英特网3

1/537.1因特网的基本概念因特网(Internet)又称互连网，其本质就是网络的互连，或者说是网络的网络。因特网是由许多分布在世界各地共享数据信息的计算机组成的一个大型网络，这些计算机通过电缆、光纤、卫星等连接在一起，包括了全球大多数已有的局域网(LAN)、城域网(MAN)和广域网(WAN)。目前因特网工程中涵盖了数万个子网、几百万台主机和几亿台计算机。由于有了环球网，交互网，用户可以利用浏览器在一个轻松愉快、图文并茂的用户界面中“漫游”世界，方便地访问各种信息。2/53图7-1Internet网络结构示意图局域网广域网城域网校园网地区网企业网因特网3/53Internet又译为互联网，由“国际的(International)”和“网络(network)”组成。最初起源于ARPAnet(阿帕网)，由美国国防部资助，ARPA承建的一个网络，形成军事指挥系统。该系统由分散的指挥点组成，当部分指挥点被摧毁后，其它点仍能正常工作。1981年，美国全国科学基金会(NationalScienceFoundation)提出了发展NSFnet的计划，设计开发具有五个超级计算机中心的大网络——NSFnet，把全国大学和学术机构已经建成的一批地区性网络连接起来。4/531982年，在ARPA资助下，加州大学伯克利分校将TCP/IP协议嵌入UNIXBSD4.1版，极大地推动了TCP/IP应用的进程。1983年TCP/IP成为APRAnet的标准通信协议，标志着真正意义上的Internet出现了。1988年底，NSF把全国建立的五大超级计算机中心用通信干线连接起来，组成全国科学技术网NSFnet，并以此作为因特网的基础，实现同其他网络的联结。采用因特网(Internet)的名称是在MILnet实现和NSFnet连接后开始的。其他联邦部门的计算机网络相继并入因特网，如能源科学网Esnet、航天技术网NASAnet、商业网COMnet等。5/531994年起，通过四大骨干网联入国际互联网，我国正式进入Internet网。中国公用计算机互联网（ChinaNET）中国国家计算机与网络设施(NCFC)中国国家公用经济信息通信网(ChinaGBNET)中国教育和科研计算机网(CERNET)新增加：中国联通互联网(UNINET)、中国移动互联网(CMNET)、中国网通互联网(CNCNET)、中国长城互联网(CGWNET)、中国国际经济贸易互联网(CIETNET)、中国卫星集团互联网(CSNET)等。6/537.2IP网络体系结构英特网是全世界最大计算机互连网络，它采用了TCP/IP协议集(包含几十个协议)，它除了包括传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)外，还包括：地址解析协议(ARP)、互联网控制信息协议(ICMP)、Telnet协议、文件传输协议(FTP)用户数据报协议(UDP)、简单邮件传输协议(SMTP)、域名系统(DNS)、路由信息协议(RIP)等，见表7-1所示。表7-1TCP/IP体系结构应用层TelnetFTPSNMPSMTPHTTPDNSRPSNFSXDR传输层TCPUPD网络层IP网络接入层LMNWANX.25ISDNFR7/53TCP/IP模型共分四层。与OSI七层模型相比，TCP/IP没有表示层和会话层，这两层的功能由最高层─应用层提供。同时，TCP/IP分层协议模型在各层名称定义及功能定义等方面与OSI模型也存在着差异。如下图所示。应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络互联层网络接入层TelnetSNMP、SMTPFTP、TFTP、NFS、DNS等TCP、UDPIP、ICMP等LANWANFR等OSITCP/IP模型TCP/IP协议8/531.应用层：为用户提供访问Internet的一组应用高层协议，即一组应用程序，如FTP、Telnet等。应用层的作用是对数据进行格式化，并完成应用所要求的服务。数据格式化的目的是便于传输与接收。用户也可以根据自己需要建立相关的专用程序。2.传输层：传输层的作用是为端到端应用的程序间提供通信服务。为实现可靠传输，该层协议规定接收端必须向发送端发回确认；若有分组丢失时，要求送端重新发送。传输层使用两种不同协议：一种是面向连接的传输控制协议TCP；另一种是无连接的用户数据报协议UDP。传输层传送的数据单位是报文或数据流。9/533.IP层：其核心是IP协议，同时还提供多种其他协议。IP协议提供主机间的数据传送能力，其他协议提供IP协议的辅助功能。IP层的主要功能有三点：①处理来自运输层的分组发送请求。收到请求后，将分组装人IP数据报，填充报头，选择路由，然后将数据报发往适当的网络接口。②处理输人数据报。首先检查输入的合法性，然后进行路由选择。假如该数据报已到达目的地(本机)，则去掉报头，将剩下的部分交给适当的传输协议；假如该数据报未到达目的地，则转发该数据报。③处理差错与控制报文。处理路由、流量控制、拥塞控制等问题。10/534.网络接入层：网络接入层是TCP/IP协议软件的最低一层，该层协议取决于使用网络类型，例如X.25、FR、LAN等。其主要功能是负责接收IP分组，并且通过特定的网络进行传输，或者从网络上接收物理帧，抽出IP分组，上交给IP层。网络接入主要有两种类型：第一种是设备驱动程序(如，机器直接连到局域网的网络接入)；第二种是专用数据链路协议子系统(如X.25中的网络接入)。11/537.3网络协议7.3.1TCP/IPTCP/IP协议栈应用层网络接口层网络层传输层文件传输协议—TFTP—FTP—NFS电子邮件协议—SMTP远程登录协议—Telnet—rlogin网络管理协议—SNMP域名管理协议—DNS1.TCP/IP应用层负责处理用户界面、数据格式化和应用程序访问。应用层的Web应用服务的应用最为广泛，主要采用HTTP协议完成应用层之间的通信。12/53TCPUDPTCP/IP协议栈应用层网络接口层网络层传输层主要功能：—可靠通信：由序列号和确认机制实现端到端的可靠通信；—流量控制：由滑动窗口实现流量控制；—解决不同应用进程的标识问题。两种协议：—TCP：(TransmissionControlProtocol)面向连接的可靠传输协议，为用户应用端之间提供一个虚拟电路。—UDP：(UserDatagramProtocol)无连接的非可靠传输协议，在无需TCP开销时使用这种协议。2.TCP/IP传输层13/53IPICMPARPRARPTCP/IP协议栈应用层网络接入层网络层传输层—IP：对数据分组进行无连接的最佳传送路由选择(即提供全网范围的寻址功能)、分段和重编那些在传输层被分割的数据报；—ICMP(InternetControlMessageProtocol)：向发送IP数据包的主机提供差错报告(但通信时需用IP封装)；—ARP(AddressResolutionProtocol)：为已知的IP地址确定网络接入层的MAC地址；—RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)：为已知的网络接入层MAC地址确定对应的IP地址。3.TCP/IP网络层14/53TCP/IP协议的主要特点：高可靠性。TCP/IP采用重新确认的方法保证数据可靠传输，并采用“窗口”流量控制机制得到进一步保证。安全性。为建立TCP连接，在连接的每一端都必须就与该连接的安全性控制达成一致。IP协议在它的控制分组头中有若干字段允许有选择地对传输的信息实施保护。灵活性。TCP/IP对下层支持其协议，而对上层应用协议不作特殊要求。因此，TCP/IP的使用不受传输媒体和网络应用软件的限制。互操作性。由FTP、Telnet等实用程序可以看到，不同计算机系统彼此之间可采用文件方式进行通信。15/537.3.2网络协议IPv4现在所使用的IP协议是在20世纪70年代设计的，后来为应用于Internet又做了明文规定。由于IP数据报格式中的第一个域(版本域)为4，故称为IP第四版或IPv4。IPv4为TCP/IP协议系统和整个Internet提供了基本的通信机制，从70年代末被采用以来，几乎没有太大的变动，这种长久性正说明了整个TCP/IP协议系统的设计是灵活的、健全的。但随着因特网用户以指数形式增长，现有的IPv4遇到了IP地址空间耗尽的问题，迫切需要对IPv4地址进行更新。除此，日益增加的各种新的应用需求也要求改变现有的IP设计，例如，实时话音和图像通信要求低的延迟，一些新的应用需要安全通信，新版的IP应具有鉴别发送者的安全机制。16/537.3.3下一代网络协议IPv61992年6月IETF提出要制订下一代的新版IP，即IPng（IPNextGeneration）。由于IPv5打算用作面向连接的网际层协议，因此IPng现正式命名为IPv6，它保持了IPv4许多成功的特点。IPv6仍支持无连接传送；允许发送方选择数据报大小；要求发送方指明数据报在到达目的端前的最大跳数。IPv6保留了IPv4中的大多数选项，包括分段和源端路由选择。IPv6对IPv4的修改，大体上可归纳为五大类：①更大的地址空间。IPv6将原来的32位地址空间增大到128位地址空间，使地址空间增大了296倍。17/53②灵活的报头格式。IPv6使用一种全新的、不兼容的数据报格式。在IPv4中，使用固定格式的数据报报头，在报头中，除选项以外，所有的字段都在一个固定的偏移位置上占用固定数量的8位组数，而IPv6使用了一组可选的报头。③增强的选项。IPv6允许数据报包含可选的控制信息，包含了IPv4不具备的选项，提供新的功能。④允许对网络资源预分配。IPv6提供一种新机制，允许对网络资源预分配，取代了IPv4的服务类型说明。这些新的机制支持实时话音和视像等应用，保证一定的带宽和延迟。⑤支持协议扩展。IPv6的一个很重要的改变是该协议允许新增特性，协议不需描述所有细节。这种扩展能力使协议能适应底层网络硬件的改变和各种新的应用需求。18/53IPv4向IPv6的过渡尽管IPv6比IPv4具有明显的先进性，但是要想在短时间内将所有IP网络从IPv4升级到IPv6是不可能的，也就是说，IPv6与IPv4在IP网络中长期共存是不可避免的。为此，作为IPv6研究工作的一个部分，IETF制定了推动IPv4向IPv6过渡的方案，其中包括了三个机制：1.兼容IPv4的IPv6地址2.双IP协议栈3.基于IPv4隧道（IPv4Tunnel）的IPv6。19/537.3.4IP电话技术及应用所谓IP电话(IPTelephony)、Internet电话(InternetTelephony)及VoIP(VoiceoverIP)，都指的是在IP网络即信息包交换网络上进行的呼叫和通话，而不是在大家所熟悉的公众交换电话网（PSTN）上进行的呼叫和通话。IP电话作为IP网上多媒体应用的一个重要分支，如今已得到广泛应用。20/531.IP电话的引入IP网本地电信网网闸MCU网关网关LDAP目录服务器(a)P电话系统的基本构成微机微机电话机传真机集线器路由器路由器微机电话机微机集线器传真机微机微机微机微机调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器本地电信网图7-2IP电话系统的基本构成21/53IP电话系统由终端设备(TE)、网关(Gateway)、多点控制单元(MCU)和网闸(Gatekeeper)基本组件组成，如图7-2。(1)终端设备TE是指IP电话的客户终端，可以是软件(如Microsoft的Netmeeting)或硬件(如电话机)，它们直接连接在IP网上进行实时语音和多媒体通信。(2)多点控制单元MCU使IP电话在IP网络中可实现多点通信，支持如网络会议的多点应用。(3)网闸又称网络管理者或关守，负责用户的注册和管理。完成的功能：地址映射，将电话网的E.164地址映射成相应网关的IP地址；呼叫验证和管理，对接入用户的身份进行认证，防止非法用户接入；呼叫记录，使运营商有详细的数据进行收费；区