《artX網(wǎng)絡(luò)互連》ppt課件

1、Part X網(wǎng)絡(luò)互連Part 1(概念, IP 地址, IP 路由,IP 數(shù)據(jù)報, 地址解析網(wǎng)絡(luò)互連的緣由網(wǎng)絡(luò)互連的緣由l局域網(wǎng)l費用低l范圍有限l廣域網(wǎng)l費用高l范圍廣異構(gòu)性不可防止異構(gòu)性不可防止No single networking technology is best for all needs沒有哪一種網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)可以適宜一切的需求。通用效力的概念通用效力的概念l網(wǎng)絡(luò)互連中的根本概念l先驅(qū)：網(wǎng)，恣意兩臺通訊l通用效力：網(wǎng)絡(luò)中的恣意一對計算機(jī)可以互連l符合需求l在異構(gòu)世界中實現(xiàn)起來大有費事異構(gòu)性與通用效力異構(gòu)性與通用效力l網(wǎng)絡(luò)之間的不兼容性l電子特性l信號和數(shù)據(jù)編碼的方式l信息包格式l

2、地址方案雖然非常需求通用性效力，網(wǎng)絡(luò)硬件和物理地址之間的不兼容性妨礙了運用不同技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)展互連。網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互連l從異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開場l銜接物理網(wǎng)絡(luò)l用軟件來使產(chǎn)生的系統(tǒng)同構(gòu)l稱為互連網(wǎng)internetwork或因特網(wǎng)internet如何銜接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)？如何銜接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)？l采用一種特殊計算機(jī)系統(tǒng)：l可以完成網(wǎng)絡(luò)銜接義務(wù)l具有特殊用途l適宜局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)l稱為l網(wǎng)絡(luò)路由器： Internet router l網(wǎng)關(guān)： Internet gateway路由器圖示路由器圖示l云代表恣意網(wǎng)絡(luò)技術(shù)l每個網(wǎng)絡(luò)一個接口重要思想重要思想路由器是一臺可以完成網(wǎng)絡(luò)銜接義務(wù)的、具有特殊用途的計算機(jī)。路由器可以將采用

3、不同技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)銜接起來, 包括運用不同的媒介、不同物理地址方式,和不同幀構(gòu)造格式的網(wǎng)絡(luò)?；ミB網(wǎng)體系構(gòu)造互連網(wǎng)體系構(gòu)造l多個l網(wǎng)絡(luò)l路由器銜接的網(wǎng)絡(luò)l主機(jī)Host銜接在一個網(wǎng)絡(luò)上l單一路由器的缺乏lCPU 的功率和內(nèi)存lI/O 性能互連網(wǎng)互連網(wǎng)l目的: 實現(xiàn)一個單一的、無縫的通訊系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以提供通用效力：l每個計算機(jī)一個地址l任何計算機(jī)均可向其他計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包l隱藏物理銜接、物理地址、路由信息等異構(gòu)細(xì)節(jié)互連網(wǎng)概念互連網(wǎng)概念如何隱藏異構(gòu)性如何隱藏異構(gòu)性l構(gòu)造一個“虛擬 網(wǎng)絡(luò)l需求發(fā)明l地址方式l命名方式l實現(xiàn)方法l協(xié)議軟件l留意:效力器和路由器都需求協(xié)議軟件l互連網(wǎng)協(xié)議互連網(wǎng)協(xié)議lTCP /

4、 IPl包含多個協(xié)議：協(xié)議suitel協(xié)同任務(wù)l分為五個概念層TCP/IP的分層構(gòu)造的分層構(gòu)造l留意: TCP/IP 分層方式取代了舊的 ISO 模型TCP/IP 分層分層l第一層: 物理層l根本的網(wǎng)絡(luò)硬件l第二層: 網(wǎng)絡(luò)接口層lMAC 幀格式lMAC 編址l(Note: MAC address = Media ACcess (hardware) address)l計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)間的接口稱為：NICl第三層: 網(wǎng)絡(luò)層l在由多個路由器銜接的網(wǎng)絡(luò)中傳送信息包的機(jī)制TCP/IP 分層分層(接上接上)l第四層: 傳輸層l為一臺電腦上的運用程序傳送數(shù)據(jù)到另一臺電腦上的運用程序l第五層: 運用層l其他方面網(wǎng)

5、絡(luò)互連協(xié)議網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議 (IP)l僅指第三層的協(xié)議l是協(xié)議族的根底l規(guī)定了l網(wǎng)絡(luò)編址方式l互連網(wǎng)的包格式l網(wǎng)絡(luò)路由算法IP編址編址l籠統(tǒng)“虛擬地址l獨立于硬件編碼方式l運用者l高層協(xié)議l運用程序IP 地址地址l虛擬l僅為軟件了解，硬件中并不存在。l為一切通訊運用l32位整數(shù)l每臺主機(jī)有獨一值為了在互連網(wǎng)中提供一致編址，協(xié)議軟件定義了一個籠統(tǒng)的編址方式，為每臺逐漸分配了一個獨一的協(xié)議地址。用戶、運用程序和較高層協(xié)議軟件均運用這種籠統(tǒng)的協(xié)議地址進(jìn)展通訊。IP 地址構(gòu)成地址構(gòu)成l分成兩個部分l前綴識別網(wǎng)絡(luò)l后綴識別主機(jī)l為什么要分成這樣的兩層構(gòu)造而不是flat式的？l全球權(quán)威分配獨一前綴給每一個網(wǎng)絡(luò)

6、l本地的管理者分配后綴給每一個主機(jī)l如何選擇網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)地址的邊境？最初的最初的IP地址類型地址類型l最初幾位決議了類別l類別決議了前綴和后綴之間的界限點分十進(jìn)位表示法點分十進(jìn)位表示法l IP 地址的縮寫l使人們避開了二進(jìn)制太長l被點分別的數(shù)：8位一組，用十進(jìn)制表示l這個名字不同于 somewhere點分十進(jìn)位表示法的例子點分十進(jìn)位表示法的例子l每32位地址由4個十進(jìn)制的數(shù)值表示l每個十進(jìn)制數(shù)l代表八個二進(jìn)位l數(shù)值從 0 到 255各類地址和網(wǎng)絡(luò)大小各類地址和網(wǎng)絡(luò)大小l地址的種類決議了網(wǎng)絡(luò)的最大數(shù)目lA 類最多l(xiāng) B 類中等lC 類最少為主機(jī)分配為主機(jī)分配IP地址的私有互連網(wǎng)的例子地址的私有

7、互連網(wǎng)的例子云朵的大小用于指示對應(yīng)于主機(jī)號碼的物理網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)大小決議了分配的地址類路由器地址的圖示路由器地址的圖示l地址的前綴標(biāo)明網(wǎng)絡(luò)l每個銜接需求一個地址IP 地址分配地址分配 一個 IP并不代表一臺特定主機(jī) . 相反, 每個IP 地址代表一個主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)間的銜接. 一臺與多路網(wǎng)絡(luò)銜接的電腦 (如路由器 )，必需為每條銜接分配一個IP地址 .特殊地址特殊地址l以上網(wǎng)絡(luò)地址不用于信息包lloopback僅限于本機(jī)子網(wǎng)和無類編址子網(wǎng)和無類編址l不屬于最初的方案：lIP地址正被耗盡l一切網(wǎng)絡(luò)只能從三種網(wǎng)絡(luò)大小中選一種，更加浪費空間。l必需抑制這種限制。l防止地址被耗盡l允許前綴和后綴的邊境發(fā)生在任一

8、點上l需求額外信息確定邊境地址掩碼地址掩碼l和IP地址一同運用l32 位二進(jìn)制數(shù)值l指明前綴和后綴邊境lI bits cover prefixl0 bits cover suffixl例子: B 類掩碼l 255.255.0.0子網(wǎng)地址掩碼子網(wǎng)地址掩碼l目的: 擴(kuò)展地址空間l發(fā)明于八十年代l只在站點內(nèi)部有效l技術(shù)l分配單個網(wǎng)絡(luò)前綴給站點l把后綴分為兩個部分：站點內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)l典型功用: 劃分B類地址子網(wǎng)地址的例子子網(wǎng)地址的例子l單個的B類數(shù)字如 128.10.0.0 分配給站點l站點選擇子網(wǎng)界限如 24 位l路由器和主機(jī)運用對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼進(jìn)展配置l M=255.255.255.0l給定目的地

9、址, D, 用 “l(fā)ogical and 操作提取前綴l D & MClassless Addressing：無類編址：無類編址l目的: 擴(kuò)展地址空間l發(fā)明于九十年代l因特網(wǎng)通用l兼容l原來的分類地址方式l子網(wǎng)掩碼l其它方式Classless Addressing(續(xù)上續(xù)上)l技術(shù)描畫l允許恣意前綴大小l用一對數(shù)代表網(wǎng)絡(luò)地址l (地址, 掩碼大小)l命名為無類領(lǐng)域內(nèi)路由(Classless Inter-Domain Routing ，CIDR)CIDRl運用反斜杠標(biāo)志l例子l 128.211.0.0/17l 意味著前綴和后綴之間的邊境出如今前17位之后l每個網(wǎng)絡(luò)按需求可大可小(必需是2

10、的冪)IP 信息包的動機(jī)信息包的動機(jī)由于能銜接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，路由器無法傳送不同網(wǎng)絡(luò)的幀。 為了兼容異構(gòu)性, 互連網(wǎng)必需定義一個硬件-獨立的信息包格式。網(wǎng)絡(luò)包網(wǎng)絡(luò)包l是籠統(tǒng)包l由軟件產(chǎn)生并解讀l包含發(fā)送端和目的端的地址l大小取決于攜帶的數(shù)據(jù)l稱為IP 數(shù)據(jù)報 IP 數(shù)據(jù)報的兩部分?jǐn)?shù)據(jù)報的兩部分l首部l包含目的地址l定長域l數(shù)據(jù)區(qū)l變長，最大限制 64Kl沒有最小限制數(shù)據(jù)報頭數(shù)據(jù)報頭l三個主要字段l源IP 地址l目的 IP 地址l包類型IP 數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)l由路由器完成l類似于廣域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)l表驅(qū)動l表中指定下一跳節(jié)點l不同于廣域網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)l運用IP 地址l下一跳節(jié)點是路由器或目的地地址IP 路由表的例

11、子路由表的例子l表 (b) 是 (a)的中間路由器的路由表路由表大小路由表大小由于路由表中的每一個目的地對應(yīng)于一個網(wǎng)絡(luò),路由表的表目數(shù)和互連網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)個數(shù)成比例。數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)過程數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)過程l給定數(shù)據(jù)報l找出目的地址字段, Dl在路由表中查找Dl找出下一跳節(jié)點地址, Nl把數(shù)據(jù)報發(fā)給 N關(guān)鍵概念關(guān)鍵概念數(shù)據(jù)報頭的目的地址總是指一個最終地址。 當(dāng)一個路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報到另一個路由器時, 下一個節(jié)點的地址并不出如今數(shù)據(jù)報報頭中。IP 通訊的語義通訊的語義lIP 是無銜接的l數(shù)據(jù)報包含目的地址l每個數(shù)據(jù)報可獨立收發(fā)l路由器會在恣意時辰改動IP通訊語義通訊語義(續(xù)上續(xù)上)lIP 允許數(shù)據(jù)報發(fā)生：l時延l復(fù)

12、制l無序發(fā)送l喪失l損壞l因此：盡力傳送best-effort deliveryl動因: IP兼容一切的網(wǎng)絡(luò)，所以底層硬件能夠出錯。其結(jié)果是IP包被喪失、延遲、亂序或損壞。IP不是擔(dān)任處置這些問題的協(xié)議層，需求更高層的協(xié)議軟件來處置這些錯誤。地址解析地址解析l硬件僅運用MAC 地址lIP 只運用 IP 地址l結(jié)果: 需求軟件來轉(zhuǎn)換l這是網(wǎng)卡的功能l叫做地址解析協(xié)議地址是軟件提供的籠統(tǒng)，物理網(wǎng)絡(luò)硬件不知道怎樣根據(jù)協(xié)議地址定位一臺計算機(jī)。在數(shù)據(jù)包發(fā)送之前，必需將下一跳的協(xié)議地址轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的硬件地址。地址解析地址解析l第二層的協(xié)議l給定：l一個本地網(wǎng), NlN上一臺電腦的IP 地址C l發(fā)現(xiàn)：l C

13、的硬件地址l技術(shù)l地址解析協(xié)議ARP將協(xié)議地址映射為硬件地址的過程稱為地址解析。當(dāng)主機(jī)或路由器向同一物理網(wǎng)絡(luò)中的另一臺計算機(jī)發(fā)送包時需求運用地址解析，而在向銜接在遠(yuǎn)程的計算機(jī)發(fā)包時不需求。地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議(ARP)l地址聯(lián)編存放在表中l(wèi)表的項包括每臺電腦的一對地址lIP 地址l硬件地址l根據(jù)需求自動建表ARP 表表l只包括本地網(wǎng)的計算機(jī) l每行的IP的前綴是一樣 的ARP 地址查詢地址查詢l在ARP表中查找目的 IP 地址, Tl找不到，那么l發(fā)送 ARP 懇求信息給 Tl收到來自 T的硬件地址的回答 l在表中添加輸入項l從表中前往硬件地址ARP 的插圖的插圖lW 需求Y的硬件地址l懇求經(jīng)過廣播發(fā)送l回答經(jīng)過單播前往ARP 信息格式信息格式(以太網(wǎng)以太網(wǎng))l硬件地址字段的長度取決于網(wǎng)絡(luò)的類型l以太網(wǎng)運用 48位地址 ARP信息在幀中的傳送信息在幀中的傳送 lARP 信息提交到幀的數(shù)據(jù)區(qū)l稱為封裝l如何區(qū)分ARP信息和其他數(shù)據(jù)類型呢？幀類型幀類型l幀類型指出信息能否為 ARPl接納方檢查幀類型Key point由于ARP 軟件只是網(wǎng)絡(luò)接口軟件的一部分, 因此一切的高層協(xié)議和運用程序都可縱情運用 IP 地址, 而無須思索識別硬件地址的問題?？偨Y(jié)總結(jié)l互連網(wǎng)絡(luò)l處理異質(zhì)性的問題l包括各種局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)l互連網(wǎng)的概念l虛擬網(wǎng)絡(luò)：提供通