计算机网络第五版教学Chapter1-AriesHE-1.1-1.3

1、1计算机网络 自顶向下方法任课老师：Mr.zhang电话：159080*QQ: 123526E-mail: 123526Preface本课程是专业基础课程总学时：48+8教材：计算机网络自顶向下方法（第四版）课程网站：/C876/Asp/Root/Index.aspPrefaceComputer Networking: A Top Down Approach 4rd edition. Jim Kurose, Keith RossReference book 计算机网络（第四版）Andrew s. Tanenbaum著清华大学出版社计算机网络（第五版）谢希仁著电子工业出版社计算机网络CCNA系列

2、(思科网络学院教材)人民邮电出版社Why Top-Down自顶向下：从应用层开始到物理层结束自顶向下的理由：当前计算机网络发展的重点在应用层了解了网络的应用程序才能去理解支持这些应用的下层协议学生可以更早了解网络应用程序如何开发Framework 全书共九章，本课程学习第一章至第五章Chapter 1 computernetworks and the internetChapter 2 application layerChapter 3 transport layerChapter 4 network layerChapter 5 the link layer and local area

3、networksCourse Specialty 基本概念多、抽象概念多新知识、新术语多涉及内容广实践应用性强language trouble Ways and Means 整体上把握知识的结构，先建立基本框架，然后自上而下逐渐细化，逐步充实对于那些尚未深入涉及的概念，要重点掌握它和其它概念的相互关系 善于把概念分类、归纳、前后贯穿通过实践加强认识学会通过“网络”学习网络英文教材的阅读怎么学好英文教材？不要怕读语法很简单划出计算机专业单词，并做笔记是计算机课也是专业英语课不用一次把书读懂Goal 建立计算机网络的完整概念定义、组成、体系结构、网络协议（TCP, UDP, HTTP, FTP）了

4、解当前网络技术的重要发展动态高速,互连,智能学会计算机网络操作、日常管理和维护的基本方法懂、建、管、用“懂”理解网络原理、主要协议和标准“建”掌握组建网络的工程技术；“管”学会管理、配置和维护网络；“用”学会将网络作为知识获取和信息发布的平台Scores平时成绩（课堂表现、考勤、作业等）：15%实验成绩：15%期末考试（闭卷）成绩：70%Network VS JOBapplicationtransportnetworklinkphysical开发应用软件开发系统软件研制路由器研制NIC等研制通信介质Google/BaiduMicrosoft /SunHuawei/CiscoDlink/3COM

5、IBDN /AMPWhat is the use of our course NETWORKING?Others QuestionsIf you have questions?IF you have to be absent from class on business occasionally?IF you are long absence from our class ?COMPUTER NETWORKS AND THE INTERNETChapter 1Chapter 1: IntroductionOur goal: get “feel” and terminologymore dept

6、h, detail later in courseapproach:use Internet as exampleOverview:whats the Internetwhats a protocol?network edgenetwork coreaccess net, physical mediaInternet/ISP structureperformance: loss, delayprotocol layers, service modelsnetwork modeling（网络建模）Chapter 1: roadmap1.1 What is the Internet?1.2 Net

7、work edge1.3 Network core1.4 Network access and physical media1.5 Internet structure and ISPs1.6 Delay & loss in packet-switched networks1.7 Protocol layers, service models1.8 History终端设备hosts/end system计算机,工作站, 服务器,PDA电话, 智能家电通信链路：光纤, 铜缆, 无线电,卫星通信设备：交换机、路由器、防火墙等local ISPcompanynetworkregional ISPwo

8、rkstationWhats the Internet: “nuts and bolts” viewWhats the Internet: “nuts and bolts” view协议protocols control sending, receiving of msgse.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP因特网: “万网之网”公共的Internet（因特网） vs. 专有的 intranet（内联网）Internet standardsRFC: Request for commentsIETF: Internet Engineering Task Force （因特网

9、工程部）local ISPcompanynetworkregional ISProuterworkstationservermobileWhats the Internet: a service view网络的通信结构使得分布式应用成为可能:Web, email, games, e-commerce,file sharingcommunication services provided to apps:Connectionless unreliable(不可靠的无连接)connection-oriented reliable（可靠的面向连接）人际交流的协议:共同的语言交流的环境礼仪 网络协议:

10、计算机之间网络中所有的通信遵循的规则Whats a protocol?什么是协议?人的协议和网络协议之间的对比helloHelloTCP connection req.Get /index.htmGot thetime?2:00TCP connection Ack.ThanksNot at allTCP Fin req.TCP Fin Ack.timeWhats a protocol?human protocols:“whats the time?”“I have a question”introductions specific msgs sent specific actions take

11、n when msgs received, or other eventsnetwork protocols:machines rather than humansall communication activity in Internet governed by protocolsprotocols define format, order ofmsgs sent and received among network entities, and actions taken on msg transmission, receipt of a msgs or other event.关于网络协议

12、网络协议的三要素：语义、语法与时序；语义（做什么）：用于解释比特流的每一部分的意义； 语法（怎么做）：语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序的意义；时序（什么时候做）：事件实现顺序的详细说明。Chapter 1: roadmap1.1 What is the Internet?1.2 Network edge网络边缘1.3 Network core网络核心1.4 Network access and physical media1.5 Internet structure and ISPs 1.6 Delay & loss in packet-switched network

13、s1.7 Protocol layers, service models1.8 History网络的发展与结构远程联机系统多计算机互联通信任务从主机中分离两层网络的概念通信子网和资源子网HOSTHOSTHOSTTTTTTTTTTT通信线路CCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTCCPCCPHOSTHOSTTTTTTTCCPHOSTTTT通信子网CCCHHH资源子网通信子网HHA closer look at network structure:network edge: applications and hostsnetwork core: routersnetwork of

14、 networksaccess networks, physical media: communication linksThe network edge:end systems (hosts):run application programse.g. Web, emailat “edge of network”client/server modelclient host requests, receives service from always-on servere.g. Web browser/server; email client/serverpeer-peer model: min

15、imal (or no) use of dedicated servers（很少有专门的服务器）e.g. Skype, BitTorrentAccess networks and physical mediaQ: How to connect end systems to edge router?住宅接入residential access nets公司接入institutional access networks (school, company)无线接入mobile access networksKeep in mind: bandwidth (bits per second) of ac

16、cess network?shared or dedicated?Residential access: point to point accessDialup via modem（通过modem拨号）up to 56Kbps direct access to router (often less)Cant surf and phone at same time: cant be “always on”(总是在线)DSL: digital subscriber lineup to 1 Mbps upstream (today typically 256 kbps)up to 8 Mbps do

17、wnstream (today typically 1 Mbps)FDM: 50 kHz - 1 MHz for downstream 4 kHz - 50 kHz for upstream 0 kHz - 4 kHz for ordinary telephonededicated physical line to telephone central officeResidential access: cable modemsHFC: hybrid fiber coax (光纤同轴电缆混合网络)asymmetric: up to 30Mbps downstream, 2 Mbps upstre

18、amnetwork of cable and fiber attaches homes to ISP routerhomes share access to router homecable headendcable distributionnetwork (simplified)Typically 500 to 5,000 homesCompany access: local area networkscompany/univ local area network (LAN) connects end system to edge routerEthernet: 10 Mbs, 100Mbp

19、s, 1Gbps, 10Gbps Ethernetmodern configuration: end systems connect into Ethernet switchLANs: chapter 5Wireless access networksshared wireless access network connects end system to routervia base station aka “access point”wireless LANs:802.11b/g (WiFi): 11 or 54 Mbpswider-area wireless accessprovided

20、 by telco operator3G 384 kbpsbasestationmobilehostsrouterHome networksTypical home network components: DSL or cable modemrouter/firewall/NATEthernetwireless access pointwirelessaccess pointwirelesslaptopsrouter/firewallcablemodemto/fromcableheadendEthernet有线传输介质 同轴电缆 双绞线 光纤无线传输介质 卫星 微波 红外线传输介质的主要类型P

21、hysical MediaBit: propagates betweentransmitter/rcvr pairsphysical link:between transmitter & receiverguided media: signals propagate in solid media: copper, fiber, coaxunguided media: signals propagate freely, e.g., radio双绞线同轴电缆光纤电缆无线与卫星通信信道常用的传输介质双绞线由一对直径为1mm的绝缘铜线缠绕而成。减少线间的电磁干扰。有屏蔽与非屏蔽之分，均为8芯电缆，双绞

22、线的类型由单位长度内的绞环数确定。Category 3 UTPCategory 5 UTP双绞线的类别EIA/TIA已颁布了六类(Category,简写为Cat)线缆的标准。其中：Cat1：适用于电话和低速数据通信；Cat2：适用于ISDN及T1/E1，支持16MHz的数据通信；Cat3：适用于10Base-T或100Mbps的100Base-T4，支持达20MHz的数据通信；Cat5：适用于100Mbps的100Base-TX和100Base-T4，支持高达100MHz的数据通信。Cat6：适用于1000Mbps的1000Base-TX，支持高达1000MHz的数据通信。常用的双绞线：3类（

23、16Mb/s） 和5类（155Mb/s）两种屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛双绞线的颜色序号12345678颜色白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕5类双绞线的线序直连网线交叉网线Side 1Side 2Side 112345678123456781=白/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕Side 2Side 1Side 2Side 1Side 212345678123456781=白/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕1=白/橙2=橙3=白/绿4=蓝5=白/蓝6=绿7=白/棕8=棕1

24、=白/绿2=绿3=白/橙4=蓝5=白/蓝6=橙7=白/棕8=棕网线制作同轴电缆的主要特性1.优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大技术非常成熟2.缺点电缆硬，折曲困难，重量重3.局域网常用同轴电缆粗同轴电缆：特征阻抗50 ，直径1cm细同轴电缆：特征阻抗50，直径0.5cm4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线5.目前已不再推荐使用。同轴电缆10base5 粗同轴电缆10base2 细同轴电缆依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播优缺点：传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好、误码率低、保密性好轻便价格较高需要光电转换纤芯材料：塑料二氧化

25、硅 （高纯玻璃）光纤（Optical Fiber）光纤通信系统电信号通过光发送器转换为光信号，在光纤上传输，在接收端通过光接收机转换为电信号。产生光的器件是发光二极管，它用于多模光纤信号的产生，也可以是激光二极管，用于单模光纤信号的产生。接收端讲光信号转换成电信号，需要使用光电二极管PIN检波器或APD检波器。使用电磁波或光波携带信息优缺点：无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰反射，为障碍物所阻隔主要类型：无线电、地面微波通信卫星红外线无线介质Chapter 1: roadmap1.1 What is the Internet?1.2 Network edge1.3 Network

26、 core1.4 Delay & loss in packet-switched networks1.5 Protocol layers, service models1.6 Network under attack1.7 History1.8 summaryQuestion?Internet是不是就是网络？Internet 是一个计算机物理网络吗？思考题以下不属于网络协议三要素的选项是（ ）。 A、类型 B、语义 C、语法 D、同步下列关于计算机网络协议的叙述中，错误的是_。 A网络协议是计算机网络中互相通信的对等实体间交换信息时所必须遵守的规则的集合 B网络协议主要由语言、语法、载体三要素

27、构成 C网络协议属于计算机网络软件系统 D网络协议是网络软件系统中最重要、最核心的部分思考题网络协议的三要素是语法、语义与时序。语法是关于_。(A) 用户数据与控制信息的结构和格式的规定(B) 需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应的规定(C) 事件实现顺序的详细说明(D) 接口原语的规定The Network Coremesh of interconnected routers（路由器勾结而成的网）the fundamental question: how is data transferred through net?（数据如何经过网络）circuit switching（电路交

28、换）: dedicated circuit per call: telephone netpacket-switching（分组交换）: data sent thru net in discrete “chunks”（数据通过不连续的块传输）Network Core: Circuit SwitchingEnd-end resources reserved for “call”（为通话保留网络资源）交换技术的基本概念什么是交换？按某种方式动态地分配传输线路资源。例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。最初的交换：人工转接交换

29、为什么要采用交换技术？节省线路投资，提高线路利用率。实现交换的方法主要有：电路交换、报文交换和分组交换。交换技术的基本概念数据交换技术电路交换（circuit exchanging）存储转发（store-and-forward exchanging）交换报文交换（message exchanging ）报文分组交换（packet exchanging ）传统电话网使用电路交换每部电话想要和其他电话进行通信 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。传统电话网使用电路交换每部电话想要和其他电话进行通信但若要将 5 部电话机两两相连，则需要 10 对电线。 传统电话网使用电路交换 交换机 每部

30、电话想要和其他电话进行通信当电话机的数量很大时，就必须使用电话交换机进行连接。电路交换A 和 B 通话经过四个交换机。通话在 A 到 B 的连接上进行。(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换C 和 D 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA(A通话前先拨号建立连接。 (“面向连接的”)可能只要经过一个交换机（如 A 到 B）可能要经过多个交换机（如 C 到 D）通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。通话结束后，挂机释放连接。交换机交换机交换机交换机(交换机交换机BCD电路交换的特点交换机

31、C交换机B交换机A交换机D主机A主机 B线路建立阶段数据传输阶段线路释放阶段电路交换工作原理电路交换的通信子网通信子网结点是电子或机电结合的交换设备，可以完成输入与输出线路的物理连接。通信子网中的结点不能存储数据与改变数据内容，并且不具备差错控制能力。存储转发交换方式存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。 存储转发的分类可分为报文（message）与报文分组（packet）两类；报文传输：不管发送数据的

32、长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。报文和报文分组结构由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；分组交换成为当前计算机网络中基本的交换技术。分组交换的原理（一）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分组交换的原理（二）每一个数据段前面添加上首部构成分组。数 据数

33、 据数 据首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”分组交换的原理（三）分组交换网以“分组”作为数据传输单元。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收到的数据分组交换的原理（四）分组交换的原理（五）最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。报文1101000110101010110101011100010011010010 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转时也没有被丢弃。数 据数 据数 据分组交换 在发送端

34、把要发送的报文分隔为较短的数据块 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包） 依次把各分组发送到接收端 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组11010011101 00101001110报文发送端首部分组数 据首部分组首部数 据发送发送发送在前发送接收端数 据首部数 据首部数 据首部11010011101 00101001110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。分组交换网中的通信控制处理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。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。分组交换是基于标记的分组交换的示意图H1A分组交换网BDEC

35、H5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！CCP主机注意分组的存储转发过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组CCP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通信子网中CCP有多个端口ABCDEH1H5H2H4H3H6高速链路 CCP123412341 2 3 41 2 3 41 2 3 4CCP在CCP中的输入和输出端口之间没有直接连线。CCP处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）

36、；查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；把分组送到适当的端口转发出去。存储转发的优点线路利用率高 提高系统效率可以动态选择通过通信子网的最佳路径通信子网中的结点可以对不同通信速率的线路进行速率转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换可以平滑通信量通信子网中的结点可以进行差错检查和纠错处理，能提高系统可靠性采用存储转发的分组交换，实质上是采用了在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略。带来的问题？分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。Question?在同学们对计算机网络有了初步的认识之后，请同学们思考一个非