计算机网络技术第6章PPT文档格式.ppt
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X.25最高速率可达64kb/s,若负载太大,则速率将降到56kb/sLAN上用户要存取X.25网上资源时,要用X.25路由器,将LAN引入X.25网络。
一个X.25路由器包括硬件和软件部分。
路由器通常用LAN上一台工作站充当。
X.25的层次关系:
用户数据在X.25的分组层(相当于网络层)加上X.25的首部控制信息后,便组装成X.25分组;
在数据链路层使用的是HDLC的一个子集平衡型链路接入规程LAPB;
在分组层DTE与DCE之间建立多条逻辑信道(04095号),使一个DTE同时和网上其他多个DTE建立虚电路并进行通信;
X.25还规定了在经常需要进行通信的两个DTE之间可以建立永久虚电路。
这些虚电路号和分组序号等控制信息都写在X.25分组的首部中。
X.25协议与IP协议的比较:
IP协议是无连接的,只提供尽最大努力交付的数据包服务,无服务质量可言;
X.25协议是面向连接的,能够提供可靠交付的虚电路服务,能保证服务质量。
正因为X.25能够保证服务质量,所以在20多年前,它曾经是颇受欢迎的一种计算机网络。
到了20世纪90年代,情况发生了很大的变化。
通信主干线路已经大量使用光纤技术,数据传输质量大大提高,使得误码率降低几个数量级,而X.25十分复杂的数据链路层协议和分组层协议已经成为多余。
6.1.4.2帧中继在20世纪80年代后期,许多应用都迫切要求增加分组交换服务的速率。
帧中继(FrameRelay,简称FR)就是一种支持高速交换的网络技术。
帧中继在许多方面非常类似于X.25,被称为第二代的X.25。
今天的数字光纤网比早期的电话网具有低得多的误码率,若减少节点对每个分组的处理时间,则各分组通过网络的时延也可减少,同时节点对分组的处理能力也就增大了,帧中继是一种减少节点处理时间的技术。
帧中继的原理是:
帧中继不使用差错恢复和流量控制机制,当帧中继交换机收到一个帧的首部时,只要一查出帧的目的地址,就立即进行转发。
因此在帧中继网络中,一个帧的处理时间比X.25网约降低一个数量级。
这样,帧中继网络的吞吐量要比X.25网络提高一个数量级以上。
那么,出现差错如何处理呢?
处理办法是:
当检测到有误码时,节点要立即中止这次传输。
当中止传输的指示到达下个节点后,下个节点也立即中止该帧的传输,并丢弃该帧。
若需要重传出错的帧,则由源站使用高层协议(而不是帧中继协议)请求重传该帧。
因此,仅当帧中继网络本身的误码率非常低时,帧中继技术才是可行的。
那么帧中继网络的工作过程是怎样的呢?
当用户在局域网上传送的MAC帧传到与帧中继网络相连接的路由器时,,路由器就剥去MAC帧的首部,将IP数据包交给路由器的网络层。
网络层再将lP数据包传给帧中继接口卡。
帧中继接口卡把IP数据包封装到帧中继的信息字段,加上帧中继帧的首部(包括帧中继的标志字段和地址字段,帧中继的标志字段和PPP帧的一样),进行CRC检验后,加上帧中继帧的尾部(包含帧检验序列字段和标志字段),就构成了帧中继帧。
帧中继接口卡将封装好的帧通过向电信公司租来的专线发送给帧中继网络中的帧中继交换机。
帧中继交换机收到帧中继帧,就按照地址字段中的虚电路号转发帧(若检查出有差错,则丢弃)。
当帧中继帧被转发到虚电路的终点路由器时,终点路由器就剥去帧中继帧的首部和尾部,加上局域网的首部和尾部,交付给连接在此局域网上的目的主机。
目的主机若发现有差错,则报告上层的TCP协议处理。
即使TCP协议对有错误的数据进行了重传,帧中继网也仍然当做是新的帧中继帧来传送,而并不知道这是重传的数据。
6.1.4.3异步传输方式人们曾经设想过“未来最理想的”一种网络应当是宽带综合业务数字网BISDN。
BISDN采用新的ATM交换技术。
这种技术结合了电路交换和分组交换的优点。
虽然在BISDN并没有成功,但ATM技术还是获得了相当广泛的应用,并在因特网的发展中起到了重要作用。
异步传输方式(AsynchronousTransferMode,简称ATM)是建立在电路交换和分组交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术。
ATM采用定长分组作为传输和交换的单位。
这种定长分组叫做信元(Cell)。
“异步”的含义:
当用户的ATM信元需要传送时,就可插入到SDH的一个帧中。
SDH传送的同步比特流被划分为一个个固定时间长度的帧(请注意,这是时分复用的时间帧,而不是数据链路层的帧)。
每一个用户发送的ATM信元在每一时分复用帧中的相对位置并不是固定不变的。
ATM的缺点:
ATM的一个明显缺点是信元首部的开销太大,即5字节的信元首部在整个53字节的信元中所占的比例相当大。
ATM的技术复杂且价格较高。
ATM能够直接支持的应用不多。
10G以太网的问世进一步削弱了ATM在因特网高速主干网领域的竞争能力。
6.2IP协议和IP地址有问题,与3.4有重复6.2.1IP协议TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)即是传输控制协网际协议的简称,是20世纪70年代中期由美国国防部为其ARPANET网开发的网络体系结构,它在20世纪80年代被确定为Internet的通信协议。
由于TCP/IP协议使用的时间较长,加之它以简洁、实用而得到普遍的响应,所以世界上一般认为TCP/IP是事实上的工业标准。
TCP/IP是由它的两个主要协议即TCP协议和IP协议而得名。
TCP/IP是Internet上所有网络和主机之间进行交流所使用的共同“语言”,是Internet上使用的一组完整的标准网络连接协议。
通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用,且由多个独立定义的协议组合在一起,因此,更确切地说,应该称其为TCP/IP协议集。
TCP/IP协议具有以下几个特点。
(1)开放的协议标准,可以免费使用,并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。
(2)独立于特定的网络硬件,可以运行在局域网、广域网中,更适用于Internet中。
(3)统一的网络地址分配方案,使得整个TCP/IP设备在网络中都具有唯一的地址。
(4)标准化的高层协议,可以提供多种可靠的用户服务。
6.2.2下一代的网际协议IPv66.2.2.1IPv6背景和发展,
(1)扩充了地址能力。
在IPv6中,IP地址由IPv4的32位增加到了128位,从而可以支持更多的需要设定地址的节点、更多的地址级别和远程用户自动地址配置的方法。
通过给多路传送地址增加一个范围字段,使多路传送路由的伸缩性提高了。
另外,IPv6还定义了任意传送地址。
(2)报头格式规范。
在IPv6中,IPv4的某些报头字段可以被取消或变为可选的,从而减少了分组处理的时间,并限制了IPv6报头对带宽的占用。
(3)对扩展和选项的进一步支持。
IPv6报头的选项可以支持更有效的转发,它对选项长度的限制放松了,而且增加了将来引入新选项的灵活性。
IPv4的某些报头字段在IPv6中被设为可选项。
(4)流标记功能。
增加了一种新的服务质量功能,给用户要求特别处理的特殊信息量流的分组做标记,如实时服务。
(5)验证和保密性功能。
这是IPv6内置的支持安全选项的扩展功能,如身份验证、数据完整性和数据机密性等。
6.2.2.2IPv6地址为了适应迅速增长的IP地址的需求和支持各种不同的地址格式,IPv6的长度取为128位。
IPv6定义了三种类型的地址。
(1)单路传送地址。
它指定了一个独立的主机。
IPv4的地址被记做“点分十进制表示法”的格式。
4字节地址的每个字节都表示成十进制数,并以点分隔。
而规则的IPv6地址是由冒号分隔的8个16位地址块的十六进制串。
例如,FF04195ABD41872C754281.每个分段的前导0不用写。
IPv6地址中经常含有一长串的0。
于是允许压缩的地址使用一对冒号来表示多个16位块的0值。
例如,地址:
FF010000005A,可以写作:
FF015A。
为避免二义性,“”在地址中只能出现一次。
(2)任意传送地址。
它指定了一组主机。
发送给任意地址的分组会被发送给该地址标识的一组主机中的一台主机,这台主机通常是路由协议定义的最近的一台主机。
IPv6中没有广播地址,该功能可由多路传送地址提供。
(3)混合地址。
IPv6还定义了一种混合地址格式,以便在IPv6环境中,方便地表示IPv4地址。
在这种方案中,前96位(6组16位块)表示成规则的IPv6格式的地址,而剩余的32位则表示成IPv4通常用的“点分十进制表示法”格式。
例如,000000202.4.10.47。
6.2.2.3IPv4向IPv6的过渡若要广泛地使用IPv6,就必须将网络的基础设施升级,以适应使用新协议的软件。
IPv4和IPv6的共存意味着网络必须包容不同的协议和程序。
短期的方案是IPv6网络通过IPv4的主干网实现网际互联。
6.2.3IP地址及分类IP地址是网络上主机的端口地址,是运行TCP/IP协议的唯一标识。
每一个IP地址在全球是唯一的。
IP地址的结构如下:
网络号是一个网络在Internet上的唯一标识,主机号是一台网络设备在特定网络内的唯一编号。
IP地址为4个字节长,采用“点分十进制”的方式表示,例如:
202.102.154.3。
IP地址的分类如表61所示。
表61IP地址的分类,每类地址并非准确地按照A类、B类、C类及D类进行分配,有一些特殊用途的,例如网络地址规定首字节不能是0、127及255,主机地址各位不能同时为0或1。
A类地址第一个字节的最高位为0。
第一个字节的范围为0127,其中0和127用于特殊地址。
地址范围为0.0.0.0127.255.255.255。
(1)A类地址可以连接126(272)个网络,每个网络的主机数可达160(2242)多万台,用于大型网络。
(2)B类地址第一个字节的最高位为10。
第一个字节的范围为128191。
B类地址可以连接16384个网络,每个网络的主机数可达6多万台,用于中等规模的网络。
(3)C类地址第一个字节的最高3位为110。
第一个字节的范围为192223。
C类地址可以连接二百多万个网络,每个网络的主机数为254台,可用于小型网络(如校园网)。
(4)D类地址是多播地址。
它不是某台具体的机器,而是指满足一定条件的一组机器。
6.2.4子网掩码IP协议为每个网络接口分配一个IP地址,对于拥有A类地址和B类地址的单位,可以将他们的网络划分成几个部分,每部分称为子网。
每个子网对应一个部门或一个地区,这样便于网络的维护。
子网掩码是一个与IP地址对应的32位数字。
掩码的一些位为1,另一些位为0。
掩码可以将IP地址分为两部分:
子网地址和主机地址.IP地址与掩码中为1的位相对应的部分为子网地址,其他的位为主机地址.与A类、B类、C类地址对应的一个标准掩码分别为255.0.0.0、255.255.0.0、255.255.255.0。
将子网掩码和IP地址进行“与”运算,可以区分一台计算机是在本地网络还是远程网络。
如果两台计算机IP地址和子网掩码的运算结果相同,则表示两台计算机在同一网络内。
6.3TCP/IP协议和域名系统DNS6.3.1域名系统DNS域名是用于在Internet上识别和定位计算机的一种地址结构,它提供一套容易记忆的Internet地址系统,并通过域名服务器DNS解释在网络上使用的IP地址。
可以采用统一的IP地址来识别因特网上的主机,屏蔽底层的物理地址,这给应用带来了很大的方便。
然而,对于一般用户来说,以点分隔开的数字型的IP地址方式还是比较抽象、难于记忆和理解的,于是TCP/IP专门设计了一种字符型的主机命名机制域名系统(DNS)。
域名系统为用户提供名字,并将这些名字解析为IP地址,然后网络间可通过IP地址进行互访。
域名系统采用分层结构。
每个域名是由几个域组成的,域与域之间用小圆点“.”分开,最末的域称为顶级域,其他的域称为子域,域名地址从右向左分别用以说明国家或地区的名称、组织类型、组,织名称、单位名称和主机名等。
其一般格式为:
主机名.商标名(企业名).单位性质.国家代码或地区代码。
其中,商标名或企业名是在域名注册时确定的。
例如对于域名news,最左边的news表示主机名,cernet表示中国教育科研网,edu表示教育机构,cn表示中国。
为了保证域名系统的通用性,Internet制定了一组正式通用的代码作为顶级域名,如表62所示。
表62部分顶级域名,国家和地区的域名常使用两个域名表示,如表63所示。
表63部分国家和地区的域名,6.3.2TCP/IP协议与DNS配置在WindowsXP系统安装过程中,TCP/IP也会随之安装完成,但要想使计算机能正常接入网络,还需要通过“TCP/IP属性”对话框对IP地址、子网掩码和DNS进行设置。
在网络中设置IP地址有自动获取和指定两种方式,在对等网中主要采用指定IP地址的方式。
对等网规模较小,一般采用C类私有地址192.168.,如192.168.0.1192.168.0.254,子网掩码为255.255.255.0。
操作步骤如下:
(1)在桌面上右击“网上邻居”图标,在下拉菜单中选择“属性”命令,弹出“网络连接”对话框.如图61所示。
(2)在弹出的“网络连接”对话框中,右击“本地连接”图标,选择下拉菜单中的“属性”命令,弹出“本地连接属性”对话框,如图62所示。
图61“网络连接”对话框,图62“本地连接属性”对话框,(3)在弹出的“本地连接属性”对话框的“常规”选项卡中,选中“Internet协议(TCP/IP)”复选框,然后单击“属性”按钮,打开“TCP/IP属性”对话框,如图63所示。
图63“TCP/IP属性”对话框,(4)在“TCP/IP属性”对话框中,分别输入各项内容值。
如在“IP地址”框中输入IP地址192.168.0.15,在“子网掩码”框中输入子网掩码255.255.255.0,在“默认网关”框中输入默认网关192.168.1.1,在“首选DNS服务器”框中输入首选DNS服务器地址192.168.1.1和备用DNS地址202.106.0.20,最后单击“确定”按钮即可。
6.3.3地址解析协议互联网络是由许许多多不同的物理网络组成的,它是这些物理网络的逻辑抽象,是一个虚拟网络。
IP地址是逻辑地址,真正通信时,仍然要经过物理网络来完成,使用物理地址。
因此TCP/IP寻址要解决IP地址和物理地址之间的相互映射问题。
从IP地址映射物理地址用地址解析协议,由物理地址到IP地址用逆向地址解析协议。
地址解析协议(AddressResolutionProtocol,简称ARP)用来将IP地址翻译成物理网络地址。
ARP是TCP/IP协议的一部分,它一般由TCP/IP内核来完成,用户和应用程序不直接与ARP打交道。
当应用程序把IP分组交给网络接口驱动程序时,由接口驱动程序完成IP地址到物理地址的映射请求,若在本地映射表中找不到,该接口驱动程序就广播一个ARP包给本地网所有主机。
这时网络上所有支持ARP包中IP地址中和自己的IP地址一致的主机才会响应,将它的物理地址告诉给请求者。
值得注意的是,ARP只适应于具有广播功能的网络,如以太网;
不适应点到点网络,如X.25或串行线路互联协议。
从IP地址到物理地址的变换是通过查表实现的。
ARP表放在内存中,其中的登录项是在第一次需要使用而进行查询时,通过ARP协议自动填写的。
表64所示是一个简化了的ARP表的样例。
表64简化的ARP表样例如果IP模块在ARP表中找不到某一目标IP地址的登录项,它就使用广播以太网地址发出一个ARP请求分组给网上每一台计算机。
这些计算机的以太网接口收到这个广播以太网帧,以太网驱动程序检查帧的类型段,将相应的ARP分组送给ARP模块。
这个ARP请求分组表示:
“如果你的IP地址跟这个目标IP地址相同,请告知你的以太网地址”。
表65所示是一个ARP请求分组的示意性样例。
表65ARP请求分组样例,收到广播的每个ARP模块检查请求分组中的目标IP地址,当该地址和自己的IP地址相同时,就直接发一个响应分组给源以太网地址。
ARP响应分组中包含了接收方的以太网地址。
对应表65中的ARP请求分组的响应如表66所示,这个响应分组被源发送计算机接收,其ARP模块将得到的目标计算机IP和以太网地址加入它的ARP表。
若目标计算机不存在,则得不到ARP响应,在ARP表中也就不会有其登录项,本地IP模块将会抛弃发往这个目标地址的IP分组。
表66响应分组样例发送方6.3.4逆向地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)意为反向的ARP。
通常,一台计算机的IP地址保存在其辅助存储器中,操作系统在启动时,从这里找出这个地址,那么,一台没有磁盘的机器如何确定自己的IP地址呢?
这对于那些要使用IP地址与文件服务器进行通信的无盘工作站说来,无疑是一个严重的问题。
许多无磁盘机器使用标准的TCP/IP文件传输协议去获取它们最初的引导软件,它们必须在操作系统运行之前,取得和使用一个IP地址。
RARP就是为这一目标而设计的。
RARP允许网上站点广播一个RARP请求分组,指定它自己既是发送方机器,又是目标机器,并将自己的物理地址同时填写在目标硬件地址段中。
网上的所有机器都收到这一请求,但只有那些被授权提供RARP服务的计算机才处理这个请求,并有一个发送一个回答,这样的机器称为RARP服务器。
服务器对请求的回答是填写目标IP地址段,将分组类型由请求改为响应,并且将响应分组直接发送给请求的机器。
请求方机器从所有的RARP服务器接收回答,这一切都只在系统初启时发生。
RARP此后不再运行,除非该无盘设备重设置或关掉后重新启动。
6.4传输控制协议TCP6.4.1TCP提供的服务TCP协议是TCP/IP模型中最主要的协议之一,它工作在传输层。
该协议提供可靠的端到端的传输,这样可以弥补IP的不足。
因为IP是一个不可靠的面向无连接的协议,它不能确保数据分组的正确传递。
IP只是尽力传输数据到目的地,但不提供任何保证。
IP在处理数据分组时,一旦出错,就简单地将其丢弃,并给源端计算机返回一个错误。
传输控制协议是一个面向连接的协议,提供有序、可靠的全双工虚电路传输服务。
它通过采用认证、重传机制等方式,确保数据的可靠传输,为应用程序提供完整的传输层服务。
TCP可以向上层提供面向连接的服务,确保所发送的数据包被可靠地接收。
一旦数据包遭到破坏或丢失,通常是由TCP负责将其重新传输。
TCP协议的主要功能是对网络中计算机和通信设备的管理,规定需要传输的信息包应该怎样分层、分组,以何种方式在线路上传输信号,又如何在收到信息包后重组数据。
6.4.2端口端口是应用层与传输层之间的接口、应用程序与传输层协议的接口,为区别这些端口,给它们进行编号,即端口号。
端口号长度是16位,所以可提供65536个不同的端口号,端口号指的就是端口地址。
其中01023端口为熟知端口号,这些端口号被指派给TCP/IP最重要的一些应用程序;
102449151为登记端口号;
4915265535为短暂端口号。
每种应用程序都在属于它的固定端口上等待来自其他计算机客户的服务请求。
例如,HTTP的端口号为80,FTP的端口号为21,Telnet的端口号为23,SMTP的端口号为25,域名服务器的端口号为53,2561023用于UNIX服务。
网络通信的最终地址不是主机,而是进程。
端口用于标识目标进程,解决了多个应用程序同时进行通信的问题,端口号在单台机器上是唯一的。
TCP用端口描述通信的进程,所以计算机网络中的端口是进程访问传输服务的访问点。
当进程需要访问传输服务时,先向本地提出申请,操作系统返回一个可用的端口号。
6.4.3套接字计算机的IP地址加上端口号,构成套接字。
套接字表示一个用于在进程之间进行通信的终端,在TCP/IP中,每个终端都与一个IP地址和一个端口号绑定。
由于IP地址具有唯一性,而端口号对各个计算机也是唯一的,所以套接字也是唯一的。
端口号是抽象的,它不指定某一特定的端口;
而套接字却是具体的,是指向某一特定的端口,即是确定的应用程序的地址,通信时,可以根据套接字,使一个进程和另一个进程对话。
套接字为整个,网络通信提供协议基础,是网络编程的核心内容。
6.5Internet概述6.5.1Internet基本概念6.5.1.1Internet的概念Internet的中文名为因特网、国际互联网,是当今世界上发展速度最快、应用最广、规模最大的计算机网络系统。
该系统拥有成千上万个数据库,提供的信息包括文字、数据、图像、声音、视频等多种形式,门类涉及政治、经济、科学、教育、法律、军事、物理、体育和医学等社会生活的各个领域。
Internet是无数信息资源的集合,也是一个无极网络,不被某个人或某个组织所控制,人人都可以通过Internet交换信息和共享网上资源。
通过Inter
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