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1、1,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容 网络互联的基本概念 因特网的体系结构 因特网接入技术 因特网的链路层与网络层 因特网的传输层协议,2,5.1 网络互联的基本概念,？,网络互联的动力：更大范围的资源共享 网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN,3,网络互联层次,从网络体系结构的层次观点来考察，网络互联可在四个层次上实现： 物理层 数据链路层 网络层 网络层以上,4,物理层：中继器/集线器 在电缆段之间复制比特流。 没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互连。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层 物理层,中继器 集线
2、器,电缆段2,电缆段1,5,物理层,数据链路层：网桥/交换机 在网段之间转发数据帧。 根据数据帧中的信息（MAC地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网桥 交换机,数据链路层,网段1,网段2,6,链路层,物理层,网络层：路由器 在网络之间转发报文分组。 根据分组中的逻辑地址（IP地址）进行转发。,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,路由器,链路层,网络层,网络2,网络1,7,更高层：网关 连接不同体系结构的网络,网络层,数据链路层,物理层,应用层/传输层,网络
3、层,数据链路层,物理层,应用层/传输层,物理层,网关,链路层,网络层,网络1,应用层/传输层,物理层,链路层,网络层,网络2,8,LAN的互联,本地互联 特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网技术， 如FDDI、Ethernet、Token Ring 互联层次：链路层（网络层） 互联设备：网桥、交换机（有时可采用路由器） 远程互联 特点：范围大、主干采用广域网技术，如ISDN、X.25、DDN、 ATM、FR、ADSL等 互联层次：网络层或更高层（链路层） 互联设备：路由器、网关（有时可采用远程网桥）,9,LAN1,LAN2,中继器或HUB,LAN1,LAN2,网桥或交换机,LAN
4、1,LAN2,路由器,LAN1,路由器,LAN2,路由器,WAN,本地,远程,10,网络互联的归纳,物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复制位信号，无寻址功能； 数据链路层：使用网桥或交换机在局域网之间存储转发数据帧，用MAC地址寻址； 网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组，用IP地址寻址； 传输层及应用层：使用网关提供更高层次的互连，用端口号或其他特定标识寻址。,11,5.2 因特网体系结构,因特网是世界上最大的互联网络，具有开放性。 1974年，斯坦福大学的两位研究员瑟夫（cerf）和康恩（kahn）提出了开放网络的四项原则： 小型化、自治：每个网络可以自行运作，当需要进
5、行网间互联时无需改变其内部结构。 尽力而为的服务：互联网络仅提供尽力而为的服务，如果需要可靠的通信，则由发送端通过重传丢失的报文来实现。 无状态路由器：互联网络中的路由器不保存任何现行连接中已经发送过的信息流状态。 非集中控制：在互联网络中不存在全局性的控制机制。,12,因特网是一个开放网络的典型例子。 为满足开放网络的要求，因特网从1983年开始引入并使用TCP/IP协议栈(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)。 TCP/IP不是单一的协议，而是由数十个具有一定层次结构的协议组成的一个协议集。而TCP和IP是该协议中两个最重要的
6、协议。 整个TCP/IP协议集的框架被称为TCP/IP体系结构或简称为TCP/IP。 由于TCP/IP协议在因特网中的广泛使用，现在人们常常把TCP/IP协议称为因特网协议。,13,因特网协议栈和协议数据单元,14,5.3 因特网的接入,因特网的接入是指如何把用户的计算机连接到因特网的接入点因特网的边缘路由器 因特网接入采用了广域网连接技术。 从用户类型划分，因特网接入分为： 住宅（居民区）接入 机构接入 移动用户接入,15,居民区因特网接入:拨号和ADSL,模拟调制解调器通过电话网拨号上网 用户计算机通过电话拨号与因特网服务提供商建立连接，在用户本地环路上传输的是模拟信号 拨号接入的速率最高
7、不超过56kb/s ADSL（非对称用户线路） 在用户本地电话线环路上采用数字信号传输技术，能够在一条上同时提供话音服务和数据通信服务，但其下行传输速率可达到8Mb/s，上行传输速率也能达到将近1Mb/s 上下行速率不对称的特点非常适用于上网目的以因特网浏览为主的用户,16,居民区因特网接入: 线缆调制解调器,HFC：Hybrid Fiber Coax（光纤同轴混合网） 非对称：下行可达10Mb/s，上行为1Mb/s HFC将家庭用户连接到 ISP的路由器 若干个家庭用户共享10Mb/s访问带宽； 关注点：拥塞，规模控制问题。 应用：在国内的个别地区试点。,17,居民区接入: 线缆调制解调器,
8、Diagram: ,18,机构接入网络：局域网,公司/大学 局域网 (LAN) 将端系统连接到端接路由器 以太网(Ethernet): 共享或专线电缆将端系统连接端系统和路由器 10 Mb/s, 100Mb/s, 1Gb/s 以太网 应用: 企事业单位, 家庭用户 普遍使用的LAN,19,无线网络接入,共享的无线访问网络把端系统连接到路由器 无线LAN 使用无线频谱替代有线介质 e.g，802.11a/b/g 11Mb/s、54Mb/s 广域无线访问 CDPD：通过蜂窝式网络无线访问ISP路由器,因特网,20,5.4 因特网的链路层和网络层,因特网的链路层协议包括： SLIP、PPP、HDLC
9、 相关的议题还包括：通过局域网接入因特网时ARP与IP的交互问题。 因特网的网络层协议主要包括： 互联网络协议IP 网络控制信息协议ICMP 路由协议 组播协议IGMP,21,点对点的数据链路协议,一方发，一方收；一条链路：比广播信道简单的多 无需介质访问控制 不必进行MAC寻址 e.g.，拨号链路，ISDN 线路等 常见的点对点数据链路控制协议： SLIP (Serial Line Internet Protocol) PPP (Point-to-Point Protocol) SDLC：Synchronous Data Link Control (SNA的面向比特的数据链路规程) HDLC
10、：High level data link control (ISO高级数据链路控制),22,3. PPP 协议的组成,1992年由IETF制订了 PPP 协议。经过 1993 年和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已成为因特网的正式标准RFC 1661。 PPP 协议有三个组成部分 一个将 IP 数据报封装到串行链路的方法。 PPP既支持异步链路（无奇偶校验的8比特数据），也支持面向比特的同步链路。 链路控制协议 LCP (Link Control Protocol)。 用来建立、配置和测试数据链路的链路 网络控制协议 NCP (Network Control Protocol)。
11、支持不同的网络层协议，如IP，OSI的网络层，DECnet，以及AppleTalk等 。,PPP协议基本特点,PPP协议是Internet标准，RFC 1660、RFC 1661定义了PPP协议与帧结构； PPP协议处理了差错检测，支持面向字符型协议与面向比特型协议,可以支持IP协议及其他一些网络层协议（例如IPX协议）； PPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器路由器之间的专用线上广泛应用; PPP协议是在大多数家庭个人计算机和ISP之间使用的协议，它可以作为在高速广域网和社区宽带网协议族的一部分。,24,PPP 设计要求 RFC 1557,帧封装: 将网络层的分组封装到数据链路层的帧中 同
12、时可以承载任意网络协议的网络层数据 (不仅仅是 IP) 提供向上分用的能力 位流透明: 在数据字段中，必须能携带任意组合的位流 错误检测 (但无需校正) 网络层地址协商: 客户端可以学习/配置对方提供的网络地址,25,PPP无需做的工作,错误校正/恢复 流量控制 有序递交 支持多点链路 (e.g.，轮询),错误恢复、流量控制、分组的有序递交都被移到更高层（在端点，或者说端到端）去解决了!,26,PPP帧,PPP 协议的帧格式,标志字段（flag）：就是PPP帧的定界符. F = 0 x7E （符号“0 x”-十六进制。十六进制的 7E 的二进制表示是- 01111110）。 连续两帧之间只用一
13、个标志字段,如果连续出现两个F字段-一个空帧. 地址（address）：值为“FF”（11111111），表示网中所有的站 都接收该帧,对点对点链路此项不起作用. 控制（control）：值为“03”（00000011）,表示ppp帧不使用编号.,字节数,27,PPP 数据帧,Flag：帧定界符(7EH) Address：固定为FFH Control：缺省为03H，表示为无编号帧 Protocol：数据类型，即帧中携带的数据属于哪一个上层协议 (LCP, IP, IPCP, ),28,PPP 数据帧,Info：所携带的上层数据 Check：CRC校验和，用于进行错误检测,29,透明传输问题,当
14、 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和HDLC的做法一样）。 当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。 数据链路层协议基本可以分为两类： 面向字符型与面向比特型；,30,字节填充（Byte Stuffing）,“数据透明” 要求：数据中必须可以包括帧中flag字段的固定位模式：01111110（7EH） Q: 如何判断这个到底是数据还是flag? A: 异步链路采用字节填充法解决（同步链路则使用与HDLC相同的位填充法） 发送方： 数据中的所有字节都用2字节序列（7DH, 5EH）代替 数据中的所有（7DH）都用2字节序列（7DH, 5DH）代替 接收
15、方： 进行相反的操作,31,字节填充,32,零比特填充,PPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，是使用同步传输（一连串的比特连续传送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方法来实现透明传输。 PPP 采用零比特填充法使一帧中两个 F 字段之间不会出现 6 个连续 1。 在发送端，当一串比特流数据中有 5 个连续 1 时，就立即填入一个 0。 在接收帧时，先找到 F 字段以确定帧的边界。接着再对比特流进行扫描。每当发现 5 个连续 1 时，就将其后的一个 0 删除，以还原成原来的比特流。,零比特的填充与删除,数据中某一段比特组合恰好 出现和 F 字段一样的情况,0 1 0 0 1 1 1 1
16、 1 1 0 0 0 1 0 1 0,会被误认为是 F 字段,34,零比特插入/删除工作过程,35,透明传输,采用零比特填充法就可传送任意组合的比特流，或者说，就可实现数据链路层的透明传输。 当连续传输两个帧时，前一个帧的结束标志字段 F 可以兼作后一帧的起始标志字段。 当暂时没有信息传送时，可以连续发送标志字段，使收端可以一直和发端保持同步。,36,因特网的网络层与IP协议,因特网的网络层功能：,传输层: TCP, UDP,数据链路层,物理层,网络层,37,网络层协议组成,因特网的网络层协议分成四部分：网际协议（IP）、路由选择协议、网络控制信息协议（ICMP）和组播协议（IGMP）。 网际协议：决定了网络层的编址机制，数据报的格式（网络层的PDU），各节点根据数据报的字段所应采取的动作。IP协议有两个版本，I
