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什么是计算机网络、Internet n QQ n PPlive n MSN n 上网冲浪 n 收发邮件 n 手机Wap上网 n 3 G互联网手机 n … 1
本门课程主要讲什么？ n n 本门课程是计算机网络的导论性课程； 讲授计算网络的基本原理： n n n 路由选择（路由协议）； 差错检测与控制； 流量控制与拥塞控制；. . . 计算机网络的相关实践； Internet的体系架构/协议。 2
本门课程的目的 n 介绍计算机网络的基本概念和协议的分 层体系架构； n 区分不同类型的计算机网络，比如：局 域网、广域网、城域网；电路交换网、 分组交换网以及不同的网络应用模式C/S、 P 2 P(Peer to Peer)； n 介绍TCP/IP协议族； 3
本门课程的目的（续） n n 介绍网络编程，使用TCP/UDP Sockets； 介绍一些常用的网络应用程序，如：ping、 ipconfig、route、tracert；Web server， FTP server等的使用与配置。 4
教材 n n 计算机网络——自顶向下方法与Internet特色， James E. Kurose Keith W. Ross著 陈鸣等译 机 械 业出版社 第四版 Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet (3 rd Edition or 4 th Edition), By J. Kurose & Keith Ross, Higher Education press, 2005 5
参考书 n n Computer Networks: A Systems Approach, 4 th edition, by Larry Peterson and Bruce Davie, China Machine Press, 2007. Computer Networks, 4 th edition, by Andrew. S. Tanenbaum, Qinghua University Press, 2004. (有中文版) 6
课程安排 第一部份：计算机网络与因特网（书上第一章） n 什么是Internet? 什么是协议? n 网络边缘、网络核心、网络接入 n 物理媒体 n 时延和分组丢失 n 协议层次和服务模型 n 计算机网络和因特网的历史 7
课程安排（续） 第二部份：应用层（书上第二章） n 应用层协议原理 n Web协议和HTTP协议 n FTP协议 n 因特网络的电子邮件协议 n 因特网中的目录服务：DNS n Socket网络编程 8
课程安排（续） 第三部份：传输层（书上第三章） n 传输层服务和原理 n 多路复用与多路分解 n 无连接传输：UDP n 面向连接传输：TCP n 拥塞控制原理 n TCP拥塞控制 9
课程安排（续） 第四部份：网络层（书上第四章） n 网络服务模型 n 虚电路和数据报网络 n 路由器 作原理 n IP协议 n 选路算法 n 因特网中的选路 10
课程安排（续） 第五部份：链路层和局域网（书上第五章） n 链路层服务 n 差错检测和纠错技术 n 多路访问协议 n 链路层编址（MAC） n 以太网 n Hubs, Bridge and Switches n PPP：点对点协议 11
成绩 平时(点名)+期中考试+作业+实验+期末考试=总成绩 12
第一章 计算机网络 和Internet 13
第一章: 计算机网络和Internet 目标: n 理清本书章节关系 n 直观感受计算机网络, 了解计算机网络术语 n 后续章节深入、详细展开 n 方法途径: n 简单描述 n 以Internet为实例 14
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 15
1. 1 什么是Internet？ ü 首先补充“计算机网络”定义：两台以上具有 独立操作系统的计算机通过某些介质连接成 的相互共享软硬件资源的集合体。 ü 对于Internet，无法给出一个明确的定义。 ü 无论是从它的硬件和软件组件上看，还是从 它所提供的服务上看，都很复杂。 16
1. 1. 1 什么是Internet: 具体构成描述 n 主机hosts或端系统endsystems： 数以亿计的计算设备互连 n n 主机-PCs, workstations, servers 端系统-PDAs, phones, 家用电器 等 router server 区域ISP 通信链路 n n n mobile 本地ISP 运行着各种网络应用程序 n workstation 双绞线, 光纤, 无线电频谱, 卫星 传输速率 = 带宽 路由器和交换机: 转发分组 (包) 公司网络 17
1. 1. 1 什么是Internet：具体构成描述（续） n Internet: “由网络构成的网络” n n n 协议控制发送和接收消息, n n 松散分层 公共Internet与专用intranet router server n mobile 本地ISP e. g. , TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet标准 n workstation IETF: Internet Engineering Task Force 因特网 程任务组 RFC: Request for comments 请求评论 区域ISP 公司网络 18
1. 1. 2 什么是Internet: 服务上描述 n 通信基础设施 允许终端系统上运行分布式应用程 序，并彼此交换数据: n n Web, email, games, e-commerce, database, VOIP, P 2 P file sharing 为分布式应用程序提供的通信服务: n n n 无连接服务connectionless 面向连接服务connection-oriented 不提供数据传递时间保证（发送端到接 收端）的服务 19
1. 1. 3 什么是协议? 人类活动的类比: n “what’s the time? ” Hi n “I have a question” Hi … 发送特定报文 … 当收到报文或发生其 他事件时，采取特定 的行动（响应） Got the time? 2: 00 time 20
1. 1. 3 什么是协议? 网络协议: n n 计算机代替人 Internet中所有的通信 活动均由协议来支配 协议：定义了两个或多个通信 实体间所交换报文的格式和次 序，以及在报文发送和/或接 收或者其他事件方面所采取的 time 行动（响应）。 协议的基本要素：语法、语义 和同步 TCP connection req TCP connection response Get a file <file> 21
1. 1. 3 什么是协议? （续） n 语法：通信数据和控制信息的结构与格式。 n 语义：对具体事件应发出何种控制信息，完 成何种动作以及做出何种应答。 n 同步：对事件实现顺序的详细说明。 22
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 23
网络的结构组成: n 网络边缘部分: 网络应用程序和主机 /端系统 n 网络核心部分: n n n 路由器 由网络构成的网络 接入网络和物理介质: 通信链路 24
1. 2. 1 端系统、客户和服务器 n 端系统 (/主机) n n 客户/服务器C/S模型 n n n 运行网络应用程序 处在网络的边缘 传统主机/网络计算机和瘦客户 客户请求，并接收服务器提供的 服务 e. g. Web browser/server; email client/server 端对端模型peer-peer model n n 极少或不采用专门服务器 e. g. Gnutella, Ka. Za. A 25
1. 2. 2 因特网提供的服务 n 因特网为端系统应 用程序提供了哪些 服务呢？ 26
1. 2. 2. 1 面向连接的服务 目的: 在端系统间可靠地传送数据。 n n 面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放 这三个阶段。 连接建立（握手）: 客户和服务器事先进入戒备状 态，为接下来的分组交换做好准备 n n 如同Hello, hello back 这样的人类电话通信 建立“连接” ，在两个彼此通信的端系统之间 27
![1. 2. 2. 1 面向连接的服务（续） TCP 服务（Transmission Control Protocol ）— —Internet的面向连接的服务[RFC 793] n 可靠、顺序、字节流传输:](https://present5.com/presentation/4634655ebf9bf65681ba1529eba8162d/image-28.jpg "1. 2. 2. 1 面向连接的服务（续） TCP 服务（Transmission Control Protocol ）— —Internet的面向连接的服务[RFC 793] n 可靠、顺序、字节流传输:")
1. 2. 2. 1 面向连接的服务（续） TCP 服务（Transmission Control Protocol ）— —Internet的面向连接的服务[RFC 793] n 可靠、顺序、字节流传输: n n 流量控制: n n 丢失: 确认和重传 发送者不至于淹没接收者 拥塞控制: n 当网络拥塞时发送者降低发送速率 28
1. 2. 2. 2 无连接服务 目的: 在端系统间传送数据。 两个实体之间的通信不需要先建立好 连接。 n 是一种不可靠的服务。这种服务常 被描述为“尽最大努力交付”(best effort delivery)或“尽力而为”。 n UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: Internet 无连接服务 n 不可靠数据传输 n 无流量控制 n 无拥塞控制 使用TCP的网络应用: n HTTP (Web), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (email) 使用UDP的网络应用: n 流媒体, 视频会议, DNS, Internet电话 29
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 30
1. 3. 1 网络核心部分 n 相互连接的路由器构成的网络 n 基本原理: 如何在这个网络中 n n 传送数据？ 电路交换: 每次会话预留沿 其路径（线路）所需的独占 资源－－电话网 分组交换: 数据以离散的数 据块通过网络来发送－－分 组交换网 31
1. 电路交换 网络资源（如带宽）被分片 n n 分片分配到会话 分片没有被会话使用的情况下，分片空载(不共享) 电路级性能（有保证） 要求呼叫建立－－建立一个专门的端到端线路(意味着每 个链路上预留一个线路)，即要经过呼叫建立、通信、释 放连接三个阶段 32
1. 电路交换——举例 n A 和 B 通话经过四个交换机 n 通话在 A 到 B 的连接上进行 中继线 A 用户线 ( C ( D ( 交换机 中继线 交换机 交换机 B ( 用户线 33
1. 电路交换——举例 n C 和 D 通话只经过一个本地交换机 n 通话在 C 到 D 的连接上进行 中继线 A 用户线 ( C ( D ( 交换机 中继线 交换机 交换机 B ( 用户线 34
1. 电路交换——链路带宽分片 n 频分多址（Frequency Division Multiple Access）：把信道频带分割为若干更窄的 互不相交的频带（称为子频带），把每个子 频带分给一个用户专用。 n 时分多址（Time Division Multiple Access） ：把信道帧划分为若干不相重叠的时隙，把 每个时隙分配给一个用户。 35
1. 电路交换——链路带宽分片 FDMA Example: 4 users frequency time TDMA frequency time 36
2. 分组交换 每个端到端的数据流被划分成分组 n 所有分组共享网络资源 n 每个分组使用全部链路带宽 n 资源按需使用 带宽分片 独占分配资源 资源预留 37
2. 分组交换 H 4 H 2 注意分组路径的变化！ D 分组交换机 B H 6 主机 H 1 E H 2 向 H 6 发送分组 A C H 3 H 5 H 1 向 H 5 发送分组 分组交换网 38
2. 分组交换 H 2 H 4 在分组交换机 A 暂存 暂存H 5 在结点交换机 C E 在分组交换机 暂存 最后到达目的主机 查找转发表 D 查找转发表 分组交换机 找到转发的端口 B H 1 向 H 5 发送分组 主机 H 1 H 6 E A C H 3 H 5 分组交换网 39
2. 分组交换－统计复用 10 Mbs Ethernet A 统计复用 C 1. 5 Mbs B 等待输出链路 的分组队列 D E A & B 分组没有固定的顺序 è 统计复用（统计复用是根据各 业务的统计特性, 在保证业务质量的情况下, 在各个业务之间动 态分配带宽, 以达到最佳的资源利用率）。 在时分复用中，每个主机获得各TDM循环帧的固定时隙。 40
2. 分组交换 n 资源竞争：资源需求总量可以大于可获得 资源的总量 n 拥塞: 采用分组队列, 等待使用链路 n 存储转发: 分组每次转发 1站 n 在 1个链路上传输 n 每经过1个链路转发 1次 n 转发分组前，要求收到完整分组 41
比较分组交换与电路交换 分组交换允许更多的用户使用网络 ! 假设： n 用户共享 1 Mbps 的链路 n 每个用户: n n n 电路交换: n n 活动期传输率100 kbps 只有10%的时间活动 10 users N users 1 Mbps link 分组交换: n n 如果 35个用户 10个以上活动用户的概率 小于 0. 0004 42
比较分组交换与电路交换 ”分组交换是最后的赢家吗? ” n 大量的突发数据 n 资源共享 n 简单, 不需要建立连接 n 过渡竞争: 分组延迟与丢失 n n 需要可靠数据传输、拥塞控制协议 Q: 如何提供电路级的性能? n n 对于音视频的网络应用需要带宽保障 仍然是 1个没有解决的问题 (chapter 6) 43
2. 分组交换网络有两大类 n n 数据报网络: TCP/IP n 分组目的地址决定下一跳 n 会话期间路由可以改变 n 比方: 驱车逐段问路 虚电路网络: X. 25, FR, ATM n 每个分组有1个标签 (虚电路号, virtual circuit ID), 标签决定下1跳 n 连接建立时确定固定的路径, 并且将保持于整个 会话期间 n 路由器必须为每个连接维护状态信息 44
网络的分类 电信网络 电路交换网络 FDM TDM 分组交换网络 虚电路网络 数据报网络 • 虚电路网络一定是面向连接的。 • 数据报网络既可以提供面向连接的服务也可以提供无连接 的服务。如： Internet为网络应用既提供面向连接的传输 服务 (TCP)，也提供无连接的传输服务(UDP)。 45
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 46
1. 4. 1 接入网络 Q: 如何将终端系统连接 到网络边缘的路由器? 一种粗糙分类： n 住宅接入网络 n 机构接入网络 (学校, 公司) n 无线接入网络 注意: n n 接入网络的带宽(bps)? 共享/独占? 47
1. 住宅接入网络: 点对点接入 n 拨号线路上使用modem n 可达 56 Kbps 直接接入边缘路由器 (实际远小于该值, 数字模拟调制解调) n 不能同时网上冲浪和拨打电话: 不能 一直在线 q ISDN: 窄带综合业务数字网, 数字数据传输, 2 B+D, 128 Kbps ADSL: 非对称数字用户线路（Asymmetric Digital Subscriber Line） 可达 1 Mbps 上行速率 (目前典型 < 256 kbps) 可达 8 Mbps 下行速率 (目前典型 < 1 Mbps) FDM: 50 k. Hz - 1 MHz 高速下行通道 4 k. Hz - 50 k. Hz 高速上行通道 0 k. Hz - 4 k. Hz 普通双向电话通道 48
1. 住宅接入网络: cable modems（线缆调 制解调器） n n HFC: 混合光纤同轴电缆 (hybrid fiber coaxial cable) n 非对称: 可达 2 Mbps 上行速率, 30 Mbps下行 速率 光纤/同轴电缆混网连接家庭住宅到ISP路由器 n n n 各住宅共享到路由器之间的广播信道 引起问题: 拥塞, 规模 部署: 可以通过广电公司提供该网络接入服务 49
Cable Network 体系结构: 概述 Typically 500 to 5, 000 homes cable headend cable distribution network (simplified) home 50
Cable Network体系结构: 概述 cable headend cable distribution network (simplified) home 51
Cable Network体系结构: 概述 server(s) cable headend cable distribution network home 52
Cable Network体系结构: 概述 FDM: V I D E O V I D E O D A T A C O N T R O L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Channels cable headend cable distribution network home 53
2. 机构接入网络: local area networks (LAN) n n 公司/大学局域网 local area network (LAN) 连接端系统到 边缘路由器 以太网Ethernet: n n 共享（共享式以太网）或独占 （交换式以太网）链路连接端 系统和边缘路由器 10 Mbs, 100 Mbps, Gigabit Ethernet, 10 Gbps n 部署: 机构、住宅局域网正在普及 n LANs: chapter 5 54
3. 无线移动接入网络 n n n 共享的无线接入网络连接端系统到 边缘路由器 n 通过基站，即接入点 “access point” 无线局域网wireless LANs: n 802. 11 a/b (Wi. Fi): 2/11 Mbps router base station 广域无线接入网 wide-area wireless access n 由电信运营商提供, 均支持IP n WAP/GPRS或CDMA n 3 G提供超过384 kbps的带宽 mobile hosts 55
家庭网络举例： 典型家庭网络的构建: n ADSL 或 cable modem n router/firewall/NAT n Ethernet n wireless access point wireless laptops 电话网 ADSL router/ firewall Ethernet (switched) wireless access point 56
1. 4. 2 物理介质 n 物理链路: 在发送方和接受方间, 传播位（bit） 信号 n 导引型媒体: n n 信号在固态介质中有向传播, 如：光纤、双绞线和 同轴电缆等 非导引型媒体: n 信号在大气空间或外太空空间自由传播, 如：无线 电 57
1. 4. 2 物理介质-双绞线 两根彼此绝缘、相互缠绕成螺旋状的铜 线。缠绕的目的是减少电磁干扰，提高传 输质量。 Ø 屏蔽双绞线(STP， Shielded Twisted Pair) Ø 非屏蔽双绞线(UTP， Unshielded Twisted Pair) 58
1. 4. 2 物理介质-双绞线 (1). 双绞线: 屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线 UTP 59
1. 4. 2 物理介质：同轴电缆和光纤线缆 (2). 同轴电缆: n n 两根彼此绝缘的同心 导体 双向传输 中心导 体 绝缘 层 网状织 物屏蔽层 外部绝缘 材料层 60
1. 4. 2 物理介质：同轴电缆和光纤 线缆 (3). 光纤线缆: 光纤传导光脉冲, 每个 光脉冲代表 1位 高速传输: 高速点对点传输 ( 可达数十或数百 Gbps) 低误码率: 中继到更远 传输距离 ; 防止电磁 干扰 难以被分光窃听 输入电信号 多模 MMF 单模 SMF 61
2. 物理介质：无线电磁波 (4). 无线链路类型: n n 以电磁频谱承载信号 地面微波 e. g. 达 45 Mbps 信道 没有物理连线 局域无线通道 (e. g. , Wi. Fi) 11 Mbps, 54 Mbps 双向 广域无线通道 (e. g. , cellular) 传播环境的影响: e. g. GPRS, CDMA e. g. 3 G: hundreds of kbps n 多路径衰落－干扰物表面 卫星通信 反射 高达数百Mbps 信道 (或多个 n 盲区衰落－障碍物绕/透 更小的信道) n 干扰－其他电磁信号 250 msec毫秒端到端延迟 地球同步卫星与低轨道卫星 （铱星系统－66颗低空卫星） 62
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 63
1. Internet结构组成: 网络的网络 n n 松散分层，由众多网络构成的网络 构成Internet核心主干: “第一层” ISPs ＝NSP国家/国际 级ISP(e. g. , UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), 覆 盖国际区域的 n NSP彼此对等，直接互连或通过网络接入点互连 第一层提供 专用对等互连 第一层ISP 第一层也提供公用 的网络接入点 (NAPs) NAP 第一层ISP 64
3. 第二层ISP(区域级ISP): n “第二层” ISPs: 较小的(通常是区域级的) ISPs n 连接到 1个或多个 tier-1 ISPs, 也可能连接其他 tier-2 ISPs q第二层ISP需要 第二层ISP 向第一层ISP付费 q第二层ISP是第 一层ISP的客户 第二层ISP 第一层ISP 第二层ISP之间 可以使用专用对 等点互连，或使 用NAP互连 NAP 第一层ISP 第二层ISP 65
4. Tier-3 ISP(本地ISP): n “Tier-3” ISPs and local ISPs n 最后的接入网络 (最接近端系统) local ISP Local and tier - 3 ISPs are customers of higher tier ISPs connecting them to rest of Internet Tier 3 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP NAP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP 66
5. Internet结构组成与分组传送 n 一个分组可能要穿越很多网络 local ISP Tier 3 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP NAP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP 67
68
中国教育科研计算机网络拓扑图 69
CERNET 2网络结构 n n n 主干网和用户网 二级结构，采用 纯IPv 6协议 主干网用 2. 510 Gbps的传 输 速率, 连接分布在 北京、上海、广 州、杭州等20个 城市的核心节点。 路由协议BGP 4+、 OSPFv 3 70
71
IP DSLAM的接入 IP CORE IP 城域网 PSTN SWITH GE BRAS SWITH FE FE DSLAM 72
ADSL拨号 PSTN ADSL 接入网络 IP网络 BRAS RADIUS Server DSLAM RTU DSLAM：Digital Subscriber Line Access Multiplexer，数字用户线接入复用设备。 BRAS：Broadband Remote Access Server, 宽带远程接入服务设备)， 认证报文 业务报文 73
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 74
1. 6 分组丢失和延迟是如何产生的? 路由器分组缓冲区队列 n 分组到达输出链路的速率超过输出链路的容量, 产 生延迟, 甚至丢失 n 分组在缓冲区队列排队, 按序等待 分组传输 (时延) A B 分组排队 (时延) 空闲缓冲区: 如果没有空闲缓冲区， 则到达的分组将被丢失。 75
分组延迟的4种类型 2. 排队时延 1. 节点处理时延 queueing delay: nodal processing delay: 等待被发送到输出链路 n 检查错误位 上的时间 n 选择输出链路 n 高速路由器处理延迟－微妙 取决于路由器的拥塞程 级 度 传输 A 传 播 B 节点处理 排队等待 76
3. 传输时延 Transmission delay: n R=链路带宽 (bps) n L=分组长度 (bits) n 发送分组比特流的时 间 = L/R 4. 传播时延 Propagation delay: n n n 传输 A d = 物理链路的长度 s = 介质的信号传播速 度 (~2 x 108 m/sec) 传播延迟 = d/s 注意: s和R是两个完全不同 的速度参量! 传 播 B 节点处理 排队等待 77
车队举例 100 km 10辆小车 n n 收费站 小车速度 100 km/hr 收费站 12 sec 服务 1 辆小车 (transmission time) 收费站 n n 小车~bit; 车队 ~ packet Q: 整个车队到达第 2个 收费站的时间? 100 km n 整个车队通过收费站进 入高速公路的时间 = 12*10 = 120 sec 最后1辆小车从第 1个 收费站到第 2个收费站 的时间: 100 km/(100 km/hr) = 1 hr A: 62 minutes 78
100 km 10辆小车 n n n 收费站 小车速度 1000 km/hr 收费站 n 收费站 1 min 服务 1辆 小车 Q: 在所有小车收费全部 收费完成以前，有小车 到达第 2个收费站吗 ? 100 km n Yes! 7 min后, 第 1辆小 车到达第 2个收费站，还 有3辆小车在第 1个收费 站（汽车的行驶时延是 6 min） 分组在被第 1个路由器发 送完以前，分组的第 1个 位 可以传播到第 2个路 由器! 79
总的节点延迟 n dproc = 节点处理时延－nodal processing delay n n dqueue = 排队时延－queuing delay n n 取决于路由器的拥塞程度 dtrans = 传输时延－transmission delay n n 典型几个微妙或更小 = L/R, 低带宽链路比较显著 dprop = 传播时延－propagation delay n 几个微妙到数百毫秒（卫星通信高传播延迟） 80
排队时延(详解) n n n R=链路带宽 (bps) L=分组长度 (bits) a=平均分组到达率 average packet arrival rate 流量强度 traffic intensity = La/R ~ 0: 分组稀疏到达, 无队列, 平均排队延迟极小接近于0 La/R > 1: 输出队列平均位到达速率超过送走这些位的极限速 率，输出队列持续增长，排队延迟趋于无穷大。 81
真实的Internet 时延和路由 n n 真实的Internet分组时延和丢失看起来怎么样呢? Traceroute 程序: 提供从源节点至目的节点路径 上所有路由器的延迟测量. 对所有 router i: n n 发送3个分组到源节点至目的节点路径沿路所有路由器 （ router i ） 路由器（router i ）将返回发送者3个分组 发送方在发送和响应期间计时 推荐访问http: //www. traceroute. org 3 probes 82
真实的Internet 延迟和路由 traceroute: gaia. cs. umass. edu to www. eurecom. fr Three delay measements from gaia. cs. umass. edu to cs-gw. cs. umass. edu 1 cs-gw (128. 119. 240. 254) 1 ms 2 border 1 -rt-fa 5 -1 -0. gw. umass. edu (128. 119. 3. 145) 1 ms 2 ms 3 cht-vbns. gw. umass. edu (128. 119. 3. 130) 6 ms 5 ms 4 jn 1 -at 1 -0 -0 -19. wor. vbns. net (204. 147. 132. 129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn 1 -so 7 -0 -0 -0. wae. vbns. net (204. 147. 136) 21 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 越洋链路 8 62. 40. 103. 253 (62. 40. 103. 253) 104 ms 109 ms 106 ms trans-oceanic 9 de 2 -1. de. geant. net (62. 40. 96. 129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 96. 50) 113 ms 121 ms 114 ms link 11 renater-gw. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 103. 54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n 2. 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 r 3 t 2 -nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 110) 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne. r 3 t 2. ft. net (193. 48. 50. 54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194. 211. 25 (194. 211. 25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * means no reponse (probe lost, router not replying) 18 * * * 19 fantasia. eurecom. fr (193. 55. 113. 142) 132 ms 128 ms 136 ms 83
分组丢失 n 路由器输出链路入口点的缓冲区输出队 列容量有限 n 当分组到达路由器输出队列发现缓冲区 队列已满，路由器只好丢弃分组 n 丢失的分组可能被前路由节点、源节点 重传，或不重传 84
端到端延迟 前面集中讨论单台路由器中的延迟 假设 1. 源到目的端之间存在Q-1个路由器 2. 无拥塞(从而忽略不计排队延迟） 所有节点延迟累加＝端到端延迟 85
端到端延迟 86
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 87
1. 7. 1 分层的体系结构 Internet极端复杂: n hosts n routers n links of various media n applications n protocols n hardware, software 88
民航系统飞机旅行的过程 机票(购买) 机票(投诉) 行包 (托运) 行包 (认领) 登机口 (登机) 登机口 (离机) 跑道起飞 跑道着路 导航飞行 飞机导航 89
民航系统功能的水平分层 分层: 每层实现一个服务 n 自己本层的具体实现 n 依赖于直接下层提供的服务 90
为什么要分层? 处理复杂的系统: n n n 清楚的结构允许我们对大型复杂系统定义其特定 部分，探讨其各部分的关系 n 分层参考模型的讨论 模块化使得系统的维护、升级简化 n 改变其某一层服务的具体实现对系统其余部分 透明（不影响） n e. g. , 改变登机口程序（不影响系统其余部分） 分层的弊端? 各层可能重复较低层功能. . . 91
计算机网络分层要考虑哪些内容？ 1、分多少层？ 2、每一层实现什么样的功能？ 3、每一层的功能放在哪里实现，由谁完成？ 92
应用系统问题？ 网络路由问题？ 两个应用程序 通信问题？ 每一条链路上通 讯问题？ 93
网际协议栈 n 应用层application: 支持网络应用， 报文传送 n n 传输层transport: 主机进程间数据段传送 n n 主要是IP协议, 路由协议 … 链路层link: 相邻网络节点间的数据帧传送 n n TCP, UDP 网络层network: 主机(源目标节点)间分组传送 n n FTP, SMTP, STTP … 5 应用层 message 4 运输层 segment 3 网络层 datagram 2 数据链路层 1 物理层 frame bit PPP, Ethernet … 物理层physical: 物理介质上的比特传送 94
source application transport network link physical 各层功能实现位置 link physical 交换机 destination application transport network link physical 路由器 95
分层: 逻辑通信 各层: n 分布式 n 在各节点的网络实 体(entities) 实现 了各层的功能 主机实现 5层功能， 路由器和交换机实 现 2 -3层功能。 n 网络实体完成功能 动作, 对等实体交换 消息 application transport network link physical 实体: 定义自身功能的硬/软件的集合 对等实体: 两台计算机上同一层所属 对等实体 的程序、进程或实体称为该层的对等 程序、对等进程或对等实体。 network link physical application transport network link physical 96
分层: 逻辑通信 E. g. : 传输层 n n 从应用层获取 消息 添加地址可靠 校验等，创建 报文段 n 发送报文段 n 等待对方应答 data application transport network link physical ack data network link physical application transport network link physical data application transport network link physical 97
分层: 物理通信 data application transport network link physical application transport network link physical data application transport network link physical 98
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 5 计算机 2 应用进程数据先传送到应用层 加上应用层首部，成为应用层 PDU AP 2 5 4 4 3 3 2 2 1 1 99
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 AP 1 5 应用层 PDU 再传送到运输层 5 4 加上运输层首部，成为运输层报文 4 3 3 2 2 1 1 100
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 AP 1 5 5 4 运输层报文再传送到网络层 4 3 加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组） 3 2 2 1 1 101
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 AP 1 5 5 4 4 3 IP 数据报再传送到数据链路层 3 2 加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧 2 1 1 102
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 AP 1 5 5 4 4 3 3 2 数据链路层帧再传送到物理层 2 1 最下面的物理层把比特流传送到物理媒体 1 103
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 AP 1 5 5 4 4 3 3 2 1 电信号（或光信号）在物理媒体中传播 从发送端物理层传送到接收端物理层 n 2 1 应用层(application layer) 物理传输媒体 104
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 计算机 2 AP 2 5 5 4 4 3 3 2 2 1 物理层接收到比特流，上交给数据链路层 1 105
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 计算机 2 AP 2 5 5 4 4 3 3 2 数据链路层剥去帧首部和帧尾部 2 取出数据部分，上交给网络层 1 1 106
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 计算机 2 AP 2 5 5 4 4 3 网络层剥去首部，取出数据部分 3 上交给运输层 2 2 1 1 107
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 计算机 2 AP 2 5 5 4 运输层剥去首部，取出数据部分 4 上交给应用层 3 3 2 2 1 1 108
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 计算机 2 AP 2 5 应用层剥去首部，取出应用程序数据 5 上交给应用进程 4 4 3 3 2 2 1 1 109
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 我收到了 AP 1 发来的 应用程序数据！ 计算机 2 AP 2 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 110
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次 应用层首部 AP 1 5 4 3 2 1 运输层首部 计算机 2 AP 2 应用程序数据 H 5 应用程序数据 5 H 4 H 5 应用程序数据 H 3 H 4 H 5 应用程序数据 链路层 尾部 4 H 3 H 4 H 5 应用程序数据 T 2 2 10100101 比 特 流 110101 1 网络层首部 链路层 首部 H 2 3 111
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 AP 1 5 5 4 4 计算机 2 的物理层收到比特流后 交给数据链路层 3 2 1 3 T 2 2 10100101 比 特 流 110101 1 H 2 H 3 H 4 H 5 应用程序数据 112
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 AP 1 5 4 5 数据链路层剥去帧首部和帧尾部后 把帧的数据部分交给网络层 3 2 1 H 3 H 2 H 4 H 5 应用程序数据 3 应用程序数据 H 3 4 T 2 2 1 113
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 5 计算机 2 网络层剥去分组首部后 把分组的数据部分交给运输层 5 H 4 4 3 AP 2 H 3 H 5 应用程序数据 4 H 5 应用程序数据 3 2 2 1 1 114
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 运输层剥去报文首部后 把报文的数据部分交给应用层 AP 2 H 5 5 4 计算机 2 H 4 应用程序数据 5 H 5 应用程序数据 4 3 3 2 2 1 1 115
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 计算机 2 应用程序数据 AP 1 5 4 3 H 5 应用程序数据 应用层剥去应用层 PDU 首部后 把应用程序数据交给应用进程 AP 2 5 4 3 2 2 1 1 116
计算机 1 向计算机 2 发送数据 计算机 1 AP 1 我收到了 AP 1 发来的 应用程序数据！ 计算机 2 AP 2 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 117
第一章: 内容大纲 1. 1 1. 2 1. 3 1. 4 1. 5 1. 6 1. 7 1. 8 什么是Internet? 网络边缘部分 网络核心部分 接入网络和物理介质 Internet主干/ISPs的结构组成 分组交换网络中的延迟和丢失 协议层及其服务模型 计算机网络和Internet发展史 118
计算机网络和Internet发展史 如果说 18世纪是机械时代，19世纪是蒸汽机时代，人类 用机器来代替手。那么20世纪则是计算机时代，人类开始用 机器来代替脑。而21世纪则将是信息时代，或者说是网络时 代。 计算机网络和Internet可以追根溯到 1960 s。当时，电话 网络使用电路交换技术传输信息，分时操作系统计算机允许 散布各地的用户通过电话网络共享使用。但是通信量的突发 性却导致线路利用率极低。 119
计算机网络和Internet发展史 n 第一阶段: 20世纪 60年代中期之前的以主机为中心 的第一代计算机网络。 n 典型应用：是由一台计算机和全美范围内2000多 个终端组成的飞机定票系统。终端是一台计算机 的外部设备包括显示器和键盘，无CPU和内存。 n 其他常见产品：VAX 计算机。 n 这样的通信系统已具备了网络的雏形。 120
计算机网络和Internet发展史 n n n 第二个阶段: 20世纪 60年代中期至 70年代的以通信子 网为中心的第二代计算机网络。 典型代表：是美国国防部高级研究计划署的计算机 分组交换网ARPAnet，ARPAnet标志着计算机网络发 展进入了一个新纪元，使计算机网络的概念发生了 根本性的变化，它被认为是Internet的前身。 主机之间不是直接用线路相连，而是由接口报文处 理机转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路 一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。通 信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享， 组成了资源子网。 121
计算机网络和Internet发展史 n 第三个阶段： 20世纪 70年代末至 90年代的具有 统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放式 和标准化的网络，即体系结构标准化的第三代 计算机网络。 n 产生了两种国际通用的最重要的体系结构，即 TCP/IP体系结构和国际标准化组织的OSI体系 结构（ISO OSI/RM）。 n 随着TCP/IP体系结构在网络中的广泛应用，标 志Internet的诞生。 122
计算机网络和Internet发展史 n 第四个阶段 : 以下一代Internet为中心的 新一代网络。 n 进入 20世纪 90年代以来，微电子技术、大 规模继承电路技术、光通信技术和计算机 技术不断发展，为网络技术的发展提供了 有力支持。电信网络、闭路电视网（CATV） 和计算机网络将三网合一。 123
网络IP化趋势 124
以太网在不到十年的期间，其容量从10 Mbps发展到 1000 Mbps， 很快将发展到 10000 Mbps 全球Internet从1980年正式成立以来用户早已超过7亿。 中国的Internet： Internet用户已超过8千万人。上网计算机已超过3千万台 建立了多个国家范围的网络。China. Net、Cer. Net、Cst. Net、China. GBN 和Uni. Net等等 “网络就是计算机” “以网络为中心的计算。” 第 27次中国互联网发展状况统计报告 Ø截至 2010年 12月，中国网民规模达到 4. 57亿，较2009年底增加 7330万 人 ； 互 联 网 普 及 率 攀 升 至 3 4. 3 %， 较2 0 0 9年 提 高 5. 4个 百 分 点 。 Ø宽带网民规模为 4. 5亿，有线（固网）用户中的宽带普及率达到 98. 3%。 Ø我国手机网民规模达 3. 03亿，较2009年底增加了6930万人。手机网民在 总体网民中的比例进一步提高，从2009年 末 的60. 8%提 升 至 66. 2%。 125
1. 7 计算机网络协议相关的标准化组织 计算机网络标准化组织 ISO(International Organization for Standard ) 成立于1947年, 是世界上最大的国际标准化专门机 构，是联合国甲级咨询机构。 它的成员是 89个成员国的国家标准化组织。 美国在ISO中的代表是ANSI，大家所熟悉的ASCII 和C语言的 业界标准，就是由ANSI所制定的。 ISO在网络领域的最突出贡献就是提出OSI参考模 型，该模型是网络发展史上的一个重要里程碑。 126
1. 7 计算机网络协议相关的标准化组织 计算机网络标准化组织 IETF（Internet Engineering Task Force） 是一个国际性团体。它主要的 作是制定关于因 特网的各种标准。其成员包括网络设计者、制造商、 研究人员以及所有对因特网的正常运转和持续发展感 兴趣的个人或组织。因为因特网覆盖范围大，连接的 成员很多，所以很多组织都希望通过加入IETF使技术 向有利于自己的方向发展。 127
1. 7 计算机网络协议相关的标准化组织 计算机网络标准化组织 IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers） 电气和电子 程师协会IEEE是世界上最大的专 业技术团体，由计算机和 程学专业人士组成。它 创办了许多刊物，定期举行研讨会，还有一个专门 负责制定标准的下属机构。IEEE在计算机网络界的 最大贡献就是制定了802标准系列，802标准将局域 网的各种技术进行了标准化。 128
第一章: 小结 本章覆盖了大量基本知识和素材! n 什么是Internet？Protocol? n 网络边缘部分、核心部分、接 入网络及其物理介质 n 分组交换与电路交换 (packet-switching versus circuitswitching) n Internet主干/ISP 组成结构 n 分组交换网络的性能：延迟和丢失 n 协议层及其服务模型 n 计算机网络和Internet发展史 129
第一章：复习大纲 n 计算机网络的定义 n 协议的定义和基本要素 n Internet的构成描述： n n 具体构成：边缘（端系统，包括软件和硬件）、核 心、接入网络和物理介质 网络交换方式：电路和分组 电路：时分和频分 分组：数据报和虚电路 n 分组交换网络中的延迟及其计算 n TCP/IP的分层模型，各层PDU的名称和功能 130
Скачать презентацию 什么是计算机网络 Internet n QQ n PPlive n MSN n
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