现代通信网络 第2版 作者 沈庆国 邹仕祥 陈涓 第四章 ip基础

现代通信网络 第4章 IP基础,1,网络体系结构模型IP基础局域网广域网,第四章 IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,2,在线教务辅导网：,教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网,QQ:349134187 或者直接输入下面地址：,,现代通信网络 第4章 IP基础,3,4.1 网络体系结构模型 OSI参考模型 TCP/IP协议模型,现代通信网络 第4章 IP基础,4,体系结构与模型的定义,Architecture词义部件的有序安排；结构我们常常对现实世界自然或人工系统建立抽象的模型，通过对模型部件之间的连接结构和交互关系来描述系统的工作原理比如PC机模型：CPUOS软件外设,现代通信网络 第4章 IP基础,5,OSI参考模型,现代通信网络 第4章 IP基础,6,网络体系结构的内涵,网络体系结构是对层次划分、各层功能(协议)定义以及层间接口等的描述说明。体系结构是抽象的、概念性的具体的网络开发/实现时要依据体系结构来设计，相关的硬件和软件要符合标准。一个体系结构可以有多种实现比如华为、中兴、Cisco的实现,现代通信网络 第4章 IP基础,7,二、OSI各层作用 OSI参考模型采用7层协议结构（1）物理层（Physical Layer） 对物理线路进行数字化，以便透明地传送比特流。“透明”的意思是指上层交给的数据流不会被过滤掉或屏蔽掉，能够原样传到对方。（2）数据链路层（Data Link Layer） 在相邻节点之间无差错地传送以帧为单位的数据。,现代通信网络 第4章 IP基础,8,（3）网络层（Network Layer） 在网络端端之间传送分组。（4）运输层（Transport Layer） 在网络层提供的端端服务基础上，为端端用户提供可靠的通信服务。（5）会话层（Session Layer） 管理和协调两台计算机之间的信息交互，提供建立和使用连接的方法。一个连接就叫做一个”会话”。,现代通信网络 第4章 IP基础,9,（6）表示层（Presentation Layer） 解决用户信息的语法表示问题。（7）应用层（Application Layer） 确定应用进程的性质，为应用进程提供通信接口。,现代通信网络 第4章 IP基础,10,OSI/RM参考模型中数据的传输,现代通信网络 第4章 IP基础,11,实体、协议、服务及服务访问点,实体(entity)是任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 ，对等实体协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。协议三要素语法：数据与控制信息的结构或格式语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答同步：事件实现顺序的详细说明协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则,现代通信网络 第4章 IP基础,12,实体、协议、服务及服务访问点,服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务 。本层的服务用户只能看见服务而看不见下面的协议（下面的协议对上面的服务用户是透明的 ）服务访问点（SAP）是在同一系统中相邻两层之间交换信息的逻辑接口。也称端口（port）或套接字（socket）服务原语是同一系统中相邻两层交换信息所用的语言。四种类型：请求、指示、响应和证实,现代通信网络 第4章 IP基础,13,相邻两层之间的关系,服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语 服务访问点：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方 服务数据单元(SDU)：层间交换的数据 协议数据单元(PDU)：对等实体间交换的数据,现代通信网络 第4章 IP基础,14,数据报和虚电路的概念,网络层为接在网络上的主机所提供的服务可以有两大类：无连接服务，也称为数据报IP网络面向连接服务，也称为虚电路服务X.25，ATM,现代通信网络 第4章 IP基础,15,数据报 数据报方式有如下特点： 用户之间的通信不需要经历呼叫建立和呼叫清除阶段，对于短报文通信传输效率比较高。 数据分组传输时延较大，而且离散度大。 对网络故障的适应能力较强。,现代通信网络 第4章 IP基础,16,4.1 网络体系结构模型 OSI参考模型 TCP/IP协议模型,现代通信网络 第4章 IP基础,17,一、TCP/IP分层参考模型,现代通信网络 第4章 IP基础,18,二、TCP/IP与OSI/RM分层参考模型的比较,应用层,网络接口,网际层 IP,(各种应用层协议如TELNET, FTP, SMTP 等),运输层TCP，UDP,应用层,运输层,网络层,表示层,会话层,数据链路层,物理层,7654321,OSI,TCP/IP,数据链路层,物理层,现代通信网络 第4章 IP基础,19,OSI体系结构在市场上失败,OSI 的七层网络体系结构实现非常复杂，其商业产品很少TCP/IP 的四层网络体系结构取得市场优势，成为事实上的标准OSI/RM的失败原因：提出时间晚：OSI 协议出现时，TCP/IP 已被广泛地应用；过分理想和复杂导致效率低、实现困难；会话层和表示层几乎是空的、某些功能在各层重复出现、忽略了无连接服务、模型是由通信方面的人主持制定的。,现代通信网络 第4章 IP基础,20,不过OSI 体系结构中的很多概念对理解计算机网络的工作原理还是有很大帮助：协议、服务、服务访问点、服务原语,现代通信网络 第4章 IP基础,21,三、分层的优点,便于标准化、便于互通、便于扩展、便于实现各层之间是独立的：降低复杂度灵活性好：变化相互影响小结构可分开：便于采用不同的实现技术易于实现和维护能促进标准化工作：每层的功能及其所提供的服务都已有精确的说明,现代通信网络 第4章 IP基础,22,分层的缺点,分层的缺点：可能会降低通信效率处理环节多、功能重复/矛盾改进：跨层设计某层的设计基于其它层设计细节、多层联合调节某些参数违反分层原则，实现复杂，不利于升级和维护,现代通信网络 第4章 IP基础,23,例、无线网络中常用跨层设计,底层通知高层：信号弱了！,高层通知底层：现在传输的是语音！选用适合的无线信道编码以满足语音传输性能,现代通信网络 第4章 IP基础,24,网络体系结构模型IP基础局域网广域网,第四章 IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,25,互联网发展过程4.4.1 IP地址4.4.2 域名服务4.4.3 IP分组格式4.5 TCP4.6 Internet通信原理,IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,26,一、互联网和分组网络 的发展过程,1969 美国ARPAnet第一个分组网，原始互联网197080 各国建立商用分组数据网北方电信、IBM、DEC等公司推出产品我国1989年建立公用X.25网络1994 商业化WWW的出现90年代中后期以来，出现ATM、IP交换、MPLS、P2P等新技术,现代通信网络 第4章 IP基础,27,下一代互联网IPv6更好的安全性,现代通信网络 第4章 IP基础,28,二、IP地址分类及格式,IP地址格式 高位比特 格式 类型 - - - 0 7比特的网络号, 24比特主机号 A 10 14比特的网络号, 16比特主机号 B 110 21比特的网络号, 8比特主机号 C 1110 组播地址 D 111110 保留为今后使用 E,现代通信网络 第4章 IP基础,29,IP地址,A类地址,0 网络编号 主机地址,0 1 7 8 31,B类地址,1 0 网络编号 主机地址,0 1 2 15 16 31,C类地址,1 1 0 网络编号 主机地址,0 1 2 3 23 24 31,D类地址,1 1 1 0 组播地址,0 1 2 3 4 31,E类地址,1 1 1 1 0 保留,0 1 2 3 4 5 31,现代通信网络 第4章 IP基础,30,特殊的IP地址,主机部分全由“1”组成的IP地址被解释成“所有主机”如：55A类地址的网络号127被指定用于“回送”功能如：localhost ,现代通信网络 第4章 IP基础,31,地址的长度是32比特，通常用分成4节的12个数字表示，如：11100011 10000000 00000100 00000001是一个E类地址，可记为1。,现代通信网络 第4章 IP基础,32,子网划分与地址掩码,常规的IP地址,网络编号 主机地址,0 1 7 8 31,网络编号 子网编号 主机地址,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0,子网地址,子网掩码,在子网连接中，IP地址的主机部分被分成两个部分： 左边”1”部分用于识别子网编号 右边”0”部分用于识别该子网上的主机,现代通信网络 第4章 IP基础,33,子网实例1,在IP地址下，建立254个子网，每个子网最多能支持254台主机 网络编号 10000000.00000001.00000000.00000000 = 子网掩码 11111111.11111111.11111111.00000000 = 子网1 10000000.00000001.00000001.00000000 = 子网2 10000000.00000001.00000010.00000000 = 子网254 10000000.00000001.11111110.00000000 = 可以分配子网1的地址范围 低地址 10000000.00000001.00000001.00000001 = 高地址 10000000.00000001.00000001.11111110 = 54,现代通信网络 第4章 IP基础,34,子网实例2,在IP地址下，建立2个子网，每个子网最多能支持16381台主机 网络编号 10000000.00000001.00000000.00000000 = 子网掩码 11111111.11111111.11000000.00000000 = 子网1 10000000.00000001.01000000.00000000 = 子网2 10000000.00000001.10000000.00000000 = 可以分配子网1的地址范围 低地址 10000000.00000001.01000000.00000001 = 高地址 10000000.00000001.01111111.11111110 = 54,现代通信网络 第4章 IP基础,35,A类网络总共只有128个，目前很难再申请到。B类网络也不多。一般单位只能申请到C类地址，且往往是在C类网络中再做细分。近来Internet网络发展很快，IP地址更加紧张。,现代通信网络 第4章 IP基础,36,划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难。然而在 1992 年因特网仍然面临三个必须尽早解决的问题，这就是：B 类地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完毕！因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽。,无分类编址 CIDR1. 网络前缀,现代通信网络 第4章 IP基础,37,1987 年，RFC 1009 就指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可进一步提高 IP 地址资源的利用率。在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。,IP 编址问题的演进,现代通信网络 第4章 IP基础,38,CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。,CIDR 最主要的特点,现代通信网络 第4章 IP基础,39,无分类的两级编址的记法是： IP地址 := , CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在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（这个数值对应于掩码中比特 1 的个数）。CIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。 相当于网络中的主机地址范围,无分类的两级编址,现代通信网络 第4章 IP基础,40,CIDR 地址块,/20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是 12）。这个地址块的起始地址是 。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”。/20 地址块的最小地址：/20 地址块的最大地址：55全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用。,现代通信网络 第4章 IP基础,41,一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。路由聚合也称为超网合成(supernetting)。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）。对于 /20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。 斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。,路由聚合(route aggregation),现代通信网络 第4章 IP基础,42,CIDR 记法的其他形式,/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。/10 隐含地指出 IP 地址 的掩码是 。此掩码可表示为 11111111 11000000 00000000 00000000,现代通信网络 第4章 IP基础,43,构成超网,前缀长度不超过 23 bit 的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类规模的地址块。这些 C 类地址块合起来就构成了超网。CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。,现代通信网络 第4章 IP基础,44,CIDR 地址块划分举例,因特网,/22,/18,ISP,大学 X,一系,二系,三系,四系,28/2692/26,/2528/25/2528/25,/264/2628/2692/26,/24,/25,/264/26,28/25,/23,单位 地址块 二进制表示 地址数 ISP /18 11001110.00000000.01* 16384 大学 /22 11001110.00000000.010001* 1024 一系 /23 11001110.00000000.0100010* 512 二系 /24 11001110.00000000.01000110.* 256 三系 /25 11001110.00000000.01000111.0* 128 四系 28/25 11001110.00000000.01000111.1* 128,现代通信网络 第4章 IP基础,45,CIDR 地址块划分举例,因特网,/22,/18,ISP,大学 X,一系,二系,三系,四系,28/2692/26,/2528/25/2528/25,/264/2628/2692/26,/24,/25,/264/26,28/25,/23,这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中，就需要有 64 个项目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 /18 就能找到该 ISP。,现代通信网络 第4章 IP基础,46,三、域名服务系统,由于地址太长，难于记忆，给使用带来不便，为此就建立了域名服务系统DNS。网络上的每台计算机都有自己的名字，如东南大学的WWW服务器的名字是其中cn表示中国，edu表示教育网，seu表示东南大学，www表示WWW服务器。,现代通信网络 第4章 IP基础,47,用户通信时直接使用对方计算机的名字，网络软件会自动去域名服务器查询对方的具体地址号码。在DNS系统中，存有计算机名字到IP地址的映射表。就象电话网中的114查号台能根据用户名查出电话号码一样，Internet域名系统DNS能在域名名字与IP数字地址之间来回转换，并且是在用户不知道的情况下由计算机自动进行的，方便了用户的通信。,现代通信网络 第4章 IP基础,48,查询,回答,客户程序,客户端解答器,域名服务器,数据库,域名服务器,缓存,查询,回答,域名解析,DNS协议,现代通信网络 第4章 IP基础,49,地址解析协议 ARP,局域网上两台计算机之间传送IP分组时，要封装为为MAC帧，需要进行IP地址MAC地址的翻译，使用ARP协议。 当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 分组时，使用ARP进行MAC地址查询查到后将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。 并将相应MAC地址缓存起来,现代通信网络 第4章 IP基础,50,A,Y,X,B,Z,主机 B 向 A 发送ARP 响应分组,主机 A 广播发送ARP 请求分组,ARP 请求,ARP 请求,ARP 请求,,,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主机 的硬件地址,我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,,,00-00-C0-15-AD-18,现代通信网络 第4章 IP基础,51,应当注意的问题,ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。DNS与ARP：人 使用 域名IP软件 使用 IP地址在局域网中传MAC帧 使用 MAC地址,现代通信网络 第4章 IP基础,52,域名形象易记，并有简单的规范：.com 公司企业.net 网络服务机构.org 非赢利组织.edu 教育部门.gov 政府部门.mil 军事部门,现代通信网络 第4章 IP基础,53,作业47,9,现代通信网络 第4章 IP基础,54,4.1 互联网发展过程4.4.1 IP地址4.4.2 域名服务4.4.3 IP分组格式4.5 TCP4.6 Internet通信原理,IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,55,一、IP数据报分组格式,比特0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |Version| IHL |Type of Service| Total Length | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Identification |Flags| Fragment Offset | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Time to Live | Protocol | Header Checksum | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Source Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Destination Address | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Options | Padding | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Data | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+,现代通信网络 第4章 IP基础,56,二、各字段意义,Version：版本，4比特。这里是版本4。IHL: 首部长度，4比特，可表示的最大数值是15个单位（一个单位是4字节）。首部长度的最小值为5。,现代通信网络 第4章 IP基础,57,Type of Service:服务类型，8比特 其中比特 0-2: Precedence（优先级）. 比特 3: Delay（时延），0=正常时延, 1 =低时延. 比特 4: Throughput（吞吐量），0=正常, 1 =高吞吐量. 比特 5: Reliability（可靠性），0=正常，1=高 比特 6: C比特，是最近增加的，表示更低廉费用的路由 比特 7: Reserved（保留，以在未来使用）. 0 1 2 3 4 5 6 7 +-+-+-+-+-+-+-+-+ | PRECEDENCE | D | T | R | C | 0 | +-+-+-+-+-+-+-+-+,现代通信网络 第4章 IP基础,58,Total Length: 总长度，16比特Identification: 标识，16比特。用于区分不同的分组，便于分段后的重装。和寿命配合使用，可保证分组标识不重复，使分段的重装不混淆。Flags: 标志，3比特 比特 0: 保留，必须为0 比特 1: (DF) 0 =允许分段，1 = Dont Fragment（不许分段） 比特 2: (MF) 0 =最后一段，1 = More Fragments（还有后续分段）,现代通信网络 第4章 IP基础,59,Fragment Offset: 段偏移，13比特。表示一个分段在分组中的位置。单位为8字节。Time to Live: 寿命，8比特。单位是秒。寿命的建议值是32秒。Protocol: 上层协议类型，8比特Header Checksum: 首部校验和，16比特。,现代通信网络 第4章 IP基础,60,Source Address: 源地址，32比特Destination Address: 目的地址，32比特Options: 可选参数，长度可变。有时钟、安全、路由等方面的可选参数。Padding: 填充，用于保证首部的长度是32比特的倍数。用0来填充。,现代通信网络 第4章 IP基础,61,三、PING的使用 (Packet InterNet Groper),PING 用来测试两个主机之间的连通性。C:ping Pinging with 32 bytes of data:Reply from : bytes=32 time=1ms TTL=64Reply from : bytes=32 time1ms TTL=64Reply from : bytes=32 time1ms TTL=64Reply from : bytes=32 time1ms TTL=64Ping statistics for : Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),Approximate round trip times in milli-seconds: Minimum = 0ms, Maximum = 1ms, Average = 0ms,现代通信网络 第4章 IP基础,62,4.1 协议和体系结构的概念4.2 局域网基本知识4.3 广域网4.4 IP4.5 TCP4.6 Internet通信原理4.7 IPv6简介4.8 Internet服务及资源,现代通信网络 第4章 IP基础,63,一）运输层与TCP概述,在网络层提供端-端服务基础上, 为端-端用户提供可靠的通信服务. 可靠: 网络层端-端服务不一定是可靠的, 运输层服务要做得更可靠. 链路层、网络层、运输层协议可能都有差错控制，以提高可靠性，并在严重故障时向上层报告。它们在功能上有重复，增加了迟延，降低了效率。,现代通信网络 第4章 IP基础,64,运输层功能,连接管理为上层提供复用功能：如TCP中的套接字差错控制：重传。但超时间隔随机变化流量控制：窗口，但大小可变带宽动态变化,现代通信网络 第4章 IP基础,65,互联网的运输层,运输层协议主要有TCP、UDPTCP提供面向连接的服务，UDP提供无连接服务。,现代通信网络 第4章 IP基础,66,TCP,TCP是面向连接服务。它提供可靠服务的手段和链路层、网络层中面向连接服务在原则上是相同的：即给报文编号，收方回送应答，超时重发。,现代通信网络 第4章 IP基础,67,但由于连接两端运输层实体的网络比较复杂，且有可能是多个不同网络互连而成，这就使TCP协议又有自己的特点。,现代通信网络 第4章 IP基础,68,发送窗口、接收窗口尺寸可动态调整。 在TCP中，可发送的未应答信息长度是可以调整的。根据收方和网络负载情况，可动态调整窗口大小。比如当出现网络拥塞时，TCP会自动按照将窗口尺寸减小一半的方法来逐步减小发送流量。,现代通信网络 第4章 IP基础,69,慢启动、加速递减、拥塞避免,现代通信网络 第4章 IP基础,70,超时重发间隔：TCP超时间隔的计算较复杂，要使用很多参数，动态进行计算。当发生网络拥塞时，TCP按照逐步加倍超时间隔的方法来适应网络状态。,现代通信网络 第4章 IP基础,71,数据链路层和运输层往返时延概率分布运输层时延变化范围大,现代通信网络 第4章 IP基础,72,编号与确认：TCP把所传送信息看成一个连续的字节流。一个TCP报文所传送的信息段在该字节流中的位置就是该报文段的编号，收方可据此对报文段进行应答。,收到确认即可前移,100,200,300,400,500,600,700,800,900,101,201,301,401,501,601,701,801,1,可发送,不可发送,现代通信网络 第4章 IP基础,73,TCP中无否认应答NAK，其差错控制由ACK和超时重发完成。当收到错序的报文时应如何处理，TCP未做明确规定，而是让TCP实现者自行决定。因为按字节流编号方便了缓冲区管理，通常采用选择ARQ方式。,现代通信网络 第4章 IP基础,74,按字节流编号方便了收方缓冲区管理。如果收方收到错序报文，可以方便地嵌入接收缓存区中的适当位置。当所缺报文到达时，可以将接收缓冲区中的数据连续地拼接在一起，并提交给上层。这样可以避免对缓冲区进行搜索、避免出现内存碎片，提高了内存利用率和处理速度。,收方缓冲区,100,300,400,101没有到,301,1,先到,现代通信网络 第4章 IP基础,75,因为是字节流，TCP只完成字节流的透明传输，不需对字节流进行解释，也无需进行分段和重装。,100,200,300,400,101,201,301,1,发送,字节流向下交给TCP,应用层数据,接收,100,200,300,400,101,201,301,1,字节流向下交给TCP,应用层数据,现代通信网络 第4章 IP基础,76,保留,窗口大小,二）TCP报头格式,0 7 8 15 16 23 24 31,现代通信网络 第4章 IP基础,77,源端口和目的端口：各16比特，可表示64K个不同端口。端口是运输层向上层提供服务的接口，也就是运输服务访问点TSAP。不同的端口对应不同的应用层程序。,现代通信网络 第4章 IP基础,78,对于一些常用的应用层服务，都有一个对应的端口号码，这种端口号码叫做熟知端口（well-known port），数值为0-255。例如，FTP使用21号端口，SMTP使用25号端口，SNMP使用161号端口，TELNET使用23号端口。端口和IP地址结合在一起，就叫做插口或套接字（SOCKET）。,现代通信网络 第4章 IP基础,79,序号：32比特，可在4G字节的数据流中定位。我们上面已介绍过，TCP报文不是按报文个数来编号的，而是按它所传数据的第一个字节在数据流中的位置来编号的。,现代通信网络 第4章 IP基础,80,确认序号：32比特。表示期望收到的下一段数据的第一字节序号。数据偏移：表示数据从什么位置开始，也就是首部长度。4比特，可表达的长度范围是0-15，单位是4字节。即首部长度最大可达60字节。,现代通信网络 第4章 IP基础,81,URG（Urgent）：紧急比特。当收到URG=1的报文时，通知上层应用程序，目前数据流中有紧急数据(相当于高优先级的数据) ，应用程序不要按原来的排队顺序接收数据，而要先接收紧急数据。例如，发送方刚刚发送了很长的数据给对方，又有紧急的控制信息要发给对方，就可以用URG=1的方式。这时收方应用程序停止正常的数据接收，待取走控制信息后，再恢复正常数据接收。URG比特要和“紧急指针”配合使用。,现代通信网络 第4章 IP基础,82,紧急指针： 占 16 bit。紧急指针指出：在本报文段中紧急数据共有多少个字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）。,现代通信网络 第4章 IP基础,83,ACK：确认比特。ACK=1时“确认序号”才有意义，ACK=0时“确认序号”无意义。,现代通信网络 第4章 IP基础,84,PSH（Push）：急迫推进比特。PSH=1时应立即将报文发送出去，而不再等到整个缓存都填满了后再向上交付。,现代通信网络 第4章 IP基础,85,在上层应用程序和TCP程序之间，有一个缓冲区上层程序通过向这个缓冲区存入或取出数据，便可使用TCP提供的数据流传送服务。在传送数据时，应用程序使用它感到方便的数据段长度。这样的长度可能小到一个字节。TCP为了提高传送效率，要收集足够的数据，填入一个适当大小的TCP报文中，再通过网络发送出去。为了把数据立即传送给对方，便要使用PSH=1的方式：在发送方，TCP立即将发送缓冲区中数据全都发送出去，用不着等到收集到足够的数据；在接收方，上层应用程序立即把数据取走。,现代通信网络 第4章 IP基础,86,RST（Reset）：重建比特。RST=1时表明出现严重差错，必须释放连接，然后再重建运输层连接。,现代通信网络 第4章 IP基础,87,SYN：同步比特当SYN=1、ACK=0时，表明请求建立连接。当SYN=1、ACK=1时，表明同意建立连接。 FIN（Final）：终止比特。FIN=1时释放连接。,现代通信网络 第4章 IP基础,88,选项：长度可变。用来说明常规TCP没有的附加特性。常用的选项有“最大报文长度” MSS MSS (Maximum Segment Size)是 TCP 报文段中的数据字段的最大长度。利用选项，可增加网络需要的特性，如安全、移动等特性,现代通信网络 第4章 IP基础,89,三）TCP连接建立,现代通信网络 第4章 IP基础,90,作业：以网页传输为例简述TCP 通信过程 。,现代通信网络 第4章 IP基础,91,4.1 互联网发展过程4.4 IP4.5 TCP4.6 Internet通信原理 一、基本原理与结构 二、路由器转发原理 三、IP路由算法基本知识,IP基础,现代通信网络 第4章 IP基础,92,与信件邮递有些相似。用户信息被放在一个个分组中，每个分组都有一个“信封”Internet网络中路由器相当于“邮局”,一、基本原理与网络结构,现代通信网络 第4章 IP基础,93,“国际信件”互联网协议IP就是网络互联协议的工业标准,现代通信网络 第4章 IP基础,94,IP分组就相当于平信它比较简单，易于在各种广域网、局域网实现，使得整个网络具有灵活的拓扑结构，便于网络互联和扩展。,现代通信网络 第4章 IP基础,95,图4-10 Internet网络结构示意图,现代通信网络 第4章 IP基础,96,4.1 互联网发展过程4.4 IP4.5 TCP4.6 Internet通信原理 一、基本原理与结构 二、路由器转发原理 三、IP路由协议,本次课内容,现代通信网络 第4章 IP基础,97,路由器在网络层/互联网络层(IP层)提供连接服务，多协议路由器可以连接使用完全不同的网络层、数据链路层和物理层协议的网络。路由器与网桥重要差别路由器工作在第三层，可以判断网络号路由器了解整个网络，维持互联网络的拓扑，了解网络的状态，因而可使用最有效的路径转发分组。路由表中存储有关可能的目的网络及怎样到达目的网络的信息，如图4-11所示。,二、路由器转发原理,现代通信网络 第4章 IP基础,98,图4-11 路由表举例,现代通信网络 第4章 IP基础,99,路由器的基本结构,物理组成：由多个网卡、处理模块、缓冲模块、内部互连单元（交换结构）等几个基本的部分构成逻辑组成：控制平面：路由协议，生成路由表数据通道当数据包来到某个网卡接口时，被网卡交与处理模块处理，如果需要，它还会在缓冲模块中缓存，然后通过内部互连单元转发到输出接口,现代通信网络 第4章 IP基础,100,路由器的结构示意图,转发,网卡,控制卡,路由控制,路由表,背板,物理结构,路由表,拓扑和地址信息交换,包转发,相邻节点,相邻节点,数据包输入,数据包输出,逻辑功能结构,现代通信网络 第4