第5章 因特网.ppt

1、1,第 5 章,因特网,2,主要内容,因特网概述 TCP/IP模型 IP编址和域名系统 TCP/IP核心协议 因特网的路由选择协议 因特网的接入方式,3,学习要求, 了解因特网的起源和发展 了解因特网在中国的发展现状 了解因特网提供的主要信息服务 掌握TCP/IP模型及各层主要功能 理解TCP/IP模型与OSI参考模型之间的关系 掌握IP编址方案 理解子网掩码的概念，能够进行子网划分 熟悉域名系统及域名解析方式 掌握TCP/IP协议族中几个重要的核心协议 熟悉因特网中常用的路由选择协议 掌握常用的因特网接入方式及各自的特点,4,5.1 因特网概述,因特网的起源和发展 因特网在中国 因特网提供的

2、信息服务,5,5.1.1 因特网的起源和发展,1962年首次提出了“分布式通信网络”和“报文分组交换”的概念。 1968年美国国防部高级研究计划署决定采用该思想建立一个分布式计算机网络，这就是著名的ARPA网。 1983年，ARPA和美国国防部通信局研制成功了互连异构网络的TCP/IP协议。,6,1986年，在美国国家科学基金会（NSF：National Science Foundation）的资助下，建立了NSFnet广域网，将全美五大超级计算中心连接起来，并与ARPA网互连。 1989年春，欧洲粒子物理实验室（CERN：European Organization for Nuclear R

3、esearch）提出了一种分布式超媒体技术，两年以后，CERN开发出了全世界第一个原型万维网WWW。,7,WWW服务器数 (b) 因特网上的主机数 图5.1 因特网增长示意图,8,5.1.2 因特网在中国,中国于1988年实现了与欧洲和北美地区的E-mail通信。1994年3月中国作为第71个国家级网正式加入因特网，并建立了中国顶级域名服务器，实现了网上全部功能。 我国的四大主干网络： 中国公用计算机互联网（CHINANET） 中国科学技术计算机网（CSTNET） 中国教育和科研计算机网（CERNET） 国家公用经济信息通信网（GBNET）,9,除了上述四大主干互联网络外，国内具有国际出口权限

4、的其他六个互联网运营商是： 中国联通互联网UNINET（） 中国网通公用互联网CNCNET（） 中国移动互联网CMNET（） 中国国际经济贸易互联网CIETNET（） 中国长城互联网CGWNET（） 中国卫星集团互联网CSNET（）,10,5.1.3 因特网提供的信息服务,1全球信息网（WWW） 2电子邮件（E-mail） 3文件传输（FTP） 4远程登录（Telnet） 5电子公告板（BBS） 6网络传呼（ICQ） 7网络电话（IP Phone） 8网络新闻组（USENET）,11,5.2 TCP/IP模型,12, 网络接口层,网络接口层是TCP/IP模型的最低层，但它在TCP/IP模型中并

5、没有具体定义。 该层的主要功能是传输经网络互联层处理过的信息，并提供主机与实际网络的接口，即负责接收从网络互联层交来的IP数据报并将IP数据报通过低层物理网络发送出去，或者从低层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给网络互联层。 主机与实际网络具体的接口关系则由实际网络的类型决定，这些网络可以是局域网、广域网或点对点连接等。,13, 网络互联层,网络互联层是TCP/IP模型的第2层，它的主要功能是负责相邻节点之间的数据传送。 具体来讲，其功能包括三个方面： 第一，处理来自传输层的报文发送请求，将报文装入IP数据报。 第二，处理输入数据报，首先检查数据报的合法性，然后进行路由选择 。 第三，

6、处理网络的路由选择、流量控制和拥塞控制等问题。 完成网络互联层主要功能的协议是网际协议IP，还有网际控制报文协议ICMP，地址转换协议ARP和反向地址转换协议RARP。,14, 传输层,传输层位于TCP/IP模型的第3层，它的主要功能是在源节点和目的节点的两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输。 为保证数据传输的可靠性，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且报文丢失后必须重新发送。 另外，传输层还要解决不同应用程序的标识问题。 TCP/IP模型提供了两个传输层协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。,15, 应用层,应用层是TCP/IP模型的最高层，它是TCP/IP系统的终端用户接

7、口，是专门为用户提供应用服务的。 TCP/IP模型的应用层包含所有的高层协议，如远程登录协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP )、域名服务（DNS：Domain Name Service） 、网络新闻传输协议（NNTP ）、超文本传输协议（HTTP ）。,16,17,5.3 IP编址和域名系统,IP编址方案 划分子网 域名系统,18,1IP地址及其表示方法 2IP地址的分类 3保留IP地址 4IP地址的分配和管理 5IP编址方案举例,5.3.1 IP编址方案,19,1IP地址及其表示方法,IP标准规定每台主机分配一个32位二进制数作为该主机的IP地址。 点分

8、十进制表示法：将32位二进制数中的每8位作为一组，以十进制数表示，并利用英语中的句点分割每一组。,20,从概念上讲，每个32位的IP地址被分割成两部分：前缀和后缀，这样的两级层次结构设计使得IP寻址有效。 地址前缀部分用于确定计算机所在的物理网络，后缀部分用于确定该网络上的一台计算机，因此IP地址的前缀和后缀分别称为网络号和主机号。,21,2IP地址的分类,22,23,3保留IP地址,24,4IP地址的分配和管理,IP地址具有惟一性，即连接到因特网上的不同计算机具有不同的IP地址。 为了确保惟一性，所有的IP地址都由一个中央管理机构进行分配。,25,5IP编址方案举例,考虑一个单位，它要建立了

9、一个包含100台主机的物理网络，并打算连入因特网。,26,5.3.2 划分子网,因特网使用的是两层地址结构，每个接入点只能有一个网络，并且只需要一个到因特网的连接。 随着时间的推移，网络计算逐渐成熟和发展，上面的假设不再成立，因为一个单位可能会有多个网络，并且单一的因特网连接不能满足其要求。 随着许多单位开始拥有多个网络，需要开发出某种机制来区别同一个地点内的多个逻辑网络，作为因特网的另一个层次。,27,一种较好的解决方法是采用分层的方法组织这些逻辑网络（或称为子网），并且在它们之间进行路由。 1子网和子网掩码 2可变长度子网掩码,28,1子网和子网掩码,29,为了指定有多少个二进制位用来表示

10、子网的地址，IP协议提供了子网掩码的概念。 子网掩码使用了与IP地址相同的格式和表示方法，其构成规则是：所有标识网络号和子网号的部分用“1”表示，标识主机号的部分用“0”表示。 举例来讲，对于一个B类网，选取第三字节的最高两位用于标识子网号，划分子网后，网络号占16位，子网号占2位，主机号占14位。因此网络的子网掩码为“11111111 11111111 11000000 00000000”，用点分十进制的形式表示为。,30,如果一个网络没有划分子网，子网掩码是网络号各位全为1，主机号各位全为0，这样得到的子网掩码为缺省子网

11、掩码。 A、B、C三类网络的缺省子网掩码如下： A类网络： B类网络： C类网络：,31,划分子网的目的：用来区分不同的主机是否处在相同的子网，处于同一子网上的主机间可以直接通信，并且广播信息也被局限在子网内部；不同子网间的主机进行通信时，必须经过路由器才能互相访问。 如何判断信源主机和信宿主机是否位于同一子网上呢？ 方法：把信源主机的IP地址和信宿主机的IP地址分别与所在子网的掩码进行二进制“与”运算，如果得到的结果相同则表明两条主机处于同一子网，否则表面两台主机处于不同的子网。,32,示例：用户对一个C类网络211.71.7

12、5.0划分子网（子网掩码为24）。,33,2可变长度子网掩码,上文介绍的划分子网方法受到一个基本的限制：整个网络只能有一个子网掩码。这种子网划分规则称为固定长度子网掩码（FLSM）。 使用FLSM，当用户选择了一个子网掩码之后，就不能支持不同尺寸的子网了。任何对更大规模子网的要求意味着必须改变整个网络的子网掩码。 1987年提出了可变长度子网掩码VLSM。使用VLSM技术，网络管理员能够按子网的特殊需要定制子网掩码，使一个组织的IP地址空间得到更灵活、更有效的使用。,34,VLSM划分实例（地址：）,35,36,5.3.3 域名系统,IP地址用数

13、字表示不便于记忆，另外从IP地址上看不出拥有该地址的组织的名称或性质。 1983年因特网开始采用层次结构的命名树作为主机的名字，这就是域名系统（DNS）。DNS是一种字符型的主机命名机制，它向用户提供了一种直观明了的主机标识符。 因特网的域名结构 域名与IP地址的关系 域名服务器和域名解析,37,1因特网的域名结构,因特网采用了层次树状结构的命名方法。 域名的结构由若干个分量组成，各分量之间用圆点隔开，如“.三级域名.二级域名.顶级域名”。 例如是一个域名，其中cn代表中国域，为顶级域名；顶级域名下面又分子域，edu就是cn下的一个二级子域，代表教育网；依此类推，njtu又是edu下的一个子域

14、，代表北京交通大学。同样，一个计算机也可以命名，称为主机名。,38,39,2域名与IP地址的关系,域名与IP地址有映射关系，它们都实行层次型管理。在访问一台计算机时，既可以使用它的域名，也可以使用它的IP地址。 域名与IP地址的关系如同一个人的姓名与其身份证号码的关系一样。 一般情况下，一个域名对应一个IP地址。 但是并不是每个IP地址都有一个域名与它对应，那些不向他人提供访问服务的计算机就只有IP地址，而没有域名。 另外，还有一个IP地址对应多个域名的情况。,40,3域名服务器和域名解析,因特网上有很多负责将主机域名转为IP地址的服务系统域名服务器。 因特网上的域名服务器系统也是按照域名的层

15、次结构来组织的，每个域都有各自的域名服务器，由它们负责注册该域内的所有主机。 这样，当用户使用域名时，应用程序首先向本地域名服务器发出请求，本地域名服务器先查找自己的域名库，如果找到该域名，则返回IP地址；如果未找到该域名，则分析域名，然后向相关的上级域名服务器发出请求。,41,域名解析有两种方式，一种称为递归解析（Recursive Resolution），它要求域名服务器系统一次完成域名到IP地址的转换，即应用程序只发一次解析请求，当本地域名服务器在所辖域未查找到该域名时，由本地域名服务器向上级域名服务器发出请求； 另一种称为迭代解析（Iterative Resolution），应用程序每

16、次请求一个域名服务器，如果未成功再请求其他的域名服务器，由本次请求的服务器返回下次请求服务器的地址。,42,43,5.4 TCP/IP核心协议,IP协议 TCP协议 UDP协议 其他协议,44,5.4.1 IP协议,IP数据报的结构 IP协议的主要功能,45,1. IP数据报的结构,46,47,2. IP协议的主要功能,IP协议提供的主要功能包括寻址和路由、面向无连接的数据报传送以及差错处理等： IP协议的寻址功能体现在它必须能够惟一地标识因特网中每一个可寻址的通信实体。 IP协议的路由选择功能体现在它必须能够将IP数据报传送到特定的目的地。 IP协议的面向无连接的数据报传送功能实现了IP向传

17、输层提供统一的IP数据报。,48,5.4.2 TCP协议,TCP报文段的结构 TCP协议的主要功能,49,1TCP报文段的结构,50,51,2TCP协议的主要功能, 多路复用 数据完整性测试 重新排序 流量控制 拥塞控制 计时机制 数据应答,52,5.4.3 UDP协议,53,UDP被设计成一个最小的传输协议。 UDP不提供任何TCP支持的更先进的功能，没有计时机制、流量控制或拥塞管理机制、应答、紧急数据的加速传送，或其他任何功能。 UDP使用尽力方式传送数据报，由于某种原因传输失败，数据报被丢弃并且不试图进行重传。,54,5.4.4 其他协议,ICMP协议 ARP和RARP协议,55,1IC

18、MP协议,因为IP协议不能提供可靠的服务，所以必须使用ICMP协议来报告错误，并将因特网中发生的最新情况报告给路由器。 ICMP发送的典型的控制报文包括：目的无法到达、回送请求和回送应答、参数问题、重定向、源抑制、 超时、时戳请求和应答等。,56,2ARP和RARP协议,在局域网中，使用媒体访问控制层的MAC地址来确定数据发往的目的地，而在因特网中，目的地址是靠IP地址来确定的。 由于MAC地址与IP地址之间没有直接的关系，因此需要通过协议动态地发现MAC地址和IP地址的关系，它们是ARP协议和RARP协议。 ARP协议采用广播的方法来获取网上IP地址对应的MAC地址。 RARP协议也是采用广

19、播是方法来获得与MAC地址相对应的IP地址。,57,5.5 因特网的路由选择协议,RIP协议 OSPF协议 BGP协议,58,由于因特网的规模非常大，因此将其划分为许多较小的单位，称为自治系统（AS）。 根据AS的划分可以将因特网的路由选择协议分为两大类：内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。 内部网关协议也称为域内路由选择协议，是AS内部使用的路由选择协议，每个AS的管理实体可以自主决定采用什么内部网关协议。 外部网关协议也称为域间路由选择协议，它工作在不同AS之间的路由器上。,59,5.5.1 RIP协议,RIP协议是使用最久的协议之一，它是一类基于距离向量路由算法的协议。 1R

20、IP报文格式 2RIP运行过程 3有关度量,60,1RIP报文格式,命令字段指出RIP报文是一个请求报文（字段值为1）还是一个应答报文（字段值为2）。 RIP报文一次可以通告多达25条路由 。,61,2RIP运行过程, 初始化：启动一个路由守护程序时，它在启动的每个接口上发送请求报文，要求其他路由器发送完整路由表。 接收到请求：其他路由器接收到请求报文后，发回应答。 接收到应答：路由器接收到应答后，根据应答报文中的路由信息更新路由表。 定期路由更新：每30秒，路由器将其完整路由表发送给相邻路由器。 触发更新：每当一条路由的度量发生变化时，就对它进行更新，触发更新不需要发送完整路由表。,62,3

21、有关度量,RIP中使用的度量是以跳为单位计算的。 所有直接连接接口的跳数为1。 跳数的最大值是15，度量为16表示无路由到达该网络。,63,RIP协议的优点是简单，易于实现，但它也存在很多缺陷： 首先，进行信息交流时不携带子网掩码信息，要求网络必须以连续方式进行寻址并且对于同一网络必须使用相同的掩码，不能使用VLSM技术； 其次，采用跳数作为路由度量忽略了其他一些因素（如传输时延等），同时度量最大值为15则限制了可以使用RIP协议的自治系统的规模； 第三，定期发送整个路由表信息，消耗大量的网络带宽和处理时间； 第四，当网络出现故障时，收敛速度慢； 最后，缺乏动态负载均衡的能力。,64,1993

22、年对RIP协议进行了扩充，通常称其为RIP版本2（RIPv2）。 RIPv2在信息交流时包含子网掩码，可以使用VLSM技术，同时能实现路由选择更新信息的判别并支持组播。 RIPv2向下兼容RIPv1。,65,5.5.2 OSPF协议,1OSPF协议的特点 2OSPF报文格式,66,1OSPF协议的特点,与采用距离向量的RIP协议不同的是，OSPF是一个链路状态协议。 距离向量：RIP发送的报文包含一个距离向量（跳数），每个路由器都根据它所接收到邻站的这些距离向量来更新自己的路由表。 链路状态：每个路由器主动地测试与其邻站相连链路的状态，并将这些信息在自治系统中传播出去。每个路由器接收这些链路状

23、态信息，并建立起完整的路由表。,67,与RIP协议相比，OSPF具有如下不同点： OSPF中路由器向本AS中的所有路由器发送信息，而RIP中仅仅向自己相邻的几个路由器发送信息。 RIP中，路由器发送的是“距离向量” ，而OSPF中发送是信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态。 OSPF中只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器发送此信息，而在RIP中不管网络拓扑是否发生变化，路由器之间都要定期交换路由表信息。 OSPF中各路由器知道全网的拓扑结构图，而RIP中路由器不知道全网的拓扑结构。,68,OSPF还具有如下一些特点： OSPF的链路状态数据库能够较快地进行更新。 为了能够应用于

24、规模较大的网络，OSPF可将一个自治系统进一步划分为若干个更小的区域。 OSPF对不同的链路可以根据IP分组的不同服务类型设置不同的度量。 OSPF中，如果到同一个目的网络存在多条相同代价的路径，在多路径间进行动态负载均衡。 OSPF直接使用IP数据报传送报文。 在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能 。 OSPF支持可变长度的子网划分。,69,2OSPF报文格式,70,类型字段指出了报文的类型。OSPF定义了5种不同类型的报文。,71,5.5.3 BGP协议,1BGP协议的特点 2BGP报文格式,72,当两个自治系统同意交换路由信息时，每个系统必须指定一个路由器，这两个路由器相互被称

25、为对方的BGP对等路由器。 由于使用BGP协议的路由器必须和另一个自治系统中的对等路由器通信，选择一个靠近自治系统边缘的路由器较为方便，因此被指定的路由器称为边界网关或边界路由器。 边界路由器负责收集本自治系统的网络信息，并使用BGP协议把这些信息通告给其他自治系统的对等路由器 。,73,1BGP协议的特点,BGP协议既不是纯粹的距离向量协议，也不是纯粹的链路状态协议，它具有如下特点： 自治系统间通信 多个BGP路由器之间的协调 可达信息的传播 下一跳信息 路径信息 增量更新 策略支持 路由聚集 可靠传输 鉴别,74,2BGP报文格式,75,类型字段指出了报文的类型。BGP定义了4种不同类型的报文。,76,5.6 因特网的接入方式,主要介绍几种常用的单台计算机接入因特网的方法： 电话拨号接入 ISDN接入 ADSL接入 局域网接入,77,5.6.1 电话拨号接入,最简单、最经济的方式。 硬件设备：一台微型计算机、一条电话线、一台调制解调器和一根RS-232电缆。,78,申请帐号 向ISP申请拨号入网的帐号 上网卡方式 主叫计费拨入方式 软硬件安装 连接好硬件 安装Modem的驱动程序 新建与ISP的拨号连接并配置拨号参数 使用动态IP地址 速度较慢，逐渐被其他接入方式所取代,79,80,5.6.2 ISDN接入,ISDN是综合业务数字网的简称，它主要提供两种速率接