计算机三级网络技术5.ppt

1 三级网络技术 第5章Internet基础 2 5 1Internet的构成 3 重要知识点 Internet的组成 4 5 1 1Internet的逻辑结构 Internet也称为 国际互联网 从网络设计者的角度考虑 它是由分布在世界各地的计算机网络相互连接而成的全球性的互联网络 从因特网使用者的角度考虑 因特网是一个信息资源网 Internet是由大量主机通过连接在单一 无缝的通信系统上而形成的一个全球范围的信息资源网 接入Internet的主机既可以是信息资源及服务的提供者 服务器 也可以是信息资源及服务的消费者 客户机 5 5 1 1Internet的逻辑结构 续 6 5 1 2因特网的主要组成部分 Internet由硬件和软件两大部分组成硬件部分 包括通信线路 路由器和主机软件部分主要是指信息资源 7 5 1 2因特网的主要组成部分 通信线路 主要有两类 一类是有线线路 另一类是无线线路通常用 数据传输速率 和 带宽 来衡量通信线路的传输能力路由器负责路由选择和存储转发因特网中最为重要的设备服务器与客户机 统称为 主机 服务器是信息的提供者客户机是信息的消费者信息资源 主要包括文本 声音 图象或视频等信息类型 8 例5 1 对于因特网 以下哪种说法是错误的 2006年4月 A 因特网是一个广域网B 因特网内部包含大量的路由设备C 因特网是一个信息资源网D 因特网的使用者不必关心因特网的内部结构答案 A 例题 9 例5 2 因特网的主要组成部分包括通信线路 路由器 主机和 2003年9月 答案 信息资源 例题 10 例5 3 通信线路的带宽是描述通信线路的 2006年9月 A 纠错能力B 物理尺寸C 互联能力D 传输能力答案 D 例题 11 5 2Internet的接入 12 5 2 1通过电话网接入 用户计算机和ISP处的远程访问服务器RAS通过调制解调器与电话网相连 用户在访问Internet时 通过拨号方式与ISP的RAS建立连接 借助RAS访问Internet 电话拨号线路的传输速率低 目前较好线路的最高传输速率可以达到56Kbps 电话拨号线路比较适合于家庭使用 13 例5 4 因特网用户利用电话网接入ISP时需要使用调制解调器 其主要作用是 2006年4月 A 进行数字信号与模拟信号之间的变换B 同时传输数字信号和语音信号C 放大数字信号 中继模拟信号D 放大模拟信号 中继数字信号答案 A 例题 14 5 2 2利用ADSL接入 ADSL是非对称数字用户线 是目前常用的一种Internet接入方式 ADSL的非对称性表现在交换局端到用户端下行速率和用户端到交换局端上行速率不同 高速下行信道向用户传送数据 视频 音频信息及控制 开销信号 在5km的范围内速率一般在1 5 9Mbps 低速上行信道包括通向网络的控制开销信号 速率一般在16Kbps 640Kbps ADSL需要的电话线资源分布广泛 具有传输速率高 使用费用低 无须重新布线和建设周期短的特点 适合家庭和中小企业的Internet接入需求 15 5 2 3使用HFC接入 HFC即HybridFiber Coaxial的缩写 是光纤和同轴电缆相结合的混合网络 HFC通常由光纤干线 同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成 从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输 到用户区域后把光信号转换成电信号 经分配器分配后通过同轴电缆送到用户 它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于 在干线上用光纤传输光信号 在前端需完成电 光转换 进入用户区后要完成光 电转换 HFC采用非对称的数据传输速率 下行速率要大于上行速率 上行速率一般在10Mbps左右 下行速率一般在10Mbps到40Mbps之间 HFC接入的特点是速率高 且接入主机可以24小时在线 HFC接入的缺点是它采用共享式的传输方式 HFC网上的用户越多 每个用户实际可使用的带宽就越窄 16 5 2 4通过数据通信线路连接 数据通信网是专门为数据信息传输建设的网络 如果需要传输性能更好 传输质量更高的接入方式 可以考虑数据线路接入 数据通信网的种类很多 DDN ATM 帧中继等网络都属于数据通信网 这些数据通信网由电信部门建设和管理 用户可以租用 17 例5 5 Internet采用 方式访问资源 答案 客户机 服务器 例5 6 关于因特网 以下哪种说法是错误的 A 所有链接在因特网上的计算机统称为主机B 如何更好的组织信息资源 使用户更方便 快捷的获取信息资源一直是因特网发展的方向C 因特网中的通讯线路只有线线路 如光缆等D 因特网利用路由器实现网络与网络的互联答案 C提示 本题的同类题出现在2005年4月考题中 例5 7 Internet的通信协议是 答案 TCP IP 例题 18 例5 8 下列选项中 属于Internet的主要组成是 A 双绞线 同轴电缆 光纤电缆和无线通信信道B 局域网 广域网 校园网和主干网C 局域网 广域网和城域网D 通信线路 路由器 服务器与客户机和信息资源答案 D 例5 9 Internet的4个主要组成中 是Internet的基础设施 答案 通信线路 例题 19 重要知识点 IP协议与IP层服务IP地址路由器和路由选择 20 5 3IP协议与互联层服务 21 5 3 1IP互联网的工作原理 22 5 3 2互联层服务 互联层可以为其高层用户提供服务特点 不可靠的数据投递服务面向无连接的传输服务尽最大努力投递服务 23 5 3 3IP互联网的特点 IP互联网隐藏了底层物理网络细节 向上为用户提供通用的 一致的网络服务 IP互联网不指定网络互连的拓扑结构 也不要求网络之间全互联 IP互联网能在物理网络之间转发数据 信息可以跨网传输 IP互联网中的所有计算机使用统一的 全局的地址描述法 IP互联网平等地对待互联网中的每一个网络 24 例5 10 IP是网际协议 它对应开放系统互联参考模型OSI七层中的 A 物理层B 数据链路层C 网络层D 传输层答案 C 例5 11 关于IP协议 以下哪种说法是错误的 A IP协议是因特网的通信规则 连入因特网的每台计算机与路由器都必须遵守这些通信规则B 路由器需要IP协议转发数据包C 发送数据的主机需要IP协议装载数据D 接收数据的主机直接就可以拆卸数据包 不再使用IP协议答案 D 例题 25 5 4IP地址 26 5 4 1IP地址的作用 IP地址提供了一种互联网通用的地址格式 该地址由32为的二进制数表示 用于屏蔽各种物理网络的地址差异 IP协议规定的地址称为IP地址 IP地址由IP地址管理结构进行统一管理和分配 27 5 4 2IP地址的层次结构 IP地址由网络号和主机号两个层次组成 网络号用来标识互联网中的一个特定网络 主机号用于标识该网络中主机的一个特定连接 28 5 4 3IP地址的直观表示法 一个IP地址由4个字节共32位的数字串组成 这4个字节通常用小数点分隔 每个字节可用十进制表示 29 5 4 4IP地址的分类 30 5 4 4IP地址的分类 续 IP地址分类 32 5 4 5几种特殊的IP地址形式 1 网络地址主机号各位全为 0 用来标识本网络的网络地址例如 C类202 102 192 68 网络号占24位 主机号占8位 网络地址是202 102 192 0 主机号682 广播地址直接广播地址 主机号各位全为 1 发送给特定网络上的所有主机例如 一个C类地址是202 102 192 0 则直接广播地址是202 102 192 255 有限广播地址 网络号和主机号都为1 即255 255 255 255 对当前网络进行广播用在DHCP 33 5 4 5几种特殊的IP地址形式 续 3 回送地址A类网络地址127 0 0 04 本地地址A类地址10 0 0 0 10 255 255 255B类地址172 16 0 0 172 31 255 255C类地址192 168 0 0 192 168 255 255 34 例5 12 以下哪一个是用户仅可以在本地内部网络中使用的专用IP地址 2006年9月 A 192 168 1 1B 20 10 1 1C 202 113 1 1D 203 5 1 1答案 A 例题 35 5 4 6子网编码 为什么要使用子网屏蔽码IP地址的分类虽然是很不错的 但对于具体的组织来说 所分得的IP地址毕竟有限 如果一个组织的网络是由许多网络互联而成的 而它所分得的网络地址数又远远少于它所拥有的网络数 显然这是不够的 由此 必须有一种方法 可以划分地址空间去适应网络结构 为了提高IP地址的使用效率 可将一个网络划分为子网 采用借位的方式 从主机号最高位开始借位变为新的子网号 所剩余的部分则仍是主机号 这使得IP地址的结构分为三部分 网络号 net id 子网号 subnet id 和主机号 host id 36 子网屏蔽码组成和表示 使用32位长的IP编码网络和子网部分使用全1主机部分使用全0也使用点分十进制表示法表示 37 子网屏蔽码的优点 将子网屏蔽码和IP地址逐比特相 与 AND 就立即得出网络地址和子网地址将子网屏蔽码的反码与IP地址作逻辑 与 操作 可得到其主机地址 38 子网屏蔽码的计算 将一个网段划分为多个子网段 便于网络管理有利于网络设备尽快地区分本网段地址和非本网段的地址 39 缺省子网屏蔽码 40 5 4 7地址解析协议 ARP 将IP地址映射到物理地址IP互联网采用动态联编方式进行IP地址到物理地址的映射 ARP协议使用一种询问 回答机制 在采用高速缓存技术的ARP中 每台主机都保留了一个专用的高速缓冲区 用于保存已知的ARP表项 发送消息时 主机首先到高速Cache的ARP表中查找相应的关系 若找不到 再利用ARP进行地址解析 41 例5 13 常用的IP地址有A B C三类 其中C类地址用 位二进制数表示网络地址 A 8B 21C 16D 24答案 B 例5 14 如果一台主机的IP地址为202 47 45 169 那么这台机器的主机号是 A 47B 169C 45D 202答案 B提示 本题的同类题出现在2005年9月考试中 例5 15 类IP地址使用于大型网络答案 A 例5 16 某主机的IP地址为180 28 77 59 该IP地址属于哪一类 A A类B B类C C类D D类答案 B提示 本题的同类题出现在2005年9月考试中 例题 42 例5 17 某主机的IP地址为202 198 31 66 另一台主机的IP地址为202 198 31 25 那么这两台主机 A 在一个局域网中B 在一个物理网络中C 在一个机房内D 在一个逻辑网络中答案 D 例5 18 IP地址为192 168 0 23的默认子网掩码是 A 255 0 0 0B 255 255 0 0C 255 255 255 0D 255 255 255 255答案 C提示 本题的同类题出现在2006年4月考试中 例题 43 例5 19 因特网中的每台主机至少有一个IP地址 而且这个IP地址在全网中必须是 的 2004年9月 答案 唯一 例题 44 例5 20 下面哪一个是有效的IP地址 2002年9月 A 202 280 130 45B 130 192 290 45C 192 202 130 45D 280 192 33 45答案 C 例题 45 5 5IP数据报 46 5 5 1IP数据报的格式 47 5 5 2IP封装 分片与重组 解决了最大传输单元问题分片 当一个数据报的尺寸大于将发往网络的MTU值时 路由器会将IP数据包分成若干较小部分 IP数据报重组 在接收到所有分片的基础上 主机对分片进行重新组装的过程 路由器不能对分片进行重组 在IP数据报报头中 标识 标志和片偏移3个字段与控制分片和重组有关 在因特网中 IP数据报根据其目的地的不同 经过的路径和投递次数也不同 48 5 5 3IP数据报选项 组成部分 选项码 长度和选项数据用于控制和测试常用的选项源路由记录路由时间戳 49 例5 21 IP数据报的格式可以分为 两大部分A 报头区和数据区B 报文区和数据区C 报文区和代码区D 报头区和代码区答案 A 例5 22 IP数据报报头区控制信息中用于保证IP头数据的完整性的部分被称为 A 报文的分片和重组控制B 数据报选项和填充C 头部检验和D 版本与协议类型答案 B提示 本题的同类题出现在2007年4月考试中 例题 50 5 6差错与报文控制 51 5 6 1ICMP差错控制 最基本的功能是提供差错报告采用路由器到源主机的模式包括目的地不可到达报告 超时报告 参数出错报告ICMP差错报文的特点ICMP差错报告作为一般数据报传输 在传输的过程中可能丢失或损坏 ICMP差错报告数据中除包含故障IP数据报报头外 还包含故障IP数据报数据区的前64位数据 ICMP差错报告时伴随着抛弃数据报而产生的 52 5 6 2ICMP控制报文 拥塞控制与源抑制报文拥塞就是路由器被大量涌入的IP数据报 淹没 的现象 造成拥塞的原因 路由器的处理速度太慢 不能完成IP数据报排队等日常工作 路由器传入数据速率大于传出数据速率 为了控制拥塞 IP软件采用了 源站抑制 技术 利用ICMP源抑制报文抑制源主机发送IP数据报的速率 路由控制与重定向报文路由器一旦检测到某IP数据报经非优路径传输 它一方面将数据报转发出去 另一方面将向主机发送一个路由重定向ICMP报文 通知主机去往相应目的主机的最优路径 53 5 6 3ICMP请求 应答报文对 回应请求与应答用于测试目的主机和路由器的可达性时间戳请求与应答为了同步互联网上主机时钟掩码请求与应答利用掩码请求与应答ICMP报文向路由器询问自己所处网络的子网掩码 54 5 7路由器和路由选择 55 5 7 1表驱动IP进行路由选择 在IP互联网中 需要进行路由选择设备一般采用表驱动的路由选择算法 每台需要路由选择的设备保存一张IP路由表 该表存储着有关可能的目的地址以及怎样到达目的地址的信息 在需要传送IP数据报时 就查询该IP路由表 决定把数据报发往何处 56 IP数据报的传输 直接投递 主机A 10 0 0 1 主机B 10 0 0 2 间接投递 主机A 10 0 0 1 主机C 40 0 0 1 57 1 标准路由选择算法 一个标准的IP路由表通常包含许多 N R 对序列 其中N指的是目的网络得IP地址 R是到网络N路径上得 下一个 路由器的IP地址 在路由器R中的路由表仅仅制定了从R到目的网络路径上的一步 而路由器并不知道到达目的地的完整路径 这就是下一站选择路由的基本思想 58 59 2 子网选择路由 在子网编址方式下 仅凭地址类别来判断网络号和主机号是不可能的 因此必须在IP路由表中加入子网掩码 扩充后的IP路由表可以表示为 M N R 三元组 其中M表示子网掩码 N表示目的网络地址 R表示到网络N路径上的 下一个 路由器的IP地址 当进行路由选择时 将IP数据报中的目的IP地址取出 与路由表表目中的 子网掩码 进行逐位 与 运算 运算的结构再与表目中的 目的网络地址 比较 如果相同 说明路由选择成功 IP数据报沿 下一站地址 传送出去 60 3 路由表中的特殊路由 默认路由 为了进一步隐藏互联网细节 缩小路由表的长度 经常用到 默认路由 技术 特定主机路由 对于单个主机指定一条特别的路径就是所谓的 特定主机路由 61 4 统一的路由选择算法 在路由表中 对特定的主机路由 可采用255 255 255 255作为子网掩码 采用目的主机IP地址作为目的地址 对于默认路由 则采用0 0 0 0作为子网掩码 默认路由器的地址作为目的地址 对于标准网络路由 以A类IP地址为例 则采用255 0 0 0作为子网掩码 而目的网络地址作为目的地址 对于一般的子网路由 则用相应的子网掩码和相应的目的子网地址构造路由表表项 62 5 7 2路由表的建立与刷新 典型的路由选择方式有两种 静态路由和动态路由 静态路由是在路由器中设置的固定的路由表 静态路由人工管理 除非网络管理员干预 否则静态路由不会发生变化 动态路由是网络中的路由器之间相互通信 传递路由信息 利用收到的路由信息更新路由器表的过程 它能实时地适应网络结构的变化 如果路由更新信息 表明发生了网络变化 路由选择软件就会重新计算路由 并发出新的路由更新信息 静态路由一般用于网络规模不大 拓扑结构固定的网络中 动态路由适用于网络规模大 网络拓扑复杂的网络 63 5 7 2路由表的建立与刷新 续 当路由器自动刷新和修改路由表时 它的首要目标是保证路由表中包含有最佳的路径信息 修改和刷新路由时需要给每条路径生成一个数字 度量值 度量值越小 路径越好 度量值的计算可以基于路由的一个或多个特征 在计算中经常使用的特征有 跳数 带宽 延迟 负载 可靠性和开销 目前 使用最广泛的路由选择协议有两种 路由信息协议 RIP 和开放式最短路径优先协议 OSPF 64 5 7 3RIP协议与向量 距离算法 向量 距离路由选择算法路由器周期性地向其相邻路由器广播自己知道的路由信息 用于通知相邻路由器知道自己可以到达的网络以及到达该网络的距离 通常用跳数表示 相邻路由器可以根据收到的路由表修改和刷新自己的路由表 RIP协议对于距离相同的路径按照先入为主的原则进行选择 对于过时路由 RIP协议规定 参与RIP选择的机器如果在规定的时间内一直没有再收到关于该路径的刷新信息 则说明该路径已经崩溃 需要将它从路由表中删除 RIP协议与子网路由 65 5 7 4OSPF协议与链路 状态算法 链路 状态路由选择算法基本思想是 互联网上的每个路由器周期性地向其他路由器广播自己与相邻路由器的连接关系 以使每个路由器都可以画出一张互联网拓扑结构图 利用这张图 路由器就可以按照在最短路径优先算法计算出以本地路由器为根的SPF树 通过这棵SPF树 路由器就可以生成自己的路由表 OSPF协议以链路 状态算法为基础具有收敛快 支持服务类型选择 提供负载均衡和身份认证等特点适合于规模庞大 环境复杂的网络要求较高的路由器处理能力 一定带宽的需求 66 5 7 5部署和选择路由协议 静态路由最适合于小型的 2 10个网络 单路径的 静态的IP互联网环境 RIP路由选择协议比较适合于小型到中型的 10 50个网络 多路径的 动态的IP互联网环境 OSPF路由选择协议最适合于大型到特大型的 50个以上的网络 多路径的 动态的IP互联网环境 67 例5 23 在实践中 路由表的建立有两种基本方法 一种是 另一种是 答案 静态路由表动态路由表 例5 24 在因特网中 需要进行路由选择的设备一般采用下列哪种路由选择算法 A 地址映射B 表驱动器C 直接指定D 递归解析答案 B 例题 68 例5 25 下图为一个简单的互联网示意图 其中 路由器Q的路由表中到达网络40 0 0 1的下一跳步IP地址应为 2004年9月 答案 20 0 0 6 例题 69 例5 26 下表为一路由器的路由表 如果该路由器接收到一个源IP地址为10 0 0 10 目的IP地址为40 0 0 40IP数据报 那么它将把此IP数据报投递到 2006年4月 答案 30 0 0 7 例题 70 例5 27 路由器可以包含一个特殊的路由 如果没有发现到达某一特定网络或特定主机的路由 那么它在转发数据包时使用的路由称为 路由 2005年4月 答案 默认 例题 71 例5 28 某路由器的路由表如下所示 如果它收到一个目的地址为192 168 10 23的IP数据报 那么它为该数据报选择的下一路由器地址为 2004年9月 A 192 168 10 1B 192 168 2 66C 192 168 1 35D 直接投递答案 B 例题 72 例5 29 下图为一个简单的互联网示意图 其中 路由器Q的路由表中到达网络40 0 0 0的下一跳步IP地址应为 2005年4月 A 10 0 0 5或20 0 0 5B 20 0 0 6或20 0 0 8C 30 0 0 6或30 0 0 7D 30 0 0 7或40 0 0 8答案 B 例题 73 5 8IPv6协议 74 5 8 1IPv4协议的局限性 地址空间的局限性IP协议的性能问题IP协议的安全性问题自动配置问题服务质量保证 Qos 问题 75 5 8 2IPv6地址 IPv6地址表示IPv6采用128位地址长度 可提供超过3 4 1038个IP地址 这128位地址按每16位划分为一个段位 每个段位被转换成一个4位的十六进制数 并用冒号隔开 为了简化IPv6地址的表示 在有多个0出现时 可以采用零压缩法 如果几个连续的段位的值都为0 那么这些零可以简写为 称为双冒号表示法 IPv6采用前缀表示法 可以表示成 地址 前缀长度 前缀是IPv6的一部分 用作IPv6路由或子网标识 IPv6地址类型IPv6地址分为单播地址 组播地址 任播地址和特殊地址 76 5 8 3IPv6数据报 IPv6数据报由一个IPv6基本头 多个扩展头和一个高层协议数据单元组成 基本头采用固定的40字节长度 一些可选内容放在扩展头部分实现 IPv6数据报格式对IPv4不向下兼容 IPv6数据报中主要的字段有版本 通信类型 流标记 载荷长度 下一个报头 跳数限制 源地址和目的地址 77 5 8 4IPv6扩展头 逐跳选项头目的选项头路由头分片头认证头封装安全有效载荷包头 78 5 8 5IPv6地址自动配置 IPv6地址自动配置包括有状态和无状态两种形式 有状态地址自动配置需要DHCPv6服务器的支持 79 5 9TCP与UDP 80 重要知识点 TCP UDP协议 81 可靠性是一个计算机系统的基础 在网络数据传输中用户希望互联网能够提供迅速 准确 可靠的通信功能 保证不发生丢失 重复 错序等可靠性问题 传输层是TCP IP体系结构中至关重要的一层 它的主要作用就是保证端到端数据传输的可靠性 TCP UDP是传输层最重要的两种协议 82 5 9 1端对端通信 利用互联层 数据报从一站转发到另一个站 从一个结点到另一个结点主要的传输控制是在相邻两个结点之间进行传输层需要提供一个直接从一台计算机到另一远程计算机上的端到端通信控制 83 5 9 1端对端通信 续 在下图中 由于主机需要进行端到端的通信控制 因此主机A与主机B都需要安装传输层软件 但是中间的路由器并不需要 从主机A与主机B的角度来看 整个互联网是一个通信系统 这个系统能够接收和传递传输层的数据而不会改变和干预这些数据 84 5 9 2传输控制协议TCP 1 TCP提供的服务传输控制协议TCP是TCP IP参考模型中的传输层协议 它通过序列确认以及包重发机制提供可靠的数据流发送和应用程序的虚拟连接服务 与IP协议相结合 TCP组成了因特网协议的核心 TCP服务提供了数据流传输 可靠 有效流控制 全双工操作和多路复用技术等 TCP提供的是面向连接的服务 在发送数据之前需要建立一个到达目的主机的连接 TCP能够确保通过一个连接发送的数据正确地到达目的地 不会发生数据的丢失或乱序 85 5 9 2传输控制协议TCP 续 2 数据丢失与重发TCP建立在一个不可靠的虚拟通信系统上 数据可能会丢失 TCP采用重发技术来补偿数据包的丢失 在使用重发机制过程中 如果接收方的TCP正确地接收到一个数据包 它要回发一个确认信息给发送方 而发送方在发送数据时 TCP需要启动一个定时器 在定时器到时之前 如果没有收到一个确认信息 则发送方重发该数据 TCP采用自适应重发机制来确定重发之前应等待的时间 也就是说重发时间并不是固定的 它会根据根据网络延迟等确定重发等待时间值 86 5 9 2传输控制协议TCP 续 3 连接的可靠建立和优雅关闭为确保连接建立和终止的可靠性 TCP使用了三次握手法 在数据包丢失 重复和延迟的情况下 3次握手法是保证连接无二义性的充要条件 三次握手法就是在建立连接和终止连接的过程中 通信双发需要交换3个报文 下图中当初始序X发送后 因为计算机重启等原因 照成A又发送新的连接x 但B向A确认初始序号X的连接 这样A会发现不是它发送的x 的连接请求 因此会拒绝 这样就避免了过时的连接请求 87 5 9 2传输控制协议TCP 续 4 TCP的缓冲 流控与窗口TCP使用窗口机制进行流量控制 当一个连接建立时 连接的每一端分配一块缓冲区来存储接收的数据 并将缓冲区的大小告知另一端 当数据到达时 接收方发送确认 其中包含了自己剩余的缓冲区大小 剩余缓冲区空间的数量称为窗口 如果接收方应用程序读取数据的速度与数据到达的速度一样快 接收方在每一确认中发送一个非零的窗口通告 如果发送方操作的速度快于接收方