第8章 局域网互联与接入.ppt

1、计算机网络应用教程第8章 局域网互联与接入,2011.01,第8章 局域网互联与接入,第8章 局域网互联与接入,8.1.1 概述,传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）是工业界标准的协议组，为跨越局域网和广域网环境的大规模互联网络设计。协议的发展历程如图8-1所示。TCP/IP始于1969年，也就是美国国防部（DoD）委任高级资源计划机构网络（ARPANET）时。ARPANET是资源共享实验的结果，其目的是在美国不同地区的各种超级计算机之间提供高速网络通信链路。,8.1.1 概述,TCP/IP协议包

2、括传输控制协议TCP和网际协议IP两部分。 1TCP协议 该协议提供了一种可靠的数据交互服务。它对网络传输只有很基本的要求，通过呼叫建立连接、进行数据发送、最终终止会话，从而完成交互过程。它从发送端接收任意长的报文（即数据），将它们分成每块不超过64KB的数据段，再将每个数据段作为一个独立的数据包传送。在传送中，如果发生丢失、破坏、重复、延迟和乱序等问题，TCP就会重传这些数据包，最后接收端按正确的顺序将它们重新组装成报文。,8.1.1 概述,2IP协议 IP协议主要规定了数据包传送的格式，以及数据包如何寻找路径最终到达目的地。由于连接在Internet上的所有计算机都运行IP软件，使具有IP

3、格式的数据包在Internet世界里畅通无阻。在IP数据包中，除了要传送的数据外，还带有源地址和目的地址。由于Internet是一个网际网，数据从源地址到目的地址，途中要经过一系列的子网，靠相邻的子网一站站地传送下去，每一个子网都有传送设备，它根据目的地址来决定下一站传送给哪一个子网。如果传送的是电子邮件，且目的地址有误，则可以根据源地址把邮件退回发信人。IP协议在传送过程中不考虑数据包的丢失或出错，纠错功能由TCP协议来保证。,8.1.2 体系结构,TCP/IP也是一种分层协议，这一点与OSI协议层次有些类似，但是并不完全相同），并且它和OSI存在着相应的对应关系。TCP/IP大约包含近10

4、0个非专有的协议，通过这些协议，可以高效和可靠地实现计算机系统之间的互联。,8.1.2 体系结构,8.1.2 体系结构,1. 各层功能 TCP/IP参考模型是四层结构，下面我们分别讨论这四层的功能： (1) 网络接口层 这是TCP/IP模型的最底层，负责接收从IP层交来的IP数据报并将IP数据报通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络上接收物理信号转换成数据帧，抽出IP数据报，交给IP层。 (2) 互联网层 互联网层的主要功能是负责相邻节点之间的数据传送。,8.1.2 体系结构,(3) 传输层 TCP/IP参考模型中传输层的作用与OSI参考模型中传输层的作用是一样的，即在源节点和目的节点的

5、两个进程实体之间提供可靠的端到端的数据传输。为保证数据传输的可靠性，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假定分组丢失，必须重新发送。 (4) 应用层 传输层的上一层是应用层，应用层包括所有的高层协议。,8.1.2 体系结构,2. TCP/IP协议的组件 3. TCP/IP实用程序 TCP/IP协议是标准的协议集，所有操作系统都提供用于TCP/IP的应用程序。Windows 2000包括3种类型的基于 TCP/IP 的实用程序。 连接实用程序：用于交互和使用各种 Microsoft 和非Microsoft主机（例如UNIX系统）上的资源。 诊断实用程序：用于检测和解决网络问题。 TCP/IP服

6、务器软件：提供基于TCP/IP的网络服务。,8.1.2 体系结构,表8-1描述了基于TCP/IP的实用程序。,8.1.2 体系结构,表8-2描述了诊断实用程序。,8.1.3 IP地址,1. IP地址的分类 为了方便IP地址的管理，IP地址的设计者将IP地址分为A、B、C、D、E类。我们用W.X.Y.Z来代表一个IP地址，看它是哪一类的，只看它的W取值在哪一类中。,8.1.3 IP地址,2. 子网掩码 子网掩码用于说明子网域在一个IP地址中的位置。这是什么意思呢？在前面叙述中，192.168.0.6是C类网络地址，网络号为192.168.0.0。但是计算机如何鉴别这些信息呢？计算机通过子网掩码来

7、鉴别IP地址的网络号。 子网掩码是由若干连续的1加上若干个连续的0组成的32位的二进制数。计算机通过将IP地址和它的子网掩码进行二进制“与”运算来得出网络号。,8.1.3 IP地址,3. IP子网划分 子网是一个逻辑概念，子网中的各主机的NetID是相同的。网段是一个物理概念，是指在物理上独立的一段网络。子网与网段之间，可以是多对多的关系。划分子网（subnetworking）的好处： 1) 混合使用多种技术，如以太网和令牌网； 2) 克服已有技术的缺陷，如超过每段中最大主机数目； 3) 通过对交通重定向和减少广播来减少网络阻塞。 (1) 标准子网掩码 A类：255.0.0.0 B类：255.

8、255.0.0 C类：255.255.255.0,8.1.3 IP地址,(2) 非标准子网掩码 借用主机ID充当网络ID的方法。 A类：255.240.0.0 B类：255.255.252.0 C类：255.255.255.224 规则：子网ID与主机ID不能全为“0”（无借位）或“1”（与掩码一样）,8.1.4 IPV6,1. IPv6标准简介 IPv6采用128位地址长度，地址几乎可以视为无限。在IPv6的设计过程中，地址短缺问题得到了完全的解决，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题，如点到点IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。 2. IPv4和IPv6比较,

9、8.1.4 IPV6,3. IPv6的地址 (1) IPv6 编址 从IPv4到IPv6最显著的变化就是网络地址的长度。RFC 2373 和RFC 2374定义的IPv6地址，有128位长；IPv6地址的表达形式一般采用32个十六进制数。 IPv6中可能的地址有3.41038个。也可以想象32位地址每位可以取16个不同的值。 在很多场合，IPv6地址由两个逻辑部分组成：一个64位的网络前缀和一个64位的主机地址，主机地址通常根据物理地址自动生成，叫做EUI-64（或者64-位扩展唯一标识）。,8.1.4 IPV6,(2) IPv6地址表示 IPv6地址为128位长，但通常写作8组，每组为四个十

10、六进制数的形式。例如： 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 如果四个数字都是零，可以被省略。例如： 2001:0db8:85a3:0000:1319:8a2e:0370:7344等价于 2001:0db8:85a3:1319:8a2e:0370:7344,8.1.4 IPV6,遵从这些规则，如果因为省略而出现了两个以上的冒号的话，可以压缩为一个，但这种零压缩在地址中只能出现一次。因此： 2001:0DB8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab等价于 2001:0DB8:0000:0000:0000:1428:57ab等价于 20

11、01:0DB8:0:0:0:0:1428:57ab等价于 2001:0DB8:0:0:1428:57ab等价于 2001:0DB8:1428:57ab都使合法的地址，并且他们是等价的。但2001:25de:cade是非法的。（这样会使得搞不清楚每个压缩中有几个全零的分组） 同时前导的零可以省略，因此：2001:0DB8:02de:0e13等价于 2001:DB8:2de:e13。,8.1.4 IPV6,如果这个地址实际上是IPv4的地址，后32位可以用10进制数表示；因此： ffff:192.168.89.9等价于:ffff:c0a8:5909，但不等价于:192.168.89.9 和 :c0

12、a8:5909。 ffff:1.2.3.4格式叫做IPv4映像地址，是不建议使用的。而:1.2.3.4格式叫做IPv4一致地址。 IPv4 地址可以很容易的转化为IPv6格式。例如，如果IPv4的一个地址为135.75.43.52（十六进制为0 x874B2B34），它可以被转化为0000:0000:0000:0000:0000:0000:874B:2B34或者:874B:2B34。同时，还可以使用混合符号（IPv4-compatible address），则地址可以为:135.75.43.52。,第8章 局域网互联与接入,8.2.1 网络互联技术,1. 网络互连的必要性 1) ISO/OSI

13、虽然问世多年，在实际运行中依然存在大量非OSI的网络，而且各种现有的特定网络并不一定都采用OSI七层模型。 2) OSI所采用的通信子网和现有的多种网络产品，它本身就决定了各种类型的通信子网一直共存下去。 3) 网络互连可以改善网络性能： 提高系统的可靠性。 改进系统的性能。 增加系统保密性。 建网方便。 增加地理覆盖范围。,8.2.1 网络互联技术,2. 网络互连的基本原理 不同目的的网络互连可以在不同的网络分层中实现。由于网络间存在不同的差异，也就需要用不同的网络互连设备将各个网络连接起来。根据网络互连设备工作的层次及其所支持的协议，可以将网间设备分为中继器、网桥、交换机、路由器和网关。,

14、8.2.1 网络互联技术,(1) 中继器 工作在物理层的网间设备主要是中继器。用于扩展网络传输的长度，实现两个相同的局域网段间的电气连接。它仅仅是将比特流从一个物理网段复制到另一个物理网段，而与网络所采用的网络协议（如TCP/IP、IPX/SPX、NETBIOS等）无关。物理层的互连协议最简单，互连标准主要由EIA、ITU-T、IEEE等机构制定。 (2) 交换机、桥接器（或桥） 交换机或网桥可以将两个或多个网段，如果信息不是发向桥所连接的网段，则桥可以过滤掉，避免了网络的瓶颈。局域网的连接实际上是MAC子层的互连，MAC桥的标准由IEEE802的各个分委员会开发。,8.2.1 网络互联技术,

15、(3) 路由器 工作在网络层的网间设备主要是路由器。路由器提供各种网络间的网络层接口。路由器是主动的、智能的网络结点，它们参与网络管理，提供网间数据的路由选择，并对网络的资源进行动态控制等。路由器是依赖于协议的，它必须对某一种协议提供支持，如IP、IPX等。路由器及路由协议种类繁多，其标准主要由ANSI任务组X3S3.3和ISO/IEC工作组TC1/SC6/WG2制定。 (4) 网关 工作在第三层以上的网间设备称为网关，它的作用是连接两个或多个不同的网络，使之能相互通信。这种“不同”常常是物理网络和高层协议都不一样，网关必须提供不同网络间协议的相互转换。最常见的如将某一特定种类的局域网或广域网

16、与某个专用的网络体系结构相互连接起来。,8.2.1 网络互联技术,3. 网络互连的类型 (1) LAN-LAN互连 属于较近距离的LAN互连，如校园网（各建筑物间）、各楼层间LAN的互连。 (2) LAN-WAN互连 属于小区域范围内LAN与WAN互连，主要解决一个小区域范围内相邻的几个楼层或楼群之间以及在一个组织机构内部的网络互连，扩大了数据通信的连通范围，可使不同单位或机构的LAN连入范围更大的网络体系中。 (3) WAN-WAN互连 属于不同地区网络的互连，主要使用路由器来实现。,8.2.2 网络接入技术,1. 拨号连接 拨号接入业务是用户通过拨打特服电话接入中国公众计算机网（CHINA

17、NET）的一种低速上网方式。 2. ADSL接入 ADSL的全称是Asymmetrical Digital Subscriber Loop，即非对称数字用户环路。ADSL技术是运行在原有普通电话线上的一种新的高速宽带技术，它利用现有的一对电话铜线，为用户提供上、下行非对称的传输速率（带宽）。非对称主要体现在上行速率（最高640Kbps）和下行速率（最高8Mdps）的非对称性上。,8.2.2 网络接入技术,3. HFC接入 HFC的全称是Hybrid FiberCoaxial，即光纤和同轴电缆相结合的混合网络。HFC接入方式是基于有线电视网络提供的。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网

18、络三部分组成，从有线电视台出来的信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。,8.2.2 网络接入技术,4. DDN接入 DDN的全称是Digital Data Network，即数字数据网络。DDN是随着数据通信业务的发展而迅速发展起来的一种新型网络。DDN的主干网传输媒介有光纤、数字微波、卫星信道等，到用户端多使用普通电缆和双绞线。,第8章 局域网互联与接入,8.3.1 路由器概述,1. 路由器的特点和功能 (1) 路由器的特点 1）路由器是在网络层上实现多个网络之间互连的设备； 2）路由器为两个或3个以上网络之间的数据传输解决最佳路

19、径选择； 3）路由器与网桥的主要区别是：网桥独立于高层协议，它把几个物理子网连接起来，向用户提供一个大的逻辑网络；路由器是从路径选择角度为逻辑子网的节点之间的数据传输提供最佳的路线； 4）路由器要求节点在网络层以上的各层中使用相同或兼容的协议。,8.3.1 路由器概述,(2) 路由器的功能 1）连接功能。 提供不同网络（如通信、类型、速率或接口）的连接，而且在不同网段之间定义了网络的逻辑边界，从而将网络分成各自独立的广播网域。 2）网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能。 通过对每一种网络层协议建立的路由表来判断目的地址、最佳路由以及数据过滤和特定数据的转发。 3）设备管理。 可通过软件协议

20、本身的流量控制参量来控制其转发的数据的流量，以解决拥塞问题；还提供对网络配置管理、容错管理和性能管理的支持。,8.3.1 路由器概述,2. 路由器的相关概念 (1) 静态路由和动态路由 静态路由选择是通过网络管理员设置路由表来完成某条网络链路是否关闭。 动态路由器通过监控网络变化决定是否自动更新路由表重新配置网络路径。 (2) 路由表 路由表是指记录相邻路由器的地址和状态信息的数据库。 静态路由表由网络管理员手工建立，一旦形成，到达某一目的网络的路由便固定下来。若一旦路由出现故障，即使存在其它路由，IP数据报也不能传送到目的地。 动态路由表是网络中的路由器相互自动发送路由信息而动态建立的。,8

21、.3.1 路由器概述,8.3.1 路由器概述,3. IP数据报的传输 前面讲述了路由器的概念和路由器的路由选择方法，若网络中有两台主机A与B要进行通信，即存在IP数据报的传输。,8.3.1 路由器概述,4. 路由协议 路由协议主要是基于路由器的IP路由协议，即路由器之间进行通信的一种规则，目的是使网络中的各个设备能够“看到”完整的网络拓扑结构，从而找到到达目的地的最佳路径。 (1) 路由信息协议RIP RIP根据源节点与目的节点之间的路由器或路程段的数目（即跳数hop count，定义每经过一个路由器则跳数加1）来决定发送数据包的最佳途径（跳数越少越好，不考虑带宽、可靠性）。 RIP协议规定一

22、条路由最多只能有15跳，即15个路由器，若多于此值则认为是不可到达的。RIP协议的IP路由器每隔30s向相邻的路由器广播自己的整个路由表，默认超时为180s，若在180s内没有相邻路由器的更新路由表则认为不可到达。,8.3.1 路由器概述,(2) 开放最短路径优先OSPF OSPF把两个路由器之间的链路状态信息广播给网络中所有的路由器，每个路由器再把所有下信息收集起来，形成整个网络的拓扑结构，采用Dijkstra最短通路算法产生各自的路由表。 OSPF规定，每两个相邻路由器每隔10s交换一次短报文（Hello报文），若40s内没有收到则认为是不可到达，应立即修改链路状态数据库来重新计算路由表。

23、链路状态的修改只涉及路由器链路状态报告而不是整个路由表，并且只当链路状态发生变化时才进行，同时OSPF信息是通过直接使用IP数据报发送的，这样数据报短就减少了路由信息的通信量。,8.3.1 路由器概述,(3) 内部网关路由协议IGRP IGRP是Cisco公司发布的一种距离向量路由协议，每隔90s广播发送路由更新信息，类似与RIP协议，当存在很多显著的特点： IGRP没有RIP的15个跳数的限制； 具有负载均衡功能，能在不同网络之间同时使用多条路由（最多6条）； 使用综合参数的路由度量方式，可获得比RIP更好的路径。,8.3.1 路由器概述,(4) 边界网关协议BGP BGP数一种外部网关协议，用于在不同自治系统的路由器之间交换路由信息。1989年首次公布，常用的是1994年的BGP4，最新版本为BGP+。 BGP工作在TCP层可以在一定程度上保证传输的可