ch1：計算機網(wǎng)絡概論

計算機網(wǎng)絡張翠肖zhangcx@信息學院網(wǎng)絡工程與技術系

2014年春1第1章計算機網(wǎng)絡概論2學習提示目的總體把握網(wǎng)絡的分層體系結構，理解重要概念、術語、性能測度，理解導致因特網(wǎng)成功的關鍵結構特征，奠定后繼學習基礎重要知識點因特網(wǎng)“2/3/2”特點因特網(wǎng)結構與端到端原則網(wǎng)絡協(xié)議學習方法總體把握，理解概念3分層服務模型TCP/IP沙漏模型分組交換網(wǎng)性能指標3第1章內(nèi)容提要1.1計算機網(wǎng)絡定義1.2因特網(wǎng)的結構1.3協(xié)議分層與服務模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標1.5計算機網(wǎng)絡簡史1.6小結44網(wǎng)絡無所不在：網(wǎng)空燦爛，萬千氣象5家庭網(wǎng)絡園區(qū)網(wǎng)移動網(wǎng)絡國際ISP區(qū)域ISP51-6因特網(wǎng)應用:豐富多彩，創(chuàng)造無限后PC時代，嵌入式端系統(tǒng)遍及人類社會生活的方方面面！計算機=主機(host)=端系統(tǒng)(endsystem)世界最大的Web服務器http://www-/~shri/iPic.htmlIP像框http:///Web使能的烤面包機+天氣預報因特網(wǎng)電話因特網(wǎng)冰箱6計算機網(wǎng)絡應用實例軍事方面將正確的信息在正確的時間以正確的形式傳遞到正確的接收者手中，將“謀求信息優(yōu)勢”轉(zhuǎn)化為“謀求決策優(yōu)勢”學習方面知道如何在網(wǎng)絡上找到其相關細節(jié)醫(yī)療方面對搜索關鍵詞“流感”計算，定位流感病毒肆虐地區(qū)電子商務13小時促銷某購物網(wǎng)站銷售額高達192億77幾種傳統(tǒng)的說法網(wǎng)絡：將單一功能的終端連接到大型計算機所用線路的集合。與“電話網(wǎng)”類似有線電視網(wǎng)計算機網(wǎng)絡：將各種計算機（PC、便攜機、工作站、服務器）通過通信線路和網(wǎng)絡設備互聯(lián)起來。非傳統(tǒng)計算機：智能手機、PAD、電視、汽車、傳感設備等。傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)的計算機統(tǒng)稱為主機或端系統(tǒng)。什么是計算機網(wǎng)絡？8什么是計算機網(wǎng)絡？計算機網(wǎng)絡(computernetwork)定義由通信信道連接的主機和網(wǎng)絡設備的集合，以方便用戶共享資源和相互通信現(xiàn)代社會不可或缺的基礎設施對人類的生活方式及政治、軍事、經(jīng)濟、文化都產(chǎn)生了重大影響主要特征通用性，不對特定應用優(yōu)化能支持廣泛、不斷出現(xiàn)的新型應用99計算機網(wǎng)絡用途共享信息具有訪問在共享存儲設備上的數(shù)據(jù)和信息的能力協(xié)同計算組織許多計算機共同完成特定的計算任務方便通信人之間的信息溝通（電子郵件、即時消息、聊天室、電話、視頻）共享硬件訪問和使用網(wǎng)絡上的特定硬件1010網(wǎng)絡組成網(wǎng)絡實體可抽象為2種基本構件：結點(node)(亦稱節(jié)點)：計算設備鏈路(link)：物理媒體1111構建網(wǎng)絡的三種方式:直接連接直接連接的網(wǎng)絡由某種物理媒體直接相連所有主機組成直接連接的網(wǎng)絡的分類物理鏈路與一對結點相連：點到點鏈路(point-to-pointlink)多結點共享同一物理鏈路：多路訪問鏈路(multipleaccess)1212適合于數(shù)量有限的本地端系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構建網(wǎng)絡的三種方式:直接連接13每個端系統(tǒng)都通過一條或多條通信鏈路與連接設備相連。交換結點：這些連接設備能夠?qū)⒁粭l鏈路收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到另一條鏈路上。構建網(wǎng)絡的三種方式:網(wǎng)絡云14構建網(wǎng)絡的三種方式:網(wǎng)絡云網(wǎng)絡云交換結點(switchingnode)形成了交換網(wǎng)，交換網(wǎng)可視為一朵網(wǎng)絡云網(wǎng)絡云抽象將網(wǎng)絡云內(nèi)部結點和網(wǎng)絡云外部結點分開15網(wǎng)絡云表示任何類型的網(wǎng)絡一朵網(wǎng)絡云中通常使用同一種技術的設備。通常采用分組交換技術主機間接連通的第一種方法15在交換網(wǎng)中，傳遞數(shù)據(jù)有兩種基本方法：電路交換分組交換兩種傳遞數(shù)據(jù)的方法16兩種傳遞數(shù)據(jù)的方法電路交換(circuitswitching)主要用于電話網(wǎng)，在發(fā)送方和接收方之間通過多臺交換機建立一條連接(電路circuit)分組交換(packetswitching)主要用于計算機網(wǎng)絡分組(packets)長報文(message)劃分為等長的短段，并為每個段加上首部計算機網(wǎng)絡：原理與實踐1717構建網(wǎng)絡的三種方式:網(wǎng)絡云互聯(lián)網(wǎng)絡云互聯(lián)遞歸地連接網(wǎng)絡云形成更大規(guī)模的網(wǎng)絡，有很好的擴展性由網(wǎng)絡云構建成網(wǎng)絡稱為互聯(lián)網(wǎng)，或網(wǎng)絡的網(wǎng)絡這些網(wǎng)絡云可以采用不同的網(wǎng)絡技術18當前使用TCP/IP的國際互聯(lián)網(wǎng)寫成Internet即因特網(wǎng)技術術語internet即互聯(lián)網(wǎng)連接兩個或多個網(wǎng)絡云的結點稱路由器主機間接連通的第二種方法18網(wǎng)絡服務網(wǎng)絡服務是向用戶所提供的有用網(wǎng)絡功能，由運行在網(wǎng)絡中不同主機上的網(wǎng)絡應用程序相互協(xié)作提供網(wǎng)絡為分布于主機中的應用程序進程提供了通信基礎設施應用程序運行在端系統(tǒng)上，而不運行在交換機和路由器上因特網(wǎng)成功的因素：

在網(wǎng)絡邊緣用軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡應用功能，方便地增加

新的網(wǎng)絡應用功能，對路由器是透明的。1919一種是系統(tǒng)與通信網(wǎng)連接的硬件接口，用以開發(fā)與各種不同通信網(wǎng)連接的網(wǎng)絡適配器的驅(qū)動程序或從網(wǎng)絡適配器中俘獲分組。一種是操作系統(tǒng)與應用程序的接口，稱為基于TCP/IP的應用程序編程接口。主機操作系統(tǒng)提供的兩種API20主機操作系統(tǒng)提供的兩種API21應用程序編程接口(ApplicationProgrammingInterface,API)21因特網(wǎng)的2/3/2特點

2類構件/3種建網(wǎng)方法/2種編程接口22第1章：內(nèi)容提要1.1計算機網(wǎng)絡定義1.2因特網(wǎng)的結構1.3協(xié)議分層與服務模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標1.5計算機網(wǎng)絡簡史1.6小結2323因特網(wǎng)組成網(wǎng)絡邊緣(edge):

應用與主機網(wǎng)絡核心(core):

路由器(網(wǎng)絡的網(wǎng)絡)接入網(wǎng)(accessnetwork)：連接兩者的通信鏈路計算機網(wǎng)絡：原理與實踐2424因特網(wǎng)結構特點“端到端原則(end-to-endarguments)”邊緣智能，核心簡單將復雜的網(wǎng)絡處理功能(如差錯控制、流量控制功能、安全保障和應用等網(wǎng)絡智能)置于網(wǎng)絡邊緣將相對簡單的分組交付功能(如分組的選路和轉(zhuǎn)發(fā)功能)置于網(wǎng)絡核心位于網(wǎng)絡邊緣的端系統(tǒng)的強大計算能力，用軟件方式處理大量復雜的控制和應用邏輯，位于網(wǎng)絡核心的路由器盡可能簡單，以高速地轉(zhuǎn)發(fā)分組2525這樣：

一方面發(fā)展因特網(wǎng)核心的高速通信另一方面在端系統(tǒng)中開發(fā)各種新型網(wǎng)絡應用因特網(wǎng)結構特點26端系統(tǒng)：與因特網(wǎng)相連的計算機。包括桌面計算機、服務器和移動計算機。運行應用程序處于因特網(wǎng)的邊緣端系統(tǒng)劃分為：客戶機服務器因特網(wǎng)邊緣27因特網(wǎng)邊緣處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)(endsystem)?！爸鳈CA和主機B進行通信”，實際上是指：“運行在主機A上的某個程序和運行在主機B上的另一個程序進行通信”。即“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”?；蚝喎Q為“計算機之間通信”28因特網(wǎng)邊緣應用程序體系結構分為：客戶(client)/服務器(server)模式：客戶主機請求，從總是打開的服務器接收服務例如Web瀏覽器/服務器；電子郵件客戶/服務器對等(peer-to-peer,P2P)模式:最小限度(或不)使用專用服務器2929兩種通信方式在網(wǎng)絡邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通常可劃分為兩大類：客戶服務器方式（C/S方式）即Client/Server方式對等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式301.客戶/服務器方式客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程?？蛻舴掌鞣绞剿枋龅氖沁M程之間服務和被服務的關系?？蛻羰欠盏恼埱蠓剑掌魇欠盏奶峁┓?。31運行客戶程序網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)絡核心運行服務器程序AB①請求服務②得到服務客戶服務器客戶A向服務器B發(fā)出請求服務，而服務器B向客戶A提供服務。32客戶軟件的特點向服務器發(fā)出請求，接收服務器的響應可以間歇的與服務器連接具有動態(tài)的IP地址和隨機的端口號客戶機之間彼此不直接通信33服務器軟件的特點運行服務器程序的主機總是在運行。具有永久的IP地址和固定的端口號對客戶機程序的請求進行響應，提供所需的服務。34從硬件的角度來理解客戶機通常指一些適合家庭和辦公環(huán)境使用的筆記本或臺式機。服務器是指一些有別于普通用戶使用的PC的特殊計算機，這些計算機在網(wǎng)絡中用來提供各種網(wǎng)絡服務。C/S35從軟件角度來理解客戶機（Client）通常指一些安裝了享受網(wǎng)絡服務軟件的計算機。問題：我的計算機上同時安裝有電子郵件軟件和IE瀏覽器，那么可不可以說我的計算機同時是Web客戶機和E-mail客戶機呢？答案：確實可以。服務器（Server）通常指一些安裝了提供網(wǎng)絡服務軟件的計算機。問題：一臺普通的PC可不可以安裝像IIS這樣的軟件來提供網(wǎng)絡服務呢？答案：當然可以，前提是只要你的PC能夠為你的網(wǎng)絡提供服務，而且服務的質(zhì)量還能讓用戶滿意。C/S362.對等連接（P2P）方式對等連接(peer-to-peer，簡寫為P2P)是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。37對等連接方式的特點所有的端系統(tǒng)都具有相同的功能（對等方peer），之間的通信不必通過專門的服務器。對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。例如主機C請求D的服務時，C是客戶，D是服務器。但如果C又同時向F提供服務，那么C又同時起著服務器的作用。38網(wǎng)絡邊緣網(wǎng)絡核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序39目前大多數(shù)流量密集型應用都具有P2P結構。如：BT，IPTV，因特網(wǎng)電話等。40接入網(wǎng)(accessnetwork)接入網(wǎng)：將端系統(tǒng)連接到其邊緣路由器(edgerouter)的物理鏈路及設備的集合。接入鏈路的類型：住宅接入：撥號；數(shù)字用戶線；混合光纖同軸電纜；光纖無線接入：WiFi；3G等局域網(wǎng)接入:光纖和以太網(wǎng)接入4141接入網(wǎng)(accessnetwork)42由許多路由器形成網(wǎng)狀網(wǎng)核心向邊緣的端系統(tǒng)提供通信服務路由器的任務：轉(zhuǎn)發(fā)分組端系統(tǒng)通常經(jīng)過某個接入因特網(wǎng)服務提供商（InternetServiceProvider,ISP）與因特網(wǎng)連接（有線連接或者無線連接）。接入網(wǎng)絡也必須互聯(lián)起來。因特網(wǎng)是“網(wǎng)絡的網(wǎng)絡”因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡43多層次ISP結構的因特網(wǎng)。出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務提供者ISP(InternetServiceProvider)。因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡44用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務提供者用戶通過ISP上網(wǎng)根據(jù)提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數(shù)目的不同，ISP也分成為不同的層次。45一級ISP一級ISP第一層

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)第二層

ISP第二層

ISPNAPNAPAB主機A→本地ISP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→本地ISP→主機B第一層

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一層

ISP第一層第二層第三層本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISP4647因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡由許多路由器形成的網(wǎng)狀網(wǎng)，大致為等級制在中心:“第一層”ISP(如UUNet,BBN/Genuity,Sprint,AT&T),覆蓋國家/國際互相視為對等第一層ISP第一層ISP第一層ISP第一層提供商專門互聯(lián)對等方NAP第一層提供商專門也互聯(lián)公共網(wǎng)絡接入點(NAP)特點：與其他第一層ISP互聯(lián)覆蓋國際區(qū)域與大量區(qū)域ISP互聯(lián)4748因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡“第二層”

ISP:較小的(常為區(qū)域的)ISP(如中國電信、中國網(wǎng)通、中國移動)與一個或更多的第一層ISP相連，也可能與其他第二層ISP相連大公司和內(nèi)容提供商(如谷歌)直接與區(qū)域ISP甚至第一層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

第二層ISP是第一層提供商的客戶各第二層ISP在NAP互聯(lián)，彼此也是專門成為對等方4849因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡“第三層”ISP和本地ISP最后一跳(“接入”)網(wǎng)絡(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49網(wǎng)絡核心:少量的良好互聯(lián)的大型網(wǎng)絡內(nèi)容提供商(如Google):將其數(shù)據(jù)中心與因特網(wǎng)連接，常繞過第一層ISP、區(qū)域ISPIXP:因特網(wǎng)交換點，第三方公司提供1-50接入ISP接入ISP接入ISP接入ISP接入ISP接入ISP接入ISP接入ISP區(qū)域ISP區(qū)域ISPIXPIXP第一層ISP第一層ISPGoogleIXP因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡50分組通過因特網(wǎng)核心5151綜上：因特網(wǎng)由十多個第一層ISP和數(shù)萬個低層ISP組成的。各個ISP覆蓋區(qū)域不同較低層的ISP與較高層的相連；較高層ISP彼此互聯(lián)，形成復雜的網(wǎng)狀結構因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡的網(wǎng)絡52知識回顧（2）計算機網(wǎng)絡的定義計算機網(wǎng)絡的組成因特網(wǎng)結構（2/3/2)特點53第1章：內(nèi)容提要541.1計算機網(wǎng)絡定義1.2因特網(wǎng)的結構1.3協(xié)議分層與服務模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標1.5計算機網(wǎng)絡簡史1.6小結5455什么是協(xié)議?人類協(xié)議vs.計算機網(wǎng)絡協(xié)議:問題:

其他人類協(xié)議?HiHi請問幾點了?2:00時間TCP連接請求

TCP連接響應Get/kurose-ross<文件>55網(wǎng)絡協(xié)議為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定即稱為網(wǎng)絡協(xié)議(networkprotocol)約會看電影的例子網(wǎng)絡協(xié)議3要素：語法(syntax)

：數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式語義(semantics)：發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應定時(timing)：事件實現(xiàn)順序的詳細說明網(wǎng)絡協(xié)議不是萬能的：紅藍軍問題5656著名的協(xié)議舉例-紅藍軍問題

占據(jù)東、西兩個山頂?shù)募t軍1和紅軍2與駐扎在山谷的藍軍作戰(zhàn)。其力量對比是：單獨的紅軍1或紅軍2打不過藍軍，但紅軍1和紅軍2協(xié)同作戰(zhàn)則可戰(zhàn)勝藍軍。現(xiàn)紅軍1擬于次日正午向藍軍發(fā)起攻擊。于是用計算機發(fā)送電文給紅軍2。但通信線路很不好，電文出錯或丟失的可能性較大（沒有電話可使用）。因此要求收到電文的友軍必須送回一個確認電文。但此確認電文也可能出錯或丟失。試問能否設計出一種協(xié)議使得藍軍1和藍軍2能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定（即100%而不是99.999…%）取得勝利？57明日正午進攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………這樣的協(xié)議無法實現(xiàn)！5859協(xié)議“分層”網(wǎng)絡是復雜的！有許多“組件”主機路由器各種媒體的鏈路應用協(xié)議硬件，軟件問題:

是否存在某種組織網(wǎng)絡結構的方式，使之協(xié)調(diào)工作？59網(wǎng)絡中采用“分而治之”的方法對付復雜系統(tǒng)最為有效的方法：“分而治之”例子：秦始皇統(tǒng)一中國后(BC221)的治理辦法網(wǎng)絡中如何“分而治之”：找出相對獨立的重要功能梳理功能間關系，使一個功能為另一功能提供服務相近功能僅在一個層次中實現(xiàn)，并盡可能位于較高層次6060實例：一個廣州公司的A總裁要與烏魯木齊B總裁簽署一份緊急商務合同。（P17）關鍵過程垂直通信封裝水平通信復雜系統(tǒng)的例子61復雜系統(tǒng)的例子兩名大公司總裁簽署合同過程：62層次:每一層實現(xiàn)一種服務經(jīng)其層內(nèi)功能依賴下層提供的服務6263為何要分層?處理復雜系統(tǒng)：簡化系統(tǒng)設計明確結構能夠標識復雜系統(tǒng)構件間的關系模塊化易于維護、系統(tǒng)的更新改變各層服務實現(xiàn)對系統(tǒng)其他部分透明如運郵件由飛機變?yōu)楦咚勹F路不影響系統(tǒng)其他部分分層的負面影響信息冗余，降低性能層次難以確定協(xié)議首部越來越大63引入網(wǎng)絡分層方法網(wǎng)絡應用與通信技術密不可分，難發(fā)展引入多個中間抽象層次，網(wǎng)絡呈模塊化設計好處：接口靈活，隱藏技術細節(jié)，易于擴展新功能，各層獨立發(fā)展缺點：可能降低系統(tǒng)性能，分布式操作復雜網(wǎng)絡分層方法要點：網(wǎng)絡功能模塊化，去除不同網(wǎng)絡應用之間以及網(wǎng)絡應用與網(wǎng)絡技術之間的緊密耦合用端到端原則決定網(wǎng)絡關鍵功能應當在哪些模塊中實現(xiàn)一個分層的體系結構允許通過定義良好的接口，將大而復雜的系統(tǒng)劃分為不同層次64網(wǎng)絡體系結構：

計算機網(wǎng)絡的各層及相應協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡的體系結構?；蛴嬎銠C網(wǎng)絡的體系結構就是計算機網(wǎng)絡及其部件所應完成的功能的精確定義。網(wǎng)絡的體系結構是抽象的；特定網(wǎng)絡是具體的65報文在各層之間的傳遞協(xié)議棧對等層66垂直通信水平通信66主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用進程數(shù)據(jù)先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層

PDU67主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層PDU再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文68主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡層加上網(wǎng)絡層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）69主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2IP數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀70主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體7172主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)應用層(applicationlayer)5432154321物理傳輸媒體主機

1AP2AP1電信號（或光信號）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層主機

272主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層73主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡層74主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運輸層75主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給應用層76主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝?nèi)ナ撞?，取出應用程序?shù)據(jù)上交給應用進程77主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù)！78主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用程序數(shù)據(jù)應用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒贸绦驍?shù)據(jù)H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部79主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

210100110100101比特流110101110101計算機2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)80H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡層H2T2H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)81H4H5應用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層82H5應用程序數(shù)據(jù)H4H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應用層83應用程序數(shù)據(jù)H5應用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2應用層剝?nèi)脤覲DU首部后把應用程序數(shù)據(jù)交給應用進程84主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)5432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應用程序數(shù)據(jù)！85水平協(xié)議和垂直服務向上一層提供服務(service)協(xié)議是“水平的”，服務是“垂直的”向上的服務利用了下層的功能8686因特網(wǎng)(TCP/IP)的體系結構應用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層主機A主機B路由器網(wǎng)絡

2網(wǎng)絡

1應用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時最高只用到網(wǎng)絡層而沒有使用運輸層和應用層。87幾種體系結構的比較8888TCP/IP體系結構特點協(xié)議棧呈“沙漏”形狀IP是“細腰”細腰部代表最小、精選的通用功能集使高層應用和低層通信網(wǎng)技術獨立發(fā)展因特網(wǎng)設計實現(xiàn)時，為提高效率并未嚴格分層8989沙漏計時器形狀的

TCP/IP協(xié)議族HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡接口層運輸層應用層………網(wǎng)絡接口

1網(wǎng)絡接口

2網(wǎng)絡接口

3EverythingoverIPIP

可為各式各樣的應用程序提供服務IPoverEverythingIP

可應用到各式各樣的網(wǎng)絡上9091報文段數(shù)據(jù)報幀源應用層運輸層層網(wǎng)絡層鏈路層物理層HtHnHlMHtHnMHtMM目的地應用層運輸層層網(wǎng)絡層鏈路層物理層HtHnHlMHtHnMHtMM網(wǎng)絡層鏈路層物理層鏈路層物理層HtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnMHtHnHlMHtHnHlM路由器交換機報文流經(jīng)端系統(tǒng)、路由器和鏈路層交換機的層次91端到端原則

DavidD.Clark著名的“端到端原則”決定網(wǎng)絡某個特定功能應當放在哪個層次模塊中為好如路由選擇、數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)冗吘壷悄埽诵暮唵味讼到y(tǒng)處理能力日益增強，用軟件來增強網(wǎng)絡協(xié)議的處理能力，性價比不斷提高降低網(wǎng)絡的復雜性，等價于提升網(wǎng)絡的傳輸速率，也等價于增強網(wǎng)絡適應新興應用的靈活性9292兩種文件可靠傳輸方案比較方案一保證文件在每兩個結點之間都能可靠傳輸，從而最終到達接收方方案二只進行發(fā)送方到接收方的端到端檢查，如果有必要則再重傳該文件方案一不夠全面結點存儲出錯、緩存不足等方案二則更完善和簡單無需鏈路層、網(wǎng)絡層和運輸層分別提供，使傳輸更為快速93端到端原則：如果在較高層能夠完善地實現(xiàn)某種功能，就無需再由較低層提供這種功能93因特網(wǎng)標準化工作分類：專用的、開放的和事實上的因特網(wǎng)標準是開放、免費的請求評論(RequestForComments，RFC)因特網(wǎng)工程任務組(InternetEngineeringTaskForce,IETF)因特網(wǎng)研究任務組(InternetResearchTaskForce,IRTF)電氣及電子工程師協(xié)會(IEEE)802工程9494第1章：內(nèi)容提要951.1計算機網(wǎng)絡定義1.2因特網(wǎng)的結構1.3協(xié)議分層與服務模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標1.5計算機網(wǎng)絡簡史1.6小結95分組交換網(wǎng)的性能指標時延丟包率帶寬和吞吐量時延與帶寬乘積9697時延和丟包是怎樣產(chǎn)生的？分組在路由器緩存中排隊

分組到達鏈路的速率超過輸出鏈路能力將導致分組排隊分組在緩存中排隊等待交換，排隊過多則丟包AB將傳輸?shù)姆纸M(時延)分組排隊

(時延)空閑緩存：如果緩存無空閑，則到達分組丟失(丟包)97四種時延：位置和原因1011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結點

B結點

A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結點

A中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)鏈路檢查比特差錯決定輸出鏈路等待輸出鏈路傳輸?shù)臅r間取決于路由器擁塞的等級R=鏈路帶寬(bps)L=分組長度(比特)發(fā)送比特進入鏈路的時間=L/Rd=物理鏈路的長度s=在介質(zhì)中傳播的速度(~2x108m/sec)傳播時延=d/s9899排隊R=鏈路帶寬(bps)L=分組長度(比特)a=平均分組到達速率流量強度=La/RLa/R~0:平均排隊時延小La/R1:時延急劇變大La/R>1:更多“工作”到達，超出了服務能力，平均時延無窮大！平均排隊時延

99100結點時延dproc=處理時延通常幾個微秒或更少dqueue=排隊時延取決于擁塞dtrans=傳輸時延=L/R,對低速鏈路很大dprop=傳播時延幾微秒到幾百毫秒100計算時延的例子50MB數(shù)據(jù)塊通過1

Mbps信道傳輸傳輸時延50×220×8/106=419.45

s(近7分鐘)用光纖傳送到1000

km遠，傳播時延=5ms傳輸時延占主導若采用100Gbps高速信道

傳輸時延50×220×8/1011=4.1945

ms傳輸時延和傳播時延相當(兩者占主導)若傳播距離減小到1km傳輸時延則占主導101在總時延中，究竟是哪一種時延占主導地位，必須具體分析101丟包率(rateofpacketlost)定義：

在一定的時段內(nèi)在兩結點間傳輸過程丟失分組數(shù)量與總的分組發(fā)送數(shù)量的比率無擁塞時為0%，輕度擁塞為1～4%，嚴重擁塞為5～15%丟包率高的網(wǎng)絡無法使網(wǎng)絡應用正常工作IP網(wǎng)丟包主要原因路由器無法容納到達的分組，只能丟棄(drop)到達的分組丟包率指標非常重要102102帶寬和吞吐量網(wǎng)絡帶寬(bandwidth)鏈路在一段特定的時間內(nèi)所能傳送的比特數(shù)的額定值吞吐量(throughput)網(wǎng)絡在單位時間內(nèi)無差錯地傳輸數(shù)據(jù)的能力瓶頸鏈路路徑中可用帶寬最小的鏈路)可用帶寬帶寬與干擾流量之差103103跳與路徑路徑可以定義為形式為<h0，l1，h1，...，ln，hn>的序列，是單向的每個hi是一個結點每個

li

是一條hi-1到hi之間的鏈路對于端到端路徑而言，h0和hn是端系統(tǒng)，而h1…h(huán)n-1

是路由器。每個<li，hi>二元組被稱為一“跳”104104時延與帶寬乘積物理意義應用進程之間的信道看作中空的管道，時延相當于管道的長度，帶寬相當于管道的直徑，則時延與帶寬乘積就是管道的容積，即管道能夠容納的比特數(shù)應用場合發(fā)送方協(xié)議在沒有填