移动IP技术第一讲网络通信协议

1、第一讲第一讲 网络通信协议网络通信协议1.网络的分层结构网络的分层结构四四互联网网络层协议互联网网络层协议三三TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型一一网络网络的分层结构的分层结构二二OSIOSI参考模型参考模型五五 互联网传输层协议互联网传输层协议1.1 计算机网络定义计算机网络定义计算机网络的定义计算机网络的定义什么是计算机网络是指相互联接的其目的在于实现资源共享的独立自主计算机的集合。严格定义：严格定义：将地理位置不同、并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以功能完善的网络软件实现网络中资源共享的系统。计算机网络主要功能：计算机网络主要功能：1.1.数据通信数据通信

2、2.2.资源共享资源共享3.3.负荷的均衡负荷的均衡/ /分布处理分布处理1.2 分层方法引入分层方法引入网络的层次结构网络的层次结构为什么要分层？为什么要分层？网网络络现现状状多种通信媒体多种通信媒体有线、无线有线、无线不同种类设备不同种类设备通用、专用通用、专用不同操作系统不同操作系统不同应用环境不同应用环境不同种类业务不同种类业务相互相互交织交织，形，形成了成了非常非常复杂复杂的网的网络应络应用环用环境境1.2 分层方法引入分层方法引入分层方法的特点：分层方法的特点：1.1.对复杂问题处理的基本方法；对复杂问题处理的基本方法；2.2.将总体要实现的很多功能分配到不将总体要实现的很多功能分

3、配到不同层次中；同层次中；3.3.对每层要完成的服务及服务要求都对每层要完成的服务及服务要求都要明确规定；要明确规定；1.2 分层方法引入分层方法引入分层方法的特点（续）：分层方法的特点（续）：4.上层建立在下层基础上，使用上层建立在下层基础上，使用下层提供的服务；下层提供的服务；5.高层在使用低层提供的服务时高层在使用低层提供的服务时，不需要知道低层服务的实现方，不需要知道低层服务的实现方法。法。1.3 网络分层结构网络分层结构 网络层次模型中的基本概念服务用户服务用户服务提供者服务提供者协议N+1层层N+1层层N层层N层层提供服务第1层第1层实体：实体：每个层次当每个层次当中任何可以发送或

4、中任何可以发送或接收信息的部分。接收信息的部分。对等层：对等层：两个不两个不同系统的同名层同系统的同名层次。次。对等实体：对等实体：位于位于不同系统的同名不同系统的同名层次中的两个实层次中的两个实体。体。接口：接口：相邻两层之相邻两层之间交互的界面，定间交互的界面，定义相邻两层之间的义相邻两层之间的操作及下层对上层操作及下层对上层的服务。的服务。服务：服务：某一层及某一层及其以下各层的一其以下各层的一种能力，通过接种能力，通过接口提供给其相邻口提供给其相邻上层。上层。1.4 网络协议网络协议P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn

5、-1PnPn+1主机主机A主机主机B网络协议分层结构网络协议分层结构定义：为进行网络中的数据（信息）交换而建立的规则、标准或约定是对等层通信双方关于如何进行通信达成的一致。注意：1.协议是水平的，服务是垂直的2.协议作用在对等实体之间3.不同层有不同的协议4.不同层上的一组协议为协议栈1.5 分层结构的特点及原则分层结构的特点及原则 层次结构方法的优点层次结构方法的优点把网络操作分成复杂性较低的单元，把网络操作分成复杂性较低的单元，结结构清晰，易于实现和维护构清晰，易于实现和维护定义并提供了具有定义并提供了具有兼容性的标准接口兼容性的标准接口使设计人员能使设计人员能专心设计和开发专心设计和开发

6、所关心的所关心的功能模块功能模块独立性强独立性强上层只需了解下层通过层上层只需了解下层通过层间接口提供什么服务间接口提供什么服务黑箱方法黑箱方法1.5 分层结构的特点及原则分层结构的特点及原则 层次结构方法的优点（续）层次结构方法的优点（续）适应性强适应性强只要服务和接口不变，层只要服务和接口不变，层内实现方法可任意改变。内实现方法可任意改变。一个区域网络的变化不会影响另外一个一个区域网络的变化不会影响另外一个区域的网络，因此每个区域的网络区域的网络，因此每个区域的网络可单可单独升级或改造。独升级或改造。1.5 分层结构的特点及原则分层结构的特点及原则 分层原则各层相对独立层次数量适中每层具有

7、特定的功能底层对高层提供的服务与底层如何实现无关相邻层之间的结构有利于标准化1.6 对等层通信实质对等层通信实质主任主任B参谋参谋BB系学员系学员对等层通信的实质对等层通信的实质1.6 对等层通信实质对等层通信实质 在网络体系结构中，对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol Data Unit)。 封装：协议给上一层的PDU加上特定的协议头，组成本层PDU的过程。P3P2P1 2 1 3 2 1物理通信线路物理通信线路 3 N+1 N N-1 N+1 N N-1Pn-1PnPn+1系统系统A系统系统B报文报文报文报文对等层通信的实质对等层实体之间虚对等层实体之间

8、虚拟通信拟通信下层向上层提供服下层向上层提供服务务实际通信在最底层实际通信在最底层完成完成1.6 对等层通信实质对等层通信实质 对等层通信小结对等层通信小结数据自上而下递交的过程实际上就是不数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知，在物理线路上传输的数据，其外可知，在物理线路上传输的数据，其外面实际上被包装多层面实际上被包装多层“信封信封”。但是，某一层只能识别由对等层封装的但是，某一层只能识别由对等层封装的“信封信封”，而对于被封装在，而对于被封装在“信封信封

9、”内部的内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层数据仅仅是拆封后将其提交给上层，本层不作任何处理。不作任何处理。四四互联网网络层协议互联网网络层协议 三三TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型一一网络网络分层模型分层模型二二OSIOSI参考模型参考模型2. OSI参考模型参考模型五五 互联网传输层协议互联网传输层协议 2.1 OSI参考模型概述参考模型概述19781978为开放系统互联成立专门委员会，为开放系统互联成立专门委员会，19801980年草拟参考模型协议书，年草拟参考模型协议书，19831983年正式年正式批准为国际标准。批准为国际标准。它是关于如何将开放式系统（即为了与其它是关

10、于如何将开放式系统（即为了与其他系统通信而相互开放的系统）连接起来他系统通信而相互开放的系统）连接起来的模型。的模型。2.2 OSI参考模型参考模型主机主机A主机主机B 加强物理层传输原始比特的功能，使加强物理层传输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路之对网络层显现为一条无错线路 确定分组从源端到目的端如何选确定分组从源端到目的端如何选路路网络层网络层 数据链路层数据链路层 2.3 OSI2.3 OSI参考模型各层功能参考模型各层功能 处理机械的、电气的和过程的接口，处理机械的、电气的和过程的接口，以及物理层下的物以及物理层下的物 理传输介质等问题理传输介质等问题物理层物理层 大量普

11、遍需要的协议大量普遍需要的协议完成一些特定功能，不需要让用完成一些特定功能，不需要让用户自己实现户自己实现 允许不同机器上的用户建立会话允许不同机器上的用户建立会话 主要服务是管理会话主要服务是管理会话 从会话层接收数据，并且在必要时从会话层接收数据，并且在必要时把它分成较小的单元传送给网络，使把它分成较小的单元传送给网络，使会话层不会受到硬件技术的影响。会话层不会受到硬件技术的影响。 表示层表示层会话层会话层 传输层传输层 应用层应用层 2.3 OSI2.3 OSI参考模型各层功能参考模型各层功能四四互联网网络层协议互联网网络层协议 三三TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型一一网络网络分

12、层结构分层结构二二OSIOSI参考模型参考模型五五互联网传输层协议互联网传输层协议3.TCP/IP3.TCP/IP参考模型参考模型3.1 TCP/IP参考模型概述参考模型概述InternetInternet的发展历史的发展历史ARPAARPA网网InternetInternet90年代初年代初Internet成为全球范围成为全球范围最大的网络最大的网络80年代末年代末NSFNSF网网60年代末年代末3.1 TCP/IP参考模型概述参考模型概述应用层应用层传输层传输层网际层网际层主机至主机至网络层网络层 网络层解决了计算机到计算机通网络层解决了计算机到计算机通信的问题，进行分组交换。因特网在信的

13、问题，进行分组交换。因特网在该层的协议主要有网络互联协议该层的协议主要有网络互联协议IPIP、网间控制报文协议网间控制报文协议ICMPICMP、地址解析协、地址解析协议议ARPARP等。等。 负责接收负责接收IPIP数据报，并把该数据报数据报，并把该数据报发送到相应的网络上发送到相应的网络上 。网际层网际层 网络接口层网络接口层 3.2 TCP/IP参考模型各层功能参考模型各层功能 因特网在该层的协议主要有文件传因特网在该层的协议主要有文件传输协议输协议FTPFTP，远程终端访问协议，远程终端访问协议TelnetTelnet、简单邮件传输协议简单邮件传输协议SMTPSMTP和域名服务协和域名服

14、务协议议DNSDNS等等 。 传输层提供一个应用程序到另一个传输层提供一个应用程序到另一个应用程序之间端到端的通信应用程序之间端到端的通信 ，因特网，因特网在该层的协议主要有传输控制协议在该层的协议主要有传输控制协议TCPTCP、用户数据报协议、用户数据报协议UDPUDP等等 。会话层会话层 传输层传输层 3.2 TCP/IP参考模型各层功能参考模型各层功能3.3 两种模型的比较两种模型的比较 独立的协议栈独立的协议栈 同层功能大致相同同层功能大致相同共同处共同处lOSIOSI区别三个主要观念：服务、接口、协议区别三个主要观念：服务、接口、协议lOSIOSI在协议发明前产生，通用性强；在协议发

15、明前产生，通用性强；TCP/IPTCP/IP不适不适用于任何其他协议栈；用于任何其他协议栈；lOSIOSI是是7 7层；层；TCP/IPTCP/IP为为4 4层；层；lOSIOSI在网络层提供面向连接和无连接两种服务，在网络层提供面向连接和无连接两种服务，在传输层提供面向连接服务；在传输层提供面向连接服务；TCP/IPTCP/IP在网络层提在网络层提供无连接服务，在传输层提供供无连接服务，在传输层提供面向连接和无连接面向连接和无连接两种服务。两种服务。 差异差异 3.4 TCP/IP中数据封装过程中数据封装过程TCP/IP的数据封装过程的数据封装过程网络接口层网际层传输层应用层Messages

16、 or StreamsmessageTCP(UDP)headermessageTCP(UDP)headerIP headermessageTCP(UDP)headerIP headerFrame header报文分组IP数据包FCS四四互联网网络层协议互联网网络层协议 三三TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型一一网络网络分层结构分层结构二二OSIOSI参考模型参考模型4. 互联网网络层协议互联网网络层协议五五互联网传输层协议互联网传输层协议 4.1 IP层协议概述层协议概述 IP IP层协议层协议 IP IP层主要提供不可靠、无连接交层主要提供不可靠、无连接交付机制的服务。付机制的服务。

17、IPIP层主要协议包括层主要协议包括IPIP协议，协议，ICMPICMP协议及协议及ARPARP协议。协议。 IPIP协议是协议是TCP/IPTCP/IP模型网络层最重模型网络层最重要的协议，是将互联网连接到一起的要的协议，是将互联网连接到一起的网络层协议。网络层协议。 4.2 IP协议协议 网际协议（IP）是一个网络层协议，它包含寻址信息和控制信息 ，可使数据包在网络中路由。 IP 协议有两个基本任务：提供无连接的和最有效的数据包传送；提供数据包的分割及重组以支持不同最大传输单元大小的数据连接 IPIP协议协议4.2.1 IP报文格式报文格式IPIP协议协议 IP 数据包(Datagram)

18、 格式： 包头 + 数据4.2.1 IP报文格式报文格式 版本 (Version) - 4 bits目前填4 IHL（包头长度）- 4 bits20到60byte，以32bit为单位 服务类型(Type of Service，TOS) - 8 bits Precedence (优先级) 0 (smallest) 7 (highest) D (low Delay) T (high Throughput) R (high Reliability)Precedence D TRUnused3 46501274.2.1 IP报文格式报文格式 Differential Services (DiffSer

19、v) 重新定义 TOS域：Code pointUnused3 4650127PoolCode pointAssigned by1xxxxx0StandardOrganization2xxxx11Local orExperimental3xxxx01Local orExperimental 4.2.1 IP报文格式报文格式 总长度 (Total Length) - 16 bits包括包头和数据的长度以字节为单位，最小20，最大65535。 标识（Identification） - 16 bits本数据包所含的切片(Fragment) 所属原始完整数据包的识别号码。4.2.1 IP报文格式报文格式

20、 DF (Dont Fragment) - 1 bits本数据包不允许做切片分割，宁可丢弃。 MF (More Fragment，更多位) - 1 bits除了最后一个切片，皆指明还有后续切片。 切片位移 (Fragment Offset) - 13 bits本数据包所含的切片在所属原始完整数据包的位移单位：8 字节；最大：8192 4.2.1 IP报文格式报文格式 存活时间 (Time-to-Live，TTL) - 8 bits限制数据包在子网络内存活的时间 (秒) ，最大 255 秒每次跳跃，路由器会减去时间，直到减到 0 时丢弃实作上多采用跳跃计数 (hop count)，每次跳跃减 1

21、 协议 (Protocol) - 8 bits协议编号，例如 TCP、UDP等，参见RFC 1700 4.2.1 IP报文格式报文格式 包头校验和 (Header Checksum) - 16 bits只检查包头 源地址 (Source Address) - 32 bits 目的地址 (Destination Address) - 32 bits 选项（option） 4.2.2 IP地址地址IPIP地址地址 因特网采用一种全局通用的地址格式，为全网的每一网络和每一台主机的每一个端口都分配一个唯一的地址 IP地址。 IPv4-32bit/IPv6-128bit。 每个IP地址都是成对的（net

22、id，hostid）。 同一个物理网络上的主机使用netid相同IP地址。 同一个物理网络上的主机使用netid相同IP地址。4.2.2 IP地址地址北北 大大 街街东大街东大街住户住户1住户住户n住户住户1住户住户m地址：北地址：北大街大街1号号地址地址1：北大：北大街街n号号地址地址2：东大：东大街街m号号住户地址：住户地址：街道地址住户号街道地址住户号 4.2.2 IP地址地址IP地址的几点说明：地址的几点说明： 指的是这个主机，只能用在开机Netid为0，指的是这个网络。Hostid 为 255，指的是导引广播，在 netid 所指的网络广播。目的地址 255.255.2

23、55.255，指的是限制广播，在整个局域网络广播。Netid 为 127，指的是环回地址，供测试自己主机的网络，通常用 4.2.2 IP地址地址子网编址子网编址为什么要用子网编址为什么要用子网编址IP地址浪费，因此可以借用地址浪费，因此可以借用hostid中的中的部分作为部分作为subnetid，使多个物理子网络，使多个物理子网络共享一个网络前缀。共享一个网络前缀。子网编址的实质子网编址的实质IP地址地址netidsubnetidhostid通过通过netid和和subnetid来识别一个子网。来识别一个子网。4.2.2 IP地址地址子网掩码：子网掩码：32bit，识别 ne

24、tid 与 subnet 的相关位为 1，其余位为 0。IP 地址与子网掩码做 AND 逻辑运算的结果，为子网编址情况下的网络地址。例如：例如：8 主机，子网掩码 ，则 AND 运算后得到 网络 5主机，子网掩码 ，则 AND 运算后得到 网络4.2.2 IP地址地址 各类IP地址分配不均。 思想：分配剩余的等级 C 网络为可变长度的区块无类域间路由（无类域间路由（CIDRCIDR）起始地址起始地址结束结束地区地区數量數量194.0.0

25、.055欧洲欧洲32M55北美北美32M55中南美中南美32M55亚洲亚洲、大洋洲、大洋洲32M55保留保留320M4.2.2 IP地址地址 采用无类型和子网编址的好处降低网络拥塞、可以支持不同的网络技术、可以处理技术上的限制、安全性、减低广播造成的中断、容易管理。 Internet编址方法的缺陷IP地址指明了主机的网络连接，如果主机移动，改变了接入的网络，源IP地址将不能标识新的网络连接。移动

26、IP4.2.3 ARP协议协议ARPARP协议协议Host nameIP地址MAC地址ABDNSARP为何要进行地址的转换为何要进行地址的转换 IP地址是网络层地址，将数地址是网络层地址，将数据包交给目的主机，还必须据包交给目的主机，还必须通过链路层组装成通过链路层组装成MAC帧帧发送到网络。必须再发送到网络。必须再IP地址地址和和MAC地址之间进行转换地址之间进行转换4.2.3 ARP协议协议 ARP步骤(2)回应回应(1)广播询问广播询问IP地址到MAC地址的转换由地址解析协议（ARP）完成。每个主机都有ARP高速缓存，存有IP地址（不是本主机的IP地址）到物理地址的映射表。对于不在ARP

27、高速缓存中的IP地址，自动启动ARP过程。4.2.4 ICMP协议协议ICMPICMP协议协议功能：在网络发生异常时，为网络设备提供通知源站点采取措施避免或纠正问题的途径。ICMP报文虽然封装IP数据包中，但仍然属于IP层协议。ICMP报文格式类型类型代码代码校验和校验和此字段不同报文不同处理此字段不同报文不同处理原始原始IP数据包的首部前数据包的首部前64bit的报文的报文4.2.4 ICMP协议协议四四互联网网络层协议互联网网络层协议 三三TCP/IPTCP/IP参考模型参考模型一一网络分层结构网络分层结构二二OSI参考模型参考模型五五互联网互联网传传输层协议输层协议5 互联网传输层协议互联网传输层协议5.1 传输层协议概述传输层协议概述 传输层协议传输层协议 TCP/IP TCP/IP的传输层有两个不同的协议的传输层有两个不同的协议,