計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet-電子科技大學(xué)課件

第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet1第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet1第一章:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet目標(biāo):

理清本書章節(jié)關(guān)系直觀感受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)術(shù)語后續(xù)章節(jié)深入、詳細(xì)展開方法途徑:簡(jiǎn)單描述以Internet為實(shí)例2第一章:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet目標(biāo):2第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISPs的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史3第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?3

首先補(bǔ)充“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”定義：兩臺(tái)以上具有獨(dú)立操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通過某些介質(zhì)連接成的相互共享軟硬件資源的集合體。對(duì)于Internet，無法給出一個(gè)明確的定義無論是從它的硬件和軟件組件上看，還是從它所提供的服務(wù)上看，都很復(fù)雜1.1什么是Internet？4首先補(bǔ)充“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”定義：1.1什么是Internet1.1.1什么是Internet:具體構(gòu)成描述主機(jī)hosts或端系統(tǒng)end-systems：數(shù)以億計(jì)的計(jì)算設(shè)備互連

主機(jī)-PCs,workstations,servers端系統(tǒng)-PDAs,phones,家用電器等運(yùn)行著各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通信鏈路雙絞線,光纖,無線電頻譜,衛(wèi)星傳輸速率=帶寬路由器和交換機(jī):轉(zhuǎn)發(fā)分組(包)本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域ISProuterworkstationservermobile51.1.1什么是Internet:具體構(gòu)成描述主機(jī)hos協(xié)議控制發(fā)送和接收消息,e.g.,TCP,IP,HTTP,FTP,PPPInternet標(biāo)準(zhǔn)IETF:InternetEngineeringTaskForce因特網(wǎng)工程任務(wù)組RFC:Requestforcomments請(qǐng)求評(píng)論Internet:“由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)”松散分層公共Internet與專用intranet1.1.1什么是Internet:具體構(gòu)成描述（續(xù)）本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域ISProuterworkstationservermobile6協(xié)議控制發(fā)送和接收消息,1.1.1什么是Internet:1.1.2什么是Internet:服務(wù)上描述通信基礎(chǔ)設(shè)施

允許終端系統(tǒng)上運(yùn)行分布式應(yīng)用程序，并彼此交換數(shù)據(jù):Web,email,games,e-commerce,database,VOIP,P2Pfilesharing為分布式應(yīng)用程序提供的通信服務(wù):無連接服務(wù)connectionless面向連接服務(wù)connection-oriented不提供數(shù)據(jù)傳遞時(shí)間保證（發(fā)送端到接收端）的服務(wù)電腦空間cyberspace[Gibson]《巫師（Neuromancer）》:“世界各國數(shù)以億計(jì)的人們每天都可以擁有的一種共同感受或幻覺...."71.1.2什么是Internet:服務(wù)上描述通信基礎(chǔ)設(shè)施1.1.3什么是協(xié)議?人類活動(dòng)的類比:“what’sthetime?”“Ihaveaquestion”…發(fā)送特定報(bào)文…當(dāng)收到報(bào)文或發(fā)生其他事件時(shí)，采取特定的行動(dòng)（響應(yīng)）HiHiGotthetime?2:00time81.1.3什么是協(xié)議?人類活動(dòng)的類比:HiHiGotth1.1.3什么是協(xié)議?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:計(jì)算機(jī)代替人Internet中所有的通信活動(dòng)均由協(xié)議來支配協(xié)議：定義了兩個(gè)或多個(gè)通信實(shí)體間所交換報(bào)文的格式和次序，以及在報(bào)文發(fā)送和/或接收或者其他事件方面所采取的行動(dòng)（響應(yīng)）。協(xié)議的基本要素：語法、語義和同步TCP

connectionreqTCPconnectionresponse<file>timeGetafile91.1.3什么是協(xié)議?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:協(xié)議：定義了兩個(gè)或多個(gè)通信第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?

1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史10第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?10網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)邊緣部分:

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和主機(jī)/端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心部分:

路由器由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì):

通信鏈路11網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)邊緣部分:111.2.1端系統(tǒng)、客戶和服務(wù)器:端系統(tǒng)(/主機(jī)):運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣傳統(tǒng)主機(jī)/網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和瘦客戶客戶/服務(wù)器C/S模型客戶請(qǐng)求，并接收服務(wù)器提供的服務(wù)e.g.Webbrowser/server;emailclient/server端對(duì)端模型peer-peermodel:極少或不采用專門服務(wù)器e.g.Gnutella,KaZaA121.2.1端系統(tǒng)、客戶和服務(wù)器:端系統(tǒng)(/主機(jī)):121.2.2因特網(wǎng)提供的服務(wù):因特網(wǎng)為端系統(tǒng)應(yīng)用程序提供了哪些服務(wù)呢？131.2.2因特網(wǎng)提供的服務(wù):因特網(wǎng)為端系統(tǒng)應(yīng)用程序提供了哪1.2.2面向連接的服務(wù)

目的:在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。握手:客戶和服務(wù)器事先進(jìn)入戒備狀態(tài)，為接下來的分組交換做好準(zhǔn)備如同Hello,helloback這樣的人類電話通信建立“連接”，在兩個(gè)彼此通信的端系統(tǒng)之間TCP-TransmissionControlProtocolInternet的面向連接的服務(wù)TCP服務(wù)

[RFC793]可靠、順序、字節(jié)流傳輸:

丟失:確認(rèn)和重傳流量控制:

發(fā)送者不至于淹沒接收者擁塞控制:

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)發(fā)送者降低發(fā)送速率141.2.2面向連接的服務(wù)目的:在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。T1.2.2無連接服務(wù)（續(xù)）目的:

在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。UDP-UserDatagramProtocol[RFC768]:Internet無連接服務(wù)不可靠數(shù)據(jù)傳輸無流量控制無擁塞控制使用TCP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:

HTTP(Web),FTP(filetransfer),Telnet(remotelogin),SMTP(email)使用UDP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:流媒體,視頻會(huì)議,DNS,Internet電話151.2.2無連接服務(wù)（續(xù)）目的:在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。使第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史16第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?161.3.1網(wǎng)絡(luò)核心部分相互連接的路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)基本原理:如何在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)？電路交換:每次會(huì)話預(yù)留沿其路徑（線路）所需的獨(dú)占資源－－電話網(wǎng)分組交換:數(shù)據(jù)以離散的數(shù)據(jù)塊通過網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送171.3.1網(wǎng)絡(luò)核心部分相互連接的路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)171.電路交換網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬）被分片分片分配到會(huì)話分片沒有被會(huì)話使用的情況下，分片空載(不共享)電路級(jí)性能（有保證）要求呼叫建立－－建立一個(gè)專門的端到端線路(意味著每個(gè)鏈路上預(yù)留一個(gè)線路)鏈路帶寬分片頻分－frequencydivision時(shí)分－timedivision181.電路交換網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬）被分片181.電路交換(續(xù):FDMAandTDMA)FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4usersExample:191.電路交換(續(xù):FDMAandTDMA)FDMAf電路交換舉例從主機(jī)A到主機(jī)B經(jīng)一個(gè)電路交換網(wǎng)絡(luò)需要多長時(shí)間發(fā)送一個(gè)640Kb的文件?

假設(shè)：所有鏈路都是1.536Mbps每個(gè)鏈路使用TDM劃分成24個(gè)時(shí)隙創(chuàng)建一條端到端的鏈路需要500msec20電路交換舉例從主機(jī)A到主機(jī)B經(jīng)一個(gè)電路交換網(wǎng)絡(luò)需要多長時(shí)間發(fā)2.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換每個(gè)端到端的數(shù)據(jù)流被劃分成分組所有分組共享網(wǎng)絡(luò)資源每個(gè)分組使用全部鏈路帶寬資源按需使用帶寬分片獨(dú)占分配資源資源預(yù)留212.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換每個(gè)端到端的數(shù)據(jù)流被劃分成分組2.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換－統(tǒng)計(jì)復(fù)用A&B分組沒有固定的順序è

統(tǒng)計(jì)復(fù)用。在時(shí)分復(fù)用中，每個(gè)主機(jī)獲得各TDM循環(huán)幀的固定時(shí)隙。ABC10MbsEthernet1.5MbsDE統(tǒng)計(jì)復(fù)用等待輸出鏈路的分組隊(duì)列222.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換－統(tǒng)計(jì)復(fù)用A&B分組沒有2.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換資源競(jìng)爭(zhēng):

資源需求總量可以大于可獲得資源的總量擁塞:采用分組隊(duì)列,等待使用鏈路存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā):分組每次轉(zhuǎn)發(fā)1站在1個(gè)鏈路上傳輸每經(jīng)過1個(gè)鏈路轉(zhuǎn)發(fā)1次轉(zhuǎn)發(fā)分組前，要求收到完整分組232.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換資源競(jìng)爭(zhēng):23比較分組交換與電路交換假設(shè)：用戶共享1Mbps的鏈路每個(gè)用戶:活動(dòng)期傳輸率100kbps只有10%的時(shí)間活動(dòng)電路交換:10users分組交換:如果35個(gè)用戶10個(gè)以上活動(dòng)用戶的概率小于0.0004

分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)!Nusers1Mbpslink24比較分組交換與電路交換假設(shè)：分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)比較分組交換與電路交換大量的突發(fā)數(shù)據(jù)資源共享簡(jiǎn)單,不需要建立連接過渡競(jìng)爭(zhēng):分組延遲與丟失需要可靠數(shù)據(jù)傳輸、擁塞控制協(xié)議Q:如何提供電路級(jí)的性能?對(duì)于音視頻的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要帶寬保障仍然是1個(gè)沒有解決的問題(chapter6)”分組交換是最后的贏家嗎?”25比較分組交換與電路交換大量的突發(fā)數(shù)據(jù)”分組交換是最后的贏家嗎2.分組交換網(wǎng)絡(luò)有兩大類數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò):TCP/IP分組目的地址決定下一跳會(huì)話期間路由可以改變比方:驅(qū)車逐段問路虛電路網(wǎng)絡(luò):X.25,FR,ATM每個(gè)分組有1個(gè)標(biāo)簽(虛電路號(hào),virtualcircuitID),標(biāo)簽決定下1跳連接建立時(shí)確定固定的路徑,并且將保持于整個(gè)會(huì)話期間路由器必須為每個(gè)連接維護(hù)狀態(tài)信息262.分組交換網(wǎng)絡(luò)有兩大類數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò):TCP/IP26網(wǎng)絡(luò)的分類電信網(wǎng)絡(luò)電路交換網(wǎng)絡(luò)FDMTDM分組交換網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)一定是面向連接的。數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)既可以提供面向連接的服務(wù)也可以提供無連接的服務(wù)。如：Internet為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用既提供面向連接的傳輸服務(wù)(TCP)，也提供無連接的傳輸服務(wù)(UDP)。27網(wǎng)絡(luò)的分類電信網(wǎng)絡(luò)電路交換網(wǎng)絡(luò)FDMTDM分組交換網(wǎng)絡(luò)虛電路第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史28第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?281.4.1接入網(wǎng)絡(luò)Q:如何將終端系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器?一種粗糙分類：住宅接入網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)(學(xué)校,公司)無線接入網(wǎng)絡(luò)注意:接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬(bps)?共享/獨(dú)占?291.4.1接入網(wǎng)絡(luò)Q:如何將終端系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由1.住宅接入網(wǎng)絡(luò):點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入撥號(hào)線路上使用modem可達(dá)56Kbps直接接入邊緣路由器(實(shí)際遠(yuǎn)小于該值,數(shù)字模擬調(diào)制解調(diào))不能同時(shí)網(wǎng)上沖浪和撥打電話:不能一直在線ADSL:非對(duì)稱數(shù)字用戶線路（asymmetricdigitalsubscriberline）可達(dá)1Mbps上行速率(目前典型<256kbps)可達(dá)8Mbps下行速率(目前典型<1Mbps)FDM:50kHz-1MHz高速下行通道

4kHz-50kHz高速上行通道0kHz-4kHz普通雙向電話通道ISDN:窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸,2D+B,128Kbps301.住宅接入網(wǎng)絡(luò):點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入撥號(hào)線路上使用modemAD1.住宅接入網(wǎng)絡(luò):cablemodems（線纜調(diào)制解調(diào)器）HFC:混合光纖同軸電纜(hybridfibercoaxialcable)非對(duì)稱:可達(dá)2Mbps上行速率,30Mbps下行速率光纖/同軸電纜混網(wǎng)連接家庭住宅到ISP路由器各住宅共享到路由器之間的廣播信道引起問題:擁塞,規(guī)模

部署:可以通過廣電公司提供該網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)311.住宅接入網(wǎng)絡(luò):cablemodems（線纜調(diào)制解調(diào)CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetwork(simplified)Typically500to5,000homes32CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecablCableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetwork(simplified)33CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableCableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetworkserver(s)34CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableCableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetworkChannelsVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEODATADATACONTROL123456789FDM:35CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecable2.機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò):localareanetworks

(LAN)公司/大學(xué)局域網(wǎng)localareanetwork(LAN)連接端系統(tǒng)到邊緣路由器以太網(wǎng)Ethernet:

共享（共享式以太網(wǎng)）或獨(dú)占（交換式以太網(wǎng)）鏈路連接端系統(tǒng)和邊緣路由器10Mbs,100Mbps,GigabitEthernet,10Gbps部署:

機(jī)構(gòu)、住宅局域網(wǎng)正在普及LANs:chapter5362.機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò):localareanetworks3.無線移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)共享的無線接入網(wǎng)絡(luò)連接端系統(tǒng)到邊緣路由器通過基站，即接入點(diǎn)“accesspoint”無線局域網(wǎng)wirelessLANs:802.11a/b(WiFi):2/11Mbps廣域無線接入網(wǎng)wide-areawirelessaccess由電信運(yùn)營商提供,均支持IPWAP/GPRS或CDMA3G提供超過384kbps的帶寬basestationmobilehostsrouter373.無線移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)共享的無線接入網(wǎng)絡(luò)連接端系統(tǒng)到邊緣路由家庭網(wǎng)絡(luò)舉例：典型家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建:

ADSL或cablemodemrouter/firewall/NATEthernetwirelessaccesspointwirelessaccesspointwirelesslaptopsrouter/firewallADSLEthernet(switched)電話網(wǎng)38家庭網(wǎng)絡(luò)舉例：典型家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建:wirelesswire1.4.2物理介質(zhì)物理鏈路:在發(fā)送方和接受方間,傳播位（bit）信號(hào)導(dǎo)引型媒體:

信號(hào)在固態(tài)介質(zhì)中有向傳播,如：光纖、雙絞線和同軸電纜等非導(dǎo)引型媒體:信號(hào)在大氣空間或外太空空間自由傳播,如：無線電391.4.2物理介質(zhì)物理鏈路:在發(fā)送方和接受方間,傳播位（b1.4.2物理介質(zhì)-雙絞線兩根彼此絕緣、相互纏繞成螺旋狀的銅線。纏繞的目的是減少電磁干擾，提高傳輸質(zhì)量。屏蔽雙絞線(STP，ShieldedTwistedPair)非屏蔽雙絞線(UTP，UnshieldedTwistedPair)401.4.2物理介質(zhì)-雙絞線兩根彼此絕緣、相互1.4.2物理介質(zhì)-雙絞線屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP411.4.2物理介質(zhì)-雙絞線屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線(2).同軸電纜:兩根彼此絕緣的同心導(dǎo)體雙向傳輸基帶baseband:50Ω，1cm單信號(hào)頻帶細(xì)纜以太網(wǎng)10base-2寬帶broadband:75Ω，較粗多信號(hào)頻帶用于光纖同軸混合網(wǎng)HFC1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜????????????????????????????42(2).同軸電纜:1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜?(3).光纖線纜:光纖傳導(dǎo)光脈沖,每個(gè)光脈沖代表1位高速傳輸:高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸(可達(dá)數(shù)十或數(shù)百Gbps)低誤碼率:中繼到更遠(yuǎn)傳輸距離;防止電磁干擾難以被分光竊聽1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜多模MMF

輸入電信號(hào)單模SMF

43(3).光纖線纜:1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜以電磁頻譜承載信號(hào)沒有物理連線雙向傳播環(huán)境的影響:多路徑衰落－干擾物表面反射盲區(qū)衰落－障礙物繞/透干擾－其他電磁信號(hào)(4).無線鏈路類型:地面微波e.g.達(dá)45Mbps信道局域無線通道(e.g.,WiFi)11Mbps,54Mbps廣域無線通道(e.g.,cellular)e.g.GPRS,CDMAe.g.3G:hundredsofkbps衛(wèi)星通信高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps信道(或多個(gè)更小的信道)250msec毫秒端到端延遲地球同步衛(wèi)星與低軌道衛(wèi)星（銥星系統(tǒng)－66顆低空衛(wèi)星）2.物理介質(zhì)：無線電磁波44以電磁頻譜承載信號(hào)(4).無線鏈路類型:2.物理介質(zhì)：無線第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史45第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?451.Internet結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)松散分層，由眾多網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Internet核心主干:“第一層”ISPs＝NSP國家/國際級(jí)ISP(e.g.,UUNet,BBN/Genuity,Sprint,AT&T),覆蓋國際區(qū)域的NSP彼此對(duì)等，直接互連或通過網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)互連第一層ISP第一層ISP第一層ISP第一層提供專用對(duì)等互連NAP第一層也提供公用的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)(NAPs)461.Internet結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)松散分層，由眾多3.第二層ISP(區(qū)域級(jí)ISP):“第二層”ISPs:較小的(通常是區(qū)域級(jí)的)ISPs連接到1個(gè)或多個(gè)tier-1ISPs,也可能連接其他tier-2ISPs第一層ISP第一層ISP第一層ISPNAP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP需要向第一層ISP付費(fèi)第二層ISP是第一層ISP的客戶第二層ISP之間可以使用專用對(duì)等點(diǎn)互連，或使用NAP互連473.第二層ISP(區(qū)域級(jí)ISP):“第二層”ISPs:“Tier-3”ISPsandlocalISPs

最后的接入網(wǎng)絡(luò)(最接近端系統(tǒng))Tier1ISPTier1ISPTier1ISPNAPTier-2ISPTier-2ISPTier-2ISPTier-2ISPTier-2ISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPTier3ISPlocalISPlocalISPlocalISPLocalandtier-3ISPsarecustomersofhighertierISPsconnectingthemtorestofInternet4.Tier-3ISP(本地ISP):

48“Tier-3”ISPsandlocalISPsT5.Internet結(jié)構(gòu)組成與分組傳送一個(gè)分組可能要穿越很多網(wǎng)絡(luò)Tier1ISPTier1ISPTier1ISPNAPTier-2ISPTier-2ISPTier-2ISPTier-2ISPTier-2ISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPlocalISPTier3ISPlocalISPlocalISPlocalISP495.Internet結(jié)構(gòu)組成與分組傳送一個(gè)分組可能要穿越很第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史50第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?501.6分組丟失和延遲是如何產(chǎn)生的?路由器分組緩沖區(qū)隊(duì)列

分組到達(dá)輸出鏈路的速率超過輸出鏈路的容量,產(chǎn)生延遲,甚至丟失分組在緩沖區(qū)隊(duì)列排隊(duì),按序等待AB分組傳輸(時(shí)延)分組排隊(duì)

(時(shí)延)空閑緩沖區(qū):如果沒有空閑緩沖區(qū)，則到達(dá)的分組將被丟失。511.6分組丟失和延遲是如何產(chǎn)生的?路由器分組緩沖區(qū)隊(duì)列A分組延遲的4種類型1.節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延nodalprocessingdelay:檢查錯(cuò)誤位選擇輸出鏈路高速路由器處理延遲－微妙級(jí)AB

傳播

傳輸節(jié)點(diǎn)處理排隊(duì)等待2.排隊(duì)時(shí)延queueingdelay:等待被發(fā)送到輸出鏈路上的時(shí)間取決于路由器的擁塞程度52分組延遲的4種類型1.節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延AB傳播3.傳輸時(shí)延Transmissiondelay:R=鏈路帶寬(bps)L=分組長度(bits)發(fā)送分組比特流的時(shí)間=L/R4.傳播時(shí)延Propagationdelay:d=物理鏈路的長度s=介質(zhì)的信號(hào)傳播速度(~2x108m/sec)傳播延遲=d/s注意:s和R是兩個(gè)完全不同的速度參量!AB

傳播

傳輸節(jié)點(diǎn)處理排隊(duì)等待533.傳輸時(shí)延4.傳播時(shí)延注意:s和R是兩個(gè)完全不同的速車隊(duì)舉例小車速度100km/hr收費(fèi)站12sec服務(wù)1輛小車(transmissiontime)小車~bit;車隊(duì)~packetQ:整個(gè)車隊(duì)到達(dá)第2個(gè)收費(fèi)站的時(shí)間?整個(gè)車隊(duì)通過收費(fèi)站進(jìn)入高速公路的時(shí)間=12*10=120sec最后1輛小車從第1個(gè)收費(fèi)站到第2個(gè)收費(fèi)站的時(shí)間:100km/(100km/hr)=1hrA:62minutes收費(fèi)站收費(fèi)站10輛小車100km100km54車隊(duì)舉例小車速度100km/hr整個(gè)車隊(duì)通過收費(fèi)站進(jìn)入高速小車速度1000km/hr收費(fèi)站1min服務(wù)1輛小車Q:在所有小車收費(fèi)全部收費(fèi)完成以前，有小車到達(dá)第2個(gè)收費(fèi)站嗎?Yes!7min后,第1輛小車到達(dá)第2個(gè)收費(fèi)站，還有3輛小車在第1個(gè)收費(fèi)站分組在被第1個(gè)路由器發(fā)送完以前，分組的第1個(gè)位可以傳播到第2個(gè)路由器!收費(fèi)站收費(fèi)站10輛小車100km100km55小車速度1000km/hrYes!7min后,第1輛總的節(jié)點(diǎn)延遲dproc=節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延－nodal

processingdelay典型幾個(gè)微妙或更小dqueue=排隊(duì)時(shí)延－queuingdelay取決于路由器的擁塞程度dtrans=傳輸時(shí)延－transmissiondelay=L/R,低帶寬鏈路比較顯著dprop=傳播時(shí)延－propagationdelay幾個(gè)微妙到數(shù)百毫秒（衛(wèi)星通信高傳播延遲）56總的節(jié)點(diǎn)延遲dproc=節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延－nodalpr排隊(duì)時(shí)延(詳解)R=鏈路帶寬(bps)L=分組長度(bits)a=平均分組到達(dá)率averagepacketarrivalrate流量強(qiáng)度trafficintensity=La/RLa/R~0:分組稀疏到達(dá),無隊(duì)列,平均排隊(duì)延遲極小接近于0La/R->1:分組猝發(fā)到達(dá),形成隊(duì)列,隊(duì)列長度迅速增加,排隊(duì)延遲大幅增大La/R>1:輸出隊(duì)列平均位到達(dá)速率超過送走這些位的極限速率，輸出隊(duì)列持續(xù)增長，排隊(duì)延遲趨于無窮大。57排隊(duì)時(shí)延(詳解)R=鏈路帶寬(bps)流量強(qiáng)度La/R~真實(shí)的Internet分組時(shí)延和丟失看起來怎么樣呢?Traceroute程序:提供從源節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)路徑上所有路由器的延遲測(cè)量.對(duì)所有routeri:發(fā)送3個(gè)分組到源節(jié)點(diǎn)至目的節(jié)點(diǎn)路徑沿路所有路由器（routeri）路由器（routeri）將返回發(fā)送者3個(gè)分組發(fā)送方在發(fā)送和響應(yīng)期間計(jì)時(shí)推薦訪問3probes3probes3probes真實(shí)的Internet時(shí)延和路由58真實(shí)的Internet分組時(shí)延和丟失看起來怎么樣呢?3p真實(shí)的Internet延遲和路由1cs-gw(54)1ms1ms2ms2(45)1ms1ms2ms3(30)6ms5ms5ms4(29)16ms11ms13ms5(36)21ms18ms18ms6()22ms18ms22ms7(6)22ms22ms22ms853(53)104ms109ms106ms9(29)109ms102ms104ms10(0)113ms121ms114ms11(4)112ms114ms112ms12nio-n2.cssi.renater.fr(3)111ms114ms116ms13nice.cssi.renater.fr(02)123ms125ms124ms14r3t2-nice.cssi.renater.fr(10)126ms126ms124ms15(4)135ms128ms133ms165(5)126ms128ms126ms17***18***19fantasia.eurecom.fr(42)132ms128ms136

mstraceroute:towww.eurecom.frThreedelaymeasementsfromto*meansnoreponse(probelost,routernotreplying)越洋鏈路trans-oceaniclink59真實(shí)的Internet延遲和路由1cs-gw(128分組丟失路由器輸出鏈路入口點(diǎn)的緩沖區(qū)輸出隊(duì)列容量有限當(dāng)分組到達(dá)路由器輸出隊(duì)列發(fā)現(xiàn)緩沖區(qū)隊(duì)列已滿，路由器只好丟棄分組丟失的分組可能被前路由節(jié)點(diǎn)、源節(jié)點(diǎn)重傳，或不重傳60分組丟失路由器輸出鏈路入口點(diǎn)的緩沖區(qū)輸出隊(duì)列容量有限60端到端延遲前面集中討論單臺(tái)路由器中的延遲假設(shè)1.源到目的端之間存在Q-1個(gè)路由器2.無擁塞(從而忽略不計(jì)排隊(duì)延遲）所有節(jié)點(diǎn)延遲累加＝端到端延遲

61端到端延遲前面集中討論單臺(tái)路由器中的延遲61第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史62第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?621.7.1分層的體系結(jié)構(gòu)Internet極端復(fù)雜:hostsrouterslinksofvariousmediaapplicationsprotocolshardware,software631.7.1分層的體系結(jié)構(gòu)Internet極端復(fù)雜:63民航系統(tǒng)飛機(jī)旅行的過程機(jī)票(購買)行包(托運(yùn))登機(jī)口(登機(jī))跑道起飛導(dǎo)航飛行機(jī)票(投訴)行包(認(rèn)領(lǐng))登機(jī)口(離機(jī))跑道著路導(dǎo)航飛行飛機(jī)導(dǎo)航64民航系統(tǒng)飛機(jī)旅行的過程機(jī)票(購買)機(jī)票(投訴)飛機(jī)導(dǎo)航64民航系統(tǒng)功能的水平分層分層:

每層實(shí)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)自己本層的具體實(shí)現(xiàn)依賴于直接下層提供的服務(wù)65民航系統(tǒng)功能的水平分層分層:每層實(shí)現(xiàn)一個(gè)服務(wù)65為什么要分層?處理復(fù)雜的系統(tǒng):清楚的結(jié)構(gòu)允許我們對(duì)大型復(fù)雜系統(tǒng)定義其特定部分，探討其各部分的關(guān)系分層參考模型的討論模塊化使得系統(tǒng)的維護(hù)、升級(jí)簡(jiǎn)化改變其某一層服務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)其余部分透明（不影響）e.g.,改變登機(jī)口程序（不影響系統(tǒng)其余部分）分層的弊端?各層可能重復(fù)較低層功能...66為什么要分層?處理復(fù)雜的系統(tǒng):66網(wǎng)際協(xié)議棧應(yīng)用層application:支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，報(bào)文傳送FTP,SMTP,STTP…傳輸層transport:主機(jī)進(jìn)程間數(shù)據(jù)段傳送TCP,UDP網(wǎng)絡(luò)層network:主機(jī)(源目標(biāo)節(jié)點(diǎn))間分組傳送主要是IP協(xié)議,路由協(xié)議…鏈路層link:相鄰網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)幀傳送PPP,Ethernet…物理層physical:物理介質(zhì)上的比特傳送applicationtransportnetworklinkphysicalmessagesegmentdatagramframebit67網(wǎng)際協(xié)議棧應(yīng)用層application:支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，報(bào)文分層:邏輯通信

applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysical各層:分布式在各節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體(entities)實(shí)現(xiàn)了各層的功能主機(jī)實(shí)現(xiàn)5層功能，路由器和交換機(jī)實(shí)現(xiàn)2-3層功能。網(wǎng)絡(luò)實(shí)體完成功能動(dòng)作,對(duì)等實(shí)體交換消息

實(shí)體:定義自身功能的硬/軟件的集合對(duì)等實(shí)體:兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上同一層所屬的程序、進(jìn)程或?qū)嶓w稱為該層的對(duì)等程序、對(duì)等進(jìn)程或?qū)Φ葘?shí)體。68分層:邏輯通信applicationapplicatio分層:邏輯通信

applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadataE.g.:傳輸層從應(yīng)用層獲取消息添加地址可靠校驗(yàn)等，創(chuàng)建報(bào)文段發(fā)送報(bào)文段等待對(duì)方應(yīng)答datatransporttransportack69分層:邏輯通信applicationapplicatio分層:物理通信applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalnetworklinkphysicaldatadata70分層:物理通信applicationapplicatio協(xié)議分層與數(shù)據(jù)各層發(fā)方從上層到下層，收方從下層到上層傳遞數(shù)據(jù)發(fā)方添加頭部信息創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)單元，收方去掉頭部傳遞新的數(shù)據(jù)單元到下層/上層各層傳送不同的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDUapplicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklinkphysicalsourcedestinationMMMMHtHtHnHtHnHlMMMMHtHtHnHtHnHlmessagesegmentdatagramframebit71協(xié)議分層與數(shù)據(jù)各層發(fā)方從上層到下層，收方從下層到上層傳遞數(shù)據(jù)messagesegmentdatagramframesourceapplicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMMdestinationapplicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMMnetworklinkphysicallinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnHlMrouterswitch封裝72messagesegmentdatagramframesou第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史73第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?73計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史如果說18世紀(jì)是機(jī)械時(shí)代，19世紀(jì)是蒸汽機(jī)時(shí)代，人類用機(jī)器來代替手。那么20世紀(jì)則是計(jì)算機(jī)時(shí)代，人類開始用機(jī)器來代替腦。而21世紀(jì)則將是信息時(shí)代，或者說是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet可以追根溯到1960s。當(dāng)時(shí)，電話網(wǎng)絡(luò)使用電路交換技術(shù)傳輸信息，分時(shí)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)允許散布各地的用戶通過電話網(wǎng)絡(luò)共享使用。但是通信量的突發(fā)性卻導(dǎo)致線路利用率極低。74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史如果說18世紀(jì)是機(jī)械時(shí)代，1.分組交換原理的早期發(fā)展與演化：1961-19721961:Kleinrock–用排隊(duì)理論成功的論證了分組交換方法在處理猝發(fā)通信量上的有效性1964:Baran–在軍用網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音，研究使用分組交換技術(shù)1967:美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃署DARPA始建ARPAnet1969:第1臺(tái)ARPAnet接口消息處理機(jī)IMP研制并安裝使用1972:

RobertKahn首次公開演示ARPAnet制訂第1個(gè)主機(jī)到主機(jī)的協(xié)議NCP(NetworkControlProtocol)研制第1個(gè)電子郵件程序ARPAnet增長到15個(gè)節(jié)點(diǎn)751.分組交換原理的早期發(fā)展與演化：1961-19721962.網(wǎng)際互連與新興的專屬網(wǎng)絡(luò)：1972-19801970:ALOHAnet微波網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在Hawaii1973:RobertMetcalfe’sPhD論文提出了Ethernet1974:VintonCerfandRobertKahn

–網(wǎng)際互連的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)late70’s:專屬網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu):DECnet,SNA,XNSlate70’s:固定長度的分組交換(ATM先驅(qū))1979:

200個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到ARPAnetCerfandKahn’s開放網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則:最簡(jiǎn)單化,自治原則–網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)作，與其他網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)無須進(jìn)行內(nèi)部改動(dòng)盡力服務(wù)原則–提供盡最大努力的端到端服務(wù)無狀態(tài)路由器–路由器無須維護(hù)連接狀態(tài)信息分散式控制定義了當(dāng)今Internet體系結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)－－30年后762.網(wǎng)際互連與新興的專屬網(wǎng)絡(luò)：1972-19801970:3.TCP/IP新協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)數(shù)量激增：1980-19901983:正式部署TCP/IP替代NCP1982:定義了SMTPe-mail協(xié)議1983:

開發(fā)了DNS實(shí)現(xiàn)name-to-IP-address轉(zhuǎn)換1985:

定義了FTPprotocol1988:實(shí)現(xiàn)了TCPcongestioncontrollate80’s:新的國家網(wǎng)絡(luò):Csnet,BITnet,NSFnet,Minitellate80’s:

100,000主機(jī)連接到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成的聯(lián)盟773.TCP/IP新協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)數(shù)量激增：1980-19901Early1990’s:

ARPAnet完成使命終結(jié)1991:

NSF放寬NSFnet的商業(yè)使用限制(1995完成使命終結(jié))early1990s:Web超文本[源于Bush1945,Nelson1960’s的早期研究]HTML,HTTP:由Berners-Lee及其同事開發(fā)1994:Mosaic瀏覽器及公司,后來Netscapelate1990’s:Web的商業(yè)使用1996:Microsoft大規(guī)模進(jìn)軍WebLate1990’s–2000’s:電子商務(wù)應(yīng)用激增高速路由器和路由技術(shù)以及高速局域網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展顯著音視頻流媒體實(shí)時(shí)通信、播放的成功應(yīng)用更多的殺手級(jí)應(yīng)用:及時(shí)通信IM,P2P文件共享(e.g.,Naptser)網(wǎng)絡(luò)安全走向前沿估計(jì)5千萬主機(jī),1億多用戶主干鏈路帶寬達(dá)到Gbps3.商業(yè)化,Web,新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：1990-200078Early1990’s:ARPAnet完成使命終結(jié)3.以太網(wǎng)在不到十年的期間，其容量從10Mbps發(fā)展到1000Mbps，很快將發(fā)展到10000Mbps全球Internet從1980年正式成立以來用戶早已超過7億。中國的Internet：Internet用戶已超過8千萬人。上網(wǎng)計(jì)算機(jī)已超過3千萬臺(tái)建立了多個(gè)國家范圍的網(wǎng)絡(luò)。ChinaNet、CerNet、CstNet、ChinaGBN和UniNet等等“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”

“以網(wǎng)絡(luò)為中心的計(jì)算?！钡谑沃袊ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告

2006年7月,中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心CNNIC發(fā)布了第18次

《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》，中國網(wǎng)民總數(shù)已達(dá)到12300萬人,上網(wǎng)計(jì)算機(jī)總數(shù)為5450萬臺(tái)

。

7979第一章:小結(jié)本章覆蓋了大量基本知識(shí)和素材!什么是Internet？Protocol?網(wǎng)絡(luò)邊緣部分、核心部分、接入網(wǎng)絡(luò)及其物理介質(zhì)分組交換與電路交換(packet-switchingversuscircuit-switching)Internet主干/ISP組成結(jié)構(gòu)分組交換網(wǎng)絡(luò)的性能：延遲和丟失協(xié)議層及其服務(wù)模型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史80第一章:小結(jié)本章覆蓋了大量基本知識(shí)和素材!80第一章：復(fù)習(xí)大綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義協(xié)議的定義和基本要素Internet的構(gòu)成描述：具體構(gòu)成：邊緣（端系統(tǒng)，包括軟件和硬件）、核心、接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)交換方式：電路和分組電路：時(shí)分和頻分分組：數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲及其計(jì)算TCP/IP的分層模型，各層PDU的名稱和功能81第一章：復(fù)習(xí)大綱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義81第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet82第一章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet1第一章:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet目標(biāo):

理清本書章節(jié)關(guān)系直觀感受計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),了解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)術(shù)語后續(xù)章節(jié)深入、詳細(xì)展開方法途徑:簡(jiǎn)單描述以Internet為實(shí)例83第一章:計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet目標(biāo):2第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISPs的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史84第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?3

首先補(bǔ)充“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”定義：兩臺(tái)以上具有獨(dú)立操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)通過某些介質(zhì)連接成的相互共享軟硬件資源的集合體。對(duì)于Internet，無法給出一個(gè)明確的定義無論是從它的硬件和軟件組件上看，還是從它所提供的服務(wù)上看，都很復(fù)雜1.1什么是Internet？85首先補(bǔ)充“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”定義：1.1什么是Internet1.1.1什么是Internet:具體構(gòu)成描述主機(jī)hosts或端系統(tǒng)end-systems：數(shù)以億計(jì)的計(jì)算設(shè)備互連

主機(jī)-PCs,workstations,servers端系統(tǒng)-PDAs,phones,家用電器等運(yùn)行著各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通信鏈路雙絞線,光纖,無線電頻譜,衛(wèi)星傳輸速率=帶寬路由器和交換機(jī):轉(zhuǎn)發(fā)分組(包)本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域ISProuterworkstationservermobile861.1.1什么是Internet:具體構(gòu)成描述主機(jī)hos協(xié)議控制發(fā)送和接收消息,e.g.,TCP,IP,HTTP,FTP,PPPInternet標(biāo)準(zhǔn)IETF:InternetEngineeringTaskForce因特網(wǎng)工程任務(wù)組RFC:Requestforcomments請(qǐng)求評(píng)論Internet:“由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)”松散分層公共Internet與專用intranet1.1.1什么是Internet:具體構(gòu)成描述（續(xù)）本地ISP公司網(wǎng)絡(luò)區(qū)域ISProuterworkstationservermobile87協(xié)議控制發(fā)送和接收消息,1.1.1什么是Internet:1.1.2什么是Internet:服務(wù)上描述通信基礎(chǔ)設(shè)施

允許終端系統(tǒng)上運(yùn)行分布式應(yīng)用程序，并彼此交換數(shù)據(jù):Web,email,games,e-commerce,database,VOIP,P2Pfilesharing為分布式應(yīng)用程序提供的通信服務(wù):無連接服務(wù)connectionless面向連接服務(wù)connection-oriented不提供數(shù)據(jù)傳遞時(shí)間保證（發(fā)送端到接收端）的服務(wù)電腦空間cyberspace[Gibson]《巫師（Neuromancer）》:“世界各國數(shù)以億計(jì)的人們每天都可以擁有的一種共同感受或幻覺...."881.1.2什么是Internet:服務(wù)上描述通信基礎(chǔ)設(shè)施1.1.3什么是協(xié)議?人類活動(dòng)的類比:“what’sthetime?”“Ihaveaquestion”…發(fā)送特定報(bào)文…當(dāng)收到報(bào)文或發(fā)生其他事件時(shí)，采取特定的行動(dòng)（響應(yīng)）HiHiGotthetime?2:00time891.1.3什么是協(xié)議?人類活動(dòng)的類比:HiHiGotth1.1.3什么是協(xié)議?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:計(jì)算機(jī)代替人Internet中所有的通信活動(dòng)均由協(xié)議來支配協(xié)議：定義了兩個(gè)或多個(gè)通信實(shí)體間所交換報(bào)文的格式和次序，以及在報(bào)文發(fā)送和/或接收或者其他事件方面所采取的行動(dòng)（響應(yīng)）。協(xié)議的基本要素：語法、語義和同步TCP

connectionreqTCPconnectionresponse<file>timeGetafile901.1.3什么是協(xié)議?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:協(xié)議：定義了兩個(gè)或多個(gè)通信第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?

1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史91第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?10網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)邊緣部分:

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序和主機(jī)/端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心部分:

路由器由網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì):

通信鏈路92網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)邊緣部分:111.2.1端系統(tǒng)、客戶和服務(wù)器:端系統(tǒng)(/主機(jī)):運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣傳統(tǒng)主機(jī)/網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和瘦客戶客戶/服務(wù)器C/S模型客戶請(qǐng)求，并接收服務(wù)器提供的服務(wù)e.g.Webbrowser/server;emailclient/server端對(duì)端模型peer-peermodel:極少或不采用專門服務(wù)器e.g.Gnutella,KaZaA931.2.1端系統(tǒng)、客戶和服務(wù)器:端系統(tǒng)(/主機(jī)):121.2.2因特網(wǎng)提供的服務(wù):因特網(wǎng)為端系統(tǒng)應(yīng)用程序提供了哪些服務(wù)呢？941.2.2因特網(wǎng)提供的服務(wù):因特網(wǎng)為端系統(tǒng)應(yīng)用程序提供了哪1.2.2面向連接的服務(wù)

目的:在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。握手:客戶和服務(wù)器事先進(jìn)入戒備狀態(tài)，為接下來的分組交換做好準(zhǔn)備如同Hello,helloback這樣的人類電話通信建立“連接”，在兩個(gè)彼此通信的端系統(tǒng)之間TCP-TransmissionControlProtocolInternet的面向連接的服務(wù)TCP服務(wù)

[RFC793]可靠、順序、字節(jié)流傳輸:

丟失:確認(rèn)和重傳流量控制:

發(fā)送者不至于淹沒接收者擁塞控制:

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)發(fā)送者降低發(fā)送速率951.2.2面向連接的服務(wù)目的:在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。T1.2.2無連接服務(wù)（續(xù)）目的:

在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。UDP-UserDatagramProtocol[RFC768]:Internet無連接服務(wù)不可靠數(shù)據(jù)傳輸無流量控制無擁塞控制使用TCP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:

HTTP(Web),FTP(filetransfer),Telnet(remotelogin),SMTP(email)使用UDP的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用:流媒體,視頻會(huì)議,DNS,Internet電話961.2.2無連接服務(wù)（續(xù)）目的:在端系統(tǒng)間傳送數(shù)據(jù)。使第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史97第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?161.3.1網(wǎng)絡(luò)核心部分相互連接的路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)基本原理:如何在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳送數(shù)據(jù)？電路交換:每次會(huì)話預(yù)留沿其路徑（線路）所需的獨(dú)占資源－－電話網(wǎng)分組交換:數(shù)據(jù)以離散的數(shù)據(jù)塊通過網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送981.3.1網(wǎng)絡(luò)核心部分相互連接的路由器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)171.電路交換網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬）被分片分片分配到會(huì)話分片沒有被會(huì)話使用的情況下，分片空載(不共享)電路級(jí)性能（有保證）要求呼叫建立－－建立一個(gè)專門的端到端線路(意味著每個(gè)鏈路上預(yù)留一個(gè)線路)鏈路帶寬分片頻分－frequencydivision時(shí)分－timedivision991.電路交換網(wǎng)絡(luò)資源（如帶寬）被分片181.電路交換(續(xù):FDMAandTDMA)FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4usersExample:1001.電路交換(續(xù):FDMAandTDMA)FDMAf電路交換舉例從主機(jī)A到主機(jī)B經(jīng)一個(gè)電路交換網(wǎng)絡(luò)需要多長時(shí)間發(fā)送一個(gè)640Kb的文件?

假設(shè)：所有鏈路都是1.536Mbps每個(gè)鏈路使用TDM劃分成24個(gè)時(shí)隙創(chuàng)建一條端到端的鏈路需要500msec101電路交換舉例從主機(jī)A到主機(jī)B經(jīng)一個(gè)電路交換網(wǎng)絡(luò)需要多長時(shí)間發(fā)2.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換每個(gè)端到端的數(shù)據(jù)流被劃分成分組所有分組共享網(wǎng)絡(luò)資源每個(gè)分組使用全部鏈路帶寬資源按需使用帶寬分片獨(dú)占分配資源資源預(yù)留1022.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換每個(gè)端到端的數(shù)據(jù)流被劃分成分組2.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換－統(tǒng)計(jì)復(fù)用A&B分組沒有固定的順序è

統(tǒng)計(jì)復(fù)用。在時(shí)分復(fù)用中，每個(gè)主機(jī)獲得各TDM循環(huán)幀的固定時(shí)隙。ABC10MbsEthernet1.5MbsDE統(tǒng)計(jì)復(fù)用等待輸出鏈路的分組隊(duì)列1032.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換－統(tǒng)計(jì)復(fù)用A&B分組沒有2.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換資源競(jìng)爭(zhēng):

資源需求總量可以大于可獲得資源的總量擁塞:采用分組隊(duì)列,等待使用鏈路存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā):分組每次轉(zhuǎn)發(fā)1站在1個(gè)鏈路上傳輸每經(jīng)過1個(gè)鏈路轉(zhuǎn)發(fā)1次轉(zhuǎn)發(fā)分組前，要求收到完整分組1042.網(wǎng)絡(luò)核心部分:分組交換資源競(jìng)爭(zhēng):23比較分組交換與電路交換假設(shè)：用戶共享1Mbps的鏈路每個(gè)用戶:活動(dòng)期傳輸率100kbps只有10%的時(shí)間活動(dòng)電路交換:10users分組交換:如果35個(gè)用戶10個(gè)以上活動(dòng)用戶的概率小于0.0004

分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)!Nusers1Mbpslink105比較分組交換與電路交換假設(shè)：分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)比較分組交換與電路交換大量的突發(fā)數(shù)據(jù)資源共享簡(jiǎn)單,不需要建立連接過渡競(jìng)爭(zhēng):分組延遲與丟失需要可靠數(shù)據(jù)傳輸、擁塞控制協(xié)議Q:如何提供電路級(jí)的性能?對(duì)于音視頻的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需要帶寬保障仍然是1個(gè)沒有解決的問題(chapter6)”分組交換是最后的贏家嗎?”106比較分組交換與電路交換大量的突發(fā)數(shù)據(jù)”分組交換是最后的贏家嗎2.分組交換網(wǎng)絡(luò)有兩大類數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò):TCP/IP分組目的地址決定下一跳會(huì)話期間路由可以改變比方:驅(qū)車逐段問路虛電路網(wǎng)絡(luò):X.25,FR,ATM每個(gè)分組有1個(gè)標(biāo)簽(虛電路號(hào),virtualcircuitID),標(biāo)簽決定下1跳連接建立時(shí)確定固定的路徑,并且將保持于整個(gè)會(huì)話期間路由器必須為每個(gè)連接維護(hù)狀態(tài)信息1072.分組交換網(wǎng)絡(luò)有兩大類數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò):TCP/IP26網(wǎng)絡(luò)的分類電信網(wǎng)絡(luò)電路交換網(wǎng)絡(luò)FDMTDM分組交換網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)一定是面向連接的。數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)既可以提供面向連接的服務(wù)也可以提供無連接的服務(wù)。如：Internet為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用既提供面向連接的傳輸服務(wù)(TCP)，也提供無連接的傳輸服務(wù)(UDP)。108網(wǎng)絡(luò)的分類電信網(wǎng)絡(luò)電路交換網(wǎng)絡(luò)FDMTDM分組交換網(wǎng)絡(luò)虛電路第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史109第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?281.4.1接入網(wǎng)絡(luò)Q:如何將終端系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器?一種粗糙分類：住宅接入網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)(學(xué)校,公司)無線接入網(wǎng)絡(luò)注意:接入網(wǎng)絡(luò)的帶寬(bps)?共享/獨(dú)占?1101.4.1接入網(wǎng)絡(luò)Q:如何將終端系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由1.住宅接入網(wǎng)絡(luò):點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入撥號(hào)線路上使用modem可達(dá)56Kbps直接接入邊緣路由器(實(shí)際遠(yuǎn)小于該值,數(shù)字模擬調(diào)制解調(diào))不能同時(shí)網(wǎng)上沖浪和撥打電話:不能一直在線ADSL:非對(duì)稱數(shù)字用戶線路（asymmetricdigitalsubscriberline）可達(dá)1Mbps上行速率(目前典型<256kbps)可達(dá)8Mbps下行速率(目前典型<1Mbps)FDM:50kHz-1MHz高速下行通道

4kHz-50kHz高速上行通道0kHz-4kHz普通雙向電話通道ISDN:窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng),數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸,2D+B,128Kbps1111.住宅接入網(wǎng)絡(luò):點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入撥號(hào)線路上使用modemAD1.住宅接入網(wǎng)絡(luò):cablemodems（線纜調(diào)制解調(diào)器）HFC:混合光纖同軸電纜(hybridfibercoaxialcable)非對(duì)稱:可達(dá)2Mbps上行速率,30Mbps下行速率光纖/同軸電纜混網(wǎng)連接家庭住宅到ISP路由器各住宅共享到路由器之間的廣播信道引起問題:擁塞,規(guī)模

部署:可以通過廣電公司提供該網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)1121.住宅接入網(wǎng)絡(luò):cablemodems（線纜調(diào)制解調(diào)CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetwork(simplified)Typically500to5,000homes113CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecablCableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetwork(simplified)114CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableCableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetworkserver(s)115CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableCableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecableheadendcabledistributionnetworkChannelsVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEODATADATACONTROL123456789FDM:116CableNetwork體系結(jié)構(gòu):概述homecable2.機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò):localareanetworks

(LAN)公司/大學(xué)局域網(wǎng)localareanetwork(LAN)連接端系統(tǒng)到邊緣路由器以太網(wǎng)Ethernet:

共享（共享式以太網(wǎng)）或獨(dú)占（交換式以太網(wǎng)）鏈路連接端系統(tǒng)和邊緣路由器10Mbs,100Mbps,GigabitEthernet,10Gbps部署:

機(jī)構(gòu)、住宅局域網(wǎng)正在普及LANs:chapter51172.機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò):localareanetworks3.無線移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)共享的無線接入網(wǎng)絡(luò)連接端系統(tǒng)到邊緣路由器通過基站，即接入點(diǎn)“accesspoint”無線局域網(wǎng)wirelessLANs:802.11a/b(WiFi):2/11Mbps廣域無線接入網(wǎng)wide-areawirelessaccess由電信運(yùn)營商提供,均支持IPWAP/GPRS或CDMA3G提供超過384kbps的帶寬basestationmobilehostsrouter1183.無線移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)共享的無線接入網(wǎng)絡(luò)連接端系統(tǒng)到邊緣路由家庭網(wǎng)絡(luò)舉例：典型家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建:

ADSL或cablemodemrouter/firewall/NATEthernetwirelessaccesspointwirelessaccesspointwirelesslaptopsrouter/firewallADSLEthernet(switched)電話網(wǎng)119家庭網(wǎng)絡(luò)舉例：典型家庭網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建:wirelesswire1.4.2物理介質(zhì)物理鏈路:在發(fā)送方和接受方間,傳播位（bit）信號(hào)導(dǎo)引型媒體:

信號(hào)在固態(tài)介質(zhì)中有向傳播,如：光纖、雙絞線和同軸電纜等非導(dǎo)引型媒體:信號(hào)在大氣空間或外太空空間自由傳播,如：無線電1201.4.2物理介質(zhì)物理鏈路:在發(fā)送方和接受方間,傳播位（b1.4.2物理介質(zhì)-雙絞線兩根彼此絕緣、相互纏繞成螺旋狀的銅線。纏繞的目的是減少電磁干擾，提高傳輸質(zhì)量。屏蔽雙絞線(STP，ShieldedTwistedPair)非屏蔽雙絞線(UTP，UnshieldedTwistedPair)1211.4.2物理介質(zhì)-雙絞線兩根彼此絕緣、相互1.4.2物理介質(zhì)-雙絞線屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線UTP1221.4.2物理介質(zhì)-雙絞線屏蔽雙絞線STP非屏蔽雙絞線(2).同軸電纜:兩根彼此絕緣的同心導(dǎo)體雙向傳輸基帶baseband:50Ω，1cm單信號(hào)頻帶細(xì)纜以太網(wǎng)10base-2寬帶broadband:75Ω，較粗多信號(hào)頻帶用于光纖同軸混合網(wǎng)HFC1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜????????????????????????????123(2).同軸電纜:1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜?(3).光纖線纜:光纖傳導(dǎo)光脈沖,每個(gè)光脈沖代表1位高速傳輸:高速點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸(可達(dá)數(shù)十或數(shù)百Gbps)低誤碼率:中繼到更遠(yuǎn)傳輸距離;防止電磁干擾難以被分光竊聽1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜多模MMF

輸入電信號(hào)單模SMF

124(3).光纖線纜:1.4.2物理介質(zhì)：同軸電纜和光纖線纜以電磁頻譜承載信號(hào)沒有物理連線雙向傳播環(huán)境的影響:多路徑衰落－干擾物表面反射盲區(qū)衰落－障礙物繞/透干擾－其他電磁信號(hào)(4).無線鏈路類型:地面微波e.g.達(dá)45Mbps信道局域無線通道(e.g.,WiFi)11Mbps,54Mbps廣域無線通道(e.g.,cellular)e.g.GPRS,CDMAe.g.3G:hundredsofkbps衛(wèi)星通信高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps信道(或多個(gè)更小的信道)250msec毫秒端到端延遲地球同步衛(wèi)星與低軌道衛(wèi)星（銥星系統(tǒng)－66顆低空衛(wèi)星）2.物理介質(zhì)：無線電磁波125以電磁頻譜承載信號(hào)(4).無線鏈路類型:2.物理介質(zhì)：無線第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣部分1.3網(wǎng)絡(luò)核心部分1.4接入網(wǎng)絡(luò)和物理介質(zhì)1.5Internet主干/ISP的結(jié)構(gòu)組成1.6分組交換網(wǎng)絡(luò)中的延遲和丟失1.7協(xié)議層及其服務(wù)模型1.8計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和Internet發(fā)展史126第一章:內(nèi)容大綱1.1什么是Internet?451.Internet結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)松散分層，由眾多網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成Internet核心主干:“第一層”ISPs＝NSP國家/國際級(jí)ISP(e.g.,UUNet,BBN/Genuity,Sprint,AT&T),覆蓋國際區(qū)域的NSP彼此對(duì)等，直接互連或通過網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)互連第一層ISP第一層ISP第一層ISP第一層提供專用對(duì)等互連NAP第一層也提供公用的網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)(NAPs)1271.Internet結(jié)構(gòu)組成:網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)松散分層，由眾多3.第二層ISP(區(qū)域級(jí)ISP):“第二層”ISPs:較小的(通常是區(qū)域級(jí)的)ISPs連接到1個(gè)或多個(gè)tier-1ISPs,也可能連接其他tier-2ISPs第一層ISP第一層ISP第一層ISPNAP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP需要向第一層ISP付費(fèi)第二層ISP是第一層ISP的客戶第二層