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第三章nullnull第三章 网络体系结构 3.1 基本概念 3.2 OSI参考模型 3.3 TCP/IP参考模型与协议 3.4 TCP/IP协议簇 小结 习题3.1 基本概念3.1 基本概念为了使不同体系结构的网络也能相互交换信息,国际标准化组织(ISO)于1977年成立专门机构并制定了世界范围内的网络互连标准,称为开放系统互联参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection/Reference Model),简称OSI。 3.1.1网络协议3.1.1网络协议计算机之间进行数据通信仅有...

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nullnull第三章 网络体系结构 3.1 基本概念 3.2 OSI参考模型 3.3 TCP/IP参考模型与协议 3.4 TCP/IP协议簇 小结 习 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 3.1 基本概念3.1 基本概念为了使不同体系结构的网络也能相互交换信息,国际 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化组织(ISO)于1977年成立专门机构并制定了世界范围内的网络互连标准,称为开放系统互联参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection/Reference Model),简称OSI。 3.1.1网络协议3.1.1网络协议计算机之间进行数据通信仅有传送数据的通路是不够的,还必须遵守一些事先约定好的规则,由这些规则明确所交换数据的格式及有关同步等问题。 计算机网络协议就是通信的实体之间有关通信规则约定的集合。只有遵守这个约定,计算机之间才能相互通信和交流。 3.1.1网络协议3.1.1网络协议通常网络协议由3个要素组成,即: (1)语法,即控制信息或数据的结构和格式。 (2)语义,即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及何种应答。 (3)同步,即事件实现顺序的详细说明。3.1.2 协议分层与体系结构3.1.2 协议分层与体系结构我们把计算机网络的层次划分及各层协议的集合称为计算机网络体系结构,简称网络体系结构。 换句话说,所谓网络体系结构是指整个网络系统的逻辑结构和功能划分,它包含了硬件和软件的组织与 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 所必须遵守的规定 3.1.2 协议分层与体系结构3.1.2 协议分层与体系结构图3.1邮政系统分层模型3.1.2 协议分层与体系结构3.1.2 协议分层与体系结构网络中同等层之间的通信规则就是该层使用的协议,如有关第N层的通信规则的集合,就是第N层的协议。 而同一计算机功能层之间的通信规则称为接口,如在第N层和第(N+1)层之间的接口称为N/(N+1)层接口。 总的来说,协议是不同机器同等层之间的通信约定;而接口是同一机器相邻层之间的通信约定。不同的网络体系结构中,分层的数量、各层的名称和功能及协议都各不相同。但是,在所有的网络中,每一层的目的都是向它的上一层提供一定的服务。 3.1.2 协议分层与体系结构3.1.2 协议分层与体系结构计算机网络采用分层结构还有利于交流、理解和标准化。具体优点如下: (1)各层之间是独立的。 (2)灵活性好。 (3)结构上可以分割开。 (4)易于实现和维护。 (5)能促进标准化工作。3.2 OSI参考模型3.2 OSI参考模型 在网络发展过程中,已建立的网络体系结构很不一致,互不相容,难以相互连接。为了使网络系统标准化,国际标准化组织ISO在80年代初正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准,称为开放系统互连参考模型OSI/RM(Open System Interconnection/Reference Model)。 3.2.1 模型结构3.2.1 模型结构开放系统互联参考模型OSI/RM是抽象的概念,而不是一个具体的网络。它将整个网络的功能划分成七个层次,由下到上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每层各自完成一定的功能。两个终端通信实体之间的通信必须遵循这七层结构。3.2.1 模型结构3.2.1 模型结构图3.2 OSI参考模型示意图3.2.2 各层功能3.2.2 各层功能1. 物理层(Physical Layer) 是整个OSI参考模型的最低层,它为数据链路层提供透明传输比特流的服务。 具体地说,它涉及用什么物理信号代表“1”、和 “0”,一个比特持续多少时间,传输是双向的、还是单向的,一次通信中发送方和接收方如何应答,设备之间连接件的尺寸和接头数以及每根连线的用途等。 物理层传送信息的基本单位是比特,也称为位。3.2.2 各层功能3.2.2 各层功能2. 数据链路层(Data Link Layer) 是OSI参考模型的第2层,它的主要功能是实现无差错的传输服务。 数据链路层传送信息的基本单位是帧。 常见的数据链路层协议有点对点协议 PPP (Point-to-Point Protocol)、高级数据链路控制规程HDLC(High-level Data Link Control)。 3.2.2 各层功能3.2.2 各层功能3. 网络层(Network Layer) 是OSI参考模型的第3层,它解决的是网络与网络之间,即网际的通信问题。 网络层关心的是通信子网的运行控制,主要解决如何使数据分组跨越通信子网从源主机传送到目的主机的问题,这就需要在通信子网中进行路由选择。此外,网络层还要具备地址转换(将逻辑地址转换为物理地址)、报告有关数据包的传送错误等功能。 网络层传送信息的基本单位是分组(或称为数据包)。 3.2.2 各层功能3.2.2 各层功能4. 传输层(Transport Layer)) 是OSI参考模型的第4层,它的主要功能是完成网络中不同主机上的用户或进程之间可靠的数据传输。 传输层提供端到端的透明数据传输服务,使高层用户不必关心通信子网的存在,由此使用统一的传输协议编写的高层软件便可运行于任何通信子网上。传输层还要处理端到端的差错控制、流量控制和拥塞控制问题。 传输层传送信息的基本单位是报文段。 3.2.1 模型结构3.2.1 模型结构5. 会话层(Session Layer) 是OSI参考模型的第5层,其主要功能是组织和同步不同的主机上各种进程间的通信(也称为对话)。 3.2.2 各层功能3.2.2 各层功能6. 表示层(Presentation Layer) 是OSI参考模型的第6层,其主要功能是解决用于信息语法表示问题。 表示层将计算机内部的表示形式转换成网络通信中采用的标准表示形式,从而提供不兼容数据编码格式之间的转换。数据压缩和加密也是表示层可提供的表示变换功能。3.2.2 各层功能3.2.2 各层功能7. 应用层(Application Layer) 是OSI体系结构的最高层次,它直接面向用户以满足用户的不同需求。 在整个OSI参考模型中,应用层是最复杂的,所包含的协议也最多的。它利用网络资源,唯一向应用程序提供直接服务。应用层提供的服务主要取决于用户的各自需求,常用的有文件传输、数据库访问和电子邮件等。3.2.3 模型中的数据传输3.2.3 模型中的数据传输所谓数据单元是指各层传输数据的最小单位。图中最左边一列交换数据单元名称,是指各个层次对等实体之间交换的数据单元的名称。 所谓协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)就是对等实体之间通过协议传送的数据。 这个在发送节点自上而下逐层增加头(尾)信息,而在目的节点又自下而上逐层去掉头(尾)信息的过程叫做封装。 3.2.3 模型中的数据传输3.2.3 模型中的数据传输图3.3 OSI参考模型中的数据传输3.2.4 OSI模型的评价3.2.4 OSI模型的评价OSI参考模型在计算机网络的发展过程中起到了非常重要的指导作用,作为一种参考模型和完整的网络体系结构,它仍对今后计算机网络技术朝着标准化、 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 化方向发展具有指导意义。 但是,OSI模型设计者的初衷是让其作为全世界计算机网络都遵循的标准,然而这种情况并没有发生,虽然在OSI框架中已经开发了很多有用的协议,但7层模型作为一个整体却没有兴旺起来。相反,TCP/IP体系结构逐渐在市场中占据了支配地位。 造成这一局面有很多原因,最重要的原因是OSI标准的制定周期太长,当TCP/IP协议已经成熟并通过很好的测试时,OSI协议还处在发展阶段;另一个原因是OSI模型的设计过于复杂,层次划分也不完全合理,协议实现复杂且运行效率低。 3.3 TCP/IP参考模型与协议3.3 TCP/IP参考模型与协议由于历史的原因,现在得到广泛应用的不是OSI模型,而是TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议。TCP/IP协议最早起源于1969年美国国防部赞助研究的网络ARPANET——世界上第一个采用分组交换技术的计算机通信网。它是Internet采用的协议标准。Internet的迅速发展和普及,使得TCP/IP协议成为全世界计算机网络中使用最广泛、最成熟的网络协议,并成为事实上的工业标准。3.3 TCP/IP参考模型与协议3.3 TCP/IP参考模型与协议从字面上看,TCP/IP包括两个协议:传输控制协议和网际协议。但TCP/IP实际上是一组协议,它包括上百个具有不同功能且互为关联的协议,而TCP和IP是保证数据完整传输的两个基本的重要协议,所以也可称之为TCP/IP协议簇。 3.3.1 模型结构3.3.1 模型结构TCP/IP协议模型从更实用的角度出发,形成了具有高效率的四层体系结构,即主机-网络层(也称网络接口层)、网络互联层(IP层)、传输层(TCP层)和应用层。网络互联层和OSI的网络层在功能上非常相似,图3.4表示了TCP/IP和OSI参考模型的对应关系。 3.3.1 模型结构3.3.1 模型结构图3.4 TCP/IP模型与OSI参考模型对照图3.3.2各层功能3.3.2各层功能1. 网络接口层(Network Interface): 是模型中的最低层。他负责将数据包透明传送到电缆上。 网络接口层协议定义了主机如何连接到网络,管理着特定的物理介质。在TCP/IP模型中可以使用任何网络接口,如以太网、令牌环网、FDDI、X.25、ATM、帧中继和其他接口等,网络接口层负责对上层屏蔽掉底层接口的不同。3.3.2各层功能3.3.2各层功能2. 网络互联层(Network): 是参考模型的第2层,它决定数据如何传送到目的地,主要负责寻址和路由选择等工作。 网络互联层所使用的协议中最重要的协议是网际协议IP。它把传输层送来的消息组装成IP数据报文,并把IP数据报文传递给主机-网络层。IP协议提供统一的IP数据报格式,以消除各通信子网的差异,从而为信息发送方和接收方提供透明的传输通道。 3.3.2各层功能3.3.2各层功能网际协议IP:负责在主机和网络之间寻址和传送数据报。 地址解析协议ARP:获得同一网段中的主机物理地址,使主机的IP地址与之相匹配。 逆地址解析协议RARP:获得同一网段中的主机IP地址,使主机的物理地址与之相匹配。 因特网控制消息协议ICMP:传送消息,并报告有关数据包的传送错误。 因特网组管理协议IGMP:报告主机组从属关系,以便依靠路由支持多播发送。3.3.2各层功能3.3.2各层功能3. 传输层(Transport): 是参考模型的第三层,它负责在应用进程之间的端—端通信。传输层主要有两个协议,即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。 3.3.2各层功能3.3.2各层功能3. 传输层(Transport): TCP协议是面向连接的,以建立高可靠性的消息传输连接为目的,它负责把输入的用户数据(字节流)按一定的格式和长度组成多个数据报进行发送,并在接收到数据报之后按分解顺序重新组装和恢复用户数据。 为了完成可靠的数据传输任务,TCP协议具有数据报的顺序控制、差错检测、校验以及重发控制等功能。 TCP还要进行流量控制,以避免快速的发送方“淹没”低速的接收方而使接收方无法处理。 3.3.2各层功能3.3.2各层功能3. 传输层(Transport): UDP是一个不可靠的、无连接的协议,只是“尽最大努力交付”。主要用于不需要TCP的排序和流量控制能力、而是自己完成这些功能的应用程序。 它被广泛地应用于端主机和网关以及Internet网络管理中心等的消息通信,以达到控制管理网络运行的目的,或者应用于快速递送比准确递送更重要的应用程序,例如传输语音或视频图像。3.3.2各层功能3.3.2各层功能4. 应用层(Application): 位于TCP/IP协议中的最高层次,用于确定进程之间通信的性质以满足用户的要求。它直接面向用户,按照用户的需求定义应用程序如何提供服务,如浏览程序如何与WWW服务器沟通、邮件软件如何从邮件服务器下载邮件等。 应用层是TCP/IP协议中最复杂,协议最多的一层。 3.3.2各层功能3.3.2各层功能远程终端协议Telnet:实现互联网中远程登录功能。 文件传输协议FTP:用于实现互联网中的交互式文件传输功能。 简单邮件传输协议SMTP:实现互联网中电子邮件的传送功能。 域名系统DNS:实现网络设备名字到IP地址映射的网络服务。 简单网络管理协议SNMP:管理与监视网络设备。 超文本传输协议HTTP:用于WWW(万维网)服务。 路由信息协议RIP:在网络设备(路由器)之间交换路由信息。3.3.3 OSI与TCP/IP比较3.3.3 OSI与TCP/IP比较虽然OSI参考模型和TCP/IP参考模型都采用了层次结构的概念,但是它们的差别却是很大的,不论在层次划分还是协议使用上,都有明显的不同。 OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构,但OSI采用的是七层模型,而TCP/IP是四层结构(实际上是三层结构)。 3.3.3 OSI与TCP/IP比较3.3.3 OSI与TCP/IP比较OSI参考模型的抽象能力高,适合于描述各种网络,它采取的是自上向下的设计方式,先定义了参考模型,才逐步去定义各层的协议,由于定义模型的时候对某些情况预计不足,造成了协议和模型脱节的情况;TCP/IP正好相反,它是先有了协议之后,人们为了对它进行研究分析,才制定了TCP/IP参考模型,当然这个模型与TCP/IP的各个协议吻合得很好,但不适合用于描述其他非TCP/IP网络。 OSI参考模型的概念划分清晰,它详细地定义了服务、接口和协议的关系,优点是概念清晰,普遍适应性好;缺点是过于繁杂,实现起来很困难,效率低。TCP/IP在服务、接口和协议的区别上不清楚,功能描述和实现细节混在一起,因此TCP/IP参考模型对采取新技术设计网络的指导意义不大,也就使它作为模型的意义逊色很多。 TCP/IP的网络接口层并不是真正的一层,在数据链路层和物理层的划分上基本是空白,而这两个层次的划分是十分必要的;OSI的缺点是层次过多,事实证明会话层和表示层的划分意义不大,反而增加了复杂性。3.4 TCP/IP协议簇3.4 TCP/IP协议簇TCP/IP实际上是指作用于计算机通信的一组协议,这组协议通常被称为TCP/IP协议簇。 TCP/IP协议簇包括了地址解析协议ARP、Internet协议IP、用户数据报协议UDP、传输控制协议TCP、超文本传输协议HTTP、等众多的协议。协议簇的实现是以协议报文格式为基础,完成对数据的交换和传输。图3.5是对TCP/IP协议簇层次结构的简单描述。3.4 TCP/IP协议簇3.4 TCP/IP协议簇图3.5 沙漏计时器形状的TCP/IP协议族3.4.1. 网络接口层相关协议3.4.1. 网络接口层相关协议网络接口层不是TCP/IP协议的一部分,但它是TCP/IP赖以存在的各种通信网与TCP/IP之间的接口,这些通信网包括多种广域网如ARPANET、X.25公用数据网,以及各种局域网,如Ethernet、IEEE的各种标准局域网等。IP层提供了专门的功能,解决与各种网络物理地址的转换。 一般情况下,各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议,不需要在数据链路层上设置专门的TCP/IP协议。但是,当使用串行线路连接主机与网络,或连接网络与网络时,例如用户使用电话线和Modem接入或两个相距较远的网络通过数据专线互连时,则需要在数据链路层运行专门的串行线路接口协议SLIP和点对点协议PPP3.4.1. 网络接口层相关协议3.4.1. 网络接口层相关协议1.SLIP协议 SLIP协议提供在串行通信线路上封装IP分组的简单方法,以使远程用户通过电话线和Modem能方便地接入TCP/IP网络。 SLIP是一种简单的组帧方式,使用时还存在一些问题。首先,SLIP不支持在连接过程中的动态IP地址分配,通信双方必须事先告知对方IP地址,这给没有固定IP地址的个人用户连接Internet带来了很大的不便;其次,SLIP帧中无协议类型字段,因此它只能支持IP协议;SLIP帧中无校验字段,因此链路层上无法检测出传输差错,必须由上层实体或具有纠错能力的Modem来解决传输差错问题。3.4.1. 网络接口层相关协议3.4.1. 网络接口层相关协议2.PPP协议 为了解决SLIP存在的问题,在串行通信应用中又开发了PPP协议。PPP协议是一种有效的点到点通信协议,它由三部分组成:串行通信线路上的组帧方法,用于建立、配制、测试和拆除数据链路的链路控制协议LCP,一组用于支持不同网络层协议的网络控制协议NCP。 由于PPP帧中设置了校验字段,因而PPP在链路层上具有差错检验的功能。PPP中的LCP协议提供了通信双方进行参数协商的手段,并且提供了一组NCP协议,使得PPP可以支持多种网络层协议,如IP、IPX等。另外,支持IP的NCP协议提供了在建立连接时动态分配IP地址的功能,解决了个人用户连接Internet的问题。3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议网络层中含有四个重要的协议:IP协议、因特网控制信息协议ICMP、地址解析协议ARP和反向地址解析协议RARP。 网络层的功能主要由IP来提供。除了提供端到端的分组分发功能外,IP还提供了很多扩充功能。例如,为了克服数据链路层对帧大小的限制,网络层提供了数据分块和重组功能,这使得很大的IP数据报能以较小的分组在网上传输。 网络层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互连网络,即网际网。网间的报文来往根据它的目的IP地址通过路由器传到另一网络。3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议1. IP协议 IP协议是TCP/IP协议簇中最为核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP及IGMP数据都以IP数据分组的格式传输。IP协议提供一种不可靠、无连接的数据分组传输服务。 不可靠的意思是它不能保证IP分组能成功地到达目的地。 无连接这个术语的意思是IP协议并不维护任何关于后续分组的状态信息。每个IP分组的处理是相互独立的。 3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议IP分组的格式如图3.6所示。普通的IP首部长为20个字节,另外可以含有选项字段。 图3.6 IP分组的格式3.4.2 网络层相关协议固 定 部 分可变 部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议可变 部分首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固 定 部 分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务1. IP 数据报首部的固定部分中的各字段 3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分标志(flag) 占 3 位,目前只有前两位有意义。 标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。 MF  1 表示后面“还有分片”。MF  0 表示最后一个分片。 标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment) 。 只有当 DF  0 时才允许分片。 3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议【例】 IP 数据报分片偏移 = 0/8 = 0偏移 = 0/8 = 0偏移 = 1400/8 = 175偏移 = 2800/8 = 350140028003799279913993799需分片的 数据报数据报片 1首部数据部分共 3800 字节首部 1首部 2首部 3字节 0数据报片 2数据报片 314002800字节 0【例】 IP 数据报分片3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分生存时间(8 位)记为 TTL (Time To Live) 数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议null发送端接收端16 位字 116 位字 216 位字 n……数 据 报 首 部IP 数据报16 位字 116 位字 216 位字 n……数据部分3.4.2 网络层相关协议首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 (长 度 可 变)位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议2.IP地址分类及表示方法 (1)ABC分类IP地址(详细介绍见第6章) IP地址具有固定、规范的格式。当前Internet使用的IPv4地址(IP地址的第4个版本,以下简称IP地址) 。IP地址长32位。Internet地址并不采用单一层次,而是采用网络—主机这样的二级层次。5类不同的IP地址如图3.7所示。 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 bitnet-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101D 类地址是多播地址 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 bitnet-id 8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101E 类地址保留为今后使用 点分十进制记法 点分十进制记法 采用点分十进制记法 则进一步提高可读性128.11.3.31 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数 转换为十进制数3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126 (27 – 2) 1 126 16,777,214 B 16,383(214  1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221  1) 192.0.1 223.255.255 2543.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议在IP地址中,还有些特殊的地址需要做专门的说明,如表3.1所示。 表3.1 特殊的IP地址3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议(2)子网掩码 32位的IP地址所表示的网络数量是有限的,解决问题的办法是制定编码 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 时采用子网寻址技术。根据实际需要的子网个数,将主机标识部分划出一定的位数用做子网的标识位,剩余的主机标识作为相应子网的主机标识部分。IP地址实际上被划分为网络、子网、主机3部分。 划分子网后变成了三级结构 当没有划分子网时,IP 地址是两级结构。 划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。 划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id 这部分进行再划分,而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id。 划分子网后变成了三级结构 3.4.2 网络层相关协议从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。 使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。 3.4.2 网络层相关协议IP 地址的各字段和子网掩码 IP 地址的各字段和子网掩码 145 . 13 .3 . 10两级 IP 地址子网号为 3 的网络的网络号三级 IP 地址主机号子网掩码net-idhost-id子网的 网络地址0net-idsubnet-idhost-id145 . 13 .145 . 13 . 33 . 10(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号三级 IP 地址主机号子网号子网掩码子网的 网络地址net-idsubnet-id0逐位进行 AND 运算默认子网掩码 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A 类 地 址默认子网掩码 255.0.0.0网络地址B 类 地 址默认子网掩码 255.255.0.0网络地址C 类 地 址默认子网掩码 255.255.255.0host-id 为全 0host-id 为全 0默认子网掩码 3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议3. ICMP协议 从IP协议的功能可知,IP协议提供的是一种不可靠的无连接报文分组传送服务。若路由器或故障使网络阻塞,就需要通知发送主机采取相应措施。为了使互连网能报告差错,或提供有关意外情况的信息,在IP层加入了一类特殊用途的报文机制,即ICMP协议。 3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议4. ARP协议 在TCP/IP网络环境下,每个主机都分配了一个32位的IP地址,这种互连网地址是在国际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网上传送,必须知道彼此的物理地址。 这样就存在把互连网地址变换为物理地址的地址转换问题。以以太网环境为例,为了正确地向目的站传送报文,必须把目的站的32位IP地址转换成48位以太网目的地址。这就需要在网络层有一组服务将IP地址转换为相应物理网络地址,这组协议就是ARP协议。3.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议每一个主机都有一个ARP高速缓存,存储IP地址到物理地址的映射表,这些都是该主机目前所知道的地址。例如,当主机A欲向本局域网上的主机B发送一个IP数据报时,就先在ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。如果存在,就可以查出其对应的物理地址,然后将该数据报发往此物理地址;如果不存在,主机A就运行ARP,按照下列步骤查找主机B的物理地址: (1) ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组,目的地址为主机B的IP地址; (2) 本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都接收到此ARP请求分组; (3) 主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址,就向主机A发送一个ARP响应分组,并写入自己的物理地址; (4) 主机A收到主机B的ARP响应分组后,就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到物理地址的映射。工作原理如图3.9所示。nullAYXBZ主机 B 向 A 发送 ARP 响应分组 主机 A 广播发送 ARP 请求分组 ARP 请求ARP 请求ARP 请求209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 209.0.0.5,硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址我是 209.0.0.6 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-183.4.2 网络层相关协议3.4.2 网络层相关协议5.RARP协议 RARP协议用于一种特殊情况,即如果站点初始化以后,只有自己的物理地址而没有IP地址,则它可以通过RARP协议发出广播请求,征求自己的IP地址,而RARP服务器则负责回答。这样,无IP地址的站点可以通过RARP协议取得自己的IP地址,这个地址在下一次系统重新开始以前都有效,不用连续广播请求。RARP广泛用于获取无盘工作站的IP地址。3.4.3 传输层相关协议3.4.3 传输层相关协议TCP/IP协议簇在传输层提供了两个协议:TCP和UDP。 TCP和UDP是两个性质不同的通信协议,主要用来向高层用户提供不同的服务。两者都使用IP协议作为其网络层的传输协议。TCP和UDP的主要区别在于服务的可靠性。 TCP是高度可靠的,而UDP则是一个简单的、尽力而为的数据报传输协议,不能确保数据报的可靠传输。两者的这种本质区别也决定了TCP协议的高度复杂性,因此需要大量的开销,而UDP却由于它的简单性获得了较高的传输效率。TCP和UDP都是通过端口来与上层进程进行通信。 3.4.3 传输层相关协议3.4.3 传输层相关协议1.端口的概念 TCP和UDP都使用了与应用层接口处的端口(Port)来与上层的应用进程进行通信。 在OSI的术语中,端口就是传输层服务访问点TSAP。端口的作用就是让应用层的各种应用进程能将其数据通过端口向下交付给传输层,以及让传输层知道应当将其报文段中的数据向上通过端口交付给应用层相应的进程。从这个意义上讲,端口是用来标志应用层的进程。 3.4.3 传输层相关协议3.4.3 传输层相关协议在TCP的所有端口中,可以分为两类:一类是由因特网指派名字和号码公司ICANN负责分配给一些常用的应用层程序固定使用,叫做熟知端口。其数值一般为0~1023,如表3.2所示:3.4.3 传输层相关协议3.4.3 传输层相关协议图3.10 主机A与主机C建立三个TCP连接下面通过一个例子说明端口的作用。 3.4.3 传输层相关协议3.4.3 传输层相关协议为了在通信时不致发生混乱,就必须把端口号和主机的IP地址结合在一起使用。 因此,TCP使用“连接”(而不仅仅是“端口”)作为最基本的术语抽象。一个连接由它的两个端口来标识,这样的端口就叫做插口(socket)。插口的概念并不复杂,但非常重要。插口包括IP地址(32Bit)和端口号(16Bit),共48Bit。在整个Internet中,在传输层通信的一对插口必须是惟一的。 例如:在图3-10中的连接1的一对插口是:(131.6.23.13,500)和(130.42.85.15,25)。而连接2的一对插口是:(131.6.23.13,501)和(130.42.85.15,25)。3.4.3 传输层相关协议3.4.3 传输层相关协议2. 传输控制协议TCP TCP所处理的报文段分为首部和数据两部分。TCP的全部功能都体现在首部各字段的作用上。图3.11显示了TCP报文段的格式。 nullTCP 首部20 字节的 固定首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I N32 位S Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充TCP 数据部分TCP 首部TCP 报文段IP 数据部分IP 首部发送在前TCP 报文段的首部格式 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充源端口和目的端口字段——各占 2 字节。端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充序号字段——占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充确认号字段——占 4 字节,是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充数据偏移(即首部长度)——占 4 位,它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是 32 位字(以 4 字节为计算单位)。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充保留字段——占 6 位,保留为今后使用,但目前应置为 0。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充紧急 URG —— 当 URG  1 时,表明紧急指针字段有效。它告诉系统此报文段中有紧急数据,应尽快传送(相当于高优先级的数据)。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充确认 ACK —— 只有当 ACK  1 时确认号字段才有效。当 ACK  0 时,确认号无效。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0 8 16 24 31填 充推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的报文段,就尽快地交付接收应用进程,而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。 nullTCP 首部20 字节 固定 首部目 的 端 口数据 偏移检 验 和选 项 (长 度 可 变)源 端 口序 号紧 急 指 针窗 口确 认 号保 留F I NS Y NR S TP S HA C KU R G位 0
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