《計算機自頂向下》PPT第一章

計算機網(wǎng)絡：

自頂向下方法ComputerNetworking:ATopDownApproach,

4thedition.

JimKurose,KeithRoss

Addison-Wesley,July2007.

Top-Down一書的顯著特點獨創(chuàng)的“自頂向下”教學法。特別強調應用層，及早激發(fā)學生們的學習熱情，及早強調開發(fā)網(wǎng)絡應用程序(例子為java語言)。以因特網(wǎng)為研究對象。著眼原理。獲得長“保質期”的知識。很好的入門教材：很少用到高中階段沒有學過數(shù)學概念，有意避免了微積分、概率論、隨機過程的概念目前英文版有新版本，但是中文版暫時沒有，內容相差不大要學習的基本內容:第1～5章原理性內容后面4章沒有任何順序性，但都依賴于前面5章主要參考書1《ComputerNetwork》（第5版），A.S.Taneubaum清華大學出版社2012，知識全面、學術嚴謹是AndrewS.Tanenbaum教授網(wǎng)絡教科書的風格；2TCP/IPIllustratedVol.I-III,W.R.Stevens等

《TCP/IP詳解》，機械工業(yè)出版社2007年出版，范建華等譯，Steven的書對網(wǎng)絡編程有很大幫助3計算機網(wǎng)絡(第6版)

謝希仁電子工業(yè)出版社(2013-06)Introduction1-5Chapter1

計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)ComputerNetworking:ATopDownApproach,

4thedition.

JimKurose,KeithRoss

Addison-Wesley,July2007.

Anoteontheuseofthesepptslides:We’remakingtheseslidesfreelyavailabletoall(faculty,students,readers).They’reinPowerPointformsoyoucanadd,modify,anddeleteslides(includingthisone)andslidecontenttosuityourneeds.Theyobviouslyrepresentalotofworkonourpart.Inreturnforuse,weonlyaskthefollowing:Ifyouusetheseslides(e.g.,inaclass)insubstantiallyunalteredform,thatyoumentiontheirsource(afterall,we’dlikepeopletouseourbook!)Ifyoupostanyslidesinsubstantiallyunalteredformonawwwsite,thatyounotethattheyareadaptedfrom(orperhapsidenticalto)ourslides,andnoteourcopyrightofthismaterial.Thanksandenjoy!JFK/KWRAllmaterialcopyright1996-2007J.FKuroseandK.W.Ross,AllRightsReservedIntroduction1-6Chapter1:計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)Ourgoal:

找到“感覺”，學習術語在后面的課程中更深入地學習，更為細致方法:使用因特網(wǎng)作為例子Overview:什么是因特網(wǎng)什么是協(xié)議？網(wǎng)絡邊緣:主機,接入網(wǎng)，物理媒體網(wǎng)絡核心:包/電路交換,因特網(wǎng)結構性能：丟包率，時延,吞吐量協(xié)議層次，服務模型歷史Introduction1-7計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述7第1章要點1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結構1.4分組交換網(wǎng)絡中的時延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡1.7歷史Introduction1-8什么是因特網(wǎng)：“具體構成”描述數(shù)以百萬計的互聯(lián)的計算設備:主機=端系統(tǒng)運行網(wǎng)絡應用HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISProuterPCserverwirelesslaptopcellularhandheldwiredlinksaccesspoints通信鏈路光纖，銅纜，無線電頻譜傳輸速率=帶寬分組分組交換機（路由器或鏈路層交換機）:轉發(fā)分組（數(shù)據(jù)塊）Introduction1-9什么是因特網(wǎng)：“具體構成”描述數(shù)以百萬計的互聯(lián)的計算設備:主機=端系統(tǒng)傳統(tǒng)的端系統(tǒng):桌面pc,工作站,服務器非傳統(tǒng)的端系統(tǒng):PDA,TV,移動計算機,蜂窩電話,汽車,環(huán)境傳感設備,RFID設備，數(shù)字像框,家電,安全系統(tǒng),web相機,烤箱運行各種網(wǎng)絡應用HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISPIntroduction1-10“Cool”internetappliancesWorld’ssmallestwebserver/~shri/iPic.htmlIPpictureframe/Web-enabledtoaster+weatherforecasterInternetphonesInternetrefrigerator小米盒子Introduction1-11什么是因特網(wǎng)：“具體構成”描述HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISP分組交換機(packetswitch)連接鏈路轉發(fā)信息塊：分組,包(packet)典型的有:路由器router鏈路層交換機switch路徑：分組經歷的一系列從發(fā)送端到接收端系統(tǒng)的通信鏈路和交換機。分組交換技術允許多個通信端系統(tǒng)同時共享一條鏈路分組交換網(wǎng)絡類似于承載車輛的公路和立交橋Introduction1-12什么是因特網(wǎng)：“具體構成”描述HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISP端系統(tǒng)通過因特網(wǎng)服務提供商-ISP接入因特網(wǎng)不同的ISP提供不同的接入服務因特網(wǎng)：“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡”松散的等級結構因特網(wǎng)和內聯(lián)網(wǎng)（很多公司和政府的專用網(wǎng)絡）Introduction1-13什么是因特網(wǎng)：“具體構成”描述端系統(tǒng)、分組交換機和其他因特網(wǎng)部件，都運行一系列控制因特網(wǎng)中信息發(fā)送，接收的一系列協(xié)議TCPIP因特網(wǎng)標準IETF:因特網(wǎng)工程任務組IETF的標準文檔是RFC:請求評論IEEE，例如IEEE802.3基于隨機訪問技術的以太網(wǎng)標準IEEE802.11x無線局域網(wǎng)的標準HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISPIntroduction1-14什么是因特網(wǎng)：服務的觀點為應用程序提供服務的一種基礎設施：Web,IM，音頻流和視頻流，email,游戲,電子商務，P2P文件共享為應用程序提供編程接口Introduction1-15什么是協(xié)議?人類協(xié)議:“幾點了?”“我有一個問題”介紹…發(fā)送特定的消息…當收到消息或發(fā)生其他事件，采取特定的動作網(wǎng)絡協(xié)議:交換報文和采取動作的實體是某些設備的硬件或軟件因特網(wǎng)中的所有活動，凡是涉及到兩個或者多個通信的遠程實體都受到協(xié)議的制約掌握計算機網(wǎng)絡領域知識的過程就是理解網(wǎng)絡協(xié)議的構成、原理和工作的工程一個協(xié)議定義了在兩個或者多個通信實體之間交換的報文格式和次序，以及在報文傳輸和/或接收其他事件方面所采取的動作Introduction1-16什么是協(xié)議?ahumanprotocolandacomputernetworkprotocol:Q:Otherhumanprotocols?HiHiGotthetime?2:00TCPconnectionrequestTCPconnectionresponseGet/kurose-ross<file>timeIntroduction1-17計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述17什么是協(xié)議?另外一個定義：網(wǎng)絡協(xié)議是為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標準（吳）網(wǎng)絡協(xié)議的三要素：語義、語法與時序；語義：用于解釋比特流的每一部分的意義；語法：語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結構與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序的意義；時序：事件實現(xiàn)順序的詳細說明。思考2分鐘：習題1.自動柜員機和服務器之間的應用層協(xié)議Introduction1-18計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述18什么是協(xié)議?Introduction1-19Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結構1.4分組交換網(wǎng)絡中的時延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡1.7歷史Introduction1-20仔細觀察網(wǎng)絡結構:網(wǎng)絡邊緣:

應用與主機接入網(wǎng)絡，物理媒體:

有線、無線通信鏈路網(wǎng)絡核心:

路由器網(wǎng)絡的網(wǎng)絡Introduction1-21Thenetworkedge:端系統(tǒng)(主機):運行應用程序例如Web,電子郵件在“網(wǎng)絡邊緣”client/serverpeer-peer客戶機/服務器模式：客戶機程序向服務器程序請求服務例如Web瀏覽器/服務器；電子郵件客戶機/服務器客戶機程序和服務器程序運行在不同的計算機上，屬于分布式應用程序因特網(wǎng)其他構件可抽象為一個黑盒子對等模式:最小限度(或不)使用專用服務器端系統(tǒng)起著服務器和客戶機的雙重作用e.g.Skype,BitTorrenthIntroduction1-22接入網(wǎng)和物理媒體問題:端系統(tǒng)怎樣連接到邊緣路由器？住宅接入網(wǎng)機構接入網(wǎng)(學校，公司)移動接入網(wǎng)

接入網(wǎng)的帶寬共享或專用？Introduction1-23住宅接入：點對點接入撥號調制解調器最高56Kbps直接接入到路由器該網(wǎng)絡接入僅是通過沿著一條點對點撥號電話線的一對調制解調器不能同時上網(wǎng)和打電話：不能“總是在線”路由器調制解調器調制解調器因特網(wǎng)服務提供者(ISP)用戶家庭撥號電話線使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進程路由選擇進程至因特網(wǎng)…PC機Introduction1-24住宅接入：點對點接入新的寬帶接入技術更高的速率同時上網(wǎng)和電話兩種常見的類型ADSL:asymmetricdigitalsubscriberlineHFC:hybridfiber-coaxialcableIntroduction1-25住宅接入：點對點接入ADSL:

不對稱數(shù)字用戶線一般由電話公司提供類似于撥號接入，也是運行在現(xiàn)有的電話雙絞線上限制了用戶和ISP調制解調器的距離，所以速率高得多速率在兩個方向上是不對稱的，下行的速率比上行高<3.5Mbps上行<24Mbps下行頻分復用能同時上網(wǎng)和打電話高速下載信道位于50KHz-1MHz頻段中速上載信道位于4KHz-50kHz頻段普通的雙向電話信道位于0KHz-4KHz頻段Introduction1-26計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述26住宅接入：點對點接入AtypicalADSLequipmentconfiguration.Introduction住宅接入:電纜調制解調器cablemodemsplitter…cableheadendChannelsVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEODATADATACONTROL123456789frequencydivisionmultiplexing:differentchannelstransmittedindifferentfrequencybands和DSL一樣永遠在線1-27Introductiondata,TVtransmittedatdifferentfrequenciesoversharedcabledistributionnetworkcablemodemsplitter…cableheadendCMTSISPcablemodemterminationsystemHFC:hybridfibercoaxasymmetric:upto30Mbpsdownstreamtransmissionrate,2Mbpsupstreamtransmissionrate電纜和光纜組成的網(wǎng)絡的將家庭連到IPS路由器homesshareaccessnetwork

tocableheadendunlikeDSL,whichhasdedicatedaccesstocentraloffice住宅接入:電纜調制解調器1-28頭端電纜調解器電纜調解器Introduction1-29機構接入：局域網(wǎng)公司/大學通常用局域網(wǎng)(LAN)將端系統(tǒng)連接到邊緣路由器以太網(wǎng)是目前公司網(wǎng)絡中最流行的接入網(wǎng)技術:使用雙絞銅線或同軸電纜連接到邊緣路由器10Mbs,100Mbps,,1Gbps,10Gbps以太網(wǎng)技術細節(jié)參見第5章Introduction1-30無線接入網(wǎng)通過基站（或者叫無線接入點）連接端系統(tǒng)到路由器無線局域網(wǎng):802.11b/g(WiFi):11or54Mbps共享接入信道幾十米的半徑無線廣域網(wǎng)接入由電信公司運營商提供2G,2.5G:GSM(9.6k),GPRS(171.2K),EDGE(384K)IS-95CDMA,CDMA2000Phase1(144.4K)3G

CDMA2000EVDO(upto14Mbps)WCDMA：384K~2MHSDPAz：14.4MHSUPA：5.76MHSDPA+：42MbpsHSUPA+：22M4GLTE：300Mbpsbasestationmobilehostsrouter無線接入網(wǎng)無線城域網(wǎng)（MAN-MetropolitanAreaNetwork）：WiMAX(10’sMbps),IEEE802.16,獨立于蜂窩網(wǎng)絡，幾十公里的覆蓋Wi-Fi,WiMAX,andWCDMA:ComplementaryandCompetitive移動性能、覆蓋范圍、速率比較移動性能覆蓋范圍速率或帶寬Wi-Fi差幾十米高WiMAX中等幾十公里中等WCDMA好全球（蜂窩網(wǎng)絡）,單個基站數(shù)公里小Introduction1-32Homenetworks典型的家庭網(wǎng)絡組成:ADSL或電纜調制解調器路由器/防火墻/NAT以太網(wǎng)無線接入點無線接入點無線便攜機路由器/防火墻電纜調制解調器到/來自電纜頭端以太網(wǎng)Introduction1-33物理媒體比特:在傳送器/接收器對間傳播物理媒體的作用是將比特從發(fā)端傳輸?shù)绞斩艘龑兔襟w（guidedmedia）:電波沿著固體媒體被引導:光纖、雙絞線、同軸電纜非引導型媒體（unguidedmedia）:無線電波在空氣或外層空間傳播：無線局域網(wǎng)、數(shù)字衛(wèi)星頻道Introduction1-3434物理媒體：雙絞線屏蔽雙絞線STP：以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音非屏蔽雙絞線UTP：雙絞線外沒有任何附加屏蔽,速率從10M到1G，大多數(shù)局域網(wǎng)使用非屏蔽雙絞線作為傳輸介質Introduction1-3535物理媒體：雙絞線Introduction1-36計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述36物理媒體：雙絞線用途LANADSLISDN撥號優(yōu)缺點：成本低密度高、節(jié)省空間安裝容易平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短Introduction1-3737物理媒體：同軸電纜引導式共享媒體兩根同中心的銅導體基帶:在電纜上的單一信道傳統(tǒng)以太網(wǎng)所用寬帶:在電纜上的多個信道

HFCIntroduction1-3838物理媒體：光纜依靠光波承載信息，每個脈沖表示一個比特速率高，通信容量大，3個常用波段的帶寬:25000~30000GHz，僅受光電轉換器件的限制！傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，不受電磁干擾，保密性好單向傳輸，雙向需兩根光纖輕便適于長途光設備成本高Introduction1-3939光纖傳輸原理——利用了光的反射光從一種介質入射到另一種介質時會產生折射。折射量取決于兩種介質的折射率。當入射角≥臨界值時產生全反射，不會泄漏。光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低亮度調制，有脈沖-1，無脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質、光檢測器光源:發(fā)光二極管/激光二極管介質:光纖光檢測器:光電二極管PIN/雪崩二極管APDIntroduction1-4040單模光纖(SMF)與多模光纖(MMF)的比較

單模性能好,適合遠距離使用,但價格高.多模性能相對較差,單價格便宜,適合在相近的環(huán)境中使用Introduction1-41計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述41物理媒體：典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內芯單芯光纜多芯光纜玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼Introduction1-42計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述42物理媒體：高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束Introduction1-43物理媒體：無線電在電磁頻譜中攜帶信號無物理“導線”,并有穿透墻壁、支持移動、長距離承載信號的能力傳播環(huán)境效應：路徑損耗物體遮擋多徑衰落干擾目前無線傳輸所使用的頻段很廣。人們現(xiàn)在已經利用了無線電、微波、紅外線以及可見光這幾個波段進行通信。紫外線和更高的波段目前還不能用于通信。物理媒體：無線電無線電鏈路類型:陸地微波如高達45Mbps信道LAN局域(Wifi)MAN城域（wimax）WAN廣域(如蜂窩)如3G衛(wèi)星高達數(shù)百Mbps信道270msec端到端時延同步、低軌IridiumSatelliteSolutionsIntroduction1-46Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結構1.4分組交換網(wǎng)絡中的時延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡1.7歷史Introduction1-47網(wǎng)絡核心互連了因特網(wǎng)端系統(tǒng)的路由器網(wǎng)狀網(wǎng)絡（meshofinterconnectedrouters）構建網(wǎng)絡核心的兩種基本方法電路交換:會話沿著通信路徑的資源（緩存、鏈路傳輸速率）預留、專用電話網(wǎng)，每一會話建立一條“電路”，預留了恒定的速率4K分組交換:數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡以離散的“塊”發(fā)送資源不預留擁塞、等待因特網(wǎng)類比：餐館預定，領導視察時的車道Introduction1-48網(wǎng)絡核心：電路交換為“呼叫”預留端到端資源鏈路帶寬，交換機能力專用資源：非共享類電路(確保的)性能需要建立呼叫Introduction1-49計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述49電路交換兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。

Introduction1-50計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述50更多的電話機互相連通5部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。

Introduction1-51計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述51使用交換機當電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務?！?/p>

交換機Introduction1-52計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述52“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義是：轉接——把一條電話線轉接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。電路交換是面向連接的,三個階段：建立連接通信釋放連接Introduction1-53計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述53電路交換舉例A和B通話經過四個交換機通話在A到B的連接上進行((((交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAIntroduction1-54計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述54電路交換舉例C和D通話只經過一個本地交換機通話在C到D的連接上進行((((交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAIntroduction1-55網(wǎng)絡核心：電路交換電路交換中的復用：將網(wǎng)絡資源(e.g.,bandwidth)分為很多“片”頻率分割時間分割“片”分配給不同的呼叫如果未被擁有的呼叫使用則資源片空閑(非共享)復用的兩種方式頻分復用（FDM）:不同用戶占用不同的專有的帶寬資源。時分復用（TDM）:各個用戶在不同的專有時間占用整個帶寬資源。幀、時隙（類比計算機的CPU調度）電路交換的問題當呼叫不用資源片時（靜默期），資源片空閑，不共享需要復雜的信令來協(xié)調Introduction1-56電路交換:FDM和TDMFDMfrequencytimeTDMfrequencytime4usersExample:Introduction1-57計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述57時分復用TheT1carrier(1.544Mbps).1.544MIntroduction1-58Numericalexample從主機A到主機B經一個電路交換網(wǎng)絡發(fā)送一個640,000比特的文件需要多長時間？所有鏈路是1.536Mbps每條鏈路使用具有24個時隙的TDM創(chuàng)建端到端電路需500msecIntroduction1-59計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述59網(wǎng)絡核心：分組交換

將長的報文劃分為較小的分組用戶A、B的分組共享網(wǎng)絡資源每個分組可以以等于鏈路的最大傳輸速率（使用鏈路全部帶寬）通過通信鏈路需要的時候使用資源存儲轉發(fā)：分組一次移動一跳節(jié)點在轉發(fā)前接收完整的分組資源爭奪：

聚合資源要求能超過可用的量擁塞：分組隊列，等待鏈路使用，可能出現(xiàn)分組丟失餐館類比：沒有預訂座位時候的等待甚至拒絕帶寬劃分為“片”專用分配資源預留sourceRbpsdestination123LbitsperpacketRbpsIntroduction1-60計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述60分組交換：存儲轉發(fā)傳輸(推出)L個比特到速率為Rbps鏈路上，需要L/R秒存儲轉發(fā)傳輸機制：在分組能向下一段鏈路傳輸前，整個分組必須到達路由器時延=3L/R（忽略傳播時延）例子:L=7.5MbR=1.5Mbps時延=15secRRRLIntroduction1-61計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述61分組交換：統(tǒng)計復用A&B分組的序列沒有固定的模式，按需共享資源統(tǒng)計復用.在TDM中，每臺主機在循環(huán)出現(xiàn)的TDM幀中獲得相同的幀。ABC10Mbps以太網(wǎng)1.5MbpsDE統(tǒng)計復用等待輸出鏈路的分組隊列NetworkLayer4-62網(wǎng)絡層621230111到達分組首部的值選路算法本地轉發(fā)表首部值輸出鏈路01000101011110013221分組交換：選路和轉發(fā)Introduction1-63計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述63分組交換網(wǎng)的示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！結點交換機主機Introduction1-64計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述64注意分組的存儲轉發(fā)過程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組結點交換機主機在結點交換機

A

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在結點交換機

C

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在結點交換機

E

暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口最后到達目的主機

H5Introduction1-65計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述65分組交換對比電路交換1Mbps鏈路每個用戶:當“活躍”時100kbps時間的10%活躍電路交換:只能支持10個用戶分組交換當有35個用戶時，有11個或者更多用戶活躍的概率小于.0004假定有10個用戶，當某個用戶突然產生1000個1K的分組,而其他用戶靜默的時候的時候分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡!N用戶1Mbps

鏈路Introduction1-66計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述66分組交換對比電路交換對突發(fā)數(shù)據(jù)極為有效提供了比電路交換更好的資源共享較簡單，有效實現(xiàn)成本低過多的擁塞:

產生時延和丟包，端到端時延是變動的和不可預測的需要可靠傳輸＆擁塞控制機制目前的趨勢是分組交換問題:端到端的時延是變動的，怎樣提供類似電路的行為？對音頻/視頻應用需要帶寬保證仍是一個未解決的問題分組交換是一個“強有力的贏家”？Introduction1-67計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述67因特網(wǎng)結構：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡在中心:“第一層”ISPs(如Sprint,AT&T，Qwest等)直接與其他每個第一層ISP相連與大量的第二層ISP和其他客戶網(wǎng)絡相連覆蓋國際區(qū)域第一層ISP第一層ISP第一層ISP第一層提供商專門互聯(lián)對等方NAP第一層提供商也在公共網(wǎng)絡接入點(NAP,

NetworkAccessPoint)互聯(lián)NAPisalsocalledIXP(InterneteXchangePoint))…to/fromcustomerspeering

to/frombackbone….………POP:point-of-presenceIntroduction1-68“第一層”ISPs:e.g.,Sprint…to/fromcustomerspeering

to/frombackbone….………POP:point-of-presenceIntroduction1-69計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述69因特網(wǎng)結構：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡“第二層”ISP:較小的(常為區(qū)域的)ISPs與一個或更多的第一層ISP相連，也可能與其他第二層ISP相連第一層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為向與因特網(wǎng)連接而向第一層ISP付費

第二層ISP是第一層提供商的客戶第二層ISP也可以在NAP互聯(lián)，彼此成為對等方Introduction1-70計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述70因特網(wǎng)結構：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡“Tier-3”ISP和本地ISP最后一跳(“接入”)網(wǎng)絡(最靠近端系統(tǒng))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本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第三層ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地和第三層ISP是較高層ISP的客戶，這些較高層ISP將它們連接到因特網(wǎng)其他部分Introduction1-71計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述71因特網(wǎng)結構：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡一個分組通過許多網(wǎng)絡傳輸!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本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第三層ISP本地ISP本地ISP本地ISPIntroduction1-72Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結構1.4分組交換網(wǎng)絡中的時延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡1.7歷史Introduction1-73丟包和時延是怎樣出現(xiàn)的？分組在路由器緩存中排隊

分組到達鏈路的速率超過輸出鏈路能力分組排隊，等待交換AB將被傳輸?shù)姆纸M(時延)分組排隊

(時延)空閑(可用)緩存：如果無空閑緩存則到達的分組丟失(丟包)Introduction1-74計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述74分組時延的4種來源1.節(jié)點處理:

檢查比特差錯決定輸出鏈路AB傳播傳輸節(jié)點處理排隊2.排隊等待輸出鏈路傳輸?shù)臅r間取決于路由器擁塞的等級Introduction1-75計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述75在分組交換網(wǎng)中的時延3.傳輸時延:R=鏈路帶寬(bps)L=分組長度(比特)發(fā)送比特進入鏈路的時間=L/R4.傳播時延:d=物理鏈路的長度s=在媒體中傳播的速度(~2x108m/sec)傳播時延=d/s注意:s和R是極為不同的量級！AB傳播傳輸節(jié)點處理排隊Introduction1-76計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述76節(jié)點時延dproc=處理時延通常幾個微秒或更少dqueue=排隊時延取決于擁塞dtrans=傳輸時延=L/R,對低速鏈路很大比較一個50k的鏈路和10M的鏈路dprop=傳播時延幾微秒到幾百毫秒Introduction1-77計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述77排隊時延(再次討論)R=鏈路帶寬(bps)L=分組長度(比特)a=平均分組到達速率流量強度=La/R假設排隊空間無限La/R~0:平均排隊時延小La/R->1:時延變大La/R>1:更多“工作”到達，超出了服務能力，平均時延無窮大！平均排隊時延

La/R~0La/R->1Introduction1-78計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述78“實際的”因特網(wǎng)時延和路由“實際的”因特網(wǎng)時延和丟包是怎樣的呢？Traceroute程序:

為路由器提供從源到目的地，朝著目的地沿著端到端因特網(wǎng)路徑的時延測量。對所有i:發(fā)送3個分組，該分組在朝著目的地的路徑上到達路由器

i路由器i

將向發(fā)送方返回分組發(fā)送方度量傳輸和響應間的時間間隔。3探測分組3探測分組3探測分組Introduction1-79計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述79“實際的”因特網(wǎng)時延和路由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)trans-oceaniclinkC:\Users\Administrator>tracert通過最多30個躍點跟蹤到[1]的路由:12ms2ms2ms23ms4ms2ms2638ms8ms9ms743ms5ms4ms54ms5ms6ms5364ms5ms3ms17***請求超時。

83ms3ms4ms29937ms37ms37ms931041ms38ms37ms421141ms42ms37ms412***請求超時。

1338ms45ms37ms1跟蹤完成。C:\Users\Administrator>Introduction1-81計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述81分組丟失在鏈路前緩存中的排隊(又稱為buffer)具有有限的能力當分組到達滿的隊列時，分組被丟棄(又稱為lost)丟失分組的數(shù)量隨著流量強度的增加而增加丟失的分組可能由前面的節(jié)點或由源端系統(tǒng)重傳，或根本不重傳ABpacketbeingtransmittedpacketarrivingtofullbuffer

islostbuffer(waitingarea)Introduction1-82吞吐量吞吐量:

發(fā)送方和接收方之間比特傳輸?shù)乃俾蕆

瞬時吞吐量

:rateatgivenpointintime

平均吞吐量:rateoverlong(er)periodoftime不同的應用程序對吞吐量有不同的要求因特網(wǎng)電話

實時視頻

文件傳輸server,withfileofFbitstosendtoclientlinkcapacityRs

bits/seclinkcapacityRc

bits/secserversendsbits(fluid)intopipepipethatcancarryfluidatrateRs

bits/sec)pipethatcancarryfluidatrateRc

bits/sec)Introduction1-83吞吐量(more)Rs<Rc

Whatisaverageend-endthroughput?

Rs

bits/secRc

bits/secRs>Rc

Whatisaverageend-endthroughput?Rs

bits/sec

Rc

bits/seclinkonend-endpaththatconstrainsend-endthroughput瓶頸鏈路Introduction1-84Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結構1.4分組交換網(wǎng)絡中的時延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡1.7歷史Introduction1-8585協(xié)議“分層”網(wǎng)絡是復雜的！許多“構件”主機路由器各種媒體的鏈路應用協(xié)議硬件，軟件問題:

是否存在網(wǎng)絡的組織結構？或至少用于我們討論網(wǎng)絡？Introduction1-8686例子1：社會上存在的郵政系統(tǒng)（吳）Introduction1-8787“你好”“Hello”傳真中國教師翻譯秘書“Hallo”“Hello”傳真德國教師翻譯秘書對交談內容的共識用英語對話使用傳真通信L3L2L1物理通信線路問題：中國教師與德國教師之間、翻譯之間，他們是在直接通信嗎？翻譯、秘書各向誰提供什么樣的服務？中德教師、翻譯各使用誰提供的什么服務？每一層次通過以下方式提供它的服務（1）在這層中執(zhí)行了某些動作（2）使用直接下層的功能例子2：中德教師之間的對話Introduction1-8888為什么分層?處理復雜系統(tǒng)：明確的結構使得能夠標識復雜系統(tǒng)構件的關系分層的參考模型用于討論，“分層”可將龐大而復雜的問題，轉化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。模塊化易于維護、系統(tǒng)的更新各層服務實現(xiàn)的改變對于系統(tǒng)的其他部分透明，各層之間是獨立的，這樣靈活性好，結構上可分割開。從這兩點再次回顧中德教師之間的對話Introduction1-8989因特網(wǎng)協(xié)議棧(體系結構)應用:

支持網(wǎng)絡應用FTP,SMTP,HTTP運輸:

進程到進程數(shù)據(jù)傳輸TCP,UDP網(wǎng)絡:主機到主機數(shù)據(jù)傳輸IP,選路協(xié)議鏈路:

在鄰近節(jié)點之間傳輸分組PPP,以太網(wǎng)物理:

將比特從一個節(jié)點傳輸?shù)搅硗庖粋€節(jié)點應用層運輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層Introduction1-9090因特網(wǎng)協(xié)議棧一個協(xié)議層可以通過軟件、硬件或者兩者的結合來實現(xiàn)應用層、運輸層協(xié)議通常在端系統(tǒng)中用軟件實現(xiàn)物理層和鏈路層通常在網(wǎng)絡接口卡中實現(xiàn)網(wǎng)絡層通常是軟件硬件的混合體應用層運輸層網(wǎng)絡層鏈路層物理層計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述91

封裝就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的首部信息。數(shù)據(jù)（有效載荷）首部發(fā)送郵件的例子：信裝入寫有源地址和目的地址的信封中發(fā)送，還要寫明用航空或掛號…。數(shù)據(jù)封裝Introduction1-92sourceapplicationtransportnetworklinkphysicalHtHnM報文段Ht數(shù)據(jù)報destinationapplicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMMnetworklinkphysicallinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtHnMHtHnHlMrouterswitch封裝應用層報文MHtMHn幀每一層從上層得到數(shù)據(jù)加上頭部信息創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)單元將新的數(shù)據(jù)單元傳遞給底層封裝每一層的分組因特網(wǎng)協(xié)議棧各層的分組叫什么？應用層報文報文段

端口號數(shù)據(jù)報 IP地址幀 MAC地址計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述94封裝：郵寄的例子信應用層報文信封運輸層報文段包裹網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)報集裝箱鏈路層幀計算機網(wǎng)絡和因特網(wǎng)概述95對等層通信applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklink