[计算机网络：自顶向下方方法](中文版课件)第七章
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计算机网络：自顶向下方法与互联网特色 教学指导
12.接收方第n层协议将检查信封外的头部信息。有时，协议可能将信封转交给低层协议(如，向另外一个节点转发)，或者打开信封，解析出其中的高层有效载荷，将高层信封交给第n+1层协议。和协议的分层结构一样，关于封装这个概念在开始时也比难以理解。但是，这些技术在我们的教材中通篇都是，必须彻底搞懂他们。
复习题
9.传输延迟：一个长度为1000字节的分组在距离为5000Km的链路上传播，其传输延迟是多大？假设传播速度为2.5X108m/s，链路的传输速率为1Mbps。一般化，如果链路的长度为d公里，传输速率为R bps，传播速率为s米/秒。则长度为L字节的分组的传输播延迟为多少？传输延迟与分组的长度L有关系吗？传输延迟与链路的传输速率有关系吗？
10.协议层次：计算机网络中使用了多达上百种不同的协议。为了更好地处理这种复杂性，将协议分成了不同的层次，这些协议层次组成了“栈(stack)”。例如，Internet的协议分为五层，从顶向下分别为：应用层、传输层、网络层、链路层和物理层。N层协议使用N-1层协议提供的服务。关于计算机网络协议层次的概念比较抽象，开始时很难把握，随着课程内容的逐步深入将变得越来越清晰。
3.Packet switching分组交换：当一个端系统向另一个端系统发送数据时，发送端将数据分成一个一个的数据块(chunks)，这些数据块叫做分组(packet)。同邮政系统分发邮件的过程类似，Internet独立地处理每个分组并将其向目的端系统传输。当分组交换机收到一个分组后，利用分组携带的目的地址确定传输分组所需使用的输出链路。因此，一个分组交换机执行“分组交换”，将到达的分组一个一个地从输出链路转发(forwarding)出去。另外，分组交换机在转发分组时采用存储转发(store and forward)方式，即交换机只有在完整地收到并存储下整个分组后才开始将分组从输出链路上转发出去。
复习题
9.传输延迟：一个长度为1000字节的分组在距离为5000Km的链路上传播，其传输延迟是多大？假设传播速度为2.5X108m/s，链路的传输速率为1Mbps。一般化，如果链路的长度为d公里，传输速率为R bps，传播速率为s米/秒。则长度为L字节的分组的传输播延迟为多少？传输延迟与分组的长度L有关系吗？传输延迟与链路的传输速率有关系吗？
10.协议层次：计算机网络中使用了多达上百种不同的协议。为了更好地处理这种复杂性，将协议分成了不同的层次，这些协议层次组成了“栈(stack)”。例如，Internet的协议分为五层，从顶向下分别为：应用层、传输层、网络层、链路层和物理层。N层协议使用N-1层协议提供的服务。关于计算机网络协议层次的概念比较抽象，开始时很难把握，随着课程内容的逐步深入将变得越来越清晰。
3.Packet switching分组交换：当一个端系统向另一个端系统发送数据时，发送端将数据分成一个一个的数据块(chunks)，这些数据块叫做分组(packet)。同邮政系统分发邮件的过程类似，Internet独立地处理每个分组并将其向目的端系统传输。当分组交换机收到一个分组后，利用分组携带的目的地址确定传输分组所需使用的输出链路。因此，一个分组交换机执行“分组交换”，将到达的分组一个一个地从输出链路转发(forwarding)出去。另外，分组交换机在转发分组时采用存储转发(store and forward)方式，即交换机只有在完整地收到并存储下整个分组后才开始将分组从输出链路上转发出去。
(计算机网络：自顶向下方方法)TopDownV3-8
输数据包的核心协议。
传输层简介
定义传输层在计算机 网络中的作用
传输层负责确保数据在发送方和 接收方之间可靠地传输，并提供 端到端的通信服务。
描述传输层的主要功 能
传输层的主要功能包括建立连接、 数据传输、错误控制和流量控制 等。
解释传输层的协议
传输层协议包括TCP （Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。TCP是 一种可靠的、面向连接的协议， 而UDP则是一种不可靠的、无连 接的协议。
07 应用层
应用层简介
01
应用层是计算机网络体系结构中的最高层，直接面 向用户提供服务。
02
它负责处理特定的应用程序细节，例如文件传输、 电子邮件、网页浏览等。
03
应用层协议定义了应用程序之间的通信规则和数据 交换格式。
应用层协议
HTTP协议
用于网页浏览和信息检索，如浏览器和Web服务器之间的通信。
FTP客户端
用于在计算机之间传输文件，使用FTP协议。
DNS服务器
提供域名解析服务，将域名转换为IP地址。
08 网络安全与网络管理
网络安全简介
网络安全定义
网络安全是指保护网络系统免受未经授权的访问、使用、 泄露、破坏、修改或销毁，确保网络服务的可用性、完整 性和保密性。
网络安全威胁
网络安全面临的威胁包括恶意软件、黑客攻击、网络钓鱼、 身份盗窃等，这些威胁可能导致数据泄露、系统瘫痪或经 济损失。
网络层简介
01
定义网络层在计算机网络中的作用
网络层负责将数据包从一个网络节点传输到另一个网络节点，确保数据
包能够到达目的地。
计算机网络(中文版_谢希仁)
计算机网络讲义参考文献：【1】James F. Kurose著, 鸣译. 计算机网络—自顶向下方法与Internet特色. : 机械工业, 2005 【2】Andrew S. Tanenbaum著，熊桂喜等译. 计算机网络〔第四版〕.：清华大学，2004【3】高传善等编. 数据通信与计算机网络. ：高等教育，2001【4】William A. Shay著. 高传善等译. 数据通信与网络教程. ：机械工业，2000第一章概述1．1 建立计算机网络的目的1．目的●资源共享●高可靠性●节约经费●通信手段2．计算机网络与分布式系统的区别分布式系统是建立在计算机网络之上的软件系统，它具有高度的整体性和透明性。
因此计算机网络和分布式系统的区别在于软件〔尤其是操作系统〕而不是硬件。
1．2 计算机网络的开展过程〔四代〕1．2．1 通信与计算机的结合——产生计算机网络〔电路交换〕●通信网络为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段。
●数字计算机技术的开展渗透到通信技术中，又提高了通信网络的各种性能。
●电路交换：建立连接数据通信释放连接●电路交换的分类：空分交换是交换比特流所经过的端口号；时分交换是交换比特所在的时隙；波分交换是交换荷载比特的光的波长。
1．2．2 分组交换网的出现〔包交换〕●传统的电路交换技术不适合计算机数据的传输。
●分组交换网的试验成功：存储转发原理——即断续〔或动态〕分配传输带宽。
●分组交换的主要特点：高效、灵活、迅速、可靠。
●分组交换网：以通信子网为中心，主机和终端都处在网络的外围。
●电路交换、报文交换和分组交换的主要区别：参见课本P5图1-4。
1．2．3 计算机网络体系结构的形成：OSI/RM〔ISO〕、TCP/IP〔Internet〕、SNA〔IBM〕、DNA〔Digital〕等。
〔分层网络体系结构的形成〕●OSI/RM：开放系统互联根本参考模型。
●TCP/IP：INTERNET的体系结构。
计算机网络自顶向下期末总复习课件
交换机
交换机是一种多端口的网络设备，能够根据数据包的MAC地址进行数据交换。 它在局域网中广泛应用，提供快速的数据交换服务。
06
应用层
应用层定义
应用层定义
应用层是计算机网络体系结构中的最高层，直接面向用户提供服务 。
作用
应用层负责处理特定的应用程序细节，为用户提供直接的网络服务 ，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。
计算机网络自顶向下 期末总复习课件
目 录
• 概述 • 物理层 • 数据链路层 • 网络层 • 传输层 • 应用层
01
概述
计算机网络定义
01
计算机网络
是计算机技术和通信技术相结合的产物，由各种硬件和软件组成，使处
在不同位置的计算机可以进行数据交换、资源共享等操作。
02
计算机网络的主要功能
数据交换、资源共享、分布式处理。
常见的物理层协议包括Ethernet（以太网）、Token Ring（令牌环）、FDDI（ 光纤分布式数据接口）等。
物理层设备
物理层设备包括网卡、调制解调器、集线器、中继器等，它 们负责在物理层上实现比特流的传输和接收。
物理层设备必须遵循物理层协议的规定，以确保网络通信的 正确性和可靠性。
03
数据链路层
03
计算机网络的分类
局域网、城域网、广域网。
计算机网络分类
01
02
03
局域网（LAN）
通常覆盖较小地理区域， 如一个办公室、一栋大楼 或一个校园，用于连接近 距离的计算机。
城域网（MAN）
覆盖中等地理区域，如一 个城市或一个地区，用于 连接多个局域网。
广域网（WAN）
覆盖较大地理区域，如一 个国家或全球范围，用于 连接远程计算机。
交换机是一种多端口的网络设备，能够根据数据包的MAC地址进行数据交换。 它在局域网中广泛应用，提供快速的数据交换服务。
06
应用层
应用层定义
应用层定义
应用层是计算机网络体系结构中的最高层，直接面向用户提供服务 。
作用
应用层负责处理特定的应用程序细节，为用户提供直接的网络服务 ，如文件传输、电子邮件、网页浏览等。
计算机网络自顶向下 期末总复习课件
目 录
• 概述 • 物理层 • 数据链路层 • 网络层 • 传输层 • 应用层
01
概述
计算机网络定义
01
计算机网络
是计算机技术和通信技术相结合的产物，由各种硬件和软件组成，使处
在不同位置的计算机可以进行数据交换、资源共享等操作。
02
计算机网络的主要功能
数据交换、资源共享、分布式处理。
常见的物理层协议包括Ethernet（以太网）、Token Ring（令牌环）、FDDI（ 光纤分布式数据接口）等。
物理层设备
物理层设备包括网卡、调制解调器、集线器、中继器等，它 们负责在物理层上实现比特流的传输和接收。
物理层设备必须遵循物理层协议的规定，以确保网络通信的 正确性和可靠性。
03
数据链路层
03
计算机网络的分类
局域网、城域网、广域网。
计算机网络分类
01
02
03
局域网（LAN）
通常覆盖较小地理区域， 如一个办公室、一栋大楼 或一个校园，用于连接近 距离的计算机。
城域网（MAN）
覆盖中等地理区域，如一 个城市或一个地区，用于 连接多个局域网。
广域网（WAN）
覆盖较大地理区域，如一 个国家或全球范围，用于 连接远程计算机。
计算机网络自上向下第七版Chapter_8_V7.0
m plaintext message
KA(m) ciphertext, encrypted with key KA m = KB(KA(m))
Security 8-9
Breaking an encryption
scheme
cipher-text only attack: Trudy has ciphertext she can analyze
• denial of service: prevent service from being used by others (e.g., by overloading resources)
Security 8-7
Chapter 8 roadmap
8.1 What is network security? 8.2 Principles of cryptography 8.3 Message integrity, authentication 8.4 Securing e-mail 8.5 Securing TCP connections: SSL 8.6 Network layer security: IPsec 8.7 Securing wireless LANs 8.8 Operational security: firewalls and IDS
ciphertext: mnbvcxzasdfghjklpoiuytrewq
e.g.: Plaintext: bob. i love you. alice ciphertext: nkn. s gktc wky. mgsbc
Encryption key: mapping from set of 26
access and availability: services must be accessible
《计算机网络——自顶向下方法与Internet特色》幻灯片Lecture.ppt
• contacted by local name server that can not resolve name • root name server:
– contacts authoritative name server if name mapping not known
– gets mapping – returns mapping to local name server
authoritative DNS server
7. Recursive query: In theory, the following is true. In practice, not
• puts burden of
– Can be maintained by organization or service provider
6. Local Name Server
• Does not strictly belong to hierarchy • Each ISP (residential ISP, company,
m WIDE Tokyo
b USC-ISI Marina del Rey, CA l ICANN Los Angeles, CA
13 root name servers worldwide
4. Top-level domain (TLD) servers: responsible for com, org, net, edu, etc, and all top-level country domains uk, fr, ca, jp.
DNS servers
DNS serversDNS servers
Client wants IP for ; 1st approx:
计算机网络自顶向下方法
nonnected routers network of networks
Introduction
1-10
The network edge:
end systems (hosts):
client/server model
run application programs e.g. Web, email at “edge of network”
access points wired links
Institutional network
router
Introduction
1-3
“Cool” internet appliances
Web-enabled toaster + weather forecaster IP picture frame /
receiving of msgs
Mobile network Global ISP
Internet: “network of
networks”
e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet
Home network Regional ISP
loosely hierarchical public Internet versus private intranet
Introduction 1-13
Residential access: cable modems
HFC: hybrid fiber coax
asymmetric: up to 30Mbps downstream, 2 Mbps upstream network of cable and fiber attaches homes to ISP router homes share access to router deployment: available via cable TV companies
Introduction
1-10
The network edge:
end systems (hosts):
client/server model
run application programs e.g. Web, email at “edge of network”
access points wired links
Institutional network
router
Introduction
1-3
“Cool” internet appliances
Web-enabled toaster + weather forecaster IP picture frame /
receiving of msgs
Mobile network Global ISP
Internet: “network of
networks”
e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet
Home network Regional ISP
loosely hierarchical public Internet versus private intranet
Introduction 1-13
Residential access: cable modems
HFC: hybrid fiber coax
asymmetric: up to 30Mbps downstream, 2 Mbps upstream network of cable and fiber attaches homes to ISP router homes share access to router deployment: available via cable TV companies
《计算机网络自顶向下方法》第七章中文版答案
WRI 研究生06017复习题1.流式存储音频/视频：暂停/恢复，重新定位，快进，实时交互的音频视频：人们进行实时的通信和响应。
2.第一阵营：TCP/IP协议中的基本原理没有变化，按照需求增加带宽，仍然使用有超高速缓存，内容分布，多点覆盖的网络。
第二阵营：提供一个可以使应用在网络中节省带宽的网络服务。
第三阵营：有区别的服务：提出了在网络边缘的简单分类和维护方案。
并且根据他们在路由队列中的级别给出了不同的数据包和级别。
3. 6.1：简单，不需要meta file 和流媒体服务器6.2：允许媒体播放器通过web服务器直接进行交互，不需要流媒体服务器。
6.3：媒体播放器直接与流媒体服务器进行交互，以满足一些特殊的流媒体应用。
4.端到端时延是分组从源经过网络到目的地所需要的时间。
分组时延抖动是这个分组与下个分组的端到端时延的波动。
5.在预定的播放时间之后收到的分组不能被播放，所以，从应用的观点来看，这个分组可以认为是丢失了。
6.第一种方案：在每n个数据块之后发送一个冗余的数据块，这个冗余的被。
【the redundant chunk is obtained byexclusive OR-ing the n original chunks】第二种方案：随起始的数据流发送一个低分辨率，低比特率的方案，这种交错不会增加数据流的带宽需求。
7.不同会话中的RTP流：不同的多播地址同一会话中不同流：SSRC fieldRTP和RTCP分组通过端口号区别。
8.传达报告分组：包括分组丢失部分的信息，最后序列号，两次到达时间间隔的抖动。
发送报告分组：大部分目前产生的RTP分组的时间戳和wall clock time ，发送分组的数量，发送字节的数量，源描述分组：发送方的e-mail地址，发送方的姓名，产生RTP流的应用。
9.在非抢占式优先级排队中，一旦开始分组的发送，它就不会被打断。
在抢占式优先级排队中，当一个比目前分组有着更高优先级的分组到达时，即使目前的分组没有传送完毕，也会被打断，来传送更高优先级的分组。
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7.5 多媒体分发: 内容分发网
络
多媒体联网
30
实时交互应用程序
PC到PC电话 即时讯息服务提供该业务 PC到phone
Dialpad
现在就去研究PC到PC 的因特网电话的详细 例子
Net2phone 既有Web摄像的视频会 议
多媒体联网
31
C
D
Internet
A
分组交换
多媒体联网
24
RTSP: 带外控制
FTP使用一个 “带外”控制信 RTSP报文也在带外发送: 道: RTSP控制报文使用与媒 体流不同的端口号 ：带 文件传输通过一条TCP连接 外 控制信息(目录变化、文件 端口554 删除、文件更名等)经一条 媒体流被认为是“带 单独的TCP连接发送 内” “带外”和“带内”信道使 用不同的端口号
多媒体联网
29
第7章 要点
7.1 多媒体联网应用程序 7.2 流式存储音频和视频 7.3实时多媒体: 因特网电话 7.6 超越尽力而为 7.7 调度和监管机制
7.8 综合服务和区分服
研究 7.4 用于实时交互应用程序 的协议
务 7.9 RSVP
RTP, RTCP, SIP
多媒体, 服务质量: 概念
多媒体应用: 网络音频和视 频(“连续媒体”)
QoS
网络为应用提供运行应用
所需的性能水平
多媒体联网
2
第7章 目标
原则 多媒体应用分类 确定应用程序所需的网络服务 尽可能利用尽力而为服务 提供QoS的机制 协议和体系结构 用于尽力而为的特定协议 QoS的体系结构
例子: 因特网无线电谈话节目 实况体育事件 流式 重放缓存 重放能够滞后传输几十秒 仍有定时约束 交互性 不可能快进 倒带、暂停可能！
多媒体联网
9
交互性,实时多媒体
应用程序: IP电话，视频会议，分
布式交互
端到端时延要求:
音频: < 150 msec良好, < 400 msec OK
多媒体联网 27
RTSP操作
多媒体联网
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RTSP交换例子
C: SETUP rtsp://audio. /twister/audio RTSP/1.0 Transport: rtp/udp; compression; port=3056; mode=PLAY S: RTSP/1.0 200 1 OK Session 4231 C: PLAY rtsp://audio. /twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 Range: npt=0C: PAUSE rtsp://audio. /twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 Range: npt=37 C: TEARDOWN rtsp://audio. /twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 S: 200 3 OK
多媒体联网
22
流式多媒体: 客户机速率
1.5 Mbps编码
28.8 Kbps编码
问题: 怎样处理不同的客户机接收速率能力? 28.8 Kbps拨号 100Mbps以太网 回答: 服务器存储, 传输视频的多个拷贝，以不 同速率编码
多媒体联网 23
流式媒体的用户控制: RTSP
HTTP 不能针对多媒体内容 没有用于快进的命令等 RTSP: RFC 2326 客户机-服务器应用层协议 为用户控制播放：倒带， 快进，暂停，恢复，重定 位等… What it doesn’t do: 不能定义音频/视频怎样为经 网络传输的流式而封装 不能约定流式媒体如何传 输；它能够经UDP或TCP传 输 不能定义媒体播放器怎样缓 存音频/视频
B
IP 电话网关 电路交换
IP 电话网关 电路交换
公用电话网
多媒体联网
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IP 电话的原理
话音编码 装成分组 话音解码 分组缓存
Internet
多媒体联网
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交互多媒体: 因特网电话
通过一个例子介绍因特网电话
讲话者的语音：交互的语涌, 静默期.
在语涌期间64 kbps
仅在语涌期产生分组
以8 Kbytes/sec速率的20 msec 块 : 160 字节数据
在每块上加上应用层首部 块+首部封装在UDP段中
在语涌期应用程序每20msec向套接字发送UDP段
多媒体联网
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因特网电话: 分组丢失和时延
网络丢包: 由于网络拥塞的IP数据报丢失 (路由
器缓存溢出) 时延丢包: 在接收方，IP数据报到达太迟而无 法播放
时延: 网络中的处理、排队; 端系统(发送方，拒) 时 延 典型的最大可容忍时延: 400 ms
多媒体联网 18
来自流式服务器的流
该体系结构允许服务器和媒体播放器之间采用非HTTP 协议 也能用UDP代替TCP.
多媒体联网
19
流式 多媒体: 客户机缓存
恒定比特率 视频传输
客户机 接收视频
缓存的视频
客户机以恒定 比特率播放
可变的 网络时延
客户机播放时 延
时间
客户机侧缓存，播放时延补偿网络增加的时延，时延
区分服务观点: 对因特网基础设施几乎没有 改变，能够提供第一类和第 二类服务。
应用层
你的观点是什么?
多媒体联网 12
音频压缩简介
以恒定速率对模拟信号 例子：8,000样本/sec,
取样
电话: 8,000 样本/sec CD音乐: 44,100样本/sec
256 个量化值 --> 64,000 bps
多媒体联网
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RTSP例子
情况:
元文件传送给Web浏览器 浏览器调用播放器 播放器向流式服务器建立一条控制连接和一条数据连接
多媒体联网
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元文件例子
<title>Twister</title> <session> <group language=en lipsync> <switch> <track type=audio e="PCMU/8000/1" src = "rtsp://audio. /twister/audio.en/lofi"> <track type=audio e="DVI4/16000/2" pt="90 DVI4/8000/1" src="rtsp://audio. /twister/audio.en/hifi"> </switch> <track type="video/jpeg" src="rtsp:///twister/video"> </group> </session>
7.5 多媒体分发: 内容分发网
络
多媒体联网
4
多媒体网络应用
多媒体应用的分类: 1) 流式存储 音频和视频 2) 流式实况音频和视频 3)实时交互音频和视频 基本特性: 典型的时延敏感
端到端时延 时延抖动
但容忍丢包: 不经常的丢包
引起较小的干扰 与数据的特性相对，数据 不能丢失但容忍时延
?
?
?
?
?
?
?
?
今天的因特网多媒体应用 使用应用级技术来减缓 (至少可能)时延、丢包的影响
多媒体联网 11
因特网应当怎样演化才能更好地支持多媒体?
综合服务观点: 因特网有基本改变，因此应用 程序能够预约端到端带宽 需求在主机和路由器中有新 的、复杂软件 放任主义 无主演改变 当需要时更多的带宽 内容分布，应用层多播
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视频压缩简介
视频是以恒速显示的图片
序列
如 24图片/sec
数字图片是像素数组 每个像素由比特表示
冗余 空间的 时间的
例子: MPEG 1 (CD-ROM) 1.5 Mbps MPEG2 (DVD) 3-6 Mbps MPEG4 (常用于因特网, < 1 Mbps) 研究: 分层(可扩展的) 视频
多媒体联网
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第7章 要点
7.1 多媒体联网应用程序 7.2 流式存储音频和视频 7.3实时多媒体: 因特网电话 7.6 超越尽力而为 7.7 调度和监管机制
7.8 综合服务和区分服
研究 7.4 用于实时交互应用程序 的协议
务 7.9 RSVP
RTP, RTCP, SIP
接收方将它转换回模拟
量化每个样本, 即四舍五
信号:
入
某种质量降低
如 28=256 可能的量化值
每个量化值用比特来表
示
8比特表示256个值
速率例子 CD: 1.411 Mbps MP3: 96, 128, 160 kbps 因特网电话: 5.3 - 13 kbps
多媒体联网
通常发送速率= 编码速率 = 恒定速率 则供给速率 = 恒定速率 – 分组丢包 短播放时延 (2-5秒)以补偿网络时延抖动 差错恢复：时间允许的话
TCP
在TCP下以最大可能的速率
由于TCP拥塞控制，供给速率波动
较大的播放时延：平滑的TCP交付速率 HTTP/TCP通过防火墙传递更容易
时延抖动是在相同分组流 中分组时延的变动