《网络协议和IP寻址》课件

网络协议和IP寻址网络协议是计算机网络通信的基础，就像交通规则一样。IP寻址是网络中识别设备的地址，就像家庭住址一样。WD课程导引网络协议是计算机网络中必不可少的规则。IP寻址是网络设备的唯一标识。理解网络协议和IP寻址对于构建和管理网络至关重要。网络层次结构物理层负责数据在物理介质上的传输，例如电缆或无线信号。数据链路层负责将数据分组到帧，并在网络中进行数据传输。网络层负责将数据分组发送到目标网络，并进行路由选择。传输层负责提供端到端的可靠数据传输，例如TCP协议。会话层负责建立、管理和终止两个应用程序之间的通信会话。表示层负责数据格式的转换和加密解密，确保数据格式的兼容性。应用层负责提供网络服务，例如电子邮件、网页浏览等。网络协议概述定义网络协议是一组规则和约定，用于规定网络中不同设备之间如何进行数据交换。作用网络协议确保不同设备能够理解彼此发送的数据，实现信息的可靠传递。分类网络协议可以根据协议的功能、层次结构等进行分类。意义网络协议是构建互联网的基础，确保了网络的互联互通，为我们提供便捷的网络服务。OSI参考模型开放式系统互联(OSI)模型由国际标准化组织(ISO)制定，它为网络通信提供了一个框架。OSI模型将网络通信分为七层，每层负责不同的功能，并与相邻层进行交互。OSI模型是概念上的模型，它帮助理解网络通信的复杂性，并为网络协议的开发提供了一个标准。TCP/IP模型分层结构TCP/IP模型将网络通信分为四个层次:应用层、传输层、网络层和网络接口层。协议集合每个层次包含多个协议，如TCP、UDP、IP、ICMP等，共同完成网络通信功能。应用层协议HTTP、FTP、SMTP等协议负责应用程序之间的数据交互，提供各种网络服务。传输层协议TCP和UDP协议负责数据传输的可靠性和效率，提供端到端的连接和数据包传输。网络访问层物理层网络访问层是OSI模型的第一层，负责物理介质的传输。它定义了数据传输的电气、机械和过程特性。数据链路层数据链路层是OSI模型的第二层，负责在节点之间建立、维护和拆除连接，确保数据可靠传输。数据链路层11.帧格式数据链路层将数据封装成帧，包含帧头、数据和帧尾。22.物理地址帧包含MAC地址，用于识别网络设备，如网卡。33.介质访问控制数据链路层负责协调网络设备共享传输介质，防止数据冲突。44.错误检测数据链路层使用校验和等机制检测传输过程中的错误。网络层网络层功能网络层主要负责数据包的路由和转发。它为上层提供逻辑地址，实现跨网络的数据传输。网络层协议网络层使用IP协议作为核心，它负责定义数据包的格式和地址，并通过路由器进行数据包转发。网络层任务网络层将数据分组从源主机传输到目的主机，并通过路由算法选择最佳路径，以实现数据在不同网络之间的传输。IP协议互联网协议IP协议是互联网的核心协议，负责数据包的寻址和路由。IP地址每个网络设备都分配有一个唯一的IP地址，用于标识网络设备。数据包路由IP协议通过路由器将数据包从源设备路由到目标设备。IP地址网络身份标识每个连接到互联网的设备都有一个唯一的IP地址，用于在网络中识别和定位。网络通信基础IP地址是网络通信的基础，允许设备之间建立连接并交换数据包。地址类型IP地址分为两种类型：IPv4和IPv6，它们具有不同的结构和地址空间。IPv4地址格式类别地址范围网络号主机号A类-558位24位B类-5516位16位C类-5524位8位D类-55多播地址N/AE类-55保留地址N/AIPv4地址采用点分十进制表示法，由四个0到255之间的十进制数构成，每个数之间用点号隔开。不同类型的IPv4地址拥有不同的网络号和主机号分配方案，例如A类地址网络号占8位，而主机号占24位。IPv4地址划分IPv4地址划分将IP地址空间划分为不同的网络，使网络管理员能够更好地管理网络资源。划分过程通过子网掩码实现，它允许在单个网络中创建多个子网。子网划分可以提高网络效率，减少广播域，并改善网络安全。子网掩码1识别网络和主机子网掩码区分网络地址和主机地址，帮助路由器转发数据。2确定网络范围子网掩码定义每个网络的地址范围，限制IP地址分配，避免冲突。3提高路由效率通过减少广播范围，子网掩码帮助路由器更有效地选择数据转发路径。无类型域间路由(CIDR)CIDR概述CIDR是一种高效的IP地址分配机制。它通过使用斜线(/)后面的数字来表示网络掩码长度，简化了网络配置，并提高了路由效率。CIDR优势CIDR可以更有效地利用IP地址空间，减少路由表大小，并简化网络管理。CIDR例子例如，/24表示网络地址为，掩码长度为24位，对应于256个IP地址。IP地址分配集中式分配由IANA（互联网号码分配机构）负责全球IP地址的分配，并将其授权给区域互联网注册机构（RIR）。RIR再将IP地址分配给各国的国家互联网注册机构（NIR）。分层分配NIR将IP地址分配给互联网服务提供商（ISP）和企业。ISP和企业会根据自身需求进行IP地址的分配和管理。私有IP地址私有IP地址私有IP地址仅在本地网络内部使用，不会在互联网上公开。安全性私有IP地址提高了网络安全性，因为它限制了外部访问。地址空间-55-55-55动态主机配置协议(DHCP)1自动分配IP地址DHCP服务器自动为网络中的设备分配IP地址，简化网络管理。2配置网络参数DHCP服务器还提供子网掩码、默认网关和DNS服务器地址，方便网络设备连接网络。3动态IP地址分配DHCP可以将IP地址分配给需要它的设备，并在设备不再使用时收回IP地址。4提高网络效率DHCP简化了网络管理，并允许网络管理员集中控制IP地址分配。网际控制报文协议(ICMP)网络诊断ICMP用于诊断网络连接问题，例如ping命令用来测试目标主机是否可达。错误报告ICMP用于报告网络错误，例如目标主机不可达、网络拥塞等。路由信息ICMP用于交换路由信息，例如路由重定向和源抑制。IP数据报IP数据报结构IP数据报是IP协议传输数据的基本单元，包含报头和数据部分。报头字段报头包含版本号、总长度、标识符、标志位、生存时间、协议类型、源地址、目标地址等字段。数据部分数据部分包含需要传输的实际数据，例如TCP或UDP报文。数据报封装IP数据报在网络传输过程中会封装在不同的协议数据单元中，例如以太网帧。IP路由IP路由是网络中数据包从源主机到目标主机路径的选择过程。路由器负责选择最佳路径，并根据路由表进行转发。1路由表包含网络地址和下一跳地址，用于确定数据包转发方向。2路由协议用于交换路由信息，帮助路由器构建路由表。3路由算法用于计算最佳路径，例如最短路径算法。静态路由手动配置管理员手动配置路由表，指定数据包的转发路径。固定路径静态路由固定数据包的转发路径，适用于网络结构简单、路由变化较少的场景。简化管理静态路由不需要运行复杂的路由协议，管理简单。安全控制管理员可以精确控制网络流量的转发，提高网络安全。动态路由协议自动路由自动学习网络拓扑结构并更新路由表。适应网络变化动态调整路由路径，应对网络故障和拥塞。提高效率优化数据传输路径，降低网络延迟和流量消耗。RIP路由协议距离矢量协议RIP是基于距离矢量的路由协议，使用跳数作为度量标准。它通过交换路由信息表，计算到达目的网络的最短路径。路由更新RIP使用广播机制更新路由信息，定期向网络中所有路由器发送路由表。当路由器收到路由更新时，它会更新自己的路由表。OSPF路由协议链路状态协议OSPF是一种链路状态路由协议，它通过交换链路状态信息来构建网络拓扑。区域划分OSPF将网络划分为不同的区域，每个区域维护自己的路由信息。安全性OSPF提供了认证机制，以保护路由信息的安全性和完整性。BGP路由协议11.路由信息交换BGP用于不同自治系统之间交换路由信息，帮助网络找到最佳路径。22.路由策略控制允许网络管理员定义路由策略，例如优先级和路径选择。33.跨域路由BGP使得不同运营商网络之间可以进行路由，实现网络互联。44.互联网核心协议BGP是互联网核心路由协议，负责全球范围内的路由信息交换。NAT技术1网络地址转换NAT是一种将私有IP地址转换为公有IP地址的技术。2隐藏内部网络它可以隐藏内部网络中的主机，提高安全性。3节省公有IP地址NAT允许多个私有网络共享少数公有IP地址。4应用场景NAT广泛应用于家庭网络、企业网络和移动设备。IPv6地址更长的地址长度IPv6使用128位地址，与IPv4的32位地址相比，IPv6的地址空间要大得多，可以支持更多设备接入互联网。层次化地址结构IPv6地址结构更复杂，包含网络前缀、子网标识符和接口标识符等部分，以便更好地管理和分配网络资源。全球唯一标识每个IPv6地址都是全球唯一的，确保了互联网中设备之间通信的可靠性和安全性。IPv6地址格式IPv6地址采用128位二进制表示，用8个16进制数表示，每个16进制数之间用冒号分隔。例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334128位8组16进制:分隔符IPv6地址分配IPv6地址分配机制与IPv4有很大不同。IPv6地址分配采用层次化的结构，并利用地址块大小不同的概念来分配地址。IPv6地址分配机制更加灵活