第7章 网间互联和宽带 IP 网
IP协议与网络互联的原理与应用
IP协议与网络互联的原理与应用在当今数字化时代，网络已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而要实现网络互联，IP协议则是不可或缺的基础。
本文将介绍IP协议的原理与应用。
一、IP协议的原理IP（Internet Protocol）协议是互联网中最基础的协议之一，它负责将数据包从源主机发送到目标主机。
IP协议的原理主要包括IP地址、数据包的封装与解封装、路由选择等。
1. IP地址IP地址是用来标识网络上的设备的唯一标识符。
它由32位二进制数组成，通常以四个十进制数表示，每个数值的范围是0-255。
IP地址分为两部分，网络部分和主机部分。
网络部分用于标识网络，主机部分用于标识网络中的具体设备。
2. 数据包的封装与解封装在发送数据时，源主机将数据分割成一系列的数据包，并为每个数据包添加IP 头部信息。
IP头部包含了源IP地址、目标IP地址等信息。
当数据包到达目标主机时，目标主机根据IP头部信息将数据包重新组装成完整的数据。
3. 路由选择路由选择是IP协议中的一个重要环节。
当数据包离开源主机后，它需要通过多个中间节点（路由器）才能到达目标主机。
路由器根据一定的算法选择最佳的路径将数据包转发给下一个节点。
这个过程中，路由器会根据目标IP地址查找路由表，找到下一个节点的IP地址。
二、IP协议的应用IP协议作为互联网的基础协议，广泛应用于各个领域。
以下是IP协议在几个常见领域的应用示例。
1. 互联网通信IP协议是互联网通信的基础。
当我们发送电子邮件、浏览网页、进行在线聊天等操作时，数据包都是通过IP协议进行传输的。
IP协议确保了数据的正确传输和接收。
2. 远程办公随着云计算和远程办公的兴起，IP协议在远程办公中发挥了重要作用。
通过IP 协议，我们可以远程访问公司的服务器、共享文件、进行视频会议等，实现了灵活的办公方式。
3. 物联网物联网是指通过互联网将各种设备连接起来，实现信息的交互与共享。
而IP 协议则是物联网中设备之间通信的基础。
第四代移动通信系统(4G)
第7章 第四代移动通信系统(4G) (2) 存在较高的峰值平均功率比。多载波系统的输出是 多个子信道信号的叠加，如果多个信号的相位一致，所得到 的叠加信号的瞬时功率就会远远高于信号的平均功率，这样 会出现较大峰值平均比，可能带来信号畸变，使信号的频谱 发生变化，从而导致各个子信道之间的正交性遭到破坏，产 生干扰，使系统的性能恶化，这就对发射机内功率放大器提 出了很高的要求。
第7章 第四代移动通信系统(4G)
2. OFDM系统结构 OFDM系统的典型框图如图7-2所示。图中，上半部分 对应于发射机链路，下半部分对应于接收机链路。发送端将
被传输的数字数据转换成子载波幅度和相位的映射，并进
行IDFT(反离散傅立叶变换)将数据的频域表达式变到时域上。 图中的IFFT(反快速傅立叶变换)与IDFT的作用相同，只是有 更高的计算效率，所以适用于所有的系统。接收端进行与发 送端相反的操作，将RF信号与本振信号进行混频处理，并 用FFT变换分解为时域信号，子载波的幅度和相位被采集出 来并转换回数字信号。
(4) 灵活性更强。4G拟采用智能技术，可自适应地进行 资源分配。采用智能信号处理技术对信道条件不同的各种复 杂环境进行信号的正常收/发。
(5) 具有用户共存性。能根据网络的状况和信道条件进 行自适应处理，使低、高速用户和各种用户设备能够并存与 互通，从而满足多类型用户的需求。
运营商或用户花费更低的费用就可随时随地地接入各种 业务。
第4代通信技术
第四代移动通信标准应该比第三代标准具有更多的功 能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨 越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方 宽带接入互联网（包括卫星通信），能够提供信息通信 之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。同 时，第四代移动通信系统还应该是多功能集成的宽带移
网络实用技术网间互联和宽带-IP-网朱明zhubob
网间互联和宽带 IP 网
网间互联和宽带 IP 网
因特网上设立的信息委员会名为IAB(Internet Architecture Board)，专门处理各种建议、标准草案， 并制定了一系列技术报告，称之为RFC(Request For Comment)，它至今提出的RFC已超过3000个。随着因 特网业务的扩大。1989年,IAB重组，设立了因特网研 究任务组(IRTF，Internet Research Task Force)和因特网 工程任务组(IETF，Internet Engineering Task Force)。前 者致力于长期的规划研究，后者致力于近期的工程问 题。IETF又分为若干研究组，解决工程应用上的具体 问题。
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·不同的寻址方案； ·不同的路由选择方法； ·不同的连接方式； ·不同的服务支持策略； ·不同的最大分组长度； ·不同的超时控制； ·不同的差错恢复方法； ·不同的状态报告方式； ·不同的网络管理和控制方法等。
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以上综述的是网络互联普遍存在的问题。本章侧 重讨论的内容是因特网Internet，也常称为互连网、互 联网、网间网等。互连网或互联网是任何网络之间互 联和互通的泛称，包括X.25分组网间的互联、电话网 与数字数据网DDN的互联、移动网与固定网的互联等。 为避免混淆，我国自然科学名词审定委员会定义 Internet的中文译名为因特网，专指计算机通信网的互 联。本章未加特别说明的，均指计算机通信网的互联。
IP网络基础知识及原理
IP网络基础知识及原理IP网络是基于互联网协议（IP）的数字通信网络，它是将数据包从源主机发送到目标主机的协议。
IP网络是现代计算机网络的基础，具有以下几个重要特点和原理。
1.分组交换：IP网络使用分组交换技术，将待发送的数据分割成较小的数据包，并通过网络独立地传输。
这些数据包在传送过程中可以选择不同的路径进行传输，这样可以提高网络的传输效率和可靠性。
2.网络层协议：IP网络所使用的互联网协议（IP）位于网络层，负责将数据包从源主机传送到目标主机。
IP协议主要包括IP地址分配、路由选择、分组封装和解封装等功能。
IP协议不提供可靠性和安全性保证，而是依赖上层协议来实现。
3.IP地址：IP网络使用IP地址来唯一标识网络上的设备。
IP地址由32位（IPv4）或128位（IPv6）的二进制数字组成，可以表达为点分十进制或冒号分十六进制的形式。
IP地址分为网络地址和主机地址两部分，网络地址用于标识网络，主机地址用于标识具体的设备。
4.子网划分：为了有效地利用IP地址空间，避免浪费和冲突，网络通常会进行子网划分。
子网划分将一个网络划分为多个子网络，每个子网络可以分配给不同的组织或部门使用。
子网划分还可以通过子网掩码来实现，子网掩码用于划分网络地址和主机地址的边界。
5.路由选择：当一个数据包从源主机发往目标主机时，IP网络需要选择合适的路径进行传输。
路由选择是通过路由器来实现的，路由器根据路由表中的路由信息，选择最佳的路径进行数据包的转发。
路由表中包含了各个网络之间的关系和距离，以及到达目标主机的下一跳路由器信息。
6.网络地址转换（NAT）：由于IPv4地址资源有限，引入了网络地址转换（NAT）技术。
NAT技术可以将一个公网IP地址映射给多个私网IP地址使用，从而实现更多设备对公网的访问。
NAT技术在路由器上实现，通过修改源IP地址和目标IP地址来完成转换。
7.IP协议的可靠性：IP协议本身不保证数据包的可靠性传输，即不保证数据包的顺序、完整性和错误检测。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
第7章 网间互联和宽带 IP 网
因特网IP地址中有特定的专用地址，通常不作分配，
如表7.2.1所示。 (1)主机地址全为0： 不论哪类网络，主机地址全为0表示指向本网，常 用在路由表中。例如，18.0.0.0表示其网络号为18。 (2)主机地址全为1： 表示广播地址，向特定网上的所有主机发送数据 报 。 例 如 ， IP 地 址 为 202.119.224.255 ， 是 指 要 求 向
·不同的状态报告方式；
·不同的网络管理和控制方法等。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
以上综述的是网络互联普遍存在的问题。本章侧
重讨论的内容是因特网Internet，也常称为互连网、互 联网、网间网等。互连网或互联网是任何网络之间互
联和互通的泛称，包括X.25分组网间的互联、电话网
与数字数据网DDN的互联、移动网与固定网的互联等。 为避免混淆，我国自然科学名词审定委员会定义 Internet的中文译名为因特网，专指计算机通信网的互 联。本章未加特别说明的，均指计算机通信网的互联。
1 11 10
保留以后使用
E类地址
图7.2.1
因特网IP地址分类
第7章 网间互联和宽带 IP 网
下面将具体说明IP地址的分类特征。IP地址最左侧
字节的8比特的高位是用来区分网络类型的。 (1)A类地址：主要用于拥有大量主机的网络编址， 网络号为1字节。最高比特为0，定义为A类网识别符， 余下7比特为网络号。主机号可有24比特编址，因此A 类网支持大型网络，可用网络号为126个，每个A类网 可含224=16777216个主机号。比如，IP地址为15.1.2.25 的网络是A类网，其网络号为15，主机号为1.2.25。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
阳光学院_自考_04741计算机网络原理-第7章_无线与移动网络
（4）都支持“基础设施模式”和“自组织模式”两种模式。
2.IEEE 802.11体系结构的基本构件由两部分组成:（1）基站，又称为接入点（AP）。
（2）基本服务集（BSS）一个BSS包含一个或多个无线站点和一个接人点的中央基站。
每个IEEE 802.11无线站点都具也具有一个6字节的MAC地址，该地址存储在该站适配器的固件中。
每个AP的无线接口也具有一个MAC地址。
与以大网类似，这些MAC地址由IEEE管理，理论上是全球唯一的。
二、IEEE 802.11的MAC协议[领会]多个站点（无线站点或AP）可能同时经相同信道传输数据帧，因此需要一个多路访问控制协议来协调传输。
IEEE 802.11的MAC协议采用CSMA/CA协议，又称为带碰撞避免的CSMA。
支持信道预约的CSMA/CA协议的原理:源站在发送数据之前，必须先监听信道，若信道空闲，则等待一个分布式帧间间隙（DIFS）的短时间后，发送一个很短的请求发送（RTS）控制帧。
RTS 帧包括源地址、目的地址和本次通信所需要的持续时间等信息。
三、IEEE 802.11帧[识记]IEEE 802.11帧共有3种类型:控制帧、数据帧和管理帧。
802.11数据帧结构如图7-1所示，其中，MAC首部共30字节；帧主体，也就是帧的数据部分，不超过2312字节，不过IEEE 802.11帧的长度通常都是小于1500字节；尾部是帧检验序列FCS，共4字节。
第四节蜂窝网络一、蜂窝网络的体系结构[识记]蜂窝是指由一个蜂窝网覆盖的区域被分成许多称作小区的地理覆盖区域。
每个小区包含一个收发基站（BTS），负责向位于其小区内的移动站点发送或接收信号。
一个小区的覆盖区城取决于许多因素,包括BTS的发射功率用户设备的传输功率小区中的障碍建筑物以及基站天线的高度等。
二、移动通信2G/3G/4G/5G网络[识记]。
计算机网络互联与无线通信详解
计算机网络互联与无线通信详解计算机网络互联和无线通信是现代信息技术领域中的两个重要概念。
计算机网络互联是指将多台计算机通过通信链路连接起来，实现数据和信息的传输和共享。
而无线通信则是指通过无线电波或红外线等无线信号传输技术，实现信息的传递和交流。
本文将详细介绍计算机网络互联和无线通信的相关概念、工作原理以及应用领域。
一、计算机网络互联的概念和工作原理计算机网络互联是将多台计算机连接起来，实现数据的传输和共享。
它通常由硬件设备、网络协议和通信介质等组成。
计算机网络互联可以分为局域网、广域网和互联网三个层次。
1. 局域网（LAN）是指将多台计算机连接在一个相对较小的地理范围内，如办公室、校园等。
局域网通常使用以太网技术来实现，通过交换机或集线器等设备来实现计算机之间的信息交流。
2. 广域网（WAN）是指将地理位置较远的计算机互联起来，可以覆盖较大的地理范围。
广域网通常使用路由器和电路交换技术来实现，可以连接多个局域网，实现不同地区计算机之间的数据传输。
3. 互联网（Internet）是全球最大的计算机网络，由众多的计算机网络互相连接而成。
互联网使用TCP/IP协议来实现数据传输，通过路由器和交换机等设备将信息传递到目标计算机。
计算机网络互联的工作原理主要包括数据的封装、路由选择和数据的传输。
当计算机发送数据时，数据会根据网络协议进行封装，添加源和目标地址等信息。
路由选择是指根据目标地址选择最佳的传输路径，这需要路由器根据路由表进行决策。
数据的传输则是通过通信介质进行，如以太网的网线、光纤等。
二、无线通信的概念和工作原理无线通信是指通过无线电波或红外线等无线信号传输技术，实现信息的传递和交流。
它与有线通信相比，具有无需布线、灵活性高等特点。
无线通信可以分为无线广播、移动通信和卫星通信等不同类型。
1. 无线广播是指通过无线电波传播音频和视频等广播节目。
它通过无线电台、电视台等发射设备将信号发送出去，用户使用收音机、电视机等设备接收信号，实现广播节目的播放。
第7章 通信网络及应用
《通信技术基础》
第7章 通信网络及应用
1）DCl的职能主要是汇接所在省的省际长途来去话话务，
以及所在本地网的长途终端话务；
2）DC２职能主要是汇接所在本地网的长途终端来去话务。 (3)本地网 本地电话网简称本地网，是在同一长途编号区范围内， 由若干个端局，或由若干个端局和汇接局及局间中继线、用
户线和话机终端等组成的电话网 。
《通信技术基础》
第7章 通信网络及应用
(2)智能网的结构 (3)智能网与现有通信网的关系
7.2.2数据通信（计算机通信）网
1、数据通信网概念及分类 数据通信网传送和交流的主要是数据信息，其终端主要 是机器而不是人，当终端是服务器和计算机时，人们常称为 “计算机网” 。 （1）按网络拓扑结构分类 在数据通信中，骨干网一般采用网状网或树型网，本地 网中可采用星型网。
用TCP/TP协议来进行互连的。我们这里谈到的IP网是使用了 TCP/IP协议的网络。统称为IP网。它是一个面向无连接的网
络 。典型的IP网络结构如下图7.19所示。它主要由路由器，
接入服务器和各种数据交换机组成。
《通信技术基础》
第7章 通信网络及应用
7.19 典型IP网络结构图
《通信技术基础》
第7章 通信网络及应用
扩大的本地网类型有两种： ①特大和大城市本地网 ②中等城市本地网
《通信技术基础》
第7章 通信网络及应用
2)本地网的交换中心及职能
3)本地网的网络结构： ①网型网； ②二级网
二级本地电话网可分为去话汇接、来话汇接、来去话汇接等 4)本地网中远端模块 2、综合业务数字网（ISDN） IDN是数字传输与数字交换的综合 ，IDN实现从本地交换
用网
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下充分利用主机号来划分地址，这就是当前流行的IP 网络地址复用方式。子网编址模式如图7.2.2所示。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
网间网部分 网络号 子网号
本地部分 主机号
全1
全0
图7.2.2 子网编址模式
第7章 网间互联和宽带 IP 网
IP地址由网间网部分和本地部分组成，网间网部分
就是网络号，本地部分则又分为物理子网和主机两部 分。物理子网用来表示同一IP网络号下的不同子网。
202.119.224网上的所有主机转发数据报。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
(3) 4字节32比特全为1：
表示仅在本网内进行广播发送。 (4)网络号127： TCP/IP协议规定网络号127不可用于任何网络。其 中有一个特别地址127.0.0.1称为回送地址(Loopback)，
它将信息通过自身的接口发送后返回，可用来测试端
第7章 网间互联和宽带 IP 网
4字节的IP地址采用“点分十进制”的方法来表示。例
如202.119.224.93，其每一个十进制数表示4个字节中的 一个，排列次序从左到右。由于每个字节为8比特，所 以每个十进制数只允许在0～255范围内。根据因特网 上的网络规模，IP地址可分为A类、B类、C类、D类和 E类，其格式如图7.2.1所示。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
(2)网桥。
网桥(Bridge)的功能是在数据链路层上实现同构型 LAN的互联，特别应用在无线局域网的互联上。 (3)路由器。 路由器(Router)是当前在因特网中使用最普遍的网
间互联设备，它在网络层实现多协议路由的转换。
(4)网关。 网关(Gateway)是网间协议转换设备，通常实现传 输层以上的协议转换功能，不少文献将网桥、路由器 都统称为网关或网间连接器。
的路由控制；在不改变互联在一起的任何网络体系结
构的前提下，采用网间互联设备来协调和适配网络之 间存在的各种差异。这些差异包括：
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·不同的寻址方案； ·不同的路由选择方法； ·不同的连接方式； ·不同的服务支持策略； ·不同的最大分组长度； ·不同的超时控制； ·不同的差错恢复方法；
·不同的状态报告方式；
·不同的网络管理和控制方法等。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
2.网间互联的类型
从当前现有计算机通信网的网络分类来看，网络 互联的类型有下列几种： (1)广域网与广域网互联，分为公用网与专用网互 联、公用网与公用网互联。
(2)计算机局域网与局域网间互联。
(3)局域网与广域网互联。 (4)局域网-广域网-局域网互联。
7.2 IP地址与域名系统
7.2.1 IP地址 1.什么是因特网地址 所有的网络都有编址方案，如X.25分组交换网遵 循ITU―TX.121建议的编址方案，定义了14位十进制数 用于国际分组网互通；在局域网中,以太网的地址定义
为6个字节(48比特)。这些网络所使用的地址常称为物
理地址，以太网的物理地址就是网卡地址。
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因特网IP地址中有特定的专用地址，通常不作分配，
如表7.2.1所示。 (1)主机地址全为0： 不论哪类网络，主机地址全为0表示指向本网，常 用在路由表中。例如，18.0.0.0表示其网络号为18。 (2)主机地址全为1： 表示广播地址，向特定网上的所有主机发送数据 报 。 例 如 ， IP 地 址 为 202.119.224.255 ， 是 指 要 求 向
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2.IP地址的格式
IP地址有不同的版本：IPv4、IPv6，本节以现在因 特网使用的IPv4(第4版本)为例说明IP编址。因特网(IP 网)为每台主机分配一个惟一的4字节(32比特)IP地址。 为了便于管理，把这32位地址按分级地址空间的树形 表示法分为两个部分：网络号和主机号(Net-id，Hostid)。主机号为全0的网络地址定义为网络号，它标识因 特网上的惟一网络。
口状态。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
表7.2.1 保留的IP地址
第7章 网间互联和宽带 IP 网
所有IP地址是由网络信息中心(NIC，Network
Information Center)管理和分配的，本地网的管理员管 理本地网上主机地址的分配和子网划分，提供本域的 域名服务。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
第7章 网间互联和宽带 IP 网
表7.2.2给出了用于A、B、C类网络的缺省子网掩
码，称之为点分整数表示法。 表7.2.2 缺省子网掩码
第7章 网间互联和宽带 IP 网
另一种表示子网掩码的方法为三维组表示法，其
格式为 {<网络号>，<子网号>，<主机号>} 在三维组表示法中，常用简写方式,“－1”表示全 1。例如，一个三维组 {128.10，－1，0} 表示的意义为：一个IP地址的网络号为128.10，子 网域各位全1，主机域各位全0。
例如，位模式为
11111111 11111111 11111111 00000000 其中，左边3个字节为全1表示指向网络地址，右 边一个字节为全0表示指向主机地址。 这种位模式称为子网掩码(SubnetMask，也称子网 模)。IP协议对于子网的定义中允许子网掩码中的1和0 不连续，比如子网掩码为 11111111 11111111 00101000 00101000 也是许可的。这样的子网掩码给分配主机地址和 设计寻径表会带来麻烦，建议各网点采用连续方式的 子网掩码。
这样，引入子网编址模式后，一个物理网络就可由网
络号和子网号来惟一标识。 2)子网掩码及其表示 一个网点(或物理网络)选定了子网编址模式后，为 了方便而有效地将子网模式表达出来，IP协议标准规
定：每一个使用子网的网点都应选择一个32位的位模
式，网络号和子网号对应为全1，而主机号对应为全0。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
为子网(Subnetting)。由IP地址可知，网络号已有了
明确的定义，不能随意加以变更。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
一个A类网可含1600多万台主机号，而一个B类网包容
600多万台主机。如此大的主机规模，只在一个网络上 实现是很少见的。因此，将IP地址中的主机号进一步
细分为子网号和主机号两部分，这样可在一个网络号
3.子网编址
在介绍了如何定义和找到用于A类、B类和C类网 络地址的有效的主机范围后，现在来讨论子网编址 (Subnet Addressing)技术，也称为子网寻径(Subnet Routing)技术。 1)子网编址模式 从管理上来理解，所谓子网编址，就是设计一种 方案将一个较大的网络划分成许多较小的网络，称之
第7章 网间互联和宽带 IP 网
3.网络互联设备
网络与网络之间的互联，一般通过网间互联设备 进行通信协议的转换。目前，常见的网间互联设备有 下面几种： (1)中继器。 中继器(Repeater)也叫再生器，用来连接两个网段 的传输介质，主要功能是将信号整形后转发，不对比 特流进行任何处理。中继功能通常在物理层上实现。
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(4)D类地址：不分网络号和主机号，最高4比特为
1110,定义为D类网址识别符，表示一个多播地址，即 多目的地传输，也可用来识别一组主机，即通常用于
已知的多点传送编址或用作组的寻址。
(5)E类地址：它是一个实验地址，留作备用。最高 5比特为11110，定义为E类网址识别符。识别任一IP地 址的属性时，只须从点分法的最左一个十进制数就可 判断其归属。例如，1～126属A类网址，128～191属B 类网址，192～223属C类网址，224～239属D类网址。 除了以上4类网址外，还有E类地址，目前暂未使用。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
第7章 网间互联和宽带IP网
7.1 网络互联——因特网 7.2 IP地址与域名系统 7.3 网间互联子层 7.4 因特网路由器与寻径 7.5 虚拟局域网技术
第7章 网间互联和宽带 IP 网
7.1 网络互联——因特网
在第2章已经叙述了ISO/OSI―RM的层次结构和通 信协议、服务、服务访问点(SAP)等基本概念，这个层 次结构给出了比较理想的标准框架，也给实际的研究、 开发和应用奠定了开放互联的基础。在此之前，各大 计算机公司设计了自成系统的体系结构，如IBM公司 的网络体系结构(SNA，System Network Architecture)。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
由于不同网络定义的网卡地址不是统一的格式，
而网络互联又必须确保异构网络互通，且不能更改其 物理地址，因而因特网设计了一个网络子层来实现格 式的统一，即在IP协议层提供IP地址。IP地址在集中管 理下进行分配，确保每一台上网计算机对应一个IP地 址。这样,IP层屏蔽了不同网络的物理地址间的差异， 人们常称IP地址为逻辑地址。
基于硬件层次上执行TCP/IP协议栈的因特网仅由
四个概念性层次组成，自上而下分别为应用层、传输 层、网间互联子层(IP子层)、网络接口层。网络接口层 是TCP/IP与各种现存的物理网络(局域网、广域公用网) 连接的“桥梁”，而OSI-RM的数据链路层不是TCP/IP 协议组的一部分。
第7章 网间互联和宽带 IP 网
行，但与网络的物理特性无关。
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