第4章4.3 互联网的组成

4.3互联网的组成4.3.1网络分层结构与TCP/IP协议4.3.2IP协议与路由器4.3.3互联网的发展及其结构4.3.4互联网的接入选讲4.3.1网络分层结构与

TCP/IP协议（1）网络的分层结构（2）TCP/IP协议(栈)（1）网络的分层结构文件处理模块主机

甲主机

乙文件处理模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块物理通信网络网络接口网络接口计算机网络为什么要划分层次？例：主机甲通过网络向主机乙传送一个文件，甲乙双方均划分为三层，其分工为：从指定位置处读出文件，然后交给下层模块进行发送把文件保存到指定的文件夹中将文件分成一个个包，交给下层模块传输将一个个包组装成文件负责完成与具体物理网络的接口，将数据包转换成帧，按帧在物理网上传输从物理网上接收帧，将数据帧转换成数据包计算机网络分层的优点优点：各层之间是独立的灵活性好结构上可分割开易于实现和维护能促进标准化工作划分为多少层？若层数太少，就会使每一层太复杂。若层数太多，描述和综合各层功能时太繁琐国际标准（7层）互联网标准（4层）(2)TCP/IP协议(栈)计算机网络的分层结构中，不同计算机的同一层必须共同遵循相同的规则和约定，才能正确地进行数据通信，这些规则和约定就是网络协议现在大多数局域网和互联网，都采用发源于美国国防部的TCP/IP协议系列什么是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4.3.2IP协议和路由器（IPv4）互联网上的计算机如何统一编址？互联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：包含网络号和主机号

2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由网络号中的最高1～4位指明该IP地址的类型：分为A,B,C,D,E五类IP地址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，指该网络中的所有主机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：00011010000010100010001100110000A类地址10000010000110000010001101000100B类地址11000110011101110001011100001100C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

126 B类128

191128.0

191.255 C类192

223192.0.0

223.255.255 A、B、C三类IP地址的十进制表示：例：网络类型、网络号和IP地址红色表示网络号主机IP地址A类网络C类网络路由器路由器路由器B类网络B类网络选讲：

什么是子网？考虑：小型网络越来越多（只有几十台主机，有的甚至只有2、3台计算机），如果这些小网络也占用一个网络号，地址空间浪费太大。为此引入了“子网”的概念子网：把标准IP地址中的主机号划分成“子网号”和“主机号”两部分,也就是把一个大网划分成若干小一些的“子网”例如：对于C类地址中的8位主机号：划出2位作为子网号，那么2个子网的每一个均可容纳62台主机划出3位作为子网号，那么6个子网中每个可容纳的主机减少为30台(注：全0和全1通常不能作为子网号)主机号网络号（标准IP地址）网络号主机号子网号（子网IP地址）选讲：

关于子网掩码子网掩码——一个32位的代码，其中与IP地址中网络号、子网号对应位置处的二进位是“1”，与主机号对应位置处的二进位是“0”三类IP地址的默认子网掩码：A类地址:B类地址：C类地址:子网掩码的用途：从IP地址中分离出网络号和子网号方法：使用子网掩码与IP地址进行逻辑乘例1：若某主机IP地址为：（C类地址）它的子网掩码为：两者逻辑乘结果＝网络号＝

（前24位）例2：若某主机IP地址为：212.16.2.120（C类地址）它的子网掩码为：逻辑乘结果＝网络号＝110101000001000000000010

01110000(前28位)选讲：动态主机配置协议DHCP路由器运行DHCP服务器软件，监听着局域网中的客户机有无DHCP请求当设置为“自动获取IP地址”的客户机开机时，路由器会收到DHCP请求，于是为客户机分配配置参数（包括IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器等数据）3种IP地址分配方式：自动分配：例如TP-LINK无线路由器，一般是从开始进行分配，直至为止。客户机分配到IP地址之后，就固定使用该地址；手工分配：用户自行选择~中的IP地址；动态分配：DHCP服务器分配到的IP地址租约到期后，客户机就要释放这个IP地址，供DHCP服务器分配给其它客户机使用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选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机乙应用程序把需要传送的文件交给应用层文件数据5432154321主机

甲AP2AP1主机乙应用层把文件数据加上应用层首部，成为应用层PDU，交给传输层H5文件数据选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机

乙传输层加上首部，成为传输层报文(TCP报文或UDP报文)，交给网络层H4H5文件数据选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机

乙网络层加上首部成为IP数据报(IP分组)，然后交给数据链路层H3H4H5文件数据选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机乙链路层再加上链路层的首部，成为数据链路层的帧，交给物理层进行传送H3H4H5文件数据H2选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321物理传输媒体主机

甲AP2AP1电信号(或光信号)在物理媒体中传播,从发送端物理层传送到接收端物理层主机

乙传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层应用层选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机甲AP2AP1主机乙物理层接收到比特流，上交给数据链路层H3H4H5文件数据H2选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机

乙数据链路层剥去帧的首部，取出数据部分，上交给网络层H3H4H5文件数据选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机乙网络层剥去首部，取出数据部分上交给传输层H4H5文件数据选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机乙传输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层H5文件数据选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机甲AP2AP1主机

乙应用层剥去首部，取出文件数据上交给应用程序文件数据选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程5432154321主机

甲AP2AP1主机乙我收到了

AP1

发来的文件！选讲：采用TCP/IP协议时

主机甲向主机乙传送文件的过程网络互连与路由器异构网络如何互连？为了把不同类型的网络互连成一个统一的网络，必须解决：所有计算机应统一编址传输的数据包格式应该统一···解决方案：统一采用TCP/IP协议！使用的网络互连设备：路由器EthernetFDDIATM(a)实际的物理网络IP路由器主机主机主机主机主机主机主机主机(b)用户所看到的网络多个异构网络互连而成的计算机网络主机主机主机主机主机主机主机主机TCP/IPEthernetFDDICSMA/CD令牌ATM面向连接X.25（光纤、微波、卫星、同轴、电话、双绞线）虚电路不同的链路层不同的物理层统一的应用层、传输层和网络层路由器的功能在两个物理网络之间转发IP数据报（主机A→主机B）：若主机B在网络2中，主机A将IP数据报发送给路由器后，路由器通过查找转发表得知，由路由器直接发给B若主机B不在网络2中，则主机A将IP数据报发给路由器后，路由器通过查找转发表得知，再将IP数据报转发给另一个路由器网络接口层主机A主机B路由器网络2网络14321传输层应用层网络互连层网络互连层网络接口层网络接口层传输层应用层网络互连层4321路由器的作用与IP地址设置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IP地址的网络号，必须与所连接物理网络的网络号相同例：

网络地址

A类网络网络地址B类网络FDDI广域网网络地址C类网络R1R2主机A主机B1212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B

FDDI广域网R1R2

主机A主机B1212路由器设备路由器是连接两个或多个计算机网络的设备，它安装在两个或多个网络的交汇处路由器之间通过路由协议进行通讯，它能创建和维护各自的路由表。路由表存储了去往其他网络的最佳路径互联网中有2类路由器：核心路由器（corerouter）：只负责与其他路由器之间（例如ISP的网络）传递数据边缘路由器（edgerouter）：将客户连接到Internet大型核心路由器无线网络路由器4.3.3互联网的发展及组成Internet,internet与intranetInternet(开头的“I”是大写字母)专指前身为美国ARPA网、使用IP协议将各种实体网络连结而成的逻辑上的单一网络internet(开头的“i”是小写字母)可以是任何分离的实体网络之集合，它们以一组通用的协议互连成为逻辑上的单一网络Internet的中文名：大陆：互联网、因特网或者英特网台湾：網際網路港澳：互聯網注意与internet的区别Intranet：内部网，是一个使用与互联网同样技术的计算机网络，通常创建在一个企业或组织的内部并只为其成员提供服务Internet是影响最大的IT技术电话机、收音机、电视机、计算机、Internet、手机、…对人们的生活、工作、思维及社会、经济等产生全面影响！从一种技术发明到推广普及至5000万人，电话用了近100年，收音机用了38年，电视用了15年，而Internet仅用了5年。Internet是近60年来影响最大的IT技术!互联网的发展过程互联网发展的3个阶段：第1阶段：起源于1969年美国国防部的ARPANET网(4个大学互连)，1983年确定TCP/IP协议作为ARPANET的标准协议第2阶段：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，建成了由主干网、地区网和校园网（或企业网）三级结构组成的互联网第3阶段：迅速扩大到全球约100多个国家和地区，逐渐形成了多层次ISP结构的互联网，出现了互联网服务提供商（ISP）

TimBerners-Lee互联网的2大组成部分边缘部分由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享互联网的核心部分互联网的边缘部分主机网络路由器

核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成，他们是为边缘部分服务的（提供连通性和交换）基于ISP的多层结构的互联网一级ISP一级ISP第一层

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP政府网家庭网企业网校园网第二层

ISP第二层

ISPNAPNAPAB第一层

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一层

ISP第一层第二层第三层本地

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第二层

ISP本地

ISP本地

ISP第二层

ISP互联网服务提供商ISP无论是单位的计算机网络，还是个人的一台计算机，如要接入互联网，必须通过互联网服务提供商（ISP）。ISP（例如：江苏电信、南京广电、CERNET等）：拥有自己的通信线路拥有从互联网管理机构申请得到的许多IP地址用户计算机若要接入互联网，必须获得ISP分配的IP地址：对于单位用户，ISP通常分配一批地址（如一个或若干个C类网络号），单位的网络中心再对网络中的每一台主机指定其子网号和主机号，使每台计算机都有固定的IP地址对于个人用户，ISP一般不分配固定的IP地址，而采用动态分配的方法。即上网时由ISP的DHCP服务器临时分配一个IP地址，下网时立即收回给其他用户使用。Internet用户数目的增长(Source：联合国)截止到2014年，全球互联网用户数目已达30亿，其中，中国网民数目已超过6亿（平均每周使用互联网至少1小时的中国公民）.互联网主机的IP地址及其域名互联网采用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，不便记忆和使用互联网采用域名(domainname)作为IP地址的文字表示，易用易记。例如：南京大学的WWW服务器的IP地址是：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地址国家/地区名机构名网络名主机名互联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

.nju.edu.cn

主机名.网络名.机构名.国家名美国哈佛大学校园网

harvard.edu

主机名.网络名.机构名选讲：

互联网域名命名规则只许使用字母、数字和连字符，以字母或数字开头并结尾，域名总长度不超过255个字符顶级域名规定：国际顶级域名，int（国际组织）国家顶级域名，例：cn（中国），uk（英国）通用顶级域名<机构名>：com（营利性组织），net（网络服务机构），美国专用：org，edu，gov，mil等我国对二级域名的规定：机构类别域名：

ac科研机构，com企业，net网络服务机构，

org非营利性组织，edu教育机构，gov政府部门行政区域域名：例：bj北京，sh上海，js江苏选讲：

互联网的域名空间为避免域名重复，互联网的域名空间划分为许多不同的域，每个域又分若干子域，从而构成互联网的域名空间cnedunju互联网域名空间milgovcomnetorgukedu根intacnetseutsinghuapkuwwwbbscs……顶级域名二级域名三级域名四级域名cctvwww选讲：

域名系统与域名服务器域名系统（DomainNameSystem，DNS）将主机域名翻译为主机IP地址的软件，它是一个分布式数据库系统。域名服务器（DomainNameServer，DNS）运行域名系统软件的一台服务器

每个互联网服务提供商(ISP)或校园网都有一个域名服务器，它用于实现入网主机域名与IP地址的转换为实现域名的查找，需要在本地网域名服务器与上级网的域名服务器之间建立链接4.3.4互联网的接入城域网在互联网接入中起重要作用什么是城域网？以高速光纤传输网为平台，与国家主干网连接，提供宽带IP出口采用多种宽带和窄带接入技术，构成不同的接入网，实现互联网接入服务，满足人们访问互联网的需求汇聚点(POP)汇接接入网的流量，进行数据的转发与交换接入网的作用：使用各种不同接入技术，解决“最后一公里”问题：

●电话拨号接入 ●ADSL接入

●有线电视接入 ●光纤接入●无线接入POP宽带主干网接入网用户用户用户POP用户用户用户用户接入网国家网主干接入技术1：电话拨号接入(现很少使用)通过本地公用电话网接入计算机网络设备：电话MODEM（调制解调器）技术原理：数字调制最高传输速率：56Kbps把计算机送出的数字信号调制成为适合于在用户线上传输的音频模拟信号把从电话线接收到载波信号恢复成数字信号送给计算机MODEM本地电话网MODEM计算机网络音频模拟信号计算机数字信号互联网服务提供商(ISP)计算机用户数字信号缺点：传输速率低每次都要拨号上网时不能通电话费用不便宜接入技术2：ADSL不对称数字用户线(ADSL):也通过本地公用电话网接入计算机网络配置：

ADSLModem

以太网网卡原理：频分多路复用+数字调制传输速率：上传:64kbps～256kbps下行速度:1～8Mbps频率25.875kHz1.104MHz上行通道下行通道语音频道4.3125kHz的子通道4kHz224个下行子通道26个上行子通道138kHz(1)上网和通话互不影响(2)不需要缴付额外的电话费(3)传输速率可根据线路情况调整电话机PC机以太网卡（住户）ADSLMODEM电话交换机计算机网(ISP)（电话局）ADSLMODEM分离器(滤波器)电话机滤波器电话线接入技术3：有线电视网接入有线电视已广泛采用光纤同轴电缆混合网(HybridFiberCoaxial，简称HFC)进行信息传输:主干线路采用光纤连接到小区然后用同轴电缆以总线方式接入用户需要以太网卡和电缆调制解调器（CableMODEM）CableMODEM的基本原理与ADSL相似，以频分多路复用的方式工作小区内多个用户共享信道有线电视网络（HFC）住户分频器共享信道同轴电缆CableMODEM(1)上网和电视互不影响(2)传输速率受并发用户数目多少的影响接入技术4：光纤接入使用光纤作为计算机接入网络的主要传输介质,分为：光纤到小区（FTTZ）：将光网络单元放置在小区，为整个小区服务光纤到大楼（FTTB）：将光网络单元放置在大楼内，以每栋楼为单位，提供高速数据通信、远程教育等宽带业务，主要为单位服务光纤到家庭（FTTH）：将光网络单元放置在楼层或用户家中，由几户或1户家庭专用，为家庭提供宽带业务“光纤到楼、以太网入户”（FTTx+ETTH）的原理：小区核心交换机城域网骨干交换机ONU光网络单元光纤双绞线双绞线光纤城域网楼道交换机接入技术5：无线接入4种无线接入技术的比较注：我国3G移动通信有3种技术标准（中国移动的TD-SCDMA、中国电信的CDMA2000和中国联通的WCDMA），他们各自使用专门的上网卡，相互并不兼容。接入技术使用的接入设备数据传输速率说明无线局域网(WLAN)接入Wi-Fi无线网卡，无线接入点11Mbps～100Mbps必须在安装有接入点（AP）的热点区域中才能接入GPRS移动电话网接入GPRS无线网卡或GSM手机56kb/s～114kb/s方便，有手机信号的地方就能上网，但速率不快、费用较高3G移动电话网接入3G无