网络传输协议

1、1.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念1、网络体系结构与通信协议现实生活中邮政系统结构与运行过程11.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念1、网络体系结构与通信协议 网络协议的概念：网络协议是为网络数据交换而制定的规则、约定与标准。主要由三个要素组成：语法：用户数据与控制信息的结构与格式语义：需要发出何种控制信息，完成的动作与作出的响应时序：对事件实现顺序的详细说明 21.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念网络协议的相关概念层次(layer)接口(interface)体系结构(architecture)协议(protocol)将总体要实现的很多功能分配在不同的层次中，每个

2、层次要完成的服务即实现过程都有明确的规定。同一节点内相邻层之间交换信息的连接点。对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是层次结构模型。计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。网络层次结构模型与各层协议的集合定义为计算机网络体系结构。31.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念网络采用层次结构的优点各层之间相互独立，高层不需知道低层如何实现，只需知道该层接口提供的服务当任何一层发生变化时，只要接口保持不变，其它各层均不受影响各层均可以采用合适的技术，各层实现技术的改变不影响其它层整个系统分解为多个易于处理的部分，使系统的实现和维护变得容易每层的功能与提供的服务已有精确说明，有利于促进

3、标准化过程 41.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念接口的概念接口是同一结点中相邻层之间交换信息的连接点同一结点的相邻层之间存在明确规定的接口，低层向高层通过接口提供服务只要接口条件不变、低层功能不变，低层功能的具体实现方法与技术变化不会影响整个系统的工作51.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念体系结构的概念计算机网络需要制定整套复杂的协议集网络协议是按层次结构来组织网络体系结构是网络层次结构模型与各层协议的集合网络体系结构对计算机网络应实现的功能进行精确定义体系结构是抽象的概念，实现是指能运行的硬件和软件61.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念2、OSI参考模型的基本

4、概念OSI参考模型的提出在制定计算机网络标准方面，起着很大作用的两大国际组织：国际电报与电话咨询委员会(CCITT)：主要考虑通信标准的制定国际标准化组织(ISO)：主要考虑信息处理与网络体系结构1974年ISO组织公布了开放系统互联(open system internetwork，OSI)参考模型，它定义了网络互联的7层框架OSI参考模型定义了开放系统的层次结构、层次之间的相互关系，以及各层包括的可能的服务71.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念OSI参考模型划分层次的原则网中各结点都具有相同的层次不同结点的同等层具有相同的功能同一结点中的相邻层之间通过接口通信每层可以使用下层提供

5、的服务，并且向上层提供服务不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信8应用层Application表示层Presentation会话层session传输层transport物理层Physical数据链路层Data Link网络层Network7654321处理网络应用数据表示主机间通信端到端的连接寻址和最短路径介质访问（接入）二进制传输只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。1.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念91.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念OSI参考模型的数据单元报文(message)表示层的数据单元

6、分组(packet)网络层的数据单元帧(frame)数据链路层的数据单元10两种国际标准法律上的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。TCP/IP 常被称为事实上的国际标准。TCP/IP协议共出现6个版本，目前使用的是版本4，通常称为IPv4IPv6被称为下一代的IP协议1.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念111.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念3、TCP/IP模型TCP/IP协议是Internet中计算机之间的通信规则。TCP/IP协议的特点(1)TCP/IP是开放的协议标准(2)独立于特定的计算机硬件与操作系统(3)

7、独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网中(4)统一的网络地址分配方案，使每个设备在网中有唯一的地址(5)标准化的高层协议，可提供多种可靠的服务12TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网络层（internet）网络接口（network interface）1.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念13应用层表示层会话层传输层物理层数据链路层网络层7654321OSI参考模型应用层传输层网络接口网络层TCP/IP概念层次TCP/IP与OSI参考模型的对应关系14TCP/IP参考模型的各层功能网络接口层TCP/IP参考模型的最低层

8、，负责通过网络发送和接收IP报文允许主机接入网络使用多种现有的协议，例如Ethernet、令牌网、帧中继、ATM等网络层相当于OSI参考模型的网络层，处理互连的路由选择、流控与拥塞问题IP协议是一种无连接的、提供尽力而为服务的网络层协议15TCP/IP参考模型的各层功能传输层传输控制协议(transport control protocol, TCP)是一种可靠的面向连接协议，允许将源主机的字节流无差错地传送到目的主机 用户数据报协议(user datagram protocol，UDP)是一种不可靠的无连接协议，主要用于不要求分组顺序到达的传输 16应用层的主要协议远程登录协议(Telnet

9、) 文件传输协议( protocol，FTP) 简单邮件传输协议(simple mail transfer protocol，SMTP)域名系统(domain name system，DNS)简单网络管理协议(simple network management protocol，SNMP)超文本传输协议(hyper text transfer protocol，HTTP)171.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念181.7 网络传输协议一、网络体系结构的基本概念TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、传输层、网络层和网络接口层。但最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法

10、，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。 19五层协议的体系结构 应用层(application layer) 传输层(transport layer) 网络层(network layer) 数据链路层(data link layer) 物理层(physical layer)5 应用层4 传输层3 网络层2 数据链路层1 物理层20主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层 PDU21主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层

11、 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文22主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）23主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧24主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层帧再传送到物理层最下面的物理层把比特流传送到物理媒体25主机 1 向主机 2 发送数据 应用层(application layer) 5432154

12、321物理传输媒体主机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层主机 226主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层27主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层28主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层29主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去首部，取出数

13、据部分上交给应用层30主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程31主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！32主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H5101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3

14、网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部33主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据34H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据35H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP

15、2AP1主机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层36H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层37应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程38主机 1 向主机 2 发送数据 5432154321主机 1AP2AP1主机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！391.7 网络传输协议一、网络体系结构

16、的基本概念综上所述，应该理解：计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。401.7 网络传输协议二、IP协议的基本内容1、IP协议的发展TCP/IP网络层的核心协议是IP协议，实现网络互联的核心设备是路由器。作为Internet核心协议之一的IPv4一直处于补充、完善和提高的过程，但主要内容没有发生实质变化。IPv4协议最初只对IP分组格式、标准分类的IP地址与分组提交方式进行了规定，当网络的规模不断扩大、应用不断深入，就需要考虑重新设计新的协议，这就是IPv6的研究与应用。411.7

17、 网络传输协议二、IP协议的基本内容2、IPv4地址与接入电话网的电话相似，每台接入因特网的计算机和路由器都必须有一个由授权机构分配的号码，称为IP地址。因特网上的IP地址具有全球唯一性IP地址采用分层结构，包括两部分：网络号和主机号。网络号标识一个逻辑网络，主机号标识网络中一台主机。IP地址的作用：为信息标识源地址和目的地址42net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IPv4地址的分类0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址011host-id8 位D 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 10

18、143IP地址的书写形式 1100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 位 二进制代码10000 00000 每隔 8 位插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性1 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数转换为十进制数44常用的三种类别的 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

19、.255.255 25445互联网中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id46互联网中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 ne

20、t-id47互联网中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id48互联网中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id49互联

21、网中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 50互联网中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 51互联网中的 IP 地址 B222.1.1.R12

22、22.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 52互联网中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。现在常不指明 IP 地址。53对网络用户而言，每次拨号上网时

23、，网络都会自动地临时分配一个所谓“动态”的IP地址给你的电脑，退网时该地址被自动收回。动态地址通常在一个单位的内部网中使用。而对因特网的信息提供者（ISP）来说，其网络地址必须是唯一的而且不变的，即所谓“静态”的IP地址。这种网络用户除了可以访问Internet上的各种资源外，还能利用Internet来发布信息，供全球用户访问。动态IP地址和静态IP地址54全球IP地址和本地IP地址本地地址仅在机构内部使用的 IP 地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的管理机构申请。即内网地址，或专用地址。全球地址全球唯一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请。 即公网地址。55专用地址(privat

24、e address) 到 55 到 55 到 55这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。 56随着因特网规模的急剧增长，应考虑网络的应用安全，避免出现网络瘫痪的情况。所以有些网络采用子网划分的办法。解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号,这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。子网（Subnet）划分57划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个位作为子网号(subnet-id)，而主机

25、号(host-id)也就相应减少了若干个位。IP地址 := , , 划分子网的基本思路 5801014563所有到网络 的分组均到达此路由器我的网络地址是 R1R3R2网络一个未划分子网的 B 类网络59划分为三个子网后对外仍是一个网络 01014563子网 子网 子网 所有到达网络 的分组均到达此路由器网络R1R3R260在没有划分子网时，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地址的主机号这部分进行再划分，而不改变IP地址原来的网络号。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

26、以找出 IP 地址中的子网部分。划分子网后变成了三级结构 61子网掩码(subnet mask)的概念子网掩码是与IP地址结合使用的一种技术。它的主要作用是：使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。 子网掩码的设定与IP地址相同，长度也是32位，左边是网络位，用二进制数字“1”表示；右边是主机位，用二进制数字“0”表示。只有通过子网掩码，才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系，使网络正常工作。621 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

27、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网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码host-id 为全 0host-id 为全 0默认子网掩码 63141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0【例】已知 IP 地址是 4，子网

28、掩码是 。试求网络地址。 (a) 点分十进制表示的 IP 地址(c) 子网掩码是 0 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0. 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第 3 字节是二进制(d) IP 地址与子网掩码逐位相与(e) 网络地址（点分十进制表示）64141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0【例】在上例中，若子网掩码改为。试求网络地址，讨论所得结果。 (a) 点分十进制表示的 IP 地

29、址(c) 子网掩码是 0 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0. 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第 3 字节是二进制(d) IP 地址与子网掩码逐位相与(e) 网络地址（点分十进制表示）不同的子网掩码得出相同的网络地址。但不同的掩码的效果是不同的。 65661.7 网络传输协议二、IP协议的基本内容3、域名普通电话只能用由数字组成的电话号码与对方用户连接。电脑上的“电话”（浏览器）除了可以用由数字组成的“电话号码”（IP地址）与主机连接，还可以直接输入文字地址（域名）与主机连接。 使用“域名”的原因是因为由纯数字组成的IP地址记忆不便。域名相当于网络世界中某一主机的“住址”。为了打一个电话，发话人可以拨入对方的电话号码（IP地址），如果不知道对方的电话号码但知道对方的姓名、住址及