第6章网络互连和Internet

1第六章网络互连和Internet教学内容：6．1网络互连技术6．2Internet基础6．3TCP/IP参考模式6．4IP协议6．5TCP协议和UDP协议6．6域名系统6．7Internet接入教学重点：IP协议TCP协议和UDP协议域名系统教学难点：IP协议教学时间：6学时2课程性质：计算机网络技术基础学科。基本理念：网络技术主要是以硬件和协议分析，以及相关的通信技术，网络互连和数据安全等各个方面的学习。教学思路：是以广域网知识为主，为学生介绍多种广域网的接入技术，主要是以概念、功能和方式的介绍为主。内容目标：本章是要通过学习，使学生了解几种常见的广域网和广域网所使用的技术和特点。实践分析：通过几个简单的广域网实例的分析，来加深学生对内容的掌握。问题思考：对一些重要的内容，可以通过实例的说明，加深他们的认识和思考能力。具体问题：1、简述IP地址的功能。2、如何利用IP地址实现网段的划分？3、常用的互联网接入设备有哪些，各有什么特点。3第六章网络互连和Internet第一节网络互连技术网络与网络之间在更大范围内信息共享的需求越来越大，网络互连技术已经成为网络技术研究与应用的一个新的热点问题。一、网络互连的层次两个网络相互连接，首先要确定哪一层是互连层，即在哪一层上进行连接。互连层的原则是：必须保证在互连层及互连层以上的层次和协议均相同。在互连层以下，则允许两个网络使用不同的协议。当然，也可以使用相同的协议。对于运行不同网络协议的两个网络而言，网络互连要解决的实质问题就是在互连层及其上各层进行协议转换。显然，运行相同网络协议的两个网络，要进行网络互连是很容易的。在讨论网络互连层次时，常引用OSI/RM的层次概念。通常，把在物理层、数据链路层和网络层实现的互连分别称之为物理层互连、数据链路层互连和网络层互连。而把传输层及以上各层协议之间的互连统称之为高层互连。为了互连，必须在网络之间使用中间互连设备，对应于各层次的互连，则需使用不同的互连设备。OSI/RM中的主要有物理层互连、数据链路层互连、网络层互连和高层互连。不同层次所示用的设备也有所不同。41．物理层互连物理层使用中继器(Repeater)实现互连。物理层互连只完成比特信号的复制、放大和整形，常用于扩展局域网段的长度，实现两个相同的局域网互连。2．数据链路层互连数据链路层使用网桥(Bridge)实现互连。网桥完成数据接收、地址识别和数据转发。用网桥实现数据链路层互连两个或多个网络时，互联网络的数据链路层与物理层协议可以是相同的，也可以是不同的；如果协议不同，则需要在数据链路层进行协议转换。二层交换机也是属于数据链路层。3．网络层互连网络层使用路由器(Router)实现互连。网络层互连主要完成在不同网络之间存贮转发数据分组。要解决的问题是路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等。路由器实现网络层互连时，允许互连的各个网络的网络层及其以下各层协议是相同的或者是不相同的。如果网络层协议相同，则互连主要是解决路由选择问题。如果网络层协议不同，则需使用多协议路由器(MultiprotocolRouter)进行协议转换。三层交换机也可以实现路由的功能。4．高层互连传输层及以上各层协议使用网关(Gateway)实现互连。采用不同的传输层及以上各层协议的网络之间互连时，网关完成5对相应高层协议的转换。所以，网关常被称为“协议转换器”。高层互连中使用最多的网关是应用层网关，通常简称为应用网关(ApplicationGateway)。应用网关可以实现两个应用层及以下各层均不相同的网络的互连。需要注意的是，“网关”这个词在不同场合有不同的含义。从广义上说，所有的网络互连设备，包括中继器、网桥、路由器都可称为网关。Internet中路由器常称为网关。从狭义上说，仅将实现传输层或传输层以上协议互连的设备称为网关。很显然，这里说的网关是狭义网关的概念。在实际文献中，则需要根据上、下文来判定其具体的含义。二、网络互连的类型6网络从覆盖地域类型上可以分为广域网、城域网与局域网，因此网络互连的类型主要有：(1)局域网－局域网互连。这是最常见的一种互连方式。当两个以太网互连，或者是两个令牌环网互连时，由于分别采用相同的局域网协议，这种互连称为同种局域网互连。同理，当一个以太网和一个令牌环网互连时，这种互连称为异种局域网互连。(2)局域网－广域网互连。这也是目前常见的互连方式。前面介绍路由器时，提到的以太网经过IP路由器和X.25广域网相连的方式，即是一个局域网－广域网互连的实例。局域网－广域网互连时必须采用路由器或网关。(3)局域网－广域网－局域网互连。当两个局域网相距甚远，如分布在不同城市，它们需要通过广域网实现互连。局域网连接到广域网上要使用路由器或网关。(4)广域网－广域网互连。这种互连方式，同样使用路由器或网关进行互连，使之在更大范围内资源共享。三、网络互连设备分类网络之间互连时，必须使用网络互连设备。网络互连设备7称之为中继(Relay)系统。网络互连是有层次的，网络互连设备也是有层次的。按照网络互连设备所属的层次及其采用的协议，可以划分为三类。1．中继器(Repeater)中继器完成比特信号的复制、放大和整形。它完全是一个硬设备，工作在OSI网络协议的最低层——物理层。常用于实现两个相同局域网的互连。故可以使用中继器来扩展局域网段的长度。粗缆以太网中，可以通过多个中继器使之传输距离达到2．5km。当然，不能使用中继器无限地扩展连接。一般来说，一个以太网最多可使用4个中继器，实现5个电缆段的连接。目前以太局域网中常使用的集线器(Hub)也是一类中继器。2．网桥(Bridge)(1)网桥的作用。数据链路层上的网络互连设备，常用于互连两个或多个局域网。从互连层的概念可知，网桥互连的两个局域网应该在数据链路层及其以上各层采用相同的协议。而遵守IEEE802协议8的局域网，其LLC(逻辑链路控制)子层是相同的，如果两个局域网又使用相同的网络操作系统，则可利用网桥实现互连并进行应用程序级的信息交换。网桥在两个局域网之间对数据链路层的帧进行接收、存储和转发，以实现通信。同时也可实现局域网分割，形成若干个网段。从而减少各个局域网的冲突，提高网络的数据传输率和数据安全性。也可以用于采用不同的MAC层协议，不同的传输介质和不同的拓扑结构。(2)网桥的工作原理。网桥需要进行地址识别，因此网桥具有寻址和路径选择的功能。例如，以太网使用的“透明网桥”中存有一张路径选择表，通过不断的学习，其中保存了目的结点MAC地址和输出网络之间的对应关系，当网桥收到一个数据帧时，即根据其中包含的MAC地址、源地址和目的地址，决定该帧是转发到另一个9网络还是将其删除。这种功能也称为“数据帧过滤”。下图中当以太网A中地址为103的主机向同一局域网中地址为105的主机发送数据帧时，由于广播原理，网桥也可以接收到该数据帧，但网桥在进行地址识别以后，认为不需要转发，即将该帧丢弃。这样一来，以太网B中的主机完全听不到这次广播。如果结点103主机向以太网B中203主机发送数据帧。网桥接收到该帧后进行地址识别，确定应发送到以太网B中，网桥则通过与以太网B的网络接口转发该帧。以太网B中的203主机就能接收到该数据帧。10如果局域网的种类不同，它们的MAC协议也是不同的。网桥转发还必须解决帧格式的转换问题。3．路由器(Router)(1)路由器的功能。利用路由器完成对数据分组的存储转发。网络层互连时，要求两个网络的网络层及网络层以上的高层采用相同的协议，而数据链路层和物理层采用的协议可以是不同的或者是相同的。路由器常用于局域网和广域网的连接，要完成分组的存储转发，路由器应具备的两个主要功能是：A路由选择功能。路由器能根据分组中的地址决定分组转发至哪个网络。特别是广域网中的路由器可能有多个连接的出口，如何根据网络拓扑的情况，选择一个最佳路由，以实现数据的合理传输是十分重要的。路由器能完成选择最佳路由的操作。B协议转换功能。当互连网络的网络层以下协议不相同时，路由器可以进行协议转换。除此以外，路由器还应具有流量控制、分段和组装、网络管理等功能。(2)路由器的操作过程。源端结点把上层数据在网络层(IP层)封装成一个或多个11IP分组。分组带有源IP地址与目的IP地址。分组经LLC子层和MAC子层封装后，然后经以太网传输到IP路由器。路由器接收到之后剥去LLC和MAC子层的控制信息，然后路由器的网络层检查分组的目的IP地址并查路由表，确定该分组应该的输出路径。12第二节Internet基础一、Internet发展和结构1．Internet的发展Internet是全球性的、开放性的计算机英特网。起源于美国国防部高级研究计划局(ARPA)资助研究的ARPAnet网络。最初仅用于科学研究、学术和教育领域。随着Internet的全球规模越来越大和市场需求的增长，使得Internet的发展更加迅猛。特别是，这种Internet上全新的服务模式，使得用户可以通过浏览器进入许多公司、大学或研究所的服务器系统中查询，检索相关信息。的应用达到了一个新的高潮，以至于正在改变着人们的工作、学习和生活方式。2．Internet的结构采用一种层次结构，即由Internet主干网、国家或地区主干网、地区网或局域网以及主机或服务器按层次构成。主干网是美国高级网络和服务公司(AdvancedNetwork)andServices，ANS)所建设的ANSNET。各个国家和地区建设的主干网接入ANSNET，如我国的四大互联网：中国教育科研网(CERNet)、中国公用计算机互联网(ChinaNet)、中国金桥网(GBNet)和中国科技网(CSTNet)。各个地区的区域网接入13国家或地区主干网，各单位的局域网接入地区的区域网，而内部主机和服务器则直接连到局域网上，从而构成Internet一种层次化的树型结构。二、Internet的组成主要由通信线路、路由器、主机和信息资源四大部分组成。1．通信线路通信线路是Internet的基础设施。它主要包括有线线路和无线线路两大类。有线线路如光缆、铜缆等；无线线路如无线电、卫星通信等。Internet中的路由器、计算机和其它终端设备都通过通信线路连接起来。公用数据网和各单位组建的局域网都能为其提供通信线路。2．路由器路由器是Internet中最重要的设备，是网络与网络之间的桥梁。它负责根据数据所要到达的目的地，选择最佳路径，从一个网络传送到另一个网络。要经过多个路由器转发，才能到达目的结点。在Internet中路由器也称为网关。3．主机主机是Internet中信息资源和服务的载体。按照服务器/客户机工作模式，主机可以分为服务器和客户机两类。服务器向用户提供信息资源和服务。常见的有文件服务器、服务器、FPT服务器、邮件服务器和数据库服务器等。客户机则访问信息资源和接受服务。主机可以是大型计算机、中型计算机14或微机。一般来说，服务器使用性能较高，存储容量较大的计算机，而客户机往往使用普通PC机。4．信息资源Internet上的信息资源极为丰富，内容涉及科学、经济、教育、文化、医疗卫生等诸多方面。随着Internet的发展，信息资源越来越丰富。不仅有文本，还有图片、声音和视频等多媒体信息。服务的出现，特别是搜索引擎的出现，为用户方便快捷地查找Internet上繁多的信息提供了极好的手段。三、Internet的服务Internet提供的服务很多，而且新的服务还不断推出。目前最基本的服务有：服务、电子邮件服务、远程登录服务、文件传送服务、电子公告牌、网络新闻组、检索和信息服务。1．的简称，译为万维网。是目前广为流行的，最方便的信息服务。通过超级链接实现方便的地址变换。用户查询界面友好，使用超文本(Hypertext)方式组织、查找和表示信息，摆脱了以前查询工具只能按特定路径一步步查询的限制，使得信息查询能符合人们的思维方式，以及随意地选择信息链接。目