计算机网络课件

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,#,计算机网络和因特网概述,1,计算机网络,-,自顶向下方法,曹中华,软件学院,Mail,：,boyangczh,Computer Networking,-A Top-Down Approach,计算机网络和因特网概述,2,教材及参考书,课本,James F. Kurose, Keith W. Ross,计算机网络,自顶向下的方法,(,第,4,版,),References,Andrew S. Tanenbaum. Computer Networks, 4th,清华大学出版社,.,谢希仁,.,计算机网络教程,.,人民邮电出版社,.,W. Richard Stevens et al. TCP/IP Illustrated, vol 13 ,清华大学出版社,.,计算机网络和因特网概述,3,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.,计算机网络和因特网概述,4,第,1,章 计算机网络和因特网,我们的目标：,找到,“,感觉,”,，学习术语,在后面的课程中更深入地学习，更为细致,方法,:,使用因特网作为例子,概述,:,什么是因特网,什么是协议？,网络边缘,网络核心,接入网，物理媒体,因特网,/ISP,结构,性能：丢包率，时延,协议层次，服务模型,网络模型,计算机网络和因特网概述,5,第,1,章 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,6,什么是因特网：,“,具体细节,”,观点,数以百万计的互联的计算设备：,主机,=,端系统,运行,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,计算机网络和因特网概述,7,什么是因特网：,“,具体细节,”,观点,协议,控制报文的发送，接收,例如，,TCP, IP, HTTP, FTP, PPP,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,计算机网络和因特网概述,8,什么是因特网：服务的观点,通信基础设施,使能分布式应用：,Web, email,游戏,电子商务，文件共享,提供给应用通信服务,:,不可靠无连接,可靠的面向连接,计算机网络和因特网概述,9,什么是协议,?,人类协议,:,“,几点了,?,”,“,我有一个问题,”,介绍,发送特定的消息,当收到消息或发生其他事件，采取特定的动作,网络协议,:,及其而不是人类,因特网中的所有活动均有协议支配,协议定义了格式，网络实体间发送和接收报文顺序，和传输，收到报文所采取的动作,语法、语义、同步,计算机网络和因特网概述,10,什么是协议,?,一个人类协议和一个计算机网络的协议,:,问题,:,其他人类协议,?,Hi,Hi,请问几点了,?,2:00,TCP,连接请求,TCP,连接响应,Get 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,12,仔细观察网络结构,网络边缘,:,应用与主机,网络核心,:,路由器,网络的网络,接入网络，物理媒体,:,通信链路,计算机网络和因特网概述,13,网络边缘,端系统,(,主机,):,运行应用程序,例如,Web,电子邮件,在,“,网络边缘,”,客户机,/,服务器模式：,客户机发出请求，从总是开的服务器接收服务,例如,Web,浏览器,/,服务器；电子邮件客户机,/,服务器,对等模式,:,最小限度,(,或不,),使用专用服务器,例如,Gnutella, KaZaA,计算机网络和因特网概述,14,网络边缘：面向连接服务,目标,:,在端系统之间传送数据,握手：事先设置准备数据传送,人类协议,Hello,返回,hello,在两台通信主机中,建立,“,状态,”,TCP -,传输控制协议,因特网的面向连接服务,TCP,服务,RFC 793,可靠的，有序的,字节流数据传送,丢包,:,确认和重传,流控制,:,发送方不能过载接收方,拥塞控制,:,当网络拥塞时发送方,“,降低发送速率,”,计算机网络和因特网概述,15,网络边缘：无连接服务,目的,:,在端系统之间传送数据,与前面相同,!,UDP,-,用户数据报协议,RFC 768:,无连接,不可靠的数据传送,无流控,无拥塞控制,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,计算机网络和因特网概述,16,第,1,章 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,17,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,计算机网络和因特网概述,18,网络核心：电路交换,为,“,呼叫,”,预留端到端资源,链路带宽，交换机能力,专用资源：非共享,类电路,(,确保的,),性能,需要建立呼叫,计算机网络和因特网概述,19,电路交换举例,A,和,B,通话经过四个交换机,通话在,A,到,B,的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,计算机网络和因特网概述,20,电路交换举例,C,和,D,通话只经过一个本地交换机,通话在,C,到,D,的连接上进行,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,计算机网络和因特网概述,21,电路交换传送计算机数据效率低,计算机数据具有突发性。,这导致通信线路的利用率很低。,计算机网络和因特网概述,22,网络核心：电路交换,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,计算机网络和因特网概述,23,电路交换,: FDM,和,TDM,FDM,频率,时间,TDM,频率,时间,4,个用户,例子,:,计算机网络和因特网概述,24,例子,从主机,A,到主机,B,经一个电路交换网络发送一个,640,000,比特的文件需要多长时间？,所有链路是,1.536 Mbps,每条链路使用具有,24,个时隙的,TDM,创建端到端电路需,500 msec,640K/(1.536M/24)+0.5S,计算机网络和因特网概述,25,电路交换特点,在数据传输前，必须建立一条端到端的通路，称为连接，该连接可能穿越多个交换局，而每个交换局都必须为之提供连接,一旦建立连接，整个通路将被独占，除信号传播的延时之外，数据传输无额外延时，数据中毋需包含目的地址,线路的利用率较低,建立连接时间长，因连接建立时冲突概率高,计算机网络和因特网概述,26,网络核心：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,计算机网络和因特网概述,27,数 据,数 据,数 据,报文,分组交换的原理,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。,每一个数据段前面或后面添加上首部构成分组。,分组交换网以,“,分组,”,作为数据传输单元。,依次把各分组发送到接收端,首部,首部,首部,分组,1,分组,2,分组,3,计算机网络和因特网概述,28,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。,计算机网络和因特网概述,29,分组交换对比电路交换,1 Mbps,链路,每个用户,:,当,“,活跃,”,时,100 kbps,时间的,10%,活跃,电路交换,:,10,用户,分组交换,有,35,个用户，概率, 10,活跃小于,.0004,分组交换允许更多的用户使用网络,!,N,用户,1,Mbps,链路,计算机网络和因特网概述,30,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,计算机网络和因特网概述,31,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,计算机网络和因特网概述,32,分组交换对比电路交换,对突发数据极为有效,资源共享,较简单，无呼叫建立,过多的拥塞,:,分组时延和丢包,需要可靠数据传送、拥塞控制的协议,问题,:,怎样提供类似电路的行为？,对音频,/,视频应用需要带宽保证,仍是一个未解决的问题,对于计算机网络而言：分组交换是一个,“,强有力的赢家,”,？,计算机网络和因特网概述,33,分组交换网络：转发,如何进行？,通过路由器将分组从源移动到目的地,我们将学习几种路径选择,(,即选路,),算法,(chapter 4),数据报网络,:,分组中的,目的地址,决定下一跳,在会话中路由可以变化,类比,:,驾车，询问方向,虚电路网络,:,每个分组携带标签,(,虚电路,ID),，标签决定下一跳,固定的路径在,呼叫建立时,决定，在呼叫期间保持不变,路由器保持每呼叫状态,计算机网络和因特网概述,34,三种交换的比较,P,1,P,2,P,3,P,4,P,1,P,2,P,3,P,4,P,3,P,4,报,文,报,文,报,文,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,连接建立,数据传送,报文,P,2,P,1,连接释放,计算机网络和因特网概述,35,网络分类,电信网络,电路交换网络,FDM,TDM,分组交换网络,具有,VC,的网络,数据报网络,数据报网络不是面向连接的，而是无连接的 。,因特网为应用提供了面向连接服务,(TCP),和无连接服务,(UDP),。,计算机网络和因特网概述,36,第,1,章 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,37,接入网和物理媒体,问题,:,端系统怎样连接到边缘路由器？,住宅接入网,公司接入网,(,学校，企业,),移动接入网,记住,:,接入网的带宽,(,每秒比特,),？,共享或专用？,计算机网络和因特网概述,38,住宅接入：点对点接入,经调制解调器拨号,最高达,56Kbps,直接接入到路由器,(,通常较少,),不能同时上网和打电话：不能,“,总是在线,”,ADSL:,不对称数字用户线,最高达,1 Mbps,上行,最高达,8 Mbps,下行,FDM: 50 kHz - 1 MHz,用于下行,4 kHz - 50 kHz,用于下行,0 kHz - 4 kHz,用于普通电话,计算机网络和因特网概述,39,住宅接入,:,电缆调制解调器,HFC:,混合光纤同轴,不对称,:,最高达,30Mbps,下行, 2 Mbps,上行,电缆和光缆的,网络,将家庭连接到,IPS,路由器,家庭共享到路由器的接入,部署,:,可利用电缆电视公司,计算机网络和因特网概述,40,住宅接入,:,电缆调制解调器,Diagram: Mbs, 100Mbps,千兆以太网,LAN:,参见第,5,章,计算机网络和因特网概述,46,无线接入网,共享,无线,接入网连接端系统到路由器,经基站，又称为,“,接入点,”,无线,LAN:,802.11b (WiFi): 11 Mbps,广域无线接入,由电信公司运营商提供,3G 384 kbps,在欧洲,WAP/GPRS,基站,移动主机,路由器,计算机网络和因特网概述,47,家庭网络,典型的家庭网络组成,:,ADSL,或电缆调制解调器,路由器,/,防火墙,/NAT,以太网,无线接入点,无线接入点,无线便携机,路由器,/,防火墙,电缆调制,解调器,到,/,来自,电缆头端,以太网,计算机网络和因特网概述,48,物理媒体,比特,:,在传送器,/,接收器对间传播,物理链路,:,位于传送器,/,接收器间的东西,导引型媒体,:,信息在固体媒体,(,同轴、光纤、铜线,),中传播,非导引型媒体,:,信息自由传播，例如无线电,双绞线,(TP),两根绝缘铜线,3,类线,:,传统电话线，用于,10 Mbps,以太网,5,类线,: 100Mbps,以太网,计算机网络和因特网概述,49,物理媒体：同轴电缆，光纤,同轴电缆,:,两根同中心的铜导体,双向的,基带,:,在电缆上的单一信道,传统以太网所用,宽带,:,在电缆上的多个信道,HFC,光纤电缆,:,承载光脉冲的玻璃纤维，每个脉冲一个比特,高速运行,:,高速点对点传输,(,如,5 Gps),低差错率：中继器相隔很远；不受电磁噪声干扰,计算机网络和因特网概述,50,物理媒体：无线电,在电磁频谱中携带信号,无物理,“,导线,”,双向,传播环境效应：,反射,物体遮挡,干扰,无线电链路类型,:,陆地微波,如高达,45 Mbps,信道,LAN,(,如,Wifi),2Mbps, 11Mbps,广域,(,如蜂窝,),如,3G:,数百,kbps,卫星,高达,50Mbps,信道,(,或多个较小信道,),270 msec,端到端时延,同步对比低轨,计算机网络和因特网概述,51,第,1,章 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,52,因特网结构：网络的网络,大致为登记制,在中心,:,“,第一层第一层,”,ISPs,(,如,Sprint, AT&T),覆盖国家,/,国际,互相视为对等,第一层,ISP,第一层,ISP,第一层,ISP,第一层提供商专门互联对等方,NAP,第一层提供商专门也互联公共网络接入点,(NAP),计算机网络和因特网概述,53,Tier-1 ISP: e.g., Sprint,to/from customers,peering,to/from backbone,.,POP: point-of-presence,计算机网络和因特网概述,54,因特网结构：网络的网络,“,第二层,”,ISP:,较小的,(,常为区域的,) ISPs,与一个或更多的第一层,ISP,相连，也可能与其他第二层,ISP,相连,第一层,ISP,第一层,ISP,第一层,ISP,NAP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,为连接因特网而向 第一层,ISP,付费,第二层,ISP,是,第一层提供商的客户,各第二层,ISP,在,NAP,互联，彼此也是专门成为对等方,计算机网络和因特网概述,55,因特网结构：网络的网络,“,Tier-3,”,ISP,和本地,ISP,最后一跳,(,“,接入,”,),网络,(,最靠近端系统,),第一层,ISP,第一层,ISP,第一层,ISP,NAP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,第三层,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地和 第三层,ISP,是上层,ISP,的客户，这些上层,ISP,将它们连接到因特网,计算机网络和因特网概述,56,因特网结构：网络的网络,一个分组通过许多网络传输,!,第一层,ISP,第一层,ISP,第一层,ISP,NAP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,第二层,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,第三层,ISP,本地,ISP,本地,ISP,本地,ISP,计算机网络和因特网概述,57,第,1,章 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,58,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,),计算机网络和因特网概述,59,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,计算机网络和因特网概述,60,在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,计算机网络和因特网概述,61,传播时延与传输时延的比较,车以,100 km/hr,速度,“,传播,”,收费站,12 sec,服务一辆车,(,传输时间,),车比特；车队分组,问题,:,在第二个收费站前排起车队需多长时间？,通过收费站向公路,“,推出,”,整个车队的时间,= 12*10 = 120 sec,最后一辆车从第一到第二个收费站传输的时间：,100km/(100km/hr)= 1 hr,答案,: 62,分钟,toll,booth,toll,booth,ten-car,caravan,100 km,100 km,计算机网络和因特网概述,62,传播时延与传输时延的比较,车现在以,1000 km/hr,“,传播,”,收费站现在服务一辆车需,1,分钟,问题,:,在第一个收费站服务所有车之前，有车到达第二个收费站？,7,分钟后，第一辆车到达第二个收费站，还有三辆车仍在第一个收费站。,在分组全部在第一个路由器完成传输之前，该分组的第一个比特能够到达第二个路由器！,参见位于,AWL Web site,上的,以太网,Java,小程序。,toll,booth,toll,booth,ten-car,caravan,100 km,100 km,计算机网络和因特网概述,63,平均排队时延,R=,链路带宽,(bps),L=,分组长度,(,比特,),a=,平均分组到达速率,流量强度,= La/R,La/R 0:,平均排队时延小,La/R - 1:,时延变大,La/R 1:,更多,“,工作,”,到达，超出了服务能力，平均时延无穷大！,平均排队时延,计算机网络和因特网概述,64,分组丢失,在链路前缓存中的排队,(,又称为,buffer),具有有限的能力,当分组到达满的队列时，分组被丢弃,(,又称为,lost),丢失的分组可能由前面的节点或由源端系统重传，或根本不重传,计算机网络和因特网概述,65,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,计算机网络和因特网概述,66,“,实际的,”,因特网时延和路由,“,实际的,”,因特网时延和丢包是怎样的呢？,Traceroute,程序,:,为路由器提供从源到目的地，朝着目的地沿着端到端因特网路径的时延测量。对所有,i:,发送,3,个分组，该分组在朝着目的地的路径上到达路由器,i,路由器,i,将向发送方返回分组,发送方度量传输和响应间的时间间隔。,3,探测分组,3,探测分组,3,探测分组,winodw,下的命令,Tracert,计算机网络和因特网概述,67,“,实际的,”,因特网时延和路由,1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms,2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms,3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms,4 jn1-at1-0-0- (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms,5 jn1-so7-0-0- (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms,6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms,7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms,8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms,9 de2- (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms,10 (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms,11 renater- (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms,12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms,13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms,14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms,15 eurecom- (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms,16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms,17 * * *,18 * * *,19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136,ms,traceroute:,gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr,Three delay measements from,gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu,*,means no reponse (probe lost, router not replying),trans-oceanic,link,计算机网络和因特网概述,68,吞吐量,呑吐量,:,rate (bits/time unit) at which bits transferred between sender/receiver,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,计算机网络和因特网概述,69,吞吐量,(more),R,s, R,c,What is average end-end throughput?,R,s,bits/sec,R,c,bits/sec,约束端到端的吞吐量的那条链路称之为瓶颈链路,瓶颈链路,计算机网络和因特网概述,70,Throughput: Internet scenario,10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R,bits/sec,R,s,R,s,R,s,R,c,R,c,R,c,R,per-connection end-end throughput: min(R,c,R,s,R/10),in practice: R,c,or R,s,is often bottleneck,计算机网络和因特网概述,71,第,1,章 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,72,协议分层,-,空中旅行的组织机构,一系列步骤,票务（购买）票务（投诉）,行李（托运）行李（认领）,登机口（登机）登机口（离机）,跑道起飞跑道着陆,飞机飞行飞机飞行,飞机飞行,计算机网络和因特网概述,73,ticket (purchase),baggage (check),gates (load),runway (takeoff),airplane routing,离开机场,到达机场,中间空中交通控制中心,airplane routing,airplane routing,ticket (complain),baggage (claim,gates (unload),runway (land),airplane routing,票务,行李,门,起飞,/,着陆,按路线飞行,定期航班功能的分层,层次,:,每一层实现一种服务,经它自己的层内动作,依赖由下面层次提供的服务,计算机网络和因特网概述,74,协议,“,分层,”,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。,计算机网络和因特网概述,75,为什么分层,?,处理复杂系统：,明确的结构使得能够标识复杂系统构件的关系,分层的,参考模型,用于讨论,模块化易于维护、系统的更新,各层服务实现的改变对于系统的其他部分透明,如改变登机过程不影响系统的其他部分,计算机网络和因特网概述,76,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，并满足各种业务的需求的一种粘合剂，它营造了一种“生存空间”,任何厂商的任何产品、以及任何技术只要遵守这个空间的行为规则，就能够在其中生存并发展。,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,?,计算机网络和因特网概述,77,层次结构方法要解决的问题,1.,网络应该具有哪些层次？每一层的功能是什么？（,分层与功能,）,2.,各层之间的关系是怎样的？它们如何进行交互？（,服务与接口,）,3.,通信双方的数据传输要遵循哪些规则？（,协议,）,层次结构方法包括三个内容：分层及每层功能，服务与层间接口，协议,。,计算机网络和因特网概述,78,因特网协议栈,应用,:,支持网络应用,FTP, SMTP, STTP,运输,:,主机到主机数据传输,TCP, UDP,网络,:,从源到目的地数据报的选路,IP,选路协议,链路,:,在邻近网元之间传输数据,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,计算机网络和因特网概述,79,source,application,transport,network,link,physical,H,t,H,n,M,segment,H,t,datagram,destination,application,transport,network,link,physical,H,t,H,n,H,l,M,H,t,H,n,M,H,t,M,M,network,link,physical,link,physical,H,t,H,n,H,l,M,H,t,H,n,M,H,t,H,n,M,H,t,H,n,H,l,M,router,switch,Encapsulation,message,M,H,t,M,H,n,frame,计算机网络和因特网概述,80,第,1,章 要点,1.1,什么是因特网？,1.2,网络边缘,1.3,网络核心,1.4,网络接入和物理媒体,1.5,因特网结构和,ISP,1.6,分组交换网络中的时延和丢包率,1.7,协议层次与服务模型,1.8,历史,计算机网络和因特网概述,81,因特网历史,1961:,Kleinrock,排队表明了分组交换的效能,1964:,Baran,在军事网络中的分组交换,1967:,由,高级研究项目局 构想的,ARPAnet,1969:,首个,ARPAnet,节点运行,1972:,ARPAnet,对公众演示,NCP (,网络控制协议,),第一个主机到主机协议,第一个电子邮件程序,ARPAnet,有,15,个节点,1961-1972:,早期分组交换原则,计算机网络和因特网概述,82,因特网历史,1970:,在夏威夷的,ALOHAnet,卫星网络,1973:,Metcalfe,s,博士论文提出了以太网,1974:,Cerf,和,Kahn,：互联网络的体系结构,20,世纪,70,年代后期：,专用体系结构,: DECnet, SNA, XNA,20,世纪,70,年代后期：,交换固定长度的分组,(ATM,先驱,),1979:,ARPAnet,具有,200,个节点,Cerf,的,Kahn,的网络互联原则：,最低限度的，自治的,-,不需要互联网络改变其内部,尽力而为的服务模型,无状态路由器,分布式控制,定义了今天的因特网体系结构,1972-1980:,联网,新的和专用网络,计算机网络和因特网概述,83,因特网历史,20,世纪,90,年代：,ARPAnet,退役,1991:,NSF,为,NSFnet,的商用设置了限制,(1995,退役,),20,世纪,90,年代早期,:,Web,超文本,Bush 1945, Nelson 1960,s,HTML, HTTP: Berners-Lee,1994: Mosaic,以后,Netscape,20,世纪,90,年代,: Web,的商业化,20,世纪,90,年代以后：,更多的招人喜爱的应用：即时讯息 ，,P2P,文件共享,网络安全成为热点,估计,5,千万台主机，,10,亿以上用户,主干链路的速率在,Gbps,级,1990, 2000,年代,:,商业化, Web,新型应用,计算机网络和因特网概述,84,计算机网络和因特网概述,85,小结,涉及大量的素材,!,因特网概述,什么是协议？,网络边缘，核心，接入网,分组交换对比电路交换,因特网,/ISP,结构,性能：丢包率，时延,分层和服务模型,历史,你现在已经,:,前因后果，概述，,“,感受,”,网络,后面有更深入的细节,