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第2章OSI模型及TCP IP协议 本章内容 OSI七层参考模型概述数据封装和拆封过程TCP IP协议栈IP地址及其分类IP地址的子网划分 课程议题 OSI七层参考模型概述数据封装和拆封过程TCP IP协议栈IP地址及其分类IP地址的子网划分 计算机网络介绍 计算机网络就是将分布在不同地理位置 具有独立功能的多台计算机 通过通信线路和通信设备相互连接起来 进行数据通信 实现资源共享 计算机通信的分类 单播 广播 多播 OSI参考模型 网络世界的法律 OSI参考模型 OpenSystemInterconnect开放系统互连参考模型OSI参考模型是由ISO 国际标准化组织 定义的 5 会话层 6 表示层 7 应用层 4 传输层 2 数据链路层 3 网络层 1 物理层 4 传输层 2 数据链路层 3 网络层 1 物理层 5 会话层 6 表示层 7 应用层 OSIReferenceModels 数据 网络设备传输数据的过程是按照OSI参考模型来运动的 面向用户应用 面向数据传输 OSI参考模型 OSI模型每层都有自己的功能集层与层之间相互独立又相互依靠上层依赖于下层 下层为上层提供服务 应用层 应用层的作用主要是为应用程序提供接口 从而使得应用程序能够使用网络服务 常见的应用层协议http ftp smtp pop3 telnet dns等 表示层 表示层的功能数据的解码和编码数据的加密和解密数据的压缩和解压缩表示层是各节点应用程序 文件传输的翻译官 会话层 会话层的作用主要是建立 维护 管理应用程序之间的会话 会话层的责任主要有 对话控制同步 传输层 传输层负责建立端到端的连接 负责数据在端到端之间的传输传输层通过端口号区分上层服务 传输层的主要功能 服务点编址分段与重组连接控制流量控制差错控制 网络层 为网络设备提供逻辑地址负责数据从源端发送到目的端负责数据传输的寻径和转发 网络层的主要任务 逻辑地址路由选择 数据链路层 数据链路层决定数据通讯的机制 差错检测提供对网络层的服务 数据链路层的构成 MAC层管理网络设备的物理地址 物理地址也被称作MAC地址 LLC层主要负责对各种网络协议进行封装 使得协议能在物理线路上传输 IEEE802 3以太网标准 数据 源地址 帧检测序列 类型 目的地址 可变 2 6 6 4 XXXXXXXXXXXX 由厂商分配给设备 由IEEE分配给厂商 如 锐捷网络00 D0 F8 前导位 MAC地址 8 单位 字节 EthernetII的帧格式 物理层 物理层的主要作用是负责二进制信号在物理线路上的传输 物理层是不提供数据的纠错服务的 但是在物理层上能对数据的传输速度作一定的控制 并能监测数据的出错率 在物理层传输电气信号的载体我们称之为位流或比特流 物理层所涉及的内容 物理层关心的是以下的一些内容 接口和媒体的物理特性位的表示传输数率位的同步线路配置 设备与媒体的连接 物理拓扑 星状拓扑 环状拓扑 总线拓扑等等 传输模式 单工 半双工或全双工 允许接入网络资源 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 建立 管理和终止会话 将分组从源端传送到目的端 提供网络互联 在媒体上传输比特 提供机械的和电气的规约 对数据进行转换 加密和压缩 提供可靠的进程到进程的报文传输和差错恢复 将比特组装成帧 提供节点到节点方式的传输 各层间的联系 课程议题 OSI七层参考模型概述数据封装和拆封过程TCP IP协议栈 数据段Segment 数据包Packet 比特Bit 数据帧Frame 协议数据单元 数据封装 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 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 发送数据的过程 就是一个数据封装的过程 设备A 设备B L7数据 L7数据 H6 L6数据 H5 L5数据 H4 L4数据 H3 L3数据 H2 010101000011110000101010 T2 传输媒体 数据通信过程 数据拆封 接收数据的过程 就是一个数据拆封的过程 课程议题 OSI七层参考模型概述数据封装和拆封过程TCP IP协议栈 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 传输层 Internet层 网络接口层 协议栈 利用一组协议完成OSI所实现的功能 TCP IP协议栈 是一组由不同的协议组合在一起构成的协议栈 TCP IP协议栈 TCP IP中的协议 IP数据包格式 主要用于 1 测试目的端的可达性 ping 2 测试到达目的端的路径 tracert pathping traceroute 扩展ping ICMP 网际控制消息协议 ARP 地址解析协议 ARP的作用 将IP地址解析为MAC地址 RARP ARP 地址解析协议 已知IP地址 解析为MAC地址 RARP 反向ARP 已知MAC地址 解析为IP地址 ARP相关问题 FreeARPIP地址冲突问题ARP欺骗网络中ARP欺骗出现的问题 TCP 传输控制协议 属于面向连接的网络协议UDP 用户报文协议 属于无连接的网络协议 应用层 传输层 Internet层 物理层 数据链路层 TCP IP传输层 主机A 1028 23 源端口 目的端口 主机B 应用客户端使用的源端口号一般为系统中未使用的且大于1023目的端口号为所进行的操作 如telnet为23 源 目的端口号 应用协议传输层协议端口号FTPTCP20 21TelnetTCP23HTTPTCP80DNSTCP UDP53TFTPUDP69 Well known端口 0 1023注册端口 1024 49151动态或私有端口 49152 65535 常见的端口号 TCP协议 TCP 传输控制协议TCP属于面向连接的协议TCP可以提供可靠的 有序的端到端之间的传输 并且进行流量控制 源端口号 16比特 目的端口号 16比特 顺序号 32比特 应答号 32比特 窗口大小 16比特 校验和 16比特 其它TCP控制信息 如SYN ACK等 数据 20 发送SYN 1 seq 100 接收SYN 发送SYN 1 ACK 1 seq 300ack 101 建立连接 ACK 1 ack 301 主机A 主机B 接收SYN ACK TCP三次握手过程 1028 23 SP DP 102 Seq 302 Ack 1028 23 DP 101 Seq 301 Ack 1028 23 SP DP 102 Seq 301 Ack 1028 23 SP DP 103 Seq 302 Ack SP HostA HostB TCP的工作过程 Seq序列号 标识该数据段在已发送数据流中的位置Ack应答 发送方通过返回一条消息来验证数据已被接收 Windowsize 3发送2 发送方 Windowsize 3发送3 第三个数据段被丢弃 Windowsize 2发送4 Windowsize 2发送3 ACK5Windowsize 2 接收方 Windowsize 3发送1 Window大小为发送方或接收方的缓存大小 TCP窗口数的应用 源端口号 16比特 目的端口号 16比特 其它UDP控制信息 数据 校验和 16比特 8字节 UDP应用在对延时比较敏感或不要求确认的数据传输时 UDP段格式 课程回顾 OSI七层参考模型概述数据封装和拆封过程TCP IP协议栈 课程议题 IP地址及其分类IP地址的子网划分 网络位 主机位 10101100 00010000 01111010 11001100 172 16 122 204 1286432168421 IP地址 IP地址属于网络层地址 用于标识网络中的节点设备 IP地址由32bit构成 每8bit一组 共占用4个字节IP地址由两部分组成 网络位和主机位 IP地址的分类 A类 B类 C类 D类 多播组编号E类 用于实验 8比特 8比特 8比特 8比特 1 A类 0NNNNNNN Host Host Host 8 9 16 17 24 25 32 1 126 1 B类 10NNNNNN Network Host Host 8 9 16 17 24 25 32 128 191 1 C类 110NNNNN Network Network Host 8 9 16 17 24 25 32 192 223 1 D类 1110MMMM 多播组 多播组 多播组 8 9 16 17 24 25 32 224 239 IP地址的分类 A类 10 0 0 0至10 255 255 255B类 172 16 0 0至172 31 255 255C类 192 168 0 0至192 168 255 255 私有地址 RFC1918 子网掩码 子网掩码用于区分一个IP地址的网络位和主机位将一个IP地址的网络位全置为1 主机位全置为0 这样一个新的地址就是该IP的子网掩码A类 255 0 0 0 8B类 255 255 0 0 16C类 255 255 255 0 24 VLSM和CIDR VLSM 可变长子网掩码 192 168 1 10 30172 16 1 0 2410 1 1 8 16CIDR 无类域间路由 192 168 1 0 16172 16 1 0 14 特殊的IP地址 本地回环地址127 0 0 1IP地址的网络位不变 主机位全为0192 168 12 0IP地址的网络位不变 主机位全为1192 168 12 255IP地址的网络位全为0 主机位随意0 0 0 23IP地址的网络位和主机位全为00 0 0 0IP地址的网络位和主机位全为1255 255 255 255 例题 1 求下列地址的网络编号和广播地址172 16 10 255 16192 168 1 30 282 请问下列地址是否可以分配给主机192 168 10 31 28172 16 10 255 193 请问下列地址中哪些地址分配给主机后可以直接通信 无需路由 192 168 10 34 29192 168 10 53 29192 168 10 31 29192 168 10 61 29 注意 网络编号和广播地址不能分配给主机使用 2N 2 公式 N 代表主机位数主机位全 0 表示网络编号主机位全 1 表示该网络中的广播 IP网络中主机数的计算方法 216 2 65534 172 16 0 0 172 16 0 1 172 16 0 2 172 16 0 3 172 16 255 253 172 16 255 254 B类网络可容纳的主机数量 课程议题 IP地址及其分类IP地址的子网划分 网络地址规划 已知一个C类网络192 168 6 0 24将其划分为20个子网 每个子网5台主机 192 0 主类网络 主机 子网数的计算 2n 2 168 6 255 0 主类网络位 主机位 255 255 11111111 11111111 11111111 00000000 255 0 255 255 11111111 11111111 11111111 11111000 VLSM 子网掩码 IP地址 在标准C类网基础上 通过借用主机位中的5位 标识为网络位 可划分25 32个子网 其中00000和11111不可用 真实可用子网数为30 每个子网主机数为23 2 6 子网划分 锐捷路由器支持全0和全1的子网Router config ipsubnet zero命令默认开启 192 16