1、1,電腦網路,第一章,2,第一章 電腦網路與網際網路,本章目標： 什麼是網際網路(Internet)? 什麼是通訊協定(Protocol)? 什麼是網路邊界(Network Edge)和網路核心(Network Core)? 什麼是存取網路(Access Network)? 什麼是實體媒介(Physical Media)? 什麼是分層(layering)? Internet的歷史?,3,Internet 的歷史,Arpanet introduced in 1969 TCP/IP, by V. Cerf and R. Kahn, in 1974 Ethernet, by R. M. Metcal
2、fe et al., in 1976 Cellular telephones in 1978 PC introduced in early 1980s Proliferation of LANs and hence the Internet in mid 1980s Mosaic browser in 1993 and World-Wide Web Consortium in 1994,4,Internet 概觀 (1/2),Internet是由成千上萬的通訊設備所組成，包含了PC, 工作站, 伺服器, PDA等, 甚至是烤麵包機也有可能參與Internet。 通訊用的連線可以是光纖線、銅線、
3、無線電、衛星等。 Routers：負責在網路中轉送資料封包,5,Internet 概觀 (2/2),通訊協定(protocols) ：控制訊息的接收和傳送。 例如：TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: “network of networks” 寬鬆的階層式架構 開放的Internet和私有的Intranet Internet的標準 RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force http:/www.ietf.org,6,在Internet上的服務,Internet是一個可提供分散式服
4、務的Infrastructure 例如：WWW, e-mail, 電子商務, 資料庫, 網路連線遊戲等服務 通訊服務提供兩種模式 連線導向 (connection-oriented) 非連線導向 (connectionless) 目前Internet能提供服務，但是不提供保證 即使多付費也無法取得服務品質的保證,7,通訊協定(1/2),何謂通訊協定? 人類的通訊協定 甲：你好！ 乙：你也好！ 甲：今天晚上有空一起吃飯嗎？ 乙：有的！ 機器的通訊協定 所有Internet上面的溝通都必須仰賴通訊協定 必須詳細定義訊息格式、訊息收或送的順序，和收到或傳送訊息時該做的動作。,8,通訊協定(2/2),
5、你好,妳好,TCP connectionreq.,人類和機器的通訊協定比較,9,網路的結構,網路邊界 (Network Edge) 應用軟體和主機 網路核心 (Network Core) Routers 網路中的其他各種網路 存取網路 (Access Networks), 實體媒介 (Physical Media),10,The Network Edge,端點主機 (host; end system) 執行應用軟體，例如WWW, e-mail 位於網路的邊垂 Client/Server 模式 Client對server提出要求，server給予回應 例如：WWW client (瀏覽器) /
6、server Peer to Peer 模式 主機之間的互動是平等對稱的 例如：音訊、視訊會議,11,連線導向的服務,目的：端點主機之間的溝通 Handshaking：在兩端建立初始狀態，準備資料的傳送 TCP RFC 793 - Transmission Control Protocol是Internet上使用的連線導向服務協定 TCP的特色 Reliable, in-order byte-stream data transfer loss：acknowledge和retransmission Flow Control：傳送端不會傳送出超過接收端負荷的封包數量 Congestion Cont
7、rol：當網路發生壅塞，傳送端降低傳送速率。,12,非連線導向服務,目的：端點主機之間的溝通 UDP RFC 768 - User Datagram Protocol是Internet上使用的非連線導向服務協定 UDP的特色 Unreliable data transfer No flow control No congestion control 使用TCP的應用程式 HTTP (WWW), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (e-mail) 使用UDP的應用程式 Streaming media, teleconferencin
8、g, Internet telephony,13,The Network Core,由互相連結成網狀的router所組成 資料在網路中傳送的方式 Circuit switching 每個call都有專屬的實際連線：電話 Packet switching 每個packet可能走不同的路徑 Message switching,14,Circuit Switching,每一個call都會在兩端點沿途保留網路資源(頻寬) 獨占的資源，不和其他的call共享 就像是替兩端建立了一條獨占的circuit 必須先做call setup的動作,15,多工(Multiplexing),把網路頻寬分割成許多小塊分
9、配給不同的call 如果call不使用此一小塊頻寬，就會idle，此時無法再分配給其他call使用 “小塊 “可以依頻率或是依時間來分割 Frequency division Time division,16,Packet Switching (1/3),所有人的packets共享網路資源(頻寬) 每個packet傳送的時候利用全部的頻寬 所有頻寬需求加總的大小可以大於實際上網路的頻寬大小 會發生壅塞的原因：packet被queue起來等待傳送 Store and forward：packet一次移動一個hop,17,Packet Switching (2/3),B,C,10 Mbps Eth
10、ernet,1.5 Mbps,45 Mbps,statistical multiplexing,Packets在排隊 等待傳送,18,Packet Switching (3/3),Store and forward,19,Message Switching,20,Packet Switching和Circuit Switching的比較,如果每個使用者需要100 Kbps頻寬, 但同時只會有10%的使用者上線 Circuit switching：容許10個使用者 Packet switching：35個使用者中有10個使用者同時上線的機率甚小，所以可以支援較多的網路使用者,N個使用者,1 Mb
11、ps link,21,Packet switching的優點 處理bursty data的能力卓越 共享網路資源 不必事先做call setup的動作 Packet switching的缺點 網路壅塞會造成packet delay和loss 必須配合reliable data transfer和congestion control的機制,Packet Switching和Circuit Switching的比較,22,Routing,目的：在router間移動packet，以送達目的地 Datagram network的特點 目的地位址可以決定下一站 即使在同一session，每個packet
12、的路徑也可能會不同 Virtual circuit network的特點 每個packet多帶一個tag, 用tag來決定目的地 在做完call setup動作之後，路徑就固定了 每個router必須針對每個call的狀態作紀錄,23,Access Network,在這裡我們會介紹下列的access network Point to point access Cable modem Local area networks Wireless access networks,24,Point to Point Access,Modem撥接：56 Kbps ISDN (Integrated Serv
13、ices Digital Network) ：128 Kbps ADSL ( Asymmetric Digital Subscriber Line) ：上傳1 Mbps, 下載8 Mbps 以上頻寬均為用戶端到router端的頻寬,25,Cable Modems,HFC：Hybrid Fiber Coax 從住家到router (head end)的頻寬是共享的,26,Local Area Networks,Ethernet (詳細介紹在第五章) 最廣泛的LAN產品 10/100 Mbps最為常見, 1 Gbps也已是成熟產品, 10 Gbps的標準也在制定中 使用的線材為雙絞銅線、銅軸線、光
14、纖。 原始的設計理念為共用傳輸媒介，後來改成以switching技術為主,27,Wireless Access Networks,Wireless LANs 2.4 GHz ISM頻帶無線電傳輸 產品眾多：例如Lucent WaveLAN, Compaq WL110 目前市場主力為11 Mbps (IEEE 802.11b),28,Physical Media,Physical link: 訊號實際傳輸的link Guided media: 在實體媒介上傳輸訊號, 如銅線 Unguided media: 訊號可以自由地傳輸 ,如無線電,雙絞線(Twisted Pair) 兩條以一定比例互相交纏
15、的銅線 Category 3 TP: 傳統電話線, 10Mbps Ethernet Category 5 TP: 100Mbps Ethernet,29,Physical Media,銅軸電纜(coaxial cable): 中心的線稱為signal carrier, 外圍稱為shield Bidirectional 早期用於10Mbps Ethernet,光纖(fiber optic cable) 玻璃纖維製，傳輸光線 傳輸速度快 Gbps Ethernet, 點對點傳輸達5Gbps 錯誤率極低,30,Physical Media 無線電,Microwave 56 Mbps channel
16、Wireless LAN 2 Mbps, 11 Mbps Wide-area (如行動電話) CDPD大約可達數10K bps Satellite 50 Mbps channel 270 msec 點對點的延遲,31,Packet-switched 網路中的延遲,路徑中每個節點有四種延遲 Nodal processing delay Queueing delay Transmission delay Propagation delay,32,網路分層(layering),分層的理由 切割複雜系統成許多小塊 容易維護與發展每一分層 更動某一分層不會牽動整個系統 分層使得每一層的行為容易理解,33
17、,Internet Protocol Stack,應用層(application)：支援網路的各種應用軟體 如ftp, smtp, http 傳輸層(transport)：兩端點之間資料傳輸的虛擬連線 如udp, tcp 網路層(network)：負責傳送端和接收端之間的路徑 Routing protocol, IP 連結層(link)：相臨端點之間的傳輸 Ethernet, PPP 實體層(physical)：實體線材上的訊號 cat3, cat5,34,邏輯上的通訊,以transport為例，從app接收資料後，送給對應的peer，然後等待peer的回應(ack),transport,transport,35,實際上的通訊,36,分層中的data,傳送端：每一層都會加上自己的header, 然後送給下一層 接收端：讀取這一層對應的header, 做處理後把header去掉送給上一層,source,destination,message,segment,frame,packet,
