网络协议：第2-网络接口层协议.ppt

1、第二讲网络接口层协议,课程组：刘悦、孙润元、荆山,回顾,TCP/IP四层模型从下到上依次是什么？ IPv4地址分为几类？166.111.1.0是哪一类地址？ 环回地址是多少？有什么用处？ 什么是封装? 什么是拆装？ 什么是复用？什么是分用？ RFC文档都是Internet标准吗？为什么？ IP地址是物理地址还是逻辑地址？网卡地址是物理地址还是逻辑地址?,第二讲 网络接口层,学习目标 理解TCP/IP中最底层的协议对TCP/IP的作用 熟悉SLIP、PPP协议 区分以太网v2和802.3帧的封装格式 了解802.2协议格式 理解MTU相关概念,第二讲 网络接口层,网络接口层简介 SLIP PPP

2、 以太网v2和802.3 802系列 相关概念 本章小结,2.1 网络接口层简介,在TCP/IP模型中网络接口层（链路层）对应于ISO/OSI参考模型的物理层和数据链路层。 链路层协议执行的主要任务： 管理对所使用的任何联网介质的访问，称为介质访问控制（MAC） 创建一对MAC层地址之间点到点的临时链接以传输数据，称为逻辑链接控制（LLC） 因此，在制订802系列的网络规范时将网络接口层细分为MAC子层和LLC子层。 MAC子层的主要功能是：帧的封装和拆封、物理介质传输差错的检测、寻址、实现介质访问控制协议。 LLC子层的主要功能是：连接管理(建立和释放连接)、与高层的接口、帧的可靠、按序传输

3、及流量控制。 回顾：物理层的PDU是比特；数据链路层的PDU是数据帧,2.1 网络接口层简介,链路层协议按照应用范围和数据链路的不同，分为两类： 广域网协议：HDLC，SLIP, PPP，帧中继，ATM 局域网协议：802系列（802.2 LLC和802.n MAC），以太网,组帧、差错校验,可靠传输,介质访问控制 (Media Access Control),点对点链路,多路访问链路,网络适配器,点对点协议(PPP：Point-to-Point Protocol),以太网 IEEE 802.3 IEEE 802.11,广域网,局域网,2.1 网络接口层简介,最常用的两个局域网链路层协议是Et

4、hernet、IEEE802封装。 以太网（Ethernet）： Ethernet v1是最原始的一种格式，是由Xerox PARC提出的3Mbps CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）以太网标准的封装格式，后来在1980年由DEC，Intel和Xerox标准化形成Ethernet v1标准； 1982年公布Ethernet v2 ，主要更改了Ethernet v1的电气特性和物理接口，在帧格式上并无变化。 IEEE802 ：几年后，IEEE（电子电气工程师协会）802委员会公布了一个稍有不同的标准集，其中802.3针对整个CSMA/CD网络，802.4针对令牌总线网络，802.5针对

5、令牌环网络。这三者的共同特性由802.2标准来定义，那就是802网络共有的逻辑链路控制（LLC） 目前以太网朝千兆以太网、万兆以太网、十万兆以太网的方向发展。,2.1 网络接口层简介,802.3/802.2 LLC： 这是IEEE 正式的802.3标准，它由Ethernet v2发展而来。它将Ethernet v2帧头的协议类型字段替换为帧长度字段(取值为0000-05dc;十进制的0-1500)；并加入802.2 LLC头用以标志上层协议 。 长度字段是指它后续数据的字节长度，不包括CRC检验码。 实际环境中大多数TCP/IP设备都使用Ethernet v2格式帧。 这是因为第一种大规模使用

6、的TCP/IP系统(4.2/3 BSD UNIX)的出现时间介于RFC 894（1984：A Standard for the Transmission of IP Datagrams over Ethernet Networks）和RFC 1042（1988：Standard for the transmission of IP datagrams over IEEE 802 networks）之间，它为了避免不能和别的主机互操作的风险而采用了RFC 894的实现；也由于大家都抱着这种想法，所以802.3标准并没有如预期那样得到普及。,2.1 网络接口层简介,最常用的广域网链路层协议是HDL

7、C、PPP。 SLIP（串行线路网际协议）：非常简单的第2层协议，仅为IP提供基本的成帧功能。 PPP（点对点协议）：更加复杂的功能齐全的数据链路层协议，常用于拨号接入Internet的场合。在链路建立过程中检查链路质量，还支持PAP和CHAP密码验证。 RFC1661。 目前衍生出的新形式：ADSL，PPPoE，PPPoA。 PPP使用HDLC封装数据。,第二讲 网络接口层,网络接口层简介 SLIP PPP 以太网v2和802.3 802系列 相关概念 本章小结,2.2 SLIP,SLIP：Serial Line IP，串行线路网际协议。 起始于20世纪80年代。SLIP是最初用于TCP/I

8、P通信的点到点协议，是一种在串行线路上对IP数据报进行封装的简单形式。 在RFC1055中描述非标准的“经串行链路传输IP数据报：SLIP ” 通常用来将远程终端链接到UNIX主机，也可通过租用或拨号串行线路进行主机到路由器或路由器到路由器的通信，使用的线路速率一般介于1200bps和19.2Kbps之间。 仅支持TCP/IP，只用于点到点链接，帧界定是SLIP提供的唯一服务。,2.2 SLIP,SLIP：Serial Line IP，串行线路网际协议。 IP数据包向下传给SLIP。SLIP将其分解为字节，并以每次发送一个字节的方式来传送。 最后一个字节发送后，会发送一个特殊的字节，告诉接收设

9、备该数据报已经结束，这个字节称为SLIP END。 SLIP END的十进制字节值等于192（十六进制的00，二进制的11000000） 简言之：SLIP成帧的基本过程：获取整个数据报，每次发送一个字节，然后发送字节192以界定数据报的结束。 改进：在数据报之前也加一个END字符，以明确区分数据报的开头和他之前的任何内容。,2.2 SLIP,SLIP协议定义的帧格式： IP数据报以END（0 xc0）开始和结束。 IP数据报中END字符，用两个字节0 xdb（是SLIP的ESC字符，此处为转义符）和0 xdc替代。 IP数据报中的ESC字符，用0 xdb和0 xdd替代。,2.2 SLIP,S

10、LIP存在的缺陷： SLIP的最大数据报长度并未标准化，而是取决于各种实现。默认值为1006字节。如果使用了不同长度，必须在IP层进行重新编程。 帧中没有类型段，只能传送IP数据报，如果一条串行线路用于SLIP，那么它不能同时使用其它协议。 数据帧中没有检验和字段，不能检测错误。 SLIP不提供寻址技术，如果通信双方必须知道对方IP地址，每一端则没有办法把本端的IP地址通知给另一端。 SLIP不支持压缩，同时缺乏最基本的安全性。,2.2 SLIP,CSLIP：压缩的SLIP 由于串行线路的速率通常较低，而且通信经常是交互的（如Telnet），因此在SLIP线路上有许多小的TCP分组进行交换。（

11、例如：为了传送1个字节的数据需要20个字节的IP首部和20个字节的TCP首部，总数超过40字节） CSLIP（压缩SLIP）在RFC1144中被描述，上例的40个字节一般能被压缩到3或5个字节，它能在CSLIP的每一端维持多达16个TCP连接，并且知道其中每个连接的首部中的某些字段一般不会发生变化。对于那些发生变化的字段，大多数只是一些小的改变，这些被压缩的首部大大地缩短的交互影响时间。,第二讲 网络接口层,网络接口层简介 SLIP PPP 以太网v2和802.3 802系列 相关概念 本章小结,2.3 PPP,PPP（Point-to-Point Protocol，点到点协议） 与PPP相关

12、的第一个正式IETF文档是RFC1134（1989） 基于ISO的高层数据链路控制（HDLC）协议，HDLC最初由IBM研制。 PPP是TCP/IP网络协议集合中的一个子协议，主要用来创建电话线路以及ISDN拨号接入ISP的连接，具有多种身份验证方法、数据压缩和加密以及通知IP地址等功能。 提供数据封装机制，用于串行链路；既支持异步传输链路（面向字符的链路），又支持同步传输链路（面向比特的链路）。 提供链路控制协议（LCP），用以建立、配置及测试数据链路连接。 提供一组网络控制协议（NCP），用以建立和配置不同的网络层协议。,2.3 PPP,PPP的功能和体系 PPP是一个面向连接的协议，支持

13、同步和异步链路。 PPP位于TCP/IP的网络接口层（链路层），是IP与物理链路（如串行链路或拨号联网连接）之间的接口。 参看： RFC1134 RFC1171 RFC1548 RFC1332 RFC1661 RFC1662,2.3 PPP,PPP主要组件 PPP封装方法HDLC 链路控制协议LCP 网络控制协议NCP,2.3 PPP,PPP会话过程 LCP(Link Control Protocol)协商 建立、配置和检测数据链路连接 LCP可选特性协议：CCP、ECP、MP 认证 PAP（Password Authentication Protocol，口令验证协议） CHAP（Chall

14、enge-Handshake Authentication Protocol，挑战握手验证协议） NCP（Network Control Protocol）协商 配置不同的网络层协议,常用的是IP控制协议即IPCP,三次握手认证 口令为密文,两次握手认证 口令为明文,2.3 PPP,根据PPP承载的是数据信息还是控制信息，PPP协议的帧分为3种格式：PPP信息帧、PPP链路控制帧和PPP网络控制帧。 PPP信息帧格式如下图：,2字节，包含高层协议的地址信息0021HTCP/IP, 0023HOSI，002BHNovell,帧校验序列,也称为CRC：2字节，保证数据完整性。,最多1500字节,0

15、1111110,2.3 PPP,PPP链路控制协议帧用来指定某些数据链路的选项（如在异步链路中将什么字符当作转义字符）。链路控制协议帧格式如下图： PPP网络控制协议帧是用来协商采用报头压缩之类的问题。网络控制协议帧格式如下图：,2.3 PPP,PPP转义方式： 标志字符的值是0 x7e，因此当该字符出现在信息字段中时，PPP需要对它进行转义。 在同步链路中，该过程是通过一种称作比特填充的硬件技术来完成的。 在异步链路中，特殊字符0 x7d用作转义字符。当它出现在PPP数据帧中时，那么紧接着的字符的第6个比特要取其补码，具体实现过程如下： 1) 当遇到字符0 x7e时，需连续传送两个字符：0

16、x7d和0 x5e，以实现标志字符的转义。 2) 当遇到转义字符0 x7d时，需连续传送两个字符：0 x7d和0 x5d，以实现转义字符的转义。 3 ) 默认情况下，如果字符的值小于0 x20（比如，一个ASCII控制字符），一般都要进行转义。,2.3 PPP,PPP和SLIP的比较 PPP具有的优势： PPP支持在单根串行线路上运行多种协议，不只是IP协议； 每一帧都有冗余检验； 通信双方可以进行IP地址的动态协商(使用IP网络控制协议)； 链路控制协议可以对多个数据链路选项进行设置。 PPP的缺点： 在每一帧首部增加3个字节，当建立链路时要发送几帧协商数据，以及更为复杂的实现。 PPP克服

17、了SLIP协议一些固有的效率低问题，是一种多用途点到点协议，有着更多特性和更灵活，如今已广泛替代了 SLIP。,2.3 PPP,PPP协议的应用 典型应用：家庭拨号上网 衍生应用：ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Loop）、PPPoE（PPP over Ethernet）、PPPoA（PPP over ATM） 特色协议：多链路协议MLPPP，宽带分配协议BAP，PPP压缩控制协议PPPCCP,其它技术： X.25：RFC 1356 帧中继：RFC 2427 ATM：RFC 1557和1626,2.3 PPP,PPPoE的引入 全称Point-to-P

18、oint Protocol Over Ethernet，定义了在以太网环境中使用PPP的规范。 PPP主要用于城域以太网以及个人用户基于以太网连接ADSL接入设备的场合。 PPPoE同时融合了以太网和PPP的优点。 它工作在OSI的数据链路层，PPPOE协议提供了在广播式的网络（如以太网）中多台主机连接到远端的访问集中器（我们对目前能完成上述功能的设备为宽带接入服务器）上的一种标准。,2.3 PPP,PPPoE协议流程 两个阶段：发现和PPP会话 发现阶段包含的四个步骤 发起（PPPoE Active Discovery Initiation,PADI），即客户端通过广播请求以获取可用的服务器

19、。 提供（ PPPoE Active Discovery Offer,PADO），在收到请求后，若服务器可以提供服务，则返回此报文。 请求（ PPPoE Active Discovery Request,PADR ），若客户端收到来自多个服务器的应答，则必须从中选择一个并向服务器发出请求。 确认（ PPPoE Active Discovery Session-confirmation,PADS），收到请求后的服务器项客户端返回确认，从而建立PPP连接及会话。 终止连接和会话（PPPoE Active Discovery Termination，PADT），一旦发送或收到该报文，立即停止所有与该

20、会话相关的数据传递操作。,2.3 PPP,PPPoE报文 PPPoE报文作为以太网帧数据区封装于以太网帧中。 若以太网帧封装的是发现阶段的报文，则帧类型为0 x8863，否则设置为0 x8864,2.3 PPP,基于以太网的PPPoE,版本：1，协议中给出了明确的规定，这个域的内容填充0 x1。 类型：1协议中也给了明确的规定，这里也职能填充0 x1 代码：0 x09，表示该报文是发现阶段的 PADI报文 会话ID：0，表示还没有会话ID 长度：16，表示PPPOE数据报文中净载荷的长度 PPP发现标记：在面我们列出的标记类型表可以看出。,2.3 PPP,基于以太网的PPPoE,版本：1，协议

21、中给出了明确的规定，这个域的内容填充0 x1。 类型：1协议中也给了明确的规定，这里也职能填充0 x1 代码：0 x09，表示该报文是发现阶段的 PADI报文 会话ID：0，表示还没有会话ID 长度：16，表示PPPOE数据报文中净载荷的长度 PPP发现标记：在面我们列出的标记类型表可以看出。,2.3 PPP,PPPoE标签类型和含义,第二讲 网络接口层,网络接口层简介 SLIP PPP 以太网v2和802.3 802系列 相关概念 本章小结,2.4 以太网第二版、802.3,802系列（802.2 LLC和802.n MAC），以太网,MAC、PHY,以太网第二版（v2）是早期版本，它是由D

22、EC、Intel和Xerox联合首创，后来IEEE802.3以太网标准建立才被建立起来。这两种以太网帧都可以在同一局域网中传输。以太网IP数据报的封装是在RFC 894中定义的，帧格式与IEEE802.3相比，有细微变化。,2.4 以太网第二版、802.3,802系列,MAC 帧,物理层,MAC 层,IP 层,数据字段 46 1500 字节,FCS 字段 4 字节,类型字段 2 字节,目的地址字段 6 字节,源地址字段 6 字节,前同步码7字节与帧首定界符1字节,类型字段用来标志上一层使用的是什么协议，以便把收到的 MAC 帧的数据上交给上一层的这个协议。 数据字段的最小长度=最小长度 64

23、字节 18 字节的首部和尾部。 当数据字段的长度小于 46 字节时，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的 MAC 帧长不小于 64 字节。,2.4 以太网第二版、802.3,802系列,DIX -以太网v2帧格式,IEEE-802.3以太网帧格式,0 x0800：IP 0 x0806：ARP 0 x8035: RARP,MAC地址,实例分析,报文长度,2.4 以太网第二版、802.3,以太网第二版与802.3的区别： 以太网v2含有类型字段，而 802.3含有长度字段。 为区分类型字段和长度字段，类型字段值定义为从0 x0600开始。 相当于十进制1536，这是一个非法的以

24、太网帧长度。 以太网提供的服务对应于OSI模型的第一层和第二层，而802.3提供的服务对应于OSI模型的第一层和第二层的信道访问部分（即第二层的一部分）。 802.3没有定义逻辑链路控制协议，但定义了几个不同物理层(粗/细同轴电缆，双绞线，光纤)，而以太网只定义了一个。 问题：如何区分一个捕获帧是以太网v2，还是802.3？ 类型字段值在0 x0600以上的帧是以太网v2帧，反之为802.3。,2.4 以太网第二版、802.3,问题：如何判定一个无效的帧？ 数据字段的长度与长度字段的值不一致； 帧的长度不是整数个字节； 用收到的帧检验序列 FCS 查出有差错； 数据字段的长度不在 46 150

25、0 字节之间。 有效的 MAC 帧长度为 64 1518 字节之间。对于检查出的无效 MAC 帧就简单地丢弃。以太网不负责重传丢弃的帧。,课后思考题：一个有效帧的最小长度为什么定义为64字节？有 没有小于64字节的特殊情况？,2.4 以太网第二版、802.3,2.4 以太网第二版、802.3,2.4 以太网第二版、802.3,2.4 以太网第二版、802.3,第二讲 网络接口层,网络接口层简介 SLIP PPP 以太网v2和802.3 802系列 相关概念 本章小结,2.5 802系列,IEEE 802系列部分标准 802.1概述、体系结构和网络互连，以及网络管理和性能测量； 802.2逻辑链

26、路控制。是高层协议与任何一种局域网MAC子层的接口； 802.3CSMA/CD。定义CSMA/CD总线网的MAC子层和物理层的规约； 802.4令牌总线网。定义令牌总线网的MAC子层和物理层规约； 802.5令牌环型网。定义令牌环型网的MAC子层和物理层规约； 802.6城域网WAN。定义WAN的MAC子层和物理层规约； 802.7宽带技术； 802.8光纤技术； 802.9综合话音数据局域网； 802.10可互操作的局域网的安全； 802.11无线局域网； 802.12优先级高速局域网（100Mb/s）； 802.14电缆电视（Cable-TV）。,2.5 802系列,IEEE 802.2

27、逻辑链路控制（LLC）是一种 IEEE 802.2 LAN 协议，规定了数据链路层中 LLC 子层的实现。 IEEE 802.2 LLC 应用于 IEEE802.3 （以太网）和 IEEE802.5（令牌环） LAN，以实现如下功能： 管理数据链路通信 链接寻址 定义服务接入点 Service Access Points （SAP） 排序 LLC 是在高级数据链路控制（HDLC ： High-Level Data-Link Control）的基础上发展起来的，并使用了 HDLC 规范的子集。,2.5 802系列,802系列包含LLC和MAC两个子层 LLC帧格式如下图,DSAP：目的服务访问点

28、，指出要到达网络层中的协议。类似以太网v2中的类型字段。 SSAP：源服务访问点。 控制：用于数据确认、错误恢复和流量控制等发送和接收帧的计数。,2.5 802系列,802.3和802.2 帧格式关系如下：,LLC报头,802.2,802.3,MAC首部,MAC尾部,MAC数据,2.5 802系列,Ethernet SNAP（SubNetwork Access Protocol） 为保证在802.2 LLC上支持更多的上层协议同时更好的支持IP协议而发布的标准。 SNAP ID 前3个字节构成厂商代码，通常与MAC地址的前3个字节相同，有时也被置为0。 SNAP ID 后2个字节包含与Ethernet II格式相同的以太类型码。 802.3 标准定义的帧和以太网的帧都有最小长度要求。802.3