现代交换原理第章PPT课件.ppt

1 9 2TCP IP协议 TransferControlProtocol InternetProtocol 传输控制 网际协议 又叫网络通讯协议 这个协议是Internet国际互联网络的基础 TCP IP实际上是一组协议 是Internet协议族 它包括上百个各种功能的协议 如 远程登录 文件传输和电子邮件等 而TCP协议和IP协议是保证数据完整传输的两个基本的重要协议 2 TCP IP协议的基本传输单位是数据包 TCP协议负责把数据分成若干个数据包 并给每个数据包加上包头 就像给一封信加上信封 包头上有相应的编号 以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式 IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址 这样数据找到自己要去的地方 就像信封上要写明地址一样 3 如果传输过程中出现数据丢失 数据失真等情况 TCP协议会自动要求数据重新传输 并重新组包 概括地说 IP协议保证数据的传输 TCP协议保证数据传输的质量 4 5 1 TCP IP协议结构 1 TCP IP分层模式 图7 31TCP IP和OSI网络体系结构 6 TCP IP通讯协议 应用层 应用程序间沟通的层 如简单电子邮件传输 SMTP 文件传输协议 FTP 网络远程访问协议 Telnet 等 传输层 它提供了节点间的数据传送服务 如传输控制协议 TCP 用户数据报协议 UDP 等 TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中 这一层负责传送数据 并且确定数据已被送达并接收 7 网络层 负责提供基本的数据封包传送功能 让每一块数据包都能够到达目的主机 但不检查是否被正确接收 如网际协议 IP 网络接口层 对实际的网络媒体的管理 定义如何使用实际网络 如Ethernet SerialLine等 来传送数据 8 IP协议 IP协议负责主机之间的数据传输 不进行检错和纠错 因此 经常发生数据丢失或失序现象 IP层接收由更低层 网络接口层例如以太网设备驱动程序 发来的数据包 并把该数据包发送到更高层 TCP或UDP层 相反 IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层 IP数据包是不可靠的 因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏 IP数据包中含有发送它的主机的地址 源地址 和接收它的主机的地址 目的地址 9 TCP TCP协议用于IP数据的传输 提高接收端的检错 纠错能力 如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包 那么IP将把它们向 上 传送到TCP层 TCP将包排序并进行错误检查 同时实现端到端的连接 TCP数据包中包括序号和确认 所以未按照顺序收到的包可以被排序 而损坏的包可以被重传 10 UDP 用户数据报协议UDP主要用于那些面向查询 应答的服务 11 地址解析协议 ARP 将一台计算机的IP地址翻译成等价的硬件地址的过程称作地址解析 12 互联网控制报文协议 ICMP ICMP与IP位于同一层 它被用来传送IP的的控制信息 主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息 13 为了使IP网络不仅能传送非实时的数据信息 而且还能传送实时的多媒体数据信息 国际上的标准化组织 如ITU IETF等已开始起草并完成了一些用于IP实时通信的标准 14 实时传输协议 实时控制协议RTP RTCP Real TimeProtocol Real TimeControlProtocol 资源预留协议RSVP ResourceReservationProtocol IP多点广播技术以及H 323标准 15 实时传输协议 实时控制协议 RTP RTCP是传输层协议 RTP位于用户数据包协议UDP UserDatagramProtocol 之上 负责多媒体数据的传送 RTP UDP没有TCP那么可靠 并且无法进行资源预留以及保证实时业务的服务质量 需要RTCP实时监控数据传输和服务质量 16 资源预留协议RSVP 在大型数据包网络如Internet Intranet中 为一个多媒体呼叫保留足够的带宽是很重要并且也是困难的 资源预留协议RSVP在现有的IP网络上实现带宽预留 为实时性视频和音频业务保留带宽 并设置队列管理方法 17 IP多点广播技术 IPMulticasting允许路由器依次将数据包复制到几个通道上 也就是说 采用多点广播技术 一个服务器可以向一组终端用户发送单一的多媒体信息流 而无需同时向每个目标站点发送一个数据拷贝 从而减少引起网络拥塞的可能性 18 应用层 传输层 网络层 网络接口层 IP数据报头部的格式 19 下一代Internet协议IPv6 由于近几年来Internet上的用户急剧增加 导致IP地址日趋短缺 据有关专家预测 当前的IP地址 将在5年内全部用完 下一代Internet协议IPv6就是为了解决目前日趋枯竭的IP地址 现在的IPv4的地址长度是32位 bit 理论上可以支持多达1600万个网络 容纳40亿台主机 但实际可用的网络数和地址数远小于这个数目 而IPv6的地址长度是128位 bit 可以提供3 4 1038个地址 足以满足未来全球信息基础设施的发展需要 20 IP编址方式 1 传统分类编址方式一个IP地址由4个字节共32位的数字串组成 这4个字节通常用小数点分隔 每个字节可用十进制或十六进制表示 如129 45 8 22和0 x8 0 x43 0 x10 0 x26就是用十进制和十六进制表示的IP地址 IP地址也可以用二进制表示 一个IP地址包括两个标识码 ID 即网络ID和主机ID 21 同一个物理网络上的所有主机都有同一个网络ID 网络上的每个主机 包括网络上的工作站 服务器和路由器等 只有一个主机ID与其对应 据此把IP地址的4个字节划分为两个部分 一部分用以标明具体的网络段 即网络ID 另一部分用以标明具体的节点 即主机ID 在这32位地址信息内有5种定位的划分方式 这5种划分方式分别对应于A B C D和E类IP地址 这样设计是为了不同规模 大规模 中等规模和小规模 组织的需要 22 IP地址分类 23 2 IP地址 IP地址的格式 24 A类 一个A类IP地址由1个字节的网络地址和3个字节的主机地址组成 网络地址的最高位必须是 0 每个字节有8位二进制数 B类 一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成 网络地址的最高两位必须是 10 C类 一个C类地址是由3个字节的网络地址和1个字节的主机地址组成 网络地址的最高三位必须是 110 D类 用于多播 第一个字节以 1110 开始 因此 任何第一个字节大于223且小于240的IP地址是多播地址 全零 0 0 0 0 地址对应于当前主机 全 1 的IP地址 255 255 255 255 是当前子网的广播地址 E类 以 1111 开始 为将来使用保留 25 凡是主机段 即主机ID全部设为 0 的IP地址称之为网络地址 如129 45 0 0 凡是主机ID部分全部设为 1 的IP地址称之为广播地址 如129 45 255 255 网络ID不能以十进制 127 作为开头 在此类地址中 数字127保留给诊断用 如127 1 1 1用于回路测试 同时 网络ID的第一个8位组也不能全置为 0 全 0 表示本地网络 网络ID部分全部为 0 和全部为 1 的IP地址被保留使用 传统分类编址方式使得同一物理网络上的所有主机共享一个相同的网络前缀 网络ID在互联网中选路时 只需检查目的地址的网络ID 就可以找到目的主机所在的物理网络 26 2 子网编址方式20世纪80年代 随着局域网的流行 如果按传统分类编址方式为每个物理网络分配一个独特的前缀 那么会迅速耗尽地址空间 因此人们开发了一种地址扩展来保存网络前缀 这种方法称为子网编址 SubnetAddressing 它允许多个物理地址共享一个前缀 子网划分是用来把一个单一的IP网络地址划分成多个更小的子网 subnet 这种技术可使一个较大的分类IP地址能够被进一步划分 子网划分基于以下原理 27 1 大多数网络中的主机数在几十台至几百台 甚至更高 而A类地址主机数为224 B类地址主机数为216 A类地址一般只能用于特大型网络 为了充分利用Internet的宝贵地址资源 可以将主机地址进一步细分为子网地址和主机地址 即主机属于子网 以有效地提高Internet地址资源的利用率 28 2 采用子网划分和基于子网的路由选择技术 能够有效降低路由选择的复杂性 提高选路的灵活性和可靠性 子网划分的方法如图所示 在Internet地址中 网络地址部分不变 原主机地址划分为子网地址和主机地址 与传统的分类地址一样 地址中的网络部分 网络前缀 子网 与主机部分之间的边界是由子网掩码来定义的 子网划分的原理 29 某公司的子网划分 30 图给出一个子网划分的例子 B类地址187 15 0 0被分配给了某个公司 该公司的网络规划者希望建立一个企业级的IP网络 用于将数量超过200个的站点互相连接起来 由于在IP地址空间中 187 15 部分是固定的 因此只剩下后面两个字节用来定义子网和子网中的主机 他们将第三字节作为子网号 第四字节作为给定子网上的主机号 这意味着该公司的企业网络能够支持最多254个子网 每个子网可以支持最多254个主机 因此 这个互联网络的子网掩码为255 255 255 0 这个例子说明了为整个网络定义统一子网掩码255 255 255 0的情况 它意味着每个子网中最大的主机数只能是254台 假如主机数目达到500台 或者主机数目非常少 那么采用固定长度子网掩码就非常不方便 31 9 3传统路由器的工作原理 路由器的功能 1 直接将报文传发到正确的目的地 2 维护在路由器中用来确定正确路径的路由选择表 路由器主要完成功能 寻找去往目的网络的最佳路径 由路由协议完成 转发分组 即对每一个经过路由器的分组都需要经过一系列操作 包括转发决策 交换分组 输出链路的调度等 32 33 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径 并将该数据有效地传送到目的站点 为了完成这项工作 在路由器中保存着各种传输路径的相关数据 路径表 RoutingTable 供路由选择时使用 34 路径表中保存着子网的标志信息 网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容 路径表可以是由系统管理员固定设置好的 也可以由系统动态修改 可以由路由器自动调整 也可以由主机控制 35 路由器通过端口与每个独立的子网相连 路由器从子网送过来的IP分组中提取目的主机的IP地址 与子网掩码进行运算后获得目的IP