于银辉教授吉林大学通信工程学院.ppt

1,于银辉 教授 吉林大学 通信工程学院,第二章 宽带IP网络体系结构,2,TCP/IP协议是宽带IP网络的基础与核心，本章介绍TCP/IP参考模型及各层协议，主要内容包括： TCP/IP参考模型 IP及辅助协议 UDP和TCP协议 应用层协议,3,4,2.1 TCP/IP参考模型,2.1.1 TCP/IP分层模型 1、OSI参考模型 （1）OSI-RM的分层结构,5,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,6,（2）各层功能概述 物理层（数据传送单位比特） 功能物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和规程的手段。,7,二、OSI-RM各层功能,1.物理层：(Physical Layer) PH,它是OSI-RM的第一层，功能在于利 用物理媒介为它上一层(数据链路层)提供 物理连接,以便透明的传输比特流。(所关 心的问题是多大电压为“1”或“0”，插头插 座有多少针，每针的用途等。),表示经过实际线路传送后，比特流没有发生变化。,功能物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和规程的手段。,功能：,8,简而言之，物理层提供有关同步和全双工比特流在物理媒体上的传输手段。 物理层典型的协议RS232C，RS449422423，V24，V28，X20和X21等。,9,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,10,2.数据链路层(Data Link Layer) DL,它是OSI-RM的第二层，功能在于提 供建立维持和释放数据链路连接的有关功 能和管理(传送以帧为单位的数据)通过差 错控制能够纠正物理链路的错误,使之变 成无差错数据链路。,负责数据链路的建立、维持和拆除。 差错控制 流量控制 常用的协议基本型传输控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。,功能：,11,数据链路层（数据传送单位帧） 功能： 负责数据链路的建立、维持和拆除。 差错控制 流量控制 常用的协议基本型传输控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。,12,3.网络层：(Network Layer) N,它是OSI-RM中的第三层，也是最复杂 的一层,在此层中,数据传送的单位是分组(Packet) 或称为包。其功能在于使通信系统中发端运 输层(第四层)传下来的分组能够准确无误的找 到接收端并交付给运输层，同时具有拥塞控 制功能，并能向网管人员提供每个用户通过 网络发出的信息分组数或字符数、或比特数 以此作为收费依据，对于一个通信子网只包 括上述三层。,路由选择 差错控制 流量控制 网络层的协议X.25分组级协议,功能：,13,网络层（数据传送单位分组） 功能： 路由选择 差错控制 流量控制 网络层的协议X.25分组级协议,14,4.运输层(Transport Layer) T,它是OSI-RM的第四层，亦是最关 键的一层。其功能在于向高层屏蔽下层 数据通信的细节，透明地传送报文，为 用户提供可靠的端端服务，它只存 在于主机(Host)中。 主机可以是大、中、小型机，工作站和 微机等。,端到端的顺序控制、流量控制、差错控制及监督服务质量。,功能：,15,运输层（数据传送单位报文） 功能端到端的顺序控制、流量控制、差错控制及监督服务质量。,16,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,17,5.会话层(Session Layer) S,它是OSI-RM的第五层，单位亦是 报文，它可以看作是进入网络的接口， 用户间每建立一组连接即可视为一次会 话，使两个系统在“会话”过程中传送文 件，其功能在于：,在两个通信应用进程中建立组织和同 步其会话并管理数据交换。 对会话连接进行控制管理,非报文界定, 操作同步等。,负责进程间建立会话和终止会话，并且控制会话期间的对话。 提供诸如会话建立时会话双方资格的核实和验证，由哪一方支付通信费用，及对话方向的交替管理、故障点定位和恢复等各种服务。,功能：,18,会话层及以上各层中，数据的传送单位一般都称为报文，但与运输层的报文有本质的不同。,19,6.表示层(Presentation Layer) P,它是OSI-RM的第六层，其功能在于 对两个通信系统中所交换的信息表示方式 进行处理，如数据格式、数据的解密、数 据的压缩及恢复等，也就是我们前面所说 的语法。,代码转换、数据格式转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。,功能：,20,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,21,7.应用层(Application Layer),它是OSI-RM的第七层，亦是最高层。 它是向终端用户提供直接服务，功能在于 确定应用进程之间通信的性质，同时还需 要负责用户信息的语义表示，即需要何种 控制信息，完成何种动作和做何种层管理， 可以认为在OSI-RM七层中，其余的六层就 是为了支持第七层。,为方便讨论和理解，习惯上将OSI-RM 七层分为低层(1-4层)和高层(5-7层)。,面向通信 面向信息处理,确定应用进程之间通信的性质，以满足用户的需要。 同时应用层还要负责用户信息的语义表示，并在两个通信用户之间进行语义匹配。,功能：,22,（3）信息在OSI参考模型各层的传递过程,23,图2-2 信息在各层之间的传递过程,24,OSI环境,1.OSI环境包括17层及通信子网中交换节 点的下三层。,又称为中继开放系统,2.本地系统环境是与互连无关的部分。(不 属于OSI环境),3.中继开放系统流量是指通信子网中交换 节点的下三层(居于OSI环境中)。,4.数据通信网即通信子网，是传输数据的 实际物理媒体。(不处于OSI环境中),25,5.网络环境，包括OSI中的低四层和中继开放系 统及通信子网。,6.信息传送路线,发端OSI的七层,物理媒体,通信子网交换节点,节点1第13层完成选择后回到1层,由应用进程APA,1层,节点2,物理层媒体,收端17层,26,图2-2 信息在各层之间的传递过程,27,为了明确系统(OSI互连环境)间数据 流传送情况，我们在此暂且将两节点省略 说明。,应用进程APA 先将其数据交给第七层， 第七层加上本层控制信息送于第六层，第 六层在加上本层控制信息送与第五层，以 此类推，即发送每一层都以其上层接收数 据块，然后在其上加上本层的控制信息形 成本层的协议数据单元，并在最后将其发 送给下一层。,28,同样在接收方从第一层起，每层最 后将(发端加上的)本层服务头(控制信息) 进行处理后剥去,把其余的数据都原封不 动地送给上层。换句话说就是发端完成 封装任务，收端完成拆分任务。(不同的 是第二层的帧结构),在OSI中，对用户来说上述复杂过 程均被屏蔽掉了，就好像是同层之间(两 系统)在直接传送数据一样，即前所述的 “对等层”之间通信(协议) 。,29,2、TCPIP分层模型 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系如图2-3所示。,30,图2-3 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系,31,网络接口层对应OSI参考模型的物理层和数据链路层； 网络层对应OSI参考模型的网络层； 运输层对应OSI参考模型的运输层； 应用层对应OSI参考模型的5、6、7层。,32,图2-3 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系,33,2.1.2 TCPIP模型各层功能及协议 1、应用层 作用为用户提供访问Internet的高层应用服务，例如文件传送、远程登录、电子邮件、WWW服务等。,34,协议一组应用高层协议，即一组应用程序，主要有文件传送协议FTP、远程终端协议TELNET、简单邮件传输协议SMTP、超文本传送协议HTTP等等。 应用层的数据传送单位是报文。,35,TCP/IP运输层的作用是提供应用程序间（端到端）的通信服务，确保源主机传送的数据正确到达目的主机。,2、运输层,36,运输层提供了两个协议： 传输控制协议TCP 用户数据报协议UDP 运输层的数据传送单位是TCP报文段或UDP报文（统称为报文段）。,37,网络层的作用是提供主机间的数据传送能力，其数据传送单位是IP数据报。 网络层的核心协议是IP协议，IP协议非常简单，它提供的是不可靠、无连接的IP数据报传送服务。,3、网络层,38,网络层的辅助协议是协助IP协议更好地完成数据报传送，主要有： （1）地址转换协议ARP用于将IP地址转换成物理地址。 （2）逆向地址转换协议RARP与ARP的功能相反，用于物理地址转换成IP地址。,39,（3）Internet控制报文协议ICMP用于报告差错和传送控制信息，其控制功能包括：差错控制、拥塞控制和路由控制等。 (4) Internet组管理协议IGMPIP多播用到的协议，利用IGMP使路由器知道多播组成员的信息。,40,网络接口层的数据传送单位是物理网络帧（简称物理帧或帧）。,4、网络接口层,41,主要功能： （1）发端负责接收来自网络层的IP数据报，将其封装成物理帧并且通过特定的网络进行传输； （2）收端从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，上交给网络层。,42,网络接口层没有规定具体的协议。 TCPIP模型的网络接口层对应OSI参考模型的物理层和数据链路层，不同的物理网络对应不同的网络接口层协议。,43,2.2 IP及辅助协议,2.2.1 IP协议（IPv4） 1、IP协议的特点 仅提供不可靠、无连接的数据报传送服务； IP协议是点对点的，所以要提供路由选择功能； IP（IPv4）地址长度为32比特。,44,Internet为每一个上网的主机分配一个唯一的标识符，即IP地址。 （1）IP地址的结构,2、IP地址（分类的IP地址）,45,图2-5 IP地址的结构,（1）IP地址的结构,46,分类的 IP 地址,我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配,47,根据网络地址和主机地址各占多少位，IP地址分成为五类，即A类到E类，如图2-6所示。,（3）IP地址的类别,48,IP 地址的编址方法,分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。,49,分类 IP 地址,每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。 两级的 IP 地址可以记为： IP 地址 := , (6-1),:= 代表“定义为”,50,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 0,0,1,51,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 0,0,1,A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节,52,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 0,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节,53,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 0,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,54,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 0,0,1,A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节,55,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 0,0,1,B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节,56,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 0,0,1,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,57,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 0,0,1,D 类地址是多播地址,58,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 0,0,1,E 类地址保留为今后使用,59,路由器转发分组的步骤,先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到。 当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机。 按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。,60,（2）IP地址的表示方法： 点分十进制记法,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 bit 的二进制数 转换为十进制数,61,2. 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 B 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254,62,IP地址用点分十进制表示，好处是可以提高IP地址的可读性，而且可很容易地识别IP地址类别。,63,IP 地址的一些重要特点,(1) IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是： 第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。 第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。,64,IP 地址的一些重要特点,(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomed host)。 由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。,65,IP 地址的一些重要特点,(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。 (4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。,66,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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-id,67,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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-id,68,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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-id,69,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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-id,70,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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。,71,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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。,72,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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。,73,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,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。,74,IP地址用点分十进制表示，好处是可以提高IP地址的可读性，而且可很容易地识别IP地址类别。,75,例2-1：某IP地址为10011000 01010001 10000001 00000000，将其表示成点分十进制形式。 解：此IP地址的点分十进制表示为 ,76,目前Internet中一般采用A、B、C类地址，这三类地址归纳如表2-1所示。,77,78,几点说明： 起始地址是指前8个比特表示的地址范围。,79,A类地址标识的网络种类为，减2的原因是：第一，IP地址中的全0表示“这个”（this）。 网络号字段为全0的IP地址是个保留地址，意思是“本网络”。 第二，网络号字段为127（即01111111）保留作为本地软件环回测试本主机用。,80,每网主机数，减2的原因是：全0的主机号字段表示该IP地址是本主机所连接到的“单个网络”地址；全1的主机号字段表示该网络上的所有主机。,81,两级IP地址存在的缺点：一是IP地址空间的利用率有时很低；二是两级的IP地址不够灵活。 为了解决这些问题，Internet采用子网地址，由此IP地址结构由两级发展到三级。,82,划分子网和子网地址 划分子网的目的为了便于管理，一个单位的网络一般划分为若干子网，子网是按物理位置划分的。 为了标识子网和解决两级的IP地址的缺点，采用子网地址。,（4）子网地址和子网掩码,83,子网编址技术的概念指在IP地址中，对于主机地址空间采用不同方法进行细分，通常是将主机地址的一部分分配给子网做为子网地址。,84,图2-7 三级IP地址结构,85,子网掩码 子网掩码的作用： 表示子网和主机地址位数； 将某台主机的IP地址和子网掩码相与可确定此主机所在的子网地址。,86,子网掩码的长度也为32比特，与IP地址一样也用点分十进制表示。 已知一个IP网络的子网掩码，将其点分十进制转换为32比特的二进制，其中“1”代表网络地址和子网地址字段；“0”代表主机地址字段。,87,举例说明,主机地址为 140. 252. 0001 0100 0010 0100 子网掩码为 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1000 0000 则：在后两个字节（16bits）中，不全是主机地址，而是包括9bits的子网地址和7bits的主机地址。 本例中：网络号：140.152 子网号：40，主机号：4 划分子网的优点是可以充分提高网络地址利用率,88,（1）CIDR的主要特点 CIDR不再划分A类、B类和C类地址，也不再划分子网地址，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。,3、无分类编址（无分类域间路由选择）CIDR,89,CIDR使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号。 IP地址是无分类的两级编址。,90,CIDR一般表示为： IP地址 := , ,（2）CIDR的记法,91,CIDR也可以采用斜线记法，具体为：在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中1比特的个数）。,92,例如，CIDR地址0/22（其二进制表示为 11000100 00011100 01000001 00011110） 表示网络前缀占22比特，为11000100 00011100 010000 主机号占10比特，为01 00011110 需要注意的是，上例CIDR的斜线记法指的是一个单个的IP地址。,93,CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成CIDR地址块。 一个CIDR地址块是由起始地址（地址块中的最小地址）和地址块中的地址数来决定的。,（3）CIDR地址块,94,CIDR地址块的表示方法有以下几种： 斜线记法 例如，/20表示的地址块共有个地址，为地址块的起始地址。,（在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20地址块”）。,注意,95,这个地址块的最小地址：,最大地址：55 其实主机号全0的和主机号全的155不用，所以此地址块实际共有个地址。,96,将点分十进制中低位连续的0省略 例如，/12 可简写为56/12 用二进制表示 例如，/12 可写为 00111000 0000 （20个可以是任意值，但全0和全1的主机号一般不使用）,97,网络前缀的后面加一个星号 * 的表示方法 例如：/12 可写为 00111000 0000*,98,在星号 * 之前是网络前缀，而星号 * 表示IP地址中的主机号。 需要注意的是，见到斜线记法表示的地址时，一定要根据上下文弄清它是指一个单个的IP地址还是指一个地址块。,99,CIDR虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。 掩码的表示：网络前缀所占的比特数均为1，主机号所占的比特数均为0。,（4）CIDR的掩码,100,4、IP数据报格式 IP数据报的格式如图2-8所示。,101,图2-8 IP数据报格式,102,首部各字段的作用： 版本（4bit）指出IP协议的版本，目前的IP协议版本号为4(即IPv4)。 首部长度（4bit）以32比特（4字节）为单位指示IP数据报首部的长度。 IP数据报首部长度为2060字节。,103,服务类型（8bit）用来表示用户所要求的服务类型，具体包括优先级、可靠性、吞吐量和时延等。 总长度（16bit）以字节为单位指示数据报的长度，数据报的最大长度为65535字节。,104,标识、标志和片偏移字段（共32bit）控制分片和重组。 生存时间(8bit)记为TTL，控制数据报在网络中的寿命，其单位为秒。,105,协议(8bit)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议，以便目的主机的网络层决定将数据部分上交给哪个处理过程。 首部检验和(16bit)字段对数据报的首部进行差错检验。,106,源地址和目的地址各占4字节，即发送主机和接收主机的IP地址。 可选字段用来支持排错、测量以及安全等措施。 填充IP数据报报头长度为32bit的整倍数，假如不是，则由填充字段添“0”补齐。,107,（1）在发送端 源主机在网络层将运输层送下来的报文组装成IP数据报，然后将IP数据报送到网络接口层。,5、IP数据报的传输,108,在网络接口层对IP数据报进行封装，形成可以在物理网络中传输的帧，然后送到物理网络上传输。,109,每个物理网络都规定了物理帧的大小，物理网络不同，帧的大小限制也不同，物理帧的最大长度称为最大传输单元MTU。 一个物理网络的MTU由硬件决定，通常情况下是保持不变的。,110,源主机所发送的IP数据报在到达目的主机前，可能要经过由若干个路由器连接的许多不同种类的物理网络。 路由器对IP数据报要进行以下处理：路由选择、传输延迟控制和分片（需要的话，进行分片）等。,（2）在网络中传输,111,路由选择 每个路由器都要根据目的主机的IP地址对IP数据报进行路由选择。,112,传输延迟控制 为避免由于路由器路由选择错误，至使数据报进入死循环的路由，而无休止地在网中流动，IP协议对数据报传输延迟要进行特别的控制。 为此，每当产生一个新的数据报，其报头中“生存时间”字段均设置为本数据报的最大生存时间，单位为秒。,113,随着时间流逝，路由器从该字段减去消耗的时间。 一旦TTL小于0，便将该数据报从网中删除，并向源主机发送出错信息。,114,分片 分片的概念 IP数据报要通过许多不同种类的物理网络传输，而不同的物理网络MTU大小的限制不同。为了选定最佳的IP数据报大小，以实现所有物理网络的数据报封装，IP协议提供了分片机制，在MTU较小的网络上，将数据报分成若干片进行传输。,115,分片是在MTU不同的两个网络交界处路由器中进行的，而片重组是由目的主机完成。 IP数据报在传输过程中可以多次分片，但不能重组。,116,分片方法 每片与原始数据报具有相同的格式，每片中包括片头和部分数据报数据。 其中，片头大部分是复制原始数据报的报头，只增加了少量表示分片信息的比特（我们认为片头=报头）；而片数据MTU-片头，另外在求片数据大小时，注意分片必须发生在8字节的整倍数。,117,分片控制 数据报报头中，与控制分片和重组有关的三个字段为标识、标志和片偏移。,118,标识占16bit，标识字段是目的主机赋予数据报的标识符，其目的是确保目的主机能重组分片为数据报。 分片时，该字段必须原样复制到新的片头中。,119,当分片到达时，目的主机使用标识字段和源地址来识别分片属于哪个数据报。 标志占3bit，如图2-12所示。,120,图2-12 标志字段的意义,121,标志字段目前只有前两位有意义。 标志字段的最低位MF1表示后面“还有分片”，MF0表示这已是最后一个分片；标志字段中间的一位是DF，意思是“不能分片”，只有当DF0时才允许分片。,122,片偏移占13bit，指出某片数据在初始数据报数据区中的偏移量，其偏移量以8个字节为单位指示（所以分片必须发生在8字节的整倍数）。,123,当所传数据流到达目的主机时，首先在网络接口层识别出物理帧，然后去掉帧头，抽出IP数据报送给网络层。 如果IP数据报在传输过程中进行了分片，目的主机要进行重组。,（3）在接收端,124,2.2.2 Internet控制报文协议（ICMP） 1、ICMP的作用 ICMP是IP协议正常工作的辅助协议，是TCP/IP提供的用以解决差错报告与控制的主要手段。 ICMP的控制功能包括：差错控制、拥塞控制和路由控制等。,125,图2-13 ICMP报文的封装,2、ICMP报文的封装及格式,126,图2-14 ICMP报文格式,（2）ICMP报文格式,127,ICMP报文分为报头和数据区两大部分，其中报头包含：类型字段、代码字段和校验和字三项。,128,各部分的作用为： 类型字段占8比特，表示ICMP报文类型。 代码字段占8比特，用于进一步区分某种类型中的几种不同情况。,129,校验和字段占16比特，提供对整个ICMP报文的差错校验。 参数字段占32比特，这部分内容与ICMP的类型有关（没有可不用）。,130,数据字段ICMP报文数据区含有出错IP数据报报头及其前64比特数据，这些信息将由ICMP提供给发送主机，以确定出错数据报。,131,ICMP报文包括两种类型：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。,3、ICMP报文的类型,132,ICMP差错报告报文主要有： 目的不能到达 源站抑制 数据报超时 参数问题 重定向（改变路由）,（1）ICMP差错报告报文,133,ICMP询问报文主要有： 回送请求和回答报文 时间戳请求和回答报文 掩码地址请求和回答报文 路由器询问和通告报文,（2）ICMP询问报文,134,1、地址转换协议ARP （1）地址转换协议ARP的作用 地址转换协议ARP的作用： 在Internet中，每一个物理网络中的主机都具有自己的物理地址，并且这些主机不能直接识别IP地址。,2.2.3 ARP和RARP,135,即IP地址是不能直接用来通信的，在实际链路上传送数据帧时，必须使用物理地址。 所以在Internet中要求提供实现物理地址与IP地址转换的协议。 地址转换协议ARP的作用是将IP地址转换为物理地址。,136,逆向地址解析协议RARP的作用是将物理地址转换为IP地址。,2、逆向地址转换协议RARP,137,1、IP多播的基本概念 IP多播就是在IP网上进行一对多的通信，即由一个源点发送到许多个终点。 IP多播可以分为两种：一种是只在本局域网上进行硬件多播，另一种是在IP网的范围进行多播。,2.2.4 IP多播及IGMP,138,IGMP的作用：路由器为建立多播转发路由必须了解每个多播组成员在Internet中的分布，所以主机应该能将其所在的多播组通知给本地路由器。,2、Internet组管理协议IGMP,139,主机与本地路由器之间使用IGMP来进行多播组成员信息的交互。 在此基础上，本地路由器再与其他多播路由器通信，传播多播组的成员信息，并建立多播路由。,140,2.3 UDP和TCP协议,2.3.1 可靠传输的原理 运输层几种保证可靠传输的协议。,141,停止等待协议规定：发送端采用停止等待发送方式，即每发送一个报文段就暂停下来，等待接收端的确认。,1、停止等待协议,142,数据链路层概述,它是OSI-RM的第二层，设立目的在于将 一条原始的、有差错控制的物理线路变为对网络层无差错的数据链路。,143,数据链路,(1)链路是指一条无源的点到点的物理线路 段,中间无任何交换节点。 (2)数据链路物理链路加上必要的通信规程。 在数据通信中采用复用技术时，一条链路上可以有多条数据链路。 (3)数据链路层：首要任务在于管理数据传输。通 过本层协议，在不太可靠的物理层链路上实 现可靠的数据传输。 数据链路层多采用面向比特的协议。,144,数据链路层的基本概念,现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。 一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。,145,数据链路层像个数字管道,常常在两个对等的数据链路层之间画出一个数字管道，而在这条数字管道上传输的数据单位是帧。 早期的数据通信协议曾叫作通信规程(procedure)。因此在数据链路层，规程和协议是同义语。,146,数据链路层的主要功能,(1) 链路管理 (2) 帧定界 (3) 流量控制 (4) 差错控制 (5) 将数据和控制信息区分开 (6) 透明传输 (7) 寻址,147,停止等待协议的优点是实现简单，但缺点是由于采用停止等待发送方式，通信信道的利用率不高。 为了提高通信信道的利用率，满足数据传输高效率的要求，可采用连续发送方式。,148,即发送端能够连续发送报文段，而不是在每发送完一个报文段后，就停下来等待接收端的确认。 发送端在连续发送报文段的同时，接收对方的确认。 若某报文段有错（或丢失），则将出错（或丢失）报文段或出错（或丢失）报文段及以后的各报文段重发。,149,这种协议称为自动重发请求ARQ (Automatic Repeat reQuest)协议。 根据重发方式的不同分为连续ARQ协议和选择重发ARQ协议。,150,停止等待协议 完全理想化的数据传输,数据链路层,主 机 A,缓存,主 机 B,数据链路,AP2,AP1,缓存,发送方,接收方,帧,高层,帧,151,完全理想化的数据传输 所基于的两个假定,假定 1： 链路是理想的传输信道，所传送的任何数据既不会出差