第5章 网络互联与因特网基础

第第5章章 网络互联与因特网基础网络互联与因特网基础本章内容本章内容网络互联的基本概念网络互联的基本概念因特网的体系结构因特网的体系结构因特网接入技术因特网接入技术因特网的链路层与网络层因特网的链路层与网络层因特网的传输层协议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的动力：更大范围的资源共享网络互联：网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN2网络互联层次从从网络体系结构的层次观点来考察，网络互联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：可在四个层次上实现：物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 网络层以上网络层以上3 物理层：中继器物理层：中继器/集线器集线器 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。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层 物理层物理层中继器中继器集线器集线器电缆段电缆段2电缆段电缆段14物理层物理层 数据链路层：网桥数据链路层：网桥/交换机交换机 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。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层网桥网桥交换机交换机数据链路层数据链路层网段网段1网段网段25链路层链路层物理层物理层 网络层：路由器网络层：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。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层路由器路由器链路层链路层网络层网络层网络网络2网络网络16 更高层：网关更高层：网关 连接不同体系结构的网络网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层/传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层/传输层传输层物理层物理层网关网关链路层链路层网络层网络层网络网络1应用层应用层/传输层传输层物理层物理层链路层链路层网络层网络层网络网络27LAN的互联 本地互联本地互联 特点：范围有限、主干（特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网技术，采用局域网技术，如如FDDI、Ethernet、Token Ring 互联层次：链路层（网络层）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）互联设备：网桥、交换机（有时可采用路由器）远程互联远程互联 特点：范围大、主干采用广域网技术，如特点：范围大、主干采用广域网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、FR、ADSL等等 互联层次：网络层或更高层（链路层）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）互联设备：路由器、网关（有时可采用远程网桥）8LAN1LAN2中继器中继器或或HUBLAN1LAN2网桥或网桥或交换机交换机LAN1LAN2路由器路由器LAN1路由器路由器LAN2路由器路由器WAN本地本地远程远程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（光纤同轴混合网）非对称：下行可达10Mb/s，上行为1Mb/sHFC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:/ 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无线LAN使用无线频谱替代有线介质e.g，802.11a/b/g11Mb/s、54Mb/s广域无线访问广域无线访问CDPD：通过蜂窝式网络无线访问ISP路由器basestationmobilehostsrouter因特网因特网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 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)213.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。PPPPPP既支持异步链路（无奇偶校验的既支持异步链路（无奇偶校验的8 8比特数据），也支持面向比特的同步链路。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)。支持不同的网络层协议，如支持不同的网络层协议，如IPIP，OSIOSI的网络层，的网络层，DECnetDECnet，以及以及AppleTalkAppleTalk等等 。22PPP协议基本特点协议基本特点PPPPPP协议是协议是InternetInternet标准，标准，RFC 1660RFC 1660、RFC 1661RFC 1661定义了定义了PPPPPP协议与帧结构；协议与帧结构；PPPPPP协议处理了差错检测，支持面向字符型协议与面向比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特型协议,可以支持可以支持IPIP协议及其他一些网络层协议（例如协议及其他一些网络层协议（例如IPXIPX协议）；协议）；PPPPPP协议不仅在拨号电话线，并且在路由器协议不仅在拨号电话线，并且在路由器路由器之间路由器之间的专用线上广泛应用的专用线上广泛应用;PPPPPP协议是在大多数家庭个人计算机和协议是在大多数家庭个人计算机和ISPISP之间使用的协议，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。它可以作为在高速广域网和社区宽带网协议族的一部分。23PPP 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/配置对方提供的网络地址24PPP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!25F7EAFFC03协议协议F7EFCS信息部分信息部分IP 数据报数据报首部首部尾部尾部111212不超过不超过1500字节字节PPP帧帧PPP 协议的帧格式n标志标志字段（flag）：）：就是就是PPP帧的定界符帧的定界符.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个标志字段连续两帧之间只用一个标志字段,如果连续出现两个如果连续出现两个F字段字段-一个空一个空帧帧.地址地址（address）：值为值为“FF”（11111111），），表示网中所有的站表示网中所有的站 都接收该帧都接收该帧,对点对点链路此项不起作用对点对点链路此项不起作用.控制控制（control）：值为值为“03”（00000011）,表示表示ppp帧不使用编号帧不使用编号.字节数字节数26PPP 数据帧Flag：帧定界符(7EH)Address：固定为FFHControl：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,)27PPP 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28透明传输问题 当当 PPP PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和硬件来完成比特填充（和HDLCHDLC的做法一样）。的做法一样）。当当 PPP PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法字符填充法。数据链路层协议基本可以分为两类：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；面向字符型