第4章因特网的组成1

4.4因特网的组成4.4.1网络互连与TCP/IP协议4.4.2因特网的主机及域名4.4.3因特网的接入24.4因特网的组成4.4.1网络互连与TCP/IP协议（1）TCP/IP协议(栈)（2）IP协议（IP地址和IP数据报）（3）路由器和IP数据报的传输34.4因特网的组成(1)TCP/IP协议44.4因特网的组成异构网络的互连技术网络互连的基本构件：各种不同类型的局域网和广域网必须解决的问题：1)所有计算机应统一编址2)传输的数据包格式应该统一解决方案：采用统一的网络通信协议——TCP/IP使用的网络互连设备：路由器TCP/IPEthernetFDDICSMA/CD10M-10G令牌100MATM面向连接100M-2GX.25（光纤、微波、卫星、同轴、电话、双绞线）虚电路广域网局域网路由器路由器路由器局域网主机A主机C主机D主机B局域网54.4因特网的组成什么是TCP/IP协议？TCP/IP是网络互连的工业标准，它包含了100多个协议，其中：TCP（传输控制协议)和IP(网际协议)是两个最基本、最重要的协议4321网络接口和硬件层(以太网,FDDI,X.25,ATM等)网络互连层（IP）传输层（TCP或UDP）应用层(SMTP,HTTP,FTP等)如电子邮件、HTML文档等应用数据应用数据转换为1个或多个TCP数据段或UDP数据段TCP或UDP数据报封装为IP数据报IP数据报封装为以太网信息帧或ATM信元后进行传输负责把数据封装为TCP或UDP数据报，在两个应用程序之间传送数据负责把数据封装为IP数据报，并负责把IP数据报从发送方计算机通过物理网络传送到接受方计算机负责将IP数据报封装成能在物理网络（局域网、广域网）中传输的帧，并进行传输应用程序与应用程序之间通信时使用的协议64.4因特网的组成例:浏览网页时使用的TCP/IP协议4321网络接口和硬件层(以太网)网络互连层（IP）传输层（TCP协议）应用层(HTTP协议)HTML文档（网页）HTML文档转换为多个TCP数据报TCP数据报封装为IP数据报IP数据报封装为以太网信息帧进行传输浏览器使用HTTP协议向Web服务器请求网页网页所对应的HTML文档拆分并封装为若干个TCP数据报，由Web服务器一个一个地进行发送负责把每个TCP报封装为IP数据报，在路由器之间进行传送，直到目的计算机所在局域网连接的路由器为止路由器负责将IP数据报封装成以太网帧，在局域网中传输给浏览器74.4因特网的组成TCP/IP主要特点1、适用于多种异构网络的互连2、确保可靠的端-端通信3、与操作系统紧密结合4、既支持面向连接服务（TCP—可靠的数据传输）也支持无连接服务（UDP——不保证数据传输的可靠性，尽力而为地进行快速数据传输）84.4因特网的组成（2）IP地址和IP数据报94.4因特网的组成因特网上的计算机如何统一编址？因特网上的每台计算机使用“IP地址”作为其标识IP地址的特点：惟一性：网络上的每台计算机都有一个与众不同的惟一的IP地址简明性：所有地址的长度都是32个二进位IP地址的格式：包含类型号、网络号和主机号3个部分A类地址B类地址C类地址主机号（24位）网络号0主机号(8位)网络号011主机号（16位）网络号01指明计算机所属网络的编号指明计算机在该网络中的编号指明该IP地址的类型：分为A,B,C,D,E五类IP地址104.4因特网的组成5类IP地址的具体格式01234310111组播地址D类01234311111备用E类00181631网络号主机号A类（超大型网络,拥有大量主机(≤16777214)，只有不超过126个网络可获得A类地址）012163101网络号主机号B类（规模适中的网络(≤65534台主机)使用B类地址，首字节大于等于128但小于192）01232431011网络号主机号C类（用于主机不超过254台的小型网络，其IP地址的首字节大于等于192但小于224）两个特殊的IP地址：主机号为“全0”的IP地址，称为网络地址，用来表示整个一个网络主机号为“全1”的IP地址，称为直接广播地址，指整个网络中的所有主机114.4因特网的组成IP地址的“点分十进制”表示IP地址是一个32位的地址码，书写和记忆很不方便“点分十进制”表示：用4个十进制数来表示一个IP地址，每个十进制数对应IP地址中的8位(1个字节)，相互间用小数点“．”隔开。例如：26.10.35.4800011010000010100010001100110000A类地址130.24.35.6810000010000110000010001101000100B类地址202.119.23.1211000110011101110001011100001100C类地址点分十进制表示二进制表示IP地址类型IP地址首字节取值网络号取值举例A类1126112661.155.13.142B类128191128.0191.255128.11.3.31C类192223192.0.0223.255.255202.119.36.12A、B、C三类IP地址的十进制表示：124.4因特网的组成附：关于子网掩码三类IP地址的默认子网掩码：A类地址:255.0.0.0B类地址：255.255.0.0C类地址:255.255.255.0例：若某主机IP地址为：202.119.36.12（C类地址）它的子网掩码为：255.255.255.0两者的二进制码进行逻辑乘，其结果就是网络号为：202.119.36.0（前24位）134.4因特网的组成IP数据报的格式相互连接的异构网络，它们使用的数据包（或帧）格式互不兼容，因此不能直接将一个网络送来的包传送给另一个网络解决方法：IP协议定义了一种独立于各种物理网的统一的数据包格式，称为IP数据报（IPdatagram）IPv4数据报格式：头部03478151631数据区数据(最少1B，包含头部最大64KB）接收IP数据报的主机IP地址32bit发送IP数据报的主机IP地址32bit数据报总长度16bit服务类型头部长度版本号标志片偏移13bit头部检验和16bit生成时间8bit协议8bit标识16bit可选字段（长度可变）填充源地址和目的地址有效载荷校验信息144.4因特网的组成（3）路由器如何工作？154.4因特网的组成路由器的作用与连接路由器是一种能够连接异构网络的分组交换机，其作用是：按照路由表在网络之间转发数据包根据需要对数据包的格式进行转换路由器的IP地址设置：当路由器某端口连接一个物理网络时，该端口应分配IP地址该端口的IP地址，其网络号必须与所连接物理网络的网络号相同例：78.0.0.15223.240.129.17223.240.129.2223.240.129.5131.108.99.5131.108.99.2网络地址78.0.0.0A类网络网络地址131.108.0.0B类网络FDDI广域网网络地址223.240.129.0C类网络R1R2主机A主机B1212164.4因特网的组成路由器的工作过程工作过程：发送端计算机将数据封装成IP数据报的形式，发送给路由器路由器接收到IP数据报之后，根据IP数据报中目的地主机的IP地址，查找路由表，选择转发路径根据下个网络所使用的协议，将IP数据报封装成相应的数据包（帧）格式，送入缓冲器中排队在数据链路空闲时将数据包转发到另一网络若目的地计算机就在该网络上，则送达计算机，否则再传送给下一个路由器进行处理例：主机A=主机B223.240.129.1778.0.0.15223.240.129.2FDDI广域网131.108.99.5R1R2131.108.99.2223.240.129.5主机A主机B1212174.4因特网的组成IP数据报传输过程1主机A完成的操作：地址解析（AddressResolution）将主机A的IP地址131.108.99.2和路由器R1端口1的IP地址131.108.99.5转换为所在以太网的MAC地址将IP数据报“封装”为以太网帧通过以太网将该帧发送到路由器R1的端口1IP头部数据头部尾部主机A和路由器R1端口1的MAC地址以太网帧数据主机A和主机B的IP地址IP数据报IP头部IP地址131.108.99.2131.108.99.3131.108.99.4131.108.99.5131.108.99.6131.108.99.7MAC地址0A:07:4B:12:82:360A:9C:BC:71:32:8D0A:11:9A:68:01:990A:07:82:90:CC:1F0A:77:76:EF:03:280A:82:8F:5A:BE:FA184.4因特网的组成IP数据报传输过程2路由器R1完成如下操作：接收主机A发来的以太网帧，取出IP数据报进行分析根据目的地主机的网络号查找路由表，得知应向端口2转发IP数据报（下一跳地址为端口2）由于端口2连接的是FDDI网，因此进行地址解析：将路由器R1端口2的IP地址223.240.129.2和主机B的IP地址223.240.129.5转换为所在FDDI网的物理地址将IP数据报封装成FDDI帧并通过FDDI网发送到主机B（路由器R1的端口2主机B）数据头部尾部路由器R1端口2和主机B的物理地址FDDI帧IP头部IP头部数据头部尾部主机A和路由器R1端口1的MAC地址以太网帧194.4因特网的组成IP数据报传输过程3主机B完成的操作：接收路由器R1发送来的FDDI帧从FDDI帧中取出IP数据报交给上层协议处理TCP/IP协议的数据封装示意图：应用层传输层网络互连层物理帧尾部应用程序数据TCP头部IP头部帧头部应用程序数据如网页、邮件生成应用程序数据TCP头部TCP数据报UDP数据报生成IP数据报应用程序数据TCP头部IP头部生成网络接口与硬件层204.4因特网的组成4.4.2因特网的主机及域名214.4因特网的组成因特网的发展过程因特网(互联网)是将遍布世界各地的计算机网络互连而成的一个超级计算机网络简史：起源于1969年的美国国防部ARPANET计划(4个大学互连)1971：扩展至15个节点1982：确定TCP/IP协议作为网络互连标准1991：TimBerners-Lee推出World-WideWeb()20世纪90年代起，美国政府机构和公司的计算机也纷纷入网，并迅速扩大到全球约100多个国家和地区TimBerners-Lee224.4因特网的组成Internet用户数目的增长(Source：联合国)2005年7月，联网主机数目已达3.5亿台234.4因特网的组成因特网主机的IP地址及其域名因特网采用TCP/IP协议由大量网络和计算机互连而成，网络中的每一台主机都有一个IP地址IP地址用4个十进制数字来表示，不便记忆和使用因特网采用域名(domainname)作为IP地址的文字表示，易用易记。例如：南京大学的地址是：202.119.32.7它对应的域名是：用户可以按IP地址访问主机，也可按域名访问主机主机IP地址与域名的关系：一个IP地址可对应多个域名，一个域名只能对应一个IP地址主机从一个物理网络移到另一个网络时，其IP地址必须更换，但可以保留原来的域名。244.4因特网的组成因特网域名的结构域名的格式：5级域名.4级域名.3级域名.2级域名.顶级域名举例：中国南京大学校园网服务器的域名为:服务器的域名为:主机名.网络名.机构名美国通常不使用国家代码作为第一级域名，其他国家一般采用国家代码作为第一级域名254.4因特网的组成因特网域名命名规则只许使用字母、数字和连字符，