計算機網絡自頂向下方法(一)——計算機網絡和因特網

不要成為理想的巨人，行動的矮子

寫在前面

為了更好地學習和掌握《計算機網絡》這門課程，打算把自己的學習筆記轉化為博客，以便於更好地復習，也便於大家一起學習與交流。

參考課程：中科大-鄭老師《計算機網絡》
參考書籍：《計算機網絡自頂向下方法》原書第七版
第二章：計算機網絡自頂向下方法(二)——應用層

什么是Internet?

因特網是一個世界范圍的計算機網絡，即它是一個互聯了遍及全世界數計算設備的網絡。

具體構成及描述

計算設備 : 主機（端系統）、運行的網絡應用程序

節點：

• 主機及其上運行的應用程序
• 路由器、交換機等網絡交換設備

例如：手機、平板、電視、游戲機... 這一些設備都稱為主機 ,也可以叫做端系統。

邊 ： 通信鏈路

• 接入網鏈路：主機連接到互聯網的鏈路
• 主干鏈路：路由器間的鏈路

端系統通過通信鏈路(communication link)和分組交換機(packet switch)連接到一起。 鏈路的傳輸速率以比特/秒(bit/s, bps)度量。

通信鏈路 ：

• 光纖、同軸電纜、無線電、衛星
• 傳輸速率 = 帶寬(bps)

分組交換機 ： 轉發分組(packets)

• 路由器和交換機

端系統通過因特網服務提供商(Internet Service Provider, ISP)接入因特網，例如：本地住宅區ISP，公司ISP，大學ISP...

協議 ：控制發送、接收消息， 例如 TCP、IP、HTTP、FTP、PPP都是協議

• 定義：協議（protocol）定義了在兩個或多個通信實體之間交換的報文的格式和順序，以及報文發送和/或接收一條報文或其他時間所采取的動作。
• 網絡協議
  • 類似人的協議 ： “幾點了？”，“我有個問題？”， “你好”（若對面回應，則說明發送成功）
  • 機器之間的協議而非人與人之間的協議
  • Internet中所有的通信行為都受協議制約
    

什么是Internet: 從服務角度

使用通信設施進行通信的分布式應用：WEB、Voip、email、分布式游戲、電子商務、社交網絡...

通信基礎設施為apps提供編程接口(通信服務)

• 將發送和接收數據的apps與互聯網連接起來
• 為app應用提供服務選擇，類似於郵政服務
  • 無連接不可靠服務
  • 面向連接的可靠服務

網絡邊緣

端系統(主機):

• 運行應用程序
• 如Web、email
• 在“網絡的邊緣”

客戶/服務器模式

• 客戶端向服務器請求、接收服務

• 如Web瀏覽器/服務器:email客戶端/服務器

對等(peer-peer)模式

• 很少(甚至沒有)專門的服務器
• 如Gnutella、KnZaA、Emule

網絡邊緣：采用網絡設施的面向連接服務

目標：在端系統之間傳輸數據

• 握手：在數據傳輸之前做好准備
  • 類似人類協議中：你好、你好
  • 兩個通信主機之間為連接建立狀態

TCP-傳輸控制協議(Transmission Control Protocol)：TCP向它的應用程序提供了面向連接的服務。這種服務包括了應用層報文向目的地的確保傳遞和流量控制(即發送方/接收方速率匹配)。TCP也將長報文划分為短報文，並提供無連接服務，因此當網絡擁塞時，源抑制其傳輸速率。

• Internet上面向連接的服務
• 可靠地、按順序地傳送數據
  • 確認和重傳
• 流量控制
  • 發送方不會淹沒接收方
• 擁塞控制
  • 當網絡擁塞時，發送方降低發送速率

網絡邊緣：采用基礎設施的無連接服務

目標：在端系統之間傳輸數據

• 無連接服務

UDP-用戶數據報協議(User Datagram Protocol): UDP協議向它的應用程序提供無連接服務。這是一種不提供不必要服務的服務，沒有可靠性，沒有流量控制，也沒有擁塞控制。

• 無連接
• 不可靠數據傳輸
• 無流量控制
• 無擁塞控制

使用TCP的應用：HTTP(Web)、FTP(文件傳送)、Telnet(遠程登錄)、SMTP(email)

使用UDP的應用:流媒體、遠程會議、DNS、Internet電話

網絡核心

網絡核心：路由器的網狀結構

基本問題：數據怎么通過網絡進行傳輸？

• 電路交換：為每個呼叫預留一條專有電路：如電話網
• 分組交換:
  • 將要傳送的數據分為一個個單位：分組
  • 將分組從一個路由器傳到響鈴路由器(hop), 一段段最終從源端傳到目標端
  • 每段：采用鏈路的最大傳輸能力(帶寬)

網絡核心：電路交換

在電路交換網絡中，在端系統間通信會話期間，預留了端系統間沿路徑通信所需要的資源(緩存，鏈路傳輸速率)。在分組交換網絡中，這些資源則不是預留的。

端到端的資源被分配給源端到目標端的呼叫(call)

如上圖中， 每段鏈路有4條線路:

• 該呼叫采用了上面鏈路的第2個線路，右邊鏈路的第1個線路(piece）
• 獨享資源：不同享
  • 每個呼叫一旦建立起來就能夠保證性能
• 如果呼叫沒有數據發送，被分配的資源就會被浪費(no sharing)
• 通常被傳統電話網絡采用

如上圖，每台主機(例如PC和工作站)都與一台交換機直接相連，當兩台主機要通信時，該網絡在兩台主機之間創建一條專用的端到端連接(end-to-end connection)。因此，主機A為了向主機B發送報文，網絡必須在兩條鏈路的每條上先預留一條電路。

為呼叫預留端-端資源

• 鏈路帶寬、交換能力
• 專用資源：不共享
• 保證性能
• 要求建立呼叫鏈接

電路交換網絡中的復用

網絡資源(如帶寬)被分成片

• 為呼叫分配片

• 如果某個呼叫沒有數據，則其資源片處於空閑狀態(不共享)

• 將帶寬分成片

  • 頻分(Frequency-division multiplexing, FDM)
  • 時分(Time-division multiplexing, TDM)
  • 波分(Wave-division multiplexing)

電路交換：FDM與TDM

計算舉例

電路交換不適合計算機之間的通信

• 連接建立時間長
• 計算機之間的通信有突發性，如果使用線路交換，則浪費的片較多
  • 即使這個呼叫沒有數據傳遞，其所占據的片也不能夠被別的呼叫使用

網絡核心：分組交換

在各種網絡應用中，端系統彼此交換報文(message)。

為了從源端系統向目的端系統發送一個報文，源將長報文划分為較小的數據塊，稱之為分組(packet)。

以分組為單位存儲-轉發方式

• 網絡帶寬資源不再分為一個個片，傳輸時使用全部帶寬
• 主機之間傳輸的數據被分為一個個分組

資源共享，按需使用:

• 存儲-轉發：分組每次移動一跳(hop)
  • 在轉發之前，節點必須收到整個分組
  • 延遲比線路交換要大
  • 排隊時間

分組交換：存儲-轉發

被傳輸到下一個鏈路之前，整個分組必須到達路由器：存儲-轉發

一個速率為R bps的鏈路，一個長度為L bits的分組的存儲轉發延時:L/R s

考慮一般的情況：通過由N條速率均為R的鏈路組成的路徑（所以，在源和目的地之間有N-1台路由器），從源到目的地發送一個分組，那么端到端的時延是：\(d_{text}{端到端} = N\frac{L}{R}\)

Example

L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps
3次存儲轉發的延時 = 15 s

分組交換：排隊延遲和丟失

排隊和延遲：

• 如果到達速率 > 鏈路的輸出速率
  • 分組將會排隊，等待傳輸
  • 如果路由器的緩存用完了，分組將會被拋棄

數據報網絡和虛電路網絡

分組的存儲轉發一段一段從源端傳到目標端，按照有無網絡層的連接，分成：
數據報網絡和虛電路網絡。

數據報網絡

• 分組的目的地址決定下一跳
• 在不同的階段，路由可以改變
• 類似：問路

數據報(datagram)的工作原理

• 在通信之前，無須建立起一個連接，有數據就傳輸
• 每一個分組都獨立路由(路徑不一樣，可能會失序)
• 路由器根據分組的地址進行路由
  

虛電路網絡

• 每個分組都帶標簽(虛電路標識VCID), 標簽決定下一跳
• 在呼叫建立時決定路徑，在整個呼叫中路徑保存不變
• 路由器維持每個呼叫的狀態信息

分組交換和電路交換的對比

同樣的網絡資源，分組交換允許更多用戶使用網絡!

Example:

假設多個用戶共享一條1Mbps鏈路，再假定每個用戶活躍周期是變化的，某用戶時而100kbps恆定速率產生數據，時而靜止——這時用戶不產生數據，假設該用戶僅有10%時間活躍。
對於電路交換，能支持10(=1Mbps/100kbps)個並發的用戶。
對於分組交換，假如有35個用戶，有>=10個用戶活動的概率為0.0004
計算公式：\(1 - \sum\limits_{n = 0}^9 \begin{pmatrix} 35\\ a\end{pmatrix} p^n(1-p)^{35-n}\)

分組交換是“突發數據的勝利者”

• 適合於突發式數據傳輸
  • 資源共享
  • 簡單，不必建立呼叫
• 過度使用會造成網絡擁塞：分組延時和丟失
  • 對可靠地數據傳輸需要協議來約束：擁塞控制
• 怎樣提供類似電路交換的服務
  • 保證音頻/視頻應用需要的帶寬

接入網和物理媒體

Q：怎樣將端系統和邊緣路由器連接？

• 住宅接入網絡
• 單位接入網絡(學校、公司)
• 無線接入網絡

家庭接入：DSL、電纜、FTTH、撥號和衛星
寬帶住在接入有兩種最流行的類型：數字用戶線(Digital Subscriber Line, DSL) 和電纜。住宅通常從提供本地電話接入的本地電話公司處獲得DSL因特網接入。

modem ：

• 將上網數據調制加載音頻信號上，在電話線上傳輸，在局端將其中的數據解調出來；反之亦然。
  • 調頻
  • 調幅
  • 調相位
  • 綜合調制
• 撥號調制解調器
  • 56kbps的速率直接接入路由器(通常更低)
  • 不能同時上網和打電話：不能總是在線

DSL:

• 采用現存的到交換局DSLAM的電話線
• DSL線路上的數據被傳到互聯網
• DSL線路上的語音被傳到電話網
• < 2.5 Mbps上行傳輸速率(typically < 1 Mbps)
• < 24 Mbps下行傳輸速率(typically < 10 Mbps)

線纜網絡:

有線電視信號線纜雙向改造
FDM: 在不同頻段傳輸不同信道的數據，數字電視和上網數據（上下行）

• HFC: hybrid fiber coax (混合光纖同軸系統)
• 非對稱: 最高30Mbps的下行傳輸速率, 2 Mbps 上行傳輸
  速率
• 線纜和光纖網絡將個家庭用戶接入到ISP 路由器
• 各用戶共享到線纜頭端的接入網絡
  • 與DSL不同, DSL每個用戶一個專用線路到CO（central
    office）
    

企業接入網絡(Ethernet)
以太網(Ethernet)是目前為止，公司、大學和家庭網絡中最為流行的接入技術。

• 經常被企業或者大學等機構采用
  • 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps傳輸率
  • 現在，端系統經常直接接到以太網絡交換機上

無線接入網絡

• 各無線端系統共享無線接入網絡(端系統到無線路由器)
  • 通過基站或者叫接入點

物理媒體

對於每個發射器-接收器對，通過跨越一種物理媒體(physical medium)傳播電磁波或光脈沖來發送該比特。

• Bit: 在發送-接受對間傳播
• 物理鏈路：連接每個發送-接收對之間的物理媒體
• 引導型媒體：
  • 信號沿着固體媒介被導引：同軸電纜、光纖、雙絞線
• 非導引型媒體：
  • 開放的空間傳播電磁波或者光信號，在電磁或者光信號中承載數字數據。
• 雙絞線(TP)
  • 兩根絕緣銅導線擰合
    • 5類：100Mbps以太網Gbps千兆位以太網
    • 6類：10Gbps萬兆以太網
      

物理媒體：同軸電纜、光纖

同軸電纜：

• 兩根同軸的銅導線
• 雙向
• 基帶電纜：
  • 電纜上一個單個信道
  • Ethernet
• 寬帶電纜：
  • 電纜上有多個信道
  • HFC
    

光纖和光纜

• 光脈沖，每個脈沖表示一個
  bit，在玻璃纖維中傳輸
• 高速：
  • 點到點的高速傳輸（如10 Gps-100Gbps傳輸速率）
• 低誤碼率：在兩個中繼器之間可以有很長的距離，不受電磁噪聲的干擾
• 安全

物理媒介：無線鏈路

• 開放空間傳輸電磁波，攜帶要傳輸的數據
• 無需物理“線纜”
• 雙向
• 傳播環境效應：
  • 反射
  • 吸收
  • 干擾

無線鏈路類型

• 地面微波
  • e.g. up to 45 Mbps channels
• LAN (e.g., WiFi)
  • 11Mbps, 54 Mbps,540Mbps…
• wide-area (e.g., 蜂窩)
  • 3G cellular: ~ 幾Mbps
  • 4G 10Mbps
  • 5G 數Gbps
• 衛星
  • 每個信道Kbps 到45Mbps (或者多個聚集信道)
  • 270 msec端到端延遲
  • 同步靜止衛星和低軌衛星

Internet結構和ISP

網絡的網絡

• 端系統通過接入ISP(Internet Service Providers)連接到互聯網
  • 住宅，公司和大學的ISP
• 接入ISP相應的必須是互聯的
  • 因此任何兩個端系統可相互發送分組到對方
• 導致的“網絡的網絡”非常復雜
  • 發展和演化是通過經濟的和國家的政策來驅動的
• 采用漸進方法來描述當前互聯網的結構

如何建立“網絡的網絡”: 將每個接入ISP都連接到全局ISP（全局范圍內覆蓋）？

• 客戶ISPs和提供者ISPs有經濟合約
  

• 但是，如果全局ISP是可行的業務，那會有競爭者有利可圖，一定會有競爭
  

• 競爭：但如果全局ISP是有利可為的業務，那會有競爭者；合作：通過ISP之間的合作可以完成業務的擴展，肯定會有互聯，對等互聯的結算關系。
  

• 然后業務會細分（全球接入和區域接入），區域網絡將出現，用與將接入ISPs連接到全局ISPs。
  

• 然后內容提供商網絡(Internet Content Providers,e.g., Google,Microsoft, Akamai)可能會構建它們自己的網絡，將它們的服務、內容更加靠近端用戶，向用戶提供更好的服務,減少自己的運營支出。
  

• 在網絡的最中心，一些為數不多的充分連接的大范圍網絡（分布廣、節點有限、
  但是之間有着多重連接）

  • “tier-1” commercial ISPs (e.g., Level 3, Sprint, AT&T, NTT), 國家或者國際范圍的覆蓋。
  • provider network (e.g., Google): 將它們的數據中心接入ISP，方便周邊用戶的訪問；通常私有網絡之間用專網繞過第一層ISP和區域ISPs.
    

總結

• 松散的層次模型
• 中心：第一層ISP(如UUNet, BBN/Genuity, Sprint,AT&T）國家/國際覆蓋，速率極高。
  • 直接與其他第一層ISP相連
  • 與大量的第二層ISP和其他客戶網絡相連
    

• 第二層ISP: 更小些的(通常是區域性的) ISP

  • 與一個或多個第一層ISPs，也可能與其他第二層ISP
    

• 第三層ISP與其他本地ISP

  • 接入網(與端系統最近)
    

• 一個分組要經過許多網絡
  

ISP之間的連接

• POP: 高層ISP面向客戶網絡的接入點，涉及費用結算
  • 如一個低層ISP接入多個高層ISP，多宿（multi home）
• 對等接入：2個ISP對等互接，不涉及費用結算
• IXP：多個對等ISP互聯互通之處，通常不涉及費用結算
  • 對等接入
• ICP自己部署專用網絡，同時和各級ISP連接

分組延時、丟失和吞吐量

分組丟失和延時是怎樣發生的？
在路由器緩沖區的分組隊列

• 分組到達鏈路的速率超過了鏈路輸出的能力
• 分組等待排到隊頭、被傳輸
  

四種分組延時

節點處理延時：

• 檢查bit級差錯
• 檢查分組首部和決定將分組導向何處

排隊延時：

• 在輸出鏈路上等待傳輸的時間
• 依賴於路由器的擁塞程度

傳輸延時：

• R = 鏈路帶寬(bps)
• L = 分組長度(bits)
• 將分組發送到鏈路上的時間 = L/R
• 存儲轉發延時

傳播延時:

• d = 物理鏈路的長度
• s = 在媒體上的傳播速度(~\(2\times 10 ^8 m/sec\)
• 傳播延時 = d / s
  

傳輸時延和傳播時延的比較
傳輸時延是路由器推出分組所需要的時間，它是分組長度和鏈路傳輸速率的函數，而與兩台路由器之間的距離無關。

傳播時延是一個比特從一台路由器傳播到另一台路由器所需要的時間，它是兩台路由器之間距離的函數。

節點延時

\(d_{nodal} = d_{proc} + d_{queue} + d_{trans} + d_{prop}\)

• \(d_{proc}\) = 處理延時
  • 通常是微妙數量級或更少
• \(d_{queue}\) = 排隊延時
  • 取決於擁塞程度
• \(d_{trans}\) = 傳輸延時
  • = L/ R， 對低速率的鏈路而言很大(如撥號), 通常為微秒級到毫秒級
• \(d_{prop}\) = 傳播延時
  • 幾毫秒到幾百毫秒

排隊延時

• R = 鏈路帶寬(bps)
• L = 分組長度(bits)
• a = 分組到達對列的平均速率
  流量強度 = La/R
• La / R ~ 0: 平均排隊延時很少
• La / R -> 1: 延時變得很大
• La / R > 1:比特到達隊列的速率超過了從該隊列輸出的速率，平均排隊延時將趨向無窮大！
  

Internet的延時和路由

Traceroute 診斷程序: 提供從源端，經過路由器，到目的的延時測量。

• For all i:
• 沿着目的的路徑，向每個路由器發送3個探測分組
• 路由器i 將向發送方返回一個分組
• 發送方對發送和回復之間間隔計時

分組丟失

• 鏈路的隊列緩沖區容量有限
• 當分組到達一個滿的隊列時，該分組將會丟失
• 丟失的分組可能會被前一個節點或源端系統重
  傳，或根本不重傳

吞吐量

吞吐量：在源端和目標端之間傳輸的速率(數據量/單位時間)

• 瞬間吞吐量： 在一個時間點的速率
• **平均吞吐量: ** 在一個長時間內平均值
  \(R_s\)：表示服務器於路由器之間的鏈路速率
  \(R_c\): 表示路由器於客戶端之間的鏈路速率

例如上圖，對於兩鏈路網絡，其吞吐量為：\(\min{R_s, R_c}\).

瓶頸鏈路: 端到端路徑上，限制端到端吞吐的鏈路。

對於N條鏈路的網絡，其吞吐量為\(\min{R_1, R_2, \cdots, R_N}\)。

互聯網場景
對於10個連接(公平地)共享Rbps的瓶頸鏈路

其每個連接上的端到端的吞吐量為 \(\min{R_c, R_s, R/10}\)

協議層次及服務模型

網絡是一個復雜的系統！

• 網絡功能繁雜：數字信號的物理信號承載、點到點、路由、rdt、進
  程區分、應用等
• 現實來看，網絡的許多構成元素和設備:
  • 主機
  • 路由器
  • 各種媒體的鏈路
  • 應用
  • 協議
  • 硬件, 軟件

Q:如何組織和實現這個復雜的網絡功能

層次化方式時延復雜網絡功能：

• 將網絡復雜的功能分層功能明確的層次，每一層實現了其中一個或一組功能，功能中有其上層可以使用的功能：服務
• 本層協議實體相互交互執行本層的協議動作，目的是實現本層功能，通過接口為上層提供更好的服務
• 在實現本層協議的時候，直接利用了下層所提供的服務
• 本層的服務：借助下層服務實現的本層協議實體之間交互帶來的新功能（上層可以利用的）+更下層所提供的服務

服務和服務訪問點

服務( Service)：低層實體向上層實體提供它們之間的通信的能力

• 服務用戶(service user)
• 服務提供者(service provider )

原語(primitive)：上層使用下層服務的的形式，高層使用低層提供的服務，以及低層向高層提供服務都是通過服務訪問原語來進行交互的---形式。

服務訪問點SAP (Services Access Point)：上層使用下層提供的服務通過層間的接口—地點；

• 例子:郵箱
• 地址(address)：下層的一個實體支撐着上層的多個實體，SAP有標志不同上層實體的作用
• 可以有不同的實現，隊列
• 例子:傳輸層的SAP: 端口(port)

服務的類型:

面向連接的服務 和 無連接的服務 方式

面向連接的服務( Connection-oriented Service)

• 連接(Connection)：兩個通信實體為進行通信而建立的一種結合
• 面向連接的服務通信的過程：建立連接，通信，拆除連接
• 面向連接的服務的例子：網絡層的連接被成為虛電路
• 適用范圍：對於大的數據塊要傳輸; 不適合小的零星報文
• 特點：保序
• 服務類型:
  • 可靠的信息流傳送頁面(可靠的獲得,通過接收方的確認)
  • 可靠的字節流遠程登錄
  • 不可靠的連接數字化聲音

無連接的服務(Connectionless Service)

• 無連接服務：兩個對等層實體在通信前不需要建立一個連接，不預留資源；不需要通信雙方都是活躍；(例：寄信)
  • 特點：不可靠、可能重復、可能失序
  • IP分組，數據包；
  • 適用范圍：適合傳送零星數據；
  • 服務類型：
    • 不可靠的數據報電子方式的函件
    • 有確認的數據報掛號信
    • 請求回答信息查詢

服務和協議

服務與協議的區別：

• 服務(Service)：低層實體向上層實體提供它們之間的通信的能力，是通過原語(primitive)來操作的，垂直

• 協議(protocol) ：對等層實體(peer entity)之間在相互通信的過程中，需要遵循的規則的集合，水平

服務與協議的聯系

• 本層協議的實現要靠下層提供的服務來實現
• 本層實體通過協議為上層提供更高級的服務

數據單元

PDU:協議數據單元

PDU包含來自上層的信息和當前層的實體附加的信息，這個PDU會被傳送到下一較低的層。

Internet協議棧

協議棧有5個層次組成：物理層、鏈路層、網絡層、運輸層、應用層

• 應用層: 網絡應用 (應用層的信息分組稱為報文)
• 為人類用戶或者其他應用進程提供網絡應用服務
• FTP, SMTP, HTTP,DNS
• 運輸層: 主機之間的數據傳輸 (運輸層的分組稱為報文段)
  • 在網絡層提供的端到端通信基礎上，細分為進程到進程，將不可靠的通信變成可靠地通信
  • TCP, UDP
• 網絡層: 為數據報從源到目的選擇路由 (網絡層的分組稱為數據報(無連接))
  • 主機主機之間的通信，端到端通信，不可靠
  • IP, 路由協議
• 鏈路層: 相鄰網絡節點間的數據傳輸 (鏈路層的分組稱為幀指)
  • 2個相鄰2點的通信，點到點通信，可靠或不可靠
  • 點對對協議PPP, 802.11(wifi), Ethernet
• 物理層: 在線路上傳送bit

ISO/OSI 參考模型：物理層、鏈路層、網絡層、運輸層、會話層、表示層、應用層

• 表示層: 允許應用解釋傳輸的數據, e.g., 加密，壓縮，機器相關的表示轉換
• 會話層: 數據交換的同步，檢查點，恢復

封裝和解封裝

互聯網歷史

早期（1960以前）計算機網絡

• 線路交換網絡
• 線路交換的特性使得其不適合計算機之間的通信
  • 線路建立時間過長
  • 獨享方式占用通信資源，不適合突發性很強的計算機之間的通信
  • 可靠性不高：非常不適合軍事通信
• 三個小組獨立地開展分組交換的研究
  • 1961: Kleinrock(MIT)，排隊論，展現了分組交換的有效性
  • 1964: Baran(美國蘭德公司) – 軍用網絡上的分組交換
  • 1964：Donald（英國）等，NPL

1961-1972: 早期的分組交換概念

• 1967: 美國高級研究計划研究局考慮ARPAnet
  • Kleinrock在MIT的同事
• 1969: 第一個ARPAnet節點開始工作,UCLA
  • IMP:接口報文處理機
• 1969年底: 4個節點
• 1972:
  • ARPAnet 公眾演示
  • 網絡控制協議是第一個端系統直接的主機-主機協議
    • NCP協議：相當於傳輸層和網絡層在一起，支持應用開發
• 第一個e-mail 程序（BBN）
• ARPAnet有15個節點

1972-1980: 專用網絡和網絡互聯

• 出現了很多對以后來說重要的網絡形式，雨后春筍
  • 1970: ALOHAnet,夏威夷上的微波網絡
  • 1973: Metcalfe在博士論文中提出了Ethernet
  • ATM網絡
  • ALOHAnet，Telenet，Cyclades法國等
• 1970后期，網絡體系結構的必要性
  • 專用的體系結構： DECnet, SNA, XNA
  • 標准化的體系結構
• 1974: 網際互聯的Cerf and Kahn 體系結構
• 1979: ARPAnet的規模在持續增加，體系結構也在醞釀着變化，以支持網絡互聯和其他目的（性能）需求
  • 節點數目增加，有200個節點

1980-1990: 體系結構變化, 網絡數量激增，應用豐富

• 1983: TCP/IP部署，標記日
• NCP分化成2個層次，TCP/IP，從而出現UDP
• 覆蓋式IP解決網絡互聯問題
• 主機設備和網絡交換設備分開
• 1982: smtp e-mail協議定義
• 1983: DNS 定義，完成域名到IP地址的轉換
• 1985: ftp 協議定義
• 1988: TCP擁塞控制
• 其他網絡形式的發展
• 新的國家級網絡: Csnet,BITnet, NSFnet, Minitel
• 1985年：ISO/OSI提出，時機不對且太繁瑣，
• 100,000主機連接到網絡聯邦

1990, 2000’s: 商業化, Web, 新的應用

• 1990年代初: NSF對ARPAnet 的訪問網，雙主干，ARPAnet退役
• 1991: NSF放寬了對NSFnet用於商業目的的限制(1995退役)，ASFNET非盈利性機構維護，后面叫Internet
• UNIX 中TCP/IP的免費捆綁
• 1990年代初: Web
  • hypertext [Bush 1945, Nelson 1960’s]
  • HTML, HTTP: Berners-Lee
  • 1994: Mosaic (Netscape，and reesen)
  • 1990年代后期: Web的商業化
• 1990后期– 21世紀:
  • TCP/IP體系結構的包容性，在其上部署應用便捷，出現非常多的應用
  • 新一代殺手級應用（即時訊息，P2P 文件共享，社交網絡等）更進一步促進互聯網的發展
  • 安全問題不斷出現和修訂（互聯網的補丁對策）
  • 2001網絡泡沫，使得一些好公司沉淀下來（谷歌，微軟，蘋果，Yahoo，思科）
  • 主干網的速率達到Gbps

2005-現在

• ~50+億主機：包括智能手機和平板
• 寬帶接入的快速部署
• 高速無線接入無處不在：移動互聯時代
  • 4G部署,5G蓄勢待發
  • 帶寬大，終端性能高，價格便宜，應用不斷增多
• 在線社交網絡等新型應用的出現:
  • Facebook: 10億用戶
  • 微信，qq：數十億用戶
• 內容提供商(Google, Microsoft)創建他們自己的網絡
  • 通過自己的專用網絡提供對搜索、視頻內容和電子郵件的即刻訪問
• 電子商務，大學，企業在雲中運行他們的服務(eg, Amazon EC2)
• 體系結構醞釀着大的變化，未來網絡蠢蠢欲動

結尾： 這篇博客整理了好久，大概花了接近一天的時間，這篇博客是計算機網絡第一章，打算每周學習一章的進度，並記入學習筆記，轉化博客。目前本人已經大四，希望自己能沉浸下來，認認真真學點東西，Fighting。