网络知识第3讲Internet基础.ppt

1,网络知识第3讲 Internet 基础,西安交通大学计算机教学实验中心,2,第3课 因特网基础,本课内容因特网概述因特网的产生和发展因特网的功能和服务模式因特网的体系结构因特网编址机制因特网接入问题概述拨号接入局域网接入代理服务器接入其他接入方法,3,3.1 因特网概述,什么是因特网？因特网是在TCP/IP协议基础上建立的国际互联网。它是“计算机网络的网络”、“万网之网”，即将全世界不同国家、不同地区、不同部门和机构的不同类型的计算机网络互联在一起，形成一个世界范围的信息网络。,4,3.2 因特网的产生和发展,利奥纳德科仑洛克他在其博士论文中最早用排队论证明分组交换网络的优越性(1961)。并在1969年12月，参与了美国四所大学使用接口消息处理器（IMP)建立起阿帕网(ARPA Net)。,Leonard Kleinrock,5,3.2 因特网的产生和发展,APARNet实际上是冷战的产物。1969年美国国防部高级研究计划署(Defense Advanced Research Project Agency，DARPA)决定研究一种计算机网络，能够在战争状态下经受得起局部被破坏，即一种无中心的网络，并能够将使用不同计算机和操作系统的网络连接在一起。具有现代网络的许多特征，例如分组交换分层次的网络体系结构较为完善的通信协议,6,3.2 因特网的产生和发展,1974年，斯坦福大学的两位研究员瑟夫（cerf）和康恩（kahn）发表了互联网络的基本原则：四项基本原则小型化、自治：各种网络可以自行运行，当需要互联时不必在其内部再进行修改。尽力而为的服务:互联网络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。分散化的控制结构：在互联网络中不存在全局性的控制机制,7,3.2 因特网的产生和发展,以太网在1980s在全世界开始普及，也是目前因特网中数量最多的局域网络。,曾在施乐公司工作的迈特考夫博士（Dr.Metcalfe)于1973年发明了与传统的计算机网络实现方法完全不同的局域网络-以太网（Ethernet）。,8,3.2 因特网的产生和发展,1970s末，ARPA开始了一个称为Internet的研究计划，主要研究如何将各种局域网（LAN）和广域网（WAN）互联起来，这个研究项目的成果就是TCP/IP协议。TCP/IP协议和过去某些计算机公司开发的协议不同点在于它是完全开放的，其所有的技术和规范都是公开的，任何公司都可以利用其来开发兼容的产品。以这两个协议为中心，以ARPAnet为主干网开始将许多不同的网络联在一起，构成了因特网的原型。,9,3.2 因特网的产生和发展,1990年，阿帕网退役，国家科学基金网正式成为美国的Internet主干网。1991年，IBM、MCI(媒体控制接口)和MERIT三家公司成立了高级网络服务公司(Advanced Networks and Services)，着手建立新的主干网络。1992年，高级网络服务公司建立了新的高级网络服务网（ANSNET），取代国家科学基金网成为美国Internet的主干网。,10,3.2 因特网的产生和发展,蒂姆.本尼斯李(Tim Berners-Lee)于1989年在欧洲粒子物理实验室主持研制出万维网（WWW)的原型。并将全部技术公诸于世，无偿地供他人使用。万维网的出现，是因特网爆炸性发展的导火索。,11,3.2 因特网的产生和发展,丰富的信息和便利的使用是其规模迅速增长的主要驱动力截止到2000年,因特网的规模为网络数105（以数十万计）,主机数107（以数千万计）,用户数108（以数亿计），主干速率为2.5Gb/s美国政府资助的“下一代因特网计划”目标是主干网的速率比现在的因特网高1000倍端到端的速率要达到100Mb/s10Gb/s,12,Internet在中国,1987年9月20日，钱天白教授（中国兵器工业计算所的前身五机部计算站）发出我国第一封电子邮件“越过长城，通向世界”，揭开了中国人使用Internet的序幕。1990年10月，钱天白教授代表中国正式在国际互联网络信息中心的前身DDN-NIC（相当于现在的INTERNIC）注册登记了我国的顶级域名CN，并且从此开通了使用中国顶级域名CN的国际电子邮件服务。由于当时中国尚未正式连入Internet，所以委托德国卡尔斯鲁厄大学运行CN域名服务器。1994年5月21日在钱天白教授和德国卡尔斯鲁厄大学的协助下，中国科学院计算机网络信息中心完成了中国国家顶级域名(CN)服务器的设置，改变了中国的CN顶级域名服务器一直放在国外的历史。,13,Internet在中国,1993年3月2日，中国科学院高能物理研究所租用AT&T公司的国际卫星信道接入美国斯坦福线性加速器中心（SLAC）的64K专线正式开通。专线开通后，美国政府以Internet上有许多科技信息和其它各种资源，不能让社会主义国家接入为由，只允许这条专线进入美国能源网而不能连接到其它地方。尽管如此，这条专线仍是我国部分连入Internet的第一根专线。,14,Internet在中国,1994年4月初，中美科技合作联委会在美国华盛顿举行。会上，中科院副院长胡启恒代表中方向美国国家科学基金会（NSF）重申连入Internet的要求，得到认可。1994年4月20日，NCFC工程（中关村地区教育与科研示范网络）通过美国Sprint公司连入Internet的64K国际专线开通，实现了与Internet的全功能连接。从此我国被国际上正式承认为有Internet的国家。我国是通过国际专线接入Internet的第71个国家。,15,CERNET网络组织结构,国家教育部CERNET领导小组（State Education Commission CERNET Leading Group）由国家教委有关领导组成，是CERNET的最高领导和决策机构。CERNET管理委员会（CERNET Administration Committee）由国家教委有关领导和十所高校主管校长组成，负责领导并对重大问题进行决策。,16,17,Internet的组织和运行管理,Internet并没有一个统一的管理机构，但有一些机构对Internet的发展有着重大的影响有的则也起着一定的管理作用；Internet协会(Internet Society);1992年，用来管理因特网工作技术和应用的因特网协会建立了。它的主要功能是控制和鼓励因特网的增长及其有效利用，其中包括了对应于因特网上的协议和未来发展的控制。,18,Internet的组织和运行管理,Internet号码分配机构(www.iana.org)，负责分配IP地址；Internet网络信息中心(www.internic.org)，负责域名登记；,19,Internet的组织和运行管理,Internet体系结构委员会IAB，是个有权威的机构，负责制定Internet标准和长期发展战略，并领导几个特别任务工作组；IETF和IRTF。Internet工程任务特别工作组IETF，(Internet Engineering Task Force)致力于解决中短期的工程问题。由Internet工程指导组（IESG）进行管理。这个队伍被划分为领域，领域又划分为工作组。其中一些工作组分别负责认证，域名，主机动态分配(DHCP)，对主机的需求，互联，Telnet，用户文档等等。,20,RFC（Request For Comments）文件,Internet的主要文件形式RFCRFC是Request For Comments（请求评议）的缩写；RFC由IAB审定和发布；交流关于协议,研究和标准的新思想的首要方法是通过请求评议(RFC)的途径。当一个研究者构思了一个新协议，一项新研究，或者关于某个课题的指导性意见都可以作为一个RFC文档提交。因此RFC包括了Internet标准，对于新的或修订过的协议的建议，实施策略，指导性意见，各种集体智慧，等等。,21,RFC文件,RFC包含三种内容：正式批准的标准和协议，对于网络标准或协议的建议，关于因特网的实用技术文章每份RFC都有一个号码，目前RFC已有2000多个,22,3.3 因特网的功能和服务模式,资源共享（包括计算处理能力、数据资源、软件等通过Telnet、FTP实现）信息交流（电子邮件、BBS、ICQ）获取信息(北大天网、新浪)信息发布（万维网是继电视、广播、报纸、杂志之后的第五媒体）电子商务的运行平台,23,3.3 因特网的功能和服务模式,客户/服务器（Client/Server）模式客户模块(Client module):在本地主机上运行，用来访问网络上其他计算机的资源；服务器模块(Server module)：一般在远程主机上运行，用来应答来自其他计算机的客户程序请求，提供其本身的服务资源；,24,3.3 因特网的功能和服务模式,网络协议：通信中必须遵守的规则和约定；常用协议组：TCP/IP(应用于所有现代NOS)NetBEUI(应用于早期的MS_NOS)IPX/SPX(应用于早期的NetWare)网卡和驱动程序：局域网中的通信控制器或通信处理机，负责执行通信协议。,25,3.4 因特网体系结构,因特网从1983年开始使用传输控制/网间协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)参考模型。TCP/IP不是一两个协议，而是由数十个具有一定层次结构的协议组成的一个协议栈。而TCP和IP是该协议中两个最重要的协议。整个协议集常被称为TCP/IP体系结构或简称为TCP/IP。,26,3.4 因特网体系结构,因特网协议栈和协议数据单元,协议栈,PDUs,应用层,传输层,网络层,链路层,物理层,Message（报文）,Segment（段）,Datagram（分组）,Frame（帧）,1-bit(比特流),27,3.4 因特网体系结构,应用层：SMTP、HTTP、FTP,DNS传输层：TCP、UDP网络层：IP,ICMP、ARP链路层：PPP,802.3,ATM、帧中继物理层：无特定协议,28,3.5 因特网编址机制,因特网目前主要有三种不同形式但可以互相映射的地址管理机制：域名地址：(帮助记忆)IP v4地址：202.117.0.20(32位逻辑编码，用来在因特网中定位主机和路由器的接口)介质访问控制（MAC）地址（网卡物理地址）：12-FA-9B-23-DB-11(48位物理编码，用来在局域网中定位主机和路由器的接口),29,3.5 因特网编址机制,TCP/IP协议中各类地址的映射在广域网中主要使用逻辑编址。按IP地址来确定网络、网段和主机。依靠域名服务系统（DNS）来实现域名地址到IP地址的映射和转换在局域网中，需要使用网卡的MAC地址来通信，MAC地址是在网卡出厂时就固化在芯片中。在局域网中，由各主机上的地址解析协议(ARP)模块负责完成IP地址到MAC地址间的转换。,30,3.5 因特网编址机制,IP协议采用固定的地址方案来传送数据。无论在哪种链路上传送IP数据包中的IP地址都是不变的。在局域网网段上使用ARP(地址转换协议）协议，将信宿的IP地址转换为该信宿主机使用的MAC地址，以便将IP数据包再封装在链路帧送到信宿站点。IP和ARP互相配合，完成将数据包传送到目的地。,31,3.5 因特网编址机制,域名服务(DNS)和地址解析（ARP）的比较DNS是一种广域网中全局性的服务，由分布在全球的DNS服务器形成一个服务链，提供关于广域网中的域名到IP地址间的映射。ARP是在局域网中区域性的服务，其服务程序驻留在局域网的主机（接口）中，由各个主机负责解析IP到MAC地址间的映射。,32,3.5 因特网编址机制,TCP/IP网络上的每一台主机都需要唯一的IP地址。这个IP地址在整个网络范围内必须是唯一的。对于大的、世界范围内的网络，例如因特网来说，地址分配的权限是必需集中处理的。对因特网来说，因特网号码分配管理局（Internet Assigned Number Authority，IANA）确立IP地址分配的规则并且主管它们的分配。,33,3.5 因特网编址机制,每台因特网中主机必须考虑四个重要参数：IP地址：每个IP网中的主机都须要有一个独立的地址；子网掩码：也是32 位信息，用来区分IP地址中的网络和主机接口地址；默认网关：，可选的32位IP地址，用来标识路由器的地址。要送往另一个网络的数据包，由这个指定的路由器转送。DNS服务器：的IP地址，负责主机域名到IP地址的转换,34,3.5 因特网编址机制,IP地址:IPv4 IPv6IP协议规定使用32位二进制数构成IP地址；一般将32位二进制数分为4组，每组8位，用一个等值的十进制数来表示，十进制数之间用.分隔；如：11001010011000110110000010001100表示为：,35,3.5 因特网编址机制,IP地址由两部分组成：网络地址和主机（接口）地址；在广域传送时使用网络地址。Internet 将IP地址分为5类(A、B、C、D、E)，对一般的用户是使用A、B、C类地址；,36,3.5 因特网编址机制,A类地址：网络地址为8位，主机（接口）地址为24位，属于大型网络。A类地址的首位二进制数一定是0。可分配的A类地址共126个（全0全1地址不分配）；每个A类地址可容纳主机16,777,214台。地址范围：1.0.0.0126为回路测试地址,37,3.5 因特网编址机制,B类地址：网络地址为16位，主机（接口）地址为16位，属于中型网络。B类地址前2位二进制数一定是10。可分配的B类地址共16,384个（全0全1地址不分配）；每个B类地址可容纳主机65,534台。地址范围：128.x.y.z191.x.y.z,38,3.5 因特网编址机制,C类地址：网络地址为24位，主机地址为8位，属于小型网络。C类地址的特征是前3位二进制数一定是110。可分配的C类地址共2,097,152个（全0全1地址不分配）；每个C类地址可容纳主机254台。地址范围：.z.z,39,IP地址分类,A类 0.0.0.0 B类 128.0.0.0 C类 192.0.0.0 223.255.255.255,地址范围,40,保留的IP地址,11.11,1111.1111,本机,本网中的主机,局域网中的广播,对指定网络的广播,回路,以下这些IP地址具有特殊的含义:,一般来说，主机号部分为全“1”的IP地址保留用作广播地址；主机号部分为全“0”的IP地址保留用作网络地址。,0000.0000,网络号,网络地址,41,3.5 因特网编址机制,子网掩码可用来区分IP数据报是否发送到外部网络，每台主机必须设置正确的子网掩码对于A、B、C三类网络的确省子网掩码为：A类：255.0.0.0 B类：255.255.0.0 C类：255.255.255.0,42,43,域名服务DNS DNS用于将主机名转换为IP地址。采用名字来标记一台主机便于记忆。DNS服务主要基于UDP来实现，端口号=53。三个组成部分：域名空间、DNS服务器、解析程序域名空间：分布式的、层次型（分级）的树形结构，根没有名字，顶层域由组织域（如org、com、edu）和国家域（如cn）构成。在往下分还可分为若干层子域，如下页图。通常用点来分隔域的层次，,44,根,INT,CN,MIL,NET,COM,JP,IBM,intel,eng,www,jack,edu,net,xjtu,www,ftp,交大的Web服务器：,45,DNS名字服务器：存放域树结构和主机信息的数据库。为减小查询流量负载，提高可靠性，DNS名字空间被划分成若干不交叉的区域（Zone），分别存放在该区域的DNS服务器中。解析程序：从DNS（域名)服务器中提取信息把主机域名翻译成IP地址。,46,47,解析过程为：向本地DNS服务器发出请求；若本地DNS服务器找不到把请求发给负责顶层域名服务器，然后由顶层域名服务器把请求传递给相应子域的域名服务器。最后由该名字服务器把域名对应的IP地址按相反的路径传递给发出请求的站点。发送站点收到后开始传送数据，同时将找到的主机地址存储在本地域名服务中，供以后参考,48,3.6 因特网接入问题概述,接入网络的接入带宽局域网10Mb/s普通电话拨号上网56Kb/sADSL-512Kb/s8Mb/s接入的带宽是共享还是独享局域网共享Cable Modem-共享ADSL独享如何支付费用(固定租费或上网费+话费),49,3.6 因特网接入问题概述,计算机网络设备的安装将普通微型计算机接入网络，一般需要安装和配置网络设备，例如网卡和调制解调器，目前的网络设备安装中有两种主要类型的设备，即插即用（Plug&Play）和非即插即用型设备即插即用的设备安装过程相对简单，而非即插即用型设备要求则随设备的情况各有不同,50,3.7 普通电话拨号上网,一般电话上网的必要条件一条普通电话线路计算机和调制解调器（56Kb/s）一组由ISP提供的电话号码、用户名称、密码和DNS服务器地址例如：西安古城热线可以用电话号码（169）、用户名称（169）、密码（169）和DNS服务器地址（）,51,3.7 普通电话拨号上网,拨号上网所需要的协议目前使用普通电话拨号上网一般使用点对点协议（Point to Point Protocol，PPP)。PPP是许多协议的一个集合，这些协议互相配合，全面加强了基于调制解调器的网络特性。PPP支持动态IP分配，是目前比较广泛使用的协议。,52,3.7 普通电话拨号上网,安装和配置调制解调器内置式MODEM插入机内主板的插槽；外置式MODEM则用电缆和计算机串行接口连接；接好电话线；在 Windows环境下安装调制解调器：安装驱动程序，对调制解调器进行正确设置。,53,3.7 普通电话拨号上网,软件设置步骤添加协议，设置IP新建连接,54,55,3.8 通过局域网接入,企事业单位使用LAN将PC接入因特网,56,3.8 通过局域网接入,在此处键入要添加的默认网关的 IP 地址。它是一个本地 IP 路由器的地址，与将通信传送到超出本地网络的计算机在同一网络上。每个字段的值必须在 0 到 255 之间。网关是连接独立的 IP 网络段的路由器。例如，网络段可能需要网关将其连接到其他网络段、广域网(WAN)或 Internet。,57,3.8 通过局域网接入,安装和设置网络接口卡，目前市场上的网卡都支持“即插即用”，随卡驱动程序盘上都会有安装测试程序；与拨号上网的一般差别是网卡的TCP/IP的设置可能会有所不同：设置主机IP地址（）；设置子网掩码（）；设置默认网关）；设置DNS(202.112.11.130)。,58,3.8 通过局域网接入,目前局域网中使用最多的是以太网细缆Ethernet（10 Base-2）：单段最长185米，30个节点（PC机）；双绞线Ethernet（10 Base-T)；双绞线Ethernet（100 Base-T)；交换式以太网；千兆以太网。,59,3.8 通过局域网接入,集线器（HUB）以太网 HUB的基本工作原理是广播技术，也就是HUB从任何一个端口收到一个以太网帧时，它都将此以太网帧广播到所有其它端口，所谓广播，是指HUB将该以太网帧发送到所有其它端口。以太网帧中带有信源MAC地址（网卡中的物理地址，48位长）和信宿MAC地址。只有MAC地址与以太网帧中的信宿MAC地址相同的计算机（或路由器）接收该帧,60,HUB有4端口、8端口、12端口和24端口，一个用作网络连接，其余接计算机；当接入的计算机比较多时，可以用几个集线器进行级联。,3.8 通过局域网接入,RJ45接头,当两个HUB级连接时，注意要进行线序的交叉。当两台有以太网网卡的计算机对接并互传资料时，也可以使用上述线序,63,3.9 通过代理服务器的连接,代理服务器（Proxy）：Proxy相当于一个中转站，代理用户收发网络访问信息；代理服务器的两大功能：替代路由器，将局域网接入因特网（硬代理）提高网络应用程序的运行效率和访问能力(软代理)3.4 其他接入方式,64,3.9 通过代理服务器的连接,为什么Proxy能提高网络应用程序的运行效率？Proxy有缓冲存储器，存储经常被访问的信息，这样就缩短了后继用户访问等待时间，并减少了网络的数据流通量，提高了网络的效率；在网络应用程序中使用软代理设置，可以通过访问因特网上任意一个Proxy来获取代理服务,3.9 通过代理服务器的链接,软代理示意图目的:可满足客户端的请求而不必烦劳“原版”服务器,client,Proxyserver,client,http request,http request,http response,http response,http request,http response,origin server,origin server,66,3.9 通过代理服务器的链接,在IE浏览器中设置代理服务器（软代理）,67,3.9 通过代理服务器的连接,如果建立了一个局域网，但没有连接外部的专线和路由器，只拥有一个到ISP的连接，则可通过Proxy进行网络连接，实际上Proxy 是替代了路由器的功能；这时需要设置一台代理服务器（硬代理），实际就是运行代理服务器软件的计算机(仍可当一般计算机使用)，如WinGate、Winproxy等；,68,3.9 通过代理服务器的链接,硬代理示意图：,69,3.9 通过代理服务器的连接,同局域网相连的网卡及局域网上的其他工作站当然也要配置IP地址，但是我们注意到，这时的局域网并没有同因特网真正相连，不是因特网的子网，因此，局域网的网络地址可以是任意的。设Proxy的局域网IP，而其他工作站的IP为192.168.0.x（x：2、3、4），子网掩码设置为。,70,3.9 通过代理服务器的连接,Proxy 的网络设置完成后，就可以在其上面运行WinGate程序。WinGate 有两个组件：WinGate 引擎执行代理服务进程，没有用户界面，但在状态栏有图标。GateKeeper 是WinGate 引擎的配置接口。.,71,3.9 通过代理服务器的连接,客户端程序设置：通过控制面板网络连接本地连接属性Internet连接属性硬代理,72,3.10 其他接入方式,ISDN(一线通）是综合数字业务网，顾名思义，就是能在一根普通电话线上提供语音、数据、图象等综合性业务，并可连接8台终端或电话，有2台终端设备（例如：一部电话、一台计算机或一台数据终端）可以同时使用。在一根普通电话线上，可以提供以64Kb/s速率为基础并可达到128Kb/s的上网速度的数字连接。,ISDN的组成,家庭用的ISDN,广域网,ISDN交换机,ISDN终端,ISDN数字电话,本地回路,电信公司的设备,NT1,用户的设备,用户家庭,电信公司,TE1,TE1,TE1,T,U,74,3.10 其他接入方式,DSL（数字用户线路，Digital Subscriber Line）是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等，一般统称为xDSL。它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同这两个方面。,75,3.10 其他接入方式,ADSL属于非对称式传输。ADSL 在一对铜线上支持上行速率640Kb/s到1Mb/s，下行速率1Mb/s到8Mb/s，有效传输距离在3公里范围以内；正是ADSL的这些特点使ADSL成为用于网上高速冲浪、视频点播（IAV）、远程局域网络（LAN）访问的理想技术，因为在这些应用中用户下载的信息往往比上载的信息（发送指令）要多得多。,76,3.10 其他接入方式,ADSL更为吸引人的地方是：它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网（租用线路)方式。,PSTN,因特网,POTS分离器,铜质双绞线对,ADSL Modem,程控交换机,DSLAM,POTS分离器,电话机,计算机,用户端,中心端,本地环路,ADSL Modem,电话机,计算机,当POTS分离器和ADSL Modem做到一起时的连接方法,铜质双绞线对,78,本课小结,什么是因特网？（万网之网）什么是因特网发展的四大发明，Who did it？（分组交换技术和排队论，以太网，因特网设计的四项原则，万维网）因特网的功能和服务模式是怎样的？(C/S)Next Page,79,本课小结,因特网的体系结构和主要的协议(五个层次：应用HTTP、FTP、SMTP,传输TCP、UDP,网络IP,链路-PPP、物理-BIT。)因特网中三种编址机制以及相关功能(主机域名、IP地址、MAC地址，DNS和ARP)IP地址（A、B、C三类IP地址，子网掩码，默认网关，DNS服务器地址）DNS域名系统，及地址解析过程,80,本课小结,拨号接入（电话号码、用户名称、密码和DNS服务器地址）局域网接入（默认网关地址，IP地址，子网掩码，DNS服务器地址）代理服务器接入（软代理，硬代理）其他接入方法（ISDN=拨号接入,ADSL=租用线路+”免费电话”）,