机工社教学课件现代互联网技术与应用-第一章（杨）.pptx

现代互联网技术与应用第一章 现代互联网概述 机械工业出版社.2022本章内容本章内容l1.1 Internet的体系结构l1.2 网络层l1.3 传输层l1.4 互联网的演进2022/10/1321.1.1 Internet概述概述l互联网的定义互联网的定义：是将不同类型的网络互联在一起而形成的覆盖全球的信息基础设施l特点：特点：l采用分组交换技术l使用TCP/IP协议l接口开放、允许用户自己开发服务2022/10/13Yang Wu-Jun,xian University of Post and Telecommuniations4起源：让同一网络上的起源：让同一网络上的不同类型的计不同类型的计算机算机相互通信？相互通信？冷战催生:l1957年10月，前苏联 发射人类第一颗地球卫星，Sputnikl美国的回应：1958年1月成立DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)和NASA（National Aeronautics and Space Administration）,进行军事科学技术研发，重点在空间技术和通信技术1.1.1 Internet概述概述l管理和标准化机构管理和标准化机构：Internet Engineering Task Force:技术技术规范的研发和规范的研发和制定机构制定机构Internet Corporation for Assigned Names and Numbers：负责全球互联网运营负责全球互联网运营中中IPIP地址、域名资源，地址、域名资源，以及根和顶级域名服务器系统的以及根和顶级域名服务器系统的分配、协调和运维管分配、协调和运维管理理机构机构Internet Architecture Board：负责整个互联网的架负责整个互联网的架构和长期构和长期发展规划发展规划机构机构互联网互联网管理机构管理机构，主要职责是为与互联网发展有关，主要职责是为与互联网发展有关的标准、教育和政策等工作提供财政和法律支持的标准、教育和政策等工作提供财政和法律支持1.1.2 网络结构网络结构1、网络网络单元单元l任意具备联网功能、运行网络app、接入互联网的终端设备l通信链路：为网络设备的通信提供物理通道l把不同的网络互联在一起，并执行分组的转发和选路功能有线链路无线链路智能PC服务器笔记本电脑路由器/交换机1.1.2 网络结构网络结构2、网络结构网络结构：接入网、城域网和骨干网接入网、城域网和骨干网1.1.2 网络结构网络结构3、ISP的类型的类型l粗分为三个层次的粗分为三个层次的ISPISPl骨干层：第一层 ISP(例如：AT&T、Sprint、NTT、中国电信等),网络覆盖全国/提供国际接入。

l第二层ISP:区域 ISPl连接1个或多个第一层 ISP,也可能与其它第二层 ISP直接互联l第三层ISP：本地ISPl最后一跳网络(“access”)，是高层ISP的客户2022/10/139Internet结构结构:ISP对等互联对等互联1-9本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP本地ISP区域ISP区域ISPIXPIXP第一层 ISP第一层 ISPGoogleIXP1.1.2 网络结构网络结构ISP间的互联方式间的互联方式ISP1ISP1网络网络网络网络ISP2ISP2网络网络网络网络ISP3ISP3网络网络网络网络ISP4ISP4网络网络网络网络Internet Internet 骨干骨干骨干骨干提供商提供商提供商提供商IXP1（Ethernet或虚电路）IXP2（Ethernet或虚电路）BRBRBRBRBRBRBRBRBRBR：边界路由器，运行BGP ：ISP之间的直接对等互联1.1.2 网络结构网络结构lIXP的结构的结构l现有的IXP 95%采用Ethernet组建可管理的两层网络.采用E-APS保证网络可靠性l每个接入到IXP的 ISP 和 Internet 骨干提供商，都要在IXP所在地安装一台运行BGP的路由器。

IXP的两层网络提供ISP之间的点对点对等直连lIXP的主要peering model采用 SKA(Sender Keep All)模式1.1.2 网络结构网络结构1.1.3 互联的原理互联的原理l1 1、问题与挑战：、问题与挑战：如何把使用不同技术的异构网络互联起来？两个问题：l异构性l可扩展性 互联的原则：提供不同子网间进程的通信服务的同时，不能改变现有子网的结构编址，最大分组长度，定时，差错控制，连接控制，选路机制等）2022/10/1313337657657657657657657657654种常见的互连方式种常见的互连方式43214321143214321211432143213物理层互联：物理层互联：repeater数链层互联：数链层互联：bridge(e.g.802 MAC)网络层互联：网络层互联：routerphysicaldata linknetwork4321432122应用层互联：应用层互联：gateway.2211111.1.3 互联的原理互联的原理网络层互联：网间网的策略，又称叠加模型网络层互联：网间网的策略，又称叠加模型子网1子网2互联设备子网3网间网协议NP1NP2NP3NP3NP1NP2统一的网间网协议，来解决联网的复杂性，假设有N个异构互连，需要的是N种协议转换器，加一个网间网协议。

IP协议扮演的角色网间网协议网间网协议网间网协议1.1.3 互联的原理互联的原理1.1.3 互联的原理互联的原理l以互联网为例：以互联网为例：l叠加模型：定义一个新的逻辑网络层协议IP，将其叠加在现存物理网络的网络层之上l 全局逻辑地址：新创建一个全局的IP地址空间，来处理高效的寻址和扩展性问题1.1.4 TCP/IP体系结构体系结构l1 1、分层结构、分层结构互联网特点：互联网特点：“尽力而为尽力而为”服务模式服务模式l漏斗模型：“简单的网络，智能的终端”其设计原则是，在互联网上所有的主机和路由器都要实现IP协议，但IP仅提供最低限度的功能来支持主机到主机的分组交付l无状态结构：网络层采用无连接的数据报服务模式，网络内部不维持用户通信时的连接状态信息l接口开放：为网络应用程序开发提供了一个开放的应用编程接口API，通过这个应用编程接口，任何用户和第三方服务提供商，技术上都可不受限制地开发自己的网络应用程序1.1.4 TCP/IP体系结构体系结构18互联网协议现实中的扩展互联网协议现实中的扩展TelnetEthernetFrameRelayATMPPPHDLCIPICMP MPLSDiffServIntServ/RSVPOSPFBGP-4NATARPSNMPAAA/RadiusDHCPDNSTCPUDPRTP SCTPFTPHTTP SMTP数链层网络层传输层应用层OSS1.1.4 TCP/IP体系结构体系结构TCP/IP下信息发送示例：下信息发送示例：Web网页封装网页封装Http HeaderWeb pageTCP header.ApplicationpayloadApplicationTCPIPData linkPhysical1.1.4 TCP/IP体系结构体系结构本章内容本章内容l1.1 Internet的体系结构l1.2 网络层l1.3 传输层l1.4 互联网的演进2022/10/13201.2.1 网络层概述网络层概述l主机到主机的通信，两个基本功能：l选路与转发1.2.2 IP协议协议1 1、版本、版本4分组格式：分组格式：RFC791数据报模式：每一个分组都包含选路转发需要的全部信息。

048121619242831versionHLenTOSTotal LengthIdentifierFlagOffsetTTLProtocolChecksumSource AddressDestination AddressOptions(if any)Data2020字节字节字节字节1.2.2 IPl2.IP地址及表示法l独立于物理网络lIP地址：32bit,l标识接口（Interface）：主机/路由器与物理链路的接口地址典型的一个路由器有多个接口，主机通常有一个接口，而一个IP地址只能用来唯一地标识一个接口l“全0”代表“本”，“全1”代表“全部”l点分十进制表示法：223.1.1.1=11011111 00000001 00000001 000000012231113、分类编址、分类编址-首字节规则首字节规则总共总共l IP 地址空间地址空间:4 billionClass A:128 networks,16M hosts，1.0.0.0 126.255.255.255Class B:16K networks,64K hosts，128.0.0.0 191.255.255.255Class C:2M networks,256 hosts，192.0.0.0223.255.255.255 4、保留地址与私有、保留地址与私有IP地址地址 RFC1918中规定如下地址是私有地址：一个A类地址10.0.0.0，16个B类地址172.16.0.0172.31.0.0，256个C类地址192.168.0.0192.168.255.0 IP地址功能描述0.0.0.0主机使用DHCP协议动态获取地址的过程中，保留用该地址标识自身255.255.255.255本地广播地址，用于向当前网络所有主机广播127.0.0.1127.255.255.254Loopback，用于实验和测试，亦可代表本机（localhost）169.254.0.1169.254.255.254也称APIPA(自动私有IP地址)，用于一台主机首次连接网络时，如无法从DHCP服务器租用IPv4地址时，则创建一个APIPA地址。

定向广播地址按约定，主机部分为1的IP地址，用于向指定网络的所有主机广播网络地址按约定，主机部分为0的IP地址，保留用于代表网络自身如何获取网络地址？如何获取网络地址？lRegional Internet Registries(RIRs)lARIN(North America,Southern Africa),APNIC(Asia-Pacific),RIPE(Europe,Northern Africa)l主机如何获取IP地址?l静态手动分配lDHCP:Dynamic Host Configuration Protocol ICANN APNICISP客户客户https:/www.iana.org/https:/www.icann.org/http:/ .000网络网络ID.5、子网编址（、子网编址（RFC950）l分类编址的缺陷l两层结构的限制lA,B,C类网络规模划分不实用，大多数公司的网络多在3001000主机规模l1985年，引入子网编址，三级结构 掩码计算和表示法掩码计算和表示法 全“0”和全“1”子网的问题：考虑网络地址 10.0.0.0，假如进行了子网划分，那么如何区分它是一个A类网络 10?还是一个子网 10.0?广播地址 10.255.255.255，它是对整个网络“10”的定向广播?还是仅对子网10.255的广播?例子：子网划分例子：子网划分网络ID：200.1.10.0；默认掩码255.255.255.0l第一步：从主机部分借比特：l将网络ID 200.1.10.0，转成二进制形式如下：l1100 1000.0000 0001.0000 1010.0000 0000l1100 1000.0000 0001.0000 1010.0000 0000l第二步：确定子网掩码l1111 1111.1111 1111.1111 1111.1000 0000l255.255.255.1282022/10/1331例子：子网划分例子：子网划分l第三步：确定网络ID：l1100 1000.0000 0001.0000 1010.0000 0000l子。