[互联网]第5章 网络互联与因特网基础.ppt
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1、1,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容 5.1 网络互联的基本概念 5.2 因特网的概念 5.3 因特网接入技术 5.4 因特网的链路层 5.5 因特网的网络层 5.6 因特网的传输层协议,2,5.1 网络互联的基本概念,互连(Interconnection):是指网络在物理上的连接,两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路,它为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性. 目的:将不同的网络或相同的网络用互连设备连接在一起形成一个范围更大的网络 。使一个网络上的用户能访问其他网络上的资源,使不同网络上的用户互相通信和交换信息。,3,网络互连的类型: LAN-LAN LAN-WAN WAN-
2、WAN,4,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,5,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1,6,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
3、1,网段2,7,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1,8,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2,9,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
4、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。,10,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容 5.1 网络互联的基本概念 5.2 因特网的概念 5.3 因特网接入技术 5.4 因特网的链路层 5.5 因特网的网络层 5.6 因特网的传输层协议,11,5.2 因特网,因特网(Internet)是世界上最大的互联网络,它的前身是美国国防部高级研究计划局主持研制的ARPANET 。 在研究实现互联的过程中,计算机软件起了主要的作用。1974年,出现了网络的协议,其中就包括了
5、TCP/IP集. 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,PDU,段,(,Segment,),数据报,(,Datagram,),帧,(,Frame,),位流,(,Bits,),报文,(,M
6、essage,),13,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容 5.1 网络互联的基本概念 5.2 因特网的概念 5.3 因特网接入技术 5.4 因特网的链路层 5.5 因特网的网络层 5.6 因特网的传输层协议,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 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,目前,住宅接入因特网可使用的物理网络主要是公用电话交换网和闭路电视网络。 利用公用电话网接入技术主要包括: 电话拨号、ISDN、ADSL,16,(1)模拟调制解调器通
7、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 (2)ISDN 在用户本地环路上传输的是数字信号。 一条线路上共享话音服务和数据通信服务。 拨号接入的速率可达128kb/s。 (3)ADSL 在用户本地环路上传输的是数字信号。 一条线路上共享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,17,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,18,无线网络接
8、入,利用无线电波把端系统连接到路由器,因特网,19,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容 5.1 网络互联的基本概念 5.2 因特网的概念 5.3 因特网接入技术 5.4 因特网的链路层 5.5 因特网的网络层 5.6 因特网的传输层协议,20,5.4 因特网的链路层,因特网的链路层协议主要介绍: PPP、HDLC(对数据帧的封装格式),21,HDLC-面向比特的数据链路层协议,1974年,IBM公司推出了SNA网络体系结构,SNA的数据链路层规程采用了面向比特的规程SDLC(串行数据链路控制)。 ISO把SDLC修改后称为HDLC(高级数据链路控制) ITU则将HDLC再修改后称为LAP(
9、链路接入规程),并作为X.25建议书的一部分。,22,HDLC,在HDLC协议中规定了三种站点: 主站:控制整个链路工作的站点,主 站发出的帧称为命令。 从站:是在主站的控制下才能传输数 据的站点,从站发出的帧叫做 响应。 复合站:同时具有主站与从站的功 能,既可以发出命令也可以 发出响应。,23,HDLC,点到点链路,主站,从站,非平衡型,复合站,复合站,平衡型,命令/响应,响应,多点链路,响应,非平衡型,A,C,B,D,24,站点的三种工作模式: 正常响应模式(NRM) 主站控制通信,从站只有在主站允许时才能发送数据。 用于非平衡配置中。 异步响应模式(ARM) 从站可以不经过主站的允许就
10、发送数据,但不能发送命令。建立、维护和拆除连接仍由主站负责。 用于非平衡配置中。 异步平衡模式(ABM) 每个站都能发送命令或数据。每个站都可以建立、维护和拆除连接。 用于平衡配置中。,HDLC,25,HDLC的帧格式,标志,地址,控制,数据,帧校验,标志,8 8 8 可变长 16 8 bit,标志:帧的开始和结束(01111110),地址:次站地址(非平衡方式)或确认站地 址(平衡方式)。全“1”地址为广播地址。,注意:为防止标志之间出现同样的位模式,需要使用“位填充法”,即发送方每碰到5个连续“1”,就要填充一个“0”;接收方需做删“0”操作(5个连续“1”后面的“0”要删除)。,26,H
11、DLC的帧格式,数据:从高层封装的数据。,标志,地址,控制,数据,帧校验,标志,8 8 8 可变长 16 8 bit,控制:用来表示此帧的类型及一些控制 信息。,帧校验:用于差错检测,CRC。,27,HDLC帧的控制字段,0,N(R),P/F,N(S),1 2 3 4 5 6 7 8,信息帧(I帧),1,0,S,P/F,N(R),管理帧(S帧),1,1,M,M,P/F,无编号帧(U帧),N(S):本帧的序号。 N(R):所期望的下一帧的序号(隐含表示N(R)-1以前的帧已正确接收)。,P/F:主站发送的帧为查询位,主站想了解从站的情况时,就发送P/F=1的帧; 次站发送的帧为终止位,次站发出的
12、最后一个信息帧的P/F应为1,表示 数据已发送完。,S:共2位,用于数据传输过程管理。,M:共5位,用于链路控制和管理。,N(S)和N(R)均轮流使用0-7这8个编号,HDLC帧可以分为3种不同类型的帧 控制字段中第1、2位决定了帧的类型:,28,HDLC通信过程,HDLC是典型的面向连接的全双工通信,在进行数据交换时首先需要建立数据链路,然后传输数据,最后释放数据链路。,29,PPP协议,PPP协议-(点对点协议):是最为广泛的因特网拨号访问的链路控制协议。 PPP协议主要包括以下内容: 帧格式 链路控制协议 网络控制协议,30,1.PPP 帧格式,标志F:帧的开始和结束(01111110)
13、,地址字段:没用使用,固定值为FF,控制字段:没用使用,固定值为03,信息字段:可变长度,不超过1500字节。,协议字段:当值为0021时,表示信息字段是数据报,当值为C021时,表示信息字段是链路控制数据,当值为8021时,表示信息字段是网络控制数据。,31,1.PPP 帧格式,2.链路控制协议(LCP) 主要用于建立、测试、拆除 数据线路以及协商链路选项。 3.网络控制协议(NCP) 主要用于配置所有的网络层协议。,32,PPP的链路操作过程(以拨号过程为例) PPP链路初始状态为链路静止状态。 建立链路 当用户利用MODEM进行拨号连接时,ISP检查到用户的载波信号,ISP做出应答。线路
14、进入建立状态 协商鉴别链路 双方的PPP实体通过发送一系列的LCP帧对链路进行测试和配置,并进行验证。(这时,双方只允许发送/接收LCP帧)。 网络配置状态 验证成功后,进入配置状态(NCP),即给新用户分配一个IP地址。 终止链路 用户通信完毕后,NCP释放网络层连接,收回IP地址,LCP释放物理连接,转回终止状态。,33,第5章 网络互联与因特网基础,本章内容 5.1 网络互联的基本概念 5.2 因特网的概念 5.3 因特网接入技术 5.4 因特网的链路层 5.5 因特网的网络层 5.6 因特网的传输层协议,34,5.5 因特网的网络层,网络层的主要功能就是确定分组从源地址到目的地址的路由
15、。 小型网络的路由选择很简单,所以网络层功能很弱。 在大型网络中,IP分组需要跨越若干个网络才能到达目标地址,其中的种种问题需要由网络层来解决。,35,网络层的主要协议,IP(网际协议) RIP、OSPF(路由选择协议) ICMP(因特网控制报文协议) ARP(地址解析协议) IGMP(因特网组播管理协议),36,5.5.1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
16、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。,37,IP 数据报格式,IP分组由报头和数据两部分组成。报头中前一部分是固定长度的20个字节,后一部分的长度是可变的可选部分。,38,IP地址,在因特网中,每台主机至少有一个名字来标识自己,这个名字就是IP地址。 因特网上的主机和每一个接口都必须要有一个IP地址。,IP地址是一个32位的二进制数,通常为了书写方便,每个字节用一个十进制数来表示,中间用.隔开。,例:202.119.2.199 对应:11001010 01110111 00000010 11000111,39,练习,01111100.0
17、0100010.00000110.00001001,124.34.6.9对应的IP地址二进制形式:,40,IP地址分类,IP地址的一般格式: 类别+网络号+主机号 类别:主要区分IP地址的类型。 网络号:表示入网主机所在的网路。 主机号:表示入网主机在本网络中的标识。,通常将IP地址分为5种类型: A类、B类、C类、D类、E类,41,A类地址:网络号占8位(其中1位是类别位),主机号占24位,范围: 1.0.0.0 to 127.255.255.255 因此允许有128个A类网络,网络中允许有1670多万台主(224-2),0,NetID,10,110,NetID,HostID,NetID,H
18、ostID,HostID,A,B,C,1 2 3 4 5 6 7 8 916 1724 2532,B类地址:网络号占16位(2位是类别位),主机号占16位,范围: 128.0.0.0 to 191.255.255.255 因此允许有16000多个B类网络,网络中允许有16383台主机(216-2),C类地址:网络号占24位(3位是类别位),主机号占8位,范围: 192.0.0.0 to 223.255.255.255 因此允许有2097152多个B类网络,网络中允许有254台主机(28-2),42,练习,请指出下列IP地址所属的类别是什么? 121.56.3.67 193.23.56.23 1
19、42.23.56.23,A,C,B,A:1-127 B:128-191 C:192-223 D:224-239 E:240-255,43,保留的IP地址,1.主机号为全0的IP地址称为网络地址 例如:202.119.2.0 2.主机号为全1的地址,用作直接广播地址 例如:202.119.2.225 3.32位全1地址,表示受限广播地址,表示本网络上的任何主机。 例如:255.255.255.255 4.网络号全0地址,表示:这个网络上的这个主机。 例如:0.0.0.6 5.32位全0地址,0.0.0.0表示本网络本主机 6.环回地址 用来测试本主机网络。 地址:127.0.0.1,44,IP地
20、址的分配 P155,IP地址的分配及其唯一性是由因特网信息中心(InterNIC)负责。,静态分配,用户IP地址通常是从ISP获得,ISP将IP地址固定的分配给用户。,动态分配,随用随申请,用完即归还。,DHCP动态主机配置协议,45,DHCP分配过程: 需要申请IP地址的主机在网络中广播 “DHCP discover” 报文 网络中的DHCP服务器用 “DHCP offer”报文响应 主机发送IP地址请求:“DHCP request” 报文 DHCP服务器从地址池中取出一个未分配的IP地址发送给请求者:“DHCP ack” 报文,46,划分子网,A类地址和B类地址可以容纳的主机数很多,事实上
21、人们通常不会在一个网络内安排这么多台主机,这样就造成IP地址的浪费。,除了IP地址之外,主机还需要知道多少位用于网络号和子网号多少位用于主机号?,子网掩码,47,练习,因特网上某个网络的子网掩码为255.255.240.0,那么该网络最多可以有多少台主机?,1.把子网掩码化成二进制表示:,11111111.11111111.11110000.00000000,1的个数代表网络号和子网号所占的位数, 0的个数代表主机号所占的位数。,主机数:212-2=4094,48,练习,假设某个主机的IP地址为192.168.5.121,而子网掩码为255.255.255.248,则该IP地址的网络号是多少?
22、,1100 0000.1010 1000. 0000 0101. 0111 1001 1111 1111 .1111 1111. 1111 1111. 1111 1000 1100 0000 .1010 1000.0000 0101. 0111 1000,192.168.5.120,49,回顾:IP协议 1.IP数据包格式 2.IP地址分类 3.划分子网、子网掩码 4.Ip地址分配,50,IP协议提供一种不可靠的和无连接的服务,没有差错报告机制。 IP协议还缺少一种用于管理人员查询的机制。,5.5.2 ICMP协议-因特网控制报文协议,ICMP协议主要用来报告IP分组在传输中的出错和测试信息,
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