六章节网络互连.ppt
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1、2019/4/13,1,第六章 网络互连,6.1 基本概念 62网络互连协议 6.3 网桥技术 6.4 路由器和路由协议,2019/4/13,2,6.1节 互连网的概念 一、互连网络Internet 1.什么叫“互连网络(internet network)”? 是指由许多种类不同的计算机网络互连而成; 其特点: 在物理上已连接在一起,并可进行通信; 在逻辑上已经组成了一个大型的计算机网络. 2. Internet因特网 是指特定计算机网络,采用TCP/IP协议,且其前身是美国的ARPANET。,2019/4/13,3,二、互连网络需解决的问题: 互连是针对不同的类型网络互连,因而有许多问题需要
2、解决,主要有: 1.不同的寻址方案 2.不同的最大分组长度 3.不同的网络接入机制 4.不同的超时控制 5.不差错恢复方法 6.不同路由选择技术 7.不同服务(面向连服务和无连接服务)等。,2019/4/13,4,三、互连网络中间设备 用于网络之间互连的中继设备,称为网络互连设备 物理层,中继器(转发器)Repeater Data link,网桥(桥接口)bridge 网络层,路由器(Router) 网桥+路由器,桥路由(brouter) 在网络层以上的网关(gate way) 半网关(half-gateway):网关结构被分成两部分,中间通过一条通信链路连接,每个半网关由一个网络服务提供者拥
3、有和维护。,网络 扩充,网络 互连,2019/4/13,5,用于1,2这二层的并不称之为网络互连,仅仅是把一个网络扩大的,而这仍然是一个网络。 一般讨论的互连网:是指用路由器进行互连网络。 注意:有许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关。,2019/4/13,6,四、Internet的标准化方法,由于参加互连的计算机网络都使用相同网际协议IP,因此,可将互连后的网络看成为一个虚拟网络,或称IP网。因为在进行通信时,就像在一个网络上通信一样,看不见网络的各个细节。,2019/4/13,7,五、互连方式,面向连接的虚电路方式 从源端到目的端的虚电路是由一系列的虚电路连接起来的。 每
4、个路由器负责转发输入分组,并按要求转换分组格式和虚电路号, 无连接的数据报方式 每个网络层分组不是按顺序沿着同一条路径发送,它们被分别进行处理,经过多个路由器和子网后到达目的端。 分组动态选择路由,按不同路径到达目的地。,2019/4/13,8,数据报方式关键技术: 1)寻址 全局互连的网络地址 2)路由 端系统和路由器维护路由表: 目的网络,下一路由器 3)分组生命期:防止分组占用带宽 站点计数 时间戳 4)差错控制和流量控制 允许路由器和接收端限制它们接收数据的速率。 5)分段和重组 透明分段法:某个数据报分出的若干个数据报经过一个路由器重组,分段对于后面的网络完全透明。 不透明分段法:中
5、间路由器不重组数据报分段,由接收端主机负责重组该数据报。,2019/4/13,9,两种互连方式的优缺点 面自连接 优点:缓冲区可以预约,按序,使用较短的分组, 缺点:需要维护一 张表存储打开连接的信息 路由固定,无法绕过故障区域 子网为不可靠数据报方式时,实现困难 无连接 特点:更有可能造成拥塞,但也更能适应拥塞 路由器崩溃时的健壮性,需更长的分组头部 可以进行动态路由选择。,2019/4/13,10,6.2节 网络互连协议IP 6.2.1网际互连协议IP IP协议是TCP/IP体系中二个中最主要的协议之一,与IP协议配套使用的还有三个协议: 地址解析协议ARP(Address Resolut
6、ion Protocol) 逆地址解析协议RARP. (Reverse Address Resolution Protocol) Internet控制报文协议ICMP.(Internet Control Message Protocol),2019/4/13,11,它们的关系如下:,2019/4/13,12,一、IP提供的服务 无连接、不可靠的网络服务 IP层只对20字节的IP头(含源、目的地址)进行计算并检查校验和若头有差错,则丢弃。 IP层负责处理路由选择和分组分段 端到端IP层交换的协议单元IP数据报 IP数据报可以分段为n个较小的IP分组分段 分段时,将源地址,目的地址复制到每个IP分
7、组 端系统重组IP数据报,若某个分段丢失,则整个数据都被丢弃。 提供初步的流量控制 若太快发送一个ICMP源抑制报文给发送端,由发送端传输层协议降低数据报发送速度。,2019/4/13,13,二、IP地址及其转换 在TCP/IP体系中,IP地址是一个最重要的概念。 什么叫IP地址? 例:我们实验室的IP:211.114.2.4 (C类) 华工校园网的IP:202.114.0.245 教育网(武汉):202.112.1.81 计算机系网关: 211.69.206.254 等等,都是每一个单位的网络的IP地址。,2019/4/13,14,所谓IP地址: 就是给每一个连接在Internet上的主机分
8、配一个在全世界范围是唯一的32bit地址。 1. IP地址的分类 Internet的IP地址分成5类 A、B、C、D、E类,其中,A、B、C为常用类,都由二个字符组成。 A 类,网络号1126,2019/4/13,15,10,Net-id,host id,2字节,2字节,B类,110,Net-id,host id,3字节,1字节,C类,128.1191.254网号,192.0.1223.255.254(网号范围),2019/4/13,16,实际上只是获得一个网络号netid,各主机号hostid,则由单位自行分配。 2.IP地址的表示方法: 方法:采用点分十进制记法(dotted decima
9、l notation)即将32bit的IP地址中的每8位用等效的十进制表示,并每8位之间加上一个点。 例:10000001 00001011 00000011 00011111 129 11 3 31 IP=129.11.3.31,2019/4/13,17,三、IP地址与物理地址,2019/4/13,18,说明: (1)IP地址放在IP数据报的首部(在网络层以上使用)。 (2)硬件地址放在MAC帧的首部(在链路层以下使用)。,2019/4/13,19,传递过程: 1.在IP互连网上我们看到的只是IP数据报; 2.在具体的物理网络的链路层,我们看到的只是MAC帧。,2019/4/13,20,细心
10、的会发现,还有二个重要问题还没有解决: 1.如何知道某一个主机或路由器的硬件地址 2.IP数据报如何找到下一站路由器. 四、子网的划分与子网掩码 例如:IP地址中的A至C类地址,可供分配的网络号超过2.1万个; 第一,设计者没有预示到PC会普及的如此之快,网上的主机数目的急剧增长。 第二,IP地址在使用时有很大的浪费。 例:某单位申请到B类地址,B类可容纳6.5万个,该单位有1万台主机,其余:5.5万个IP地址浪费。,2019/4/13,21,1.子网的建立,说明: (1)用路由器连接单位的子网,其优点: 出现故障时容易隔离和管理 不引起广播风暴 (2)建立子网,R通过子网号(字符)来管理和识
11、别;,2019/4/13,22,2.子网掩码(Subnet mask) TCP/IP体系规定用一个32bit的子网掩码来表示网号字符的长度。 具体的做法是: 网掩码由一连串的“1”和“0”组成。,2019/4/13,23,255.255.252.0,2019/4/13,24,说明: Subnet id(子网号)6位:可表示子网号62个;(全“1”,“0”不用) 主机号(hostid)10位:可表示1022个主机(全“1”,全“0”不用) 子网可使用的IP地址: 第一子网:从130.50.4.1开始130.50.4.254; 第二子网:从130.50.8.1开始。,2019/4/13,25,第一
12、子网号:,第二子网号:,2019/4/13,26,注意: 1.多划分出一个子网号字符要付出代价,可表示的主机号,比不划分时要少了一些。 例:对于一个16bit的Hostid,B 类IP 不划分时:可表示的主机号:65534个, 划分6bit的子网号后: (6位) 子网号: 62个 (去掉全1,0) (10位) 子网中的主机号:1022个(去掉1,0) 总的主机号: 621022=63364个 少了: 65534-63364=2170个 2.若一个单位不进行子网划分,则其子网掩码为默认值。子网掩码中“1”的长度就是网络号的长度:,2019/4/13,27,3 当采用子网掩码时,从IP地址还不容易
13、看出子网号和主机号。 例:IP地址为: 140.252.20.68 B类,2019/4/13,28,4. 特殊IP地址 全0的网络号码 表示本网络 全1的网络号码 表示子网掩码 全0的主机号码 该IP地址就是网络的地址 全1的主机号码 表示广播地址,即对该网络上所有的主机进行广播 全0的主机号码 0.0.0.0 本机 网络号码为127.X.X.X 用作本地软件回送测试 全1地址 255.255.255.255 向我们网络上的所有主机广播,2019/4/13,29,5. 地址扩展 IPV6 128位 - IPV4 (32位地址) 冒分十六进制表示法 : 105.220.136.100.255.2
14、55.255.255.0.0.18.128.140.10.255.255 (8个) 表示为:69DC:8864:FFFF:FFFF:0:1280:8C0A:FFFF 零压缩:(用两个冒号代替连续的零) 例:FF0C:0:0:0:0:0:0:B1 写为:FF0C:B1,2019/4/13,30,五、地址的转换 为什么要进行地址转换? 上面的IP地址是不能直接用来进行通信的,这是因为: IP地址只是主机在网络层中的地址 作为用户不愿意使用难记的主机号,2019/4/13,31,1 TCP/IP体系中的转换机制. 在较小网络,用host文件进行转换 主机名 IP地址 Hosts文件转换的方式 较大网
15、络中,通过域名系统DNS服务器进行转换.DNS:Domain Name System,原主机的名字解析 操作resolve,DNS域名服务器,IP地址转换映射表,2019/4/13,32,例:主机A主机B的 通信 步骤: (1)通过DNS域名系统,查找主机B的IP地址 B : IP=209.0.0.6 (2)通过解析协议ARP,完成从IP到物理地址的转换: 物理地址=08002B00EE0A,2019/4/13,33,转换过程,结果: (网址)目的主机名 202.114.0.245(IP)IP地址 (48=32bit) 04002A00E037 (物理地址) (48bit),2019/4/13
16、,34,2.说明: 由于IP地址为32bit,而物理地址是48bit,因此,它们之间的转换不是一个简单的转换; 在一个网络上可能经常会有新的用户加入(计算机)或撤走(老的),更换网卡也会使其物理地址改变,那么,由谁动态更新IP地址物理地址的转换表由ARP地址解析协议解决这一问题。 即:ARP完成地址转换表的更新。 3.ARP中的地址转换表更新: 问题: 设主机B才入网,主机A中的ARP有B的IP,无B的物理地址。,2019/4/13,35,如果主机B地址更新,或者说查不到主机B。 情况:主机B才入网 也可能主机A刚加电,缓冲区为空等。,地址如何更新?,2019/4/13,36,六、IP数据报的
17、格式 格式由二部分组成:,2019/4/13,37,4位,指IP协议版号(IP4版),4位,表示首部长度最大15个单位, 首部字节数:154字节=60字节,总长度=首部+数据 =65535字节(最大),寿命,8bit,表示 该IP数据报的网络 发稿的生存时间建议 值:32秒 最大:255秒,协议:8位,指运 输层数据是使用的 何种协议,固定,可变,首部,格式如下:,0,31,13bits,2019/4/13,38,例:有4个A类网络通过3个路由器连接的一起, 每一个网络上都可能有很多的主机。 如果: 按这些主机的完整IP地址来制作路由表,则这样的路由表过于复杂;但按主机所在的网络号net-id
18、来制作路由表,每一个路由器中的路由表非常简单,只有包含4个要查找的网络。,2019/4/13,39,为什么是20.0.07 不是20.0.0.9 因为要交付下一路由器的端口,其IP地址为20.0.0.7,2019/4/13,40,6.2.2 公用数据网互连协议x.75 1面向连接的虚电路互连方式 两个DTE之间的虚电路是由若干个网内虚电路和网间按x.75操作的半网关(路由器)至半网关之间的虚电路串连而成的。 例:P.235 图6.8 G1,G2,G3,G4:半网关 VC1,VC3,VC5:网内虚电路 VC2,VC4为网间虚电路 网内协议:允许使用数据报,分组走的路可以不同。但所有数据分组都要准
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