1 / 38

4.4 因特网的组成

4.4 因特网的组成. 4.4. 1 网络互连与 TCP/IP 协议 4.4. 2 因特网的主机及域名 4.4. 3 因特网的接入. 4.4.1 网络互连与 TCP/IP 协议. （ 1 ） TCP/IP 协议 ( 栈 ) （ 2 ） IP 协议（ IP 地址和 IP 数据报） （ 3 ）路由器和 IP 数据报的传输. (1) TCP/IP 协议. IP 路由器. FDDI. Ethernet. ATM. (a) 实际的物理网络. (b) 用户所看到的网络. 网络互连问题.

trynt
Download Presentation

4.4 因特网的组成

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 4.4 因特网的组成 4.4.1网络互连与TCP/IP协议 4.4.2因特网的主机及域名 4.4.3因特网的接入

  2. 4.4.1 网络互连与TCP/IP协议 （1）TCP/IP协议(栈) （2）IP协议（IP地址和IP数据报） （3）路由器和IP数据报的传输

  3. (1) TCP/IP协议

  4. IP路由器 FDDI Ethernet ATM (a) 实际的物理网络 (b) 用户所看到的网络 网络互连问题 • 为了把不同类型的网络互连成为一个巨大而统一的网络，允许网络中的所有计算机均可相互通信，必须解决： • 所有计算机应统一编址 • 传输的数据包格式应该统一 • ··· 统一的计算机网络 • 解决方案：统一采用TCP/IP协议进行网络互连！

  5. TCP/IP X.25 ATM 令牌 100M 面向连接 100M-2G CSMA/CD 10M-10G 虚电路 Ethernet （光纤、微波、卫星、同轴、电话、双绞线） FDDI 主机B 局域网 局域网 广域网 路由器 主机C 路由器 局域网 路由器 主机A 主机D 异构网络的互连技术 • 网络互连的基本构件： • 各种不同类型的局域网和广域网 • 必须解决的问题： 1)所有计算机应统一编址 2)传输的数据包格式应该统一 • 解决方案： • 采用统一的网络通信协议——TCP/IP • 使用的网络互连设备： • 路由器

  6. 4 3 2 1 如电子邮件、HTML文档等应用数据 应用数据转换为1个或多个TCP数据段或UDP数据段 TCP或UDP数据报封装为IP数据报 IP数据报封装为以太网信息帧或ATM信元后进行传输 应用层(SMTP, HTTP, FTP等) 传输层（TCP或UDP） 网络互连层（IP） 网络接口和硬件层 (以太网, FDDI, X.25, ATM等) 什么是TCP/IP协议？ • TCP/IP是网络互连的工业标准，它包含了100多个协议，其中：TCP（传输控制协议)和IP(网际协议)是两个最基本、最重要的协议 • 负责把数据封装为TCP或UDP数据报，在两个应用程序之间传送数据 应用程序与应用程序之间通信时使用的协议 • 负责把数据封装为IP数据报，并负责把IP数据报从发送方计算机通过物理网络传送到接受方计算机 • 负责将IP数据报封装成能在物理网络（局域网、广域网）中传输的帧，并进行传输

  7. 4 3 2 1 HTML文档（网页） HTML文档转换为多个 TCP数据报 TCP数据报封装为IP数据报 IP数据报封装为以太网信息帧 进行传输 应用层(HTTP协议) 传输层（TCP协议） 网络互连层（IP） 网络接口和硬件层 (以太网) 例: 浏览网页时使用的TCP/IP协议 • 网页所对应的HTML文档拆分并封装为若干个TCP数据报，由Web服务器一个一个地进行发送 • 浏览器使用HTTP协议向Web服务器请求网页 • 负责把每个TCP报封装为IP数据报，在路由器之间进行传送，直到目的计算机所在局域网连接的路由器为止 • 路由器负责将IP数据报封装成以太网帧，在局域网中传输给浏览器

  8. （2）IP地址和IP数据报 （IP协议第4版）

  9. A类地址 B类地址 C类地址 0 网络号 主机号（24位） 1 0 网络号 主机号（16位） 1 1 0 网络号 主机号(8位) 因特网上的计算机如何统一编址？ • 因特网上的每台计算机使用“IP地址”作为其标识 • IP地址的特点： • 惟一性：网络上的每台计算机都有一个与众不同的惟一的IP地址 • 简明性：所有地址的长度都是32个二进位 • IP地址的格式：包含类型号、网络号和主机号3个部分 指明该IP地址的类型：分为A, B, C, D, E五类IP地址 指明计算机所属网络的编号 指明计算机在该网络中的编号

  10. 0 1 8 16 31 主机号 网络号 A类 0 0 1 2 16 31 （超大型网络, 拥有大量主机(≤16 777 214)，只有不超过126个网络可获得A类地址） 1 0 主机号 网络号 B类 0 1 2 3 24 31 1 1 0 网络号 主机号 C类 （规模适中的网络(≤65 534台主机)使用B类地址，首字节大于等于128但小于192） 0 1 2 3 4 31 组播地址 1 1 1 0 D类 0 1 2 3 4 31 1 1 1 1 E类 备用 （用于主机不超过254台的小型网络，其IP地址的首字节大于等于192但小于224） 5类IP地址的具体格式 • 两个特殊的IP地址： • 主机号为“全0”的IP地址，称为网络地址，用来表示整个一个网络 • 主机号为“全1”的IP地址，称为直接广播地址，指整个网络中的所有主机

  11. A、B、C三类IP地址的十进制表示： IP地址 首字节取值 网络号取值 举 例 A类 1  126 1  126 61.155.13.142 B类 128  191 128.0  191.255 128.11.3.31 C类 192  223 192.0.0  223.255.255 202.119.36.12 IP地址的“点分十进制”表示 • IP地址是一个32位的地址码，书写和记忆很不方便 • “点分十进制”表示：用4个十进制数来表示一个IP地址，每个十进制数对应 IP地址中的8位(1个字节)，相互间用小数点 “ ．” 隔开。 例如： 点分十进制表示 二进制表示 IP地址类型

  12. 红色表示 网络号 B类网络 B类网络 191.211.0.0 128.10.0.0 路由器 128.211.6.115 128.211.28.4 128.10.0.1 128.10.0.2 主机IP地址 主机IP地址 路由器 A类网络 C类网络 10.0.0.0 192.5.48.0 路由器 10.0.0.37 10.0.0.49 192.5.48.3 192.5.48.85 主机IP地址 主机IP地址 网络类型、网络号和IP地址举例

  13. 附：关于子网掩码 • 连接在因特网中的每个物理网络都是因特网的一个子网，每个子网都有一个惟一的子网号码 • 如何从主机IP地址中得到该主机所在子网的网络号呢？ ——使用子网掩码与IP地址进行逻辑乘 • 三类IP地址的默认子网掩码： A类地址: 255.0.0.0 B类地址： 255.255.0.0 C类地址: 255.255.255.0 • 例： • 若某主机IP地址为：202.119.36.12（C类地址） 它的子网掩码为：255.255.255.0 • 两者的二进制码进行逻辑乘， • 其结果就是网络号为：202.119.36.0 （前24位）

  14. 头部 0 3 4 7 8 15 16 31 版本号 头部长度 服务类型 数据报总长度16bit 标识16bit 校验信息 标志 片偏移13bit 源地址和目的地址 生成时间8bit 协议8bit 头部检验和 16bit 发送IP数据报的主机IP地址32bit 有效载荷 接收IP数据报的主机IP地址32bit 可选字段（长度可变） 填充 数据区 数据( 最少1B，包含头部最大64KB） IP数据报的格式 • 相互连接的异构网络，它们使用的数据包（或帧）格式互不兼容，因此不能直接将一个网络送来的包传送给另一个网络 • 解决方法：IP协议定义了一种独立于各种物理网的统一的数据包格式，称为IP数据报（IP datagram） • IPv4数据报格式：

  15. （3）路由器如何工作？

  16. 主机B 223.240.129.5 131.108.99.2 78.0.0.15 R2 R1 FDDI 广域网 1 2 1 2 主机A 223.240.129.2 223.240.129.17 131.108.99.5 网络地址131.108.0.0 B类网络 网络地址223.240.129.0 C类网络 网络地址78.0.0.0 A类网络 路由器的作用与连接 • 路由器是一种能够连接异构网络的分组交换机，其作用是： • 按照路由表在网络之间转发数据包 • 根据需要对数据包的格式进行转换 • 路由器的IP地址设置： • 当路由器某端口连接一个物理网络时，该端口应分配IP地址 • 该端口的IP地址，其网络号必须与所连接物理网络的网络号相同 • 例：

  17. 主机B 223.240.129.5 131.108.99.2 78.0.0.15 R2 R1 FDDI 广域网 1 2 1 2 主机A 131.108.99.5 223.240.129.2 223.240.129.17 路由器的工作过程 • 工作过程： • 发送端计算机将数据封装成IP数据报的形式，发送给路由器 • 路由器接收到IP数据报之后，根据IP数据报中目的地主机的IP地址，查找路由表，选择转发路径 • 根据下个网络所使用的协议，将IP数据报封装成相应的数据包（帧）格式，送入缓冲器中排队 • 在数据链路空闲时将数据包转发到另一网络 • 若目的地计算机就在该网络上，则送达计算机，否则再传送给下一个路由器进行处理 • 例：主机A => 主机B

  18. IP 地址 131.108.99.2 131.108.99.3 131.108.99.4 131.108.99.5 131.108.99.6 131.108.99.7 MAC 地址 0A:07:4B:12:82:36 0A:9C:BC:71:32:8D 0A:11:9A:68:01:99 0A:07:82:90:CC:1F 0A:77:76:EF:03:28 0A:82:8F:5A:BE:FA 主机A和主机B的IP地址 IP头部 数据 IP数据报 主机A和路由器R1端口1 的MAC地址 头部 IP头部 数据 尾部 以太网帧 IP数据报传输过程1 • 主机A完成的操作： • 地址解析（Address Resolution） 将主机A的IP地址131.108.99.2和路由器R1端口1的IP地址131.108.99.5转换为所在以太网的MAC地址 • 将IP数据报“封装”为以太网帧 • 通过以太网将该帧发送到路由器R1的端口1

  19. 主机A和路由器R1端口1 的MAC地址 头部 IP头部 数据 尾部 以太网帧 路由器R1端口2和主机B的 物理地址 数据 IP头部 头部 尾部 FDDI帧 IP数据报传输过程 2 • 路由器R1完成如下操作： • 接收主机A发来的以太网帧，取出IP数据报进行分析 • 根据目的地主机的网络号查找路由表，得知应向端口2转发IP数据报（下一跳地址为端口2） • 由于端口2连接的是FDDI网，因此进行地址解析： 将路由器R1端口2的IP地址223.240.129.2和主机B的IP地址223.240.129.5转换为所在FDDI网的物理地址 • 将IP数据报封装成FDDI帧并通过FDDI网发送到主机B（路由器R1的端口2  主机B ）

  20. 生成 应用程序数据 如网页、邮件 生成 TCP头部 应用程序数据 TCP数据报 UDP数据报 生成 IP头部 TCP头部 应用程序数据 IP数据报 帧头部 IP头部 TCP头部 应用程序数据 尾部 物理帧 IP数据报传输过程 3 • 主机B完成的操作： • 接收路由器R1发送来的FDDI帧 • 从FDDI帧中取出IP数据报交给上层协议处理 • TCP/IP协议的数据封装示意图： 网络接口 与硬件层

  21. 4.4.2 因特网的主机及域名

  22. Tim Berners-Lee 因特网的发展过程 • 因特网(互联网)是将遍布世界各地的计算 机网络互连而成的一个超级计算机网络 • 简史： • 起源于1969年的美国国防部ARPANET计划(4个大学互连) • 1971：扩展至15个节点 • 1982：确定TCP/IP协议作为网络互连标准 • 1991：Tim Berners-Lee 推出World-Wide Web (WWW or Web) • 20世纪90年代起，美国政府机构和公司的计算机也纷纷入网，并迅速扩大到全球约100多个国家和地区

  23. Internet用户数目的增长 (Source：联合国 www.iresearch.com.cn ) 截止到2008年3月31日，全球因特网用户数目已达14亿

  24. 因特网主机的IP地址及其域名 • 因特网采用TCP/IP协议由大量网络和计算机互连而成，网络中的每一台主机都有一个IP地址 • IP地址用4个十进制数字来表示，不便记忆和使用 • 因特网采用域名(domain name)作为IP地址的文字表示，易用易记。例如： • 南京大学的 WWW服务器的IP地址是：202.119.32.7 • 它对应的域名是： www.nju.edu.cn • 用户可以按IP地址访问主机，也可按域名访问主机 • 主机IP地址与域名的关系： • 一个IP地址可对应多个域名，一个域名只能对应一个IP地址 • 主机从一个物理网络移到另一个网络时，其IP地址必须更换，但可以保留原来的域名。

  25. 因特网域名的结构 • 域名的格式： 5级域名.4级域名.3级域名.2级域名.顶级域名 • 举例： 中国南京大学校园网www服务器的域名为: www . nju . edu . cn 主机名.网络名.机构名.国家名 美国哈佛大学校园网www服务器的域名为: www . harvard. edu 主机名. 网络名. 机构名

  26. 因特网域名命名规则 • 只许使用字母、数字和连字符，以字母或数字开头并结尾，域名总长度不超过255个字符 • 顶级域名规定： • 国际顶级域名， int（国际组织） • 国家顶级域名， 例：cn（中国），uk（英国） • 通用顶级域名<机构名>： • com（营利性组织），net（网络服务机构）， • 美国专用：org，edu，gov，mil等 • 我国对二级域名的规定： • 机构类别域名：ac科研机构， com企业，net网络服务机构， org非营利性组织，edu教育机构，gov政府部门 • 行政区域域名： 例：bj北京，sh上海，js江苏

  27. 因特网 域名空间 顶级域名 com cn edu 二级域名 cctv nju 三级域名 www 四级域名 …… www bbs cs pku tsinghua int net ac 根 edu uk org net gov mil seu 因特网的域名空间 • 为避免域名重复，因特网的域名空间划分为许多不同的域，每个域又分若干子域，从而构成因特网的域名空间

  28. 域名系统与域名服务器 • 域名系统（ Domain Name System，DNS） • 将主机域名翻译为主机IP地址的软件，它是一个分布式数据库系统。 • 域名服务器（ Domain Name Server，DNS） • 运行域名系统软件的一台服务器 • 每个因特网服务提供商(ISP)或校园网都有一个域名服务器，它用于实现入网主机域名与IP地址的转换 • 为实现域名的查找，需要在本地网域名服务器与上级网的域名服务器之间建立链接

  29. 主机netra.nju.edu.cn  查找nju.edu.cn的本地域名服务器 查找edu.cn的域名服务器 查找cn的域名服务器  查找根域名服务器  查找uk的域名服务器 查找ulcc.uk的域名服务器 得到主机paradisc.ulcc.uk的IP地址 然后再送回给： 主机netra.nju.edu.cn 根域名服务器 域名解析举例 • 域名解析：将主机域名翻译为主机IP地址的过程 • 例：从netra.nju.edu.cn访问paradisc.ulcc.uk时取得对方主机IP地址的过程为：

  30. 4.4.3 因特网的接入

  31. 城域网在因特网接入中起重要作用 • 单位用户：用户计算机接入局域网，局域网通过路由器并租用电信局的远程数据通信线路接入因特网 • 家庭用户：通过电话拨号、ADSL、光纤等方式接入ISP的路由器，ISP的路由器接入因特网。

  32. 因特网与城域网 • 计算机网络的类型： • Ethernet（因特网） ■WAN （广域网） • MAN （城域网） ■CAN （校园网） • LAN （局域网） ■PAN （个人区域网） • 什么是城域网？ • 以光纤传输网为平台，以TCP/IP协议为基础，通过各种网络互连设备，将城市范围内的大量局域网互连起来，实现同城信息本地交换，提供语音、数据、多媒体、IP接入和各种增值业务服务。特别是大规模的因特网接入服务，它采用多种宽带和窄带接入技术，满足了人们方便地访问因特网的需求

  33. 宽带 主干网 国家网主干 POP POP 用户 用户 接入网 接入网 用户 用户 用户 用户 用户 城域网在因特网接入中起重要作用 • 城域网与广域网的分工： • 由城域网承担因特网的用户接入任务 • 由广域网承担高速高服务质量的远距离数据传输与交换的任务。 • 城域网的组成： • 核心是高速宽带主干网(Backbone),它一方面与国家主干网连接，提供城市的宽带IP出口，另一方面外连着许多汇聚点(POP) • 汇聚点(POP)汇接接入网的流量，进行数据的汇聚、转发与交换 • 接入网解决“最后一公里”问题，可使用不同接入技术： • 电话拨号接入 ● ADSL接入 • 有线电视接入 ● 光纤接入 ● 无线接入

  34. 音频模拟信号 数字信号 数字信号 本地 电话网 计算机网络 计算机 MODEM MODEM 计算机用户 因特网服务提供商(ISP) 接入技术1：电话拨号接入 缺点： 传输速率低 每次都要拨号 上网时不能通电话 费用不便宜 • 通过本地公用电话网接入计算机网络 • 设备：电话MODEM（调制解调器） • 技术原理：数字调制 • 最高传输速率： 56Kbps 把计算机送出的数字信号采用频移（或相移）键控的方法调制成为适合于在用户线上传输的音频模拟信号 把从电话线接收到模拟信号恢复成数字信号送给计算机

  35. 26个上行子通道 224个下行子通道 语音频道 频率 4kHz 1.104MHz 138kHz 25.875kHz 4.3125kHz的子通道 上行通道 下行通道 计算机网 (ISP) 滤波器 滤 波 器 以太网卡 电话机 电话交换机 电话机 （住户） （电话局） PC机 ADSL MODEM ADSL MODEM (1)上网和通话互不影响 (2) 不需要缴付额外的电话费 (3) 传输速率可根据线路情况调整 接入技术2：ADSL • 不对称数字用户线(ADSL):也通过本地公用电话网接入计算机网络 • 配置： • ADSL Modem • 以太网网卡 • 原理：频分多路复用 + 数字调制 • 传输速率： • 上传: 64kbps～256kbps • 下行速度: 1～8Mbps

  36. 分频器 有线电视网络 （HFC） 接入技术3：有线电视网接入 • 有线电视已经广泛采用光纤同轴电缆混合网（Hybrid Fiber Coaxial，简称HFC）进行信息传输。HFC主干线部分采用光纤连接到小区，然后在 “最后1公里”时使用同轴电缆以树枝型总线方式接入用户居所。 • HFC网络接入因特网时大部分采用传统的高速局域网技术，但最重要的组成部分也就是同轴电缆到用户电脑这一段使用的是电缆调制解调器（Cable MODEM）技术 • Cable MODEM的基本原理与ADSL相似

  37. 小区 核心交换机 城域网 骨干交换机 光网络单元 光纤 城域网 光纤 双绞线 ONU 双绞线 楼道 交换机 接入技术4：光纤接入 • 使用光纤作为计算机接入网络的主要传输介质,分为： • 光纤到小区（FTTZ）：将光网络单元放置在小区某处，为整个小区服务 • 光纤到大楼（FTTB）：将光网络单元放置在大楼内，以每栋楼为单位，提供高速数据通信、远程教育等宽带业务，主要为单位服务 • 光纤到家庭（FTTH）：将光网络单元放置在楼层或用户家中，由几户或1户家庭专用，为家庭提供宽带业务 • “光纤到楼、以太网入户”（FTTx+ETTH）的原理：

  38. 远程连接 因特网是计算机网络的网络，其构造是分层次的，核心的IP协议解决了异构性问题 小 结 • 物理层：包括传输介质、调制与复用技术、信号编码方法、拓扑结构等 • 数据链路层：计算机编址方法，数据帧(分组)格式、共享介质方法、差错检测与对策等 （不同的局域网和不同的广域网，相互之间的主要区别在于数据链路层采用了不同的协议） （链路层协议由网卡、集线器等组网设备的硬件实现） • 网络互连层(IP层)：统一的计算机编址，统一的数据分组格式(IP数据报)，将各种不同的局域网和广域网的差异向高层屏蔽起来，达到构建一个统一的虚拟网络的目的 （IP协议在计算机中由软件实现，在路由器等互连设备中由硬件实现） • 传输层(TCP/UDP)：解决 1) 应用程序之间如何通信; 2) 可靠性问题 • 应用层：不同应用使用不同的协议

More Related