6 Internet基础（1）-优快云博客

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本文围绕Internet展开，介绍其是多个物理网络通过路由器相连形成的网络。阐述了路由器功能、IP地址表示，列举了电话网、ADSL、HFC、数据通信线路等接入方式，还讲解了IP协议、服务特点、互联网特点，以及ARP协议、IP数据报格式和MTU与分片等知识。

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1.Internet

Internet是全球最具影响力的互联网络，它是将多个物理网络通过路由器相互连接而形成的。从网络设计者角度考虑，Internet是一个计算机互联网络；从使用者角度考虑，Internet 是一个信息资源网。Internet 屏蔽了各个不同网络的差异和内部结构，使用户比较简单、一致地面对大量主机提供的信息资源和服务。

2.路由器

路由器是 Internet 种最重要的设备，它是网络与网络之间连接的桥梁它主要的功能是:维护路由表信息(路由表决定着 IP 数据报发往何处)，转发所收到的 IP 数据报，为投递的 IP 数据报选择最佳路径。

3.IP 地址

IPv4的地址长度为32bit，每8位为一组，用点分十进制表示，每组最大取值为 $2^{8}-1=255$ ，每组取值范围为0~255。

A、B、C类地址的比较
地址类型	主机地址范围	可分配的网络数	每个网络内可分配的最大主机数
A类	1.0.0.0~127.255.255.255	$2^{7}=128$	$2^{24}-2=16777214$
B类	128.0.0.0~191.255.255.255	$2^{14}=16384$	$2^{16}-2=65534$
C类	192.0.0.0~223.255.255.255	$2^{21}=2097152$	$2^{8}-2=254$

4.Internet 的接入方式

几种常用的通过广域线路接入 Internet的方法：

4.1 通过电话网接入

用户的计算机和 ISP处的远程访问服务器(Remote Access Server，RAS)通过调制解调器(Modem)与电话网相连。用户在访问 Internet时，通过拨号方式与 RAS建立连接，借助 RAS访问 Internet。

4.2 利用 ADSL 接入

为了解决大容量的信息传输问题，引入非对称数字用户线路 ADSL。ADSL使用比较复杂的调制解调技术，在普通的电话线路进行高速的数据传输。在数据的传输方向上，ADSL分为上行和下行两个通道。下行通道的数据传输速率远远大于上行通道的数据传输速率，即“非对称”性。ADSL 的上行速率可以达到 16~640kbps，下行速率可以达到 1.5~9Mbps。ADSL调制解调器的网桥和路由器功能使单机接入和局域网接入都变得非常容易。优点：ADSL所需要的电话线资源分布广泛，具有使用费用低廉、无须重新布线和建设周期短的特点，尤其适合家庭和中小型企业的互联网接入需求。

4.3 使用HFC接入

传统的有线电视网使用同轴电缆作为传输介质。混合光纤/同轴电缆网(Hybrid Fiber Coaxial，HFC)，信号首先通过光纤传输到光纤节点，再通过同轴电缆传输到有线电视网用户。利用 HFC，网络的覆盖面积可以扩大到整个大中型城市，信号的传输质量可以大幅度提高。HFC 也采用非对称的数据传输速率。一般的上行传输速率在 10Mbps 左右，而下行传输速率在 10~40Mbps 之间。HEC采用共享式的传输方式，所有通过 Cable Modem 的发送和接收使用同一个上行和下行信道，因此，HFC网上的用户越多，每个用户的实际可以使用的带宽就越窄。

4.4 通过数据通信线路接入

数据通信网是专门为数据信息传输而建的网络，如果需要传输性能更好、传输质量更高的接入方式，可以考虑数据线路接入。数据通信网的种类很多，DDN、ATM、帧中继等网络都属于数据通信网，这些数据通信网由电信部门建设和管理，用户可以租用。

5.IP 协议

Internet是将提供不同服务、使用不同技术、具有不同功能的物理网络互联起来而形成的一个互联网。IP(Intemet Protocol)作为一种互联网协议，运行于互联层，屏蔽各个物理网络的细节和差异它不对所连接的物理网络作任何可靠性假设，使网络向上提供统一的服务。IP 协议精确定义了 IP数据报格式，并且对数据报寻址和路由、数据报分片和重组、差错控制和处理等作出了具体规定。

6.IP 服务特点

运行 IP协议的互联层可以为其高层用户提供的服务有如下3个特点：①不可靠的数据投递服务。②面向无连接的传输服务。③尽最大努力投递服务。

7.IP 互联网的特点

IP 互联网是一种面向非连接的互联网络，它对各个物理网络进行高度的抽象，形成一个大的虚拟网络。IP 互联网隐藏了低层物理网络细节，向上为用户提供通用的、一致的网络服务。IP 互联网不指定网络互联的拓扑结构，也不要求网络之间全互联。一个网络只要通过路由器与 IP 互联网中的任意一个网络相连，就具有访问整个互联网的能力。IP 互联网能在物理网络之间转发数据，信息可以网传输。IP互联网中的所有计算机使用统一的、全局的地址述法。IP互联网平等地对待互联网中的每一个网络，不管这个网络规模是大还是小，也不管这个网络的速度是快还是慢。

8.ARP 协议的基本思想

以太网一个很大的特点就是具有强大的广播能力。针对这种具备广播能力、物理地址长但长度固定的网络，IP互联网采用动态联编方式进行 IP 地址到物理地址的映射，并制定了相应的协议--ARP。ARP请求信息和响应信息的频繁发送和接收必然对网络的效率产生影响。为了提高效率，ARP 协议实现过程中经常采用高速缓存技术。

9.IP 数据报格式

IP 数据报是 IP协议单元使用的数据单元，它的格式可以分为报头区和数据区两大部分，其中数据区包括高层需要传输的数据，而报头区是为了正确传输高层数据而增加的控制信息。报头区主要包括:版本与协议类型域、长度域、服务类型域、生存周期域、头部校验和域、地址域、选项+填充域。其中报头长度域以32位的双字为单位。
生存周期(TIL)域用于防止数据报在 Internet 中无体止地传递，头部校验和域用来保证 IP 数据报报头的完整性。选项域主要用于控制和测试两大目的。报头中有两个表示长度的字段，一个为报头长度，一个为总长度。报头长度以 32b双字为单位，指出该报头区的长度。在没有选项和填充的情况下，该值为“5”。一个含有选项的报头长度则取决于选项域的长度。但是，报头长度应当是32b的整数倍，如不是，需在填充加0齐。总长度以 8 字节为单位，表示整个IP数据报的长度(其中包含头部长度和数据区长度)。

10.MTU 与分片

根据网络使用的技术不同，每种网络都规定了一个帧最多能够携带的数据量，这一限制称为最大传输单元(Maximm Transmission Unit，MTU)。一个IP数据报的长度只有小于或等于一个网络的 MTU，才能在这个网络中进行传输。当一个数据报的尺寸大于将发往网络的MTU值时，路由器会将 IP数据报分成若干较小的部分，称为分片，然后再将每片独立地进行发送。与未分片的 IP 数据报相同，分片后的数据报也由报头区和数据区两部分构成，而且除一些分片控制域(如标志域、片偏移域)之外，分片的报头与原 IP数据报的报头非常相似。一旦进行了分片，每片都可以像正常的IP数据报一样经过独立的路由选择等处理过程，最终到达目的主机。以太网的MTU为1500 字节，一般IP首部为 20 字节，UDP 首部为8字节，数据的净荷(pay1oad)部分预留是 1500-20-8=1472 字节。如果数据部分大于 1472 字节，就会出现分片现象。