第02章_计算机网络协议.ppt

1、第2章 计算机网络协议,协议 为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则、标准或约定。,实现计算机网络资源共享、信息交换，各实体之间经常要进行各种通信和对话。 为所欲为、各行其是，其结果肯定是乱作一团。 把国际互连网络叫做信息高速公路，要想在上面实现共享资源、交换信息，必须遵循一些事先制定好的规则标准，这就是协议。,2.1 协议的概念,多层通信的实质： 对等层实体之间虚拟通信 下层向上层提供服务 实际通信在最底层完成,多层通信的实质,多层通信示例：中德教师之间的讨论,2.2开放系统互联参考模型,OSI/RM是由国际标准化组织ISO于1983年正式批准的网络体系结构参考模型。 OSI定义了一个七

2、层模型，用以进行进程间的通信。,OSI参考模型,各层功能,层次间数据的传递,见Flash 主机的每层只能依据分层协议“读懂”本层的数据。每层添加和剥离的数据格式都是由分层协议决定的，两台主机相对应的各层做对称的工作，保证了主机的应用层发送和接收数据的一致性。,2.3 TCP/IP协议族,各种应用层协议,网络接口层,(TELNET, FTP, SMTP 等),物理硬件,运输层,TCP, UDP,应用层,ICMP,IP,RARP,ARP,各种网络接口：以太网、ATM等,网际层,IGMP,TCP/IP协议族,网络互联的根本目标是隐藏所有底层网络硬件的细节，同时提供一般的通信服务。 实现互连网的协议有

3、很多种。其中，TCP协议和IP协议是最具有代表性，也是最重要的网络协议，它们是网络体系结构的关键之一。 TCP/IP是“黏合剂”，它实现了Internet的“一统天下”。事实上，TCP/IP是一个协议族，它是ARP，IP，ICMP，IGMP，UDP，TCP等100多个协议的集合。,TCP/IP 分层作用简述 1、网络接口层 该层协议很多，任何可用IP数据包交换的分组传输协议均可纳入。“包容性”，“适应性”正是TCP/IP协议成功的基础。 该层接收IP数据报，并通过网络发送出去； 或从网上接收物理真帧，形成IP数据报，交网际网层(互连层)处理。 2、互连层（网际网层） 负责相邻计算机间的通信。

4、（1）处理来自传输层的请求，将分组形成IP数据报，选路径，送往网络接口层。 （2）处理来自网络接口层的数据报，检查合法性，如已到信宿机，去报头剩 下TCP分组，送传输层；否则，选路由转发该报。 （3）处理网际网ICMP协议，即处理路径、流控、拥塞、报告差错。 3、传输层（TCP） 根本任务是处理应用程序之间的通信问题，即端到端问题。 （1）发送方，把要发送的数据，分组，加信息，指明谁给谁，发给低层。 （2）接收方，发回“确认”或要求重发报文。 4、应用层 应用层包括了许多应用程序，如电子邮件，远程登录；严格说来，它们不属于TCP/IP。不过，TCP/IP制定了若干协议；人们可以自行开发应用。,

5、OSI与TCP/IP的比较,几个常见的协议,我们平时的哪些应用使用到这些协议？ TCPIP中最重要的是哪些协议？ IP与TCP之间有什么关系？,TCP/IP协议族,各种应用层协议,网络接口层,(TELNET, FTP, SMTP 等),物理硬件,运输层,TCP, UDP,应用层,ICMP,IP,RARP,ARP,各种网络接口：以太网、ATM等,网际层,IGMP,IP地址,要使Internet上主机间能正常通信，必须给每个计算机一个全球都能接收和识别的唯一标识，它就是IP地址。 从概念上讲，每个IP地址都是由两部分构成：网络号，主机号。 其中，网络号标识某个网络，主机号标识在该网络上的一个特定的

6、主机。,IP地址分为A、B、C、D、E五类: A类:第一个字节的最高位是0 B类:第一个字节的前两位是10 C类:第一个字节的前三位是110 D类:第一个字节的前四位为1110 E类:第一个字节的前五位为11110 A、B、C三类IP地址的结构都是由两部分组成：网络号和主机号。 A类地址:共128个子网，每个子网内可以有1600万台主机； B类地址:共16,384个子网，每个子网内可以有65,536台主机； C类子网:共200万个子网，每个C类子网内最多只能有256台主机。,IP地址的分类,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8

7、bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,A 类地址的网络号字段

8、net-id 为 1 字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id

9、 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,A 类地址的主机号字段 host-id 为 3

10、字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B

11、类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,D 类地址是多播地址,net-id 24 bit,host-id

12、24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,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 1,0,1,E 类地址保留为今后使用,IP 地址的使用范围,常用的三种类别的 IP 地址,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（224-2） B 16,384 (214

13、) 128.0 191.255 65,534 （216-2） C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254 （28-2）,2.5 域名系统 DNS,DNS 是域名系统 (Domain Name System) 的缩写，该系统用于命名组织到域层次结构中的计算机和网络服务。在Internet上域名与IP地址之间是一一对应的，域名虽然便于人们记忆，但机器之间只能互相认识IP地址，它们之间的转换工作称为域名解析，域名解析需要由专门的域名解析服务器来完成，DNS就是进行域名解析的服务器。,DNS 命名用于 Internet 等 TCP/IP 网络中，通过用户友好的名

14、称查找计算机和服务。当用户在应用程序中输入 DNS 名称时，DNS 服务可以将此名称解析为与之相关的其他信息，如 IP 地址。 因为，你在上网时输入的网址，是通过域名解析系解析找到相对应的IP地址，这样才能上网。其实，域名的最终指向是IP。,因特网的域名结构,因特网采用了层次树状结构的命名方法。 任何一个连接在因特网上的主机或路由器，都有一个唯一的层次结构的名字，即域名。 域名的结构由若干个分量组成，各分量之间用点隔开： .三级域名.二级域名.顶级域名 各分量分别代表不同级别的域名。,顶级域名 TLD (Top Level Domain),(1) 国家顶级域名 ：如: .cn 表示中国，.us

15、 表示美国，.uk 表示英国，等等。 (2) 通用顶级域名 ：最早的顶级域名是： .com 表示公司企业 .net 表示网络服务机构 .org 表示非赢利性组织 .edu 表示教育机构（美国专用） .gov 表示政府部门（美国专用） .mil 表示军事部门（美国专用）,因特网的名字空间,com,net,org,edu,gov,mil,coop,biz,info,aero,int,cn,uk,hk,js,sh,bj,org,net,gov,edu,com,ac,pku,fudan,sjtu,tsinghua,树根,cctv,ibm,hp,mot,顶级域名,二级域名,三级域名,mail,ep,四级

16、域名,mail,csnetl,seu,根域名服务器 ,本地域名服务器 ,本地域名服务器 ,本地域名服务器 ,DNS查询,2.6 子网和掩码 为了使本单位的主机便于管理，可以将本单位所属主机划分为若干个子网（subnet），用IP地址中的主机号字段中的前若干个比特作为“子网号字段”，后面剩下的仍为主机号字段。这样做就可以在本单位的各子网之间用路由器来互联，便于管理。 前面我们说一个互连网地址标识了一个主机，并不严格。 严格地说IP协议为每一个网络连接（网卡）分配一个IP地址。如果某台主机有多个网络连接，则要为它分配多个IP地址，同一主机上的多个连接的IP地址之间并没有必然的联系。 IP地址并不是

17、标识某台机器，而是标识一个主机与网络的一个连接。 IP协议要求，在同一个网络中的主机其IP地址的网络号应该是相同的。,掩码(mask)和子网(subnet),掩码是一个与IP地址对应的32位数字。掩码的一些位为1，另一些位为0。通过掩码可以把IP地址中的主机号再分为两部分：子网号和主机号。这样，我们就可以把A类或者B类IP地址的地址空间再细化成若干个稍小一些的子网，每个子网中所能够包含的最多主机数比原来的要少。 掩码中的0和1可以任意分布，不过一般在设计时，把掩码开始连续的几位设为1。IP地址与掩码中为1的位相对应的部分为子网号，其他为0的位则表示的是主机号。使用了掩码后，我们通常把原来的网络

18、号和新划分的子网号合在一起称为网络号(与掩码为1的位相对应)，把掩码划分后的新的主机号叫做主机号(与掩码为0的位相对应)。 A类地址相对应的标准掩码是： B类地址相对应的标准掩码是： C类地址相对应的标准掩码是：。,IP 地址的各字段和子网掩码,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,net-id,host-id,三级 IP 地址,主机号,子网掩码,因特网部分,本地部分,因特网部分,本地部分,划分子网时 的网络地址,net-id,subnet-id,host-id 为全 0,(IP 地址) AND

19、 (子网掩码) =网络地址,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,子网掩码,因特网部分,本地部分,因特网部分,本地部分,划分子网时 的网络地址,AND,使用掩码把一个可以包括1600万台主机的A类网络或6万多台主机的B类网络分解成许多小的网络，每个小的网络就称为子网（SUBNET）。 例如，一个B类网络地址，利用掩码，可把该网络分为8个子网： 162.

20、105.160.0 且每个子网内最多可有主机8192台。我们可以认为掩码是对地址分类的扩展，它加大了地址分配的灵活性。 按照规定，一个主机号部分的所有位都为“0”的地址是代表该网络本身的，叫做网络地址。例如就是一个网络地址。这样，IP地址可以用来指定单个主机，也可以用来指定一个网络。,把主机接口的IP地址和其相应的掩码相与，就得到该接口所在网络的网络地址。 而把IP地址和掩码的反码进行与运算，则得到主机地址。 例如，一个网络接口的地址为2，掩码为，则 其子网地址为

21、：， 而主机地址为：2。 这样，在IP协议中，对主机或路由器的每个网络接口都要为之分配一个地址，对应每个地址有相应的掩码。属于同一个网络上的IP地址的掩码应该是一样的，以保证通过掩码计算后的子网地址是相同的。,习题,将这个网络划分成64个子网。每个子网的IP数是多少？可用的子网数是多少？每个子网里可用的IP数是多少？,属于网络115. 17.200.0/21的IP地址是_。A. B. C. D. IP地址中的网络号部分用来识别_。A.

22、路由器 B.主机 C.网卡 D.网段 以下网络地址中属于私网地址的是_。A. B. C. D. 网络/22中最多可用的主机地址是_。A. 1024 B. 1023 C. 1022 D. 1000,习题,在Internet中，IP地址8属于_(61)_地址，该地址的二进制表示是_(62)_。如果IP地址为，那么它通常表示_(63)_。从IP地址空间划分来看，B类地址最多可包含_(64)_个子网，每个B类网络最多可包含_(65)_个

23、主机地址。 (61)AA类 BB类 CC类 DD类 (62)A10011000.10010011.00110100.00100110 B10101000.10010100.00110100.00100110 C10101000.10010011.00110100.00100110 D10101000.10010011.00110110.00100110 (63)A实现本机回送功能的地址 BA类广播地址 C无效地址 DB类广播地址 (64)A. 214-2 B. 214-1 C. 214 D. 216 (65)A. 214-2 B. 214 C. 216-2 D. 216,参考答案：BCAAC,

24、习题,某一网络地址块中有5台主机A、B、C、D和E，它们的IP地址及子网掩码如表2-1所示。表2-1主机IP地址及子网掩码表主机 IP地址 子网掩码A 840B 46 40C 58 40D 61 40E 73 40 问题15台主机A、B、C、D、E分属几个网段？哪些主机位于同一网段？问题2主机D的网络地址为多少？问题3若要加

25、入第六台主机F，使它能与主机A属于同一网段，其IP地址范围是多少？问题4若在网络中另加入一台主机，其IP地址设为64,它的广播地址是多少？哪些主机能够收到 问题5若在该网络地址块中采用VLAN技术划分子网，何种设备能实现VLAN之间的数据转发？,习题,2.7 IPV6的引入,虽然I P v 4已经取得了令人难以置信的成功，但是仍有一些值得改进的地方。其中最显眼和最值得注意的可改进之处在于其地址空间的大小。,修改还是替换,考虑到I P v 4存在的时间，它确实工作得不错。那为什么还要用其他的东西来替换它呢？ 毕竟如果把I P v 4替换掉的话，网络中的所有系统均需要升级。

26、升级到最新的微软Wi n d o w s易如闲庭信步，但I P v 4的升级对于大型组织来说，简直就是一场恶梦。我们讨论的网络可能包括十亿甚至更多的遍布全球的系统，上面运行着不知道多少种不同版本的T C P / I P连网软件、 操作系统和硬件平台。要求对其中所有系统同时进行升级是不可想象的。 那么有没有办法可以避免I P升级可能带来的纷乱和不幸呢？答案是也许有，也许没有。,修改还是替换,这取决于对新协议的需求程度。换句话说，如果协议的唯一问题仅仅在于地址的匮乏，通过使用诸如后面所讨论的划分子网、网络地址翻译或无类域内选路等现有工具和技术，也许可以使该协议在相当长的时间内仍可继续工作。但是，这种权宜之计不可能长期有效，实际上， 这些技术已经使用了很多年，如果不实现对I P的升级，它们最终将阻碍未来I n t e r n e t的发展，,修改还是替换,因为它们限制了可连接的网络数和主机数，除了地址缺乏的问题外，还包括更普遍的扩展性问题、管理问题、选路困难、服务的改进