计算机网络(自顶向下)期末复习PPT

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,计算机网络和因特网概述,*,第,1,章 计算机网络和因特网概述,Computer Networks and the Internet,计算机网络：自顶向下方法,(,原书第四版,),陈鸣译，机械工业出版社，,2010,年,Computer Networking: A Top Down Approach, 4,rd,edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2008.,1,计算机网络和因特网概述,什么是因特网：,数以百万计的互联的计算设备：,主机,=,端系统,网络应用,通信链路,光纤，铜缆，无线电，卫星,传输速率,=,带宽,路由器,:,转发分组（数据块）,本地,ISP,公司网络,区域,ISP,路由器,工作站,服务器,移动节点,2,计算机网络和因特网概述,什么是因特网：,因特网：“网络的网络”,松散的等级结构,公共因特网比较专用互联网,因特网标准,RFC:,请求评论（因特网标准）,IETF:,因特网工程任务组,本地,ISP,公司网络,区域,ISP,路由器,工作站,服务器,移动节点,3,计算机网络和因特网概述,协议,?,控制报文的发送，接收,定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和接收或其它事件方面所采取的动作。,即网络实体之间为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定,例如，,TCP, IP, HTTP, FTP, PPP,4,计算机网络和因特网概述,面向连接服务,可靠数据传送：指一个应用程序能够依赖该连接无差错的和按顺序传递其所有数据。,流控制：确保连接的任何一方都不会过快的发送过量的分组而淹没另一方。,拥塞控制：有助于防止因特网进入迟滞状态。,TCP,服务,RFC 793,5,计算机网络和因特网概述,无连接服务,无连接,不可靠的数据传送,无流控,无拥塞控制,UDP,-,用户数据报协议,RFC 768:,使用,TCP,的应用：,HTTP (Web), FTP (,文件传送,), Telnet (,远程注册,), SMTP (,电子邮件,),使用,UDP,的应用,:,流媒体，电信会议，,DNS,，以太网电话,6,计算机网络和因特网概述,网络核心,互联的路由器形成的网孔,基本问题,:,数据怎样通过网络传送,?,电路交换,:,每呼叫专用的电路：电话网,分组交换,:,数据通过网络以离散的“块”发送,7,计算机网络和因特网概述,电路交换,为“呼叫”预留端到端资源,网络资源,(,如带宽,),划分为“片”,按片分配给用户,如果未被使用则资源片,空闲,(,非共享,),将链路带宽划分为“片”的方法,频率分割,时间分割,8,计算机网络和因特网概述,电路交换,: FDM,和,TDM,FDM,频率,时间,TDM,频率,时间,4,个用户,例子,:,9,计算机网络和因特网概述,分组交换,每个端到端数据流划分为,分组,用户,A,、,B,的分组共享网络资源,每个分组使用全部链路带宽,使用所需的资源,资源争夺：,用户资源要求总量超过可用的量,拥塞：分组队列，等待链路使用,存储转发：分组一次移动一跳,节点在转发前接收完整的分组,带宽划分为“片”,专用分配,资源预留,10,计算机网络和因特网概述,分组交换：统计复用,A,B,C,10,Mbps,以太网,1.5,Mbps,D,E,统计复用,等待输出链路的分组队列,TDM,的缺点：,某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。,改进：,统计时分多路复用（,STDM,），,用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放入。,11,计算机网络和因特网概述,分组交换对比电路交换,电路交换,在数据传输前，必须建立端到端的连接,一旦某个节点故障，必须重新建立连接,连接建立后，数据的传输没有额外的延时,数据中不必包含地址域，仅需较短的虚电路号,数据按序传输，但信道的使用率较低,适合长时间传输大批量的数据，如流数据,12,计算机网络和因特网概述,分组交换对比电路交换,分组交换,在数据传输前，不必建立端到端的连接,只要下一个节点空闲，即可传输,信道的使用率较高,数据的传输采用存储转发，延时不可估计,数据中必须包含地址域,接收到的分组不一定按序，可能还需重组,适合传输文本型数据,13,计算机网络和因特网概述,丢包和时延是怎样出现的？,分组在路由器缓存中,排队,分组到达链路的速率超过输出链路能力,分组排队，等待交换,A,B,将被传输的分组,(,时延,),分组排队,(,时延,),空闲,(,可用,),缓存：如果无空闲缓存则到达的分组丢失,(,丢包,),14,计算机网络和因特网概述,分组时延的,4,种来源,1.,节点处理,:,检查比特差错,决定输出链路,A,B,传播,传输,节点处理,排队,2.,排队,等待输出链路传输的时间,取决于路由器拥塞的等级,15,计算机网络和因特网概述,分组交换网中的时延,3.,传输时延,:,R=,链路带宽,(bps),L=,分组长度,(,比特,),发送比特进入链路的时间,= L/R,4.,传播时延,:,d =,物理链路的长度,s =,在媒体中传播的速度,(2x10,8,m/sec),传播时延,= d/s,注意,:,s,和,R,是,极为,不同的量！,A,B,传播,传输,节点处理,排队,16,计算机网络和因特网概述,端到端时延,d,proc,=,处理时延,通常几个微秒或更少,d,queue,=,排队时延,取决于拥塞,d,trans,=,传输时延,= L/R,对低速链路很大,d,prop,=,传播时延,几微秒到几百毫秒,17,计算机网络和因特网概述,吞吐量,呑吐量,:,网络中设备单位时间内成功地传送数据的数量，单位,Mbps,。,瞬间,:,rate at given point in time,平均,:,rate over longer period of time,server, with,file of F bits,to send to client,link capacity,R,s,bits/sec,link capacity,R,c,bits/sec,pipe that can carry,fluid at rate,R,s,bits/sec),pipe that can carry,fluid at rate,R,c,bits/sec),server sends bits,(fluid) into pipe,18,计算机网络和因特网概述,网络体系结构,网络是复杂的！,许多“构件”,主机,路由器,各种媒体的链路,应用,协议,硬件，软件,网络体系结构发展的背景,网络的状况,多种通信媒介,有线、无线,不同种类的设备,通用、专用,不同的操作系统,Unix,、,Windows ,不同的应用环境,固定、移动,不同种类业务,分时、交互、实时,宝贵的投资和积累,有形、无形,用户业务的延续性,不允许出现大的跌宕起伏,它们互相交织，形成了非常复杂的系统应用环境。,19,计算机网络和因特网概述,网络,异质性,问题的解决,网络体系结构就是使这些用不同媒介连接起来的不同设备和网络系统在不同的应用环境下实现互操作性。,网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法。,把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题，在不同层上予以解决。,就像编程时把问题分解为很多小的模块来解决一样。,为什么分层,?,20,计算机网络和因特网概述,因特网协议栈,应用,:,提供各种网络应用服务等,FTP, SMTP,HTTP,运输,:,提供可靠的点对点数据传输，确保源主机传送分组并正确到达目标主机,TCP, UDP,网络,:,从源到目的地数据报的选路,IP,选路协议,链路,:,定义了Internet与各种物理网络之间的网络接口,PPP,以太网,物理,:,“,在线上”的比特,应用层,运输层,网络层,链路层,物理层,21,计算机网络和因特网概述,各层数据单位及设备,应用层,:,报文,FTP, SMTP, HTTP,运输层,:,报文段 网关,TCP, UDP,网络层,:,数据报 路由器,IP, routing protocols,链路层,:,帧 交换机,PPP, Ethernet,物理层,: bits,中继器 “,on the wire”,22,计算机网络和因特网概述,第,2,章 应用层,Application Layer,计算机网络：自顶向下方法,(,原书第四版,),陈鸣译，机械工业出版社，,2010,年,Computer Networking: A Top Down Approach, 4,rd,edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2008.,23,计算机网络和因特网概述,应用体系结构,客户机,/,服务器,对等,(P2P),客户机,/,服务器与,P2P,的混合,24,计算机网络和因特网概述,客户机,/,服务器体系结构,服务器,:,总是打开的主机,永久的,IP,地址,可扩展为服务器池,客户机,:,与服务器通信,可以间歇地连接,可以具有动态的,IP,地址,彼此不直接地通信,25,计算机网络和因特网概述,套接字,(,进程与网络间的接口,),进程从它的,套接字,发送,/,接收报文,套接字类似于门,发送进程将报文推出门外,发送进程依赖门的另一侧传输层基础设施，它将报文送到接收进程的套接字,进程,具有缓存、变量的,TCP,套接字,主机或服务器,进程,具有缓存、变量的,TCP,套接字,主机或服务器,因特网,由操作系统控制,由应用研发者控制,应用程序接口,API: (1),选择传输输协议,; (2),确定一些参数的能力,(,详情见后,),26,计算机网络和因特网概述,寻址进程,对于接收报文的进程，必须具有一个标识,一台主机具有一个独特的,32,比特的,IP,地址,问题：,通过主机的,IP,地址足以标识该进程吗？,表示符包括,IP,地址和与主机上该进程相关的,端口号,.,端口号例子,:,HTTP,服务器,: 80,电子邮件服务器,: 25,答案,:,不行， 在同一台主机上能够运行许多进程,例：发送信息到,gaia.cs.umass.edu,web,服务器,:,IP address:,128.119.245.12,Port number:,80,27,计算机网络和因特网概述,端口号,TCP,和,UDP,都用端口,(socket),号把,信息传到上层。,端口号指示了正在使用的上层协议。,F,T,P,S,M,T,P,H,T,T,P,D,N,S,T,e,l,n,e,t,S,N,M,P,21,23,25,53,80,161,TCP UDP,应用层,传输层,保留的端口号：,255,，公共应用,255-1023,，公司,1023,，未规定,28,计算机网络和因特网概述,Web,和,HTTP,某些术语,Web,页,由,对象,组成,对象可以是,HTML,文件，,JPEG,图片，,Java,小程序，音频文件，,Web,页由,基本的,HTML,文件,组成 ，基本的,HTML,文件包括了一些引用对象,29,计算机网络和因特网概述,URL,是,Internet,上对资源的标准编址机制。每一个资源文件无论以何种方式存放在何种服务器上，都有一个唯一的,URL,地址。,URL,地址中包含了要访问的资源所在的服务器的地址、访问该资源的方法、该资源在服务器上的路径等信息。,每个对象可由,URL,寻址,URL,的例子,:,www.someschool.edu/someDept/pic.gif,主机名,路径名,30,计算机网络和因特网概述,HTTP,概况,HTTP:,超文本传送协议,Web,的应用层协议,客户机,/,服务器模式,客户机,:,请求、接收，”显示“,Web,对象浏览器,服务器,:,Web,服务器响应请求而发送对象,HTTP 1.0: RFC 1945,HTTP 1.1: RFC 2068,PC,运行,Explorer,服务器运行,Apache Web,服务器,Mac,运行,Navigator,HTTP,请求,HTTP,请求,HTTP,响应,HTTP,响应,31,计算机网络和因特网概述,HTTP,概述,(,续,),使用,TCP:,客户机向服务器发起,TCP,连接,(,产生套接字,),，端口,80,服务器从客户机接受,TCP,连接,在浏览器,(HTTP,客户机,),和,Web,服务器,(HTPP,服务器,),之间交换,HTTP,报文,(,应用层协议报文,),关闭,TCP,连接,HTTP,是”无状态的“,服务器不保留有关客户机过去请求的任何信息,32,计算机网络和因特网概述,HTTP,请求报文,两类,HTTP,报文：,请求，响应,HTTP,请求报文,:,ASCII,码,GET /,somedir/page.html,HTTP/1.1,Host:,www.someschool.edu,User-agent: Mozilla/4.0,Connection: close,Accept-,language:fr,(,另外的回车，换行,),请求行,(GET, POST,HEAD,命令,),首部行,回车，换行指示报文的结束,33,计算机网络和因特网概述,HTTP,响应报文,HTTP/1.1 200 OK,Connection close,Date: Thu, 06 Aug 1998 12:00:15 GMT,服务器,: Apache/1.3.0 (Unix),Last-Modified: Mon, 22 Jun 1998 .,Content-Length: 6821,Content-Type: text/html,data data data data data .,状态行,(,协议状态码状态短语,),首部行,数据，如请求的,HTML,文件,34,计算机网络和因特网概述,FTP:,文件传输协议,传输文件到远程主机或从远程主机获取文件,客户机,/,服务器模型,客户机,:,发起传输一侧,(,到,/,来自远程之一,),服务器,:,远程主机,ftp: RFC 959,ftp,服务器,:,端口,21,文件传输,FTP,服务器,FTP,用户接口,FTP,客户机,本地文件系统,远程文件系统,主机上的用户,35,计算机网络和因特网概述,FTP:,独立的控制和数据连接,FTP,客户机联系,FTP,服务器的,21,号端口，指定,TCP,为运输协议,客户机通过控制连接获得授权,客户机经控制连接通过发送命令浏览远程目录,当服务器接收到一个文件传输命令时，该服务器打开第二个到客户机的,TCP,连接（用于数据传输）,在传输一个文件后，服务器关闭连接,FTP,客户机,FTP,服务器,TCP,控制连接,端口,21,TCP,数据连接,端口,20,服务器打开第二个,TCP,数据连接，以传输另一个文件,控制连接：,“带外”,传输,FTP,服务器维护“状态”：,当前目录，,身份验证,36,计算机网络和因特网概述,电子邮件,三个主要部分,:,用户代理,邮件服务器,简单邮件传输协议,: SMTP,用户代理,亦称为,“,邮件阅读器,”,写作、编辑、阅读邮件报文,例如,Outlook, Apple Mail, Netscape Messenger,存储在服务器上的报文的达到和离开,用户邮箱,输出,报文队列,邮件,服务器,用户,代理,用户,代理,用户,代理,邮件,服务器,用户,代理,用户,代理,邮件,服务器,用户,代理,SMTP,SMTP,SMTP,37,计算机网络和因特网概述,电子邮件,:,邮件服务器,邮件服务器,电子邮件体系结构的核心,邮箱,包含用户的到达报文,离开,(,将要发送,),邮件报文构成,报文队列,在收发报文的邮件服务器之间使用,SMTP,协议,客户机：发送邮件的服务器,服务器：接收邮件的服务器,38,计算机网络和因特网概述,简单邮件传输协议,SMTP,描述电子邮件的信息格式及传递方式，以保证被传输的电子邮件能正确寻址和可靠传输,当邮件传输程序需向远程服务器发送邮件时，将建立一个,TCP,连接（端口号为,25,）并通过该连接传输电子邮件信息,39,计算机网络和因特网概述,邮件报文格式,SMTP:,交换电子邮件报文的协议,RFC 822:,文本报文格式的标准,:,首部行,如,To:,From:,Subject:,主体,“,报文,”,均为,ASCII,字符,首部,主体,空行,不足,RFC822,仅限于,7,位,ASCII,码，许多非英语国家的文字无法传送,不能传送可执行文件等二进制文件，包括音频、视频文 件,40,计算机网络和因特网概述,报文格式,:,多媒体扩展,MIME:,多媒体邮件扩展, RFC 2045, 2056,在报文首部的附加行声明,MIME,内容类型,( 2.pcap No.158 ),From:,alicecrepes.fr,To:,bobhamburger.edu,Subject: Picture of yummy crepe.,MIME-Version: 1.0,Content-Transfer-Encoding: base64,Content-Type: image/jpeg,base64 encoded data .,.,.base64 encoded data,多媒体数据类型，,子类型，,声明参数,使用编码数据的方法,MIME,版本,编码数据,41,计算机网络和因特网概述,邮件访问协议,SMTP:,交付,/,存储到接收方服务器,邮件访问协议：从服务器获取邮件,POP:,邮局协议,RFC 1939,授权,(,代理,服务器,),并下载,IMAP:,互联网邮件访问协议,RFC 1730,更多特色,(,更复杂,),操作存储在服务器上的报文,HTTP: Hotmail , Yahoo! Mail,等,用户,代理,发送方邮件服务器,用户,代理,SMTP,SMTP,访问协议,接收方邮件服务器,42,计算机网络和因特网概述,邮件传输完整过程,用户,A,用,户,接,口,用,户,接,口,Internet,用户,B,发送邮件缓冲区,用户信箱,SMTP-C,（,发送邮件）,SMTP-S,（,接收邮件）,用户,A,邮局,发送邮件缓冲区,用户信箱,SMTP-S,（,接收邮件）,SMTP-C,（,发送邮件）,用户,B,邮局,邮局间收发邮件使用,SMTP,协议,用户,A,邮局为发送邮件向用户,B,邮局的,25#,端口请求,TCP,连接,SMTP,POP,POP,SMTP,POP-S,POP-C,POP-S,POP-C,110,110,25,25,25,25,用户,-,邮局、邮局,-,用户的邮件传输模型,43,计算机网络和因特网概述,DNS:,域名系统,DNS,服务,主机名到,IP,地址的转换,DNS,是为因特网上的用户应用程序以及其他软件提供一种核心功能，即将主机名转换为它们下面的,IP,地址。,DNS,（域名系统）由,DNS,服务器和一个允许主机查询分布式数据库的应用层协议组成。,除了主机名到,IP,地址的转换外，,DNS,还提供主机别名、邮件服务器别名、负载分配等服务。,44,计算机网络和因特网概述,根,DNS,服务器,com DNS,服务器,org DNS,服务器,edu,DNS,服务器,poly.edu,DNS,服务器,umass.edu,DNS,服务器,DNS,服务器,DNS,服务器,pbs.org,DNS,服务器,分布式、分层数据库,客户机要求,的,IP,地址,;,一种可能是,:,客户机请求（,root,）根服务器以发现,com DNS,服务器,客户机请求,com DNS,服务器以得到,DNS,服务器,客户机请求,DNS,服务器以得到对,的,IP,地址,一台域名服务器必须负责自己所管辖的所有主机的域名解析,也必须知道上一层,域名,服务器的,IP,地址,45,计算机网络和因特网概述,请求主机,cis.poly.edu,gaia.cs.umass.edu,根,DNS,服务器,本地,DNS,服务器,dns.poly.edu,1,2,3,4,5,6,权威,DNS,服务器,dns.cs.umass.edu,7,8,顶级域,DNS,服务器,迭代请求,:,位于,cis.poly.edu,的主机请求,gaia.cs.umass.edu,的,IP,地址,联系的服务器用要联系的名字服务器回答,“,我不知道该名字，但询问这个服务器”,46,计算机网络和因特网概述,请求主机,cis.poly.edu,gaia.cs.umass.edu,根,DNS,服务器,本地,DNS,服务器,dns.poly.edu,1,2,4,5,6,权威,DNS,服务器,dns.cs.umass.edu,7,8,TLD DNS,服务器,3,递归请求,递归请求,:,将名字解析的负担放在联系的名字服务器,沉重的负担,?,47,计算机网络和因特网概述,第,3,章 运输层,Transport Layer,计算机网络：自顶向下方法,(,原书第四版,),陈鸣译，机械工业出版社，,2010,年,Computer Networking: A Top Down Approach, 4,rd,edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2008.,48,计算机网络和因特网概述,可靠数据传输机制及用途总结,机制,用途和说明,检验和,用于检测在一个传输分组中的比特错误。,确认,接收方用于告诉发送方一个分组或一组分组已被正确地接收到了。确认报文通常携带着被确认的分组或多个分组的序号。确认可以是逐个的或累积的，这取决于协议。,序号,用于为发送的数据分组进行按序编号。所接收分组的序号间的空隙可使接收方检测出丢失的分组。具有相同序号的分组可使接收方检测出一个分组的冗余拷贝。,定时器,用于检测超时,/,重传一个分组，可能因为该分组（或其,ACK,）在信道中丢失了。由于当一个分组被时延但未丢失（过早超时），或当一个分组已被接收方收到但从接收方到发送方的,ACK,丢失时，可能产生超时事件，所以接收方可能会收到一个分组的多个冗余拷贝。,窗口、流水线,GO-BACK-N,Selective Repeat,发送方也许被限制仅发送那些序号落在一个指定范围内的分组。通过允许一次发送多个分组但未被确认，发送方的利用率可在停等操作模式的基础上得到增加。我们很快将会看到，窗口长度可根据接收方接收和缓存报文的能力或网络中的拥塞程度，或两者情况来进行设置。,49,计算机网络和因特网概述,TCP,概述,RFCs,: 793, 1122, 1323, 2018, 2581,全双工数据:,同一连接上的双向数据流,MSS:,最大报文段长度,MTU:,最大传输单元,面向连接:,在进行数据交换前，初始化发送方与接收方状态，进行握手,(,交换控制信息),流量控制:,发送方,不能淹没,接收方,拥塞控制,:,抑止发送方速率来防止过分占用网络资源,点到点:,一个发送方, 一个接收方,连接状态与端系统有关，不为路由器所知,可靠、有序的,字节流,:,没有 “报文边界”,流水线,:,TCP,拥塞和流量控制设置滑动窗口协议,发送和接收缓冲区,50,计算机网络和因特网概述,TCP,数据段头及说明,数据开始,可选项（,0,个或更多个,32,位字）,紧急指针,校验和,窗口大小,码位,保留,段头长度,确认号,序号,目的端口,源端口,16 31,8,4,0,TCP,头,端口：每个端口对应一个应用程序,序号：发送的字节序号,确认号：接收到的字节序号,段头长度：段头中包含多少个,32,位字,51,计算机网络和因特网概述,TCP,可靠数据传输,TCP,在,IP,不可靠服务的基础上创建可靠数据传输服务,流水线发送报文段,累计确认,TCP,使用单个重传计时器,重传被下列事件触发:,超时事件,重复,ACK,先考虑简化的,TCP,发送方:,忽略重复,ACK,忽略流量控制，拥塞控制,52,计算机网络和因特网概述,TCP,流量控制,TCP,连接的接收方有,1,个接收缓冲区:,应用进程可能从接收缓冲区读数据缓慢,防止发送方发送太多、太快的数据造成接收方缓冲区溢出,流量控制,53,计算机网络和因特网概述,TCP,流控: 工作原理,(假设,TCP,接收方丢弃失序的报文段),缓冲区的剩余空间,=,RcvWindow,=,RcvBuffer-LastByteRcvd,-,LastByteRead,接收方在报文段接收窗口字段中通告其接收缓冲区的剩余空间,发送方要限制未确认的数据不超过,RcvWindow,LastByteSent-LastByteAcked,MSS/RTT,希望尽快达到期待的速率,当连接开始，以指数快地增加速率，直到第一个丢失事件发生,64,计算机网络和因特网概述,TCP,慢启动(续),当连接开始的时候，速率呈指数式上升，直到第,1,次报文丢失事件发生为止,:,每,RTT,倍增拥塞窗口值,每收到,ACK,，增加拥塞窗口,总结:,初始速率很低，但以指数快地增加,主机,A,一个报文段,RTT,主机,B,时间,两个报文段,四个报文段,65,计算机网络和因特网概述,改进,收到,3,个冗余确认,后:,CongWin,减半,窗口再线性增加,但是,超时事件,以后:,CongWin,值设置为,1,MSS,窗口再指数增长,到达一个阈值,(Threshold),后，再线性增长,3个冗余,ACK,指示网络还具有某些传送报文段的能力,3,个冗余,ACK,以前的超时,则更为 “严重”,基本思想,:,66,计算机网络和因特网概述,改进 (续),实现方法:,设置一个变的阈值,Threshold,在丢包事件发生时，阈值,Threshold,设置为发生丢包以前的,CongWin,的一半,问题:,什么时候从指数增长转变为线性增长?,回答:,CongWin,达到它超时以前,1/2,的时候,.,67,计算机网络和因特网概述,第,4,章 网络层,Network Layer,计算机网络：自顶向下方法,(,原书第四版,),陈鸣译，机械工业出版社，,2010,年,Computer Networking: A Top Down Approach, 4,rd,edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2008.,68,计算机网络和因特网概述,The Internet,网络层,转发,表,主机，路由器网络层功能,:,选路协议,路径选择,RIP, OSPF, BGP,IP,协议,编址规则,数据报格式,分组处理规则,ICMP,协议,差错报告,路由器“信令,”,运输层,: TCP, UDP,链路层,物理层,网络层,69,计算机网络和因特网概述,IP:,无连接交付系统,互联网服务被定义成,不可靠的、尽力而为、无连接,分组交付系统。,服务是不可靠的，因为分组可能丢失、重复、延迟或不按序交付等，但服务不检测这些情况，也不提醒发送方和接收方。,服务是尽力而为的,，,互联网并不随意地丢弃分组；只有当资源用完或底层网络出现故障时才可能出现不可靠性。,服务是无连接的,，,因为每个分组都是独立对待的。分组序列可能经过不同的传输路径或者有的丢失有的到达。,70,计算机网络和因特网概述,IP,数据报格式,ver,数据长度,32 bits,数据,(,变长,通常是一个,TCP,或,UDP,段,),16-bit,标识符,首部检查和,生命周期,32 bit,源,IP,地址,IP,协议版本号,首部长度,(,字节,),剩余跳的最大数,(,在每台路由器减,1),对分段,/,重装,总数据报长度,(,字节,),较高层协议,交付的负载,首部,长度,服务,类型,数据的“类型,”,标志,段偏移,上层协议,32 bit,目的,IP,地址,选项,(,如果有的话,),例如，时间戳，记录所经路径，定义访问的路由器列表,TCP,的开销多大,?,20,字节,TCP,20,字节,IP,= 40,字节,+,应用层开销,71,计算机网络和因特网概述,IP,地址,IP,协议要求所有参加,Internet,的网络节点要有一个统一规定格式的地址，简称,IP,地址。在,Internet,网上，每个网络和每一台计算机都被分配有一个,IP,地址，这个,IP,地址在整个,Internet,网络中是唯一的。,IP,地址可表达为二进制格式和十进制格式。,将主机地址进一步分为,Subnet ID,和,Host ID,Network ID,Subnet ID,Host ID,All 1s,All 0s,Prefix,Prefix mask,72,计算机网络和因特网概述,IPv4 Address (,classful,addressing),The number of usable host addresses available is always 2,N,- 2,73,计算机网络和因特网概述,保留的,IP,地址,00.00,0000 . 0000,11.11,1111 . 1111,本机,本网中的主机,局域网中的广播,对指定网络的广播,回路,00.00,主 机 号,1111 . 1111,网络号,127,任 意 值,以下这些,IP,地址具有特殊的含义,:,一般来说，主机号部分为全,“,1,”,的,IP,地址保留用作广播地址；,主机号部分为全,“,0,”,的,IP,地址保留用作网络地址。,0000 . 0000,网络号,网络地址,74,计算机网络和因特网概述,Private address (,Rfc,1918),class A:,10.0.0.0-10.255.255.255,10/8 prefix,number of subnets,：,1,class B,172.16.0.0-172.31.255.255,172.16/12 prefix,number of subnets,：,16,class C,192.168.0.0-192.168.255.255,192.168.0/24 prefix,number of subnets,：,255,75,计算机网络和因特网概述,IP,编址,: CIDR,无类型域间选路,(,C,lassless,I,nter,D,omain,R,outing,CIDR,),任意长的地址的子网部分,地址格式,:,a.b.c.d/x,其中,x,是地址子网部分的比特长度,减少了路由器中转发表的长度,11001000 00010111,0001000,0 00000000,子网部分,主机部分,200.23.16.0/23,76,计算机网络和因特网概述,使用,CIDR,技术把,4,个,C,类网络,192.24.12.0/24,、,192.24.13.0/24,、,192.24.14.0/24,和,192.24.15.0/24,汇聚成一个超网，得到的地址是,（,1,）,。,（,1,）,A,192.24.8.0/22,B,192.24.12.0/22,C,192.24.8.0/21,D,192.24.12.0/21,设有下面,4,条路由：,172.18.129.0/24,、,172.18.130.0/24,、,172.18.132.0/24,和,172.18.133.0/24,，如果进行路由汇聚，能覆盖这,4,条路由的地址是 （,2,） 。,（,2,）,A,172.18.128.0/21 B,172.18.128.0/22,C,172.18.130.0/22 D,172.18.132.0/23,77,计算机网络和因特网概述,网络规划案例,某个公司的区域网络分配了,192.16.12.0/24,的地址空间，公司的网络规划如下：,网络管理中心打算产生最大数目的子网，每个子网最多有,30,台主机，（,1,）试找出满足此条件的最佳子网掩码，并写出每个子网,IP,地址范围（,2,）描述,IP,子网掩码的作用是什么？（,10,分）,78,计算机网络和因特网概述,NAT:,网络地址转换,10.0.0.1,10.0.0.2,10.0.0.3,10.0.0.4,138.76.29.7,本地网络,(,如归属网络,),10.0.0/24,因特网其他部分,具有该网源或目的的数据报都有,10.0.0/24,的地址,(,照常,),所有,数据报本地,离开,本地网络具有,相同,的单一源,NAT IP,地址,: 138.76.29.7,不同的源端口号,79,计算机网络和因特网概述,NAT:,网络地址转换,动机,:,外部关注本地网络只使用的一个,IP,地址,:,对,ISP,无需分配地址范围：对所有设备只用一个,IP,地址,能够改变本地网络中的设备地址，而不必通知外部,本地网络中的设备不显式地可寻址、由外部所见,(,增强安全性,),80,计算机网络和因特网概述,NAT:,网络地址转换,10.0.0.1,10.0.0.2,10.0.0.3,S: 10.0.0.1, 3345,D: 128.119.40.186, 80,1,10.0.0.4,138.76.29.7,1:,主机,10.0.0.1,发送数据报到,128.119.40, 80,NAT,转换表,WAN,侧地址,LAN,侧地址,138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345, ,S: 128.119.40.186, 80,D: 10.0.0.1, 3345,4,S: 138.76.29.7, 5001,D: 128.119.40.186, 80,2,2:,NAT,路由器改变数据报源地址从,10.0.0.1, 3345,到,138.76.29.7, 5001,更新表,S: 128.119.40.186, 80,D: 138.76.29.7, 5001,3,3:,回答到达的目的地址,:,138.76.29.7, 5001,4:,NAT,路由器改变数据报,目的地址从,138.76.29.7, 5001,到,10.0.0.1, 3345,81,计算机网络和因特网概述,ICMP:,互联网控制报文协议,由主机和路由器用于网络级信息的通信,差错报告：不可达主机，网络，端口,协议,回声请求,/,回答,(,由,ping,使用,),网络层 “上面的”,IP:,IP,数据报中携带,ICMP,报文，即,ICMP,报文封装在,IP,协议中发送,82,计算机网络和因特网概述,路由协议,选路算法的图论抽象,:,图中的节点是路由器,图中的边是物理链路,链路代价,:,时延，费用或拥塞等级,目的：,决定从源到目的地通过网络的“好的路径”,(,路由器序列,),选路 协议,A,E,D,C,B,F,2,2,1,3,1,1,2,5,3,5,“好的”路径,:,通常意味着最小费用的路径,其他定义也是可能的,83,计算机网络和因特网概述,选路算法分类,全局的或分散的信息,?,分散的,:,路由器知道物理相连的邻居，到邻居的链路费用,计算的迭代过程，与邻居交换信息,“,距离矢量” 算法,全局的,:,所有路由器具有完全的拓扑、链路费用信息,“,链路状态”算法,s,静态的或动态的,?,静态,:,路由随时间缓慢变化,动态,:,路由更快地变化,周期的更新,适应链路费用变化,84,计算机网络和因特网概述,A Link-State,选路算法,Dijkstra,算法,所有节点知道网络拓扑、链路费用,经“链路状态广播”完成,所有节点具有相同信息,从一个节点,(,源,),到所有其他节点计算最低费用路径,给出对这些节点的,转发表,迭代,: k,次迭代后，得知到,k,个目的地的最低费用路径,OSPF (,开放最短路优先,),协议使用,L-S,算法,85,计算机网络和因特网概述,距离矢量,基本思想,:,每个路由器将自身的路由信息发送给邻居，每个路由器将邻居发送来的信息更新自己的路由表，若路由表更新则发送信息更新信息给邻居，否则不发送。,距离向量算法具有路由自环的缺点，会导致好消息传的快，坏消息传的慢的现象，且可能会导致无穷计算的问题。,常用的距离向量算法有RIP,BGP。,D,x,(y,) ,min,v,c(x,v,) +,D,v,(y,) for each node y,N,在规模较小、正常的条件下，估计值,D,x,(y,),收敛在实际最小费用,d,x,(y,),86,计算机网络和因特网概述,例子,u,y,x,w,v,z,2,2,1,3,1,1,2,5,3,5,Clearly,d,v,(z,) = 5,d,x,(z,) = 3,d,w,(z,) = 3,d,u,(z,) = min ,c(u,v,) +,d,v,(z,),c(u,x,) +,d,x,(z,),c(u,w,) +,d,w,(z,) ,= min 2 + 5,1 + 3,5 + 3 = 4,取最小的节点是在最短路中的下一跳,转发表,B-F equation says:,87,计算机网络和因特网概述,LS,和,DV,算法的比较,报文复杂性,LS:,对,n,个节点，,E,条链路,发送,O(nE,),报文,DV:,仅在邻居之间交换,收敛时间变化,收敛速度,LS:,O(n,2,),算法要求,O(nE),报文,可能具有振荡,DV,:,收敛时间变化,可能有选路环路,计数到无穷问题,健壮性,:,如果路由器异常，将发生什么现象,?,LS:,节点可能通告不正确的,链路,费用,每个节点仅计算,它自己,的表,DV:,DV,节点通告不正确的,路径,费用,每个节点表能由其他人使用,差错通过网络传播,88,计算机网络和因特网概述,第,5,章 链路层与局域网,Link Layer and LANs,计算机网络：自顶向下方法,(,原书第四版,),陈鸣译，机械工业出版社，,2010,年,Computer Networking: A Top Down Approach, 4,rd,edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2008.,89,计算机网络和因特网概述,链路层,:,概述,某些术语,:,主机和路由器是,节点,连接沿通信路径的相邻节点的路径是,链路,有线链路,无线链路,局域网,第二层的分组叫,帧,封装数据报,“,link”,数据链路层具有经一条链路从一个节点传输数据到相邻节点的能力,90,计算机网络和因特网概述,链路层,Services,成帧,:,将数据报封装进帧，加上首部和尾部,链路访问：,如果共享媒体，信道访问,位于帧首部的“,MAC”,地址标识源、目的地,不同于,IP,地址,!,相连节点间的可靠交付,我们已经知道如何做了,(,第三章,)!,在比特差错低的链路很少使用,(,光纤，某些双绞线,),无线链路,:,高差错率,问题,:,为什么同时使用链路级和端到端可靠性,?,91,计算机网络和因特网概述,链路层服务,(,续,),流量控制,:,相邻发送和接收节点间的步调一致,差错检测,:,差错由信号衰减、噪声所致,接收方检测差错的存在,信号发送方,负责重传或丢弃帧,纠错,:,接收方识别,和纠正,比特差错，而不采取重传,半双工,and,全双工,使用半双工,链路的两端节点能够传输，但不能同时,92,计算机网络和因特网概述,差错检测,EDC=,差错检测和纠错,bits (,冗余,),D =,数据由差错校验保护，可能包括首部字段,差错检测不是,100%,可靠,!,协议可能漏掉某些差错，但是非常少,较大的,EDC,字段产生更好的检测和纠正,93,计算机网络和因特网概述,循环冗余码校验,将数据比特,D,看作一个二进制数,选择,r+1,比特模式,(,生成式,),G,目标：选择,r,个,CRC,比特,R,使得,被,G,整除,(,以,2,为模,),接收方知道,G,用,G,除以,.,如果有非零余数：检测到差错,!,能够检测所有小于,r+1,比特的突发差错,广泛用于实践中,(ATM, HDCL),比特,模式,数学公式,被发送的数据比特,94,计算机网络和因特网概述,CRC,例子,希望,:,D,.,2,r,XOR R = nG,等价为,:,D,.,2,r,= nG XOR R,等价为,:,如果我们用,G,除以,D,.,2,r,余数为,R,R,=