计算机网络第一章.ppt

1 Introduction 1 第1讲 计算机网络与因特网概述 本讲目标 了解环境 感觉 网络为课程内容进行铺垫使用方法 全面讲述网络要点使用因特网作为实例 概述 什么是因特网 什么是协议 网络边缘网络核心访问网络 物理介质骨干网络 NAP ISP网络性能 数据丢失 延迟协议分层 服务模型因特网简史 英文版 1 Introduction 2 因特网 工程视角 数以百万计的互联计算设备 主机 端接系统Pc工作站 服务器PDA电话 智能家电运行网络应用程序通信链路光纤 铜缆 无线电 卫星路由器 将数据分组 数据块 转发通过网络 英文版 1 Introduction 3 有趣的因特网设备 世界上最小的网络服务器http www ccs cs umass edu shri iPic html IPtv 基于网络的天气预报烤面包机http dancing 英文版 1 Introduction 4 因特网 工程视角 协议 控制报文的收发e g TCP IP HTTP FTP PPP因特网 万网之网 松散的层次结构公共的Internet 因特网 vs 专有的intranet 内联网 因特网标准RFC RequestforcommentsIETF InternetEngineeringTaskForce 因特网工程部 localISP companynetwork regionalISP 路由器 工作站 服务器 便携机 英文版 1 Introduction 5 因特网 服务的视角 通信基础为以下应用提供服务万维网 电子邮件 游戏 电子商务 资源共享等通信服务包括 面向连接无连接 英文版 1 Introduction 6 什么是协议 人际交往的协议和计算机网络协议 Q 其它人际交往的协议 Hi Hi TCP连接请求 英文版 1 Introduction 7 什么是协议 人们交往的协议 现在几点了 我有个问题 彼此作自我介绍 定义发送的信息 定义信息接收后 或某个事件发生后的动作 网络协议 通信设备之间的交互而不是人们的交往所有在因特网上的通信活动全部是由协议所控制的 协议定义网络实体之间信息收发的格式和顺序 以及信息发送和接收后所需采取的动作 语法 语义 语序或规则 英文版 1 Introduction 8 深入了解网络结构 网络边缘 应用程序和主机网络核心 路由器网中之网接入网 物理媒介 通信链路 英文版 1 Introduction 9 网络边缘 端系统 主机 运行应用程序如 IE EMAIL处于网络的边缘客户端 服务器模式客户端主机发起请求 接受来自服务器的服务e g WWWclient browser serverpeer peermodel 主机对等交互e g BT EMULE 英文版 1 Introduction 10 网络边缘 面向连接的服务 目的 在端系统间进行数据传输 握手 在数据传输之前 作为准备工作 设置系统间的连接Hello helloback人际交往协议建立连接 状态 于两个通信主机之间TCP TransmissionControlProtocol 传输控制协议 因特网面向连接的服务 TCP服务 RFC793 可靠 有序的字节流数据传输数据丢失 应答和重传流量控制 发送端不会将接收端 淹没 拥塞控制 当网络拥塞时发送端须 降低发送速率 英文版 1 Introduction 11 网络边缘 无连接的服务 目标 在端接系统间传输数据与TCP一样 UDP UserDatagramProtocol 用户数据报协议 RFC768 因特网的无连接服务不可靠的数据传输没有流量控制没有拥塞控制 使用TCP的应用程序 HTTP WWW FTP 文件传输 Telnet 远程登录 SMTP email 使用UDP的应用程序 流媒体 视讯会议 IP电话 英文版 1 Introduction 12 TheNetworkCore 路由器连成的网络最根本的问题 数据如何通过网络传送 电路交换 每次连接独享占用电路 电话网分组交换 数据被分块传送 英文版 1 Introduction 13 NetworkCore CircuitSwitching 每次 通话 端到端的资源被预留链路带宽 交换能力专属资源 不共享类似电路的性能需要建立连接 英文版 1 Introduction 14 电路交换 FDMA和TDMA 英文版 1 Introduction 15 网络核心 分组交换 每个端到端的数据流被划分成分组 packet 用户A B的分组可共享网络资源每个分组使用全部的链路带宽资源在必要时才使用 资源竞争 资源可能供不应求拥塞 分组排队 等待链路资源在路由器上存储转发 分组一次移动一个步跳通过链路传输等待下一条链路 英文版 1 Introduction 16 网络核心 分组交换 分组交换vs 电路交换 可以使用饭店的经营方式比喻其他人类社会的生活实例的类比 A B C 10Mb s以太网 1 5Mb s 45Mb s 统计多路 等待输出链路的分组队列 英文版 1 Introduction 17 网络核心 分组交换 分组交换 存储转发的过程 将报文划分成较小的数据块 分组 packets 存储转发 交换机等到整个分组到达完毕后 再进行转发或路由接力Q 如果报文以整个的形式发送又将如何 英文版 1 Introduction 18 分组交换vs 电路交换 1Mb s链路每个用户 100Kb s当 激活 激活时间为10 电路交换 10用户分组交换 对35个用户来说 概率 10个用户同时激活小于0 0004 分组交换使得更多用户可 同时 使用网络 Nusers 1Mbpslink 英文版 1 Introduction 19 分组交换vs 电路交换 在突发性数据传输过程中表现优异资源共享无须事先建立连接过度拥塞 导致分组延迟和丢失需要协议来保障可靠的数据传输 拥塞控制Q 如何在分组交换网中提供电路交换的性能 为音频 视频 audio video 应用提供带宽保障仍然是一个需要解决的问题 英文版 1 Introduction 20 分组交换 路由选择问题 目标 将分组沿路由器从信源送达信宿介绍因特网的路由选择协议 第4章 数据报网络 由信宿地址来决定下一个步跳 hop 在会话过程中 路由可能发生变化比喻 开车问路虚电路网络 每个分组携有标签 虚电路ID 由标签来确定下一个步跳在连接建立阶段确定固定的路由 全部数据通过该路由传递路由器为每个正在通信中的连接维持状态 英文版 1 Introduction 21 Accessnetworksandphysicalmedia Q 如何从端系统连接到边远路由器 住宅接入机构接入无线接入 英文版 1 Introduction 22 居民区访问 点对点访问 拨号访问可达56Kb s对路由器的直接访问 理论上 ISDN 一线通 integratedservicesdigitalnetwork 128Kb s对路由器的全数字化连接ADSL 非对称用户线路 asymmetricdigitalsubscriberline上行可达1Mb shome to router下行可达8Mb srouter to homeADSL的应用 已经普及 英文版 1 Introduction 23 居民区访问 线缆调制解调器 HFC hybridfibercoax 光纤同轴电缆混合网络 非对称 下行可达10Mb s 1Mb s的上行速率光纤同轴电缆混合网络将家庭连接到ISP路由器在若干家庭用户间共享访问带宽关注点 拥塞 规模控制问题发展 由有线电视公司 英文版 1 Introduction 24 居民区访问 线缆调制解调器 Diagram 英文版 1 Introduction 25 单位访问 局域网 公司 大学局域网 LAN 将端系统连接到端接路由器以太网 Ethernet 共享或专线电缆将端系统连接端系统和路由器10Mb s 100Mb s 1Gb s以太网应用 企事业单位 家庭用户普遍使用的LANLAN 第5章 英文版 1 Introduction 26 无线访问网络 共享的无线访问网络连接端系统和路由器无线LAN 使用无线频谱替代网线e g WiFi802 11b11Mb s广域无线访问GPRSCDMA 英文版 1 Introduction 27 家庭接入网 典型家庭接入网络 ADSL或HFC路由器以太网无线AP 无线AP 便携计算机 路由器 解调器 以太网 英文版 1 Introduction 28 物理介质 物理链路 沿链路发送和传输数据的位流有线介质 guidedmedia 信号沿固体介质传播 铜线缆 光纤无线介质 unguidedmedia 信号在大气或外层空间自由传播 e g 无线电 双绞线 TwistedPair TP 两根互相绝缘的铜线三类线 Category3TP 普通电话线 10Mb sEthernet五类线 Category5TP 100Mb sEthernet 英文版 1 Introduction 29 物理介质 同轴电缆 光纤 同轴电缆 芯线 携带信号 为皮线所缠绕 屏蔽层 基带 在一条电缆中只有一路信号宽带 在一条电缆中有多个数据通道双向传输常用在10Mb sEthernet 英文版 1 Introduction 30 物理介质 光纤 光缆 在玻璃纤维中传播光脉冲高速运行 100Mb sEthernet高速点对点传输 e g 5Gb s 低误码率 英文版 1 Introduction 31 物理介质 无线电 使用电磁波谱传送信号不使用物理 导线 双向传输传播环境影响 反射为障碍物所阻隔干扰 无线链路类型 微波e g 可以达到45Mb s的信道LAN e g WiFi 2Mb s 11Mb s广域网 e g 蜂窝电话 e g CDPD 10 sKb s卫星可达50Mb s信道 或多个较小的信道 270Ms的端对端延迟地球同步卫星vs LEOS 英文版 1 Introduction 32 因特网结构 网中之网 粗略的分级主干网例如 Sprint AT T chinanetcom与其它主干网互联地区ISP接入主干网本地ISP 公司接入地区ISPs NBPA NBPB regionalISP regionalISP 英文版 1 Introduction 33 国家主干网 e g Sprint美国主干 英文版 1 Introduction 34 分组交换网络的延迟问题 分组在端到端传输的过程中会经历延迟在每个步跳中产生的延迟可分为四种 结点处理 校验错误确定输出链路排队在输出链路中等待被发送取决于路由器的拥塞程度 英文版 1 Introduction 35 分组交换网络的延迟问题 传输延迟 R 链路带宽 b s L 分组长度 bits 将分组位流发送到链路上的时间 L R 传播延迟 d 物理链路的长度s 介质中的信号传播速度 2x108m s 传播延迟 d s 注意 s和R是完全不同的两个概念 英文版 1 Introduction 36 排队延迟 再议 R 链路带宽 b s L 分组长度 bits a 平均分组到达速率 数据流量的强度 La R La R 0 平均延迟时间很小La R 1 延迟时间变长La R 1 任务 到达的速度超过服务能力 平均延迟趋于无穷 英文版 1 Introduction 37 真正的 因特网的延迟和路由 1cs gw 128 119 240 254 1ms1ms2ms2border1 rt fa5 1 0 gw umass edu 128 119 3 145 1ms1ms2ms3cht vbns gw umass edu 128 119 3 130 6ms5ms5ms4jn1 at1 0 0 204 147 132 129 16ms11ms13ms5jn1 so7 0 0 204 147 136 136 21ms18ms18ms6abilene vbns abilene ucaid edu 198 32 11 9 22ms18ms22ms7nycm wash abilene ucaid edu 198 32 8 46 22ms22ms22ms862 40 103 253 62 40 103 253 104ms109ms106ms9de2 62 40 96 129 62 40 96 50 113ms121ms114ms11renater 62 40 103 54 112ms114ms112ms12nio n2 cssi renater fr 193 51 206 13 111ms114ms116ms13nice cssi renater fr 195 220 98 102 123ms125ms124ms14r3t2 nice cssi renater fr 195 220 98 110 126ms126ms124ms15eurecom 193 48 50 54 135ms128ms133ms16194 214 211 25 194 214 211 25 126ms128ms126ms17 18 19fantasia eurecom fr 193 55 113 142 132ms128ms136ms Traceroute tracert 显示信源到信宿路径上的路由器also pingplotter 各种视窗程序 英文版 1 Introduction 38 协议的 层次 网络是复杂的 诸多 成分 主机路由器各种介质的链路应用程序协议硬件 软件 问题 如何将复杂的网络问题依据一定的规则组织成一定的结构 至少要为讨论网络问题建设一个技术平台 英文版 1 Introduction 39 航空旅行的组织和运作 一系列的步骤 英文版 1 Introduction 40 为什么要分层 对于复杂的系统 显式的结构使得复杂系统的问题定位和不同组成部分之间的关联讨论称为可能分层的参考模型 referencemodel 可用于讨论模块化简化了系统的维护和升级某个层次服务实现对系统的其余部分是透明的e g 改变登机过程不会影响航空旅行的效果分层的做法有没有坏处 英文版 1 Introduction 41 因特网协议栈 计算机网络的原理体系结构 应用层 支持网络应用ftp smtp http传输层 主机进程间的数据传递tcp udp网络层 将数据报从信源传递到信宿ip 路由选择协议链路层 数据在网络上的相邻结点间的传输ppp ethernet物理层 信道上传送的位流 英文版 1 Introduction 42 分层 逻辑通信 每一层 分布式的实体在节点处实现每层的功能实体与对等层的实体间交换信息 英文版 1 Introduction 43 分层 逻辑通信 E g 传输层从应用层接收数据增加地址 检错码等信息形成数据报发送至对等层等待响应类比 邮局 transport transport 英文版 1 Introduction 44 分层 物理通信 英文版 1 Introduction 45 协议分层和数据的封装 每个层次都从上层取得数据加上首部信息形成新的数据单元将新的数据单元传递给下一层次 英文版 1 Introduction 46 因特网简史 1961 Kleinrock 使用排队论证明分组交换网络在数据通信方面的优越性1964 Baran 在军用网络中实现分组交换1967 DARPA构思了ARPAnet1969 首个ARPAnet结点运行 1972 ARPAnet向公众展示NCP NetworkControlProtocol 第一个主机间通信的协议首个电子邮件程序运行ARPAnet有了15结点 1961 1972 早期的分组交换原理 英文版 1 Introduction 47 因特网简史 1970 ALOHAnet卫星网络 Hawaii1973 Metcalfe在其博士论文中建议了Ethernet1974 Cerf和Kahn 提出网络互连的体系结构late70 s 厂家标准 DECnet SNA XNAlate70 s 交换固定长度的分组 ATM的先驱 1979 ARPAnet有了200结点 Cerf和Kahn s网络互连的原则 minimalism autonomy n