第1章IP網(wǎng)絡體系結構通信與信息工程學院楊寧yn@教學內容1.1網(wǎng)際互連與因特網(wǎng)1.2TCP/IP協(xié)議族1.3物理網(wǎng)絡yn@2教學要求要求理解網(wǎng)際互連原理、異構多網(wǎng)互連思想、通用網(wǎng)絡含義熟練掌握TCP/IP的層次結構模型以及各層的功能特點掌握下層網(wǎng)絡（物理網(wǎng)絡）對IP通信的支持及構成網(wǎng)絡的不同特點，理解不同類型下層網(wǎng)絡對TCP/IP的通信帶來的主要影響掌握主流的物理網(wǎng)絡——局域網(wǎng)的體系結構和特點重點TCP/IP層次結構劃分及各層功能和主要協(xié)議難點不同下層網(wǎng)絡對IP通信的主要影響yn@31.1網(wǎng)際互連與因特網(wǎng)1.1.1網(wǎng)際互連概述設想基本策略1.1.2Internet概述產生技術思路網(wǎng)絡結構標準：RFC1.1.3小結yn@41.1.1網(wǎng)際互連概述互連需求上世紀70’s始，出現(xiàn)單位獨立網(wǎng)絡隨之：資源共享、信息共享的需求催生：網(wǎng)絡互連的設想面臨的問題網(wǎng)絡體制不同通信協(xié)議不同互連設想：統(tǒng)一的互連技術將不同的網(wǎng)絡互連起來形成一個整體同時保留和利用各自網(wǎng)絡的通信體制和技術而不是用新的網(wǎng)絡取代已有網(wǎng)絡yn@5如何互連？網(wǎng)際互連基本策略：應用級互連計算機在第一種網(wǎng)絡上傳遞的通信內容，再搬到第二個網(wǎng)絡上，傳遞給另一個計算機中間的計算機終結了兩個網(wǎng)絡的通信中間計算機在兩個網(wǎng)絡上轉交操作系統(tǒng)獲取的通信內容與用U盤拷貝文件進行信息傳遞沒有本質差別，只不過速度更快，中間過程無需人工干預yn@6NetANetBApplicationlayer應用級互連的基本問題問題應用軟件需要具備與多種網(wǎng)絡的通信接口應用軟件需定制自己的尋址機制增加新應用，需要為每臺機器構建一個新應用程序添加新網(wǎng)絡硬件，可能需要為每個應用修改現(xiàn)有程序……互連成千上萬個網(wǎng)絡形成大網(wǎng)，難之又難！yn@7物理網(wǎng)A協(xié)議棧應用軟件通信方式A物理網(wǎng)B協(xié)議棧應用軟件通信方式B應用軟件通信方式A物理網(wǎng)A協(xié)議棧物理網(wǎng)B協(xié)議棧通信方式BGateway網(wǎng)絡級互連將網(wǎng)絡通信貫穿到各個網(wǎng)絡中穿越網(wǎng)絡邊界不是通信的終結，而是通信的繼續(xù)統(tǒng)一的網(wǎng)絡級互連協(xié)議，通用的通信服務互連的性質協(xié)議覆蓋方式的互連，負責網(wǎng)間跨越利用底層網(wǎng)提供的通信功能，穿越底層網(wǎng)底層網(wǎng)協(xié)議層次只需到組網(wǎng)功能的層次，排除高層協(xié)議以太網(wǎng)用MAC層實現(xiàn)組網(wǎng)，X.25則需要用網(wǎng)絡層實現(xiàn)組網(wǎng)yn@8NetANetBNetworklayer互連協(xié)議互連協(xié)議上層協(xié)議上層協(xié)議互連協(xié)議網(wǎng)絡級互連的優(yōu)勢分離應用與數(shù)據(jù)通信細節(jié)網(wǎng)絡通信傳送的是小數(shù)據(jù)分組而非應用報文數(shù)據(jù)通信在網(wǎng)絡層及下層，中間節(jié)點無需運行應用程序應用程序不需知道底層網(wǎng)絡的通信細節(jié)網(wǎng)絡通信也不需知道應用程序的細節(jié)網(wǎng)絡層協(xié)議覆蓋實現(xiàn)互連，提供通用的通信服務網(wǎng)絡層直接使用底層網(wǎng)絡的通信服務，效率高網(wǎng)絡穿越采用底層網(wǎng)絡技術將數(shù)據(jù)傳送到網(wǎng)絡網(wǎng)絡邊界完全符合網(wǎng)際互連設想統(tǒng)一網(wǎng)絡互連技術用戶或應用程序與具體物理網(wǎng)絡無關用戶創(chuàng)建或使用應用程序不需知道網(wǎng)絡拓撲或互連形式y(tǒng)n@9互連模型ISO：開放系統(tǒng)互連——OSI參考模型DARPA：TCP/IP協(xié)議族DefenseAdvanced-ResearchProjectsAgency美國國防部先進研究項目局（遠景規(guī)劃局）應用：Internet（因特網(wǎng)）yn@101.1.2因特網(wǎng)概述Inter-ConnectionbetweennetworksDataLinkorchannelInter-CommunicationTransmittingdataamongnetworksInter-networkingProtocolInter-OperationamongstationsApplicationprotocolyn@11Internetworkinginternet：網(wǎng)際網(wǎng)，互連網(wǎng)Internet：因特網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)Internet使用TCP/IP協(xié)議族實現(xiàn)網(wǎng)際互連包含一整套的協(xié)議、互連方法協(xié)議棧結構互連方式通信方式編址尋址、路由方式y(tǒng)n@12TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPInternet技術思路包容和使用各種網(wǎng)絡的功能既要互連各種網(wǎng)絡，還要充分利用各種網(wǎng)絡的通信功能統(tǒng)一互連網(wǎng)上的通信服務屏蔽具體網(wǎng)絡的通信細節(jié)允許互連網(wǎng)上任何主機之間相互通信（即提供通用通信服務）靈活、簡單的通信方式無連接通信，穿越各個不同的網(wǎng)絡適應各種網(wǎng)絡最低功能要求yn@13TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP通用的通信服務Internet網(wǎng)絡結構Internet——邏輯網(wǎng)絡將多個網(wǎng)絡互連起來，形成相互通信的大網(wǎng)——互聯(lián)網(wǎng)互連鏈路：物理網(wǎng)絡（或“底層網(wǎng)絡”）局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)（有各自具體的通信協(xié)議和體制）互連網(wǎng)本身也可作為一個底層網(wǎng)看待：網(wǎng)絡分級嵌套思路對比“點-線”拓撲結構，物理網(wǎng)絡是“點”還是“線”？互連設備：路由器（運行IP協(xié)議）網(wǎng)際互連協(xié)議：IP協(xié)議yn@14信息如何穿越不同的物理網(wǎng)絡？網(wǎng)絡A網(wǎng)絡B網(wǎng)絡C路由器IP路由器協(xié)議結構多個物理網(wǎng)協(xié)議棧（視連接的物理網(wǎng)而定）一個互連協(xié)議棧（IP協(xié)議）互連結構所有接口連接的無一例外都是物理網(wǎng)注意：遠程信道也作為物理網(wǎng)對待yn@15互連協(xié)議如何看待Internet用戶角度單一的虛擬網(wǎng)絡無需了解網(wǎng)絡的內部結構互連網(wǎng)角度所有物理網(wǎng)絡是平等的路由器每個接口連接的都是網(wǎng)絡yn@16RRRRRRR路由器物理網(wǎng)絡當今的InternetISP：InternetServiceProvider,因特網(wǎng)服務提供者yn@17地區(qū)骨干網(wǎng)地區(qū)骨干網(wǎng)接入網(wǎng)駐地網(wǎng)核心網(wǎng)CN：Corenetwork主干和地區(qū)ISP網(wǎng)絡AN：Accessnetwork本地ISP網(wǎng)絡ADSL、WLAN、PONCPN：CustomerPremisesnetwork企業(yè)、家庭等網(wǎng)絡LAN、WLAN等網(wǎng)關路由器接入設備接入網(wǎng)國際/國家骨干網(wǎng)駐地網(wǎng)地區(qū)ISP主干ISP地區(qū)ISP本地ISPInternet標準（RFC）的制定準則鏈路層協(xié)議（最少）：PPP網(wǎng)絡層協(xié)議：IP，ARP、ICMP、IGMP、…路由協(xié)議：RIP、OSPF、…傳輸層協(xié)議：TCP、UDP、TRP、RTCP、…應用層協(xié)議（最多）：HTTP、FTP、SIP、SMTP…yn@18只要可以應用現(xiàn)有的協(xié)議標準，就使用他們；只有當現(xiàn)有的標準不夠時才制定新的協(xié)議，而且只要能夠得到這些新的標準，而他們又能提供等價的功能，就使用這些新的標準1.1.3小結Internet采用TCP/IP將不同物理網(wǎng)絡互連起來網(wǎng)絡級互連（IP協(xié)議覆蓋）形成一個整體協(xié)議運行的邏輯網(wǎng)絡核心內容統(tǒng)一的互連協(xié)議與技術TCP/IP通用的互連允許各物理網(wǎng)獨立運行自己的協(xié)議（不改變物理網(wǎng)）允許高層軟件獨立與物理網(wǎng)絡（物理網(wǎng)無關）yn@191.2TCP/IP協(xié)議族1.2.1TCP/IP分層模型1.2.2TCP/IP編址1.2.3小結yn@201.2.1TCP/IP分層模型OSImodelApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalyn@21TCPUDPRARPARPICMPIGMPIPProtocolsdefinedbytheunderlyingnetworksSMTPFTPTELNETDNSSNMPNFSRPCTFTPApplicationsTCP/IPProtocolSuiteApplicationTransportNetworkDataLinkPhysicalTCP/IP:PhysicalLayeryn@22bitsource&destinationTCP/IP:DataLinkLayeryn@23framesource&destinationTCP/IP:NetworkLayeryn@24datagramsource&destinationTCP/IP:TransportLayeryn@25segment,userdatagramsource&destinationTCP/IP:ApplicationLayeryn@26messagesource&destination1.2.2TCP/IP編址yn@27AddressPhysicaladdress物理地址IPaddressIP地址Portaddress端口地址標識通信節(jié)點節(jié)點所屬LAN或WAN指定LAN或WAN內唯一鏈路地址/硬件地址0x0005.5D06.1418標識通信節(jié)點的網(wǎng)絡連接Internet指定Internet內唯一網(wǎng)絡地址4標識通信進程操作系統(tǒng)指定一臺計算機內唯一21,23,25,808080,10000Application-Specificaddress特定應用地址，如URLTCP/IP中的地址與層次yn@28PhysicaladdressIPaddressPortaddressIPandotherprotocolsNetworklayerUnderlyingphysicalnetworksNetworkAccesslayerProcessApplicationlayerTCPUDPTransportlayerApplication-specificaddress通信實例1物理地址逐跳而變IP地址通常不變yn@29通信實例2yn@30——端口地址通常不變1.2.3小結TCP/IP層次與OSI模型的對應關系TCP/IP協(xié)議主要協(xié)議及其所在層次TCP/IP編址：物理地址、IP地址、端口地址作用、所在層次在互聯(lián)網(wǎng)通信中的變化情況yn@311.3物理網(wǎng)絡1.3.1引言1.3.2局域網(wǎng)1.3.3廣域網(wǎng)1.3.4小結yn@321.3.1引言因特網(wǎng)——IP互聯(lián)網(wǎng)各種物理網(wǎng)絡核心網(wǎng)（主干網(wǎng)）：交換廣域網(wǎng)接入網(wǎng)：點到點廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)/城域網(wǎng)駐地網(wǎng)：局域網(wǎng)互連設備IP路由器yn@33局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）MultiplesystemsattachedtoasharedmediaBroadcastcapabilityHightotalbandwidth,lowdelay,lowerrorrateLimitedgeography,limitednumbersofstationsTechnologies：Wired&Wireless廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）Long-distancetransmissionofdata,voiceandvideoinformationoverlargegeographicalareasUtilizepublic,leased,orprivatecommunicationfacilities,usuallyincombinationTechnologies：Point-to-point&Switchedyn@341.3.2局域網(wǎng)yn@35TokenBusTokenRingCSMA/CDCSMA/CACSMAFDDITRTBEthernetStarLANARCnetOmniNet1970’s1980/1990’s2000’s802.9/ISLAN802.5/TR802.4/TB802.3/EnetX3T9.5/FDDI802.11/WLAN802.3/Enet802.22/WRAN802.14/CM802.12/DPLAN802.11/WLAN802.9/ISLAN802.8/FORTAG802.7/BBTAG802.6/MAN802.5/TR802.4/TB802.3/Enet802.20/MBWA802.17/RPR802.16/FBWA802.15/WPANLAN協(xié)議參考模型LAN標準機構IEEE802委員會802網(wǎng)絡：LAN/MAN（城域網(wǎng)）802參考模型SAP：服務訪問點LSAPMSAPPhSAPLLC：邏輯鏈路控制MAC：介質訪問控制yn@36OSIRMLLC物理介質MACPHYPhSAPMSAPLSAP802網(wǎng)絡范圍802RMApplicationPresentationSessionTransportNetworkDataLinkPhysicalIEEE802標準族IEEE802.1綜述、編址、橋接、管理、……IEEE802.2屏蔽不同類型的LAN，向上提供一致的服務IEEE802.3/11/15/16/17

……定義不同類型的LAN/MAN內容包括：MAC協(xié)議、物理接口、介質需求所有LAN具有相同的LLC子層；不同的MAC子層和物理層yn@37802.3……802.2802.11物理層數(shù)據(jù)鏈路層PHYMACLLCOSI層次802層次802.17…802.1LLCLLC（LogicalLinkControl）設立的初衷LLC位于LAN參考模型的中心位置向上為多種網(wǎng)絡層協(xié)議提供一致的服務：不能直接為IP服務向下匯聚多種LAN（MAC）規(guī)范近年來發(fā)生了重大變化網(wǎng)絡層：IP協(xié)議幾乎成了唯一MAC層：以太網(wǎng)幾乎占絕對優(yōu)勢LLC還是必要的？不再是必要的LLC正在退出實用（不再使用）！當前的趨勢MAC（Ethernet）直接承載IP！yn@38LLCSNARS511SNAP…802.3802.4802.5FDDIATM802.3（及兼容）？IPIPMAC廣播信道：所有站點共享一條通信信道多路訪問信道，共享信道兩個或以上站點同時發(fā)送將會產生干擾（沖突）MAC（MediumAccessControl）解決廣播信道的信道訪問權問題yn@39ABCDE1.3.3廣域網(wǎng)點到點廣域網(wǎng)從公共網(wǎng)（如電話網(wǎng)）中獲取一條線路來連接兩個遠程設備典型物理鏈路：DSL技術、HFC網(wǎng)絡典型鏈路協(xié)議：PPP、PPPoE交換廣域網(wǎng)網(wǎng)狀的點到點網(wǎng)絡，為用戶提供多個接入點使用面向連接的技術典型網(wǎng)絡：X.25、幀中繼、ATMyn@40DSL技術DigitalSubscriberLine，數(shù)字用戶線非對稱DSLADSL（AsymmetricDSL）上行640kbps~1Mbps，下行500kbps～8MbpsVDSL（Very-high-bit-rate