計算機網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用 課件 模塊五：主題1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

擴展網(wǎng)絡(luò)立體空間-網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用學(xué)習(xí)情境2

Internet的巨大成功和人們對Internet的熱情都充分證明了計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的重要性。將多個相同或不同的計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)成規(guī)模更大、功能更強、資源更豐富的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以實現(xiàn)更廣泛的資源共享和信息交流成為大勢所趨。IP是一種面向Internet的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，在設(shè)計之初就考慮了各種異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議兼容性。路由器（Router）是在網(wǎng)絡(luò)層上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的重要設(shè)備，為數(shù)據(jù)的傳輸指出一條明確的路徑。計算機網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)終端從主機相連擴展到萬物互聯(lián)，通信方式從地面擴展到空間，考慮到IP在TCP/IP棧中的核心和基礎(chǔ)地位，因此有必要對IP的改進思路和發(fā)展動向，如IPv6、移動IP、IP多播、SDN等進行分析和總結(jié)。學(xué)習(xí)路線3

課前回顧課前評估5

網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠?，互?lián)網(wǎng)在改變我們通信及生活方式的同時，也推動著各行各業(yè)的發(fā)展。請讀者了解互聯(lián)網(wǎng)在過去30年里發(fā)生的變化，探究其未來的發(fā)展趨勢，進一步思考使用網(wǎng)絡(luò)還能做哪些方面的事情？在生活中，人們不再局限于與同一個網(wǎng)絡(luò)中的終端間通信，還希望可以與其他網(wǎng)絡(luò)中的終端進行通信，產(chǎn)生聯(lián)系，因此需要進行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，將兩個以上的傳輸網(wǎng)絡(luò)通過一定的方法，將一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備相互連接起來，構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。請讀者進一步思考網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動力來源于什么？人們對當前Internet采用的TCP/IP參考模型的描述是“EverythingoverIP，IPoverEverything”，你是如何理解這一觀點的？主題1：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)學(xué)習(xí)目標知識目標本節(jié)目標1. 了解網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概念。2. 掌握IPv4協(xié)議的特點。掌握ICMP、ARP的作用。通過IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層的核心地位的介紹，引導(dǎo)學(xué)生做事情要從整體著眼，樹立“觀大勢，謀全局”觀念。素質(zhì)目標能力目標1. 能夠使用常見網(wǎng)絡(luò)命令工具解決實際問題。我只在村里逛逛！A村A家N家B家C家.......B村A家N家B家C家.......N村A家N家B家C家.......村路村路村路C村A家N家B家C家.......村路.......信息孤島（老死不相往來）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述鄉(xiāng)道1我到外面逛逛！A村A家N家B家C家.......B村A家N家B家C家.......N村A家N家B家C家.......村路村路村路C村A家N家B家C家.......村路.......鄉(xiāng)道5鄉(xiāng)道2鄉(xiāng)道3鄉(xiāng)道4A村要管理3個出口信息共享（一個地球村）假如我是規(guī)劃師網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述鄉(xiāng)道1A村要管理1個出口A村A家N家B家C家.......B村A家N家B家C家.......N村A家N家B家C家.......村路村路村路C村A家N家B家C家.......村路.......鄉(xiāng)道5鄉(xiāng)道4假如我是規(guī)劃師網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述A村A家N家B家C家.......B村A家N家B家C家.......N村A家N家B家C家.......村路村路村路C村A家N家B家C家.......村路.......鄉(xiāng)道5鄉(xiāng)道2鄉(xiāng)道4A村要管理1個出口假如我是規(guī)劃師網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述我到外面逛逛！A村A家N家B家C家.......B村A家N家B家C家.......N村A家N家B家C家.......村路村路村路C村A家N家B家C家.......村路.......鄉(xiāng)道5鄉(xiāng)道3鄉(xiāng)道4A村要管理1個出口假如我是規(guī)劃師網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述信息共享（1個地球村）交通站A村要管理1個出口A村A家N家B家C家.......B村A家N家B家C家.......N村A家N家B家C家.......村路村路村路C村A家N家B家C家.......村路.......假如我是規(guī)劃師網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述假如我是規(guī)劃師交通站AA村要管理1個出口A村A家N家B家C家.......B村A家N家B家C家.......N村A家N家B家C家.......村路村路村路C村A家N家B家C家.......村路.......交通站D交通站B交通站C網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述機構(gòu)A總部和分部之內(nèi)可以通過（）共享資源，機構(gòu)A總部和分部之間需要通過（）共享資源。A.廣域網(wǎng)/城域網(wǎng)

B.局域網(wǎng)將交通站變成路由器后網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)面臨的問題網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述在市場上總是有很多種同性能、不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，供不同的用戶選用。

試想：如果沒有統(tǒng)一的度量衡，商品之間的交易如何？（求同存異）異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的標準化網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：網(wǎng)絡(luò)類型、實現(xiàn)技術(shù)、通信協(xié)議、體系結(jié)構(gòu)等不同。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的度量衡-路由器使用統(tǒng)一的IP協(xié)議。虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（“包”羅萬象）：是指位于不同物理網(wǎng)絡(luò)中的任何兩個主機，都能夠進行信息交互和資源共享，就像在同一個物理網(wǎng)絡(luò)中一樣。通過在網(wǎng)絡(luò)層使用IP，就可以使各種異構(gòu)的物理網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層看起來是一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，通信雙方在使用虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時，不需要看見互聯(lián)網(wǎng)的具體異構(gòu)實現(xiàn)細節(jié)就能夠進行互聯(lián)互通。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述18

分析網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，在哪里實現(xiàn)互聯(lián)呢？互聯(lián)層次：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、高層互聯(lián)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)IP虛擬網(wǎng)絡(luò)考研考點：全國統(tǒng)考、院校自主命題均未涉及19

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述IP協(xié)議簡介20

實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間連接通信的規(guī)則和方法就是網(wǎng)際協(xié)議（InternetProtocol，IP）網(wǎng)絡(luò)層中與IP配套使用的協(xié)議有4個：IP處于中心位置，其中ARP和RARP在IP的下面，因為IP經(jīng)常要使用這兩個協(xié)議。ICMP和IGMP在IP協(xié)議的上面，因為它們要使用IP協(xié)議TCP/IP與IP的關(guān)系以及IP與它的伙伴是怎么合作的IP協(xié)議簡介21

IP的特征（）A.基于數(shù)據(jù)報服務(wù)；B.只能是獨立的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議；C.可作為加在某一網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之上的網(wǎng)絡(luò)互連層的協(xié)議；D.與其配套使用的還有ARP、RARP、ICMP、IGMP。22

IP協(xié)議具有什么特點實現(xiàn)簡單：無連接、不可靠的服務(wù)協(xié)議，提供“盡力而為（Best-Effort）”的服務(wù)采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)方式實現(xiàn)點到點之間的數(shù)據(jù)傳輸IP協(xié)議通過IP分組的有效定義，尤其是IP尋址模式，將各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路的差異統(tǒng)一在IP之下，提供異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的能力路由器A路由器B路由器C路由器D路由器E主機A1234丟失數(shù)據(jù)包可能選擇不同路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包未按序到達IP協(xié)議簡介23

IP協(xié)議簡介IP地址的重要性：有了MAC地址可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中主機之間相互通信，為什么還需要IP地址MAC地址不能反映特定計算機的位置關(guān)系，存在尋址效率低下的問題（大海撈針）不同網(wǎng)絡(luò)的MAC地址長度，表示方法等不同，并且有些主機根本就不使用MAC地址，存在不方便使用的問題。如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，一是采用廣播的通信方式，其嚴重性是可想而知，網(wǎng)絡(luò)肯定是無法工作；而讓交換機記住所有終端的MAC地址，存儲資源的占有量十分巨大，即便是可行，查詢速度也不堪忍受。IP地址能解決網(wǎng)絡(luò)通信中的所有尋址問題嗎？考研考點：全國統(tǒng)考未涉及、院校自主命題均有涉及24

IP協(xié)議簡介1.當一臺主機從一個網(wǎng)絡(luò)移動到另一個網(wǎng)絡(luò)時，以下說法正確的是（）?！?017沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)】A．必須改變它的IP地址和MAC地址

B．必須改變它的IP地址，無需改變它的MAC地址

C．必須改變它的MAC地址，但不需要改變它的IP地址D．MAC地址、IP地址無需改動ARP協(xié)議（IP地址有伙伴嗎？它們之間的關(guān)系如何？25

如何理解網(wǎng)絡(luò)層屏蔽了底層網(wǎng)絡(luò)的差異？在網(wǎng)絡(luò)層屏蔽了底層網(wǎng)絡(luò)尋址的差異，但這種“統(tǒng)一”實際上是將底層的物理地址隱藏起來，而不是用IP地址代替它。需要記住的一些結(jié)論傳輸介質(zhì)上是比特流，交換機能識別的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)幀，路由器能識別的協(xié)議數(shù)據(jù)單元是數(shù)據(jù)包。你怎么知道目的地在哪里？找誰問啊？下圖中，終端A封裝為以太網(wǎng)幀后才能發(fā)送到傳輸介質(zhì)。終端A如何知道目的地服務(wù)器B的MAC地址呢？ARP協(xié)議26

主機H1找誰問？H1如何知道找誰問？H1知道找誰問了，又該如何問呢？H1問到了信息后做什么呢？ARP協(xié)議27

主機H1找R1（姓名）問，R1怎么回答呢？H1的數(shù)據(jù)需要通過R1才能出去。主機H1問R1，你的位置在哪里？A.R1告訴H1，我的位置是HA4。B.R1告訴H1，我的位置是HA5。C.R1告訴H1，我的位置是IP4。D.R1廣播，我的位置是IP5。E.R1廣播，我的位置是HA4。ARP協(xié)議28

ARP的作用用于建立同一廣播域IP地址到物理地址轉(zhuǎn)換關(guān)系的一種協(xié)議，以支持物理地址的恰當確定。ARP的另一個作用是：測試IP地址是否重復(fù)。ARP特有的工作機制（廣播和任何終端都可以偽造用于地址解析的以太網(wǎng)幀隨時可以進行發(fā)送）可能引發(fā)一些安全問題。ARP的任務(wù)協(xié)議為每一個網(wǎng)絡(luò)主機建立一個IP地址到物理地址的“映射表”，并將其保存在所謂的“ARP高速緩存”中，地址的轉(zhuǎn)換通過查表實現(xiàn)。地址映射表中的“記錄”存在“生存時間”。ARP協(xié)議29

ARP的工作過程ARP是借助ARP請求與ARP響應(yīng)兩種類型的包確定MAC地址的IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主機A主機B主機C希望與主機B進行通信A發(fā)送ARP廣播包詢問B的MAC地址C收到后丟棄此包B收到后將主機A的MAC地址收藏，并給回應(yīng)告訴A，自己的MAC地址交換機廣播該ARP數(shù)據(jù)包交換機ARP協(xié)議30

互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下ARPARP請求ARP響應(yīng)數(shù)據(jù)幀1ARP請求ARP響應(yīng)數(shù)據(jù)幀2ARP請求ARP響應(yīng)數(shù)據(jù)幀3ARP請求→ARP響應(yīng)→封裝幀1→發(fā)送幀1→接收幀→解開幀→ARP請求→ARP響應(yīng)→封裝幀2→發(fā)送幀2。。。如此反復(fù)人生若只如初見網(wǎng)絡(luò)真的不好學(xué)ARP協(xié)議31

互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下ARP請完成圖中的內(nèi)容，

①處（），②處（），③處（）。A.IP4：211.0.0.1B.IP3：212.0.0.3C.HA3:00-AE-C0-15-AD-89D.

HA4:02-60-8C-01-02-03ARP協(xié)議32

ARP的應(yīng)用下圖中，A要把數(shù)據(jù)發(fā)送給G，A需要經(jīng)過R1的轉(zhuǎn)發(fā)，你認為A如何才能到達R1？考研考點：全國統(tǒng)考、院校自主命題均有涉及33

ARP協(xié)議1.ARP的功能是（）。【2012全國統(tǒng)考】A．根據(jù)IP地址查詢MAC地址 B．根據(jù)MAC地址查詢IP地址

C．根據(jù)域名查詢IP地址 D．根據(jù)域名查詢IP地址2.ARP解決的是（）局域網(wǎng)上的主機或路由器的（

）的映射問題。【2018北京工業(yè)大學(xué)】A．同一個，IP地址和MAC地址 B．相鄰，主機號和IP地址C．同一個，主機號和IP地址 D．相鄰，IP地址和MAC地址3.ARP的作用是IP地址求MAC地址，ARP請求是廣播，ARP響應(yīng)是（）發(fā)送。【2013西北工業(yè)大學(xué)】A．單播

B．組播 C．廣播 D．點播ICMP（IP與它的伙伴是怎么合作的？）34

為什么需要ICMP？IP做了什么？IP能保證數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量嗎？數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量交給了ICMP協(xié)議。ICMP怎么做？ICMP用于在IP主機、路由器之間傳遞控制消息，控制消息是指網(wǎng)絡(luò)通不通、主機是否可達、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息1.網(wǎng)絡(luò)接口層2.網(wǎng)際層3.傳輸層4.應(yīng)用層IP面向無連接的不可靠盡力而為傳輸錯誤是難免的是否順利到達目標主機，無法判斷ICMPICMP協(xié)議35

ICMP報文類型ICMP消息分為兩類：一類是ICMP差錯控制報文，即通知出錯原因的錯誤消息，另一類是ICMP詢問報文，即用于診斷的查詢消息。ICMP報文種類類型內(nèi)

容差錯報告報文3目標不可達4源點抑制5重定向或改變路由9路由器公告10路由器請求11超時需要注意的是：ICMP報文不會直接傳遞給數(shù)據(jù)鏈路層，需要將其封裝成IP數(shù)據(jù)報后傳遞給數(shù)據(jù)鏈路層，也就是說ICMP協(xié)議不能脫離IP協(xié)議而獨立存在ICMP協(xié)議36

ICMP的典型應(yīng)用—ping命令可檢測的信息：遠程設(shè)備是否可用包(packet)的丟失情況與遠程主機通信的來回旅程的延遲目的設(shè)備的操作系統(tǒng)源與目的之間三層設(shè)備的數(shù)目pingC:\Users\jier>ping210.29.224.21正在Ping210.29.224.21具有32字節(jié)的數(shù)據(jù):來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=20msTTL=48來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=14msTTL=48來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=18msTTL=48來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=27msTTL=48Pingstatisticsfor192.168.224.21:Packets:Sent=4,Received=4,Lost=0(0%loss),Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:Minimum=0ms,Maximum=1ms,Average=0msICMP協(xié)議37

ICMP的典型應(yīng)用—ping命令ping是如何工作的?

就是利用回應(yīng)請求／應(yīng)答ICMP報文來測試目的主機或路由器的可達性。在超時前收到說明可達路由器A路由器B主機A主機BechorequestechoreplyPing的命令格式如下：ping[-t][-a][-ncount][-llength]{-jcomputer-list]}[-wtimeout]target-name選項選項含義-t連續(xù)發(fā)送和接收回送請求和應(yīng)答ICMP報文直到手動停止(CTR+Break：查看統(tǒng)計信息，CTR+C：停止ping命令)-a將IP地址解析為主機名-nCount發(fā)送回送請求ICMP報文的數(shù)量-lSize發(fā)送探測數(shù)據(jù)包的大小(默認值為32Byte)-f不能分片(默認為允許分片)-iTTL指定生存周期-wTimeout指定等待每個回送應(yīng)答的超時時間(以ms為單位，默認值為1000)ICMP協(xié)議38

ICMP的典型應(yīng)用—tracert命令實現(xiàn)路由跟蹤tracert可以顯示出由執(zhí)行程序的主機到達特定主機之前歷經(jīng)多少路由器，確定數(shù)據(jù)包為到達目的地所必須經(jīng)過的有關(guān)路徑，并指明哪個路由器在浪費時間。發(fā)送TTL為1的報文路由器A路由器B主機A主機B發(fā)送TTL為2的報文C:\WINDOWS>tracert-d172.16.2.65

Tracingrouteto172.16.2.65overamaximumof30hops:

1

<10ms

<10ms

<10ms

172.16.2.65

Tracecomplete.

ICMP協(xié)議39

ICMP的典型應(yīng)用實現(xiàn)路由跟蹤tracer