第十讲　网络互连技术（一）
	概要： 　　本讲主要介绍网络互联网的有关内容，主要包括： 　　·互联网Internet概述：互联网的概念、互联网的功能、互联网对人类的影响、互联网的基本结构 　　·TCP/IP协议簇：TCP/IP的产生与发展、TCP/IP的体系结构、TCP/IP的应用 　　·网络互联技术：网络互连概述、互连中继系统、互联设备 　　五、互联网 　　·互联网Internet概述 　　·TCP/IP协议簇 　　·网络互联技术 　　·Internet有关概念 　　·互联网的基本功能 　　·Chinanet 　　（一）互联网Internet概述 　　1.互联网的起源：局域网络的发展 ，局域网络技术之间的不兼容性和广域网技术的发展； 　　2.互联网的概念：指通过网络互联设备把不同的多个网络或网络群体互联起来形成的大网络，也称国际网、全球网、万维网，中文名为因特网等。现在人们通称的Internet一开始是由美国人建立起来的。目前，已连接世界各国，是一个特定的、被国际社会认可和广泛使用的网络； 　　3.互联网的功能：互联网能够适应计算机、网络和服务的各种变化，它能够提供多种信息服务，成为一种全球信息基础设施。主要的服务有：WWW、电子邮件、文件传输和远程登录等； 　　4.互联网对人类的影响 　　·积极影响: 　　（1）传播媒介：“大众传播媒介”显示衰落的迹象，电视、报纸将越来越失去影响广播电台将填补适当的市场。通信网络能使这些趋势加快，这是由于通信网络有利于一些非常个人化的和越来越交互的媒介。这些“离开大众”的媒介，能使用户有更多的自由选择和安排节目，包括有线电视、小型磁盘、计算机电子公告板、电子邮政、电子报纸、传真、大型传媒装置、音乐合成装置、联机数据库、卫星转播的远距离电视教学、电子游戏和录像节目； 　　（2）数据检索：各种数据库的联机使一般公民的事务信息量不断扩大，使人们有可能迅速而便利地检索到大量的数据资料，包括医学、人口统计、政治和社会事务。这类数据库可使人们迅速逮捕罪犯、控制流行病和正确收集广泛的社会学数据资料； 　　（3）推进变革：通信网络加快了信息传播，使政治、经济、组织结构的变革加快。地理位置不再象共有文化利益那样重要； 　　（4）超越国籍：正如信息超越国界将改进政治结构一样，信息也将改变社团、宗教制度和文件传统； 　　（5）办公地点家庭化：工作人员能够通过他们的个人电脑的屏幕在家里工作，文书和专业人员将成为在家里工作的主要劳动力； 　　（6）电信社会：网络通信增多意味着人们更少进行面对面的交往。然而，随着出现高清晰度、交互性更强的视频通信，网络交互作用的质量将会提高； 　　负面影响 　　（1）数据失真：各种信息能够便利地传输和复制，为选出的数据材料进行重新加工开辟了道路。计算机编辑功能使人们能够改变数字数据和电文数据，以及改变声频数据，结果造成令人烦恼的安全问题，不可能确保信息的准确性； 　　（2）计算机犯罪：计算机盗窃造成的损失已经价值几十亿美元。随着网络的扩大，相互连结也越来越复杂，这就增加了犯罪机会。此外，计算机病毒造成的危害也使人们头疼。在现有的法律中，对这样的犯罪行为的惩治规定还不完备； 　　（3）获得信息的难度增加：信息是宝贵的财富，它可以在市场上销售，这样很可能出现“信息禁令”，因为很有价值的信息的拥有者们认识到它的价值,并且为了经济利益而采取保护措施或者提高价格。结果导致较贫困的个人、机构和国家难以获得信息； 　　（4）信息贫乏者受歧视： “信息贫乏者”由于缺少信息操作技术，从而限制了他们获得就业的机会。电信革命对穷人和未受到过教育的人们可能是沉重打击； 　　互联网的基本结构； 　　互联网的结构是多层网络群体结构 ，由以下三层网络组成： 　　1.主干网： 　　主干网是Internet网的最高层，它是由NSFNET（国家科学基金会）、Milnet（国防部）、NSI（国家宇航局）及ESNET（能源部）等政府提供的多个网络互连构成的。主干网是Internet基础和支柱网层； 　　2.中间层网：中间层网是由地区网络和商业用网络构成的； 　　3.底层网：底层网处于Internet网的最下层，主要是由大学和企业的网络构成； 　　（二）TCP/IP协议簇 　　·TCP/IP的产生与发展 　　·TCP/IP的体系结构 　　·TCP/IP的应用 　　1.TCP/IP的产生与发展： TCP/IP协议是基于美国国防部（Department of Defense,简称DoD）坚持其购买的计算机应能在某一种公共协议上进行通信的观点产生的； 　　2.TCP/IP协议的特点： 　　（1）协议标准具有开放性，其独立于特定的计算机硬件及操作系统，可以免费使用； 　　（2）统一分配网络地址，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的IP地址； 　　（3）实现了高层协议的标准化，能为用户提供多种可靠的服务； 　　3.TCP/IP的体系结构： 　　TCP/IP的核心思想是把网络层和数据链路层的物理网络，在运输层/网络层建立一个统一的虚拟的“逻辑网络”，屏蔽或隔离所有物理网络的硬件差异； 　　TCP/IP是由一系列协议组成的，它是一套分层的通信协议；TCP/IP协议分为4个层次； 　　TCP/IP协议的分层模型。 　　TCP/IP协议的4个层次： 　　·网络接口层（Network Interface Layer） ：是TCP/IP协议的最低层，是负责网络层与硬件设备的联系。这一层的协议非常多，包括逻辑链路控制和媒体访问控制； 　　·网际层（Internet Layer）：解决计算机到计算机间的通信问题，包括三方面功能：（1）处理来自运输层的分组发送请求，收到请求后将分组装入IP数据报头，填充报头，选择路径，然后将数据报发往适当的网络接口；（2）处理数据报；（3）处理网络控制报文协议，即处理路径、流量控制、阻塞等； 　　·运输层（Transport Layer）：解决计算机程序到计算机程序之间的通信问题，即“端到端”的通信。运输层对信息流具有调节作用，提供可靠传输，确保数据到达无误； 　　·应用层（Application Layer）：提供一组常用的应用程序给用户。用户调节访问网络的应用程序，应用程序与运输层协议相配合，发送或接收数据。每个应用程序都有自己的数据形式，它可以是一系列报文或字节流，但不管采用哪种形式，都要将数据传送给运输层以便交换； 　　4.协议 　　（1）IP地址：在互联网体系结构中，每一台主机都被分配给一个32位的地址作为主机的标识，这个地址被称为IP地址。IP地址具有唯一性，是网际层中识别主机的逻辑地址。当数据报在物理网络中进行传输时，IP地址被转换成物理地址，主机进行的所有通信都要使用这个地址来完成； 　　（2）数据报的分段和重装； 　　分段和重装： 　　·分段：为了能使较大 的数据报文以适当的大小在网络上传输，先对上层协议提交的数据报文进行长度检查，根据物理网络所允许的最大发送长度把数据报文分成若干个段发送； 　　·重装：被分段的各个数据报在互联网络中进行独立的传输，它们在经过中间路由器转发时由于选择的路由不尽相同，所以，到达主机的IP数据报顺序不一定一致。IP协议在目的主机将各分段的数据报组装成一个完整的原始IP数据报，并重新计算其报文长度，填入IP报头相应的字段。最后将组装好的原始IP数据报按用户协议号提交给上层协议； 　　（3）路由选择：包括发送和接收数据报时的路由处理两项处理； 　　发送/接收数据报时的路由处理： 　　·发送：上层协议发来的、要求IP协议发送的数据报有两类 　　指定了发送路由：IP协议按上层协议指定的路由发送数据报； 　　未指定发送路由：IP协议以IP数据报中目的IP地址为关键字来搜索路由选择表中的路由，如果找不到任何路由，则向上层协议报告错误信息； 　　·接收： 　　对于主机节点：用IP数据报中的目的IP地址与本机IP地址进行比较，如果地址相配，则把数据报递交个对应的上层协议；否则，丢弃该数据报； 对于路由器节点：实施发送数据报的处理； 　　5.TCP和UDP： 　　·TCP协议：是建立在IP协议之上的面向连接的端到端的通信协议；采取确认、超时重发、流量控制等各种保证可靠性的技术和措施； 　　·UDP协议：建立在IP协议之上的无连接的端到端的通信协议，不提供任何可靠性保证机制，提供的是不可靠传输，但增加和扩充了IP协议接口能力，具有高效传输、协议和协议合适都简单的特点； 　　6.TCP/IP的应用： 　　·远程登录 　　·文件传输 　　·经WWW完成信息的传输和浏览 　　·电子邮件 　　·定制程序对用户提供支持 　　·提供经网络传输数据的机制 　　·经网络完成数据的路由选择 　　·对分布式窗口系统提供支持 　　（三）网络互联技术 　　·网络互连概述 　　·互连中继系统 　　·互联设备 　　1.网络互连概述: 　　（1） 互连网络概念：也称网际互连，它是指两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一种或多种通信处理设备相互连起来，以构成更大的网络系统； 　　（2） 网络互连的目的就是实现更广泛的资源共享。这是使得一个网络上的某一主机与另一个网络上的一个主机进行通信, 通过通信达到不论是哪一个网络上的用户都能访问其它被连接的网络上的资源；通过通信实现不同网络上的用户进行信息、数据的交换。 　　（3） 网络互连的形式有：局域网 ～ 局域网、局域网 ～ 广域网和广域网与广域网的互连等三种互连形式。对局域网～ 局域网互连来说还存在同种局域网络之间的互连和异种局域网络之间的互连； 　　（4） 网络互连功能；对网络互连来说，非ISO系统要与ISO系统互连，不同的非ISO系统之间也要互连，所以在两个网络之间进行互连时，如果以ISO系统为标准的话，它们之间的差异在ISO各层都是存在的。这些差异主要表现在：寻址方法、报文最大分组长度 、网络连接方法 、超时控制 、差错恢复方法 、路由选择方法 、用户连接控制方法 、管理与控制方式 、流量控制方法 、状态报告方法 、服务类型； 　　（5） 网络互连的任务 　　·扩大网络通信范围与限定信息通信范围：网络互连有两方面内容：当需要将各独立的局域网互连起来，形成一个更大的网络系统时，对各个被互连的网络来说就扩大了其资源共享和信息传输的范围；而当一个网络系统过大，网络负荷过重时，往往还需要把一个网络系统分解成若干个小网络，再利用某种互连技术把分解后的若干个小网络互连起来。这样可以减轻网络负荷，各种信息局限在一定的范围内，减少全网的通信量，并且方便管理与操作； 　　·不同网络之间的连接：利用互连技术来实现相同或不同体系结构网络之间的互连；实现不同传输媒体共存于同一网络中和实现不同网络拓扑结构的网络之间互连； 　　·提高网络系统性能和系统可靠性：对一个网络系统来说，如果其用户站点数太多、通信媒体长度太长，或将所有的通信设备和数据处理设备都连在一个网络中，则系统的各自性能，包括数据传输速率、响应时间、系统安全性等都会明显下降。利用互连技术能有效的改善和提高网络的各种性能； 　　2.互连中继系统 　　·互连中继系统的分层结构 　　·分层中继系统的功能 　　（1）互联中继系统的分层结构 　　·中继器是运行在OSI最低层上的，它扩展了网络传输的长度，是最简单的网络互连产品； 　　·桥接器互连反映了数据链路层一级的转换，它用于同一类型的网络互连； 　　·路由器是工作在网络层上的，通常它只能连接相同协议的网络； 　　·网关和集线器是运行在OSI模型的高层上，执行协议的转换，实现不同协议的网络间的通信； 　　·互联中继系统的分层结构 　　（2）分层中继系统的功能： 　　·物理层：以比特形式传送信息分组。在传输过程中，信息分组可能需要从一种通信媒体转换到另一种通信媒体，通过物理层的互连，以实现信息在不同媒体中的转换和传输，形成在数据链路层上系统基本上是一个单一的网络。物理层互连要求所连接的各网络的数据传输率和链路协议必须是相同的，主要用于分布在不同地理范围内的各局域网的互连中； 　　·数据链路层：按帧接收或传送信息。实现的过程是：当从一条链路上收到一个帧后，先检查链路层的协议帧，如果认为可以的话，就将信息帧传送到另一条链路上。数据链路层互连可用于互连两个或多个局域网，互连的局域网可以是具有多个网络层协议的系统； 　　·网络层：主要用于广域网之间的互连上。由于各广域网的协议机制往往互不相同，所以网络层互连主要解决的问题是路由选择、阻塞控制和差错处理、分段等。本层互连协议的复杂程度取决于网络层服务。如果互连的各网络的网络服务相同，则互连协议就简单；反之就复杂； 　　·高层协议中包括会话层、表示层和应用层等三个层次，高层解决的是端对端服务问题，高层协议没有相应的、统一的标准协议，所以对高层互连来说，是复杂和多样的。但高层互连的核心还是在高层之间进行不同协议的转换； 　　3.互联设备 　　（1）中继器 　　·中继器的概念：中继器又称转发器，它是扩展局域网的硬件设备，属于物理层的中继系统。其功能是在物理层内实现透明的二进制比特复制，补偿信号衰减。也就是说，中继器接收从一个网段传来的所有信号，放大发送到另一个网段。网络中两个中继器之间或终端与中继器之间的一段完整的、无连接点的数据传输段为网段； 　　·中继器转发信号的缺点：虽然中继器能保证信号的强度，但每个中继器和网段都增加了延迟。如果延迟太长，协议就不能工作，网络就不能正常工作。所以传输中，中继器个数必须具有个数限制；如：以太网中规定，中继器个数不能超过四个；中继器不了解一个完整的帧，当信号在网段中转发时，中继器不能区分信号帧是否失效。因此中继器会将失效的，包括差错信号在内的信号一起在网段之间传输； 　　·中继器的主要功能：信号恢复、隔离、不同通信媒体连接、接口管理； 　　（2）集线器 　　·集线器的概念（包括可叠堆集线器和智能集线器）：是一种网内连接设备，它执行信号再生、信息包转发、路由选择及其它相应功能，具有管理能力的智能型集线器，其功能更强。集线器性能的好坏直接影响网络数据信息传输的性能； 　　·集线器的工作方式：一组客户机、服务器和外围设备通过集线器连接在一起，在某一时刻集线器以“共享”容量的方式向客户机提供全部带宽，即在同一时刻，只为网络上的一个客户提供服务； 　　·集线器的特点 　　优点：集线器具有公共的机座/公共的电源特性；可减少电缆接线；操作接口一致，即集线器的建立,运行,和维护是一致的,而不用考虑加进或者移除了那个类型的适配器；在智能集线器中集成了网络管理功能； 　　缺陷：集线器具有单故障点的特性，如果集线器失效，则整个网络处于故障状态而无法运行； 　　·可叠堆集线器和智能集线器 　　可叠堆集线器：是可以做为中继器使用的一类集线器。可重叠集线器具有很好的扩充性，并可根据网络环境的需要加上网络管理功能。例如：HP Advanced；Stack可重叠式集线器（10BASE-T）最多可重叠16部集线器，可连接784个结点，连接距离可达185米，并可以实现网络管理、安全保密、路由等方面的功能； 　　·智能集线器：智能集线器的种类很多，虽然它们各自的功能各不相同，但其大部分“智能”是相拟的，这些相拟的智能主要包括：自动容错，网段配置、控制，以及桥接或路由能力；一些智能型集线器还具有如下功能：具有对信息包的解析能力、具有对协议进行分析的功能 、限制入侵者功能 ；优点：管理是分布的，不需要单独的网络管理工作站； 　　思考与习题 　　1.TERNET的组成层次 　　2.TCP/IP协议的特点 　　3.TCP与UDP的关系 　　4.TCP/IP的四个层次每层的功能 　　5.IP协议的内容 　　6.网络互连中继系统的各层次的比较 　　7.集线器的作用