《計(jì)算機(jī)自頂向下》PPT第一章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：

自頂向下方法ComputerNetworking:ATopDownApproach,

4thedition.

JimKurose,KeithRoss

Addison-Wesley,July2007.

Top-Down一書的顯著特點(diǎn)獨(dú)創(chuàng)的“自頂向下”教學(xué)法。特別強(qiáng)調(diào)應(yīng)用層，及早激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，及早強(qiáng)調(diào)開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序(例子為java語(yǔ)言)。以因特網(wǎng)為研究對(duì)象。著眼原理。獲得長(zhǎng)“保質(zhì)期”的知識(shí)。很好的入門教材：很少用到高中階段沒(méi)有學(xué)過(guò)數(shù)學(xué)概念，有意避免了微積分、概率論、隨機(jī)過(guò)程的概念目前英文版有新版本，但是中文版暫時(shí)沒(méi)有，內(nèi)容相差不大要學(xué)習(xí)的基本內(nèi)容:第1～5章原理性內(nèi)容后面4章沒(méi)有任何順序性，但都依賴于前面5章主要參考書1《ComputerNetwork》（第5版），A.S.Taneubaum清華大學(xué)出版社2012，知識(shí)全面、學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)是AndrewS.Tanenbaum教授網(wǎng)絡(luò)教科書的風(fēng)格；2TCP/IPIllustratedVol.I-III,W.R.Stevens等

《TCP/IP詳解》，機(jī)械工業(yè)出版社2007年出版，范建華等譯，Steven的書對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程有很大幫助3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第6版)

謝希仁電子工業(yè)出版社(2013-06)Introduction1-5Chapter1

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)ComputerNetworking:ATopDownApproach,

4thedition.

JimKurose,KeithRoss

Addison-Wesley,July2007.

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找到“感覺(jué)”，學(xué)習(xí)術(shù)語(yǔ)在后面的課程中更深入地學(xué)習(xí)，更為細(xì)致方法:使用因特網(wǎng)作為例子Overview:什么是因特網(wǎng)什么是協(xié)議？網(wǎng)絡(luò)邊緣:主機(jī),接入網(wǎng)，物理媒體網(wǎng)絡(luò)核心:包/電路交換,因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)性能：丟包率，時(shí)延,吞吐量協(xié)議層次，服務(wù)模型歷史Introduction1-7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述7第1章要點(diǎn)1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡(luò)核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.4分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務(wù)模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.7歷史Introduction1-8什么是因特網(wǎng)：“具體構(gòu)成”描述數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的互聯(lián)的計(jì)算設(shè)備:主機(jī)=端系統(tǒng)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISProuterPCserverwirelesslaptopcellularhandheldwiredlinksaccesspoints通信鏈路光纖，銅纜，無(wú)線電頻譜傳輸速率=帶寬分組分組交換機(jī)（路由器或鏈路層交換機(jī)）:轉(zhuǎn)發(fā)分組（數(shù)據(jù)塊）Introduction1-9什么是因特網(wǎng)：“具體構(gòu)成”描述數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的互聯(lián)的計(jì)算設(shè)備:主機(jī)=端系統(tǒng)傳統(tǒng)的端系統(tǒng):桌面pc,工作站,服務(wù)器非傳統(tǒng)的端系統(tǒng):PDA,TV,移動(dòng)計(jì)算機(jī),蜂窩電話,汽車,環(huán)境傳感設(shè)備,RFID設(shè)備，數(shù)字像框,家電,安全系統(tǒng),web相機(jī),烤箱運(yùn)行各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISPIntroduction1-10“Cool”internetappliancesWorld’ssmallestwebserver/~shri/iPic.htmlIPpictureframe/Web-enabledtoaster+weatherforecasterInternetphonesInternetrefrigerator小米盒子Introduction1-11什么是因特網(wǎng)：“具體構(gòu)成”描述HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISP分組交換機(jī)(packetswitch)連接鏈路轉(zhuǎn)發(fā)信息塊：分組,包(packet)典型的有:路由器router鏈路層交換機(jī)switch路徑：分組經(jīng)歷的一系列從發(fā)送端到接收端系統(tǒng)的通信鏈路和交換機(jī)。分組交換技術(shù)允許多個(gè)通信端系統(tǒng)同時(shí)共享一條鏈路分組交換網(wǎng)絡(luò)類似于承載車輛的公路和立交橋Introduction1-12什么是因特網(wǎng)：“具體構(gòu)成”描述HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISP端系統(tǒng)通過(guò)因特網(wǎng)服務(wù)提供商-ISP接入因特網(wǎng)不同的ISP提供不同的接入服務(wù)因特網(wǎng)：“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”松散的等級(jí)結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)和內(nèi)聯(lián)網(wǎng)（很多公司和政府的專用網(wǎng)絡(luò)）Introduction1-13什么是因特網(wǎng)：“具體構(gòu)成”描述端系統(tǒng)、分組交換機(jī)和其他因特網(wǎng)部件，都運(yùn)行一系列控制因特網(wǎng)中信息發(fā)送，接收的一系列協(xié)議TCPIP因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IETF:因特網(wǎng)工程任務(wù)組IETF的標(biāo)準(zhǔn)文檔是RFC:請(qǐng)求評(píng)論IEEE，例如IEEE802.3基于隨機(jī)訪問(wèn)技術(shù)的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11x無(wú)線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)HomenetworkInstitutionalnetworkMobilenetworkGlobalISPRegionalISPIntroduction1-14什么是因特網(wǎng)：服務(wù)的觀點(diǎn)為應(yīng)用程序提供服務(wù)的一種基礎(chǔ)設(shè)施：Web,IM，音頻流和視頻流，email,游戲,電子商務(wù)，P2P文件共享為應(yīng)用程序提供編程接口Introduction1-15什么是協(xié)議?人類協(xié)議:“幾點(diǎn)了?”“我有一個(gè)問(wèn)題”介紹…發(fā)送特定的消息…當(dāng)收到消息或發(fā)生其他事件，采取特定的動(dòng)作網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:交換報(bào)文和采取動(dòng)作的實(shí)體是某些設(shè)備的硬件或軟件因特網(wǎng)中的所有活動(dòng)，凡是涉及到兩個(gè)或者多個(gè)通信的遠(yuǎn)程實(shí)體都受到協(xié)議的制約掌握計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域知識(shí)的過(guò)程就是理解網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的構(gòu)成、原理和工作的工程一個(gè)協(xié)議定義了在兩個(gè)或者多個(gè)通信實(shí)體之間交換的報(bào)文格式和次序，以及在報(bào)文傳輸和/或接收其他事件方面所采取的動(dòng)作Introduction1-16什么是協(xié)議?ahumanprotocolandacomputernetworkprotocol:Q:Otherhumanprotocols?HiHiGotthetime?2:00TCPconnectionrequestTCPconnectionresponseGet/kurose-ross<file>timeIntroduction1-17計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述17什么是協(xié)議?另外一個(gè)定義：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約定與標(biāo)準(zhǔn)（吳）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三要素：語(yǔ)義、語(yǔ)法與時(shí)序；語(yǔ)義：用于解釋比特流的每一部分的意義；語(yǔ)法：語(yǔ)法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序的意義；時(shí)序：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。思考2分鐘：習(xí)題1.自動(dòng)柜員機(jī)和服務(wù)器之間的應(yīng)用層協(xié)議Introduction1-18計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述18什么是協(xié)議?Introduction1-19Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡(luò)核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.4分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務(wù)模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.7歷史Introduction1-20仔細(xì)觀察網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu):網(wǎng)絡(luò)邊緣:

應(yīng)用與主機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)，物理媒體:

有線、無(wú)線通信鏈路網(wǎng)絡(luò)核心:

路由器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)Introduction1-21Thenetworkedge:端系統(tǒng)(主機(jī)):運(yùn)行應(yīng)用程序例如Web,電子郵件在“網(wǎng)絡(luò)邊緣”client/serverpeer-peer客戶機(jī)/服務(wù)器模式：客戶機(jī)程序向服務(wù)器程序請(qǐng)求服務(wù)例如Web瀏覽器/服務(wù)器；電子郵件客戶機(jī)/服務(wù)器客戶機(jī)程序和服務(wù)器程序運(yùn)行在不同的計(jì)算機(jī)上，屬于分布式應(yīng)用程序因特網(wǎng)其他構(gòu)件可抽象為一個(gè)黑盒子對(duì)等模式:最小限度(或不)使用專用服務(wù)器端系統(tǒng)起著服務(wù)器和客戶機(jī)的雙重作用e.g.Skype,BitTorrenthIntroduction1-22接入網(wǎng)和物理媒體問(wèn)題:端系統(tǒng)怎樣連接到邊緣路由器？住宅接入網(wǎng)機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)(學(xué)校，公司)移動(dòng)接入網(wǎng)

接入網(wǎng)的帶寬共享或?qū)Ｓ?？Introduction1-23住宅接入：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器最高56Kbps直接接入到路由器該網(wǎng)絡(luò)接入僅是通過(guò)沿著一條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)撥號(hào)電話線的一對(duì)調(diào)制解調(diào)器不能同時(shí)上網(wǎng)和打電話：不能“總是在線”路由器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器因特網(wǎng)服務(wù)提供者(ISP)用戶家庭撥號(hào)電話線使用TCP/IP的

PPP連接使用TCP/IP的客戶進(jìn)程路由選擇進(jìn)程至因特網(wǎng)…PC機(jī)Introduction1-24住宅接入：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入新的寬帶接入技術(shù)更高的速率同時(shí)上網(wǎng)和電話兩種常見(jiàn)的類型ADSL:asymmetricdigitalsubscriberlineHFC:hybridfiber-coaxialcableIntroduction1-25住宅接入：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入ADSL:

不對(duì)稱數(shù)字用戶線一般由電話公司提供類似于撥號(hào)接入，也是運(yùn)行在現(xiàn)有的電話雙絞線上限制了用戶和ISP調(diào)制解調(diào)器的距離，所以速率高得多速率在兩個(gè)方向上是不對(duì)稱的，下行的速率比上行高<3.5Mbps上行<24Mbps下行頻分復(fù)用能同時(shí)上網(wǎng)和打電話高速下載信道位于50KHz-1MHz頻段中速上載信道位于4KHz-50kHz頻段普通的雙向電話信道位于0KHz-4KHz頻段Introduction1-26計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述26住宅接入：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入AtypicalADSLequipmentconfiguration.Introduction住宅接入:電纜調(diào)制解調(diào)器cablemodemsplitter…cableheadendChannelsVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEOVIDEODATADATACONTROL123456789frequencydivisionmultiplexing:differentchannelstransmittedindifferentfrequencybands和DSL一樣永遠(yuǎn)在線1-27Introductiondata,TVtransmittedatdifferentfrequenciesoversharedcabledistributionnetworkcablemodemsplitter…cableheadendCMTSISPcablemodemterminationsystemHFC:hybridfibercoaxasymmetric:upto30Mbpsdownstreamtransmissionrate,2Mbpsupstreamtransmissionrate電纜和光纜組成的網(wǎng)絡(luò)的將家庭連到IPS路由器homesshareaccessnetwork

tocableheadendunlikeDSL,whichhasdedicatedaccesstocentraloffice住宅接入:電纜調(diào)制解調(diào)器1-28頭端電纜調(diào)解器電纜調(diào)解器Introduction1-29機(jī)構(gòu)接入：局域網(wǎng)公司/大學(xué)通常用局域網(wǎng)(LAN)將端系統(tǒng)連接到邊緣路由器以太網(wǎng)是目前公司網(wǎng)絡(luò)中最流行的接入網(wǎng)技術(shù):使用雙絞銅線或同軸電纜連接到邊緣路由器10Mbs,100Mbps,,1Gbps,10Gbps以太網(wǎng)技術(shù)細(xì)節(jié)參見(jiàn)第5章Introduction1-30無(wú)線接入網(wǎng)通過(guò)基站（或者叫無(wú)線接入點(diǎn)）連接端系統(tǒng)到路由器無(wú)線局域網(wǎng):802.11b/g(WiFi):11or54Mbps共享接入信道幾十米的半徑無(wú)線廣域網(wǎng)接入由電信公司運(yùn)營(yíng)商提供2G,2.5G:GSM(9.6k),GPRS(171.2K),EDGE(384K)IS-95CDMA,CDMA2000Phase1(144.4K)3G

CDMA2000EVDO(upto14Mbps)WCDMA：384K~2MHSDPAz：14.4MHSUPA：5.76MHSDPA+：42MbpsHSUPA+：22M4GLTE：300Mbpsbasestationmobilehostsrouter無(wú)線接入網(wǎng)無(wú)線城域網(wǎng)（MAN-MetropolitanAreaNetwork）：WiMAX(10’sMbps),IEEE802.16,獨(dú)立于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，幾十公里的覆蓋Wi-Fi,WiMAX,andWCDMA:ComplementaryandCompetitive移動(dòng)性能、覆蓋范圍、速率比較移動(dòng)性能覆蓋范圍速率或帶寬Wi-Fi差幾十米高WiMAX中等幾十公里中等WCDMA好全球（蜂窩網(wǎng)絡(luò)）,單個(gè)基站數(shù)公里小Introduction1-32Homenetworks典型的家庭網(wǎng)絡(luò)組成:ADSL或電纜調(diào)制解調(diào)器路由器/防火墻/NAT以太網(wǎng)無(wú)線接入點(diǎn)無(wú)線接入點(diǎn)無(wú)線便攜機(jī)路由器/防火墻電纜調(diào)制解調(diào)器到/來(lái)自電纜頭端以太網(wǎng)Introduction1-33物理媒體比特:在傳送器/接收器對(duì)間傳播物理媒體的作用是將比特從發(fā)端傳輸?shù)绞斩艘龑?dǎo)型媒體（guidedmedia）:電波沿著固體媒體被引導(dǎo):光纖、雙絞線、同軸電纜非引導(dǎo)型媒體（unguidedmedia）:無(wú)線電波在空氣或外層空間傳播：無(wú)線局域網(wǎng)、數(shù)字衛(wèi)星頻道Introduction1-3434物理媒體：雙絞線屏蔽雙絞線STP：以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音非屏蔽雙絞線UTP：雙絞線外沒(méi)有任何附加屏蔽,速率從10M到1G，大多數(shù)局域網(wǎng)使用非屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)Introduction1-3535物理媒體：雙絞線Introduction1-36計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述36物理媒體：雙絞線用途LANADSLISDN撥號(hào)優(yōu)缺點(diǎn)：成本低密度高、節(jié)省空間安裝容易平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離較短Introduction1-3737物理媒體：同軸電纜引導(dǎo)式共享媒體兩根同中心的銅導(dǎo)體基帶:在電纜上的單一信道傳統(tǒng)以太網(wǎng)所用寬帶:在電纜上的多個(gè)信道

HFCIntroduction1-3838物理媒體：光纜依靠光波承載信息，每個(gè)脈沖表示一個(gè)比特速率高，通信容量大，3個(gè)常用波段的帶寬:25000~30000GHz，僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制！傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸抗干擾性能極好，不受電磁干擾，保密性好單向傳輸，雙向需兩根光纖輕便適于長(zhǎng)途光設(shè)備成本高Introduction1-3939光纖傳輸原理——利用了光的反射光從一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低亮度調(diào)制，有脈沖-1，無(wú)脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè)器光源:發(fā)光二極管/激光二極管介質(zhì):光纖光檢測(cè)器:光電二極管PIN/雪崩二極管APDIntroduction1-4040單模光纖(SMF)與多模光纖(MMF)的比較

單模性能好,適合遠(yuǎn)距離使用,但價(jià)格高.多模性能相對(duì)較差,單價(jià)格便宜,適合在相近的環(huán)境中使用Introduction1-41計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述41物理媒體：典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼Introduction1-42計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述42物理媒體：高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束Introduction1-43物理媒體：無(wú)線電在電磁頻譜中攜帶信號(hào)無(wú)物理“導(dǎo)線”,并有穿透墻壁、支持移動(dòng)、長(zhǎng)距離承載信號(hào)的能力傳播環(huán)境效應(yīng)：路徑損耗物體遮擋多徑衰落干擾目前無(wú)線傳輸所使用的頻段很廣。人們現(xiàn)在已經(jīng)利用了無(wú)線電、微波、紅外線以及可見(jiàn)光這幾個(gè)波段進(jìn)行通信。紫外線和更高的波段目前還不能用于通信。物理媒體：無(wú)線電無(wú)線電鏈路類型:陸地微波如高達(dá)45Mbps信道LAN局域(Wifi)MAN城域（wimax）WAN廣域(如蜂窩)如3G衛(wèi)星高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps信道270msec端到端時(shí)延同步、低軌IridiumSatelliteSolutionsIntroduction1-46Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡(luò)核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.4分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務(wù)模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.7歷史Introduction1-47網(wǎng)絡(luò)核心互連了因特網(wǎng)端系統(tǒng)的路由器網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（meshofinterconnectedrouters）構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)核心的兩種基本方法電路交換:會(huì)話沿著通信路徑的資源（緩存、鏈路傳輸速率）預(yù)留、專用電話網(wǎng)，每一會(huì)話建立一條“電路”，預(yù)留了恒定的速率4K分組交換:數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以離散的“塊”發(fā)送資源不預(yù)留擁塞、等待因特網(wǎng)類比：餐館預(yù)定，領(lǐng)導(dǎo)視察時(shí)的車道Introduction1-48網(wǎng)絡(luò)核心：電路交換為“呼叫”預(yù)留端到端資源鏈路帶寬，交換機(jī)能力專用資源：非共享類電路(確保的)性能需要建立呼叫Introduction1-49計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述49電路交換兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來(lái)。

Introduction1-50計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述50更多的電話機(jī)互相連通5部電話機(jī)兩兩相連，需10對(duì)電線。N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N–1)/2對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。

Introduction1-51計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述51使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來(lái)完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?！?/p>

交換機(jī)Introduction1-52計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述52“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來(lái)。從通信資源的分配角度來(lái)看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。電路交換是面向連接的,三個(gè)階段：建立連接通信釋放連接Introduction1-53計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述53電路交換舉例A和B通話經(jīng)過(guò)四個(gè)交換機(jī)通話在A到B的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAIntroduction1-54計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述54電路交換舉例C和D通話只經(jīng)過(guò)一個(gè)本地交換機(jī)通話在C到D的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAIntroduction1-55網(wǎng)絡(luò)核心：電路交換電路交換中的復(fù)用：將網(wǎng)絡(luò)資源(e.g.,bandwidth)分為很多“片”頻率分割時(shí)間分割“片”分配給不同的呼叫如果未被擁有的呼叫使用則資源片空閑(非共享)復(fù)用的兩種方式頻分復(fù)用（FDM）:不同用戶占用不同的專有的帶寬資源。時(shí)分復(fù)用（TDM）:各個(gè)用戶在不同的專有時(shí)間占用整個(gè)帶寬資源。幀、時(shí)隙（類比計(jì)算機(jī)的CPU調(diào)度）電路交換的問(wèn)題當(dāng)呼叫不用資源片時(shí)（靜默期），資源片空閑，不共享需要復(fù)雜的信令來(lái)協(xié)調(diào)Introduction1-56電路交換:FDM和TDMFDMfrequencytimeTDMfrequencytime4usersExample:Introduction1-57計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述57時(shí)分復(fù)用TheT1carrier(1.544Mbps).1.544MIntroduction1-58Numericalexample從主機(jī)A到主機(jī)B經(jīng)一個(gè)電路交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一個(gè)640,000比特的文件需要多長(zhǎng)時(shí)間？所有鏈路是1.536Mbps每條鏈路使用具有24個(gè)時(shí)隙的TDM創(chuàng)建端到端電路需500msecIntroduction1-59計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述59網(wǎng)絡(luò)核心：分組交換

將長(zhǎng)的報(bào)文劃分為較小的分組用戶A、B的分組共享網(wǎng)絡(luò)資源每個(gè)分組可以以等于鏈路的最大傳輸速率（使用鏈路全部帶寬）通過(guò)通信鏈路需要的時(shí)候使用資源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)：分組一次移動(dòng)一跳節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)前接收完整的分組資源爭(zhēng)奪：

聚合資源要求能超過(guò)可用的量擁塞：分組隊(duì)列，等待鏈路使用，可能出現(xiàn)分組丟失餐館類比：沒(méi)有預(yù)訂座位時(shí)候的等待甚至拒絕帶寬劃分為“片”專用分配資源預(yù)留sourceRbpsdestination123LbitsperpacketRbpsIntroduction1-60計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述60分組交換：存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸(推出)L個(gè)比特到速率為Rbps鏈路上，需要L/R秒存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸機(jī)制：在分組能向下一段鏈路傳輸前，整個(gè)分組必須到達(dá)路由器時(shí)延=3L/R（忽略傳播時(shí)延）例子:L=7.5MbR=1.5Mbps時(shí)延=15secRRRLIntroduction1-61計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述61分組交換：統(tǒng)計(jì)復(fù)用A&B分組的序列沒(méi)有固定的模式，按需共享資源統(tǒng)計(jì)復(fù)用.在TDM中，每臺(tái)主機(jī)在循環(huán)出現(xiàn)的TDM幀中獲得相同的幀。ABC10Mbps以太網(wǎng)1.5MbpsDE統(tǒng)計(jì)復(fù)用等待輸出鏈路的分組隊(duì)列NetworkLayer4-62網(wǎng)絡(luò)層621230111到達(dá)分組首部的值選路算法本地轉(zhuǎn)發(fā)表首部值輸出鏈路01000101011110013221分組交換：選路和轉(zhuǎn)發(fā)Introduction1-63計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述63分組交換網(wǎng)的示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)Introduction1-64計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述64注意分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組結(jié)點(diǎn)交換機(jī)主機(jī)在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

A

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

C

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點(diǎn)交換機(jī)

E

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī)

H5Introduction1-65計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述65分組交換對(duì)比電路交換1Mbps鏈路每個(gè)用戶:當(dāng)“活躍”時(shí)100kbps時(shí)間的10%活躍電路交換:只能支持10個(gè)用戶分組交換當(dāng)有35個(gè)用戶時(shí)，有11個(gè)或者更多用戶活躍的概率小于.0004假定有10個(gè)用戶，當(dāng)某個(gè)用戶突然產(chǎn)生1000個(gè)1K的分組,而其他用戶靜默的時(shí)候的時(shí)候分組交換允許更多的用戶使用網(wǎng)絡(luò)!N用戶1Mbps

鏈路Introduction1-66計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述66分組交換對(duì)比電路交換對(duì)突發(fā)數(shù)據(jù)極為有效提供了比電路交換更好的資源共享較簡(jiǎn)單，有效實(shí)現(xiàn)成本低過(guò)多的擁塞:

產(chǎn)生時(shí)延和丟包，端到端時(shí)延是變動(dòng)的和不可預(yù)測(cè)的需要可靠傳輸＆擁塞控制機(jī)制目前的趨勢(shì)是分組交換問(wèn)題:端到端的時(shí)延是變動(dòng)的，怎樣提供類似電路的行為？對(duì)音頻/視頻應(yīng)用需要帶寬保證仍是一個(gè)未解決的問(wèn)題分組交換是一個(gè)“強(qiáng)有力的贏家”？Introduction1-67計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述67因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)在中心:“第一層”ISPs(如Sprint,AT&T，Qwest等)直接與其他每個(gè)第一層ISP相連與大量的第二層ISP和其他客戶網(wǎng)絡(luò)相連覆蓋國(guó)際區(qū)域第一層ISP第一層ISP第一層ISP第一層提供商專門互聯(lián)對(duì)等方NAP第一層提供商也在公共網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)(NAP,

NetworkAccessPoint)互聯(lián)NAPisalsocalledIXP(InterneteXchangePoint))…to/fromcustomerspeering

to/frombackbone….………POP:point-of-presenceIntroduction1-68“第一層”ISPs:e.g.,Sprint…to/fromcustomerspeering

to/frombackbone….………POP:point-of-presenceIntroduction1-69計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述69因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)“第二層”ISP:較小的(常為區(qū)域的)ISPs與一個(gè)或更多的第一層ISP相連，也可能與其他第二層ISP相連第一層ISP第一層ISP第一層ISPNAP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP為向與因特網(wǎng)連接而向第一層ISP付費(fèi)

第二層ISP是第一層提供商的客戶第二層ISP也可以在NAP互聯(lián)，彼此成為對(duì)等方Introduction1-70計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述70因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)“Tier-3”ISP和本地ISP最后一跳(“接入”)網(wǎng)絡(luò)(最靠近端系統(tǒng))第一層ISP第一層ISP第一層ISPNAP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第三層ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地和第三層ISP是較高層ISP的客戶，這些較高層ISP將它們連接到因特網(wǎng)其他部分Introduction1-71計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述71因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)一個(gè)分組通過(guò)許多網(wǎng)絡(luò)傳輸!第一層ISP第一層ISP第一層ISPNAP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP第二層ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP第三層ISP本地ISP本地ISP本地ISPIntroduction1-72Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡(luò)核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.4分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務(wù)模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.7歷史Introduction1-73丟包和時(shí)延是怎樣出現(xiàn)的？分組在路由器緩存中排隊(duì)

分組到達(dá)鏈路的速率超過(guò)輸出鏈路能力分組排隊(duì)，等待交換AB將被傳輸?shù)姆纸M(時(shí)延)分組排隊(duì)

(時(shí)延)空閑(可用)緩存：如果無(wú)空閑緩存則到達(dá)的分組丟失(丟包)Introduction1-74計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述74分組時(shí)延的4種來(lái)源1.節(jié)點(diǎn)處理:

檢查比特差錯(cuò)決定輸出鏈路AB傳播傳輸節(jié)點(diǎn)處理排隊(duì)2.排隊(duì)等待輸出鏈路傳輸?shù)臅r(shí)間取決于路由器擁塞的等級(jí)Introduction1-75計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述75在分組交換網(wǎng)中的時(shí)延3.傳輸時(shí)延:R=鏈路帶寬(bps)L=分組長(zhǎng)度(比特)發(fā)送比特進(jìn)入鏈路的時(shí)間=L/R4.傳播時(shí)延:d=物理鏈路的長(zhǎng)度s=在媒體中傳播的速度(~2x108m/sec)傳播時(shí)延=d/s注意:s和R是極為不同的量級(jí)！AB傳播傳輸節(jié)點(diǎn)處理排隊(duì)Introduction1-76計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述76節(jié)點(diǎn)時(shí)延dproc=處理時(shí)延通常幾個(gè)微秒或更少dqueue=排隊(duì)時(shí)延取決于擁塞dtrans=傳輸時(shí)延=L/R,對(duì)低速鏈路很大比較一個(gè)50k的鏈路和10M的鏈路dprop=傳播時(shí)延幾微秒到幾百毫秒Introduction1-77計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述77排隊(duì)時(shí)延(再次討論)R=鏈路帶寬(bps)L=分組長(zhǎng)度(比特)a=平均分組到達(dá)速率流量強(qiáng)度=La/R假設(shè)排隊(duì)空間無(wú)限La/R~0:平均排隊(duì)時(shí)延小La/R->1:時(shí)延變大La/R>1:更多“工作”到達(dá)，超出了服務(wù)能力，平均時(shí)延無(wú)窮大！平均排隊(duì)時(shí)延

La/R~0La/R->1Introduction1-78計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述78“實(shí)際的”因特網(wǎng)時(shí)延和路由“實(shí)際的”因特網(wǎng)時(shí)延和丟包是怎樣的呢？Traceroute程序:

為路由器提供從源到目的地，朝著目的地沿著端到端因特網(wǎng)路徑的時(shí)延測(cè)量。對(duì)所有i:發(fā)送3個(gè)分組，該分組在朝著目的地的路徑上到達(dá)路由器

i路由器i

將向發(fā)送方返回分組發(fā)送方度量傳輸和響應(yīng)間的時(shí)間間隔。3探測(cè)分組3探測(cè)分組3探測(cè)分組Introduction1-79計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述79“實(shí)際的”因特網(wǎng)時(shí)延和路由1cs-gw(54)1ms1ms2ms2(45)1ms1ms2ms3(30)6ms5ms5ms4(29)16ms11ms13ms5(36)21ms18ms18ms6()22ms18ms22ms7(6)22ms22ms22ms853(53)104ms109ms106ms9(29)109ms102ms104ms10(0)113ms121ms114ms11(4)112ms114ms112ms12nio-n2.cssi.renater.fr(3)111ms114ms116ms13nice.cssi.renater.fr(02)123ms125ms124ms14r3t2-nice.cssi.renater.fr(10)126ms126ms124ms15(4)135ms128ms133ms165(5)126ms128ms126ms17***18***19fantasia.eurecom.fr(42)132ms128ms136

mstraceroute:towww.eurecom.frThreedelaymeasementsfromto*meansnoreponse(probelost,routernotreplying)trans-oceaniclinkC:\Users\Administrator>tracert通過(guò)最多30個(gè)躍點(diǎn)跟蹤到[1]的路由:12ms2ms2ms23ms4ms2ms2638ms8ms9ms743ms5ms4ms54ms5ms6ms5364ms5ms3ms17***請(qǐng)求超時(shí)。

83ms3ms4ms29937ms37ms37ms931041ms38ms37ms421141ms42ms37ms412***請(qǐng)求超時(shí)。

1338ms45ms37ms1跟蹤完成。C:\Users\Administrator>Introduction1-81計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述81分組丟失在鏈路前緩存中的排隊(duì)(又稱為buffer)具有有限的能力當(dāng)分組到達(dá)滿的隊(duì)列時(shí)，分組被丟棄(又稱為lost)丟失分組的數(shù)量隨著流量強(qiáng)度的增加而增加丟失的分組可能由前面的節(jié)點(diǎn)或由源端系統(tǒng)重傳，或根本不重傳ABpacketbeingtransmittedpacketarrivingtofullbuffer

islostbuffer(waitingarea)Introduction1-82吞吐量吞吐量:

發(fā)送方和接收方之間比特傳輸?shù)乃俾蕆

瞬時(shí)吞吐量

:rateatgivenpointintime

平均吞吐量:rateoverlong(er)periodoftime不同的應(yīng)用程序?qū)ν掏铝坑胁煌囊笠蛱鼐W(wǎng)電話

實(shí)時(shí)視頻

文件傳輸server,withfileofFbitstosendtoclientlinkcapacityRs

bits/seclinkcapacityRc

bits/secserversendsbits(fluid)intopipepipethatcancarryfluidatrateRs

bits/sec)pipethatcancarryfluidatrateRc

bits/sec)Introduction1-83吞吐量(more)Rs<Rc

Whatisaverageend-endthroughput?

Rs

bits/secRc

bits/secRs>Rc

Whatisaverageend-endthroughput?Rs

bits/sec

Rc

bits/seclinkonend-endpaththatconstrainsend-endthroughput瓶頸鏈路Introduction1-84Chapter1:roadmap1.1什么是因特網(wǎng)？1.2網(wǎng)絡(luò)邊緣端系統(tǒng),接入網(wǎng)，物理媒體1.3網(wǎng)絡(luò)核心

包/電路交換,因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)1.4分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延和丟包率1.5協(xié)議層次與服務(wù)模型1.6攻擊威脅下的網(wǎng)絡(luò)1.7歷史Introduction1-8585協(xié)議“分層”網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜的！許多“構(gòu)件”主機(jī)路由器各種媒體的鏈路應(yīng)用協(xié)議硬件，軟件問(wèn)題:

是否存在網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)？或至少用于我們討論網(wǎng)絡(luò)？Introduction1-8686例子1：社會(huì)上存在的郵政系統(tǒng)（吳）Introduction1-8787“你好”“Hello”傳真中國(guó)教師翻譯秘書“Hallo”“Hello”傳真德國(guó)教師翻譯秘書對(duì)交談內(nèi)容的共識(shí)用英語(yǔ)對(duì)話使用傳真通信L3L2L1物理通信線路問(wèn)題：中國(guó)教師與德國(guó)教師之間、翻譯之間，他們是在直接通信嗎？翻譯、秘書各向誰(shuí)提供什么樣的服務(wù)？中德教師、翻譯各使用誰(shuí)提供的什么服務(wù)？每一層次通過(guò)以下方式提供它的服務(wù)（1）在這層中執(zhí)行了某些動(dòng)作（2）使用直接下層的功能例子2：中德教師之間的對(duì)話Introduction1-8888為什么分層?處理復(fù)雜系統(tǒng)：明確的結(jié)構(gòu)使得能夠標(biāo)識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)件的關(guān)系分層的參考模型用于討論，“分層”可將龐大而復(fù)雜的問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問(wèn)題，而這些較小的局部問(wèn)題就比較易于研究和處理。模塊化易于維護(hù)、系統(tǒng)的更新各層服務(wù)實(shí)現(xiàn)的改變對(duì)于系統(tǒng)的其他部分透明，各層之間是獨(dú)立的，這樣靈活性好，結(jié)構(gòu)上可分割開(kāi)。從這兩點(diǎn)再次回顧中德教師之間的對(duì)話Introduction1-8989因特網(wǎng)協(xié)議棧(體系結(jié)構(gòu))應(yīng)用:

支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用FTP,SMTP,HTTP運(yùn)輸:

進(jìn)程到進(jìn)程數(shù)據(jù)傳輸TCP,UDP網(wǎng)絡(luò):主機(jī)到主機(jī)數(shù)據(jù)傳輸IP,選路協(xié)議鏈路:

在鄰近節(jié)點(diǎn)之間傳輸分組PPP,以太網(wǎng)物理:

將比特從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硗庖粋€(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層Introduction1-9090因特網(wǎng)協(xié)議棧一個(gè)協(xié)議層可以通過(guò)軟件、硬件或者兩者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層、運(yùn)輸層協(xié)議通常在端系統(tǒng)中用軟件實(shí)現(xiàn)物理層和鏈路層通常在網(wǎng)絡(luò)接口卡中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層通常是軟件硬件的混合體應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述91

封裝就是在數(shù)據(jù)前面加上特定的首部信息。數(shù)據(jù)（有效載荷）首部發(fā)送郵件的例子：信裝入寫有源地址和目的地址的信封中發(fā)送，還要寫明用航空或掛號(hào)…。數(shù)據(jù)封裝Introduction1-92sourceapplicationtransportnetworklinkphysicalHtHnM報(bào)文段Ht數(shù)據(jù)報(bào)destinationapplicationtransportnetworklinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtMMnetworklinkphysicallinkphysicalHtHnHlMHtHnMHtHnMHtHnHlMrouterswitch封裝應(yīng)用層報(bào)文MHtMHn幀每一層從上層得到數(shù)據(jù)加上頭部信息創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)單元將新的數(shù)據(jù)單元傳遞給底層封裝每一層的分組因特網(wǎng)協(xié)議棧各層的分組叫什么？應(yīng)用層報(bào)文報(bào)文段

端口號(hào)數(shù)據(jù)報(bào) IP地址幀 MAC地址計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述94封裝：郵寄的例子信應(yīng)用層報(bào)文信封運(yùn)輸層報(bào)文段包裹網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)集裝箱鏈路層幀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)概述95對(duì)等層通信applicationtransportnetworklinkphysicalapplicationtransportnetworklink