计算机网络之Internet概述

1、第一讲 远看Internet,1-1,硬件组成： 终端系统（计算机，服务器，手机，网络电视等） 通讯连接（光纤，铜缆，广播，卫星传输等） 包交换设备（路由器，交换机） 软件组成： 分布式应用系统（WWW，电子邮件，电子商务，网络游戏，网上聊天，IP电话，网络会议，文件共享等等） 运行在网络终端系统上。,Internet的基本 硬件hardware 与 软件software 组成。,Internet的组成部分,什么是互联网 Internet？,第一讲 远看Internet,1-2,知识点：比特与字节,比特是网络通信技术中的最小单位。（bit 位） 字节是计算机内部存储文件的最小单位。（Byte

2、字节）,注意：B/s 的含义是字节/每秒，b/s 的含义是比特/每秒。 1KB= 1024Byte 1Kb = 1024bit1MB= 1024KByte1Mb = 1024Kbit1GB= 1024MByte 1Gb = 1024Mbit,1 MB/s = 8 Mb/s 对不对？,第一讲 远看Internet,1-3,带宽是通信信道频率上界与下界之间的差值。 带宽在传统的通信工程中，通常以赫兹（Hz）为单位计量。 在计算机网络中，使用每秒传输多少位（比特）作为带宽的计量单位， 即数字信道所能传送的“最高数据传输率”。 数据传输中，数据是串行传输的，即一个比特接一个比特地传输。 数据传输速率的

3、单位是比特/每秒 (b/s 或bps) bits per Second,知识点：带宽,第一讲 远看Internet,1-4,可靠的面向连接服务 connection-oriented reliable service 提供从发送终端到接收终端，按数据顺序、以及数据完整性传输的服务。,Internet可以看做为一个 网络基础设施， 对其上的应用系统提供两种通讯服务。,不可靠的无连接服务 connectionless unreliable service 提供从发送终端到接收终端，不确保数据顺序、以及数据完整性的传输服务。,Internet提供的服务,什么是互联网 Internet？,第一讲 远看

4、Internet,1-5,分布式应用系统,提供服务: 无连接、面向连接 的通讯服务,一个应用系统可能使用其中 一个或两个服务。,Internet可以看做为一个网络基础设施，对其上的应用系统提供两种通讯服务。,Internet提供的服务,什么是互联网 Internet？,第一讲 远看Internet,1-6,小结：什么是网络协议？,第一讲 远看Internet,1-7,Internet的结构：网络的网络,ISP 互联网服务提供商（Internet Service Providers） 终端系统是通过ISP连接到Internet的。 （例如：中国电信，中国网通，长城宽带，铁通等国内ISP） 每个I

5、SP都提供一个由不同包交换设备和通讯连接组成的网络， 它给网络终端系统提供不同的接入服务。 （例如：拨号上网、ISDN、ADSL、无线上网、 宽带连接等不同接入服务方式。） 各ISP有简单的等级划分，各自独立管理运营。 一级ISP、二级ISP、三级ISP,第一讲 远看Internet,1-8,1级 ISP,1级 ISP,1级 ISP,一个数据包经过许多网络!,Internet的结构：网络的网络,第一讲 远看Internet,1-9,网络边缘,终端系统（或主机）组成： 在网络的边缘（硬件） 包括：计算机，服务器，IP电话等。 运行应用程序（软件） 包括：Web, Email, 网络游戏， 网络聊

6、天等应用 终端系统上应用程序的两种运行模式： 客户机/服务器 模式 (C/S Client/Server) 点对点 模式 (P2P Peer-to-Peer),第一讲 远看Internet,1-10,应用程序运行模式,1、客户机/服务器模式 C/S 客户机：请求服务、获得服务， 主机+应用程序软件（客户端） 服务器：提供服务，始终保持在线. 主机+应用程序软件 ( 服务器端 ) 例如： Web 服务器 / Web 浏览器; Email 客户机 / Email 服务器; FTP 文件传输； 远程登陆等。,Web服务器,Web 浏览器,网络边缘,第一讲 远看Internet,1-11,2、点对对模

7、式 P2P Peer to Peer： 对等互联网络技术 客户机同时兼做服务器。 几乎没有专用在线的服务器。 例如: BT, eMule等； （基于P2P技术的文件共享软件） QQ, Skype （ 网络视频电话）,应用程序运行模式,网络边缘,第一讲 远看Internet,1-12,网络核心的两种构建方式,电路交换：Circuit Switching 为每一次通信设置专门线路。 在通信的两终端之间，通讯路径 中所有的网络资源（网络连接等） 在一次通信中完全被占用。 举例：预订饭店（饭桌：资源）,分组交换：Packet Switching 数据划分成分离的“数据块” 通过网络传送，通讯中的资源不

8、被占用。 举例：不预订（饭桌：资源），随时去，可能到了有位，可能排队。,Internet : 分组交换，无连接 公用电话交换网： 电路交换，有连接。,网络核心,第一讲 远看Internet,1-13,1、电路交换,两终端之间的资源被“通信”占用 资源独占：不能共享，浪费！ 确保传输性能，延迟少 需要 “呼叫” 设置 电路交换三个过程： 1. 建立连接 2. 数据传输 3. 释放连接 相对Internet分组交换来说电路交换 浪费资源（带宽 bandwidth）。 举例：打电话不说话，资源就闲置着。,网络核心,第一讲 远看Internet,1-14,多路复用的基本思想： 把公共共享信道用某种方法

9、划分成多个子信道， 每个子信道传输一路数据。 链路 Link： 物理通路。 信道 Channel: 指定线路上传输一路信号的链路的一部分。 一条链路可以有N个信道。,共享信道,1条链路，3个信道,多路复用,网络核心,第一讲 远看Internet,1-15,频分复用FDM （Frequency Division Multiplexing） 按频率划分出不同的信道， 应用：电话、无线广播 AM或FM，有线电视 CATV。 波分复用WDM （Wave Division Multiplexing） 按波长划分出不同的信道， 应用：用于光纤传输（类似频分，传输模拟信号） 时分复用TDM （Time Di

10、vision Multiplexing） 按时间划分出不同的信道， 应用：在通信网络中应用极为广泛 码分复用CDM （Code Division Multiplexing） 按地址码划分出不同的信道， 应用：移动，CDMA，非常有发展前途,多路复用的方法,CDMA （ Code Division Multiple Access 码分多址 ）,网络核心,第一讲 远看Internet,1-16,多路复用技术：FDM 频分多路复用,FDM 是用来组合信号的模拟多路复用技术。 把整个链路带宽（Hz）划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道，给每个用户分配一个频率通道进行传输数据。 频率通道之间留

11、有防护频带，以保证各个频带互相隔离不会交叠。 举例：高速公路，不同的车道,网络核心,第一讲 远看Internet,1-17,CH2,CH1,CH3,原带宽,CH1,CH2,CH3,移频后带宽,CH1,CH2,CH3,带宽复用信号,f,复用器,0 4,20 24kHz,24 28kHz,28 32kHz,20 32,假定：一个语音信道占用的带宽是4kHz，要将三个语音信道合并到一条带宽为12kHz(20kHz32kHz)的链路。,多路复用技术：FDM 频分多路复用,网络核心,第一讲 远看Internet,1-18,数字信号,1Mbps,数字信号,1Mbps,数字信号,1Mbps,数字信号,1Mb

12、ps,模拟信号,250kHz,模拟信号,250kHz,模拟信号,250kHz,250kHz,例如: 有5个信道，每个占用的带宽是100kHz，全部进行多路转换。 如果信道之间需要10kHz的防护频带以防止干扰，则链路的最 小带宽是多少？,解答: 5个信道，至少需要4个防护频带。 链路的最小带宽： 5 x 100 + 4 x 10 = 540 kHz,例如: 卫星通道是模拟的。有4个数据信道 (每个信道传输速率是1Mbps), 占用1MHz的卫星通道。使用FDM设计一种合理的配置。,模拟信号,FDM,1MHz,调制,调制,调制,调制,多路复用技术：FDM 频分多路复用,网络核心,第一讲 远看In

13、ternet,1-19,例如：基于电路交换网络，从主机A到主机B传送一个大小为640Kb文 件需要多少时间? 链路总带宽 1.536 Mbps 使用频分复用FDM 24 channels/frequencies 线路建立需要 0.5 sec,解： 1.536（总带宽） / 24（复用分割数） = 0.064Mbps = 64Kbps 640Kb（文件大小） / 64Kbps（传输速度） = 10sec （传输时间） 10（传输时间）+ 0.5（线路建立时间）= 10.5 sec（传输总时间）,多路复用技术：FDM 频分多路复用,网络核心,第一讲 远看Internet,1-20,TDM：是合并数

14、据数字多路复用技术。 时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信号在不同时间内传送； 即将整个传输时间分为许多时间分隔（Slot time，又称为时隙），每个时间片被一路信号占用。 TDM就是通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一条线路传送多路信号的。,多路复用技术：TDM 时分多路复用,网络核心,第一讲 远看Internet,1-21,TDM 时分多路复用，线路上的每一短暂时刻只有一路信号存在， 而频分多路复用是同时传送若干路不同频率的信号。,A2,A1,A3,原始信号,D2,D1,D3,数字化信号,复用后的数据流,时隙号,1,2,3,1,D3,D2,D1,时间片1,2,

15、时间片2,D1,时隙,D2,复用器,t,多路复用技术：TDM 时分多路复用,网络核心,第一讲 远看Internet,1-22,例如：基于电路交换网络，从主机A到主机B传送一个大小为640Kb文 件需要多少时间? 链路总带宽 1.536 Mbps 使用时分复用TDM 24 slots/sec 线路建立需要 0.5 sec,解： 1.536（总带宽） / 24（复用分割数） = 0.064Mbps = 64Kbps 640Kb（文件大小） / 64Kbps（传输速度） = 10sec （传输时间） 10（传输时间）+ 0.5（线路建立时间）= 10.5 sec（传输总时间）,多路复用技术：TDM

16、时分多路复用,网络核心,第一讲 远看Internet,1-23,网络核心的两种构建方式： 电路交换：circuit switching FDM 频分多路复用技术 TDM 时分多路复用技术 分组交换：packet switching 通讯中的资源不被占用。 被传输的数据包通过网络进行传输。 举例：不预订（饭桌：资源）， 随时去，可能到了有位，可能排队。,2、分组交换,Internet : 分组交换 公用电话交换网：电路交换,网络核心,第一讲 远看Internet,1-24,每个端对端的数据流分割为若干定长的数据分组或数据包 packet；数据包从发送到接收要通过通讯连路与包交换设备；数据包一次移

17、动一跳（即经过一个包交换设备）；每个包交换设备，接收到完整的数据包后转发数据包；每个数据包占用所有连接带宽。,2、分组交换（ 即包交换 Packet Switching ）,网络核心,第一讲 远看Internet,1-25,分组交换采用储存与转发 Store-and-Forward Transmission 的传输方式 存储转发传输，必须等待完整的包接收到以后才可开以转发。 产生存储转发延迟。 每个包交换设备有许多连接，每个连接提供输出缓冲，存储等待发送出去的数据包。如果新的数据包到达，包交换设备忙着发送别的包，就要排队（排队延迟），如果队满了，就产生数据包丢失。 （举例：包丢失就象到饭店，顾

18、客看饭店人满了，就走了。）,2、分组交换,网络核心,第一讲 远看Internet,1-26,分组交换网分: 数据报网络（无连接的交换） 虚电路网络（面向连接的交换）,Internet是一个数据报网络!,2、分组交换,X.25，帧中继，ATM是虚电路网络。,网络核心,第一讲 远看Internet,1-27,2、分组交换：数据报网络,数据报网络 Datagram Network 是按照接收数据的目的主机地址（IP地址）来传送数据报的。 每个数据报的头部信息中载有目的地址，确定下一跳 在通信中路径可能改变 路由器不为每一连接保持连接状态信息 （举例：司机不看地图，边开车，边问路） （典型的邮局系统：

19、按信封的收信人地址传递）,Internet是一个数据报网络! 因为路由器是按目的主机的IP地址传送数据报的。,网络核心,第一讲 远看Internet,1-28,虚电路网络: Virtual Circuit Network 是按照虚电路代码传送数据报的。 一个虚需电路就是一从发送主机到接收主机的虚拟连接 （包括所有通讯连接与包交换设备）。 每个数据报的头部信息中载有一个虚电路代码 VCID 虚电路代码 决定下一跳 通过呼叫设置固定路径（包括所有通讯连接与交换设备） 路由器为每一连接保持连接状态信息（随连接撤消而删除） （举例：司机出发前查看地图，确定行车路线）,应用：ATM网络用虚电路交换方式。

20、,2、分组交换：虚电路网络,网络核心,第一讲 远看Internet,1-29,Internet 是数据报网络。,网络核心两种构建方式,通信网络,电路交换网络,小结：网络核心,第一讲 远看Internet,1-30,一个协议层可以由软件、硬件，或两者同时完成服务功能。 不同层的协议总合为 协议栈 - protocol stack。,协议栈，服务模式,物理层,数据链接层,网络层,运输层,会话层,表示层,应用层,OSI七层协议 实际生活中从来没有实现过！,物理层,数据链接层,网络层 IP,运输层 TCP,应用层,Internet五层协议,网络接口层,网络层,运输层,应用层,TCP/IP 四层协议,第

21、一讲 远看Internet,1-31,ISO 组织 (International Standards Organization) 20世纪70年代末创建了 OSI 开放系统互联模型 (Open Systems Interconnection) 将网络的结构分为七层协议的模型，每一层完成相关的工作。,物理层,数据链接层,网络层,运输层,会话层,表示层,应用层,物理层,数据链接层,网络层,运输层,会话层,表示层,应用层,发送主机 A,接收主机 B,OSI七层协议,第一讲 远看Internet,1-32,OSI七层协议,第一讲 远看Internet,1-33,应用层: 支持网络各种应用程序 运输层:

22、 主机与主机之间传输数据段 网络层: 从发送端到接收端路由数据报 链路层: 临近的两个结点之间传输帧 物理层: 临近的两个结点之间传输帧中的一位 针对不同的以太网使用不同的物理层标准。,物理层,数据链接层,网络层 IP,运输层 TCP,应用层,Internet协议栈,Internet 协议栈 （使用TCP/IP 协议，在现实网络中广泛使用！）,Internet协议栈,第一讲 远看Internet,1-34,进程,主机,进程,主机,结点,结点,结点,结点,结点,数据链路层,网络层,运输层,运输层：实现进程与进程之间的通信。 网络层：实现主机与主机之间的通信。 数据链路层：实现结点与结点之间的通信

23、。,Internet协议栈,第一讲 远看Internet,1-35,Internet协议栈各层协议,Internet协议栈,应用层：SMTP、HTTP、FTP、DNS,运输层：TCP、UDP,网络层：IP、ICMP、ARP,链路层：以太网Ethernet 802.3、ATM、帧中继 （不同的物理网络标准不同）,物理层：无特定协议 （不同的传输介质标准不同）,所有运行网络层的Internet组成必须运行IP ！,第一讲 远看Internet,1-36,第一讲 远看Internet,1-37,在网络体系结构中，对等层协议之间交换的信息单元统称为 协议数据单元 (PDU, Protocol Data

24、 Unit)。,Internet协议栈：协议数据单元PDU,第一讲 远看Internet,1-38,数据封装：一台计算机要发送数据到另一台计算机，数据首先必须打包，打包的过程称为封装；就是在数据前面加上特定的协议头部信息。,数 据,协议头,上层PDU,本层PDU,数据,协议头,服务数据单元SDU,服务数据单元SDU,下层PDU,Internet协议栈：数据封装,第一讲 远看Internet,1-39,数据,段头,数据,报头,帧头,帧尾,应用层：数据,11010000110000101001011110110,运输层：数据段,网络层：数据报,数据链路层：帧,物理层：比特,电脉冲,数据封装,Internet协议栈：数据封装,第一讲 远看Internet,1-40,数据多层封装,Internet协议栈：数据封装,第一讲 远看Internet,1-41,数据包时延的起因： 数据包到达速度超出连接的输出能力； 数据包在路由器的缓冲池中排队，等待。 注意：数据包完整地被接收后才被发送。,A,B,空闲缓冲块: 因为没有空闲缓冲块， 来到的数据包将丢失。,分组交换网络的性能：时延与丢失,第一讲 远看Internet