计算机网络-07因特网技术

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1、计算机网络基础教程,第7章 因特网技术,计算机网络,第7章 因特网技术,2,本章概要,因特网（Internet）是世界上最大的、开放的、由多个计算机网络为了实现更大范围的资源共享和信息交换而组成的互连网络。Internet采用TCP/IP协议族，将各国家、地区、部门各种类型的计算机网络通过网络互连设备实现互连，形成一个计算机网络的网络。只用计算机网络的网络来描述Internet是远远不够的，因为计算机网络通常是指传输信息的媒体，而Internet的巨大魅力却在于其提供的全球范围内资源共享和信息交换的环境。连接上Internet，意味着可以分享其中丰富的信息资源，和其他Internet用户进行各

2、种方式的信息交换，Internet所提供的服务和所起到的作用是其他任何社会媒体或服务机构都无法比拟的。,计算机网络,第7章 因特网技术,3,7-1 概述,Internet这个称呼来自于互连网络（Interconnected Networks，Internetworks，Internet），但是注意不能把Internet与internet等同起来，internet是个通用名词，泛指多个计算机网络互连而成的互连网络；而Internet则是个专用名词，特指目前全球最大、覆盖范围最广泛的计算机互连网络。起初人们对Internet的称呼很混乱，比如叫国际互联网、交互网、网际网、全球信息资源网等，后来由专

3、门的机构确定统一的译名为“因特网”。,计算机网络,第7章 因特网技术,4,7-1-1 因特网的发展历程,Internet起源于冷战时期美国军方的一项研究计划。Internet的前身是隶属于美国国防部的高级研究计划局（Advanced Research Projects Agency，ARPA）从1968年开始研制的计算机实验网络ARPANet。 ARPANet在1969年12月建成时使用50Kb/s的通信线路连接了分布在美国3个州的4个计算节点，规模很小。 由于ARPANet军事用途的限制，无法让更多的计算机网络通过ARPANet实现互连，为此美国国家科学基金会（National Scienc

4、e Foundation，NSF）从1984年开始筹建一个向所有大学开放的计算机互连网络。 采用Internet这个名称是在NSFNet通过通信链路实现了与MILNet（从ARPANet中分离出来的一个子网）的互连之后开始的。 Internet的规模一直在呈指数增长，到今天，Internet连接近亿台计算机，拥有数以亿计的用户。,计算机网络,第7章 因特网技术,5,7-1-2 下一代因特网,VBNS：NSF所使用的方法是重新铺设一条专用的网络：VBNS为合适的研究人员与学者提供下一代的网络服务。 VBNS的主要目标是提供一个场所来测试新的应用系统，试验先进的网络科技。 Internet2 ：n

5、ternet2不是一个独立的物理网络，也不是为了取代现有的因特网，而是一个实体的联盟，这个联盟将新的因特网技术用于教育和科研，以便在其商业化应用之前进行实验和测试。 NGI ：NGI计划的研究工作主要涉及协议、开发部署、高端试验网以及应用演示，其中某些目标会通过Internet2或VBNS来实现。,计算机网络,第7章 因特网技术,6,7-1-3 因特网的管理,因特网协会（Internet Society，ISOC） 因特网体系结构委员会（Internet Architecture Board，IAB） 因特网工程指导组（Internet Engineering Steering Group，I

6、ESG） 因特网分配号码权威机构（Internet Assigned Numbers Authority，IANA） 因特网分配名称与号码组织（Internet Corporation for Assigned Names and Numbers，ICANN）,计算机网络,第7章 因特网技术,7,7-2 主机至网络层协议,主机至网络层上一般不需要专门的TCP/IP协议，各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议，但使用串行线路连接主机与网络或连接网络与网络时需要运行专门的协议，这就是SLIP协议或PPP协议。使用串行线路进行连接的例子，如家庭用户使用电话线和MODEM接入网络，或两个相

7、距较远的网络利用数据专线进行互连等。,计算机网络,第7章 因特网技术,8,7-2-1 SLIP协议,SLIP协议封装IP报文 存在问题 通信的双方必须事先知道对方的IP地址，这给家庭用户上Internet带来很大的限制，因为不可能为每个家庭的计算机分配一个固定的IP地址，而SLIP又不支持在连接建立的过程中动态地分配IP地址。 SLIP帧中没有协议类型域，因此它只能支持IP协议。 SLIP帧中没有校验字段，因此链路层上无法检测出传输错误，必须由上层实体进行差错处理，或选用具有纠错能力的MODEM来解决传输误码问题。,计算机网络,第7章 因特网技术,9,7-2-2 PPP协议,串行通信线路上的组

8、帧方式 链路控制协议（Link Control Protocol，LCP）：建立、配置、测试和拆除数据链路。 网络控制协议（Network Control Protocol，NCP）：用于支持不同的网络层协议。,计算机网络,第7章 因特网技术,10,7-3 互联层协议,在网络层，因特网可以被看作一组互相连接的子网或自治系统（Autonomous System，AS）。在因特网中，实现这些子网或AS互连的就是互联层协议。与大多数旧的网络层协议不同，IP协议就是为了实现网络互连而设计的。IP协议是TCP/IP协议族的核心，它提供一种不可靠的、无连接的IP报文服务，传输层上的数据信息和互联层上的控制

9、信息都以IP报文的形式传输，它提供一种从源端到目的端传输IP报文的最佳尝试方法，而不管这些机器是否在同一网络中，或者传输是否还要经过其他网络。,计算机网络,第7章 因特网技术,11,7-3-1 IP地址,在因特网中的每个主机或路由器端口都必须有一个唯一的IP地址来标识，IP地址是一个32比特的二进制数，IP地址的编址方法共经历了三个阶段：分类IP地址、子网和超网。分类IP地址 ：分类IP地址由网络号（Network Number）和主机号（Host Number）两部分组成，它们一起标识主机所属的网络和该网络中具体的主机。,计算机网络,第7章 因特网技术,12,7-3-1 IP地址,分类IP地

10、址 A类地址用一个字节标识网络号，而用3个字节标识主机号。 B类地址用两个字节标识网络号，另外两个字节标识主机号。 C类地址用3个字节标识网络号，而使用一个字节来标识主机号。 D类地址并不用于标识主机或网络，而是用于多播（Multicast）消息的传输。 E类地址最高5位为“11110”，保留未用。 在IP地址空间中，全“0”和全“1”的IP地址具有特殊的含义。,计算机网络,第7章 因特网技术,13,7-3-1 IP地址,子网 分类IP地址存在问题： IP地址空间利用率过低。 给每个物理网络分配一个网络号使路由表变得过大导致路由转发性能变差。 网络号主机号的两级IP地址空间不够灵活。 在一个网

11、络中引入子网，就是将主机号进一步划分成子网号和主机号，通过灵活定义子网号的位数，就可以控制每个子网的规模。 为了判断IP地址所属的网络，需要用到子网掩码（Subnet Mask）。在传统的分类IP地址空间中，A、B、C类IP地址对应的子网掩码分别是255.0.0.0、255.255.0.0和255.255.255.0。 将大型网络划分为若干子网可以获得很多好处： 可以减少广播通信量。子网通过路由器彼此相连，路由器不转发广播消息，这样就可以抑止广播风暴，节约网络带宽。 可以将不同位置的计算机组织成单独的子网，便于管理。 可以因为安全或过滤的原因隔离网络的一部分。 可以更有效地使用IP地址空间，避

12、免地址浪费。,计算机网络,第7章 因特网技术,14,7-3-1 IP地址,超网 划分子网面临问题： B类地址早在1992年就已经分配了近一半，目前几乎已经全部分配完毕。 因特网主干上的路由表表项数量急剧增长，由几千个骤增到几万个。 CIDR不再将地址按照网络规模分类，也不再划分子网。CIDR使用网络前缀（Network Prefix）来取代网络号和子网号，因此IP地址由网络前缀和主机号两部分组成。 CIDR仍然使用掩码（Mask）这个名词 CIDR的这种地址表示方法可以将网络前缀都相同的连续IP地址空间组成CIDR地址块。 CIDR地址块的用途之一就是构成超网（Supernetting）。 采

13、用CIDR后可以更加有效地分配和利用IP地址空间，很好地解决了IP地址空间既紧张又浪费的问题，同时还降低了路由表的存储开销，提高了路由表查找速度，从而提高了因特网的性能。,计算机网络,第7章 因特网技术,15,7-3-1 IP地址,IP地址分配：IP地址是主机或其他接入Internet的设备的唯一标识，要想使用TCP/IP协议通信，就必须具有独立的、唯一的IP地址。可以通过两种方式获得IP地址： 手工分配 自动分配 BOOTP： BOOTP协议又称自举协议，为了获取配置信息，BOOTP协议软件广播一个请求报文。收到请求报文的BOOTP服务器从配置信息库中查找发出请求的计算机的各项配置信息，将配

14、置信息放入一个BOOTP应答报文中，并返回给提出请求的计算机。 DHCP：DHCP协议来源于BOOTP协议，它提供了一种称为即插即用连网（Plug-and-P1ay Networking）的机制，这种机制允许一台计算机加入新的网络并获取IP地址而不需要管理员手工参与。此外，DHCP支持管理员配置许多选项并设置租用期，还增加了动态地址分配功能，有些DHCP服务器还支持BOOTP客户机。 APIPA ：当具有APIPA功能的计算机无法确定DHCP服务器的位置来获得IP地址时，它就会从为该目的而保留的地址范围（B类169.254.0.0网络范围）内自行分配一个IP地址。这个自行分配的IP地址可以一直

15、用到DHCP服务器再次起作用为止。,计算机网络,第7章 因特网技术,16,7-3-2 IP协议,IP报文格式 头部固定部分 头部选项部分：头部选项部分用来提供一个空间，以允许后续版本的协 议中引入原有版本中没有的信息，让试验者尝试新的想法，并避免为很少使用的信息分配头部空间。 安全性（Security）选项 松散的源路由（Loose Source Routing）选项 时间戳（Time Stamp）选项 记录路由（Record Route）选项 严格的源路由（Strict Source Routing）选项,计算机网络,第7章 因特网技术,17,7-3-2 IP协议,IP路由选择 在因特网中，

16、实现IP报文传送路径选择的设备称为路由器。路由器是专门用来连接不同的网络，并在网络间转发IP报文的，它使用统一的IP协议，根据IP报文中的目的地址字段查找路由表以找出下一站（即下一个路由器）并进行转发。 路由表的每个表项包含以下信息字段 目的地址：该地址可以是一个主机地址或一个网络地址。 下一个路由器地址：该地址可以是下一个路由器的IP地址，也可以是一个直连的网络接口地址。,计算机网络,第7章 因特网技术,18,7-3-2 IP协议,在因特网中，一个路由器的IP层所执行的路由算法如下： （1）从IP报文的头部提取目的主机的IP地址D，从而得出目的主机所在的网络号N。 （2）若N就是与此路由器直

17、接相连的某一个网络号，则不需要再经过其他的路由器，而直接通过该网络将IP报文交付给目的主机D（这里包括将目的主机的IP地址D转换为具体的物理地址，将IP报文封装为MAC帧，再发送此帧）；否则，执行（3）。 （3）若路由表中有目的地址为D的指明主机路由，则将IP报文传送给路由表中所指明的下一个路由器地址；否则，执行（4）。 （4）若路由表中有到达网络N的路由，则将IP报文传送给路由表中所指明的下一个路由器地址；否则，执行（5）。 （5）若路由表中有子网掩码一项，表示使用了子网掩码，这时应对路由表中的每一表项用子网掩码进行和目的主机IP地址D的逻辑“与”运算，设得出结果为M。若M等于这一表项中的目的网络号，则将IP报文传送给路由表中所指明的下一个路由器地址；否则，执行（6）。 （6）若路由表中有一个默认路由，则将IP报文传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（7）。 （7）至此仍不成功，说明该IP报文不可转发，此时通常报告路由选择出错，将一个“目的主机不可达”或“目的网络不可达”的出错信息发送给产生该报文的应用程序。,