计算机网络 Computer Networks

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1 计算机网络 Computer Networks

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 教科书《Computer Networks》第一版出版于1980年，那时候，网络刚刚起步；88年第二版，当时网络正进入大学和研究机构；96年第三版，网络发展如火如荼；03年第四版，网络已深入人们生活。

3 课程安排和成绩评定 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%

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 通用性
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 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
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 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 两个节点通过其它节点间接相连
交换机 主机 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？
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
1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

13 1.1国际Internet 的发展史 Internet——因特网（国际互连网，互联网（internet）） 历史
详细可参见IEEE Infocom 2006 keynote speech, UCLA大学， Len Kleinrock教授 "The Internet History, Development and Forecast" 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) NGI：三 年 内 建 立 更 快、 更 智 能 的 互 联 网 ，使当时的数 据 传 输 速 度 提 高 100~ 1000 倍 GENI和FIND要从可扩展性、安全性、移动性、实时性等方面出发，发现和评估可以作为21世纪互联网基础的新的革命性的概念、理论和示范性技术 Prof Kleinrock, one of the fore-fathers of Internet, the same who wrote the first paper on packet switching (1962) and sent the first message over the Arpanet (1969),

14 IMP：接口消息处理器，由小型机充但，每个节点包含一个IMP和一台主机。主机发送或者接收消息，IMP转发消息
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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. ” “上帝啊，你创造了何等的奇迹！ ” "All we wanted to do was to login from our host computer at UCLA to the SRI host computer," said Kleinrock. "We needed to transmit the letters 'log' to SRI, at which point the SRI host would add the letters 'in' to complete the word 'login'." The UCLA researchers set up a telephone connection in addition to the data network connection so that the programmers at each end could talk to each other and report what they were each seeing at their end of the connection. The UCLA team began by sending the 'L' and asked, "Did you get the L?" The reply from SRI: "Yes." They then sent the 'O' and asked, "Did you get the O?" Again came the reply from the Stanford programmer: "Yes." However, when the UCLA engineers attempted to send the letter 'G' the host computer at Stanford crashed. "As a result, history now records how clever we were to send such a prophetic first message, namely 'lo,'" said Kleinrock. The Internet is Born ! At UCLA on October 29, 1969 It was simply a LOGIN from the UCLA computer to the SRI computer. Nobody noticed!! 17 17

18 1969年12月的ARPAnet 单位 机型 OS UCLA(加州大学洛杉矶分校) SDS Sigma 7 SEX SRI(斯坦福研究所)
XDS-940 Genie UCSB(加州大学圣巴巴拉分校) IBM 360/75 OS/MVT UTAH(犹他州立大学) Digital PDP-10 TENEX 18

19 1988年的NSFNet 19 返回

20 返回 This large graph shows the router level connectivity of the Internet as measured by Hal Burch and Bill Cheswick's Internet Mapping Project 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
1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

22 第一章：概述 1.2中国Internet的发展史 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

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26 第一章：概述 Cernet的网络结构

27 CERNET“十五”建设规划

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30 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
1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

31 IPv4地址危机 From： Date：

32 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, ，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

33 CERNET2 骨干网

34 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 计算机局域网 90年代中 ATM-LAN 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

35 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
1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

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

37 通信对象由 人与人=>人与机器，机器与机器
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 云计算是将计算作为一种服务而不是产品进行投递，共享的资源、软件和信息以计量服务的方式通过网络（Internet）提供给计算机和其它设备。云计算为用户提供计算、软件和存储资源，而用户不用知道提供服务的基础设施的位置和其它细节。用户一般通过web浏览器或者轻量级桌面或者移动应用来访问基于云的应用。 物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与Internet相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络

38 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
P2P的产生是由于C/S模型的不完善，C/S模型中客户将数据存放在集中的服务器上，当数据量过多及访问量增加的时候，导致服务器成为单点瓶颈，另外，服务器的存储容量也是有限的，不可能无限扩充，从而使用C/S模型的可扩展性很差。 因此就引入了P2P网络模型，P2P的出现主要是为了解决C/S模型的可扩展性差的问题，在P2P模型中，数据在客户端间直接进行传递，而不需要通过服务器. 全分布式 高动态性 复杂，开销大 扩展性好

39 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
1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

40 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 实际上，我们现在已经有了全球最大的网络—Internet，而且运行得很好，所以网络体系结构可以看做对现有网络构建及其运行经验教训的总结，这将更好地指导我们构建满足应用需求的网络

41 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
交换机 主机 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 路由器

42 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

43 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？ 分组交换中的一个重要概念就是存储转发。

44 分组交换实现链路的统计多路复用（Statistical Multiplexing）
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）

45 交换（续） 统计多路复用 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）
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

46 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 地址的作用范围就是使用地址通信的作用范围，不论地址的作用范围多大，都可以分为三种类型，分别对应着三种通信模式，即单播、多播/组播和广播

47 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

48 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

49 计算机网络=网络硬件基础设施+网络体系结构
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

50 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
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 Layer 3 Layer 2 Layer 1 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

51 为什么分层 分层的优点 分层将建造一个网络的问题分解为多个可处理的部分，每一层解决一部分问题
分层提供了一种更为模块化的设计，如果添加新的服务，只需要修改一层的功能，而继续使用其它各层提供的功能 简化问题 更加灵活

52 服务与协议 服务定义了某层向上一层提供的操作，服务由层之间的接口定义，低层是服务的提供者，而上层是服务的用户
第n+1层 第n+1层 第n层提供的服务 n/n+1层接口 第n层 第n层 第n层协议 对等体 （Peer Entity） 第n-1层 第n-1层 服务定义了某层向上一层提供的操作，服务由层之间的接口定义，低层是服务的提供者，而上层是服务的用户 协议定义了实现某层服务而需要在不同节点的相同层之间交换的数据的格式、含义以及流程 各层协议相互独立，两个通信节点可以自由改变各自相同层所使用的协议，但是层间的接口即低层向上层提供的服务不变 实现协议的软件或者硬件称为协议实体，在下面的叙述中，协议等于协议实体

53 服务原语 服务通常使用一组原语（Primitive）来描述，并且用户通过这些原语操作来访问服务
n+1层 协议实体 n层 n-1层 响应 指示 请求 证实 实体发出响应 实体被告知做某项服务 实体请求某项服务 提供服务 请求得到响应 使用服务 服务通常使用一组原语（Primitive）来描述，并且用户通过这些原语操作来访问服务 服务原语通常以系统调用的形式实现，告诉服务执行某个动作，或者将某个对等体所执行的动作报告给调用该服务的用户

54 服务原语工作示意图 n+1层 n层 n+1层 request indication response confirm 主机A 主机B

55 2 CONNECT.indication ring 3 CONNECT.response pick up
服务原语工作示例 1 COENNCT.request dial 2 CONNECT.indication ring 3 CONNECT.response pick up 4 CONNECT.confirm ringing stops 5 DATA.request say something 6 DATA.indication hears voice 7 DISCONNECT.request caller hangs up 8 DISCONNECT.indication busy tone 第n+1层 第n层 第n+1层 第n层

56 协议封装 Layer n Protocol Layer n Protocol PDU Hn Data Layer n-1 Protocol Layer n-1 Protocol PDU Hn Data Hn-1 封装：在发送节点上，每一层都给来自上层的协议数据单元（PDU：Protocol Data Unit）加上代表协议控制信息的头标或者尾部，向下层协议递交 解封装：在目的节点上，每一层协议根据该层协议控制信息完成该层PDU处理后，去掉该层协议相关的头标或者尾部，向上层协议递交

57 协议栈和协议图 协议栈（Protocol Stack）定义为构成网络系统的一组协议
协议图（Protocol Grpah）是用图来表示协议栈及栈中协议的依赖关系 节点表示协议，边表示依赖关系 网络体系结构定义为规定一个协议图的格式和内容的规则的集合 两种网络体系结构 OSI体系结构 Internet体系结构 文件传输协议 视频传输协议 TCP UDP IP 802.3 （Ethernet） 协议图

58 OSI体系结构 OSI体系结构由ISO于1983年给出，基于OSI参考模型
ISO：International Standards Organization，国际标准化组织 OSI：Open Systems Interconnection，开放系统互连 实际上，OIS参考模型给出的是一个协议图（层）参考模型，没有给出任何对应的协议， 应用层协议 应用层 应用进程 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 主机 路由器 网络软件实现 表示层协议 会话层协议 传输层协议 设备也通常根据其操作所在的OSI层来分类标识，例如，通常交换机被认为是L2设备，因为交换机处理存储在帧的数据链路层头标中的硬件（通常是MAC）地址信息 操作系统实现

59 物理层 主要功能 激活物理连接以便传送数据。例如ISDN设备在去激活状态只能实现基本的话音业务，激活后能够提供话音、数据等综合业务
原始比特数据传送，分为同步传送和异步传送模式，全双工和半双工传送模式 物理层连接去激活 相关协议 设备间信号的传送方式，包括调制方式、编码和使用信号处理与传输线路的特性匹配 主要设备：信号放大器（Amplifier）、集线器（Hub）

60 数据链路层 主要设备：网桥（Bridge）、（L2）交换机（Switch） 主要功能
成帧。在发送方，在数据前面加上头标和尾部，封装成数据帧，头标一般包含地址和控制信息，而尾部则用于差错校验，然后顺序地传输这些数据帧 流量控制。如何避免一个快速的发送方淹没掉一个慢速的接收方 对于广播式的网络必须解决的问题是：如何寻址以及控制对共享信道的访问，为此在数据链路层引入了一个特殊的子层，即媒介访问控制子层MAC (Media Access Control) 广播式网络：所有节点通过一条共享链路连接的网络 相关协议 高级数据链路控制规程HLDCP（High Level Data Control Procedure） 点对点协议PPP（Point to Point Protocol） 主要设备：网桥（Bridge）、（L2）交换机（Switch） 数据链路层的数据传输单元称为帧

61 网络层 根据数据的目的地址，确定到目的网络的“最佳”路径，将数据路由到最终的目标主机 处理不同类型网络互连中存在的问题 主要协议
ATM：发送数据之前需要在发送主机和接收主机之间建立虚电路连接（在物理层采用统计复用），数据单元为固定长度的信元，信元中携带虚电路标识，沿建立好的连接投递 IP：发送数据之前不需要建立连接，数据单元称为分组，大小可变，分组中携带目标主机地址，可沿不同路径到达目的主机 主要设备：路由器、（L3）交换机

62 物理层、数据链路层和网络层在网络中路由器上实现 网络中处理传输层及传输层以上协议数据的设备通称为网关（Gateway）
主要功能 向上层提供不同类型的传输服务，例如可靠的或者不可靠的 端到端（end-to-end），在两个端点的主机上运行，而不在中间路由器运行 两种类型的传输层服务 面向连接：在数据传输开始之前通过连接建立过程在两个端点之间协商参数（流量控制参数、最大传输单元等） 无连接：没有连接建立过程，直接发送数据 物理层、数据链路层和网络层在网络中路由器上实现 网络中处理传输层及传输层以上协议数据的设备通称为网关（Gateway）

63 会话层、表示层和应用层 会话层主要功能 表示层主要功能 应用层主要功能 允许不同主机上的用户之间建立会话
会话通常是指各种服务，包括对话控制，记录该由哪一方来传输数据，令牌管理，禁止双方同时执行同一个关键操作，以及同步功能 表示层主要功能 控制数据格式，例如文本、视频、音频或者图像，确保来自发送主机的数据能够被接收主机理解 表示层还和数据加密和压缩相关 应用层主要功能 定义了满足各种应用需求的协议

64 Internet体系结构 基于TCP/IP参考模型
TCP/IP是指Internet中的两个核心协议IP（Internet Protocol）和TCP（Transmission Control Protocol）

65 TCP/IP协议栈 TCP/IP Applications Applications Middleware Services
Web Video/Audio …… TCP/IP Access Technologies Ethernet (LAN) Wireless (Wimax, WLAN, Cellular) Cable ADSL Satellite Applications 各种应用开放平台 （中间件、云计算、overlay) Middleware Services “Narrow Waist” 广域范围内连接各种异构的网络， 形成互联网基础设施 TCP/IP Network Technology Substrate 各种有线、无线网络接入技术 Access Technologies 65

66 主机到网络层 主机通过某个协议连接到网络上，以便将分组发送到网络上。TCP/IP参考模型并没有定义这一层的具体协议，它关注的该层以上的部分
在Internet中通常将一个广播域称为一条链路，并不对应于OSI参考模型中的一条链路 在广播域内所有主机都能够接收到目的地址为广播地址的帧 L2交换机 链路

67 互连网层 功能上对应着OSI参考模型的网络层
主要是IP协议，因此也称为IP层。它的任务是将分组投递到最终的目的地，提供的是一种无连接的不可靠传输 IP的这种尽力服务模型保证了Internet的可扩展性，复杂的网络功能由用户终端设备来实现，而网络只负责分组的投递

68 传输层 功能上对应着OSI参考模型的传输层 定义了两个协议
传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）：提供面向连接的可靠的传输服务 用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol ）：提供无连接的不可靠传输服务 不同的应用可以选择不同的传输服务，例如对于可靠性要求高的应用例如文件传输使用TCP，而对于那些“快速投递比精确投递更加重要”的应用，例如话音或者视频，则使用UDP

69 应用层 包括了所有的高层协议，没有ISO模型中的会话层和表示层 应用层协议与应用程序：
域名系统DNS：域名IP地址 HTTP协议：WWW应用 FTP协议：文件传输应用 Telnet协议：远程登录应用 SMTP协议：发送电子邮件 应用层协议与应用程序： 应用程序不仅仅要实现相应的应用层协议，还包括为用户提供操作界面

70 本课程中网络体系结构所使用的参考模型 资源网络（面向应用，信息共享，处理） 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
通信网络（面向通信，网络互连，信息路由） 网络层 数据链路层 物理层

71 网络中数据处理流程 多个计算机网络（互连网） 一个计算机网络（子网） 一个计算机网络（子网） 主机A 路由器 L2 交换机 L2 交换机
无线接入点 主机B

72 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
1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

73 标准的意义 标准不仅使得不同的网络设备可以互相通信，而且扩大了产品的市场，实现了遵循相应标准的产品之间的互联互通 两类标准
事实标准：那些已经发生了，但是没有任何正式计划的标准。例如IBM PC成为个人计算机的事实标准，因为很多厂商都选择仿制IBM的机器 法定标准：某个权威的标准化组织采纳的、正式的、合法的标准

74 ITU-T的成员包括政府部门、电信公司、设备厂家、科学组织等
ITU： International Telecommunication Union ITU有三个主要的部门 ITU-R：无线通信部门，关注无线电频率分配 ITU-T：电信标准化部门，关注电话和数据通信系统 V：以电话网进行的数据通信，V.90 56kbps modem X：数据网上的信息传输，X.25分组交换 G：传输系统与媒体、数字系统与网络，G.726 ADPCM音频压缩 H：视频音频以及多媒体系统，H.264(MPEG4 Part 10)视频压缩 Q：切换和信令，Q.931 ITU-D：电信开发部门，计划监督，对电信发展相关信息的收集、处理和发布提供技术建议 ITU-T的成员包括政府部门、电信公司、设备厂家、科学组织等

75 IEC：International Electrotechnical Commission，负责电气设备的标准化
国际标准化组织ISO ISO： International Standards Organization ISO为各个学科制订国际标准 ISO和IEC成立联合技术委员会ISO/IEC JTC1，制定信息技术相关的标准 ISO和ITU-T常联合制订标准避免互不兼容（ISO是ITU-T的一个成员），例如ISO/IEC的MPEG和ITU-T的VCEG成立联合视频组JVT（Joint Video Team）来开发数字图像编码标准，对于ISO/IEC是MPEG-4 Part 10，对于ITU-T是H.264 IEC：International Electrotechnical Commission，负责电气设备的标准化 ISO中每个成员都代表一个国家，美国在ISO中的代表是美国国家标准协会ANSI (American National Institute)，ANSI标准常被ISO采纳为国际标准

76 电气和电子工程师协会IEEE IEEE：Institute of Electrical and Electronics Engineers
IEEE负责开发电气工程、通信和计算机领域中的标准 IEEE 802委员会制定的IEEE 802系列标准，关注局域网和城域网物理层和数据链路层中的媒介访问控制MAC（Media Access Control）子层规范 IEEE 802.3以太网 IEEE 无线个域网 蓝牙， a 超宽带 IEEE a/b/g/n无线局域网 IEEE a/d/e 无线城域网 IEEE是一个非盈利的专业化组织，是世界上具有最多成员的专业化组织

77 Internt社区 Internet社区（Internet Society）负责开发和发布Internet相关标准，也称为协议。它主要关注网络层及网络层以上的协议 Internet社区下面有三个组织 Internet体系结构委员会IAB（Internet Architecture Board）：负责定义整个Internet体系结构，为IETF提供指导和主要方向 Internet工程任务组IETF（Internet Engineering Task Force）：Internet协议工程化和开发力量 Internet工程指导组IESG（Internet Engineering Steering Group）：负责IETF活动的技术管理和Internet标准化过程 与ITU、ISO、IEEE等组织的标准不同，Internet社区的协议是开放的，任何人都可以从

78 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
1.5 网络体系结构 1.6 网络标准化 1.7 网络性能度量

79 网络带宽和延迟 网络带宽（Bandwidth） 网络延迟（Latency/Delay） 网络延迟抖动（Delay Jitter）
特定一段时间内网络所能传送的比特数，单位一般为bps（bit/s）（Kbps、Mbps、Gpbs等） 网络延迟（Latency/Delay） 传播延迟（Propagation），与距离和光速有关 Propagation = Distance / Speed 发送延迟（Transmit），与发送分组的大小和带宽有关 Transmit = Size / Bandwidth 排队延迟 （Queue），中间路由器或者交换机将分组转发出去之前将它们存储 网络延迟抖动（Delay Jitter）

80 网络吞吐量 网络吞吐量（Throughput） 与带宽相比，吞吐量用来度量网络性能更加有意义 网络的可用带宽，也就是应用感受到的有用带宽
例如802.11b的带宽为11Mbps，但受各种低效因素的影响，网络层感受到的吞吐量只有4Mbps左右 与带宽相比，吞吐量用来度量网络性能更加有意义 由于网络协议栈的每一层协议都有相应的头标和尾部等开销，还有协议实现机制的开销，因此准确的吞吐量应该指明是哪一个协议的吞吐量

81 课后习题 3，10，17，19，20，25