ch1：計算機網(wǎng)絡(luò)概論

計算機網(wǎng)絡(luò)張翠肖zhangcx@信息學(xué)院網(wǎng)絡(luò)工程與技術(shù)系

2014年春1第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概論2學(xué)習(xí)提示目的總體把握網(wǎng)絡(luò)的分層體系結(jié)構(gòu)，理解重要概念、術(shù)語、性能測度，理解導(dǎo)致因特網(wǎng)成功的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征，奠定后繼學(xué)習(xí)基礎(chǔ)重要知識點因特網(wǎng)“2/3/2”特點因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)與端到端原則網(wǎng)絡(luò)協(xié)議學(xué)習(xí)方法總體把握，理解概念3分層服務(wù)模型TCP/IP沙漏模型分組交換網(wǎng)性能指標(biāo)3第1章內(nèi)容提要1.1計算機網(wǎng)絡(luò)定義1.2因特網(wǎng)的結(jié)構(gòu)1.3協(xié)議分層與服務(wù)模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標(biāo)1.5計算機網(wǎng)絡(luò)簡史1.6小結(jié)44網(wǎng)絡(luò)無所不在：網(wǎng)空燦爛，萬千氣象5家庭網(wǎng)絡(luò)園區(qū)網(wǎng)移動網(wǎng)絡(luò)國際ISP區(qū)域ISP51-6因特網(wǎng)應(yīng)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(wù)器http://www-/~shri/iPic.htmlIP像框http:///Web使能的烤面包機+天氣預(yù)報因特網(wǎng)電話因特網(wǎng)冰箱6計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(xué)習(xí)方面知道如何在網(wǎng)絡(luò)上找到其相關(guān)細(xì)節(jié)醫(yī)療方面對搜索關(guān)鍵詞“流感”計算，定位流感病毒肆虐地區(qū)電子商務(wù)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(luò)：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(luò)：將各種計算機（PC、便攜機、工作站、服務(wù)器）通過通信線路和網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shè)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(luò)？8什么是計算機網(wǎng)絡(luò)？計算機網(wǎng)絡(luò)(computernetwork)定義由通信信道連接的主機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(chǔ)設(shè)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(yīng)用優(yōu)化能支持廣泛、不斷出現(xiàn)的新型應(yīng)用99計算機網(wǎng)絡(luò)用途共享信息具有訪問在共享存儲設(shè)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(wù)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(luò)上的特定硬件1010網(wǎng)絡(luò)組成網(wǎng)絡(luò)實體可抽象為2種基本構(gòu)件：結(jié)點(node)(亦稱節(jié)點)：計算設(shè)備鏈路(link)：物理媒體1111構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的三種方式:直接連接直接連接的網(wǎng)絡(luò)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(luò)的分類物理鏈路與一對結(jié)點相連：點到點鏈路(point-to-pointlink)多結(jié)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(gòu)建網(wǎng)絡(luò)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(shè)備相連。交換結(jié)點：這些連接設(shè)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(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的三種方式:網(wǎng)絡(luò)云14構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的三種方式:網(wǎng)絡(luò)云網(wǎng)絡(luò)云交換結(jié)點(switchingnode)形成了交換網(wǎng)，交換網(wǎng)可視為一朵網(wǎng)絡(luò)云網(wǎng)絡(luò)云抽象將網(wǎng)絡(luò)云內(nèi)部結(jié)點和網(wǎng)絡(luò)云外部結(jié)點分開15網(wǎng)絡(luò)云表示任何類型的網(wǎng)絡(luò)一朵網(wǎng)絡(luò)云中通常使用同一種技術(shù)的設(shè)備。通常采用分組交換技術(shù)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(luò)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(luò)：原理與實踐1717構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的三種方式:網(wǎng)絡(luò)云互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)云互聯(lián)遞歸地連接網(wǎng)絡(luò)云形成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，有很好的擴展性由網(wǎng)絡(luò)云構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)稱為互聯(lián)網(wǎng)，或網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)這些網(wǎng)絡(luò)云可以采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)18當(dāng)前使用TCP/IP的國際互聯(lián)網(wǎng)寫成Internet即因特網(wǎng)技術(shù)術(shù)語internet即互聯(lián)網(wǎng)連接兩個或多個網(wǎng)絡(luò)云的結(jié)點稱路由器主機間接連通的第二種方法18網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是向用戶所提供的有用網(wǎng)絡(luò)功能，由運行在網(wǎng)絡(luò)中不同主機上的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序相互協(xié)作提供網(wǎng)絡(luò)為分布于主機中的應(yīng)用程序進程提供了通信基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)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(luò)邊緣用軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用功能，方便地增加

新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(luò)適配器的驅(qū)動程序或從網(wǎng)絡(luò)適配器中俘獲分組。一種是操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序的接口，稱為基于TCP/IP的應(yīng)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(yīng)用程序編程接口(ApplicationProgrammingInterface,API)21因特網(wǎng)的2/3/2特點

2類構(gòu)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(luò)定義1.2因特網(wǎng)的結(jié)構(gòu)1.3協(xié)議分層與服務(wù)模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標(biāo)1.5計算機網(wǎng)絡(luò)簡史1.6小結(jié)2323因特網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)邊緣(edge):

應(yīng)用與主機網(wǎng)絡(luò)核心(core):

路由器(網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò))接入網(wǎng)(accessnetwork)：連接兩者的通信鏈路計算機網(wǎng)絡(luò)：原理與實踐2424因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點“端到端原則(end-to-endarguments)”邊緣智能，核心簡單將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)處理功能(如差錯控制、流量控制功能、安全保障和應(yīng)用等網(wǎng)絡(luò)智能)置于網(wǎng)絡(luò)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(luò)核心位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)的強大計算能力，用軟件方式處理大量復(fù)雜的控制和應(yīng)用邏輯，位于網(wǎng)絡(luò)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(luò)應(yīng)用因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)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(wù)器和移動計算機。運行應(yīng)用程序處于因特網(wǎng)的邊緣端系統(tǒng)劃分為：客戶機服務(wù)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(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)分為：客戶(client)/服務(wù)器(server)模式：客戶主機請求，從總是打開的服務(wù)器接收服務(wù)例如Web瀏覽器/服務(wù)器；電子郵件客戶/服務(wù)器對等(peer-to-peer,P2P)模式:最小限度(或不)使用專用服務(wù)器2929兩種通信方式在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運行的程序之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻舴?wù)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(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進程?？蛻舴?wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。31運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行服務(wù)器程序AB①請求服務(wù)②得到服務(wù)客戶服務(wù)器客戶A向服務(wù)器B發(fā)出請求服務(wù)，而服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù)。32客戶軟件的特點向服務(wù)器發(fā)出請求，接收服務(wù)器的響應(yīng)可以間歇的與服務(wù)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(wù)器軟件的特點運行服務(wù)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(yīng)，提供所需的服務(wù)。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(wù)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(luò)中用來提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。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(luò)服務(wù)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(wù)器（Server）通常指一些安裝了提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(luò)服務(wù)呢？答案：當(dāng)然可以，前提是只要你的PC能夠為你的網(wǎng)絡(luò)提供服務(wù)，而且服務(wù)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(wù)請求方還是服務(wù)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(wù)器。對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務(wù)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(wù)器。例如主機C請求D的服務(wù)時，C是客戶，D是服務(wù)器。但如果C又同時向F提供服務(wù)，那么C又同時起著服務(wù)器的作用。38網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用都具有P2P結(jié)構(gòu)。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(shè)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(wù)路由器的任務(wù)：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(wù)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(luò)也必須互聯(lián)起來。因特網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)43多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。出現(xiàn)了因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP(InternetServiceProvider)。因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)44用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務(wù)提供者用戶通過ISP上網(wǎng)根據(jù)提供服務(wù)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(luò)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)的網(wǎng)絡(luò)“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(luò)的網(wǎng)絡(luò)“第三層”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49網(wǎng)絡(luò)核心:少量的良好互聯(lián)的大型網(wǎng)絡(luò)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(luò)的網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)核心：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)52知識回顧（2）計算機網(wǎng)絡(luò)的定義計算機網(wǎng)絡(luò)的組成因特網(wǎng)結(jié)構(gòu)（2/3/2)特點53第1章：內(nèi)容提要541.1計算機網(wǎng)絡(luò)定義1.2因特網(wǎng)的結(jié)構(gòu)1.3協(xié)議分層與服務(wù)模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標(biāo)1.5計算機網(wǎng)絡(luò)簡史1.6小結(jié)5455什么是協(xié)議?人類協(xié)議vs.計算機網(wǎng)絡(luò)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(yīng)Get/kurose-ross<文件>55網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定即稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(networkprotocol)約會看電影的例子網(wǎng)絡(luò)協(xié)議3要素：語法(syntax)

：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)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(yīng)定時(timing)：事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明網(wǎng)絡(luò)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(rèn)電文。但此確認(rèn)電文也可能出錯或丟失。試問能否設(shè)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(luò)是復(fù)雜的！有許多“組件”主機路由器各種媒體的鏈路應(yīng)用協(xié)議硬件，軟件問題:

是否存在某種組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方式，使之協(xié)調(diào)工作？59網(wǎng)絡(luò)中采用“分而治之”的方法對付復(fù)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(luò)中如何“分而治之”：找出相對獨立的重要功能梳理功能間關(guān)系，使一個功能為另一功能提供服務(wù)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(wù)合同。（P17）關(guān)鍵過程垂直通信封裝水平通信復(fù)雜系統(tǒng)的例子61復(fù)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(wù)經(jīng)其層內(nèi)功能依賴下層提供的服務(wù)6263為何要分層?處理復(fù)雜系統(tǒng)：簡化系統(tǒng)設(shè)計明確結(jié)構(gòu)能夠標(biāo)識復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)件間的關(guān)系模塊化易于維護、系統(tǒng)的更新改變各層服務(wù)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(fù)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(luò)分層方法網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與通信技術(shù)密不可分，難發(fā)展引入多個中間抽象層次，網(wǎng)絡(luò)呈模塊化設(shè)計好處：接口靈活，隱藏技術(shù)細(xì)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(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分層方法要點：網(wǎng)絡(luò)功能模塊化，去除不同網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的緊密耦合用端到端原則決定網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵功能應(yīng)當(dāng)在哪些模塊中實現(xiàn)一個分層的體系結(jié)構(gòu)允許通過定義良好的接口，將大而復(fù)雜的系統(tǒng)劃分為不同層次64網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：

計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及相應(yīng)協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。或計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)就是計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是抽象的；特定網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用進程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)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(yīng)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(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(luò)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(luò)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(yīng)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(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)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(yīng)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(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)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?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用程序數(shù)據(jù)80H3H4H5應(yīng)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(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)81H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)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(luò)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(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)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(yīng)用層83應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)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(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)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(yīng)用程序數(shù)據(jù)！85水平協(xié)議和垂直服務(wù)向上一層提供服務(wù)(service)協(xié)議是“水平的”，服務(wù)是“垂直的”向上的服務(wù)利用了下層的功能8686因特網(wǎng)(TCP/IP)的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機A主機B路由器網(wǎng)絡(luò)

2網(wǎng)絡(luò)

1應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運輸層和應(yīng)用層。87幾種體系結(jié)構(gòu)的比較8888TCP/IP體系結(jié)構(gòu)特點協(xié)議棧呈“沙漏”形狀I(lǐng)P是“細(xì)腰”細(xì)腰部代表最小、精選的通用功能集使高層應(yīng)用和低層通信網(wǎng)技術(shù)獨立發(fā)展因特網(wǎng)設(shè)計實現(xiàn)時，為提高效率并未嚴(yán)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(luò)接口層運輸層應(yīng)用層………網(wǎng)絡(luò)接口

1網(wǎng)絡(luò)接口

2網(wǎng)絡(luò)接口

3EverythingoverIPIP

可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù)IPoverEverythingIP

可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上9091報文段數(shù)據(jù)報幀源應(yīng)用層運輸層層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層HtHnHlMHtHnMHtMM目的地應(yīng)用層運輸層層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層HtHnHlMHtHnMHtMM網(wǎng)絡(luò)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(luò)某個特定功能應(yīng)當(dāng)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?，核心簡單端系統(tǒng)處理能力日益增強，用軟件來增強網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的處理能力，性價比不斷提高降低網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，等價于提升網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率，也等價于增強網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)新興應(yīng)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(jié)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(jié)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(luò)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(biāo)準(zhǔn)化工作分類：專用的、開放的和事實上的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是開放、免費的請求評論(RequestForComments，RFC)因特網(wǎng)工程任務(wù)組(InternetEngineeringTaskForce,IETF)因特網(wǎng)研究任務(wù)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(luò)定義1.2因特網(wǎng)的結(jié)構(gòu)1.3協(xié)議分層與服務(wù)模型1.4分組交換網(wǎng)的性能指標(biāo)1.5計算機網(wǎng)絡(luò)簡史1.6小結(jié)95分組交換網(wǎng)的性能指標(biāo)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(dǎo)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(jié)點

B結(jié)點

A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結(jié)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(wù)能力，平均時延無窮大！平均排隊時延

99100結(jié)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(dǎo)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(dāng)(兩者占主導(dǎo))若傳播距離減小到1km傳輸時延則占主導(dǎo)101在總時延中，究竟是哪一種時延占主導(dǎo)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(jié)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(yán)重?fù)砣麨?～15%丟包率高的網(wǎng)絡(luò)無法使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(biāo)非常重要102102帶寬和吞吐量網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(jié)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(yīng)用進程之間的信道看作中空的管道，時延相當(dāng)于管道的長度，帶寬相當(dāng)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(yīng)用場合發(fā)送方協(xié)議在沒有填