第1章IP網絡體系結構通信與信息工程學院楊寧yn@教學內容1.1網際互連與因特網1.2TCP/IP協議族1.3物理網絡yn@2教學要求要求理解網際互連原理、異構多網互連思想、通用網絡含義熟練掌握TCP/IP的層次結構模型以及各層的功能特點掌握下層網絡（物理網絡）對IP通信的支持及構成網絡的不同特點，理解不同類型下層網絡對TCP/IP的通信帶來的主要影響掌握主流的物理網絡——局域網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議難點不同下層網絡對IP通信的主要影響yn@31.1網際互連與因特網1.1.1網際互連概述設想基本策略1.1.2Internet概述產生技術思路網絡結構標準：RFC1.1.3小結yn@41.1.1網際互連概述互連需求上世紀70’s始，出現單位獨立網絡隨之：資源共享、信息共享的需求催生：網絡互連的設想面臨的問題網絡體制不同通信協議不同互連設想：統一的互連技術將不同的網絡互連起來形成一個整體同時保留和利用各自網絡的通信體制和技術而不是用新的網絡取代已有網絡yn@5如何互連？網際互連基本策略：應用級互連計算機在第一種網絡上傳遞的通信內容，再搬到第二個網絡上，傳遞給另一個計算機中間的計算機終結了兩個網絡的通信中間計算機在兩個網絡上轉交操作系統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絡硬件，可能需要為每個應用修改現有程序……互連成千上萬個網絡形成大網，難之又難！yn@7物理網A協議棧應用軟件通信方式A物理網B協議棧應用軟件通信方式B應用軟件通信方式A物理網A協議棧物理網B協議棧通信方式BGateway網絡級互連將網絡通信貫穿到各個網絡中穿越網絡邊界不是通信的終結，而是通信的繼續統一的網絡級互連協議，通用的通信服務互連的性質協議覆蓋方式的互連，負責網間跨越利用底層網提供的通信功能，穿越底層網底層網協議層次只需到組網功能的層次，排除高層協議以太網用MAC層實現組網，X.25則需要用網絡層實現組網yn@8NetANetBNetworklayer互連協議互連協議上層協議上層協議互連協議網絡級互連的優勢分離應用與數據通信細節網絡通信傳送的是小數據分組而非應用報文數據通信在網絡層及下層，中間節點無需運行應用程序應用程序不需知道底層網絡的通信細節網絡通信也不需知道應用程序的細節網絡層協議覆蓋實現互連，提供通用的通信服務網絡層直接使用底層網絡的通信服務，效率高網絡穿越采用底層網絡技術將數據傳送到網絡網絡邊界完全符合網際互連設想統一網絡互連技術用戶或應用程序與具體物理網絡無關用戶創建或使用應用程序不需知道網絡拓撲或互連形式yn@9互連模型ISO：開放系統互連——OSI參考模型DARPA：TCP/IP協議族DefenseAdvanced-ResearchProjectsAgency美國國防部先進研究項目局（遠景規劃局）應用：Internet（因特網）yn@101.1.2因特網概述Inter-ConnectionbetweennetworksDataLinkorchannelInter-CommunicationTransmittingdataamongnetworksInter-networkingProtocolInter-OperationamongstationsApplicationprotocolyn@11Internetworkinginternet：網際網，互連網Internet：因特網，互聯網Internet使用TCP/IP協議族實現網際互連包含一整套的協議、互連方法協議棧結構互連方式通信方式編址尋址、路由方式yn@12TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IPInternet技術思路包容和使用各種網絡的功能既要互連各種網絡，還要充分利用各種網絡的通信功能統一互連網上的通信服務屏蔽具體網絡的通信細節允許互連網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，穿越各個不同的網絡適應各種網絡最低功能要求yn@13TCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP通用的通信服務Internet網絡結構Internet——邏輯網絡將多個網絡互連起來，形成相互通信的大網——互聯網互連鏈路：物理網絡（或“底層網絡”）局域網、廣域網（有各自具體的通信協議和體制）互連網本身也可作為一個底層網看待：網絡分級嵌套思路對比“點-線”拓撲結構，物理網絡是“點”還是“線”？互連設備：路由器（運行IP協議）網際互連協議：IP協議yn@14信息如何穿越不同的物理網絡？網絡A網絡B網絡C路由器IP路由器協議結構多個物理網協議棧（視連接的物理網而定）一個互連協議棧（IP協議）互連結構所有接口連接的無一例外都是物理網注意：遠程信道也作為物理網對待yn@15互連協議如何看待Internet用戶角度單一的虛擬網絡無需了解網絡的內部結構互連網角度所有物理網絡是平等的路由器每個接口連接的都是網絡yn@16RRRRRRR路由器物理網絡當今的InternetISP：InternetServiceProvider,因特網服務提供者yn@17地區骨干網地區骨干網接入網駐地網核心網CN：Corenetwork主干和地區ISP網絡AN：Accessnetwork本地ISP網絡ADSL、WLAN、PONCPN：CustomerPremisesnetwork企業、家庭等網絡LAN、WLAN等網關路由器接入設備接入網國際/國家骨干網駐地網地區ISP主干ISP地區ISP本地ISPInternet標準（RFC）的制定準則鏈路層協議（最少）：PPP網絡層協議：IP，ARP、ICMP、IGMP、…路由協議：RIP、OSPF、…傳輸層協議：TCP、UDP、TRP、RTCP、…應用層協議（最多）：HTTP、FTP、SIP、SMTP…yn@18只要可以應用現有的協議標準，就使用他們；只有當現有的標準不夠時才制定新的協議，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將不同物理網絡互連起來網絡級互連（IP協議覆蓋）形成一個整體協議運行的邏輯網絡核心內容統一的互連協議與技術TCP/IP通用的互連允許各物理網獨立運行自己的協議（不改變物理網）允許高層軟件獨立與物理網絡（物理網無關）yn@191.2TCP/IP協議族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點節點所屬LAN或WAN指定LAN或WAN內唯一鏈路地址/硬件地址0x0005.5D06.1418標識通信節點的網絡連接Internet指定Internet內唯一網絡地址4標識通信進程操作系統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協議主要協議及其所在層次TCP/IP編址：物理地址、IP地址、端口地址作用、所在層次在互聯網通信中的變化情況yn@311.3物理網絡1.3.1引言1.3.2局域網1.3.3廣域網1.3.4小結yn@321.3.1引言因特網——IP互聯網各種物理網絡核心網（主干網）：交換廣域網接入網：點到點廣域網、局域網/城域網駐地網：局域網互連設備IP路由器yn@33局域網和廣域網局域網（LocalAreaNetwork，LAN）MultiplesystemsattachedtoasharedmediaBroadcastcapabilityHightotalbandwidth,lowdelay,lowerrorrateLimitedgeography,limitednumbersofstationsTechnologies：Wired&Wireless廣域網（WideAreaNetwork，WAN）Long-distancetransmissionofdata,voiceandvideoinformationoverlargegeographicalareasUtilizepublic,leased,orprivatecommunicationfacilities,usuallyincombinationTechnologies：Point-to-point&Switchedyn@341.3.2局域網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協議參考模型LAN標準機構IEEE802委員會802網絡：LAN/MAN（城域網）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物理層數據鏈路層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絡層協議提供一致的服務：不能直接為IP服務向下匯聚多種LAN（MAC）規范近年來發生了重大變化網絡層：IP協議幾乎成了唯一MAC層：以太網幾乎占絕對優勢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廣域網點到點廣域網從公共網（如電話網）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網絡典型鏈路協議：PPP、PPPoE交換廣域網網狀的點到點網絡，為用戶提供多個接入點使用面向連接的技術典型網絡：X.25、幀中繼、ATMyn@40DSL技術DigitalSubscriberLine，數字用戶線非對稱DSLADSL（AsymmetricDSL）上行640kbps~1Mbps，下行500kbps～8MbpsVDSL（Very-high-bit-rate