)q 指數(shù)增加窗口(一點(diǎn)都不慢!): 超時(Tahoe TCP)q 丟失timeand/or or 收到3個重復(fù)ACKs(Reno TCP)1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-53RTTTCP 擁塞避免: TahoeTCP Tahoe Congestion avoidance/* slowstart is over*/* Congwin thres

9、hold */ Until (loss event) every Congwin segmentsACKed:Congwin+threshold = Congwin/2 Congwin = 1perform slowstartNumerous improvements: TCP Reno, SACK1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-54第1章：網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)習(xí)目標(biāo):q 復(fù)習(xí)網(wǎng)絡(luò)引論課程中的一些關(guān)鍵原理和技術(shù)等主題提綱:概述差錯 流量 擁塞 路由 局域網(wǎng)編址 例子qqqqqqqq1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-55網(wǎng)絡(luò)層在主機(jī)和接收主機(jī)間q傳送段（segment）在 報中端將段封裝到數(shù)據(jù)q在接收端，將段上交給傳輸層實(shí)體網(wǎng)

10、絡(luò)層協(xié)議存在于每一個主機(jī)和路由器qnetwork data linknetwork data linkphysicalphysicalqnetwork data linknetwork data linkphysicalphysical路由器檢查每一個經(jīng)過它workqdata link physical的IP數(shù)據(jù)報的頭部network data linknetwork data linkphysicalnetwork data linkphysicalphysical1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-56applicationtransportrkdata linkphysicalnetworkdata

11、link physicalnetworknetworkdata linkdata linkphysicalphysicalapplicationtransportdata linkphysical網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵功能類比:p 轉(zhuǎn)發(fā): 通過單個路口的過程q 轉(zhuǎn)發(fā): 將分組從路由器的輸入接口轉(zhuǎn)發(fā)到合適的輸出接口q 路由: 使用路由算法來p 路由: 從源到目的的路由路徑過程決定分組從主機(jī)到目標(biāo)接收主機(jī)的路徑v 路由選擇算法v 路由選擇協(xié)議1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-57路由和轉(zhuǎn)發(fā)的相互作用到達(dá)分組的頭部值10111231-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)習(xí)1-58路由選擇算法本地轉(zhuǎn)頭部值輸出鏈路010001010111100

12、13221Network service mCRUCIALquestion!Q: 從方主機(jī)到接收方主機(jī)，網(wǎng)絡(luò)提供什么樣的網(wǎng)絡(luò)層2種工作方式數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)？q 帶寬保證?q 分組延遲和延遲差?q 無丟失的傳遞?q 保序的傳遞?virtual circuit? ?orq 網(wǎng)絡(luò)是否提供擁塞反饋信datagram?息?1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-59虛電路“源到目的的路徑(path)表現(xiàn)比較像v performance-wise電路”v 從源到目的的路徑上，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)體依次動作前，通過呼叫建立連接/最后拆除連接q 在數(shù)據(jù)q 每個數(shù)據(jù)包攜帶VC標(biāo)識(不是目的主機(jī)完整地址)q 在源到目的路徑上，每個路由器維護(hù)通過

13、它的連接的狀態(tài)虛電路表v 對比：傳輸層僅在兩個端系統(tǒng)維持連接狀態(tài)如：帶寬和緩存被分配給 VCq 相關(guān)的v 為獲得類似電路的性能1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-60虛電路: 信令協(xié)議q 采用信令協(xié)議建立，維持和拆除VCq 在ATM, frame-relay, X.25q 現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)上不使用application5. Data flow begins6. Receive data applicationtransporttransport network data link physical4. Call connected1. Initiate call3. Accept call2. incoming

14、 callnetwork data link physical1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-61數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)：互聯(lián)網(wǎng)模型q 在網(wǎng)絡(luò)層沒有呼叫建立q 路由器：沒有端到端的連接狀態(tài)v 沒有網(wǎng)絡(luò)層連接的概念q 路由器使用數(shù)據(jù)報中目的主機(jī)地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報每一個數(shù)據(jù)報有相關(guān)性的處理，前后的數(shù)據(jù)報間沒v 相同的源到目的的數(shù)據(jù)報可能要經(jīng)過不同的路徑application transport network data link physicalapplication transport network data link physical1. Send data2 Receive data1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-62Dat

15、agram or VC network: why?ATM互聯(lián)網(wǎng)q 計算機(jī)之間交換的是數(shù)據(jù)v 彈性服務(wù)，沒有嚴(yán)格的時間上的限制q 智能“smart” 端系統(tǒng)(計算機(jī))v 可以執(zhí)行差錯恢復(fù)等復(fù)雜工作v 網(wǎng)絡(luò)簡單，邊緣復(fù)雜適用于多種鏈路形式v 由于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有不同特征，抽象出統(tǒng)一的服務(wù)比較困難從電信網(wǎng)演化而來人之間的語音會話v 嚴(yán)格的時間限制, 要求可靠性v 需要提供確保的服務(wù)啞終端“dumb”vv 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部比較復(fù)雜qqq1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-63路由路由協(xié)議5Goal: 決定在網(wǎng)絡(luò)中從源到目標(biāo)比較好的路徑3B2DC52AF1E31路由算法的圖抽象:q 節(jié)點(diǎn)代表路由器q 邊代表物理鏈路v 鏈路代價:

16、 延遲, $ cost, or 擁塞水平12q “好” 路徑:v 最小代價的路徑v other defs possible1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-64路由: 網(wǎng)絡(luò)采用的2種方法全局算法:q 所有路由器擁有全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌反鷥r信息q “l(fā)ink state”算法: 使用 Dijkstra算法計算給定節(jié)點(diǎn)到所有其它節(jié)點(diǎn)的最短路徑分布式算法:路由器知道物理連接的鄰居，以及到這些鄰居的代價迭代計算, 和鄰居交換信息“distance vector” 算法qqq1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-65距離矢量(Distance Vector)路由算法迭代:每個節(jié)點(diǎn):q 繼續(xù)直到?jīng)]有節(jié)點(diǎn)之間的信息交換.q 自終止: 沒

17、有 “signal” 讓它停止異步:q 不是以一個統(tǒng)一的固定步驟進(jìn)行的wait for (change in local link cost of msg from neighbor)recompute distance table決定交換和計算的時機(jī)分布式:q如果到任何一個目標(biāo)的代價變化了， notify鄰居q 每個節(jié)點(diǎn)僅僅和鄰居交換信息的1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-66層次路由一個平面解決路由問題有點(diǎn)理想化q 所有路由器都一樣q 平面網(wǎng)絡(luò) “flat”，沒有層次 與實(shí)際情況不符管理自治性administrative規(guī)模scale: 2億多個目標(biāo):autonomyq 不能在路由表中路由信息!所有的

18、internet = network ofqnetworks每個網(wǎng)絡(luò)的管理者可能希望使用不同的路由協(xié)議和算法q 路由器之間的路由信息交換也會淹沒鏈路!q 還有計算代價q1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-67層次路由網(wǎng)關(guān)路由器q 將網(wǎng)絡(luò)劃分為一個個區(qū)域（將區(qū)域中的路由器AS里特殊路由器和AS內(nèi)部其它路由器一起運(yùn)行intra-AS路由協(xié)議 同時負(fù)責(zé)AS外部目標(biāo)的路由為區(qū)域）,qq“autonomoussystems” (AS)qq 在相同AS內(nèi)部的路由器采用相同的路由協(xié)議同其它的網(wǎng)關(guān)路由器一起運(yùn)行外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議inter-AS routingvv 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議“intra-AS” routing protoco

19、lv 不同的AS可以運(yùn)行不同的 intra-AS routingprotocol1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-68Intra-AS and Inter-AS routingInternet: BGPInter-AS routing between A and BB.aA.aHosth2bcA.caHost h1aCbaBdIntra-AS routing within AS BcbAIntra-AS routing within AS AInternet: OSPF, IS-IS, RIP1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-69C.b編址q 什么是地址?和別人的不同, 可以用于將信息路由到我v 標(biāo)示，或者從我這里發(fā)

20、出去q 現(xiàn)實(shí)世界的地址例子?v 郵件地址v 辦公室 #, 樓層, etc號碼v1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-70Addressing: 網(wǎng)絡(luò)層q IP address: 主機(jī)或者路由器網(wǎng)絡(luò)接口的32- bit 標(biāo)示q interface: 將主機(jī)或者路由器連接到物理鏈路v 路由器通常擁有多個接口v 主機(jī)也有可能有多個網(wǎng)絡(luò)接口v IP地址與網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)，而不是主機(jī)和路由器本身223.1.1 47 = 11011111 000

21、00001 00000001 000000012231111-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-71IP 地址IP address:v 網(wǎng)絡(luò)部分 ，子網(wǎng)號()v 主機(jī)部分 (低位)子網(wǎng)的定義? (從IP地址的視角)v 擁有同樣網(wǎng)絡(luò)前綴的設(shè)備接口集合v 在一個子網(wǎng)內(nèi)部相互收發(fā)無需經(jīng)過路由器q223.1.1 4q7LAN擁有3個IP子網(wǎng)(前24位代表網(wǎng)絡(luò)號，223)1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-72層次地址: 路由有效地通告路由信息:層次地址Organizati

22、on 0/23Organization 1“Send me anything with addresses beginning /20”/23Organization 2/23Fly-By-Night-ISP.Internet.Organization 7/23“Send me anything with addresses beginning /16”ISPs-R-Us1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-73層次地址: 一些特殊的路由信息ISPs-R-Us has a more

23、 specific route to Organization 1Organization 0/23“Send me anything with addresses beginning /20”O(jiān)rganization 2/23Fly-By-Night-ISP.Internet.Organization 7/23“Send me anything with addresses beginning /16 or /23”ISPs-R-UsOrganization 12

24、0/231-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-74IP addresses: 如何獲得?Q: 主機(jī)如何獲得IP地址?q 系統(tǒng)管理員配置在配置文件中v Wintel: control-panel-network-configuration-tcp/ip-propertiesv UNIX: /etc/rc.configq DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol:動態(tài)獲得地址: “plug-and-play”v 主機(jī)廣播“DHCP discover” msgv DHCP server 響應(yīng) “DHCP offer” msgv 主機(jī)請求一個IP addre

25、ss: “DHCP request” msgv DHCP server一個: “DHCP ack” msg1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-75第1章：網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)習(xí)目標(biāo):q 復(fù)習(xí)網(wǎng)絡(luò)引論課程中的一些關(guān)鍵原理和技術(shù)等主題提綱:概述差錯 流量 擁塞 路由 局域網(wǎng)編址 例子qqqqqqqq1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-76鏈路層一些術(shù)語:q 主機(jī)和路由器是節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)橋和交換機(jī)也是）：nodesq 沿著通信路徑,連接個相鄰節(jié)點(diǎn)通信信道的是鏈路： linksv 有線鏈路v 無線鏈路v 局域網(wǎng)q 第二層協(xié)議數(shù)據(jù)單元幀frame，封裝數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)從一個節(jié)點(diǎn)通過鏈路將數(shù)據(jù)報到相鄰節(jié)點(diǎn)1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-77鏈路層: se

26、tting the context傳輸類比q 數(shù)據(jù)報（分組）在不同的鏈路上以不同的鏈路協(xié)議傳送：v 比如以太網(wǎng)轉(zhuǎn)FR轉(zhuǎn)802.11 :q 每一個鏈路協(xié)議提供不同的服務(wù)v e.g.,比如在鏈路層上提供（ 或沒有）可靠數(shù)據(jù)傳送從Princeton到Lausannev 轎車: Princeton to JFKv 飛機(jī): JFK to Genevav 火車: Geneva to Lausanne 旅行者=數(shù)據(jù)報datagram 交通段=通信鏈路communication link交通模式=鏈路層協(xié)議 link layer protocolqqqq=路由算法票務(wù)qrouting algorithm1-計

27、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-78LANsq 上世紀(jì)90年代中期，總線型（bus）拓?fù)漭^為流行q 現(xiàn)在：星型star拓?fù)湔贾鲗?dǎo)地位v 交換機(jī)連接所有主機(jī)，交換機(jī)端口和主機(jī)端口遵從Ethernet 協(xié)議q 無線局域網(wǎng)WLANS: 802.11shared RF (e.g., 802.11 WiFi)switchbus: 同軸電纜star1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-79LAN 地址每個LAN適配器都有一個唯一的LAN 地址(同時擁有一個IP地址)LAN (or MAC or physical) address:q 用于從（一個網(wǎng)絡(luò)中）另一物理相連的網(wǎng)絡(luò)接口上接收傳送給它的數(shù)據(jù)包q 48 位MAC地址 address (for most LANs) ，燒在適配器的ROM中Q: 為什么要將MAC地址和IP地址分離？1-計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理復(fù)-80ARP: Address Resolution Protocolq 在LAN上的每個IP節(jié)點(diǎn)都有一個ARP表q ARP表：提供對一些LAN節(jié)點(diǎn)IP/MAC地址的Question: 知道B的IP地址， 如何知道其MAC地址？137.196.