1 / 81

计算机网络 Computer Networks

计算机网络 Computer Networks. http://if.ustc.edu.cn/course/. 参考书. Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks (5th Edition), Prentice Hall, 2010 中文版： 计算机网络 ( 第 4 版 ) ，潘爱民译，清华大学出版社 Larry L. Peterson, Bruce. S. Davie, Computer Networks: A System Approach (5th Edition) , Morgan Kaufmann, 2011

abel-abbott
Download Presentation

计算机网络 Computer Networks

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 计算机网络Computer Networks http://if.ustc.edu.cn/course/

  2. 参考书 • Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks (5th Edition), Prentice Hall, 2010 中文版：计算机网络 (第4版)，潘爱民译，清华大学出版社 • Larry L. Peterson, Bruce. S. Davie, Computer Networks: A System Approach (5th Edition) , Morgan Kaufmann, 2011 中文版：计算机网络：系统方法（第3版或者第4版），机械工业出版社

  3. 课程安排：54学时授课，20学时实验 成绩评定： 期末考试70% 平时作业10% 实验成绩20% 课程安排和成绩评定

  4. 助教信息 • 电三楼313房间 • 郭璟 • 李林 • 徐向前

  5. 什么是计算机网络？ • 通过通过同一种技术连接起来的一组自主计算机的集合，包括连接的物理介质，任何两台计算机之间都能够交换信息 • 计算机：可编程硬件，易于实现各种功能 • 物理介质：电缆、光纤、无线电波 通用性 1）能够承载不同应用的数据 2）不为特定应用做任何优化

  6. 计算机网络的组成 • 链路（link）：连接两台或者多台计算机的物理介质 • 点对点（Point-to-Point）链路 • 多路访问（Multiple Acess）/共享链路 • 节点（node）：被链路连接的计算机，这里的计算机实际上是指可编程硬件

  7. 主机 交换机 计算机网络的物理构建 • 在物理上，网络的基本要求是实现任意两个节点之间的连通性 • 两个节点通过直接的物理介质相连 • 线路太多，成本高 • 能够节点数量受限 • 两个节点通过其它节点间接相连 • 需要协作：两个节点间的其它节点愿意转发数据 • 协作节点被称为交换机 交换网

  8. 计算机网络与互连网（internet） • 一些独立的计算机网络互相连接形成互连网（internet） • 连接两个或者多个计算机网络的节点被称为路由器（Router）/网关（Gateway） • 将互连网看作是一种类型的网络，通过网络嵌套可以构成任意规模的互连网 • 为了叙述方便，我们将任意规模的互连网简称为网络（network）

  9. 计算机网络与Internet • Internet（因特网）是不是计算机网络？ • 早期Internet（因特网）？是 • 起源于美国阿帕网（ Advanced Research Projects Agency Network ） • 当前的Internet？不是 • 各种不同的网络接入到Internet，而其中有些不一定是计算机网络，例如电话网络、有线电视网络等等 • Internet是一个以计算机网络为主的互连网 • Internet是目前世界上最大的、开放的互连网，它由数量庞大的各种类型网络互连而成 • 理论上，任何设备只要运行TCP/IP协议，都可以接入到Internet

  10. 课程目标 • 掌握计算机网络中的基本概念 • 了解如何构建一个网络 • 关注为应用提供数据传输服务的网络体系结构，而不是应用本身 • 掌握基本的网络编程知识

  11. 课程内容 • 概述 • 物理层 • 数据链路层 • 局域网与介质访问控制 • 网络层 • Internet Protocol • 传输层 • 应用层 • 网络安全

  12. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 网络体系结构 • 1.6 网络标准化 • 1.7 网络性能度量

  13. 详细可参见IEEE Infocom 2006 keynote speech, UCLA大学， Len Kleinrock教授 "The Internet History, Development and Forecast" http://www.comsoc.org/video/infocom/06/index.html 1.1国际Internet 的发展史 • Internet——因特网（国际互连网，互联网（internet）） • 指全球最大的、开放的，由众多网络相互连接而成的计算机网络，它由美国阿帕网（ARPAnet）发展而成，主要采用TCP/IP协议。 • 历史 • 1969年起源于美国国防部高级研究计划署的ARPAnet • 1974年，发明TCP/IP模型和协议，1980年代，建立域名系统（DNS：Domain Name System） • 1985年，美国国家科学基金会NSF投入TCP/IP的研发，建成NSFNet • 90年代后，Internet飞速发展，入网的用户数呈指数增长 • 93年美国政府提出建立信息高速公路（国家信息基础设施，NII，National Information Infrastructure），一个贯通全美各大学、研究机构、企业及家庭的全国性网络。之后， GII（Global Information Infrastructure）在全球掀起 • 1997年7月，美国提出了NGI（Next Generation Internet） • 2005年美国NSF启动GENI（Global Environment for Networking Innovation）和FIND (Future INternet Design)

  14. 14

  15. 15

  16. 16

  17. What was the first message even sent on the Internet? 1844年，电报发明人Morse的第一份电报“What hath God Wrought” 1876年，电话发明人Bell的第一句电话 “Watson, come here. I want you. ” 1969年，Armstrong登上月球的第一句话“One Giant Leap for Mankind. ” It was simply a LOGIN from the UCLA computer to the SRI computer. Nobody noticed!! 17

  18. 1969年12月的ARPAnet 18

  19. 1988年的NSFNet 返回 19

  20. This large graph shows the router level connectivity of the Internet as measured by Hal Burch and Bill Cheswick's Internet Mapping Project 返回 20

  21. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 网络体系结构 • 1.6 网络标准化 • 1.7 网络性能度量

  22. 1.2中国Internet的发展史 第一章：概述 • 1989年9月，国家计委向世界银行贷款建设中关村地区教育与科研示范网络（NCFC，The National Computing and Networking Facility of China），1992年NCFC工程全部完成。（后改名中国科技网CSTNet） • 1994年5月，NCFC代表中国正式加入Internet，向InterNIC注册CN域名。 • 1994年9月，中国公用计算机互联网（Chinanet）建设正式启动，96年1月正式开通。 • 1994年10月，中国教育科研网（Cernet)开始启动。 • 1996年9月，中国金桥网（ChinaGBN)正式开通。 • 1997年，Chinanet与CSTNet、Cernet、ChinaGBN互连互通。

  23. 1.2中国Internet的发展史（续）

  24. 上网方式 截止到2011年12月，中国手机网民规模达到3.56亿

  25. Cernet的网络结构 第一章：概述

  26. CERNET“十五”建设规划

  27. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 网络体系结构 • 1.6 网络标准化 • 1.7 网络性能度量

  28. IPv4地址危机 From：http://ipv6.he.net/statistics/ Date： 2011.04.26

  29. 1.3 IPv6发展史 • IPv6 is sometimes also called the Next Generation Internet Protocol or IPng. • 国际： • IPv6 was recommended by the IPng Area Directors of the Internet Engineering Task Force at the Toronto IETF meeting on July 25, 1994 in RFC 1752 • The core set of IPv6 protocols were made an IETF Draft Standard on August 10, 1998. ，RFC2460,“Internet Protocol, Version 6 (IPv6),DEC,1998 Specification ” • 1996年3月国际IPv6主干网（6bone)建成 • 国内： • 1998年4月，CERNET正式参加下一代IP协议(IPv6)试验网6BONE。8月国家 863计划启动“IPv6示范系统” • 2002年1月,国家启动“下一代互联网中日IPv6合作项目”。 • 2003年8月，国务院批复同意国家发改委等八部委"关于推动我国下一代互联网发展有关工作的请示"，正式启动"中国下一代互联网示范工程CNGI"。建设目标是在2003年到2005年的时间内，采用IPv6技术，完成CNGI主干网（覆盖20个城市30个核心节点） • 中国联通 ，北京、成都、广州、上海、昆明、郑州、济南 • 中国网通和中科院联合中标，北京、上海、广州、沈阳、长春、成都、兰州等7个节点的核心网建设 • 中国电信，关注现网过渡、兼容等问题 • 中国移动，关注移动应用中IPv6的引入 • CERNET2试验网已经开通，目前以2.5G的速度连接北京、上海和广州三个核心节点

  30. CERNET2 骨干网

  31. 信息通信网的发展过程——“三网合一，三网融合”＝》“NGI & NGN” 第一章：概述 电信网 1835年电报网 1876年模拟电话网3.4KHz 1960年程控电话网64Kb/s 1988年ISDN 192Kb/s-2Mb/s 1992年B-ISDN 155Mb/s-622Mb/s 2000年 光交换网 Gb/s-Tb/s 软交换 公用数据网 1976年分组交换网9.6Kb/s-64Kb/s 1990年帧中继网2~45Mb/s NGN 21世纪初 B3G/4G LTE/LTE+ 2000年 W-CDMA（3GPP） CDMA2000（3GPP2） 无线网 80年代模拟移动 90年代GSM IP 750MHz~1GHz 200ch。数字TV cable modem 有线电视网 450MHz 60ch.模拟TV 70年代CATV 1994年HFC NGI 21世纪初期WPAN/WLAN/WMAN 802.16（WiMAX） 1997 802.11（WiFi） 70年代 10BASE-5 10Mb/s 80年代 FDDI 100Mb/s 90年代初 100BASE-T 100Mb/s 97年 GBE 1000Mb/s 90年代中 ATM-LAN 计算机局域网 1969年 ARPA 1982年 TCP/IP 1992年 IPv6，RTP RSVP 1998年 IP OVER SDH IP OVER WDM 1996年 第3,4层交换 因特网

  32. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 网络体系结构 • 1.6 网络标准化 • 1.7 网络性能度量

  33. 传统应用 Electronic mail FTP Telnet WWW University control Remote Learning Hospital Telemedicine 视频会议 Home TEL PBX TEL FAX 1.4Internet的应用 第一章：概述 Video conferencing 智能交通 Intelligent Transportation Systems Remote control Internet (Global infrastructure for information which uses TCP/IP Communication) 信息家电 Information Appliance Distributed databases Electronic commerce IP Phone Video Phone Remote Education Telemedicine Digital video/ audio/applications download Interconnection of networks (Intranets，VPN)

  34. 第一章：概述 云计算/物联网 通信对象由人与人=>人与机器，机器与机器 应用的通信模式由C/S => p2p

  35. 什么是P2P • 集中式 • 动态性低 • 简单，高效 • 扩展性差 • 全分布式 • 高动态性 • 复杂，开销大 • 扩展性好

  36. Chapter 1 概述 • 1.1 国际Internet 的发展史 • 1.2 中国Internet的发展史 • 1.3 IPv6发展史 • 1.4 Internet的应用 • 1.5 网络体系结构 • 1.6 网络标准化 • 1.7 网络性能度量

  37. 为什么要网络体系结构？ • 我们的目标是构建一个通用的、高效的、健壮的、能够适应网络技术发展和应用需求变化的网络 • 网络体系结构将为我们指导网络设计，降低网络构建的复杂度

  38. 主机 交换机 路由器 网络构建要素 • 连通性：网络内任何两个节点之间都是连通的 • 交换（Switching）：将来自一条链路的数据向另一条链路转发，在一个计算机网络内，交换机为间接相连的主机提供数据转发功能 • 寻址（Addressing）：任何节点都有能够区别于其它节点的标识/地址 • 路由选择（Routing）：将来自一个网络的数据向另一个网络转发，在互连网中，路由器为不同计算机网络提供数据转发功能 • 协议（Protocol）：保证数据能够被网络中不同节点按照预定的相同规则进行处理，从而实现特定的网络服务

  39. 交换 • 在传统电话网络中，交换机采用电路交换（Circuit Switching），即在通信节点之间通过一系列链路建立一条专用电路，然后源节点通过这条电路发送比特流到目的节点 • 在计算机网络中，交换机采用分组交换（Packet Switching），即源节点发送分组，交换机对分组进行转发 • 分组（Packet） ：一定大小的数据块，包括源节点地址和目的节点地址 • 交换机转发的依据是分组的目的地址 电路交换 分组交换

  40. 交换（续） • 在分组交换中，交换机一般采用存储转发（Store-and-Forward），即在一条链路接收到完整的分组后，将分组放到内存中，然后将完整的分组通过另一条链路转发到下一个节点 • 思考：为什么使用存储转发？

  41. 交换（续） • 计算机网络为什么选择分组交换？ • 效率高：能够实现多个节点更加有效地共享物理链路的通信能力 • 多路复用（Multiplexing） • 时分多路复用 TDM：Time-Division Multiplexing • 频分多路复用 FDM：Frequency-Division Multiplexing） Frame 分组交换实现链路的统计多路复用（Statistical Multiplexing）

  42. 交换（续） • 统计多路复用 • 与TDM一样，多个用户按照时间了来共享物理链路，物理链路的通信能力被划分成多个时槽（time slot） • 因为用户发送数据的行为是不可预测的，因此按照用户需要来分配时槽，而不是根据预先规定，这样链路利用效率高 • 问题：如何避免某个用户过度占用链路？也就是如何保证公平性（Fairness） • 分组交换中，用户以分组为单位来访问链路，分组的大小限定了用户每次通信对链路的占用时间 • 采用分组交换的网络都规定了分组大小的上界

  43. 寻址 • 通过给节点定义地址（Address）实现节点区分，通信时要指明目标节点的地址 • 单播地址（Unicast Address）：唯一地标识网络中单一的目标节点 • 广播地址（Broadcast Address）：标识一个计算机网络中所有的节点 • 多播/组播地址（Multicast Address）：标识网络中特定的一组节点，网络中节点可自由加入和退出组

  44. 路由选择 • 网络中路由器根据地址来确定如何将数据发送到目标节点，本质上，路由器执行的也是交换操作，并且采用存储转发的策略，所以路由器可以看作是连接多个网络的交换机 • 但是，路由器交换操作的依据和单个计算机网络内的交换机不同，它是建立在路由选择基础上的 • 路由选择在多个路由器之间运行，跨越多个网络，获得整个互连网的拓扑和链路状态，提供路由器执行数据转发所需的信息

  45. 协议 • 网络协议规范，简称为协议，定义了通信双方为了实现特定的网络功能所使用的数据格式以及数据处理、交互流程 • 网络协议的作用 • 保证网络节点之间最基本的数据传输业务能够顺利进行 • 满足应用的更高需求 • 应用多种多样，但是可以抽象出它们对网络的一些共性需求，形成协议

  46. 寻址、交换、路由选择还有应用对网络需求的实现都依赖于网络体系结构中定义的协议规范，这也就是说，网络的功能依赖于具体的协议来实现。网络体系结构定义了这些协议的集合以及这些协议之间的组织结构寻址、交换、路由选择还有应用对网络需求的实现都依赖于网络体系结构中定义的协议规范，这也就是说，网络的功能依赖于具体的协议来实现。网络体系结构定义了这些协议的集合以及这些协议之间的组织结构 需要注意的是，网络体系结构通过协议定义了构建网络所需软件的功能，这些软件运行在网络节点上 计算机网络=网络硬件基础设施+网络体系结构

  47. 分层与协议 如何构建网络？ • 在网络体系结构中，采用分层的思想对网络构建问题进行分解 • 根据应用需求，确定需要解决哪些问题 • 确定问题的解决应该放在那一层 • 每一层都建立在其下一层的基础之上，每一层的目的都是为上一层提供服务 • 对于每一层，在网络体系结构中都定义相应的协议来实现该层所需的服务 问题3 问题6 问题1 问题5 问题4 问题2 层和协议的集合称为网络体系结构，层表示了网络协议的组织结构 Layer 1 Layer 2 Layer 3

More Related