TCPIP原理与IP地址规划.ppt

2020 2 15 TCP IP原理与子网规划 2020 2 15 本章学习目标 掌握TCP IP体系结构及各层功能掌握IPv4编址方法 2020 2 15 课程内容 TCP IP原理TCP IP各层的功能 TCP IP中网络层 传输层和应用层的功能和常用协议 IPv4编址方法 2020 2 15 TCP IP的历史简介 Host Internet TCP IP Host 1973 TCP IP正式提交1978 分成两个协议TCP和IP1983 正式成为所有网络与ARPANET互连的通信协议 2020 2 15 TCP IP的设计目标 TCP IP协议必须独立于硬件和软件的制造商 TCP IP协议必须具备内在的故障恢复能力 必须能够在各种不同的线路条件下 提供端到端可靠传输服务 必须具备很好的网络可扩展性 例如新增一个网络 不会导致现有网络的业务中断 2020 2 15 TCP IP与OSI参考模型比较 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 OSIModel 物理层 TCP UDP HTTp ICMPIPARP FTP SMTP Telnet TFTp SNMp DHCP BOOTP Ethernet PPP FR ATM X 25 TCP IPModel TCP IP的典型沙漏模型 HDLC E1 2020 2 15 TCP IP协议栈 应用层 会话层 表示层 传输层 TCP UDP 网络层 ICMP ARP IP 数据链路层 物理层 网络接口层 由底层网络定义的协议 S M T P F T P T E L N E T D N S S N M P N F S TFTP 提供应用进程使用网络服务的接口 提供进程到进程通信服务 提供主机到主机的通信服务 编址 路由和转发功能 物理介质访问控制 二进制数据流传输 IGMP 2020 2 15 TCP IP数据流封装过程 用户数据 TCP段 IP包 用户数据 TCP段 实际物理网络的帧 IP包 实际传输 TCP IP封装过程 PDU Userdata segment packet frame 实际物理网络的帧 bits 2020 2 15 应用层 传输层 网络层 网络接口层 文件传输 TFTP FTP NFSE Mail SMTP远程登录 Telnet rlogin网络管理 SNMP名称管理 DNS 应用层 2020 2 15 传输层 TransmissionControlProtocol TCP UserDatagramProtocol UDP 应用层 传输层 网络层 网络接口层 2020 2 15 传输层的功能 应用层数据的分段和重装 DATASEGMENT 提供应用进程间端到端的通信服务保证数据传送的可靠性 仅TCP 2020 2 15 端口号 TCP FTP TransportLayer TELNET DNS SNMP TFTP SMTP UDP ApplicationLayer 21 23 25 53 69 161 服务器一般都是通过知名端口号来识别应用进程的 端口号用来标示互相通信的应用进程 端口号 2020 2 15 TCP传输控制协议 源端口 16 目的端口 16 序列号 32 首部长度 4字节单位 确认号 32 保留 6 Flags 6 窗口大小 16 TCP校验和 16 紧急指针 16 Options 数据 0 16 31 Padding 2020 2 15 源端口 目的端口 HostA Dest port 23 将数据包送到我的TELNET端口 1028 23 SP DP HostZ 进程1TelnetZ TCP端口号 注 实际的TCP连接用四元组来表示 即源IP 目的IP 源端口 目的端口 2020 2 15 多个连接时端口号的使用 源端口 目的端口 HostA 1028 23 SP DP HostZ 进程1TelnetZ 进程2TelnetZ 1029 23 2020 2 15 Ijustsent 10 1028 23 Source Dest 10 Seq 5 Ack TCP序号和确认号综述 2020 2 15 Ijustsent 10 Ijustgot 10 nowIneed 11 1028 23 Source Dest 10 Seq 5 Ack 1028 23 Source Dest 11 Seq 6 Ack TCP序号和确认号综述 2020 2 15 Ijustsent 10 Ijustgot 10 nowIneed 11 1028 23 Source Dest 10 Seq 5 Ack 1028 23 Source Dest 11 Seq 6 Ack 1028 23 Source Dest 11 Seq 5 Ack TCP序号和确认号综述 2020 2 15 1028 23 Source Dest 11 Seq 6 Ack 1028 23 Source Dest 10 Seq 5 Ack 1028 23 Source Dest 11 Seq 5 Ack 1028 23 Source Dest 12 Seq 6 Ack Ijustgot 11 nowIneed 12 Ijustsent 11 TCP序号和确认号综述 2020 2 15 SendSYN seq 100 SYNreceived HostA HostB TCP三次握手 建立连接 2020 2 15 SendSYN seq 100 SYNreceived SendSYN ACK seq 300 ack 101 HostA HostB SYNreceived TCP三次握手 建立连接 2020 2 15 SendSYN seq 100 SYNreceived SendSYN ACK seq 300 ack 101 EstablishedACK seq 101 ack 301 HostA HostB SYNreceived TCP三次握手 建立连接 为了建立或初始化一个连接 两个TCP通信者必须同步各自的初始序号 初始序列号是建立一个TCP连接时的开始号 用于跟踪通信顺序并确保每个数据包传输时无丢失 2020 2 15 TCP四次握手 终止连接 ACK ACK FIN FIN 应用程序关闭 主机A 主机B 应用程序关闭 2020 2 15 Windowsize 1 Send1 Receive1 Sender Receiver 窗口控制 2020 2 15 Windowsize 1 Send1 Receive1 Ack2 Sender Receiver 基本概念 窗口控制 2020 2 15 Windowsize 1 Send1 Receive1 Ack2 Send2 Receive2 Sender Receiver 基本概念 窗口控制 2020 2 15 Windowsize 1 Send1 Receive1 Ack2 Send2 Receive2 Ack3 Sender Receiver 基本概念 窗口控制 2020 2 15 Windowsize 1 Send1 Receive1 Ack2 Send2 Receive2 Ack3 Send1 Send2 Receive1 Receive2 Windowsize 3 Send3 Receive3 Sender Receiver Sender Receiver 基本概念 窗口控制 2020 2 15 Windowsize 1 Send1 Receive1 Ack2 Send2 Receive2 Ack3 Send1 Send2 Receive1 Receive2 Windowsize 3 Send3 Receive3 Ack4 Sender Receiver Sender Receiver 基本概念 窗口控制 2020 2 15 Windowsize 1 Send1 Receive1 Ack2 Send2 Receive2 Ack3 Send1 Send2 Receive1 Receive2 Windowsize 3 Send3 Receive3 Ack4 Send4 Sender Receiver Sender Receiver 基本概念 窗口控制 2020 2 15 UDP用户报文协议 Sourceport 16 Destinationport 16 Length 16 Data ifany Bit0 Bit15 Bit16 Bit31 Checksum 16 8Bytes 无序号及确认不可靠 面向无连接开销小 快速 2020 2 15 TCP UDP 是否面向连接 面向连接 无连接 是否提高可靠性 可靠传输 不提供可靠性 是否流量控制 流量控制 不提供流量控制 传输速度 慢 快 协议开销 大 小 TCP UDP比较 2020 2 15 InternetProtocol IP 地址解析 反向解析协议 ARP RARP 互联网控制消息协议 ICMP 应用层 传输层 网络层 网络接口层 网络层 该层实现主机到主机的通信能力 包含路由 转发功能 编址三项主要功能 主要的协议也包括三个 IP ICMP和ARP 2020 2 15 IP数据包格式 版本 4 目的IP地址 32 Options Padding 数据 0 16 31 头部长度 4 服务类型 8 总长度 16 标识符 16 标志 3 片偏移 13 TTL存活时间 8 协议 8 报头校验和 16 源IP地址 32 2020 2 15 通过协议类型的内容决定目的地的上层协议类型 以进行正确的分组交付 传输层 网络层 TCP UDP 协议号 IP 17 6 协议类型字段 2020 2 15 ICMP Application Transport IP DataLink Physical DestinationUnreachableEcho Ping Other ICMP 1 ICMP工作在网络层 实际中扮演了网络层的差错报告机制 2020 2 15 ICMP差错消息的含义 常见错误消息表 2020 2 15 ARP工作机制 172 16 3 1 172 16 3 2 IP 172 16 3 2 我需要IP地址为172 16 3 2主机的物理地址 作用 隐藏底层网络物理地址 以允许给每台主机分配任意IP地址组成 1 发送数据时 实现IP地址向MAC地址的映射2 回答其它机器的ARP请求 2020 2 15 ARP工作过程 IP 172 16 3 2Ethernet 0800 0020 1111 172 16 3 1 172 16 3 2 IP 172 16 3 2 我听到广播包了 这条消息是给我的 这是我的物理地址 我需要IP地址为176 16 3 2主机的物理地址 2020 2 15 课程内容 TCP IP原理IPv4编址方法IPV4地址介绍和编址方法 2020 2 15 172 18 0 2 172 18 0 1 172 17 0 2 172 17 0 1 172 16 0 2 172 16 0 1 SA DA Header DATA 10 13 0 0 192 168 1 0 10 13 0 1 192 168 1 1 IPv4地址介绍 TCP IP协议要求网络上的每一个接口都必须拥有一个IP地址 32位二进制 网络部分和主机部分 一个IP子网由具有相同IP地址前缀的网络接口构成 2020 2 15 IPv4地址 172 16 2 1 172 16 3 10 172 16 12 12 10 1 1 1 10 250 8 11 10 180 30 118 172 16 12 12 Network Host 172 16 2 1 10 6 24 2 Fei 1 1 Fei 1 2 路由器每个端口连接一个IP子网 不同子网要求不同的网络前缀 点分十进制表示法 2020 2 15 1 ClassA Bits 0Network 8bit Host 8 9 16 17 24 25 32 Range 1 126 1 ClassB Bits 10Network 16bit Host 8 9 16 17 24 25 32 Range 128 191 1 ClassC Bits 110Network 24bit Host 8 9 16 17 24 25 32 Range 192 223 1 ClassD Bits 1110 组播 8 9 16 17 24 25 32 Range 224 239 IP地址分类 1 ClassE Bits 11110 8 9 16 17 24 25 32 Range 240 255 保留地址 2020 2 15 特殊IP地址 RFC1918中规定如下地址是私有地址 一个A类地址10 0 0 0 16个B类地址172 16 0 0 172 31 0 0 256个C类地址192 168 0 0 192 168 255 0 用于广播 也称定向广播 需要指定目标网络 主机地址全1 用于指定网络本身 称之为网络地址或者网络号 主机地址全0 指本地节点 一般为127 0 0 1 用于测试网卡及TCP IP软件 网络127 0 0 0 用途 地址 2020 2 15 11111111 可用主机地址数量计算 1721600 10101100 00010000 00000000 00000000 161514131211109 87654321 Network Host 00000000 00000001 11111111 11111111 11111111 11111110 00000000 00000011 11111101 1 2 3 65534 65535 65536 2 65534 N 2N 2 216 2 65534 172 16 0 0网络的广播地址 172 16 0 0网络的网络ID 2020 2 15 子网划分 背景传统分类地址方案地址空间的使用效率不高 地址空间紧张 需要提高现有地址的使用效率 子网划分 Subnetting 将IP地址中的一部分主机ID比特扩展为子网ID相当于将原来主机ID和网络ID的分界线右移 2020 2 15 172 16 0 0 子网划分 172 16 0 1 172 16 0 2 172 16 0 3 172 16 255 253 172 16 255 254 采用自然掩码 不对网段进行细分 比方说B类的172 16 0 0 自然掩码为255 255 0 0 不划分子网 网络是一维扁平的 广播域太大 一个广播域中机器数量过多 性能无法保障 2020 2 15 172 16 2 3 172 16 2 2 172 16 2 4 172 16 2 1 172 16 3 5 172 16 3 6 172 16 3 7 172 16 3 1 Fei 1 1 Fei 1 2 172 16 2 160 Network Host Network Interface 172 16 2 0172 16 3 0 NewRoutingTable Subnet 子网划分 Fei 1 2 Fei 1 1 2020 2 15 子网掩码 确定网络位 255 255 0 0 IP地址 缺省掩码 8位子网掩码 网络位 主机位 子网位 主机位 也可写作 16 其中16表示掩码的位数 11111111 11111111 00000000 00000000 也可写作 24 其中24表示掩码的位数 网络位 主机位 网络位 255 255 255 0 11111111 11111111 11111111 00000000 2020 2 15 网络位扩展了8位 子网掩码 确定网络位 16 网络位 主机位 172 16 2 160 255 255 255 0 172 2 0 10101100 11111111 10101100 00010000 11111111 00010000 11111111 00000010 10100000 00000000 00000000 00000010 子网位 网络地址 128192224240248252254255 2020 2 15 子网掩码 确定网络位 续 172 16 2 160 255 255 255 192 10101100 11111111 10101100 00010000 11111111 00010000 11111111 00000010 10100000 11000000 10000000 00000010 16 172 2 128 网络地址 128192224240248252254255 128192224240248252254255 网络位扩展了10位 网络位 主机位 子网位 2020 2 15 16 172 2 160 10101100 00010000 10100000 00000010 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 4 1 地址计算示例 2020 2 15 10101100 11111111 00010000 11111111 11111111 10100000 11000000 00000010 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 1 2 16 172 2 160 地址计算示例 2020 2 15 10101100 11111111 00010000 11111111 11111111 10100000 11000000 00000010 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 1 2 3 7 地址计算示例 16 172 2 160 2020 2 15 10101100 11111111 00010000 11111111 11111111 10100000 11000000 10000000 00000010 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 1 2 3 4 地址计算示例 16 172 2 160 2020 2 15 10101100 11111111 00010000 11111111 11111111 10100000 11000000 10000000 00000010 10111111 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 1 2 3 4 5 6 地址计算示例 16 172 2 160 2020 2 15 10101100 11111111 00010000 11111111 11111111 10100000 11000000 10000000 00000010 10111111 10000001 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 1 2 3 4 5 6 16 2 160 地址计算示例 16 172 2 160 2020 2 15 地址计算示例 10101100 11111111 00010000 11111111 11111111 10100000 11000000 10000000 00000010 10111111 10000001 10111110 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 1 2 3 4 5 6 7 16 172 2 160 2020 2 15 地址计算示例 10101100 11111111 10101100 00010000 11111111 00010000 11111111 00000010 10100000 11000000 10000000 00000010 10101100 00010000 00000010 10111111 10101100 00010000 00000010 10000001 10101100 00010000 00000010 10111110 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 1 2 3 4 5 6 7 8 16 172 2 160 2020 2 15 地址计算示例 10101100 11111111 10101100 00010000 11111111 00010000 11111111 00000010 10100000 11000000 10000000 00000010 10101100 00010000 00000010 10111111 10101100 00010000 00000010 10000001 10101100 00010000 00000010 10111110 Host Mask Subnet Broadcast Last First 172 16 2 160 255 255 255 192 172 16 2 128 172 16 2 191 172 16 2 129 172 16 2 190 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 172 2 160 2020 2 15 子网掩码练习 Address SubnetMask Class Subnet 172 16 2 10 10 6 24 20 10 30 36 12 255 255 255 0 255 255 240 0 255 255 255 0 步骤 1 先将IP地址和子网掩码写成2进制形式 2 将2进制形式的IP地址和子网掩码进行按位与运算 3 运算结果再转换回点分十进制 2020 2 15 Address SubnetMask Class Subnet 172 16 2 10 10 6 24 20 10 30 36 12 255 255 255 0 255 255 240 0 255 255 255 0 B A A 172 16 2 0 10 6 16 0 10 30 36 0 子网掩码练习 答案 2020 2 15 计算广播地址练习 Address Class Su