华中科技大学计算机网络课件-第1章-计算机网络与因特网

计算机网络第1章计算机网络和因特网第一章计算机网络和因特网2020年4月7日2目录什么是因特网网络边缘网络核心分组交换网中的时延、丢包和吞吐量协议层次和它们的服务模型攻击威胁下的网络计算机网络和因特网的历史第一章计算机网络和因特网2020年4月7日31.1什么是因特网视角1——因特网的构成硬件方面连接在因特网上的数以百万计的互连计算机设备:主机或端系统连接因特网上各种设备的通信链路光纤，铜缆，无线电，人造卫星传输速率=带宽转发数据的分组交换机:转发分组(数据块)链路层交换机路由器本地ISP公司网络区域ISP分组交换机工作站服务器移动通信设备第一章计算机网络和因特网2020年4月7日41.1什么是因特网视角1——因特网的构成（续）软件方面在因特网上运行的网络应用程序协议：控制报文的发送接收例如：TCP,IP,HTTP,FTP因特网：“万网之网”松散的层次结构公共因特网（Internet）和私有的内联网（intranet）因特网标准RFC:请求评论（requestforcomments）IETF:因特网工程任务组（InternetEngineeringTaskForce）第一章计算机网络和因特网2020年4月7日51.1什么是因特网视角2——因特网能够提供的服务通信基础设施为分布式应用程序提供支撑分布式应用程序包括：电子邮件、Web冲浪、即时讯息、IP话音、因特网广播、流式视频、分布式游戏、P2P文件共享等。如何在因特网上传输数据：通过应用程序编程接口API应用程序编程接口API规定了运行在一个端系统上的软件请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地软件交付数据的方式。因特网向应用程序提供多种服务：如面向连接的可靠服务和无连接的不可靠服务。第一章计算机网络和因特网2020年4月7日61.1什么是因特网什么是协议人类之间交流的语言（协议）汉语英语法语你好你好几点了？2:00时间第一章计算机网络和因特网1.1什么是因特网TCP连接请求TCP连接响应Get文件2020年4月7日7什么是协议（续）计算机之间交流的语言（协议）：协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作。语法语义同步第一章计算机网络和因特网2020年4月7日81.2网络边缘网络结构深入研究网络边缘:应用程序和主机网络核心:目标：在各个不同的小网络之间转发数据路由器网络的网络接入网，物理媒体第一章计算机网络和因特网2020年4月7日91.2网络边缘网络边缘的构成端系统（主机）运行应用程序，如：IE、MSN等网络应用的通信模型客户/服务器模型（C/S）客户：使用服务者服务器：提供服务者对等模型（P2P）所有的主机同时承担服务器和客户的双重身份第一章计算机网络和因特网2020年4月7日101.2网络边缘接入网的作用将网络边缘与网络核心连接起来，通常是将端系统连接到边缘路由器上边缘路由器：端系统到任何其它远程端系统的路径上的第一台路由器接入方式住宅接入：Modem拨号/DSL/HFC公司接入（局域网接入）：以太网无线接入第一章计算机网络和因特网2020年4月7日111.2网络边缘住宅接入：Modem拨号通过本地电话回路点对点连接ISP的拨号池（通常是路由器），速度最高可达56kbps无法实现上网和拨打电话同时进行DSL：数字用户线下行/上行速率可达8Mbps/1Mbps频分复用:0-4kHz：语音；4kHz-50kHz：上行；50kHz-1MHz：下行带宽独享各种高速DSL技术在各国迅猛发展VDSL：12~55Mbps/1.6~20Mbps第一章计算机网络和因特网2020年4月7日121.2网络边缘住宅接入（续）HFC(HybridFiberCoaxialCable)：光纤同轴电缆混合网络通过有线电视网络部署需要特殊的调制解调器：电缆调制解调器划分下行信道和上行信道下行/上行速率：30Mbps/2Mbps带宽共享第一章计算机网络和因特网2020年4月7日131.2网络边缘局域网接入公司/大学的局域网(LAN)将端系统连接到边缘路由器以太网:通过共享或专用的链路来连接端系统和路由器10Mbs,100Mbps,Gigabit以太网局域网:详见第5章第一章计算机网络和因特网2020年4月7日141.2网络边缘无线接入共享的无线接入网络连接端系统和路由器通过基站（无线接入点）无线局域网:802.11b(WiFi):54Mbps广域无线接入由电信运营商提供基站3G：提供超过1Mbps的无线接入EVDO和HSDPA标准WiMAX（IEEE802.16）：承诺跨越数万米的距离且速率超过5-10Mbps。基站移动主机路由器第一章计算机网络和因特网2020年4月7日151.2网络边缘家庭网络典型的家庭网络构成ADSL或cablemodem路由器/防火墙/网络地址转换以太网无线接入点无线接入点无线笔记本电脑路由器/防火墙cablemodem到/从电缆头端第一章计算机网络和因特网2020年4月7日161.2网络边缘物理媒体分类导引型媒体：信号沿着固体媒体传播非导引型媒体：信号自由传播导引型媒体双绞线：两根互相绝缘的铜导线绞合而成。3类线：传统的电话线，10Mbps以太网5类线：100Mbps以太网第一章计算机网络和因特网2020年4月7日171.2网络边缘导引型媒体同轴电缆双向传输基带电缆上单信道以太网宽带电缆上多信道HFC光缆在玻璃光纤传播光脉冲，每一个脉冲一比特高速运行高速的点到点传输(如数百Gbps)低误码率：中继器相隔很远；不受电磁干扰外层屏蔽层绝缘层内导体纤芯(玻璃)封套(玻璃)外套(玻璃)第一章计算机网络和因特网2020年4月7日181.2网络边缘非导引型媒体：无线电特性通过电磁频谱传播信号没有物理“线路”双向传输传播环境影响:路径损耗和遮挡衰落多径衰落干扰无线链路类型:地面微波：可达45Mbps无线局域网：2/11/54Mbps无线广域网：如3G卫星可达50Mbps的信道(或多个较小的信道)280毫秒的端到端延迟同步卫星vs低纬度卫星第一章计算机网络和因特网2020年4月7日191.3网络核心基本问题：数据如何通过网络来传输？第一代计算机网络——电路交换网络数据交换过程第一步：建立连接第二步：交换数据第三步：释放连接电路交换的特性数据交换前需建立起一条从发端到收端的物理通路在数据交换的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输信道交换双方可实时进行数据交换而不会存在任何延迟第一章计算机网络和因特网2020年4月7日201.3网络核心第一代计算机网络——电路交换网络（续）电路交换中的复用时分复用（TDM）频分复用（FDM）频率时间频率时间4对用户第一章计算机网络和因特网2020年4月7日211.3网络核心第一代计算机网络——电路交换网络（续）例题计算通过电路交换网络将一个640kb长的文件从主机A传送到主机B需要多长时间？所有链路速率皆为1.536Mbps每条链路使用有24个时隙的TDM建立端到端的电路需要500毫秒每条链路传输速率：1.536Mbps/24=64Kbps传送该文件时间：640K/64Kbps=10s加上建立端到端建立时间：0.5s总共需要时间：10.5s第一章计算机网络和因特网2020年4月7日221.3网络核心第一代计算机网络——电路交换网络（续）存在的问题计算机之间的数据交换往往具有突发性和间歇性特征，而对电路交换而言，用户支付的费用往往是按用户占用线路的时间来收费的。不够灵活。只要在通话双方建立的通路中的任何一点出了故障，就必须重新拨号建立新的连接，这对紧急和重要的通信是很不利的。结论：电路交换技术不适合于计算机间的数据交换。第一章计算机网络和因特网2020年4月7日231.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络引入分组交换网络的动机美国军方针对“数据”交换的特征以及电路交换技术存在的局限性，指出真正意义上的计算机网络必须满足：不是为了打电话，而是用于计算机之间的数据传送能够连接不同类型的计算机所有的网络结点同等重要，不能有特别重要的结点必须有冗余路由网络结构尽可能简单，能够可靠传送数据第一章计算机网络和因特网2020年4月7日241.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）计算机网络的演化第一章计算机网络和因特网2020年4月7日251.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）分组交换的工作流程(1)在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段报文1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输第一章计算机网络和因特网2020年4月7日261.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）分组交换的工作流程(2)每一个数据段前面添加上首部构成分组请注意：现在左边是“前面”数据数据数据报文首部首部首部分组1分组2分组3第一章计算机网络和因特网2020年4月7日271.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）分组交换的工作流程(3)分组交换网以“分组”作为数据传输单元(4)依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3第一章计算机网络和因特网2020年4月7日281.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）分组交换的工作流程(5)接收端收到分组后剥去首部还原成报文数据首部分组1数据首部分组2数据首部分组3收到的数据第一章计算机网络和因特网2020年4月7日291.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）分组交换的工作流程(6)最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文数据数据数据报文1101000110101010110101011100010011010010第一章计算机网络和因特网2020年4月7日301.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）分组交换的工作流程备注1：这里假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。备注2：分组首部的重要性：每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用此种存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。第一章计算机网络和因特网2020年4月7日311.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径的变化！结点交换机主机第一章计算机网络和因特网2020年4月7日321.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组结点交换机主机在结点交换机A暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机C暂存查找转发表找到转发的端口在结点交换机E暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机H5第一章计算机网络和因特网2020年4月7日331.3网络核心第二代计算机网络——分组交换网络（续）分组交换网络的结构采用分组交换技术的计算机网络，从概念上可以看成是由两个子网构成，一是通信子网，另一是资源子网，如图所示。其中,通信子网由若干个中间交换结点（switchnode）和连接这些交换结点的链路组成，主要承担数据通信任务。所谓资源子网主要由网络主机和各种可提供共享资源的设备（如打印机、光盘库等）组成，主要承担数据处理任务。资源子网通信子网第一章计算机网络和因特网2020年4月7日341.3网络核心第二代计算机网