第二章 网络基础

第二章网络基础《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材主编：孙秀英网络基础计算机网络概念计算机网络就是将分布在不同地理位置的具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现资源共享的系统不同地理位置终端通信设备和通信线路资源共享《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材网络基础计算机网络结构资源子网通信子网路由器主机服务器通信子网：由通信控制处理机、通信线路和其他网络通信设备组成资源子网：由主机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材按覆盖范围分类计算机网络分类之计算机网络分类按覆盖范围分类按拓扑结构分类按传输方式分类按用途和采用技术分类按覆盖范围分类局域网LAN城域网MAN广域网WAN按覆盖范围分按覆盖范围分各类特点？《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材计算机网络分类局域网（LAN）局域网（LocalAreaNetwork，LAN），是指在一个较小的范围（例如一栋大楼、一所学校）内的计算机、终端和外部设备通过高速通信线路相连接形成的计算机网络。交换机交换机交换机………………办公室内局域网一栋楼内局域网路由器有线局域网VS无线局域网共享式局域网VS交换式局域网局域网的特点：1.有限的地理范围2.通常具有较好的性能3.易于建立、管理和维护《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材计算机网络分类城域网（MAN）城市区域网络简称城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN），覆盖范围约为几千米到几十千米，是介于局域网和广域网之间的一种高速网络城域网的特点：1.用于局域网之间的连接2.实现大量用户间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传递路由器XX工业大学局域网路由器XX师范大学局域网路由器路由器XX科技大学局域网XX信息大学局域网《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材计算机网络分类广域网（WAN）广域网（WideAreaNetwork，WAN），其网络覆盖范围巨大。广域网的覆盖范围从几十千米到几千千米不等。广域网可以覆盖若干个国家和地区，甚至横跨几个洲。接入广域网需要申请注意：路由器北京市网络路由器上海市网络路由器广州市网络西安市网络路由器……………………通信网络《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材网络拓扑结构网络拓扑结构网络拓扑网络拓扑是由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图。中心计算机小王的终端小李的终端小张的终端小型局域网的拓扑图总线型拓扑结构星型拓扑结构环型拓扑结构树型拓扑结构网状拓扑结构按拓扑结构分类：《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型OSI参考模型分层结构面向用户应用1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型面向数据通信Web服务电子邮件FTP路由器C路由器B路由器A主机A以太网ATM专线以太网《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型各层功能1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型定义了通信网络之间物理链路的电气或机械特性物理层负责将0、1的比特流与电压（高电平、低电平）或光等传输方式之间的互换，实现的是按位(bit)传输主机A主机B010101010101《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型各层功能1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型负责物理层面上互连的、节点之间的通信传输数据链路层利用物理层的服务，在通信的实体间透明地传输以“帧”为单位的数据单元，并采用差错控制和流量控制方法建立可靠的数据传输链路。010101010101主机A主机B数据帧与比特流之间的转换负责节点之间的数据传输《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型各层功能1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型传输以“分组”为单位的数据，完成目标寻址、路由转发的功能网络层由于网络是错综复杂的，要想传输到目的地，要解决的关键问题是选择路径，另外还要解决拥塞、服务质量等问题主机A主机B网路层负责选择一条路径将数据传送到目的端通信者A通信者B邮局收发邮件邮局收发邮件邮局分拣邮件邮局分拣邮件邮件运输部门邮件运输写信、贴邮票收集信件、盖邮戳分拣信件运输邮件拆信、阅读信件分发邮件分拣信件运输邮件第一层第二层第三层第四层《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型各层功能1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型在两个节点之间通信链路已建立的基础上，实现节点间端到端的传输传输层传输层要向会话层提供通信服务的可靠性，避免报文的出错、丢失、延迟时间紊乱、重复、乱序等差错。主机A主机B传输层在网络层的基础上实现端到端的传输应用程序1应用程序1通信者A通信者B邮局收发邮件邮局收发邮件邮局分拣邮件邮局分拣邮件邮件运输部门邮件运输写信、贴邮票收集信件、盖邮戳分拣信件运输邮件拆信、阅读信件分发邮件分拣信件运输邮件第一层第二层第三层第四层《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型各层功能1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型管理和协调不同主机上各种进程之间的通信会话层用户之间进行数据传输可以理解为用户之间进行对话，在传输层建立端到端连接的基础上，对话用户之间建立和释放会话连接，确保会话过程的连续性以及实现管理数据交换等功能。主机A主机B负责建立、管理和终止应用程序之间的会话《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型各层功能1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型关心的是所传输的数据的表现方式，它的语法和语义表示层表示层提供一个可供应用层选择的服务的集合，使得应用层可以根据这些服务功能解释数据的含义，它如同应用程序和网络之间的翻译官主机B语音、图像等数据格式转换数据加解密过程网络标准格式主机A《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材OSI参考模型OSI参考模型各层功能1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型提供用户应用程序和网络之间的接口应用层直接向用户提供服务，完成用户希望在网络上完成的各种工作。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP协议栈TCP/IP协议栈TCP/IP协议简介TCP/IP主要由传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)而得名，它是Internet上所有网络和主机之间进行交流所使用的共同“语言”，是Internet上使用的一组完整的标准网络连接协议。1.网络接口层2.网络层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈与OSI参考模型不同，TCP／IP模型更侧重于通信的实现方式发送端接收端Internet《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP协议栈TCP/IP协议特点1.网络接口层2.网络层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈开放的协议标准独立于特定的网络硬件统一的网络分配地址标准化的高层协议可以免费使用，并独立于特定的计算机硬件与操作系统可以运行在局域网、广域网，更适合于互联网使得整个TCP／IP设备在网络中都具有唯一的地址可以提供多种可靠的用户服务《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP协议栈TCP/IP与OSI对应关系1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.会话层6.表示层7.应用层OSI参考模型1.网络接口层2.网络层3.传输层4.应用层TCP/IP协议栈1.物理层2.数据链路层3.网络层4.传输层5.应用层分解后TCP/IP协议栈《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP通信处理方式TCP/IP通信处理过程TCP/IP数据封装过程TCP/IP数据解封装过程理解TCP/IP通信处理方式理解TCP/IP数据封装过程理解TCP/IP数据解封装过程学习目标TCP/IP通信处理方式TCP/IP通信处理过程发送端接收端路由器应用层应用程序传输层网络层数据链路层物理层应用层传输层网络层数据链路层物理层应用程序网络层数据链路层物理层封装解封装《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP通信处理方式TCP/IP数据封装过程应用层传输层网络层数据链路层物理层数据数据TCP首部数据TCP首部IP首部数据TCP首部IP首部数据TCP首部IP首部LLC首部LLC首部MAC首部FCSFCS010101011101001010101010101校验《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP通信处理方式TCP/IP数据解封装过程应用层传输层网络层数据链路层物理层数据数据TCP首部数据TCP首部IP首部数据TCP首部IP首部数据TCP首部IP首部LLC首部LLC首部MAC首部FCSFCS010101011101001010101010101校验《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP通信处理方式数据包的整体结构《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材传输层的主要功能传输层的主要功能小张小刘通信设备传输介质传输层关注的是：数据包在通信双方的终端上是如何知道将数据发送给哪个应用程序的呢《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP协议TCP/IP协议特点TCP/IP协议应用场景掌握TCP协议特点理解TCP协议格式学习目标TCP/IP协议TCP协议特点TCP:传输控制协议，为了在主机间实现高可靠性数据交换的传输协议TCP面向连接的可靠传输数据的破坏丢包重复分片顺序混乱IP协议面向无连接的不可靠的协议《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP协议TCP协议应用场景主要用于对网络传输可靠性高的环境HTTPFTPDNSTelnetSMTP《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP协议报文格式TCP协议报文结构TCP协议格式及个字段作用掌握TCP协议特点理解TCP协议格式学习目标TCP/IP报文格式源端口号1端口号占用16位源端口（16）源端口是由发送方进程产生的一个随机数，一般使用临时端口。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP报文格式目标端口号2端口号占用16位目标端口目标端口（16）接收端的进程接收端收到数据段后，根据其来确定把数据送给哪个应用程序的进程。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP报文格式端口号的使用端口号主要是区分服务类别和在同一时间进行多个会话FTP文件1(1025)文件2(1026)TCPIP

FTPWWW文件1(21)文件2(21)网页(80)TCPIP

WWW浏览器(1029)TCPIP

主机A服务器B主机C《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP报文格式端口号的分类端口号是由16位二进制数组成，最大为65535系统端口号又称知名端口号范围是0到1023每个端口号对应固定应用FTP20、21HTTP80对于应用程序，也可自行设定：HTTP8080用户端口号动态端口号又称注册端口号范围是1024到49151没有明确的定义服务对象又称临时端口号范围是49152到65535系统分配给应用程序使用使用完成后释放这个端口《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP报文格式端口号和协议的对应关系服务类型端口号传输层协议内

容ftp-data20tcp/udp文件传输协议ftp21tcp文件传输协议ssh22tcp/udpSSH远程登录协议telnet23tcp/udp远程登录协议smtp25tcp简单邮件传输协议dns53tcp/udp域名系统tftp69udp小型文件传输协议http80tcp超文本传输协议pop3110tcp邮局协议snmp161udp简单网络管理协议https443tcp超文本传输安全协议《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP报文格式序列号3占用32位不同的数据段序列号（SequenceNumber，32）《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP/IP报文格式确认号4占用32位下一个期望收到的段的序列号如果是X确认号（AcknowledgementNumber，32）代表前X-1各收到《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP连接建立与释放TCP连接建立过程TCP连接断开过程掌握TCP建立连接过程掌握TCP断开连接过程学习目标TCP连接建立与释放TCP连接建立过程Internet源端目的端建立连接三次握手TCP：面向连接的协议释放连接四次挥手请求确认确认延迟或丢失延迟或丢失《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP连接建立与释放TCP连接建立过程三次握手发送端接收端②应答确认seq=300，ack=101①请求建立连接seq=100SYN=1SYN=1，ACK=1③应答确认seq=101，ack=301源端口（16）目标端口（16）序列号（SequenceNumber，32）确认号（AcknowledgementNumber，32）数据偏移TCP报文格式保留字段URGACKPSHRSTSYNFIN窗口大小（16位）校验和（16）紧急指针（16）可选项填充数据SYNACKACK=1《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材TCP连接建立与释放TCP连接断开过程四次挥手发送端接收端②确认此方向断开seq=301，ack=102①请求断开连接seq=101FIN=1ACK=1④确认此方向断开seq=102，ack=303源端口（16）目标端口（16）序列号（SequenceNumber，32）确认号（AcknowledgementNumber，32）数据偏移TCP报文格式保留字段URGACKPSHRSTSYNFIN窗口大小（16位）校验和（16）紧急指针（16）可选项填充数据FINACKACK=1③请求断开连接seq=302，ack=102FIN=1《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材UDP协议格式及应用UDP协议特点及格式UDP协议应用了解UDP协议作用理解UDP协议格式了解UDP协议的应用学习目标UDP协议格式及应用UDP协议特点及格式UDP全称是用户数据报协议，它是一种面向非连接的协议。UDP不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点。分组传输顺序的检查与排序由应用层完成。实时流多媒体、实时多媒体播放器和游戏、IP电话（VoIP）TCP需要建立连接、需要确认、需要添加20字节的首部UDP不需要建立连接、不需要确认、不保证数据传送到对端《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材UDP协议格式及应用UDP报文格式源端口（16）目标端口（16）长度（16）校验和（16）数据bit0bit31UDP报文格式长度：指出UDP数据段中所包含数据的大小校验和：用来完成对UDP数据的差错检验《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材UDP协议格式及应用UDP协议应用流媒体VOIP游戏实时交流工具UDP协议没有流控、没有拥塞控制，除了校验和，没有差错控制《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材UDP协议格式及应用面向连接的TCP面向连接的会话建立的通信信道是一条逻辑链路主机A主机B路由器A路由器B路由器D路由器C1.源应用程序向目的端请求一个面向连接的通信会话2.两端建立会话3.在逻辑连接上开始数据传输4.传输结束时，信道解除连接TCP:使用顺序控制或重发机制保证数据传输的可靠性流控（流量控制）、拥塞控制、差错控制《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材UDP协议格式及应用面向无连接的UDP面向无连接的服务中，发送方和接收方之间没有建立连接，每个分组含有源地址和目的地址，自行寻址UDP是不具有可靠性的数据包协议如视频、咨询、股票等，用的几乎全都是UDP协议《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材UDP协议格式及应用两种协议比较TCPUDP比较方面协议类型可靠性控制机制发送顺序分组顺序面向连接面向无连接提供可靠传输提供不可靠传输流控、拥塞控制、差错控制无尽量按序到达不一定按序到达不会丢失数据，适合大数据量交换高速传输和实时性有较高要求的通信《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式IPv4报文格式版本（4）版本（version）1表示该数据报所使用的IP协议版本号0100IPv40110IPv6《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式存活时间（TTL）8避免报文在网络中永远存在。TTL（8）最大的生存期为255《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式协议（Protocol）9定义了该报文数据区使用的协议协议（8）协议字段值协议类型1ICMP2IGMP6TCP17UDP89OSPF《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式源、目的IP地址11源IP地址是报文的发送端的地址，

目的IP地址是报文接收端的地址。源IP地址（32）目的IP地址（32）源IP发送端接收端目的IP《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IP地址基础知识什么是IP地址网关的作用掌握IP地址的结构掌握子网掩码的作用掌握网关的作用学习目标子网掩码的作用IPv4报文格式IP地址基础知识网络层主要利用IP地址完成路由寻址功能。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式什么是IP地址IP地址是主机在Internet上的一个全世界范围内唯一32位标识符IP地址：点分十进制：用4个十进制数表示，中间用圆点隔开100.29.0.201100100000111010000000000000010888832位+++二进制：思考：计算机使用二进制，为什么用十进制表示IP地址呢？《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式IP地址结构100.29.0.20517–83808237网络号主机号区号电话号Internet网络1网络2网络3主机1主机2主机3互联网层次结构思考：如何确定网络号呢《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式子网掩码的作用通过将网络号所占二进制位置为1，主机号所占二进制位置为0，然后转换成十进制计算得来的。用来确定IP地址的网络号。100.29.0.2网络号主机号0110010000011101000000000000001011111111111111110000000000000000255.255.0.0表示方法：

/16前缀表示法计算网络号方法：IP地址与子网掩码与运算011001000001110100000000000000101111111111111111000000000000000001100100000111010000000000000000100.29.0.0《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式子网掩码的作用本网网络号：本网网络号：本网网络号：路由器A路由器B路由器C路由器D目的地址：目的地址：取出目的地址使用设定的子网掩码子网掩码：&网络号：主机A应用举例：《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材IPv4报文格式网关的作用一个网络的出口就称为网关。当一个主机要将数据发送给其他网络的主机时，通常首先将数据发往网关。路由器网络A……InternetF0F1F0：《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材分类的IP地址具体分类方式每类网络所包含主机数量掌握IP地址的分类掌握每类的网络位数掌握每类网络包含主机数量学习目标分类的IP地址具体分类方式A类B类C类D类E类字节1字节2字节3字节40网络号主机号10网络号主机号110网络号主机号1110多播地址1111预留第一字节范围000000000111111110000000101111111100000011011111111000001110111111100000111011110~127128~191192~223224~239240~255ABC三类为常用地址D类为多播地址保留为实验科研用

C类《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材分类的IP地址每类网络所包含主机数量IP地址类别网络地址长度子网掩码包含主机数量A类B类C类8位224-2=1677721416位216-2=6553424位28-2=25411111111000000000000000000000000255.0.0.0《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材特殊IP地址及应用网络地址多播地址理解特殊IP地址的应用学习目标保留地址广播地址环回地址特殊IP地址及应用网络地址网络地址包含了一个有效的网络号和一个全“0”的主机号。如：/8主机位全为0，为网络号，因此不能分配给主机使用。《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材特殊IP地址及应用IP地址分类练习AddressClassNetwork004620ABCCB不存在《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材特殊IP地址及应用广播地址包含一个有效的网络号和一个全“1”的主机号，即将IP地址中的主机号部分全部设置为1，如55/24路由器A路由器B路由器C目的地址：55路由器转发直接广播包发送到网络中的所有主机《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材特殊IP地址及应用广播地址也称受限广播地址，指32位全为“1”的IP地址，即55。用于本网广播，即被限制在本网络之中。路由器A路由器B路由器C目的地址：55路由器隔离有限广播包《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材特殊IP地址及应用多播地址多播（Multicast）也称为组播，D类的IP地址就属于多播地址。主机E主机F主机G路由器A主机A主机B主机C主机D发送多播数据包路由器复制多播数据包主机H主机I《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材特殊IP地址及应用

环回地址在A类网络中，当网络号部分为127，主机号为任意值时的地址称为环回地址。它主要用于网络软件测试以及本地进程之间的通信。本地主机《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材特殊IP地址及应用

保留地址表示所有不清楚的主机和目的网络C:\>routeprintActiveRoutes:NetworkDestinationNetmaskGatewayInterfaceMetric5820

1

88208820

5555881DefaultGateway:5169.254.*.*使用DHCP无法自动获取地址时，系统自动分配这个网段的地址《路由交换技术及应用》第4版“十四五”职业教育国家规划教材子网划分为什么要划分子网子网划分的方法了解子网划分的原因掌握子网划分的方法学习目标子网划分举例子网划分为什么要