2022年2022年计算机网络第四章课件详解考研必看 .pdf
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1、1 四Internet与 TCP/IP 协议Internet 简介Internet是基于 TCP/IP 协议所组成的国际互连网络的总和。发展历史Internet(中译名:因特网)的历史要追溯到本世纪60 年代未 70年代初(1969.12)的 ARPANET。ARPANET 是美国国防部高级研究计划局建立的、世界上最早出现的计算机互连网络。现代计算机网络的许多概念和技术方法(如分组交换技术),都来自 ARPANET 的研究成果。ARPANET 在技术上最大的页献就是了TCP/IP 协议族的开发和应用。ARPANET 的几个主要的发展标志有:1983年 ARPANET 内的全部计算机完成了向TC
2、P/IP 协议的转换,并在 UNIX(BSD4.1)上实现了 TCP/IP 协议;1985年,美国国家科学基金会(NSF)采用 TCP/IP 协议将分布在美国各地的六个可以为教育、科研服务的超级计算机中心互联,并支持地区网络,形成NSFNet;1986年 Internet开始对外开放,接入Internet的计算机逐年增多;1991年 6 月在连通 Internet的计算机中商业用户首次超过了学术界用户,这是Internet 发展史上的一个里程碑,从此Internet 的成长速度愈发不可估量;1994 年 10月中国教育与科研计算机互连网络(CERNet)正式启动。特点极大的开放性 Intern
3、et上的所有信息都可供全球公众共享;名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 20 页 -2 最大信息服务的综合性Internet 已成为全球化、多门类信息服务的最大集合体;浓重的商业性 Internet已成为谋取全球化商业利益的新型媒介;严重的不安全性 Internet 已成为新型全球化犯罪的可利用工具之一;Internet 的基本功能目前 Internet上的所有服务体制都称为客户/服务器体制,意即用户所需要各种信息都置于相应的服务器内(即常说的 WWW 服务器、FTP 服务器、Email服务器等)。用户通过安装于接入Internet的计算机内的专用软件系统通过连接或非
4、连接的方式从这些服务器上获取所需要的信息。在Internet的管理机制上,常将数量不等的多类型服务器集中在一起,由专门的机构对其实施管理。鉴于这些机构多为商业服务业机构,故又被统称为Internet 服务供应商(Internet Service ProvidersISP)。因此,接入Internet 的请求在商业角度上便是选择某个 ISP的行为了。浏览器服务(World Wide WebWWW)浏览器服务是由欧洲粒子物理研究中心(CERN)首创的基于超文本方式的一种信息查询功能。由于该服务使用的是无连接的网络互连方式,因而受到公众的广泛认同。利用浏览器服务还可以进行下述列举的各项服务。电子邮件
5、服务(Electronic mailEmail)电子邮件服务是Internet 上使用得最为广泛的一种服务,是名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 20 页 -3 Internet最重要、最基本的应用之一。该项服务可以传递文字、图象、声音等多媒体的信息。与信函有很大不同的是电子邮件服务功能可以将同一份电子邮件同时发送给多个接收者或交由第三方转发给最终的接收者。它比实时通信的传真要慢一些,但费用却要便宜得很多。文件传输服务(File Transmit Process FTP)文件传输服务也是Internet 上使用得最为广泛的一种服务。FTP使用户能在两个接入Intern
6、et的计算机之间传输文件(既常说的上载和下载)。除此之外,FTP 还提供登录、目录查询、文件操作及其它会话控制的服务功能。由于使用本服务功能需要建立客户计算机与文件服务器的连接,因此通常使用一个称为Anonymous 的匿名用户来充当连接用户名。远程登录服务(Telnet)远程登录服务是Internet上较早提供的一种服务。用户通过 Telnet命令使自己的计算机暂时成为远地计算主机的终端。利用远程登录服务,用户可以实时使用远地计算主机上对外开放的全部资源和远地计算机提供的多种服务。如可以查询数据库、检索资料;或利用远地计算机完成只有巨型住机才能做的复杂计算等工作。此外,Internet 的许
7、多服务是通过了Telnet访问来实现的(如Archie、BBS 等)。电子公告牌服务(Bulletin BoardsBBS)随着 Internet的发展,还有许多新的服务正在或将要诞生。如网络电话(Internet Phone)、网络会议(Net Meeting)、网络传呼(Internet Call Query)、网络视频点播(Video Click)等。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 20 页 -4 Intranet 与InternetIntranet 是利用Internet的全部手段与防火墙技术而构筑的企业内部的互连网络。大量的电子商务系统都是以Intran
8、et为背景的。接入Internet的方法局域网络连接以局域网络为单位通过路由器方式的接入;电话拨号连接以电话线或ISDN 用户线为单位通过调制解调器方式的接入;专线连接以租用的ISDN、DDN、FDDI、ATM、CATV 等线路方式的接入;无线连接以微波、卫星等无线通信方式的接入;Internet 的发展方向宽带与高速追求更高的网络传输速度以适应音频、视频等宽带信息的实时传送;高安全创立更为严密的多种防范措施以杜绝日益猖獗的网络犯罪活动;高可靠通过与法律的配合所提供的支持电子商务的技术手段;TCP/IP 协议TCP/IP 协议的结构InternetIntranet名师资料总结-精品资料欢迎下载
9、-名师精心整理-第 4 页,共 20 页 -5 TCP/IP 协议是对应 OSI 参考模型的链路层以上的一个协议家族。TCP/IP 协议伴随 ARPANET 和 Internet的发展而演变成为一个全球都必须接受的互连网络协议。SMTP DNS NSP FTP TELNET TCP UDP NVP ICMP IP ARP RARP Ethernet ARPANET PDN Others 位于网络接口层的Ethernet、ARPANET、PDN 协议是 OSI 参考模型链路层的基本协议。Others 包括MILNET、IEEE802.3(即CSMA/CD)、IEEE802.4(Token Bus
10、)和 IEEE802.5协议。IP 协议地址IP 协议是 TCP/IP 协议的核心。IP 协议负责 TCP/IP 协议族网络层数据交换的控制功能。因此,IP 协议用来标识网络和计算机的识别字便被称为 IP 地址。IP 地址由表示计算机所处网络编号的netid 和表示该网络内计算机编号的hostid 所组成(如下图)。凡接入Internet的任何计算机都会拥有至少一个IP 地址。每个 IP 地址由 32 个二进制位组成。按网络地址数量的不同,IP 地址又分为五类(如下图):应用层传输层网络互连层网络接口层hostidnetidIP地 址的 结 构名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第
11、5 页,共 20 页 -6 为了便于表示,将32位 IP 地址分割为 8位一组,用一个圆点作分割符号并以十进数表示。如:127.0.0.1、202.112.97.39等。从使用的实践结果来看,32 位的 IP 地址中网络的数量是根本无法适应全球网络发展的需要的。于是,将较长的 hostid 部分分出一部分连续位充当网络内部所包容的网络地址,此类地址称为子网地址已扩大网络地址的数量。分割的方法是采用一个与IP 地址字同长度的二进制数与相应的IP 地址进行与操作,从而滤出子网地址数。这个二进制数便被称为 子网掩码(SUBNET Mask Code)。例:已知某 IP 地址为 104.35.6.24
12、,其子网掩码为255.192.0.0。则 192与 35 的结果为 0。这时可读作网络104内 0 号子网的第 35.6.24号计算机(该地址的十六进制数为23.06.18,又可记作2165+3164+6162+24=2295320)。又如某 IP 地址为 202.112.97.161,其子网掩码为255.255.255.128,其子网地址为1,剩余的 7 位二进数 0100001换算0netidhostid7bitsA类24bits0netidhostid14bitsB类16bits11netidhostid21bitsC 类8bits101m uliticast group ID28bit
13、sD 类1101(reserved for future use)27bitsE类1110名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页,共 20 页 -7 为十进数便是33。所以该地址应读成202.112.97段内的第 1 号子网的第 33 号计算机。其它常用协议简介本段对除 IP 协议以外的其它协议作简要介绍。(一)互连网控制报文协议(Internet Control Message ProtocolICMP)在网络层发送差错报文。差错报文的内容包括:地址可到达与否报文、路由改变请求报文、数据传输错误报文、网络地址与掩码报文等。日常测试 IP 网络地址的 PING 命令所得到的便
14、是ICMP 报文。(二)地址转换协议(Address Resolution Protocol ARP)本协议的功能将(32位)IP 地址转换成本站(48 位)链路层地址以便于向本站链路层协议提出网络服务请求。在 Ethernet网的链路层发站向目的站发出ARP 请求,目的站便以本站的链路层地址回应发站。这样,在以后的通信中发站只要按照存储在cache内的目的站链路层地址指示本站链路层进行传输服务既可。(三)反向转换协议(Reverse Resolution Protocol RARP)当某个站初始化后只知道自己的物理地址而没有IP 地址时,可使用该协议向网络发出广播请求征寻自己的IP 地址,并
15、由 RARP 服务器负责应答。这个机制被称为动态IP 地址配置。(四)传输控制协议(Transmission Control Protocol TCP)传输控制协议是TCP/IP 协议族中面向(虚电路)连接的传输层协议。TCP 协议是以 16 位二进数的端口号作为本层的识别地址的。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页,共 20 页 -8 该层的连接便是建立在两个不同IP 地址所有的端口号之间的。32位的 IP地址与 16位的端口号联合构成的涉及两层协议地址的描述体被称为套接口(Socket)。(五)用户数据报协议(User Datagram Protocol UDP)用户数
16、据报协议是TCP/IP 协议族中面向无连接的传输层协议。UDP 协议也是利用与TCP 协议相同套接口号实现本层的数据传送的。但在进行传送时并不需要预先建立连接。(六)文件传输协议(File Transfer ProtocolFTP)文件传输协议是同时利用两条TCP 协议建立的传输层连接来实现文件传送的。一条连接用来传送文件数据内容;另一条用来传送控制数据内容。因而应用文件传输协议所进行的数据传送是十分可靠的。(七)远程终端访问协议(Telecommunication NetworkTelnet)远程终端访问协议是利用TCP 协议建立的一个传输层连接来实现的。其数据传送有四种模式:半双工、单字符
17、、行交换和行模式。(八)域名解析协议(Domain Name Service DNS)成千上万的IP 数值地址是人们难以记忆的。人们习惯用符号型名字作为自己通信目标的记忆标识。于是,人们按照网络层组网的形式给每个网络定义一个符号名,称为域名;再给位于某个网络中的某台计算机(服务器)定义一个唯一的符号名,称为计算机名。用这两个名字的组成来代表该计算机的IP 数值地址,并将其对照关系存入一个置于一台(网络内)专门的服务器(统称为域名解析服务器)内名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页,共 20 页 -9 的数据库中。每当遇到有要访问某域名内的某计算机名时,先在数据库中核对这两个名
18、字并提取其IP 数值地址送交发站,然后发站再对该 IP 数值地址的计算机实现真正的访问。这便是域名解析协议所完成的功能。本协议的实现需要域名解析服务器的支持。使用本协议的服务是以牺牲网络传输效率为代价而获得的。为了使全球的域名不发生重复,国际IP 地址管理委员会对域名的格式作了树状分级定义(如下图)。在根域下定义七个通用域,域名为三字节,供全球使用,但几乎美国的所有机构都安排在了这七个通用域内。在根域下按国家名定义的两字节的国家域名(如cn 表示中国、jp 表示日本等)。在国家域名下面再按照七个通用域的规则定义属于国家的通用域并就各域内的单位名作出域名定义(如 bupt 表示北京邮电大学、ts
19、inghua表示清华大学等)。上述域名定义规则出自ISO3166标准。(九)简单邮件协议(Simple Mail Transport ProtocolSMTP)SMTP 协议只是负责将邮件发向发站所能识别的最近的一个路arpacomedugovintm ilnetorgaecnzwedubuptw w w通 用 域国 家 域根名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页,共 20 页 -10 由目的站,并该站的SMTP 协议来判断是否已到达目的域或仍应转发。SMTP 协议不规定如何从用户那里接收邮件,也不负责向用户接口通知邮件到达,这是其与POP3(目前 Internet 内实际应
20、用的电子邮件协议)协议最大的不同。(十)IP 网间路由接口(Gateway)的概念两个彼此相邻的网络层是通过路由器连接在一起的。此时路由器的各一端分别接入两个不同的网络层,并占用各自的一个IP 地址。因此,这个IP 地址就成为本网与相邻网络进行信息沟通的渠道,故称之为 IP 网间路由接口(Gateway)地址。凡在配置了TCP/IP 协议的计算机系统内都必须指定至少一个Gateway地址,以实现该机系统借助 TCP/IP 协议对外部网络的访问。被置于路由器内的Gateway除具有 TCP/IP 协议的一般功能外,还肩负着甄别来自本网内部和外部的 IP 数据报,并负责将发向网内或网外。每一个Ga
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