网络互联与因特网基础

1. 网络互联与因特网基础

2. Internet • 互联网（Internet），是指在ARPA网基础上发展出的世界上最大的全球性互联网络 • internet 与 Internet

3. Internet，中文正式译名为因特网，又叫做国际互联网。它是由那些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络。一旦你连接到它的任何一个节点上，就意味着您的计算机已经连入Internet网上了。Internet目前的用户已经遍及全球，有超过几亿人在使用Internet，并且它的用户数还在以等比级数上升。Internet，中文正式译名为因特网，又叫做国际互联网。它是由那些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络。一旦你连接到它的任何一个节点上，就意味着您的计算机已经连入Internet网上了。Internet目前的用户已经遍及全球，有超过几亿人在使用Internet，并且它的用户数还在以等比级数上升。

4. 60年代开始，美国国防部的高级研究计划局ARPA （Advance Research Projects Agency）建立阿帕网ARPANet，向美国国内大学和一些公司提供经费，以促进计算机网络和分组交换技术的研究。 　　1969年12月，ARPANet投入运行，建成了一个实验性的由4个节点连接的网络。

5. Here is the BBM team, known as the "IMP guys", who deployed ARPANET in 1969

6. 到1983年，ARPANET已连接了三百多台计算机，供美国各研究机构和政府部门使用。 　　 • 1983年，ARPANet分为ARPANet和军用MILNET（Military Network），两个网络之间可以进行通信和资源共享。由于这两个网络都是由许多网络互连而成的，因此它们都被称为Internet，ARPANet就是Internet的前身。 　　

8. 1986年，NSF（美国国家科学基金会，National Science Foundation）建立了自己的计算机通信网络。NSFnet将美国各地的科研人员连接到分布在美国不同地区的超级计算机中心，并将按地区划分的计算机广域网与超级计算机中心相连（实际上它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网，覆盖了全美国主要的大学和研究所）。 　　

9. Cisco （思科） 伦·波沙克（Len Bosack）和他的妻子桑蒂·勒纳尔（Sandy Lerner）

10. 最初，NSFNet的主干网的速率不高，仅为56kbps。在1989～1990年，NSFNet主干网的速率提高到1.544Mbps，并且成为Internet中的主要部分。 　　 • NSFnet逐渐取代了ARPANet在Internet的地位，到了1990年，鉴于ARPANet的实验任务已经完成，在历史上起过重要作用的ARPANet就正式宣布关闭。

11. 在我国，1994年中国科学技术网CSTNET首次实现和Internet直接连接，同时建立了我国最高域名.服务器，标志着我国正式接入Internet。接着，相继又建立了中国教育科研网（Cerent)计算机互联网（ChinaNet)和中国金桥网（Genet）在我国，1994年中国科学技术网CSTNET首次实现和Internet直接连接，同时建立了我国最高域名.服务器，标志着我国正式接入Internet。接着，相继又建立了中国教育科研网（Cerent)计算机互联网（ChinaNet)和中国金桥网（Genet）

12. 8.1网络互联的基本概念 • 互联三个主要目的 • 将多个同构/异构的网络互联 • 将大网络分为多个网段或子网 • 异种网络之间的服务和资源共享 • 互联的层次 • 物理层 • 数据链路层 • 网络层 • 传输层及应用层

13. 互联的类型 • LAN-LAN • 物理层/链路层上，使用交换机或网桥 • LAN-WAN或WAN-WAN • 网络层/高层，路由器或网关

14. 8.2因特网的体系结构 • 20世纪70年代,Cerf和Kahn • 开放网络体系结构设计的原则 • 最小化的自治 • 尽力而为的服务 • 无状态路由器 • 非集中化的控制

15. Internet 协议和协议数据单元 报文(Message) 段( Segment ) 数据报(Datagram) 帧( Frame ) 位流( Bits )

16. 8.3 Internet接入技术 • 端接系统 End System • 边缘路由器 Edge Router

17. 接入类型 • 住宅接入 • PSTN • ISDN • ADSL • 机构接入 • FTTx+LAN • 移动接入 • GPRS / CDMA1x / 3G

18. 8.4 Internet的链路层与网络层 • 拨号访问的点对点协议PPP • ARP与RARP 地址解析 • 路由协议 • IP 因特网协议 • ICMP 因特网控制协议 • IGMP 组播协议

19. 点对点协议 Point-to-Point Protocol • 点对点链路控制协议 • 无需寻址 • 无链路冲突 • 支持 • PSTN • ISDN • X.25 • DDN • … • 定义在 RFC 1661，更新 RFC 2153

20. PPP协议被设计成可以配合多种网络层协议(比如IP、IPX 和 AppleTalk)工作，并被设计用于代替数据链路层的非标准协议SLIP。 • PPP协议是在原来的HDLC规范之后设计的。所以PPP协议的设计者把很多直到那时在广域网数据链路层协议中都没有考虑的额外的特性都包含进来了。

21. PPP的组成 • 封装 • 链路控制协议 LCP • 处理数据包大小限制，探测环路链路和其他普通的配置错误，以及终止链路。提供的其他可选功能有：认证链路中对等单元的身份，决定链路功能正常或链路失败情况 • 网络控制协议 NCP • 配置

22. PPP通讯过程 • 建立点对点链路通信时，PPP 链路的每一端，必须首先发送 LCP 包以便设定和测试数据链路。 • 在链路建立后，LCP 所需的可选功能被选定之后，PPP 必须发送 NCP 包以便选择和设定一个或更多的网络层协议。 • 一旦每个被选择的网络层协议都被设定好了，来自每个网络层协议的数据报就能在链路上发送了。 • 链路保持通信设定不变，直到有 LCP 和 NCP 数据包关闭链路，或者是发生一些外部事件的时候（如，休止状态的定时器期满或者网络管理员干涉）。

23. PPP帧结构 • Flag：帧的起始或结束，由二进制序列01111110构成。 • 位填充:连续5个1后加一位0 • 字符填充:前加转义符，第6位取反 • 转义符 0x7d(01111101) • 01111110 表示为 01111101 01011110 • 01111101 表示为 01111101 01011101 • 小于0x20的字符也用转义符

24. PPP帧结构 • Address 地址字段11111111，标准广播地址（注意：PPP 不分配个人站地址）

25. PPP帧结构 • Control 控制字段 • 缺省为0x03，二进制序列00000011， • 要求用户数据传输采用无序帧。

26. PPP帧结构 • Protocol 协议字段 • 识别帧的 Information 字段封装的协议 • 例0x0021表示信息字段为IP数据报 • 第一个bit为1表示LCP数据，如0xc021用于协商PPP参数 • 默认2个字节，也可用LCP协商改为1个字节

27. PPP帧结构 • Information 信息字段 • <=1600字节 • 包含 Protocol 字段中指定的协议数据报。

28. PPP帧结构 • FCS ― 帧校验序列（FCS）字段 • 通常为16位 • PPP 的执行可以通过预先协议采用32位 FCS 来提高差错检测效果。

29. TCP/IP协议

30. 8.4.2 Internet网络层与IP协议 传输层（TCP、UDP） 网络层 路由协议 路由选择 RIP/OSPF/BGP IP协议 寻址约定 数据报格式 分组操作约定 路由表 IGMP协议 组播信息交互 组播路由选择 ICMP协议 网络错误报告 路由器信息交互 链路层 物理层

31. IP：网际协议 • IP是TCP/IP协议族中最为核心的协议。 • 所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据报格式传输

32. IPv4地址 • 每个接口都有唯一的IP地址 • IP地址由32位二进制数分成4组 • 点分十进制：202.203.178.88 • IP地址分为A、B、C、D、E五大类

33. IP地址分类

34. 第一组数字 网络地址数 网内主机数 A类 1~26 126 16777214 B类 128~191 16256 65534 C类 192~233 2064512 254 • IP地址的分配及唯一性由InterNIC负责管理 • InterNIC只分配IP网络地址，主机地址由各网络管理员分配

35. 掩码：1００００ 房间：１号楼 １２０９号房 掩码： 1 1０００ 房间：１１号楼 ２０９号房 • 子网掩码（确定网络规模的参数） • 例：某单位房间号１１２０９ 32位二进制：11001010 11001011 10110010 10110000 点分十进制：202.203.178.88 子网掩码： 11111111 11111111 11111111 00000000 255.255.255.0

36. IP地址与子网掩码进行AND位运算可判断两个IP地址是否同一子网IP地址与子网掩码进行AND位运算可判断两个IP地址是否同一子网 • 无类域间路由 CIDR • a.b.c.d/x • 202.203.178.88/24 C类地址 • 145.12.33.12/21 可有2046个主机

37. 网络地址与广播地址 202.203.187.x 255.255.255.0 • 202.203.187.0 网络地址 • 202.203.187.1 ~ 254 IP地址 • 202.203.187.255 广播地址

40. 将一个C类地址分为四个子网 202.203.178.0 255.255.255.? 每个子网可有几个IP地址?

41. ARP地址解析协议 • Address Resolution Protocol • 找到IP地址对应接口的MAC地址

42. 例子 编号/ 手机号 23 MAC地址 姓名 IP地址

43. 什么时候需要? • 工作方式 • 向以太网广播ARP请求 • 目标IP主机回应ARP应答 • ARP缓存 • 操作系统中的ARP命令

44. 当主机A要和主机B通信 • 主机A会先检查其ARP缓存内是否有主机B的MAC地址。 • 如果没有，主机A会发送一个ARP请求广播包 • 当主机B收到此广播后，会将自己的MAC地址利用ARP响应包传给主机A，并更新自己的ARP缓存，也就是同时将主机A的IP地址/MAC地址对保存起来，以供后面使用。 • 主机A在得到主机B的MAC地址后，就可以与主机B通信了。同时，主机A也将主机B的IP地址/MAC地址对保存在自己的ARP缓存内

45. ARP协议的报文格式

46. ARP欺骗

47. Windows中ARP命令 • Arp –a 显示缓存表 • Arp –d 删除缓存 • Arp -s 静态绑定

48. 使用Sniffem观察ARP协议

49. 无故ARP • 无故（Gratuitous ARP，GARP）ARP也称为无为ARP。主机有时会使用自己的IP地址作为目标地址发送ARP请求。这种ARP请求称为无故ARP，GARP，主要有两个用途： • 检查重复地址（如果收到ARP响应表明存在重复地址）。 • 用于通告一个新的数据链路标识。当一个设备收到一个arp请求时，发现arp缓冲区中已有发送者的IP地址，则更新此IP地址的MAC地址条目。

50. RARP反向地址解析协议 • 通过MAC地址寻求分配IP地址 • 工作方式 • 广播RARP请求 • RARP服务器查询预先配置的对应信息 • RARP服务器发回RARP应答