第2章IP网络基础PPT课件

1、1Agents, Coalition, Decision (ACD) Group主要内容 以太网帧结构 IP编址 ICMP协议 ARP协议 传输层协议 数据转发过程2Page 32.1 以太网帧结构 l掌握以太网中数据帧的结构l掌握MAC地址的作用l掌握以太网中数据帧转发的过程以太网的MAC地址Page 424 bits24 bits48 bitsOUI由供应商分配lMAC地址由两部分组成，分别是供应商代码和序列号。其中前24位代表该供应商代码，由IEEE管理和分配。剩下的24位序列号由厂商自己分配l全球唯一l又称物理地址终端之间的通信Page 5l数据链路层控制数据帧在物理链路上传输。主机

2、A主机 BHeaderData帧Trailer帧格式Ethernet_IIIEEE802.3D.MACDataS.MACTypeFCSD.MACDataS.MACLengthFCSLLCSNAP Length/Type = 1536 (0 x0600) Ethernet_IILength/Type = 1500 (0 x05DC) IEEE802.3Page 6主机 A主机 BEthernet_II 帧格式Page 7D.MACDataS.MACTypeFCS6 B6 B2 B46-1500 B4 B0 x08000 x0806IP0 x0800 (2048 )ARP0 x0806 (2054

3、 )lType：Ethernet_II 帧类型值大于等于1536 (0 x0600)。lData：以太网数据帧的长度在64-1500字节之间。lFCS：错误检测机制IEEE802.3 帧格式Page 8D.MACDataS.MACLengthFCSLLCSNAP6 B6 B2 B38-1492 B4 B3B5BlIEEE802.3帧格式类似于Ethernet_II帧，只是Ethernet_II帧的Type域被802.3帧的Length域取代，并且占用了Data字段的8个字节作为LLC和SNAP字段。lIEEE 802.3 帧长度字段值小于等于1500 (0 x05DC)。IEEE802.3 帧

4、格式Page 9D.MACDataS.MACLengthFCSLLCSNAPOrg CodeType6 B6 B2 B38-1492 B4 BS.SAPControlD.SAP1 B1 B1 B3B2 B3B5Bl逻辑链路控制LLC（Logical Link Control）：由目的服务访问点DSAP（Destination Service Access Point）、源服务访问点SSAP（Source Service Access Point）和Control字段组成。lSNAP（Sub-network Access Protocol）由机构代码（Org Code）和类型（Type）字段组成

5、。Org code三个字节都为0。Type字段的含义与Ethernet_II帧中的Type字段相同。IEEE802.3 帧格式Page 10D.MACDataS.MACLengthFCSLLCSNAPOrg CodeType6 B6 B2 B38-1492 B4 BS.SAPControlD.SAP1 B1 B1 B3B2 B3B5BlIEEE802.3帧根据DSAP和SSAP字段的取值又可分为以下几类：l当DSAP和SSAP都取特定值0 xff时，802.3帧就变成了Netware- ETHERNET帧，用来承载NetWare类型的数据。l 当DSAP和SSAP都取特定值0 xaa时，802

6、.3帧就变成了 ETHERNET_SNAP帧。ETHERNET_SNAP帧可以用于传输多 种协议。lDSAP和SSAP其他的取值均为纯IEEE802.3帧。数据帧传输方式Page 11l数据链路层基于MAC地址进行帧的传输。D.MACMAC：00-02-03-04-05-06MAC：00-03-04-05-06-07MAC：00-03-04-05-06-07主机 A主机 B单播Page 12单播48 bits7 bits0主机 A主机 B主机 C主机 D广播Page 1348 bitsFFFFFFFFFFFF广播主机 A主机 B主机 C主机 D组播Page 14组播48 bits7 bits1

7、主机 A主机 B主机 C主机 D 注意：Page 15数据帧的发送和接收Page 16l帧从主机的物理接口发送出来后，通过传输介质传输到目的端。共享网络中，这个帧可能到达多个主机。l主机检查帧头中的目的MAC地址，如果目的MAC地址不是本机MAC地址，也不是本机侦听的组播或广播MAC地址，则主机会丢弃收到的帧。l如果目的MAC地址是本机MAC地址，则接收该帧，检查帧校验序列（FCS）字段，并与本机计算的值对比来确定帧在传输过程中是否保持了完整性。如果帧的FCS值与本机计算的值不同，主机会认为帧已被破坏，并会丢弃该帧。如果该帧通过了FCS校验，则主机会根据帧头部中的Type字段来确定将帧发送给上

8、层哪个协议处理。主机 A主机 B数据帧的发送和接收Page 17l当主机接收到的数据帧所包含的目的MAC地址是自己时，会把以太网封装剥掉后送往上层协议。MAC BDataMAC A0 x0800FCSIPData主机 A主机 BDataFCSETH_IIAgents, Coalition, Decision (ACD) Group 注意： 链路：指从一个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线），而中间没有任何其他交换节点18Agents, Coalition, Decision (ACD) Group 数据链路：链路+通信协议19Page 202.2 IP编址lIP报文的结构lIP地址l变长

9、子网掩码（VLSM）技术l网关的作用Page 21上层协议类型DMACDataSMACTypeFCS6 B6 B2 B46-1500 B4 B0 x0800IPl以太网帧中的Type字段值为0X0800，表示该帧的网络层协议为IP协议。IP报文头部Page 22VersionDS FieldTotal LengthIdentificationFlagsFragment OffsetTime to Live ProtocolHeader ChecksumSource IP AddressDestination IP AddressIP Options0 16 31 20 Bytes固定长度20-

10、60 BDataIPHeaderLengthIP包分片主机 A主机 BPage 23VersionDS FieldTotal LengthHeader ChecksumSource IP AddressDestination IP AddressIP OptionsHeaderLengthProtocolTime to Live Fragment OffsetFlagsIdentification 标识符：识别属于同一个数据包的分片。 标志：用于判断是否已经收到最后一个分片。0表示结束 片偏移字段：表示每个分片在原始报文中的位置。生存时间主机 ATTL=255TTL=254TTL=253主机

11、BPage 24VersionDS FieldTotal LengthHeader ChecksumSource IP AddressDestination IP AddressIP OptionsHeaderLengthFragment OffsetFlagsIdentificationProtocolTime to Live 协议号Page 25 IPDataProtocol6/17TCP/UDP1ICMPVersionDS FieldTotal LengthHeader ChecksumSource IP AddressDestination IP AddressIP OptionsHe

12、aderLengthFragment OffsetFlagsIdentificationTime to Live ProtocolIP编址Page 26.1000000111000000.10101000.00000001网络位主机位lIP地址分为网络部分和主机部分。lIP地址由32个二进制位组成，通常用点分十进制形式表示。Page 27.0000000011000000.10101000.00000001.255192.168.11111111111000000.10101000.00000001网络地址广播地址网络位主机位网络位主机位二进制、十进

13、制和十六进制Page 28进制进制字符范围字符范围基值基值二进制 0 12十进制0 910十六进制0 9，A F16l在IP网络中，二进制和十六进制是常用的编码方式。十进制二进制十六进制000000000001000000010120000001002300000011034000001000450000010105600000110067000001110780000100008十进制二进制十六进制9000010010910000010100A11000010110B120000110001400001110025511111111FF进制

14、之间转换Page 29比特位11111111乘方2726252423222120数值1286432168421二进制和十进制转换Page 30.1网络位主机位192.168.100000001.11000000.10101000.000000012027+2627+25+2320二进制十进制IP地址分类Page 31A类Host (24bit)B类C类D类E类55 55 5555

15、5 0 网络位 (8bit)主机位(24bit)10 网络位 (16bit)主机位(16bit)110 网络位 (24bit)主机位(8bit)1110 组播1111 保留IP地址类型Page 32l私有地址范围l55 l55l55l特殊地址l 55ll55网络通信Page 33.1网络位主机位192.168.019

16、.2192.168.0主机 A主机 B主机C主机 D子网掩码Page 3411000000.10101000.00000001.00000000网络位主机位11111111.11111111.11111111.00000000子网掩码Page 34默认子网掩码Page 35A类B类C类Agents, Coalition, Decision (ACD) Group作用-地址规划 判断主机所属的网段 网段上的广播地址 网段上支持的主机数36地址规划-举例Page 37

17、主机数: 2n11000000 10101000 00000001 0000000011000000 10101000 00000001 0000011111111111 11111111 11111111 00000000IP 地址网络地址(二进制)网络地址子网掩码256254可用主机数: 2n - 2地址规划-练习Page 38IP 地址主机数: 2n可用主机数: 2n - 2网络地址子网掩码?l根据给出的IP地址和子网掩码，请算出此网络中包含的主机地址数量以及可用主机地址的数量

18、。有类IP编址的缺陷Page 39l在设计网络时使用有类IP地址会造成地址的浪费。/24/24/2430个主机10个主机20个主机变长子网掩码 Variable Length Subnetwork Mask， VLSM 通过改变子网掩码，可以将网络划分为多个子网。Page 40C类地址-变长子网掩码Page 4111000000 10101000 00000001 0000000011000000 10101000 00000001 0000011111111111 11111111 11111111 10000000IP 地址

19、28子网掩码主机数: 2n网络地址128126可用主机数: 2n - 228变长子网掩码-练习Page 42l现有一个C类网络地址段/24，请使用变长子网掩码给三个子网分别分配IP地址。30个主机10个主机20个主机路由原理 当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时，它将直接把IP分组送到网络上，对方就能收到。 要送给不同IP子网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。Page 43 如果没有

20、找到这样的路由器，主机就把IP分组送给一个称为 “缺省网关（default gateway）”的路由器上。 “缺省网关”是每台主机上的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。 Page 44 注意： 路由器转发IP分组时，只根据IP分组目的IP地址的网络号部分，选择合适的端口，把IP分组送出去。 同主机一样，路由器也要判定端口所接的是否是目的子网，如果是，就直接把分组通过端口送到网络上，否则，也要选择下一个路由器来传送分组。 路由器也有它的缺省网关，用来传送不知道往哪儿送的IP分组。 通过路由器把知道如何传送的IP分组正确转发出去，不知道的IP分组送给“缺省网关”路由器，

21、这样一级级地传送，IP分组最终将送到目的地，送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了。 Page 45 TCP/IP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。这种网络称为以路由器为基础的网络（router based network），形成了以路由器为节点的“网间网”。 在“网间网”中，路由器不仅负责对IP分组的转发，还要负责与别的路由器进行联络，共同确定“网间网”的路由选择和维护路由表Page 46路由协议 静态路由：在路由器中设置的固定的路由表。优点是简单、高效、可靠。 动态路由：利用收到的路由信息更新路由器表的过程，适用于网络规模

22、大、网络拓扑复杂的网络。 注意： 静态路由优先级最高。当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准Page 47网关Page 48主机 A主机 B5353l网关用来转发来自不同网段之间的数据包。路由举例Page 49 如果1：网络内的主机能够通过IP地址为54的网关连接到远程网络Page 50 如果2：希望通过网关54访问主机1Page 51无类域间路由Page 5/24/2410.24.

23、3.0/24通告路由/2/24lCIDR 增强了网络的可扩展性。Page 532.3 ICMP协议 Internet控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）是网络层的一个重要协议。 ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，它对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障具有至关重要的作用。ICMP重定向Page 54/24/2400/2400/24IP地址: /24默认网关: 00/24公网ICMP 重

24、定向主机 A服务器 ARTARTBICMP差错检测Page 55ICMP Echo RequestICMP Echo Reply主机 A服务器 AlICMP Echo Request和ICMP Echo Reply分别用来查询和响应某些信息，进行差错检测。l诊断源和目的之间的网络连通性，还可以提供其他信息，如报文往返时间等。ICMP错误报告-目的不可达Page 56/.0/24数据包ICMP 目的不可达主机 A服务器 A.2.1.2l当网络设备无法访问目标时，会自动发送ICMP目的不可达报文到发送端设备。RTARTBICMP错误报告-TTL超时消息 如果网络

25、中发生了环路，导致报文在网络中循环，最终TTL超时，这种情况下网络设备会发送TTL超时消息给发送端设备。Page 57ICMP数据包格式Page 58071531IP HeaderICMP TypeCodeChecksum不同类型和代码标识不同的内容FCSEthernet_II HeaderlType表示ICMP消息类型lCode表示同一消息类型中的不同信息。l校验和字段用于检查消息是否完整l可变参数：通常设置为0。 注意： 在ICMP Redirect消息中，可变参数用来指定网关IP地址，主机根据这个地址将报文重定向到指定网关。 在Echo请求消息中，可变参数字段包含标识符和序号，源端根据这

26、两个参数将收到的回复消息与本端发送的Echo请求消息进行关联。尤其是当源端向目的端发送了多个Echo请求消息时，需要根据标识符和序号将Echo请求和回复进行一一对应。Page 59ICMP消息类型和编码类型Page 60类型编码描述00Echo Reply30网络不可达31主机不可达32协议不可达33端口不可达50重定向80Echo RequestICMP应用-PingPage 61Ping是检测网络连通性的常用工具，同时也能够收集其他相关信息。用户可以在Ping命令中指定不同参数，如ICMP报文长度、发送的ICMP报文个数、等待回复响应的超时时间等，设备根据配置的参数来构造并发送ICMP报文

27、，进行Ping测试。ICMP应用-Tracert Tracert基于报文头中的TTL值来逐跳跟踪报文的转发路径。 为了跟踪到达某特定目的地址的路径，源端首先将报文的TTL值设置为1。该报文到达第一个节点后，TTL超时，于是该节点向源端发送TTL超时消息，消息中携带时间戳。 然后源端将报文的TTL值设置为2，报文到达第二个节点后超时，该节点同样返回TTL超时消息，以此类推，直到报文到达目的地。 这样，源端根据返回的报文中的信息可以跟踪到报文经过的每一个节点，并根据时间戳信息计算往返时间。 Tracert是检测网络丢包及时延的有效手段，同时可以帮助管理员发现网络中的路由环路。Page 62 常用的

28、配置参数说明如下：Page 63TracertICMP应用-TracertPage 64tracert Tracert to (), max hops:30, packet length:40, press CTRL_C to break 1 130 ms 50 ms 40 ms 2 80 ms 60 ms 80 ms 3 80 ms 60 ms 70 ms lTracert显示数据包在网络传输过程中所经过的每一跳。/24RTARTC主机 A主机 B/2410.

29、0.0.2/24RTBPage 65 注意： Ping， tracert命令是主机模式下的 华为路由器不同的扩展Page 66Page 672.4 ARP协议l 网络设备有数据要发送给另一台网络设备时，必须要知道对方的网络层地址（即IP地址）。IP地址由网络层来提供，但是仅有IP地址是不够的，IP数据报文必须封装成帧才能通过数据链路进行发送。数据帧必须要包含目的MAC地址，因此发送端还必须获取到目的MAC地址。IP: /24MAC: 00-01-02-03-04-AA目的IP : 源 IP: 目的MAC : 未知源MAC : 00-01-02-0

30、3-04-AAIP : /24MAC: 00-01-02-03-04-BBETH_IIIPDATA FCS主机 A主机 BPage 68l通过目的IP地址而获取目的MAC地址的过程是由ARP（Address Resolution Protocol）协议来实现的。lARP协议是TCP/IP协议簇中的重要组成部分，ARP能够通过目的IP地址发现目标设备的MAC地址，从而实现数据链路层的可达性。l网络设备通过ARP报文来发现目的MAC地址l内容:l掌握ARP的工作原理l理解ARP缓存表的作用ARP数据包格式Page 69lARP报文不能穿越路由器，不能被转发到其他广播域。FCSARP

31、Hardware Type Hardware LengthProtocol TypeProtocol LengthOperation CodeSource Hardware AddressDestination Hardware Address Source Protocol AddressDestination Protocol Address03115Ethernet_IIARP工作过程Page 70主机 A/2400-01-02-03-04-BB主机 C主机 B/2400-01-02-03-04-CC/2400-01-02-03-04-AA

32、l主机A发送一个数据包给主机C之前，首先要获取主机C的MAC地址。ARP缓存Page 71Host Aarp -aInternet Address Physical Address Type主机 A/2400-01-02-03-04-BB主机 C主机 B/2400-01-02-03-04-CC/2400-01-02-03-04-AAARP请求Page 72主机 A/2400-01-02-03-04-BB主机 C主机 B/2400-01-02-03-04-CC/2400-01-02-03-04-AA源

33、MAC：00-01-02-03-04-AA 目的MAC : FF-FF-FF-FF-FF-FFARP目的 IP: 源 IP: 目的 MAC: 00-00-00-00-00-00 源 MAC: 00-01-02-03-04-AA操作类型: RequestETH_IIFCSARP响应Page 73主机 A/2400-01-02-03-04-BB主机 C主机 B/2400-01-02-03-04-CC/2400-01-02-03-04-AAHost Carp -aInternet address Physical add

34、ress Type 00-01-02-03-04-AA DynamicARP响应Page 74主机 A/2400-01-02-03-04-BB主机 C主机 B/2400-01-02-03-04-CC/2400-01-02-03-04-AA源MAC：00-01-02-03-04-CC 目的IP : 源 IP : 目的 MAC : 00-01-02-03-04-AA 源 MAC : 00-01-02-03-04-CC操作类型: Reply目的MAC：00-01-02-03-04-AA ARPETH_I

35、IFCSARP缓存Page 75Host Aarp -aInternet address Physical address Type 00-01-02-03-04-CC Dynamic主机 A/2400-01-02-03-04-BB主机 C主机 B/2400-01-02-03-04-CC/2400-01-02-03-04-AAARP代理Page 76l位于不同网络的网络设备在不配置网关的情况下，能够通过ARP代理实现相互通信。主机 A主机 B/8/8ARP代理G0/0/0G0/0/120.2.0.

36、2/8/8路由器发送ARP Reply发送ARP Request 请求的MAC地址免费ARPPage 77主机 AIP: /24MAC: 00-01-02-03-04-AA目的IP : 源 IP : 目的MAC : 00-00-00-00-00-00源 MAC : 00-01-02-03-04-AA源MAC：00-01-02-03-04-AA 目的MAC：FF-FF-FF-FF-FF-FFARPl免费ARP可以用来探测IP地址是否冲突。ETH_IIFCSPage 782.5 传输层协议 传输层定义了主机应用程序之间

37、端到端的连通性。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol ）和 用户数据包协议UDP（User Datagram Protocol） 内容： TCP和UDP的工作原理 TCP和UDP的报文格式 常见服务的应用端口号TCPPage 79主机 A主机B请求响应TCP 连接lTCP是一种面向连接的传输层协议，提供可靠的传输服务。TCP端口号Page 80协议端口号FTP21、20HTTP80Telnet23SMTP25主机AHTTP服务器DataS:1027D:80DataS:80D:1027l端口号用来区分不同的网络服务。TCP

38、头部Page 8120字节TCP HeaderDataIP HeaderSYNFINRSTURG0 15 31Destination PortSequence NumberWindowChecksumOptionsSource PortAcknowledge NumberHeader lengthResv.ACKPSHUrgent PointerPaddingTCP建立连接的过程Page 82lTCP通过三次握手建立可靠连接。TCP传输过程Page 83数据段N确认号M+1500确认号 M+1500数据段N+1数据段N+2数据段N+3数据段N+4数据段N+5数据段N+3数据段N+4数据段N+5

39、Seq:M-M+499Seq:M+500-M+999Seq:M+1000-M+1499Seq:M+1500-M+1999Seq:M+2000-M+2499Seq:M+2500-M+2999Seq:M+1500-M+1999Seq:M+2000-M+2499Seq:M+2500-M+2999主机 A服务器 ATCP流量控制-滑动窗口 TCP滑动窗口技术通过动态改变窗口大小来实现对端到端设备之间的数据传输进行流量控制。Page 84TCP流量控制-滑动窗口Page 85ack 3073 window 3072ack 6145 window 3072length 1024 window 4096le

40、ngth 1024 window 3072length 1024 window 3072主机 A服务器 Alength 1024 window 4096length 1024 window 4096length 1024 window 4096length 1024 window 3072服务器A收到第3个数据段后，缓存区满，第4个数据段被丢弃。length 1024 window 3072length 1024 window 3072length 1024 window 3072TCP关闭连接Page 86主机 A服务器 A关闭关闭l主机在关闭连接之前，要确认收到来自对方的ACK。FIN,A

41、CK(seq=a,ack=b)ACK(seq=b,ack=a+1)FIN,ACK(seq=b,ack=a+1）ACK(seq=a+1,ack=b+1)UDPPage 87请求主机A主机 B响应UDP是一种面向无连接的传输层协议，传输可靠性没有保证。UDP头部Page 88UDP头部仅占8字节，传输数据时没有确认机制。UDP HeaderData0 15 16 318 字节Destination portLengthSource portChecksumIP HeaderUDP传输过程Page 89主机 A主机B使用UDP传输数据时，由应用程序根据需要提供报文到达确认、排序、流量控制等功能。UD

42、P传输过程Page 90UDP不提供重传机制，占用资源小，处理效率高。一些时延敏感的流量，如语音、视频等，通常使用UDP作为传输层协议。视频流/语音流主机 A主机 B丢包Page 912.6 数据转发过程TCP/IP协议簇和底层协议配合，保证了数据能够实现端到端的传输。数据传输过程是一个非常复杂的过程，例如数据在转发的过程中会进行一系列的封装和解封装。对于网络工程师来说，只有深入地理解了数据在各种不同设备上的转发过程，才能够对网络进行正确的分析和检测。数据封装和解封装的过程处理数据转发过程中的基本故障数据转发过程概述Page 92 Internet主机 A主机 B服务器 A服务器 B10.1.

43、1.1/24/24/24/24RTARTB数据包在相同网段内或不同网段之间转发所依据的原理基本一致。TCP封装Page 93物理层数据链路层网络层传输层传输层TCP HeaderData 数据段主机 Al当主机建立了到达目的地的TCP连接后，便开始对应用层数据进行封装。SYNRSTFINDestination Port:80Sequence NumberWindowChecksumOptionsSource Port:1027Acknowledgement NumberHeader LengthResv.Urgent PointerP

44、SHURGACKPaddingIP封装Page 94数据包主机 AIP Header物理层数据链路层网络层网络层传输层TCP HeaderDataDS FieldTotal LengthIdentificationFlags Fragment OffsetTime to Live Protocol：0X06Header ChecksumSource IP Address：Destination IP Address： IP OptionsVersionHeaderLength查找路由Page 95Page 95Network/Mask Gateway In

45、terface /0 54 /24 - Internet主机 A主机 B服务器 A服务器 B/24/24/24/24RTARTB54/24E0/0主机A必须要拥有到达目的地的路由。ARPPage 96主机 A主机 B/2400-01-02-03-04-05/2400-01-02-03-04-0654/2400-01-02-03-04-08InternetHost A arp

46、-aInternet address Physical address Type54 00-01-02-03-04-08 Dynamic 00-01-02-03-04-06 DynamicRTAE0/0通过ARP缓存表找到下一跳的MAC地址。如果表项里没有下一跳的MAC地址，主机A会发送ARP请求。以太网封装Page 97数据帧Ethernet HeaderDataFCSD.MACS.MACType物理层数据链路层数据链路层网络层传输层IP HeaderTCP Header主机 A数据帧转发过程Page 98l主机工作在半双工状态下，suoyi 会使用CSMA/CD来检测链路是否空闲。l前导码用于使接收者进入同步状态，定界符用于指示帧的开始。主机 A11010101010101