第二章互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1、第二章 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)1.互聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)1.1 互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（簡答）1）對用戶隱蔽網(wǎng)絡(luò)的底層結(jié)點(diǎn)，用戶不必了解硬件兩屆的細(xì)節(jié)2）不指定網(wǎng)絡(luò)互連的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，尤其在添加新的網(wǎng)絡(luò)時不要求全互聯(lián)或嚴(yán)格的按照星型互聯(lián)3）能通過各種網(wǎng)絡(luò)收發(fā)數(shù)據(jù)4）網(wǎng)絡(luò)的所有計(jì)算機(jī)共享一個全局標(biāo)識符（域名或者地址）5）用戶界面獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)，即建立通信和傳輸數(shù)據(jù)的一系列操作與底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無關(guān)互聯(lián)網(wǎng)邏輯上它是統(tǒng)一獨(dú)立的，在物理上則由不同的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成1.2 TCP/IP 1.互聯(lián)網(wǎng)通過TCP/IP實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。 2.TCP/IP技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與高層應(yīng)用程序之間增加一個中間軟件層1.3 網(wǎng)關(guān) 互聯(lián)網(wǎng)連接包含兩層內(nèi)容1）

2、首先，兩個網(wǎng)絡(luò)要通過一臺中間計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)物理連接，這臺中間計(jì)算機(jī)同時屬于兩個網(wǎng)絡(luò)；2） 其次，中間計(jì)算機(jī)要實(shí)現(xiàn)在兩個網(wǎng)絡(luò)間的分組交換，涉及尋址路徑和協(xié)議轉(zhuǎn)換等問題。2.TCP/IP2.1TCP/IP協(xié)議的基本概念 TCP/IP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也是全世界采用最廣泛的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2.2IP與TCP是TCP/IP協(xié)議簇的核心 1）網(wǎng)際協(xié)議（IP） 網(wǎng)際協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)最基本最重要的協(xié)議 IP協(xié)議的三個基本功能： A：傳送基本數(shù)據(jù)單元 B: 執(zhí)行路由功能，選擇傳遞數(shù)據(jù)的路徑 C：確定主機(jī)和路由器處理分組的規(guī)則，產(chǎn)生處理差錯保報文的方法 IP協(xié)議定義的數(shù)據(jù)報時有限長的，包括報頭和數(shù)據(jù)；報頭信息包括源地

3、址、目的地址和報文長度等，由接收端的主機(jī)和路由器處理報頭信息 2）地址解析協(xié)議（ARP）反向地址解析協(xié)議（RARP）ARP協(xié)議采用廣播消息的方法來獲取網(wǎng)上IP地址對應(yīng)的MAC地址3） 傳輸控制協(xié)議（TCP）傳輸控制協(xié)議是為了解決互聯(lián)網(wǎng)上分組交換通道中數(shù)據(jù)流量超載和傳輸擁塞的問題而設(shè)計(jì)TCP的功能：A:分組丟失檢測B:自動重傳C:處理延遲的重復(fù)數(shù)據(jù)報D:流量控制和差錯控制4) 用戶數(shù)據(jù)協(xié)議（UDP） 特點(diǎn)：采用無連接的方式向高層提供服務(wù)（如Ping、TFTP、SNMP）2.3TCP/IP協(xié)議與OSI參考模型間的對應(yīng)關(guān)系TCP/IP協(xié)議與OSI參考模型間的對應(yīng)關(guān)系OSI參考模型TCP/IP協(xié)議簇應(yīng)

4、用層FTP、Telnet、SNMP、NFS表示層會話層傳輸層TCP、UDP網(wǎng)絡(luò)層IP、ICMP數(shù)據(jù)鏈路層ARP、RARP物理層2.4TCP/IP協(xié)同工作 TCP提供了靈活性而TCP提供了可靠性2.5高層協(xié)議與TCP/IP協(xié)議連接 1至255的端口是公用端口 FTP 文件傳送協(xié)議 Telnet遠(yuǎn)程登錄 SMTP簡單郵件傳送協(xié)議 POP3簡單郵件接收協(xié)議（POP3郵政協(xié)議）3 IP地址3.1IP地址的組成 IP地址由32位二進(jìn)制數(shù)組成，分四段，每段8位。通常由4個十進(jìn)制數(shù)和”.”表示。 每組十進(jìn)制數(shù)的取值范圍是0到255。 IP地址通常劃分為三部分：第一部分，網(wǎng)絡(luò)地址；第二部分，子網(wǎng)地址；第三部分

5、，主機(jī)地址 3.2IP地址的類型 共5類1） A類網(wǎng)絡(luò)地址（1-127）最高位為0 主要為大型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)2） B類網(wǎng)絡(luò)地址（128-191）最高位為10 網(wǎng)絡(luò)地址字段14位 主機(jī)地址字段26位3） C類網(wǎng)絡(luò)地址（192-223）最高位為110 網(wǎng)絡(luò)地址字段22位 主機(jī)地址字段8位4） D類網(wǎng)絡(luò)地址（224-239）最高位為1110 留作IP多路復(fù)用組使用 5） E類網(wǎng)絡(luò)地址（240-255）最高位為1111 留作將來使用當(dāng)主機(jī)標(biāo)識部分二進(jìn)制數(shù)全0時，該網(wǎng)絡(luò)號解釋為本地地址當(dāng)主機(jī)標(biāo)識部分二進(jìn)制數(shù)全1時，該網(wǎng)絡(luò)號解釋為本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的廣播地址，用于網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)3.3子網(wǎng)如果網(wǎng)段內(nèi)的主機(jī)數(shù)目不多，可以利

6、用主機(jī)的某些地址把網(wǎng)段劃分成更小的單元，即子網(wǎng)。例如：地址是指128.10中的子網(wǎng)1；地址是指128.10中的子網(wǎng)23.4 子網(wǎng)掩碼為了指定有多少個二進(jìn)制位用來表示子網(wǎng)的地址，IP協(xié)議提供了子網(wǎng)掩碼的概念。它將IP地址中除了表示指定為主機(jī)地址之外的所有二進(jìn)制位均設(shè)置為1默認(rèn)時，A B C類地址的子網(wǎng)掩碼如下A類： B類： C類：B類地址子網(wǎng)的劃分子網(wǎng)數(shù)每個子網(wǎng)內(nèi)主機(jī)數(shù)所需位數(shù)子網(wǎng)掩碼03276612163822681903255.255.

7、224.0144094430204656210226126510725425484 域名域名結(jié)構(gòu)是層次的自又向左，越來越小。例如：www.5 網(wǎng)絡(luò)地址翻譯技術(shù)（NAT）NAT的功能：在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中使用內(nèi)部地址，通過NAT技術(shù)把內(nèi)部的地址翻譯成公網(wǎng)的IP地址，在互聯(lián)網(wǎng)上使用。其具體做法是把IP包內(nèi)的地址域用合法的IP地址來替 換NAT分類：共三種靜態(tài)NAT(Static NAT)、NAT池（Pooled NAT）和端口NAT(Port NAT)靜態(tài)NAT設(shè)置簡單，內(nèi)部網(wǎng)

8、絡(luò)中的每個主機(jī)都被永久映射成外網(wǎng)中的某個合法地址NAT地址池，在外部網(wǎng)絡(luò)中定義了一系列的合法地址，采用動態(tài)分配的方法映射到內(nèi)網(wǎng)端口NAT地址，在內(nèi)部地址映射到外部網(wǎng)絡(luò)的一個IP地址的不同端口5.1基于NAT的負(fù)載平衡DNS系列服務(wù)器解決了多個IP地址公用一個域名的問題。IP客戶端會在本地緩沖DNS/IP地址解析，從而使它的后續(xù)的申請都會到達(dá)同一個IP地址，減弱了DNS系列服務(wù)器的作用。應(yīng)用基于NAT的負(fù)載平衡方案，則可以解決這個問題。具體方法：路由器或者其他的NAT設(shè)備把需要負(fù)載的多個IP地址翻譯成一個公用的IP地址，每個TCP連接被NAT送到一個IP地址，而后續(xù)的TCP練級則被NAT送到下一

9、個IP地址，真正實(shí)現(xiàn)了負(fù)載平衡。6 動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（DHCP） 在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上使客戶機(jī)獲得配置信息的協(xié)議 DHCP向網(wǎng)絡(luò)主機(jī)提供配置參數(shù)，它由兩部分組成： 第一部分：向網(wǎng)絡(luò)主機(jī)傳送專用的配置信息 第二部分：給主機(jī)分配網(wǎng)絡(luò)地址 DHCP支持3種分配方法： 第一種：自動分配，IP地址永久 第二種：動態(tài)分配，IP地址有時間限制 第三種：手工分配，IP地址由管理員分配，DHCP只負(fù)責(zé)傳送給用戶7 IP組播 采用最少時間、最小空間來傳輸和解決視頻音頻業(yè)務(wù)所要求的網(wǎng)絡(luò)利用率高、傳輸速度快、實(shí)時性強(qiáng)的問題，IP組播技術(shù)解決了這個問題7.1IP組播的概念：IP組播是一種允許一臺或多臺主機(jī)（組播源）發(fā)送

10、單一數(shù)據(jù)包到多臺主機(jī)（一次的，同時的）的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 7.2 IP組播地址和組播組 IP組播通信必須依賴于IP組播地址,地址范圍是到55，并被劃分為局部連接組播地址、預(yù)留組播地址和管理權(quán)限組播地址3類 局部鏈路組播地址：到55，是為路由協(xié)議和其他用途保留的地址，路由器并不轉(zhuǎn)發(fā)屬于此范圍的IP包 預(yù)留組播地址：到55 用于全球范圍或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 管理權(quán)限組播地址：到55 可供組織內(nèi)部使用，類似于私有IP地址，不能用于互聯(lián)網(wǎng)，

11、可限制組播范圍。 使用同一個IP組播地址接收組播數(shù)據(jù)包的所有主機(jī)構(gòu)成了一個主機(jī)組，也稱組播組。 7.3 組播協(xié)議 組播協(xié)議主要包括組管理協(xié)議（IGMP）和組播路由協(xié)議。 組播管理協(xié)議：主機(jī)使用IGMP通知子網(wǎng)組播路由器，希望加入組播組；路由器使用IGMP查詢本地子網(wǎng)中是否有屬于某個組播組的主機(jī)。 組播路由協(xié)議分3種： 第一種：密集模式協(xié)議（如DVMRP、PIM-DM） 第二種：稀疏模式協(xié)議（如 PIM-SM、CBT） 第三種：鏈路狀態(tài)協(xié)議 （MOSPF） 8 IP安全性 IPSec提供了兩種安全機(jī)制：認(rèn)證和加密 其中AH協(xié)議定義了認(rèn)證的應(yīng)用方法，提供數(shù)據(jù)源認(rèn)證和完整性保證；ESP協(xié)議定義了加密

12、和可選認(rèn)證的應(yīng)用方法，提供可靠性保證。 IPSec的安全服務(wù)是由通信雙方建立的安全聯(lián)盟(SA)來提供的。 每一個IPSec結(jié)點(diǎn)都包含有一個安全策略庫（SPD）. IPv6基礎(chǔ)知識1 IPv6的新特性 1）巨大的地址空間 2）全新的報文結(jié)構(gòu) 3）全新的地址配置方式 4）更好的QoS支持 5）內(nèi)置的安全性 6）全新的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議2 IPv6地址 1 IPv6地址表示 IPv6由128位二進(jìn)制數(shù)組成，1）首先格式 128位每16位劃分為一段，每段被轉(zhuǎn)換為一個4位十六進(jìn)制數(shù)，并用冒號隔開 00000 10000 00001 00000 00000 01111 將每段轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，并用冒號隔開 20

13、01：0250：0000：0001：0000：0000：0000：45ef 2）壓縮格式 可以將不必要的0去掉 2001：250：0：0：0：45ef 當(dāng)?shù)刂分写嬖谝粋€或者多個連續(xù)的16比特0字符時，可用：表示，但只允許有一個： 2001：250：0：1：45ef 注意 FF02:30:0:0:0:0:5是非法的 應(yīng)表示為FF02:3:5 3）內(nèi)嵌格式 前面用IPv6十六進(jìn)制的表示 后面的用IPv4十進(jìn)制表示 例如：0：0：0：0：0：0：01 或者：01 2 IPv6地址類型 （無廣播）單播 組播 任播 1）單播 單播地址分為可聚合全球單播地址、本

14、地鏈路地址、本地站點(diǎn)地址 可鏈路聚合全球單播地址類似于公網(wǎng)地址，它的最高位為001.本地鏈路地址的最高10位固定是，后接54位0，它的特定前綴是FE80:/64 本地站點(diǎn)地址的最高10位是，后接38位0 單播地址有以下兩種特殊地址。 不確定地址：單播地址0：0：0：0：0：0：0：0 （也可以記作：） 回環(huán)地址：單播地址0：0：0：0：0：0：0：1 （也可以記作:1） 2）組播 最高8位是.3）任播 用來標(biāo)識一組網(wǎng)絡(luò)接口3 IPv6主機(jī)地址 通常一臺IPv6有幾個IPv6地址鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)了在IPv4中的地址解析協(xié)議（ARP）、控制報文協(xié)議（ICMP）中的路由器發(fā)現(xiàn)部分、重定向

15、協(xié)議的所有功能，并具有鄰居不可達(dá)檢測機(jī)制。鄰居發(fā)現(xiàn)的各種功能是通過交換ICMPv6報文實(shí)現(xiàn)的。 其中定義了5種不同的ICMPv6報文類型:1) 路由器請求（RS）2) 路由器公告（RA）3) 鄰居請求（NS）4) 鄰居公告（NA）5) 重定向IPv6鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議比IPv4要高效的原因：1） 在IPv6中，只有關(guān)心這個機(jī)制的鄰居結(jié)點(diǎn)才會在他們的協(xié)議棧中處理RS和RA的公告消息。而在IPv4中，ARP廣播是本鏈路上所有結(jié)點(diǎn)把ARP消息發(fā)送給IPv4協(xié)議棧2） 在IPv6中，結(jié)點(diǎn)在相同的請求中相互交換鏈路層地址。在IPv4中，需要兩個ARP廣播消息才能達(dá)到相同的效果IPv6鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議與IPv4地址

16、解析協(xié)議的區(qū)別1) 地址解析協(xié)議是獨(dú)立的協(xié)議，而鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議包含地址解析協(xié)議2) ARP協(xié)議以及ICMPv4路由器發(fā)現(xiàn)和ICMPv4重定向報文基于廣播，而NDP協(xié)議的鄰居發(fā)現(xiàn)報文基于高效的組播和單播3) 可達(dá)性檢測的目的是確認(rèn)相應(yīng)IP地址代表的主機(jī)或路由器是否還能收發(fā)報文，IPv4沒有統(tǒng)一的解決方案。NDP協(xié)議中定義了可達(dá)性檢測過程，保證IP報文不會發(fā)送給“黑洞”。 地址自動配置 主機(jī)為其接口自動配置ipv6地址時，需要進(jìn)行以下步驟：第一， 創(chuàng)建鏈路本地地址；驗(yàn)證該地址的唯一性第二， 確定哪些信息需要自動配置第三， 如果自動配置，那么應(yīng)通過無狀態(tài)機(jī)制還是有狀態(tài)機(jī)制獲得，或者兩者兼而有之。IPv

17、6地址自動配置放方式有兩種：無狀態(tài)地址自動配置和有狀態(tài)地址自動配置（如DHCPv6）。IPv4向IPv6的過渡過渡方案：1) 隧道技術(shù)2) 雙棧技術(shù)3) 地址翻譯技術(shù)NAT-PT是附帶協(xié)議轉(zhuǎn)換器的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器，銅鼓通過修改協(xié)議報文頭來轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)地址，使他們能夠互通。接入互聯(lián)網(wǎng)窄帶撥號方式窄帶撥號主要是利用電話線作為上網(wǎng)載體，主要包括ppp撥號（模擬信號）和isdn撥號（數(shù)字信號）兩種方式窄帶撥號的步驟：1. 硬件連接 （硬件包括一臺PC、一條電話線、一臺調(diào)制解調(diào)器、一根RS-232電纜）調(diào)制解調(diào)器是一種進(jìn)行數(shù)字信號與模擬信號轉(zhuǎn)換的設(shè)備，計(jì)算機(jī)處理的是數(shù)字信號，而電話線傳輸?shù)氖悄M信號。目前主要

18、使用的是56kbit/s的調(diào)制解調(diào)器。2. 申請帳號 （ISP會提供上網(wǎng)的電話號碼、登錄用戶名及密碼等參數(shù)，選擇ISP時用戶應(yīng)考慮電話中繼線的數(shù)量、登錄方式、上網(wǎng)費(fèi)用、傳輸速率等因素）3. 安裝軟件 （操作系統(tǒng)提供現(xiàn)成的撥號網(wǎng)絡(luò)軟件。用PPP協(xié)議建立連接時需要經(jīng)過安裝撥號網(wǎng)絡(luò)、添加TCP/IP協(xié)議、創(chuàng)建與ISP有關(guān)的新的連接、設(shè)置調(diào)制解調(diào)器參數(shù)、設(shè)置連接屬性等步驟）4. 設(shè)置撥號網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（用戶從ISP處得到一些必要的參數(shù)，主要是用戶名、密碼、撥號上網(wǎng)用的電話號碼、ISP主機(jī)DNS、電子郵件等。）打開“網(wǎng)絡(luò)連接”-“創(chuàng)建一個新的連接”-“在網(wǎng)絡(luò)連接類型”中選擇“連接到internet”-在“in

19、ternet連接”中，選擇“手動設(shè)置我的連接”-選擇“用撥號調(diào)制解調(diào)器連接”-接下來出現(xiàn)一系列詢問ISP的相關(guān)信息，填寫正確即可。5. 撥號登錄上網(wǎng)6. 下網(wǎng)斷線準(zhǔn)寬帶方式 （因?yàn)榧夹g(shù)上可接近或者超過10Mbit/s，但實(shí)際上只有1-2Mbit/s,只能叫準(zhǔn)寬帶，不是寬帶）準(zhǔn)寬帶方式主要包括ADSL、GableModem、PLC等方式ADSL（又稱非對稱（用戶上下行非對稱的傳輸速率）數(shù)字用戶環(huán)路）利用電話線GableModem利用有線電視電纜PLC利用電纜線寬帶和準(zhǔn)寬帶的共同點(diǎn)：第一：利用了現(xiàn)有資源，避免施工麻煩第二：采用頻率復(fù)用技術(shù)，利用原線路同時不影響打電話、看電視、用電。第三：不需要電話

20、撥號的過程，但I(xiàn)SP會要求用戶進(jìn)行帳號和密碼的認(rèn)證，以實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)。第四：連接簡單。寬帶方式寬帶方式是指上網(wǎng)的單向數(shù)據(jù)傳輸速率在10Mbit/s以上的方式，只要包括有線局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)。無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network,WLAN）,是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通過電磁波來傳送和接受數(shù)據(jù)。WLAN目前主要是提供寬帶數(shù)據(jù)接入（互聯(lián)網(wǎng)接入、企業(yè)網(wǎng)接入）WLAN的優(yōu)點(diǎn)：便攜性、安裝簡易性、可拓展性和可大范圍三維覆蓋硬件要求：1） 所在地必須已覆蓋，可能被一個或多個信源交叉覆蓋2） 上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)必須有無線網(wǎng)卡。（目前市場上主要基于802.11b、802.11g

21、兩種標(biāo)準(zhǔn)的。802.11b工作于2.4Ghz頻帶，11Mbit/s；802.11g與802.11b兼容，54Mbit/s.）3G無限上網(wǎng)中國電信 CDMA2000 （理論速率3.1Mbit/s）由美國高通公司提出美國標(biāo)準(zhǔn)，被美，加，日，韓，印及中亞中國聯(lián)通 WCDMA 源于歐洲和日本的融合中國移動 TD-SCDMA 中國自主研發(fā)的3G標(biāo)準(zhǔn)習(xí)題名詞解釋TCP/IP：TCP/IP是互聯(lián)網(wǎng)采用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，全世界最廣泛的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP協(xié)議簇包含100多個協(xié)議，將各種計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備組成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，由于TCP協(xié)議和IP協(xié)議是最基本、最重要的協(xié)議，所以通常用TCP/IP協(xié)議來代表成個互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。WLAN：無線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Network,WLAN），是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通過電磁波發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，應(yīng)用802.11標(biāo)準(zhǔn)。填空題1） IP協(xié)議和TCP協(xié)議構(gòu)成了TCP/IP協(xié)議簇的核心。2） IPv4向IPv6過渡的主要方案有隧道技術(shù)、雙棧技術(shù)、地址解析技術(shù)選擇題1） 互聯(lián)網(wǎng)上各種網(wǎng)絡(luò)和各種不同類型的計(jì)算機(jī)相互通信的基礎(chǔ)是（D）協(xié)議A HTTP B IPX C X.25 D TCP/IP2) 是互