第5章 网络互联与因特网基础

计算机网络

第5章 网络互联与因特网基础

本章内容 网络互联的基本概念 因特网的体系结构 因特网接入技术 因特网的链路层与网络层

因特网的传输层协议

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5.1 网络互联的基本概念网络互联的动力：更大范围的资源共享 网络互联：HOST-LAN、LAN-LAN/WAN

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网络互联层次从网络体系结构的层次观点来考察，网络互联 可在四个层次上实现：

物理层 数据链路层 网络层 网络层以上

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物理层：中继器/集线器在电缆段之间复制比特流。

没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互连。

应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层

应用层

中继器 集线器物理层 物理层

传输层 网络层 数据链路层 物理层

电缆段1

电缆段24

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数据链路层：网桥/交换机在网段之间转发数据帧。 根据数据帧中的信息(MAC地址)进行转发。

应用层 传输层 网络层

应用层

网桥 交换机数据链路层 物理层 物理层

传输层 网络层

数据链路层物理层

数据链路层物理层

网段1

网段25

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网络层：路由器在网络之间转发报文分组。

根据分组中的逻辑地址(IP地址)进行转发。

应用层

传输层网络层 数据链路层

路由器网络层 链路层 链路层 物理层 物理层

应用层

传输层网络层 数据链路层

物理层

物理层

网络1

网络26

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更高层：网关连接不同体系结构的网络

网关应用层/传输层 网络层 数据链路层 应用层/传输层 网络层 网络层 链路层 链路层 物理层 物理层 应用层/传输层 网络层 数据链路层

物理层

物理层

网络1

网络27

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LAN的互联 本地互联特点：范围有限、主干(Backbone)采用局域网技术， 如FDDI、Ethernet、Token Ring 互联层次：链路层(网络层) 互联设备：网桥、交换机(有时可采用路由器)

远程互联特点：范围大、主干采用广域网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、FR、ADSL等 互联层次：网络层或更高层(链路层)

互联设备：路由器、网关(有时可采用远程网桥)8

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中继器 或HUB

本地

远程LAN1路由器

LAN1 网桥或 交换机

LAN2

WANLAN1 LAN2

路由器

路由器

LAN2LAN1 LAN2

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网络互联的归纳

物理层：使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复制位信号，无寻址功能；

数据链路层：使用网桥或交换机在局域网之间存储转发数据帧，用MAC地址寻址；

网络层：使用路由器在不同的网络之间存储转发分组，用IP地址寻址；

传输层及应用层：使用网关提供更高层次的互连，用端口号或其他特定标识寻址。10

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5.2 因特网体系结构

因特网是世界上最大的互联网络，具有开放性。 1974年，斯坦福大学的两位研

究员瑟夫(cerf) 和康恩(kahn)提出了开放网络的四项原则： 小型化、自治：每个网络可以自行运作，当需 要进行网间互联时无需改变其内部结构。 尽力而为的服务：互联网络仅提供尽力而为的 服务，如果需要可靠的通信，则由发送端通过 重传丢失的报文来实现。 无状态路由器：互联网络中的路由器不保存任 何现行连接中已经发送过的信息流状态。 非集中控制：在互联网络中不存在全局性的控 制机制。11

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因特网是一个开放网络的典型例子。 为满足开放网络的要求，因特网从1983年开 始引入并使用TCP/IP协议栈(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)。 TCP/IP不是单一的协议，而是由数十个具有一定

层次结构的协议组成的一个协议集。而TCP和IP 是该协议中两个最重要的协议。 整个TCP/IP协议集的框架被称为TCP/IP体系结 构或简称为TCP/IP。

由于TCP/IP协议在因特网中的广泛使用，现 在人们常常把TCP/IP协议称为因特网协议。12

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因特网协议栈和协议数据单元TCP/IP协议栈 第5层 第4层 第3层 第2层 第1层 应用层(FTP,Telnet,SMTP,HTTP,DNS,SNMP)

协议数据单元(PDUs)报文(Message)

传输层 (TCP,UDP) 网络层 (IP,ICMP,ARP,RARP,IGMP) 链路层 (PPP,HDLC,以太网,令牌环网) 物理层

段(Segment)

数据报(Datagram)

帧(Frame)

位流(Bits)

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5.3 因特网的接入因特网的接入是指如何把用户的计算机连接 到因特网的接入点——因特网的边缘路由器 因特网接入采用了广域网连接技术。 从用户类型划分，因特网接入分为： 住宅(居民区)接入 机构接入 移动用户接入

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居民区因特网接入:拨号和ADSL

模拟调制解调器通过电话网拨号上网 用户计算机通过电话拨号与因特网服务提供商建立连

接，在用户本地环路上传输的是模拟信号 拨号接入的速率最高不超过56kb/s

ADSL(非对称用户线路) 在用户本地电话线环路上采用数字信号传输技术，能

够在一条上同时提供话音服务和数据通信服务，但其 下行传输速率可达到8Mb/s,上行传输速率也能达到将 近1Mb/s 上下行速率不对称的特点非常适用于上网目的以因特 网浏览为主的用户15

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居民区因特网接入: 线缆调制解调器

HFC:Hybrid Fiber Coax(光纤同轴电缆混合 网络) 非对称：下行可达10Mb/s,上行为1Mb/s HFC将家庭用户连接到 ISP的路由器 若干个家庭用户共享10Mb/s访问带宽； 关注点：拥塞，规模控制问题。 应用：在国内的个别地区试点。