计算机网络 课件

自顶向下和互联网特色基于实验和探究式教学计算机网络Chapter 1 Introduction宁波大学信息科学与工程学院1-1这真的是一个问题！Packet switching allows more users to use network!报交换允许用户使用网络！比如：1M链路每个用户使用时需要100kbps，10%的使用率电路交换：10个用户包交换：35个用户（假设：超过10个用户同时使用的概率小于0.17%小于10个用户同时使用的概率为99.83%）对突发数据较好：资源共享简单，没有呼叫建立过分拥挤：包延迟或丢失协议需要数据重传和拥塞控制Q:如何提供接近电路的特性？音频和视频应用需要带宽保障（QOS）以R速率传输L数据需要化L/R秒（一次存储转发）整个包需要在能够被传送到下一个链接前到达路由器总的延迟＝SUM（每次延迟）＝3L/R （图例）1-28Now break up the message 1 msec to transmit packet on each link works in 1ms*5000+3ms=5.003 sec!如果将整个消息分隔为5000个包：每个包1500bits1500bits/1.5Mbps ＝1ms 传输到下一个链接并行传输：每个链接并行工作延迟由15s 减到1ms*5000+2ms=5.002sDelay and Loss.数据包在路由器的缓存中排队包到达速度会超过输出速度包就要排队，等待转发可用缓存：如果不足到达的包就会被丢弃（丢包）数据包延迟的4种原因：1.节点处理检查位错误决定输出链路2.排队等待输出发送的时间取决于路由器的拥塞层度在包交换网络中的延迟：3.发送延迟R=链路速度bpsL=包长度bits发送到链路的时间=L/R(如果考虑先全部接收再转发，整体时延=2L/R)4.传播延迟d=物理链路长度s=在媒体中的传播速度传播延迟=d/s注意：s和R是完全不同的（数量级和性质）节点延迟节点延迟＝处理延迟＋排队延迟＋发送延迟＋传播延迟处理延迟：典型的是毫秒级目的是决定输出链路排队延迟：依赖于拥塞状况（会造成延迟和丢失）发送延迟：在低速链路会较大传播延迟：几毫秒到几千毫秒卫星链路传播延迟会超过发送延迟1-59q❑Cars “propagate” at 100 km/hrq❑Toll booth takes 12 sec to service a car (transmission time)mcar~=bit; m caravan ~= packetq❑Q: How long until caravan is lined up before 2nd toll booth?q❑Time to “push” entire caravan through toll booth onto highway = 12*10 = 120 secq❑Time for last car to propagate from 1st to 2nd toll booth: 100km/(100km/hr)= 1 hrq❑TOTAL=120s+1hr= 62 minutestoll booth tollbooth ten-carcaravan 100 km100 km人类的车队类比：车辆传播（行驶）速度：100km/hr收费站每辆车：12s车辆＝数据位，车队＝数据包Q:车队到达第二个收费站要多长时间？整个车队通过第一个收费站上高速＝12*10=120s 最后一辆车从第一个收费站到第二个收费站＝100km/(100km/hr)=1hr 总计＝120s+1hr=62mins1-60q❑Cars now “propagate” at 1000 km/hrq❑Toll booth now takes 1 min to service a carq❑Q: Will cars arrive to 2nd booth before all cars serviced at 1st booth?q❑Yes! After 7 min m1st car at 2nd booth m leave 3 cars still at 1st booth.q❑1st bit of packet can arrive at 2nd router before packet is fully transmitted at 1st router! (See also CSMA/CD in chap 5)toll booth tollbooth ten-carcaravan 100 km100 km车辆传播（行驶）速度：1000km/hr收费站每辆车：1minsQ:整个车队通过第一个前有车辆会到收费站吗？是的，7min 后：第一辆车到达第二个收费站 至少还有三辆车还在第一个收费站（我们要保证：）整个数据包在其第一个bit 到达第二个路由器前，必须还在第一个路由器上发送。

（参见第五章的CSMA/CD ）R=link bandwidth (bps)L=packet length (bits)traffic intensity = La/RLa/R ~ 0: average queueing delay small排队延迟（再讨论一下）R=链路带宽L=包长度a=包的平均到达速率通信量强度=La/RLa/R～0：平均排队延迟小La/R->1：延迟变大La/R >1:平均延迟趋向无穷大在互联网中的真实延迟和路由器traceroute程序提供从源到目的地沿着一个接一个的路由器的延迟测量，对于每一个i:发送3个包朝着目的地方向的路由器i路由器i返回给发送者发送者计算在发送和回复的时间间隔丢包和前一个连接的排队队列（缓存）当包到达队列满了，包就会被丢弃（丢包）或在路由器死机时（全丢了）丢失的包可以被源系统通过上一个节点重发，或者（根本）不再重发丢失了怎么办？如何发现丢失？源系统如何处理？....网络协议：机器比人类要好处理internet上的所有通信活动都受协议控制协议定义格式网络实体间收发消息的顺序消息传输和接收的动作a human protocol and a computer network protocol:Hi Hi Got the time?2:00TCP connectionreqTCP connectionresponseGet /<file index.html>time1-11协议层很多小片（组成网络）：主机路由器接入媒体的链路应用协议硬件，软件Q:有没有希望找到网络的组织结构？或者至少可以能够讨论网络？airplane routing airplane routingairplane routing空中旅行的组织：（买）票行李（检查－认领）门口（登机－下机）跑道（起飞－降落）飞行路线（转机）一系列的步骤ticket (purchase)baggage (check)gates (load)runway (takeoff)airplane routingairplane routing airplane routing ticket (complain)baggage (claimgates (unload)runway (land)airplane routingticketbaggagegatetakeoff/landingairplane routing换个角度来看：（分层）层：每个曾实现一个服务通过自己的对等层实现依靠更低层提供的服务空中旅行的层服务：一个一个的传输：人和行李行李通过认领传输人的转移：登机检票和离开飞机起飞降落飞机从源到目的地按路线飞行分层的理由：处理复杂系统允许定义清楚的结构，描述复杂系统的各部分关系分层的参考模型用于讨论模块化容易维护和更新系统改变每层服务的执行方法对剩余的层是透明的比如更新网关程序不会影响系统的其他部分（也有人）考虑分层的坏处？可能存在IP协议栈应用层：支持网络应用传输层：端到端程序数据传送网络层：路由数据报从信源到信宿，pc－pc（如两个IP间）数据链路层：数据传输在邻近的两个网络单元物理层：线缆上的位操作（但不包括线缆）分层：逻辑通信每一个层：分布式的在每个节点（通信）实体执行层的功能（通信）实体执行操作，完成对等交换信息比如：传输层从应用程序（应用层）获取数据加上地址，可靠性校验信息，形成数据报发送数据报到对等层等待对等层确认接收类比：人，邮局逻辑通信是基于物理通信完成的协议层数据每层从上层获取数据加上头部信息创建一个新的数据单元传递新的数据单元给低层H H n H l H H n H n H l 封装。