网络体系结构TCPIP模型

网络体系结构：TCP/IP模型

本次课任务任务一：认识TCP/IP模型任务二：TCP/IP的安装与设置任务三：认识局域网协议标准课程回顾传输层数据链路层物理层网络层数据数据传输层报头数据网络层报头数据数据链路层报头0101110101001000010表示层应用层会话层数据段Segment数据包Packet比特Bit数据帧Frame协议数据单元端口号源IP+目的IP＋上层协议源MAC+目的MAC将数据帧转换成高低电平，即“0”或“1”代码数据封装发送数据的过程，就是一个数据封装的过程数据网络层报头+传输层报头

+数据数据链路层报头传输层报头+数据网络层报头数据传输层报头0101110101001000010传输层数据链路层物理层网络层表示层应用层会话层数据拆封接收数据的过程，就是一个数据拆封的过程新课讲解任务一：认识TCP/IP模型TCP/IP的协议体系1.TCP/IP的层次结构TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信。现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层（application）传输层（transport）网际层（internet）网络接口（networkinterface）TCP/IP与OSI参考模型的对应关系在讨论两个主机通过两个网络互连在一起时，可以使用如图所示的层次关系。2.TCP/IP协议的特点⑴TCP/IP协议的特点①开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；②独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中；③统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址；④标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。2.TCP/IP协议的特点⑵TCP/IP与OSI的共同点①TCP/IP与OSI都采用了协议分层方法，将庞大且复杂的问题划分为若干个较容易处理的范围较小的问题；②TCP/IP与OSI的协议层次的功能大体上相似，都存在网络层、传输层和应用层。两者都可以解决异构网的互连，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信；③TCP/IP与OSI都是计算机通信的国际性标准，OSI是国际通用的，TCP/IP是工业界使用最多的；④TCP/IP与OSI都能够提供面向连接和无连接两种通信服务机制；⑤TCP/IP与OSI都是基于一种协议集的概念，协议集是一簇完成特定功能的相互独立的协议。TCP/IP协议集TCP/IP是一个通信协议集的缩写，它是一个完整的协议簇，由若干个协议构成一个网络协议体系TCP/IP与与应用层应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。TCP/IP与传输层传输层的两项主要功能：流量控制：通过滑动窗口实现；可靠传输：由序号和确认来实现。传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。传输层提供了两种传输协议TCP/IP与网络层网际层的主要协议——IP。本层提供无连接的传输服务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。网际层的PDU称为IP数据报；ICMP（InternetControlMessageProtocol）提供控制和传递消息的功能；IGMP(InternetGroupManagementProtocol）用于组播组成员之间的通信；ARP（AddressResolutionProtocol）为已知的IP地址确定相应的MAC地址；RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）根据MAC地址确定相应的IP地址。TCP/IP与网络接口层网络接口层：接收发送IP包，包括：设备驱动器和网卡

TCP头应用层数据应用层数据

TCP头应用层数据IP头帧头

TCP头应用层数据IP头帧尾应用层

传输层

网际层

数链层

实际例子：TCP/IP协议的封装客户进程和服务器进程使用TCP/IP协议进行通信一台计算机中的多个服务器可被多个计算机的客户访问OSI和TCP/IP的差异1.模型设计的差别2.层数和层间调用关系不同3.最初设计差别4.对可靠性的强调不同5.标准的效率和性能上存在差别5.市场应用和支持上不同任务二：TCP/IP的安装与设置1.IP地址在以TCP/IP为通信协议的网络上，每台主机都必须拥有惟一的IP地址，该IP地址不但可以用来标识每一台主机，其中也隐含着网络的信息。IP地址是一个逻辑地址；因特网上的IP地址具有全球唯一性；32位，4个字节，常用点分的十进制标记法：如00001010000000100000000000000001记为10.2.0.1为了适合不同大小规模的网络需求，IP地址被分为A、B、C、D、E五大类，其中A、B、C类是可供Internet网络上的主机使用的IP地址，而D、E类是供特殊用途使用的IP地址。可以根据具体的网络规模来申请适合的NetworkID类别IP地址分类A类B类C类0001117bits24bits14bits16bits网络号主机号网络号主机号21bits8bits网络号主机号地址范围A类0.0.0.0～126.255.255.255B类128.0.0.0～191.255.255.255C类192.0.0.0～223.255.255.255

保留的IP地址以下这些IP地址具有特殊的含义:00...000000...000011...111111...1111本机本网中的主机局域网中的广播对一个远程网的广播回路测试00...00主机号1111...1111网络号127任意值0000...0000网络号网络地址2.子网掩码子网掩码(subnetmasking)的功能是告知主机或路由设备，地址的哪一部分是包括子网的网络号部分，哪一部分是主机号部分。子网掩码使用与IP地址相同的编址格式，即4个8位组的32位长格式。在子网掩码中，网络部分和子网络部分对应的位全为“1”，主机部分对应的位全为“0”。通过将子网掩码与IP地址进行“与”操作，可提供所给定的IP地址所属的网络号（包括子网络号）。⑴利用子网掩码获得IP地址的NetworkID和HostID⑵利用子网掩码切割子网默认子网掩码A:11111111.00000000.00000000.00000000255.0.0.0B:11111111.11111111.000000000.00000000255.255.0.0C:11111111.11111111.11111111.00000000255.255.255.0子网地址计算∴子网地址为：202.117.1.192

主机号为：15

主机之间要能够通信，它们必须在同一子网内，否则需要使用路由器（或网关）实现互联。子网掩码∧IP地址，结果就是该IP地址的网络号。例如：IP地址202.117.1.207，子网掩码255.255.255.22411001010011101010000000111001111∧1111111111111111

111111111110000011001010011101010000000111000000子网（Subnet）划分因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的问题是：IP地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长解决办法：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。前提：网络规模较小——IP地址空间没有全部利用。例如：三个LAN，主机数为20，25，48，均少于C类地址允许的主机数。为这三个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费。子网位与子网规模子网络位子网数量

有效子网数量121=22-2=0222=44-2=2323=88-2=6424=1616-2=14525=3232-2=30626=6464-2=62727=128128-2=126828=256256-2=254929=512512-2=510…….…子网划分举例例如：C类网络192.10.1.0，主机号部分的前三位用于标识子网号，即：

110000000000101000000001

xxxyyyyy网络号+子网号新的主机号部分子网号为全“0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6个子网，子网地址分别为：

11000000000010100000000100100000--192.10.1.3211000000000010100000000101000000--192.10.1.6411000000000010100000000101100000--192.10.1.9611000000000010100000000110000000--192.10.1.12811000000000010100000000110100000--192.10.1.16011000000000010100000000111000000--192.10.1.1923.默认网关在同一个网络区域（NetworkID相同）内的主机，可以直接相互通信；而不同网络区域（NetworkID不同）内的主机，则无法直接相互沟通，必须通过IP路由器进行中转。两个使用TCP/IP协议的网络之间的连接可以依靠IP路由器来完成。4.安装与测试TCP/IP选择“开始”→“设置”→“网络和拨号连接”，在打开的对话框中用鼠标右键单击“本地连接”，从弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，并单击“安装”→“协议”→“添加”→“Internet协议(TCP/IP)”，在“本地连接

属性”对话框→选中“Internet协议(TCP/IP)”→单击“属性”→设置IP地址、子网掩码、默认网关等。5.专有（私有）地址PrivateIP的使用私有地址一般用于与因特网隔离的网络中。这些网络中的主机若要连入外部的因特网必须采用代理或网络地址翻译(NAT)的功能。注意：所有私有地址均不能被路由到外部的因特网上。任务三：认识局域网协议标准自学1.访问控制方式介质访问控制目的：解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权，即控制站点的访问，以便所有的站点比较协调的共享使用信道（局域网不管采用何种拓扑结构，都存在较多的站点共享使用信道的问题）。介质访问控制分类争用型介质访问控制协议（随机型的介质访问控制协议），如带有冲突检测的载波侦听多路访问方式（CSMA/CD）。确定型介质访问控制协议（有序的访问控制协议），如令牌总线（TokenBus）、令牌环（TokenRing）1.1带有冲突检测的载波侦听多路访问方式CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection）冲突产生的原因如两个或多个准备发送的站都检测到信道空闲而同时发送将发生冲突。一个较远的站点已经发送了数据，但由于信号在传播介质上的延时，使得信号在未到达目的地时，另一个站点刚好发送了信息。传播时延对载波监听的影响CSMA/CD工作原理先听后发，边发边听，冲突停止，随即延时后重发（冲突退避）。工作原理流程框图见下页。CSMA/CD的要点在一帧传输完成后的某一时刻t0，想要发送的站点都可以尝试发送；如两个或多个站点同时发送则发生冲突；判断出冲突后，立即停止发送(这样信道就很快空闲下来，因而提高了信道的利用率)，并延时一个随机时间后，通常其中的一个站点将发送成功；强化冲突：当发送帧的站一旦发现发生了冲突时，除了立即停止发送数据外，还要再继续发送若干比特的人为干扰信号（jammingsingal），即阻塞码，以便让所有用户知道现在已经发生了冲突。

1.2.令牌环网令牌环网使用一个标记或称令牌沿着环循环。当各节点都没有帧(数据包)发送，令牌的形式为01111111，称空令牌。当一个节点要发送帧时，需等待空令牌到达，然后将它改为忙令牌，即01111110。紧跟着忙令牌，节点把数据帧发送到环上。由于令牌是忙状态，所以其它节点不能发送帧，必需等待。发送的帧在环上循环一周后再回到发送节点，将该帧从环上移去。同时将忙令牌改为空令牌，传至后面的节点，使之获得发送帧的许可权。1.3.令牌总线网令牌总线网是将数据发送权按类似物理环路顺序形成闭合环路，而数据信包的传送仍在两节点间进行，环路中令牌的传送按虚线逻辑环路传送。当一个节点要发送信包时，必须持有令牌。持有令牌的节点发送完信包或者发送的数据信包达到一定的个数，必须将发送控制权移给下一个节点(称为下游节点)。这样网上各节点都有平等的发送数据信包的权力，网上只有一个令牌，完全消除了发送数据的竞争现象，彻底避免了冲突。2.IEEE802参考模型与协议2.1.IEEE802（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）标准电气和电子工程师协会参考模型2.2.IEEE802标准IEEE802：定义了局域网体系结构、网络互连以及网络管理与性能测试。IEEE802.2：定义了逻辑链路控制子层功能与服务。IEEE802.3：带冲突检测的载波监听多路访问（CSMA/CD）的访问控制子层和物理层规范。IEEE802.4：定义了令牌总线介质访问控制子层和物理层规范。IEEE802.5：定义了令牌环介质访问控制子层和物理层规范。2.2IEEE802标准IEEE802.6：定义了城域网介质访问控制子层和物理层规范。IEEE802.7：定义了宽带网络技术。IEEE802.8：定义了光纤传输技术。IEEE802.9：定义了综合语音和数据的局域网(IVD-LAN)技术。IEEE802.10：定义了可互操作的局域网安全性规范（SILS）。IEEE802.11：定义了无线局域网技术。IEEE802系统标准之间的关系802.3CSMA/CDMAC物理层802.4令牌总线MAC物理层802.5令牌