制作者：诸海生制作者：诸海生第第3 3章章 网络互连与网络互连与 InternetInternet技术技术1本章内容本章内容3.1 3.1 网络互连的概念与互连设备网络互连的概念与互连设备 3.2 3.2 InternetInternet概述概述 3.3 3.3 TCP/IPTCP/IP协议体系协议体系和域名系统和域名系统 3.4 3.4 InternetInternet提供的基本服务提供的基本服务23.1 3.1 网络互连的概念与互连设备网络互连的概念与互连设备 网络互连的目的网络互连的目的v 充分、有效地利用已有的网络资源v 改善网络性能v 提高网络的可靠性和安全性3.1.1 3.1.1 网络互连的目标与要求网络互连的目标与要求3 网络互连的要求网络互连的要求v 在互连的网络之间，提供物理链路，以及对这条物理链路的控制规程。v 具备不同网络上进程之间的路径选择功能，以便数据交换。v 提供记账服务，记录不同网络和网络连接的使用情况，维护其状态信息。v 适应各个网络的差异，在不改变子网结构的前提下，对用户屏蔽网络差异，使用户仿佛在一个整体网络中进行操作。 4 网络互连的种类网络互连的种类q 局域网与局域网的互连q 局域网与广域网的互连q 局域网、广域网、局域网的互连q 广域网与广域网的互连3.1.2 3.1.2 网络互连的种类与方式网络互连的种类与方式5n+2n+1n(n-1)A(n-2)An+2n+2n(n-1)B(n-2)Bn互连设备主机B主机A(n-1)B(n-2)B(n-1)A(n-2)A网络B网络A 网络互连模型网络互连模型 网络互连是通过互连设备，把从一个网络收到的符 合按该网络低层协议的数据单元，转换为符合另一 网络低层协议的数据单元，再送到后一个网络中 6q 物理层互连q 数据链路层互连q 网络层互连q 高层互连 网络互连的方式网络互连的方式网络互连实质上是网络协议之间的转换。互连层 次不同，使用的互连设备也不同7中继器工作在物理层传统的共享型集线器可以认为是一种特殊的多端 口中继器中继器的特点中继器的特点v 放大信号v 没有过滤功能，不能识别数据帧v 不能隔离冲突3.1.3 3.1.3 中继器中继器8 网桥的用途网桥的用途v 连接两个或多个局域网，使之成为覆盖范围更广的逻辑上的单一局域网v 把一个较大的局域网分割成为一些较小的局域网网段，以便于管理和提高网络的性能v 使得建立混合速率的局域网成为可能3.1.4 3.1.4 网桥网桥网桥工作在数据链路层9802.3 MAC子层LLC子层物理层802.5 MAC子层LLC子层物理层MAC 802.3 802.5物理层 物理层以太网主机令牌环网主机网桥 网桥的工作原理网桥的工作原理网桥从一个局域网上接收数据帧，然后判断帧中 的目的地址，以便决定是否转发帧，以及在网桥 的哪个端口（即向哪个局域网）转发，并把它转 换为符合该局域网协议的数据帧转发10光纤用网桥互连两个远距离局域网网桥网桥11 网桥的功能网桥的功能v 网桥可以接收和转发帧，并按MAC帧的目标地址在相应的端口上转发出去 v 网桥可以进行协议转换，转换MAC帧，实现互连 v 有一定的路径选择功能 v 可以改善局域网性能，隔离冲突 v 可以提高网络的可靠性（隔离故障），进行差错控制 网桥存在的问题网桥存在的问题 v 存在一定的延迟 v 有可能产生“广播风暴” 12 网桥的种类网桥的种类q 透明网桥符合IEEE 802.1d标准，安装简单，不需要人工输入路 由信息，但无法阻止广播风暴，如果两个子网之间存在 多条路径，无法选择最佳路径 q 源路由网桥符合IEEE 802.5标准，可以选择最佳路径，但站点实现 比较复杂，MAC帧的格式有所改变，不是一种完全透 明的方法 q 封装网桥用于相同局域网通过另一网络互连的情况 q 转换网桥用于连接异质局域网133.1.5 3.1.5 路由器路由器路由器工作在网络层 路由器的基本功能路由器的基本功能v 路径选择 v 协议转换 v 实现网络层的一些功能 v 网络管理与安全 v 多协议路由选择 14 路由器的工作原理路由器的工作原理路由器中有一张路由表，通过路由表选择路径路由表有类似于下面的格式：网络地址 下一个目标 接口 172.16.10.0 直接相连 接口1 172.16.30.0 另一路由器 接口2路由器根据数据分组中的网络地址，检索路由表， 决定有哪个端口输出路由器按照路由协议维护路由表，用最佳路径更新 路由表；若网络结构发生变化，也会更新路由表15用路由器进行互连物理层MACLLC物理层IP物理层MACLLC物理层IP物理层MACLLCTCP IP高层物理层MACLLCTCP IP高层AYXB网络路由器X路由器Y主机A主机B局域网2局域网1网络16 路由器的特点路由器的特点 v 路由器可以进行网络层及以下层的协议转换 v 可以隔离广播信息，避免了广播风暴，起到了隔离子网的作用 v 提供最佳路径选择，可以根据网络变化情况动态修改路由表 v 路由器对经过的分组做较多的处理，会产生较大的延迟 v 路由器的安装配置比较麻烦 3.1.6 3.1.6 网关网关网关在网络层以上进行协议转换，主要有传输层 和应用层网关。 网关还用于局域网与大型主机的连接。173.1.7 3.1.7 几种互连方式的对比几种互连方式的对比互连 互连 应用 功能 优点 缺点 设备 层次 场合中继器 物理层 相同局域网 信号放大 互连容易 不能隔网段 延长距离 价廉无延迟 离冲突网桥 链路层 各种局域网 连接局域网 互连容易 不能隔互连 改善性能 隔离冲突 离广播路由器 网络层 局域网-局域网 路由选择 大规模互连 设置复杂局域网-广域网 过滤信息 隔离广播 价格高广域网-广域网 网络管理 有管理控制 延迟大能力网关 传输层 高层协议不 在高层转 互连差异很 通用性差应用层 同的网络 换协议 大的网络 延迟大安全性好 18 形成阶段形成阶段1969年 ARPAnet建成 1974年 TCP/IP诞生 1980年 TCP/IP被加入到Unix操作系统的内核中 1983年 ARPAnet上的协议完全过度到TCP/IP3.2 3.2 InternetInternet概述概述3.2.1 3.2.1 InternetInternet的形成和发展的形成和发展本阶段主要进行网络技术的研究和试验19 实用阶段实用阶段1986年，NSFnet建成1986年1991年，大量子网连入Internet，提供非商 业化服务 商业化阶段商业化阶段从90年代开始，各种各样的商业子网纷纷向用户提 供各种用途的商业应用1994年，NSF宣布不再给NSFnet的运行和维护以经 费支持Internet成为通过自愿原则互连起来的全球互联网20 InternetInternet的发展的发展美国于1994年提出了建设国家信息基础设施（NII）的规 划，即人们所说的“信息高速公路”1996年，美国政府批准实施下一代Internet计划同时，美国的几十所大学也开会决定进行Internet第2代（ Internet 2）的研究 新一代新一代InternetInternet的宽带的宽带IPIP技术技术 v 光以太网技术。利用万兆位以太网传输IP数据包 v IP over ATM。 利用ATM传递IP数据包v IP over WDM（即光Internet）技术。将IP数据包经过某种简单的接口协议，采用波分复用技术直接在光纤上传输 21 InternetInternet的应用的应用q 信息交流方面q 教育方面q 医疗方面q 政府工作方面q 商业领域q 娱乐方面q 其他方面223.2.2 3.2.2 InternetInternet的特点和结构的特点和结构 InternetInternet的特点的特点v 具有公平性 v 具有开放性 v 入网方式灵活多样 v 信息资源极为丰富 v 安全性差 v 资源的分散化管理为信息的查找带来一定困难23 InternetInternet的逻辑结构的逻辑结构用户看到的InternetInternet路由器网络1网络3网络2网络4Internet的逻辑结构 24 InternetInternet的协议结构的协议结构物理层会话层 传输层 网络层 数据链路层应用层 表示层应用层传输层 网间网络层 网络接口层 物理网络OSITCP/IP253.2.3 3.2.3 InternetInternet在中国的发展在中国的发展 中国科技网（中国科技网（CSTnetCSTnet）始建于1990年，1994年首次与Internet连接，非赢利网络 中国教育与科研网中国教育与科研网( (CERnetCERnet) )1994年启动，1995年首期安装成功，非赢利网络 中国公用计算机互联网（中国公用计算机互联网（ChinanetChinanet）1995年开通的用于商业目的的互联网 中国金桥信息网（中国金桥信息网（CGBnetCGBnet）又称国家公用经济信息通信网。1996年开通。 其他互联网其他互联网 v 中国联通网（UNINET） v 中国网通网（CNCNET） v 中国移动互联网（CMNET）等互联网263.3 3.3 TCP/IPTCP/IP协议体系协议体系和和域名系统域名系统以太网、令牌环、FDDI、其他网络网络接口协议IP 其他协议TCP、UDPSMTP、FTP、TELNET、DNS、其他物理网络网络接口层网间网络层传输层应用层IP数据报传递对象帧报文3.3.1 3.3.1 TCP/IPTCP/IP的分层结构的分层结构在Internet上发送端和接收端主机要具有TCP/IP的所有4层功能，路由器上只具有互联层和网络接口层的功能 TCP/IP27 IPIP地址的概念地址的概念IP地址是独立于硬件地址的逻辑地址，它是由软 件提供的地址。IP地址是网络层地址。3.3.2 3.3.2 IPIP地址地址 IPIP编址方案和分类编址方案和分类v IP地址由32位二进制数构成，分为前缀（网络地址）和后缀（主机地址）v 每台计算机的IP地址是唯一的v 网络地址的分配全球一致，主机地址可以本地分配 28 IPIP地址的分类地址的分类其中A，B，C 三类为基本类0 1 2 3 . 7 8 15 16 23 24 310前缀后缀1 1 1 11 1 1 01 1 01 0前缀前缀后缀后缀用于研究和试验多目传送（组播）地址A类E类D类C类B类29前缀位数 最多网络数 后缀位数 最多主机数A类 7 128 24 16777216B类 14 16384 16 65536C类 21