1
第 3章
网络互连与
Internet技术
2
本章内容
3.1 网络互连的概念与互连设备
3.2 Internet概述
3.3 TCP/IP协议体系 和域名系统
3.4 Internet提供的基本服务
3
3.1 网络互连的概念与互连设备
?网络互连的目的
?充分、有效地利用已有的网络资源
?改善网络性能
?提高网络的可靠性和安全性
3.1.1 网络互连的目标与要求
4
?网络互连的要求
?在互连的网络之间，提供物理链路，以及对
这条物理链路的控制规程。
?具备不同网络上进程之间的路径选择功能，
以便数据交换。
?提供记账服务，记录不同网络和网络连接的
使用情况，维护其状态信息。
?适应各个网络的差异，在不改变子网结构的
前提下，对用户屏蔽网络差异，使用户仿佛
在一个整体网络中进行操作。
5
?网络互连的种类
?局域网与局域网的互连
?局域网与广域网的互连
?局域网、广域网、局域网的互连
?广域网与广域网的互连
3.1.2 网络互连的种类与方式
6
…
n+2
n+1
n
(n-1)A
(n-2)A
…
…
n+2
n+2
n
(n-1)B
(n-2)B
…
n
互连设备
主机 B主机 A
(n-1)B
(n-2)B
…
(n-1)A
(n-2)A
…
网络 B网络 A
?网络互连模型
网络互连是通过互连设备，把从一个网络收到的符
合按该网络低层协议的数据单元，转换为符合另一
网络低层协议的数据单元，再送到后一个网络中
7
?物理层互连
?数据链路层互连
?网络层互连
?高层互连
?网络互连的方式
网络互连实质上是网络协议之间的转换。互连层
次不同，使用的互连设备也不同
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中继器工作在物理层
传统的共享型集线器可以认为是一种特殊的多端
口中继器
中继器的特点
?放大信号
?没有过滤功能，不能识别数据帧
?不能隔离冲突
3.1.3 中继器
9
?网桥的用途
? 连接两个或多个局域网，使之成为覆盖范围
更广的逻辑上的单一局域网
? 把一个较大的局域网分割成为一些较小的局
域网网段，以便于管理和提高网络的性能
? 使得建立混合速率的局域网成为可能
3.1.4 网桥
网桥工作在数据链路层
10
802.3
MAC子层
LLC子层
物理层
802.5
MAC子层
LLC子层
物理层
MAC
802.3 802.5
物理层 物理层
以太网主机 令牌环网主机
网桥
?网桥的工作原理
网桥从一个局域网上接收数据帧，然后判断帧中
的目的地址，以便决定是否转发帧，以及在网桥
的哪个端口（即向哪个局域网）转发，并把它转
换为符合该局域网协议的数据帧转发
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光纤
用网桥互连两个远距离局域网
网桥 网桥
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?网桥的功能
?网桥可以接收和转发帧，并按 MAC帧的目
标地址在相应的端口上转发出去
?网桥可以进行协议转换，转换 MAC帧，实
现互连
?有一定的路径选择功能
?可以改善局域网性能，隔离冲突
?可以提高网络的可靠性（隔离故障），进行
差错控制
?网桥存在的问题
?存在一定的延迟
?有可能产生“广播风暴”
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?网桥的种类
?透明网桥
符合 IEEE 802.1d标准，安装简单，不需要人工输入路
由信息，但无法阻止广播风暴，如果两个子网之间存在
多条路径，无法选择最佳路径
?源路由网桥
符合 IEEE 802.5标准，可以选择最佳路径，但站点实现
比较复杂,MAC帧的格式有所改变，不是一种完全透
明的方法
?封装网桥
用于相同局域网通过另一网络互连的情况
?转换网桥
用于连接异质局域网
14
3.1.5 路由器
路由器工作在网络层
?路由器的基本功能
?路径选择
?协议转换
?实现网络层的一些功能
?网络管理与安全
?多协议路由选择
15
?路由器的工作原理
路由器中有一张路由表，通过路由表选择路径
路由表有类似于下面的格式：
网络地址 下一个目标 接口 …
172.16.10.0 直接相连 接口 1
172.16.30.0 另一路由器 接口 2
路由器根据数据分组中的网络地址，检索路由表，
决定有哪个端口输出
路由器按照路由协议维护路由表，用最佳路径更新
路由表；若网络结构发生变化，也会更新路由表
16用路由器进行互连
物理层
MAC
LLC
物理层
IP
物理层
MAC
LLC
物理层
IP
物理层
MAC
LLC
TCP
IP
高层
物理层
MAC
LLC
TCP
IP
高层
A
YX
B
网络
路由器 X 路由器 Y主机 A 主机 B
局域网 2局域网 1
网络
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?路由器的特点
?路由器可以进行网络层及以下层的协议转换
?可以隔离广播信息，避免了广播风暴，起到
了隔离子网的作用
?提供最佳路径选择，可以根据网络变化情况
动态修改路由表
?路由器对经过的分组做较多的处理，会产生
较大的延迟
?路由器的安装配置比较麻烦
3.1.6 网关
网关在网络层以上进行协议转换，主要有传输层
和应用层网关。
网关还用于局域网与大型主机的连接。
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3.1.7 几种互连方式的对比
互连 互连 应用 功能 优点 缺点
设备 层次 场合
中继器 物理层 相同局域网 信号放大 互连容易 不能隔
网段 延长距离 价廉无延迟 离冲突
网桥 链路层 各种局域网 连接局域网 互连容易 不能隔
互连 改善性能 隔离冲突 离广播
路由器 网络层 局域网 -局域网 路由选择 大规模互连 设置复杂
局域网 -广域网 过滤信息 隔离广播 价格高
广域网 -广域网 网络管理 有管理控制 延迟大
能力
网关 传输层 高层协议不 在高层转 互连差异很 通用性差
应用层 同的网络 换协议 大的网络 延迟大
安全性好
19
?形成阶段
1969年 ARPAnet建成
1974年 TCP/IP诞生
1980年 TCP/IP被加入到 Unix操作系统的内核中
1983年 ARPAnet上的协议完全过度到 TCP/IP
3.2 Internet概述
3.2.1 Internet的形成和发展
本阶段主要进行网络技术的研究和试验
20
?实用阶段
1986年,NSFnet建成
1986年 ~1991年，大量子网连入 Internet，提供非商
业化服务
?商业化阶段
从 90年代开始，各种各样的商业子网纷纷向用户提
供各种用途的商业应用
1994年,NSF宣布不再给 NSFnet的运行和维护以经
费支持
Internet成为通过自愿原则互连起来的全球互联网
21
?Internet的发展
美国于 1994年提出了建设国家信息基础设施（ NII）的规
划，即人们所说的“信息高速公路”
1996年，美国政府批准实施下一代 Internet计划
同时，美国的几十所大学也开会决定进行 Internet第 2代
（ Internet 2）的研究
?新一代 Internet的宽带 IP技术
?光以太网技术。利用万兆位以太网传输 IP数据包
?IP over ATM。 利用 ATM传递 IP数据包
?IP over WDM（即光 Internet）技术。将 IP数据包经过
某种简单的接口协议，采用波分复用技术直接在光纤
上传输
22
?Internet的应用
?信息交流方面
?教育方面
?医疗方面
?政府工作方面
?商业领域
?娱乐方面
?其他方面
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3.2.2 Internet的特点和结构
?Internet的特点
?具有公平性
?具有开放性
?入网方式灵活多样
?信息资源极为丰富
?安全性差
?资源的分散化管理为信息的查找带来一定困难
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?Internet的逻辑结构
用户看到的 Internet
Internet
路由器
网络 1
网络 3
网络 2
网络 4
Internet的逻辑结构
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?Internet的协议结构
物理层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
应用层
表示层 应用层
传输层
网间网络层
网络接口层
物理网络
OSI TCP/IP
26
3.2.3 Internet在中国的发展
?中国科技网（ CSTnet）
始建于 1990年,1994年首次与 Internet连接,非赢利网络
?中国教育与科研网 (CERnet)
1994年启动,1995年首期安装成功，非赢利网络
?中国公用计算机互联网（ Chinanet）
1995年开通的用于商业目的的互联网
?中国金桥信息网（ CGBnet）
又称国家公用经济信息通信网。 1996年开通 。
?其他互联网
?中国联通网（ UNINET）
?中国网通网（ CNCNET）
?中国移动互联网（ CMNET）等互联网
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3.3 TCP/IP协议体系 和域名系统
以太网、令牌环,FDDI、其他网络
网络接口协议
IP
其他协议
TCP,UDP
SMTP,FTP,TELNET,DNS、其他
物理网络
网络接口层
网间网络层
传输层
应用层
IP数据报
传递对象
帧
报文
3.3.1 TCP/IP的分层结构
在 Internet上发送端和接收端主机要具有 TCP/IP的所有 4层
功能，路由器上只具有互联层和网络接口层的功能
TCP/IP
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?IP地址的概念
IP地址是独立于硬件地址的逻辑地址，它是由软
件提供的地址。 IP地址是网络层地址。
3.3.2 IP地址
?IP编址方案和分类
?IP地址由 32位二进制数构成, 分为前缀（网络
地址）和后缀（主机地址）
?每台计算机的 IP地址是唯一的
?网络地址的分配全球一致，主机地址可以本地
分配
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?IP地址的分类
其中 A,B,C 三类为基本类
0 1 2 3,.,7 8 …… 15 16 …… 23 24 …… 31
0 前缀 后缀
1 1 1 1
1 1 1 0
1 1 0
1 0
前缀
前缀
后缀
后缀
用于研究和试验
多目传送（组播）地址
A类
E类
D类
C类
B类
30
前缀位数 最多网络数 后缀位数 最多主机数
A类 7 128 24 16777216
B类 14 16384 16 65536
C类 21 2097152 8 256
?A类地址分配给超大型网络
?B类地址分配给大型和中型网络
?C类地址分配给小型网络
?D类 地址 用于多目地址传送，即多个主机共享
一个多目地址，发送到此地址的数据将同时
送给这一类主机
31
例如
IP地址, 11000000 00000101 00110000 00000011
可以表示为 192.5.48.3
从第 1段的值可以知道地址的类型。
类 数值范围
A 0 ~ 127
B 128 ~ 191
C 192 ~ 223
D 224 ~ 239
E 240 ~ 255
?点分十进制表示法
32
?特殊 IP地址
?网络地址
后缀为 0的地址为网络地址
例如,128.211.0.0 和 202.122.23.0
?广播地址（直接广播地址）
后缀各个位全为 1的地址
例如,128.211.255.255
?静态 IP地址与动态 IP地址
静态 IP地址固定分配给某个主机
动态 IP地址在某个计算机连入 Internet时，分配给
该计算机，连接断开后收回，可以再分配给其他
计算机
33
?子网地址
为了避免 IP地址的浪费，可以把多余的主机地址
拿出来作为子网的地址来分配
1 0 网络地址 主机地址B类
位 0 1 8 16 24 31
划分子
网前
划分子
网后 1 0 网络地址B类
位 0 1 8 16 24 3122
子网地址 主机地址
23
若原来的网络地址为 128.10.0.0，划分为子网后
128.10.2.0 表示第 1个子网
128.10.4.0 表示第 2个子网
128.10.6.0 表示第 3个子网
34
?子网掩码
A类地址的子网掩码为,255.0.0.0
B类地址的子网掩码为,255.255.0.0
C类地址的子网掩码为,255.255.255.0
10000000 00010101 00000011 00001100 （ IP地址 ）
11111111 11111111 00000000 00000000 （子网掩码）
10000000 00010101 00000000 00000000 （网络地址）
例如：若 B类 IP地址为 128.21.03.12，它与 B类地址的子
网掩码“与”的结果
若要在 B类 IP地址中把主机地址的高 7位作为子网
地址，则子网掩码为,255.255.254.0
35
3.3.3 IP协议和 TCP协议
头部 数据区
控制信息和地址信息
?IP数据报
?IP协议
?主要功能
?封装 IP数据报
?转发 IP数据报
?分段与重组
?不处理以下问题
?数据报的重发
?延迟传送或乱序传送
?数据的损坏
?数据报的丢失
36
?IP数据报的传输
帧头 1
帧头 3
帧头 2
数据报源
目的地
R2
R1
网络 1
网络 2
网络 3
?数据报封装在物
理网络的帧中
?路由器拆帧，分
析数据报头，
选择路径，并
将数据报封装
在下一物理网
络
的帧中
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网络接口
IP
TCP
应用层
主机 A
网络接口
IP
路由器
IP数据报的传输
网络接口
IP
TCP
应用层
主机 B
网络接口
IP
路由器
网络接口
IP
路由器
IP数据报
网络 1 网络 2 网络 3 网络 4
每个路由器收到 IP数据报后，从头部取出目标 IP地址，根据
路由表决定下一站的位置；当 IP数据报到达目标主机所在的
网络后，由该网络按自己的方式把帧送到目标主机，目标主
机的 IP层再从中分离出 IP数据报，交给上层处理
38
?IP的新方案（ IPv6 ）
主要特点
?采用 128位表示 IP地址，增加了新的地址类型
?IP数据报的头部发生变化，分为基本报头部
分和扩展报头部分，简化了基本报头，提高
了路由器的处理效率
?分段和重组的方案做了修改
?扩展功能增强，扩展报头可以很长
?安全性增强，可实现认证和加密，可以在 IP
层保证通信的安全。
?可以区分数据流的类型，确保不同类型数据流
所需的带宽，使多媒体信息的收发双方能够通
过低层网络建立一条高质量路径，从而提供
对音频和视频信息的支持
39
?TCP 协议
TCP把 IP看成是一个包通信系统，而不管它是怎样
传输的，在 TCP看来，整个互联网是一个通信系统，
对信息本身没有任何影响
应用层
TCP
应用层
TCP
IP
网络接口
IP
网络接口
IP
网络接口
主机 A 主机 B
TCP看到的通信
系统
网络 1 网络 2路由器
40
TCP协议是传输层的主要协议，它提供面向连接
的服务，以全双工方式通信，实现源到目的的连
接，这种连接是虚连接，是由软件实现的。
TCP的主要责任是提供发送端主机到接收端主机
的可靠传输
TCP采用重发的策略来解决由于线路故障或线路
拥挤造成数据丢失的问题
当接收方接收速度低于数据的发送速度,TCP则
采用控制发送速度的方案来保证双方速度的匹配
41
主机名,次级域名,顶级域名
可以有多级
例如,www.cctv.com.cn
3.3.4 域名系统
?域名的结构
域名采用树结构，最高级域的下面还有子域。
每个域有一个名字，即域名
最高级域的名字是顶级域名，不限子域的层数，
也不规定子域的域名及其含义
42
域名 一般含义
com 商业机构
edu 教育机构
gov 政府组织
net 网络机构
int 国际组织
org 其它组织
国家代码 国家
国家代码 国家
cn 中国
au 澳大利亚
ca 加拿大
de 德国
gb 英国
jp 日本
us 美国
?顶级域名
43
域名系统采用客户机 /服务器模式，当用户发出
一个域名翻译请求时，域名服务器对它进行翻
译，得到的 IP地址再交给用户。
域名服务器也按树结构分层组织，一个节点不
能存在于多个服务器上。
在域名系统中，域名的管理采取自治的原则，
允许一个组织为自己的计算机指定或改变下级
域名。
?域名的转换
一个域名对应一个 IP地址，但一个 IP地址可以有 0
个或多个域名；域名在 Internet范围内是惟一的
?域名与 IP地址的关系
44
?电子邮箱
是计算机外存上的一块存储空间
3.4 Internet提供的基本服务
3.4.1 电子邮件
?具有惟一的电子邮箱地址
?电子邮箱一直开放，可以在任何时间接收电子邮件
?可以接收任何人的电子邮件
?邮箱是私有的，只有电子邮箱的拥有者才能打开电子
邮箱，阅读里面的电子邮件
?能够一直保留收到的电子邮件（可以限制邮件的总容
量），直到邮箱的拥有者把它们取走或删除
?具有基本的邮箱管理和维护功能
?电子邮箱的基本特征
45
?电子邮箱地址
用户名 @电子邮箱所在的计算机名
例如,username@btamail.net.cn
?电子邮件系统的工作原理
?
电子邮件的客户 /服务器模式
服务器
软件
发送方计算机
客户软件 邮箱
接收方计算机
? ?
Internet
46
??
电子邮件的传送过程
发送方 接收方
发送方邮
件服务器 A
接收方邮
件服务器 B
?
Internet
电子邮件发送、接收的 3个过程
① 发送方把邮件发送给自己邮箱所在的邮件服务器 A
② 邮件服务器 A通过 Internet把邮件传送给接收邮件一方的
邮件服务器 B
③ 接收方从邮件服务器 B上下载邮件
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?电子邮件管理软件
?客户端软件
?创建和编辑电子邮件
?发送、回复、转发电子邮件
?从邮件服务器上下载并显示收到的电子邮件
?对收到的电子邮件进行管理
?账号、通信簿的管理
?服务器端软件
?对所有访问电子邮箱的用户进行身份安全检查
?为用户发送邮件
?当发送失败时，向用户给出错误原因
?接收电子邮件，并放到指定的邮箱中
?允许用户下载邮箱中的邮件
?可设定拒收名单，拒绝来自名单地址处的邮件
48
?电子邮件使用的协议
?SMTP协议
定义了电子邮件如何通过 TCP连接进行传输；以
文本形式传送电子邮件
?MIME协议
增强了 SMTP的功能，定义了各种类型数据的编
码格式，可作为附件传送，成为 Internet上传送
多媒体信息的基本协议之一
?POP3协议
用于电子邮箱的管理,用户通过 POP3来访问服务
器上的电子邮箱
49
?电子邮件的格式
?邮件头部
? 收信人的邮箱地址
? 抄送人的邮箱地址，可以同时抄送给多人
? 邮件的主题，是发送人对邮件内容的简单描述。
? 发信人的电子邮箱地址
? 发信的日期和时间
?邮件体
? 正文部分：一般是文本内容
? 附件部分：是由邮件携带的一个或多个各种
类型的计算机文档
50
3.4.2 WWW
WWW（ World Wide Web）即全球信息网，也
叫万维网。 WWW不是一个物理网络，也不是
一个互联网，而是一个信息网 。
?超文本和超媒体 A
………
…
………
…
………
…
………
…
………
…
b
c
B
………
…
………
…
………
…
………
…
………
…
C
………
…
………
…
………
…
………
…
D
………
…
………
…
………
…
………
…
………
c
d
a b
d
超文本的结构
超媒体包含两项内容
?信息内容
可以是多媒体内容
?超链接
信息内容之间的连接关
系
51
?WWW的基本概念
?网页、主页
WWW中的每一个信息点是一个网页
多个网页链接在一起构成一个网站
进入网站的第一个网页是主页
?URL即统一资源定位器
URL的格式
协议名,//IP地址或域名 /路径 /文件名
例如,http://www.sohu.com
http://192.5.48.3/myfile/index.htm
ftp://pchome.net
52
?HTML(超文本标记语言 )
用来描述超媒体结构的一个命令集,WWW
中的网页文件大多是用 HTML编写的
?HTTP (超文本传输协议 )
是标准的网页传输协议，支持超媒体在网络
中的传输
?浏览器
是一个工作在客户端的应用程序，是人们访
问 Internet的主要的工具
53
?WWW的基本工作原理
采用 3层客户 /服务器模式，即客户 /应用服务器 /数据服务器
模式（ B/W/S,Browser / Web / Server）。
客户端负责用户对 Web服务器的交互式访问和显示从 Web服
务器传来的网页
Web服务器接收用户的信息服务请求，根据请求的内容，再
向数据库服务器提出数据服务请求，从数据库服务器获得数
据后，组成动态网页传送给用户
数据库服务器负责管理和维护数据库，提供数据服务
URL请求
网页
Web服务器 数据库服务器客户端
结果
数据请求
54
3.4.3 文件传输 (FTP)
工作模式是客户 /服务器模式。提供 FTP服务的计
算机叫做 FTP服务器。
Internet
用户看到的 FTP功能
上传
下载
客户机
FTP服务器
55
数据连接
FTP的工作原理
客户端计算机
FTP客户
程序
FTP服务器
FTP服务
程序
控制连接
Internet
?FTP的原理
在文件传输时,FTP通过 TCP在双方建立两种连
接，即控制连接和数据连接，控制连接用于客户
与 FTP服务器双方命令的传送，数据连接用于数
据（即文件）的传送
56
?匿名 FTP服务
公开账号, anonymous
登录的口令, guest
或 用户自己的电子邮件地址
匿名 FTP一般不允许用户上传文件
?采用的协议
FTP ( File Transfer Protocol)
?FTP客户端软件
?浏览器
地址栏中的 URL的第一部分，即访问协议部分，必须
指明 FTP协议
?专用软件工具
一般可以同时建立多个数据连接，同时传输多个文件,
具有断点续传功能
57
采用 TELNET协议, 屏蔽不同计算机的差异, 以
便以统一的方式访问 TELNET服务器 。
3.4.4 远程登录
?工作原理
Internet
NVT格式命令
客户端计算机
客户程序
客户终
端
TELNET服务器
服务器程序
虚拟终端
NVT格式显示内容
58
3.4.5 其他服务
?网络新闻组
是人们在 Internet上发布信息、交换观点、发
表意见的场所，按主题建立，展开讨论
?电子公告版
可以张贴各种布告，发表针对某个布告的不同
看法；还可实现资源的共享
?现场对话
是一种聊天服务，可用于交友和开会
第 3章
网络互连与
Internet技术
2
本章内容
3.1 网络互连的概念与互连设备
3.2 Internet概述
3.3 TCP/IP协议体系 和域名系统
3.4 Internet提供的基本服务
3
3.1 网络互连的概念与互连设备
?网络互连的目的
?充分、有效地利用已有的网络资源
?改善网络性能
?提高网络的可靠性和安全性
3.1.1 网络互连的目标与要求
4
?网络互连的要求
?在互连的网络之间，提供物理链路，以及对
这条物理链路的控制规程。
?具备不同网络上进程之间的路径选择功能，
以便数据交换。
?提供记账服务，记录不同网络和网络连接的
使用情况，维护其状态信息。
?适应各个网络的差异，在不改变子网结构的
前提下，对用户屏蔽网络差异，使用户仿佛
在一个整体网络中进行操作。
5
?网络互连的种类
?局域网与局域网的互连
?局域网与广域网的互连
?局域网、广域网、局域网的互连
?广域网与广域网的互连
3.1.2 网络互连的种类与方式
6
…
n+2
n+1
n
(n-1)A
(n-2)A
…
…
n+2
n+2
n
(n-1)B
(n-2)B
…
n
互连设备
主机 B主机 A
(n-1)B
(n-2)B
…
(n-1)A
(n-2)A
…
网络 B网络 A
?网络互连模型
网络互连是通过互连设备，把从一个网络收到的符
合按该网络低层协议的数据单元，转换为符合另一
网络低层协议的数据单元，再送到后一个网络中
7
?物理层互连
?数据链路层互连
?网络层互连
?高层互连
?网络互连的方式
网络互连实质上是网络协议之间的转换。互连层
次不同，使用的互连设备也不同
8
中继器工作在物理层
传统的共享型集线器可以认为是一种特殊的多端
口中继器
中继器的特点
?放大信号
?没有过滤功能，不能识别数据帧
?不能隔离冲突
3.1.3 中继器
9
?网桥的用途
? 连接两个或多个局域网，使之成为覆盖范围
更广的逻辑上的单一局域网
? 把一个较大的局域网分割成为一些较小的局
域网网段，以便于管理和提高网络的性能
? 使得建立混合速率的局域网成为可能
3.1.4 网桥
网桥工作在数据链路层
10
802.3
MAC子层
LLC子层
物理层
802.5
MAC子层
LLC子层
物理层
MAC
802.3 802.5
物理层 物理层
以太网主机 令牌环网主机
网桥
?网桥的工作原理
网桥从一个局域网上接收数据帧，然后判断帧中
的目的地址，以便决定是否转发帧，以及在网桥
的哪个端口（即向哪个局域网）转发，并把它转
换为符合该局域网协议的数据帧转发
11
光纤
用网桥互连两个远距离局域网
网桥 网桥
12
?网桥的功能
?网桥可以接收和转发帧，并按 MAC帧的目
标地址在相应的端口上转发出去
?网桥可以进行协议转换，转换 MAC帧，实
现互连
?有一定的路径选择功能
?可以改善局域网性能，隔离冲突
?可以提高网络的可靠性（隔离故障），进行
差错控制
?网桥存在的问题
?存在一定的延迟
?有可能产生“广播风暴”
13
?网桥的种类
?透明网桥
符合 IEEE 802.1d标准，安装简单，不需要人工输入路
由信息，但无法阻止广播风暴，如果两个子网之间存在
多条路径，无法选择最佳路径
?源路由网桥
符合 IEEE 802.5标准，可以选择最佳路径，但站点实现
比较复杂,MAC帧的格式有所改变，不是一种完全透
明的方法
?封装网桥
用于相同局域网通过另一网络互连的情况
?转换网桥
用于连接异质局域网
14
3.1.5 路由器
路由器工作在网络层
?路由器的基本功能
?路径选择
?协议转换
?实现网络层的一些功能
?网络管理与安全
?多协议路由选择
15
?路由器的工作原理
路由器中有一张路由表，通过路由表选择路径
路由表有类似于下面的格式：
网络地址 下一个目标 接口 …
172.16.10.0 直接相连 接口 1
172.16.30.0 另一路由器 接口 2
路由器根据数据分组中的网络地址，检索路由表，
决定有哪个端口输出
路由器按照路由协议维护路由表，用最佳路径更新
路由表；若网络结构发生变化，也会更新路由表
16用路由器进行互连
物理层
MAC
LLC
物理层
IP
物理层
MAC
LLC
物理层
IP
物理层
MAC
LLC
TCP
IP
高层
物理层
MAC
LLC
TCP
IP
高层
A
YX
B
网络
路由器 X 路由器 Y主机 A 主机 B
局域网 2局域网 1
网络
17
?路由器的特点
?路由器可以进行网络层及以下层的协议转换
?可以隔离广播信息，避免了广播风暴，起到
了隔离子网的作用
?提供最佳路径选择，可以根据网络变化情况
动态修改路由表
?路由器对经过的分组做较多的处理，会产生
较大的延迟
?路由器的安装配置比较麻烦
3.1.6 网关
网关在网络层以上进行协议转换，主要有传输层
和应用层网关。
网关还用于局域网与大型主机的连接。
18
3.1.7 几种互连方式的对比
互连 互连 应用 功能 优点 缺点
设备 层次 场合
中继器 物理层 相同局域网 信号放大 互连容易 不能隔
网段 延长距离 价廉无延迟 离冲突
网桥 链路层 各种局域网 连接局域网 互连容易 不能隔
互连 改善性能 隔离冲突 离广播
路由器 网络层 局域网 -局域网 路由选择 大规模互连 设置复杂
局域网 -广域网 过滤信息 隔离广播 价格高
广域网 -广域网 网络管理 有管理控制 延迟大
能力
网关 传输层 高层协议不 在高层转 互连差异很 通用性差
应用层 同的网络 换协议 大的网络 延迟大
安全性好
19
?形成阶段
1969年 ARPAnet建成
1974年 TCP/IP诞生
1980年 TCP/IP被加入到 Unix操作系统的内核中
1983年 ARPAnet上的协议完全过度到 TCP/IP
3.2 Internet概述
3.2.1 Internet的形成和发展
本阶段主要进行网络技术的研究和试验
20
?实用阶段
1986年,NSFnet建成
1986年 ~1991年，大量子网连入 Internet，提供非商
业化服务
?商业化阶段
从 90年代开始，各种各样的商业子网纷纷向用户提
供各种用途的商业应用
1994年,NSF宣布不再给 NSFnet的运行和维护以经
费支持
Internet成为通过自愿原则互连起来的全球互联网
21
?Internet的发展
美国于 1994年提出了建设国家信息基础设施（ NII）的规
划，即人们所说的“信息高速公路”
1996年，美国政府批准实施下一代 Internet计划
同时，美国的几十所大学也开会决定进行 Internet第 2代
（ Internet 2）的研究
?新一代 Internet的宽带 IP技术
?光以太网技术。利用万兆位以太网传输 IP数据包
?IP over ATM。 利用 ATM传递 IP数据包
?IP over WDM（即光 Internet）技术。将 IP数据包经过
某种简单的接口协议，采用波分复用技术直接在光纤
上传输
22
?Internet的应用
?信息交流方面
?教育方面
?医疗方面
?政府工作方面
?商业领域
?娱乐方面
?其他方面
23
3.2.2 Internet的特点和结构
?Internet的特点
?具有公平性
?具有开放性
?入网方式灵活多样
?信息资源极为丰富
?安全性差
?资源的分散化管理为信息的查找带来一定困难
24
?Internet的逻辑结构
用户看到的 Internet
Internet
路由器
网络 1
网络 3
网络 2
网络 4
Internet的逻辑结构
25
?Internet的协议结构
物理层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
应用层
表示层 应用层
传输层
网间网络层
网络接口层
物理网络
OSI TCP/IP
26
3.2.3 Internet在中国的发展
?中国科技网（ CSTnet）
始建于 1990年,1994年首次与 Internet连接,非赢利网络
?中国教育与科研网 (CERnet)
1994年启动,1995年首期安装成功，非赢利网络
?中国公用计算机互联网（ Chinanet）
1995年开通的用于商业目的的互联网
?中国金桥信息网（ CGBnet）
又称国家公用经济信息通信网。 1996年开通 。
?其他互联网
?中国联通网（ UNINET）
?中国网通网（ CNCNET）
?中国移动互联网（ CMNET）等互联网
27
3.3 TCP/IP协议体系 和域名系统
以太网、令牌环,FDDI、其他网络
网络接口协议
IP
其他协议
TCP,UDP
SMTP,FTP,TELNET,DNS、其他
物理网络
网络接口层
网间网络层
传输层
应用层
IP数据报
传递对象
帧
报文
3.3.1 TCP/IP的分层结构
在 Internet上发送端和接收端主机要具有 TCP/IP的所有 4层
功能，路由器上只具有互联层和网络接口层的功能
TCP/IP
28
?IP地址的概念
IP地址是独立于硬件地址的逻辑地址，它是由软
件提供的地址。 IP地址是网络层地址。
3.3.2 IP地址
?IP编址方案和分类
?IP地址由 32位二进制数构成, 分为前缀（网络
地址）和后缀（主机地址）
?每台计算机的 IP地址是唯一的
?网络地址的分配全球一致，主机地址可以本地
分配
29
?IP地址的分类
其中 A,B,C 三类为基本类
0 1 2 3,.,7 8 …… 15 16 …… 23 24 …… 31
0 前缀 后缀
1 1 1 1
1 1 1 0
1 1 0
1 0
前缀
前缀
后缀
后缀
用于研究和试验
多目传送（组播）地址
A类
E类
D类
C类
B类
30
前缀位数 最多网络数 后缀位数 最多主机数
A类 7 128 24 16777216
B类 14 16384 16 65536
C类 21 2097152 8 256
?A类地址分配给超大型网络
?B类地址分配给大型和中型网络
?C类地址分配给小型网络
?D类 地址 用于多目地址传送，即多个主机共享
一个多目地址，发送到此地址的数据将同时
送给这一类主机
31
例如
IP地址, 11000000 00000101 00110000 00000011
可以表示为 192.5.48.3
从第 1段的值可以知道地址的类型。
类 数值范围
A 0 ~ 127
B 128 ~ 191
C 192 ~ 223
D 224 ~ 239
E 240 ~ 255
?点分十进制表示法
32
?特殊 IP地址
?网络地址
后缀为 0的地址为网络地址
例如,128.211.0.0 和 202.122.23.0
?广播地址（直接广播地址）
后缀各个位全为 1的地址
例如,128.211.255.255
?静态 IP地址与动态 IP地址
静态 IP地址固定分配给某个主机
动态 IP地址在某个计算机连入 Internet时，分配给
该计算机，连接断开后收回，可以再分配给其他
计算机
33
?子网地址
为了避免 IP地址的浪费，可以把多余的主机地址
拿出来作为子网的地址来分配
1 0 网络地址 主机地址B类
位 0 1 8 16 24 31
划分子
网前
划分子
网后 1 0 网络地址B类
位 0 1 8 16 24 3122
子网地址 主机地址
23
若原来的网络地址为 128.10.0.0，划分为子网后
128.10.2.0 表示第 1个子网
128.10.4.0 表示第 2个子网
128.10.6.0 表示第 3个子网
34
?子网掩码
A类地址的子网掩码为,255.0.0.0
B类地址的子网掩码为,255.255.0.0
C类地址的子网掩码为,255.255.255.0
10000000 00010101 00000011 00001100 （ IP地址 ）
11111111 11111111 00000000 00000000 （子网掩码）
10000000 00010101 00000000 00000000 （网络地址）
例如：若 B类 IP地址为 128.21.03.12，它与 B类地址的子
网掩码“与”的结果
若要在 B类 IP地址中把主机地址的高 7位作为子网
地址，则子网掩码为,255.255.254.0
35
3.3.3 IP协议和 TCP协议
头部 数据区
控制信息和地址信息
?IP数据报
?IP协议
?主要功能
?封装 IP数据报
?转发 IP数据报
?分段与重组
?不处理以下问题
?数据报的重发
?延迟传送或乱序传送
?数据的损坏
?数据报的丢失
36
?IP数据报的传输
帧头 1
帧头 3
帧头 2
数据报源
目的地
R2
R1
网络 1
网络 2
网络 3
?数据报封装在物
理网络的帧中
?路由器拆帧，分
析数据报头，
选择路径，并
将数据报封装
在下一物理网
络
的帧中
37
网络接口
IP
TCP
应用层
主机 A
网络接口
IP
路由器
IP数据报的传输
网络接口
IP
TCP
应用层
主机 B
网络接口
IP
路由器
网络接口
IP
路由器
IP数据报
网络 1 网络 2 网络 3 网络 4
每个路由器收到 IP数据报后，从头部取出目标 IP地址，根据
路由表决定下一站的位置；当 IP数据报到达目标主机所在的
网络后，由该网络按自己的方式把帧送到目标主机，目标主
机的 IP层再从中分离出 IP数据报，交给上层处理
38
?IP的新方案（ IPv6 ）
主要特点
?采用 128位表示 IP地址，增加了新的地址类型
?IP数据报的头部发生变化，分为基本报头部
分和扩展报头部分，简化了基本报头，提高
了路由器的处理效率
?分段和重组的方案做了修改
?扩展功能增强，扩展报头可以很长
?安全性增强，可实现认证和加密，可以在 IP
层保证通信的安全。
?可以区分数据流的类型，确保不同类型数据流
所需的带宽，使多媒体信息的收发双方能够通
过低层网络建立一条高质量路径，从而提供
对音频和视频信息的支持
39
?TCP 协议
TCP把 IP看成是一个包通信系统，而不管它是怎样
传输的，在 TCP看来，整个互联网是一个通信系统，
对信息本身没有任何影响
应用层
TCP
应用层
TCP
IP
网络接口
IP
网络接口
IP
网络接口
主机 A 主机 B
TCP看到的通信
系统
网络 1 网络 2路由器
40
TCP协议是传输层的主要协议，它提供面向连接
的服务，以全双工方式通信，实现源到目的的连
接，这种连接是虚连接，是由软件实现的。
TCP的主要责任是提供发送端主机到接收端主机
的可靠传输
TCP采用重发的策略来解决由于线路故障或线路
拥挤造成数据丢失的问题
当接收方接收速度低于数据的发送速度,TCP则
采用控制发送速度的方案来保证双方速度的匹配
41
主机名,次级域名,顶级域名
可以有多级
例如,www.cctv.com.cn
3.3.4 域名系统
?域名的结构
域名采用树结构，最高级域的下面还有子域。
每个域有一个名字，即域名
最高级域的名字是顶级域名，不限子域的层数，
也不规定子域的域名及其含义
42
域名 一般含义
com 商业机构
edu 教育机构
gov 政府组织
net 网络机构
int 国际组织
org 其它组织
国家代码 国家
国家代码 国家
cn 中国
au 澳大利亚
ca 加拿大
de 德国
gb 英国
jp 日本
us 美国
?顶级域名
43
域名系统采用客户机 /服务器模式，当用户发出
一个域名翻译请求时，域名服务器对它进行翻
译，得到的 IP地址再交给用户。
域名服务器也按树结构分层组织，一个节点不
能存在于多个服务器上。
在域名系统中，域名的管理采取自治的原则，
允许一个组织为自己的计算机指定或改变下级
域名。
?域名的转换
一个域名对应一个 IP地址，但一个 IP地址可以有 0
个或多个域名；域名在 Internet范围内是惟一的
?域名与 IP地址的关系
44
?电子邮箱
是计算机外存上的一块存储空间
3.4 Internet提供的基本服务
3.4.1 电子邮件
?具有惟一的电子邮箱地址
?电子邮箱一直开放，可以在任何时间接收电子邮件
?可以接收任何人的电子邮件
?邮箱是私有的，只有电子邮箱的拥有者才能打开电子
邮箱，阅读里面的电子邮件
?能够一直保留收到的电子邮件（可以限制邮件的总容
量），直到邮箱的拥有者把它们取走或删除
?具有基本的邮箱管理和维护功能
?电子邮箱的基本特征
45
?电子邮箱地址
用户名 @电子邮箱所在的计算机名
例如,username@btamail.net.cn
?电子邮件系统的工作原理
?
电子邮件的客户 /服务器模式
服务器
软件
发送方计算机
客户软件 邮箱
接收方计算机
? ?
Internet
46
??
电子邮件的传送过程
发送方 接收方
发送方邮
件服务器 A
接收方邮
件服务器 B
?
Internet
电子邮件发送、接收的 3个过程
① 发送方把邮件发送给自己邮箱所在的邮件服务器 A
② 邮件服务器 A通过 Internet把邮件传送给接收邮件一方的
邮件服务器 B
③ 接收方从邮件服务器 B上下载邮件
47
?电子邮件管理软件
?客户端软件
?创建和编辑电子邮件
?发送、回复、转发电子邮件
?从邮件服务器上下载并显示收到的电子邮件
?对收到的电子邮件进行管理
?账号、通信簿的管理
?服务器端软件
?对所有访问电子邮箱的用户进行身份安全检查
?为用户发送邮件
?当发送失败时，向用户给出错误原因
?接收电子邮件，并放到指定的邮箱中
?允许用户下载邮箱中的邮件
?可设定拒收名单，拒绝来自名单地址处的邮件
48
?电子邮件使用的协议
?SMTP协议
定义了电子邮件如何通过 TCP连接进行传输；以
文本形式传送电子邮件
?MIME协议
增强了 SMTP的功能，定义了各种类型数据的编
码格式，可作为附件传送，成为 Internet上传送
多媒体信息的基本协议之一
?POP3协议
用于电子邮箱的管理,用户通过 POP3来访问服务
器上的电子邮箱
49
?电子邮件的格式
?邮件头部
? 收信人的邮箱地址
? 抄送人的邮箱地址，可以同时抄送给多人
? 邮件的主题，是发送人对邮件内容的简单描述。
? 发信人的电子邮箱地址
? 发信的日期和时间
?邮件体
? 正文部分：一般是文本内容
? 附件部分：是由邮件携带的一个或多个各种
类型的计算机文档
50
3.4.2 WWW
WWW（ World Wide Web）即全球信息网，也
叫万维网。 WWW不是一个物理网络，也不是
一个互联网，而是一个信息网 。
?超文本和超媒体 A
………
…
………
…
………
…
………
…
………
…
b
c
B
………
…
………
…
………
…
………
…
………
…
C
………
…
………
…
………
…
………
…
D
………
…
………
…
………
…
………
…
………
c
d
a b
d
超文本的结构
超媒体包含两项内容
?信息内容
可以是多媒体内容
?超链接
信息内容之间的连接关
系
51
?WWW的基本概念
?网页、主页
WWW中的每一个信息点是一个网页
多个网页链接在一起构成一个网站
进入网站的第一个网页是主页
?URL即统一资源定位器
URL的格式
协议名,//IP地址或域名 /路径 /文件名
例如,http://www.sohu.com
http://192.5.48.3/myfile/index.htm
ftp://pchome.net
52
?HTML(超文本标记语言 )
用来描述超媒体结构的一个命令集,WWW
中的网页文件大多是用 HTML编写的
?HTTP (超文本传输协议 )
是标准的网页传输协议，支持超媒体在网络
中的传输
?浏览器
是一个工作在客户端的应用程序，是人们访
问 Internet的主要的工具
53
?WWW的基本工作原理
采用 3层客户 /服务器模式，即客户 /应用服务器 /数据服务器
模式（ B/W/S,Browser / Web / Server）。
客户端负责用户对 Web服务器的交互式访问和显示从 Web服
务器传来的网页
Web服务器接收用户的信息服务请求，根据请求的内容，再
向数据库服务器提出数据服务请求，从数据库服务器获得数
据后，组成动态网页传送给用户
数据库服务器负责管理和维护数据库，提供数据服务
URL请求
网页
Web服务器 数据库服务器客户端
结果
数据请求
54
3.4.3 文件传输 (FTP)
工作模式是客户 /服务器模式。提供 FTP服务的计
算机叫做 FTP服务器。
Internet
用户看到的 FTP功能
上传
下载
客户机
FTP服务器
55
数据连接
FTP的工作原理
客户端计算机
FTP客户
程序
FTP服务器
FTP服务
程序
控制连接
Internet
?FTP的原理
在文件传输时,FTP通过 TCP在双方建立两种连
接，即控制连接和数据连接，控制连接用于客户
与 FTP服务器双方命令的传送，数据连接用于数
据（即文件）的传送
56
?匿名 FTP服务
公开账号, anonymous
登录的口令, guest
或 用户自己的电子邮件地址
匿名 FTP一般不允许用户上传文件
?采用的协议
FTP ( File Transfer Protocol)
?FTP客户端软件
?浏览器
地址栏中的 URL的第一部分，即访问协议部分，必须
指明 FTP协议
?专用软件工具
一般可以同时建立多个数据连接，同时传输多个文件,
具有断点续传功能
57
采用 TELNET协议, 屏蔽不同计算机的差异, 以
便以统一的方式访问 TELNET服务器 。
3.4.4 远程登录
?工作原理
Internet
NVT格式命令
客户端计算机
客户程序
客户终
端
TELNET服务器
服务器程序
虚拟终端
NVT格式显示内容
58
3.4.5 其他服务
?网络新闻组
是人们在 Internet上发布信息、交换观点、发
表意见的场所，按主题建立，展开讨论
?电子公告版
可以张贴各种布告，发表针对某个布告的不同
看法；还可实现资源的共享
?现场对话
是一种聊天服务，可用于交友和开会
