《计算机网络 冯博琴版课件 第5章 网络互联与因特网基础》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络 冯博琴版课件 第5章 网络互联与因特网基础（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
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15.1 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/WAN2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3 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 集线器电缆段2电缆段14物理层 数据链路层：网桥/
2、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25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 6 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27LAN的互联 本地互联特点：范围有限、主干
3、（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） 8LAN1LAN2中继器 或HUBLAN1LAN2网桥或 交换机LAN1LAN2路由器LAN1路由器LAN2路由器WAN本地远程9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
4、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。105.2 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
5、状态。 非集中控制：在互联网络中不存在全局性的控 制机制。 11 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。12因特网协议栈和协议
6、数据单元应用层 (FTP,Telnet,SMTP,HTTP,DNS,SNMP)传输层 (TCP,UDP)网络层 (IP,ICMP,ARP,RARP,IGMP)链路层 (PPP,HDLC,以太网,令牌环网)物理层TCP/IP协议栈第1层第2层第3层第4层第5层协议数据单元(PDUs)段(Segment)数据报(Datagram)帧(Frame)位流(Bits)报文(Message)135.3 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14居
7、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 15居民区因特网接入: 线缆调制解调器 HFC：Hybrid Fiber Coax（光纤同轴电缆混合 网络） 非对称：下行可达10Mb/s，上行为1Mb
8、/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。16居民区接入: 线缆调制解调器Diagram: http:/ 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LAN18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、 54
9、Mb/s 广域无线访问 CDPD：通过蜂窝式 网络无线访问ISP路由 器base stationmobile hostsrouter因特网195.4 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 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IGMP20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
10、 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：High level data link control (ISO高级数据 链路控制)21PPP 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
11、对方提供的 网络地址22PPP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!23PPP 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, ) 24PPP 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25字节填充（Byte Stuffing） “数据透明” 要求：数据中必须可以包括帧中
12、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 接收方： 进行相反的操作26字节填充Flag位模 式出现 在发送 数据中数据中的Flag位 模式被转换成“双 字节模式”10101027因特网的网络层与IP协议因特网的网络层功能：路由表路由协议 路由选择 RIP, OSPF, BGPIP 协议 地址转换 数据报格式 分组处理ICMP 协议 错
13、误报告 路由器 “信令”传输层: TCP, UDP数据链路层物理层网络层IGMP 协议 组播信息交互 组播路由选择28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，IPv4 RFC 791和IPv6 RFC 2373，RFC 2460。 路由选择协议：决定数据报在发送过程中由信源到信宿 所经过的路由器。 网络控制信息协议：可以为用户提供网络中的各种运行 信息。 组播协议：由于数据
14、报的发送无须建立过程和响应信息 ，因此可以支持因特网上的多点同时传送，但由于网络 层协议设计上的限制，多点传送解决起来比较复杂。29网际协议IPInternet Protocol IP是因特网的网络层中最重要的协议 提供数据报（Datagram）的投递服务（主机到主机） 在不同的数据链路层上进行数据转发操作 IP的数据报投递服务是非连接的，不可靠的 非连接 数据报之间没有相互的依赖关系； 不能保证报文的有序投递。 不可靠 数据报的投递没有任何品质保证（QoS），数据报可能被正确投 递，可能被丢弃。30IP地址 IP地址: 32bit的逻辑地 址, 用来标识主机或路由 器的网络接口； 网络接口:
15、 用于连接主 机与路由器之间的物理 链路： 路由器有多个接口 主机可能有一个，也 可能有多个接口 IP地址只与设备的网 络接口有关 IP地址书写方法： 32bit划分为4个字节 写成点分的4个十进制 数223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 0000000122311131IP地址 IP地址包括2个部分: 网络地址（网络号 ） 主机地址（主机号 ） 网络是什么? （从 IP 地址的视角） 具有相同网络地址 的设备接口，或 不经过路由器就可 以物理上相互通达的 设备223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27由3个IP网络组成的互联网 (对于以223开头的IP地址，前24位 为网络地址 )LAN32IP地址 为讨
