第4章++Internet技术.ppt

第4章Internet技术 1 网络互联的动机2 网络互联的硬件和软件3 IP网络互联地址4 地址解析5 Internet协议6 TCP IP的配置及测试7 域名管理8 接入技术 网络互联的动机 多种网络技术共存 每种网络技术被设计成符合特定的限制 如局域网技术被设计成用于短距离高速通信 而广域网技术用于大范围内通信服务 没有一种技术对所有需求都是最好 信息孤岛 在网络之间没有互联之前 连接于特定网络的计算机只能用于与同一网络的计算机进行通信 这样一个单独的网络被称为一个信息孤岛 网络互联的动机 由于网络的硬件和物理地址的不兼容 不能建立一个包含任意网络技术的桥接网络网络互联的目标 通信系统中的任意两台计算机都能进行通信 这就是通用服务的意义 网络互联的方法 通过附加的硬件系统把一组物理网络互联起来 然后在所有互联的计算机中运行软件 在异构网间提供上述的通用服务 网络互联的硬件和软件 硬件 用于网络互联的基本硬件就是路由器 它是一台完成网络互联任务的专用计算机 一个路由器可将两个使用不同技术 包括不同物理介质 物理编址方案或帧格式的网络互联起来 网络互联的硬件和软件 硬件的数量和连接方式 拓扑结构 可有多种方式 如用2个路由器将3个网络互联方案一 方案二 通过冗余提高互联网的性能 一方面 相对于网络互联的数据流量 路由器的要有冗余的处理能力 另一方面 路由器的连接方式要保证数据有多条可选路径 从第二个图可看出 如果一个路由器发生故障 网络协议软件可指示数据沿另一条路径传输 软件 也就是我们的互联网协议TCP IP协议 它为互联的计算机提供了一个单一的 无缝的通信系统 这个系统提供了通用服务 也就是 给每台计算机分配一个地址 任何计算机都能发送数据包到其它计算机 而且 由于软件隐藏了物理网的连接细节 物理地址和路由信息 用户及应用软件都感觉不到物理网络和连接它们的路由器的存在 互联网的概念 a TCP IP软件提供给用户和应用程序单一网络的错觉b 物理网络及连接它们的路由器 IP网络互联地址 互联网提供一个大虚拟网的功能 它同物理网的主要区别在于 它完全由软件产生 为了以单一的统一网络出现 所有主机使用统一的编址 IP协议定义了一个与底层物理地址无关的地址 IP地址 也叫互联网协议地址 IP地址 是一个分配给一台主机 并用于该主机的所有通信的唯一的32位二制数 IP网络互联地址 IP地址 长度为32位 采用分层结构 由前缀和后缀组成 前缀表示网络地址 netid 用于标识物理网络 后缀表示主机地址 hostid 用于标识网络中的某一主机 网络号的分配必须全球唯一 这种层次结构 保证了每台计算机分配一个唯一的IP地址 也就是说一个IP地址不能分配给多个计算机 但一个计算机可以分配多个IP地址 尽管网络号分配是唯一的 但主机号可本地分配 网络号用来标识一个物理网络 在路由选择时 使问题简化 IP地址的表示方法 为了便于人机交互及对IP地址的描述 采用点分十进制的方法表示IP地址 将32位的二进制数 分成四个8位的段 每段用一个十进制数表示 范围0 0 0 0至255 255 255 255 IP地址分类一旦决定了IP地址的长度 及采用二层的结构 就出现了一个如何分层的问题 每一部分占用的位数 为了能增强互联网的适应性 即能包含大的网络 也能包括较小的网络 设计人员把IP地址分为三个基本类 每一地址类别 网络前缀和后缀间的界限不同 如图所示 A类IP地址结构适用于有大量主机的大型网络 B类IP地址适用于一些国际性大公司与政府机构等中等大小的组织使用 C类IP地址适用于一些小公司与普通的研究机构 D类IP地址不标识网络 用于其它特殊的用途 如多播地址Multicasting E类IP地址暂时保留 用于某些实验和将来使用 每个基本类包所含的网络数及每个网络的主机数 如何由IP地址判断它的类别根据第一组十进制数决定 地址授权在整个互联网中 为保证IP地址的唯一性 网络前缀必须是唯一的 它由专门的机构负责分配 ICANN 对于私有的互联网 网络前缀可由本组织选择 注意 IP地址的层次结构保证了每台计算机分配一个唯一的地址 它并不代表一个计算机只能分配一个地址 例如路由器 因为IP地址并不标识一台计算机 而是标识一个计算机和一个网络的一个连接 而一个路由器连到多个网络上 须为每个连接分配一个IP地址 特殊的IP地址被保留不能分配计算机 就是说不能以源地址的形式出现在数据包中 网络地址 IP协议保留主机地址全为0的地址 用于标识一个网络 直接广播地址 IP协议保留主机地址全为1的地址 用于向特定的网上进行广播 有限广播地址 IP协议保留全为1的地址 用于在本地进行广播 本地地址 IP协议保留全为0的地址 用于从网上起引导时标识本地主机 回送地址 以127开始的地址 用于程序测试 私有地址10 x x x172 16 x x 172 31 x x192 168 x x 子网掩码由于Internet的迅速发展 要求提高IP地址的利用率 而采用三种基本类的分类方法 限制了IP地址的有效使用 如A类地址 没有一个网络需要这么多的主机位 为了节省IP地址 使用子网掩码 由这个掩码来确定IP地址中 哪部分对应着网络地址 哪部分对应着主机地址 采用 与 运算 例如 如果有一主机的IP地址为 193 168 125 1子网掩码 255 255 255 192 网络号 193 168 125 0 主机号 1 地址解析 将协议地址翻译成等价的物理地址的过程称为地址解析 因为IP地址是由软件提供的抽象地址 物理网络的硬件并不知道如何根据IP地块来定位计算机 每个数据包被传送之前 下一站的协议地址必须被翻译成一个等价的硬件地址 在TCP IP中 常用ARP addressresolutionprotocol 通过消息传递的方法解析地址 ARP消息交换 计算机W广播一个含有计算机Y的IP地址的ARP请求所有计算机收到这一请求计算机Y向W发送应答 Internet协议 TCP IP协议TCP IP协议不是一套单独的协议 而是100多种协议组成的协议族 每一种协议对应Internet中的某一种特定的应用由于TCP IP协议简洁 实用 得到了广泛的应用 TCP IP已成为事实上的工业标准和国际标准 IP协议 网络层最重要的协议是IP协议 它将多个网络联成一个互连网 可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互连网分发出去 IP的基本任务是通过互连网传送数据报 各个IP数据报之间是相互独立的 IP不保证服务的可靠性 在主机资源不足的情况下 它可能丢弃某些数据报 同时IP也不检查被数据链路层丢弃的报文 IP协议的要解决 寻址 分段和重组 路由 IP协议配套使用的还有四个协议 地址解析协议ARP AddressResolutionProtocol 逆地址解析协议RARP ReverseAddressResolutionProtocol 因特网控制报文协议ICMP InternetControlMessageProtocol 因特网组管理协议IGMP InternetGroupManagementProtocol 运输层协议运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信 但网络层是为主机之间提供逻辑通信 运输层需要有两种不同的运输协议 即面向连接的TCP TransmissionControlProtocol 和无连接的UDP UserDatagramProtocol TCP与UDPTCP则提供面向连接的服务 TCP不提供广播或多播服务 由于TCP要提供可靠的 面向连接的运输服务 因此不可避免地增加了许多的开销 由于TCP协议是建立在不可靠的网络层IP协议之上 IP不能提供任何可靠性机制 所以TCP的可靠性完全由自己实现 TCP采用的最基本的可靠性技术是 确认与超时重传流量控制UDP在传送数据之前不需要先建立连接 对方的运输层在收到UDP报文后 不需要给出任何确认 虽然UDP不提供可靠交付 但在某些情况下UDP是一种最有效的工作方式 端口端口就是运输层服务访问点 端口的作用就是让应用层的各种应用进程都能将其数据通过端口向下交付给运输层 以及让运输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程 端口号只具有本地意义 即端口号只是为了标志本计算机应用层中的各进程 在因特网中不同计算机的相同端口号是没有联系的 端口在进程之间的通信中所起的作用 应用层 运输层 网络层 TCP报文段 UDP用户数据报 应用进程 TCP复用 IP复用 UDP复用 TCP报文段 UDP用户数据报 应用进程 端口 端口 TCP分用 UDP分用 IP分用 发送方 接收方 TCP IP的配置及测试 TCP IP测试Ping工具 使用Ping程序来验证计算机的配置和测试连接一般步骤 Ping回环地址以验证TCP IP已经安装且正确装入 命令 Ping127 0 0 1 Ping工作站的IP地址以验证工作站是否正确加入 并检验IP地址是否冲突 命令 ping工作站IP地址 Ping默认网关的IP地址 以验证默认网关打开且在运行 验证你是否可以与本地网络通信 命令 Ping默认网关IP地址 Ping远程网络上主机的IP地址以验证你能通过路由器进行通信 命令 Ping远程主机的IP地址若直接运行第4步并获成功 则步骤1 3默认都成功 用ping 查看命令的使用方法 P ipconfig工具较常用的 ipconfig all tracert工具 协议统计工具Netstat该工具可以显示有关统计信息和当前TCP IP网络连接的情况 netstat r s n a r显示本机路由表的内容 s显示每个协议的使用状态 n以数字表格形式显示地址和端口 a显示所有主机的端口号 域名管理 域名系统 DNS DomainNameSystem 概述域名系统的层次结构中文域名与网络实名 域名系统概述为什么需要域名数字型IP地址 难于记忆与理解 如果用字符型的域名来表示IP地址 则直观 且便于理解和记忆 域名是用字符表示的网络主机名 是一种主机标识符 如 www是为用户提供服务的主机类型 nankai代表南开大学 edu代表教育科研网 cn代表中国 这是按照欧美国家书写地址的习惯 根据域的大小 从小到大排列 如何实现域名和IP地址的对应关系采用分布式数据库查询的方法 在应用层提供DNS服务 DNS数据库的结构如同一棵倒过来的树 它的根位于最顶部 紧接着在根的下面是一些主域 每个主域又进一步划分为不同的子域 为了获得一个域名 组织必须向因特网管理机构登记 每一个组织都被指派一个惟一的域后缀 组织在这个指定的域名后缀内是自治的 因特网域名空间的一部分 域名分类 中文域名为了使中国用户更好地使用nternet 通过在中文字符后加 com net org 和 cn构成中文域名如 联想网络实名直接输入企业 产品 网站的名称中英文 拼音及缩写 以实名的方式直接访问相关的目标 接入技术 拨号接入ISDN接入xDSL接入CableModem接入DDN接入帧中继接入无线接入卫星接入 拨号接入拨号接入的最大优点是接入简单方便 只要有电话线 便可申请接入Internet 几乎所有的Internet服务提供商都提供拨号接入的服务 拨号接入的设备也比较简单 购买一台模拟调制解调器即可 安装非常方便 但是 拨号接入的致命缺点是速率比较低 只有56Kbps 因此 这种方式只适合规模很小的企业和家庭 ISDN接入ISDN是综合服务数据网的简称 IntegratedServicesDigitalNetwork ISDN通过普通的本地环路 中心局到用户的电话线路 向用户提供数字语音和数据传输服务 从用户的观点来看 ISDN提供了三个独立的数字信道 分别是B B和D 通常写做2B D 两个B信道各为64Kbps速率 可传输数字语音 数据或压缩图象 D信道为16Kbps速率 用作控制信道 2B D信道被称为ISDN基本速率接口 BasicRateInterface BRI 实际上ISDN使用一种时分多路复用方式 通过单条双绞线来提供多条数据信道的假象 xDSL接入DSL即数字用户环路 DigitalSubscriberLoop 它通过两对双绞线实现端到端的全数字化传输 DSL利用两个信道传输信息 一个是上行信道 把数据从用户端传输到电信运营商 另一个是下行信道 把数据从电信运营商传输到用户 DSL服务有许多形式 目前常见的有ADSL和HDSL 非对称数字用户环路ADSL的上行信道的带宽为1 5Mbps 下行信道的带宽为8Mbps 高速数字用户环路HDSL的上行信道和下行信道的带宽一样 均为2Mbps ADSL是中国电信力推的 宽带 上网首选 所谓 ADSL网络快车 它对于中小企业和家庭来说 是一种比较好的选择 CableModem接入通过有线电视网接入Internet 因为 同轴电缆能提供比电话线更高的速率 不容易受到电子干扰 而且不需要全新的基础设施 有线电视 CableModem即电缆调制解调器 每个用户都需要一对调制解调器 一个调制解调器置于有线电视中心 另一个装在用户站点上 Cable