交换与路由技术课件 第1章 网络互联基础

第八章IPv6技术01

OSI参考模型02

TCP/IP协议03

IPv4地址与子网掩码CONTENT目录04

认识IPv605

网络类型06

网络互连设备

1.1OSI参考模型为了克服不同厂商计算机设备的互连，更好地推动互联网络的发展，国际标准化组织（ISO）制定了网络互连的参考模型，该模型框架分为7层，后来被称为：开放系统互连参考模型，简称为OSI/RM（OpenSystemInternetworkReferenceModel），其内涵是集成了常规适用的规范集合，不同计算机设备生产厂商都以这些规范为标准，则能够使全球范围的计算机能够进行互连通信。1.1OSI参考模型7层模型结构OSI的7个层次可以由低到高依次划分为：Physical（物理层）、DataLink（数据链路层）、Network（网络层）、Transport（传输层）、Session（会话层）、Presentation（表示层）和Application（应用层），其中应用层、表示层和会话层可以统一视为应用层，而剩余各层则可视为数据流动层。1.1.2OSI参考模型每层功能1．应用层OSI模型中的最高层称为应用层，是直接向用户提供服务的一层。由于用户的通信内容需要应用进程处理，为了解决不同类型的应用需求，这就要求应用层采用不同的应用协议来提高服务，同时要保证这些不同类型的应用所采用的下一层通信协议是相同的。应用层中含有若干相互独立的用户通用协议模块，为通信用户双方提供专用的程序服务。当然，这里所指应用层并不是具体的应用程序，而仅仅是为应用程序提供服务的协议模块。1.1.2OSI参考模型每层功能2．表示层表示层是为了提供应用服务之间提供表示方式的服务的，采用封装应用层的通信信息。表示层只关注的是所传送数据需要涉及到的语法和语义。表示层的主要作用是处理两个建立连接的通信端交换信息所采用的表示方式，主要包括数据解压与压缩、数据解密与加密、数据格式转变等。在网络带宽相同的前提下，数据压缩的越小其完成传输的速率就越快，所以数据解压与压缩是网络传输速率高低的最重要的因素。同样，数据加密服务是实现网络安全最为重要的要素，其确保了数据在传输过程中的安全性，也是各种安全服务最需要重视的因素。表示层为应用层所提供的服务包括：联接管理、语法转换和语法选择。1.1.2OSI参考模型每层功能3．会话层会话层是提供维护两个节点之间联接服务的，保证点到点的传输和畅通，以及管理和维护数据交换等功能。会话层负责在双方的通信应用进程上创建、管理维护和结束会话。会话层还可以通过控制会话，来决定使用特定的某种通信方式，例如：采用全双工通信或半双工通信。会话层还可以通过自身的协议来对请求与应答双方进行协调管理。1.1.2OSI参考模型每层功能4．传输层传输层在7层模型中，居在中间一层，是衔接网络体系结构中高低层之间的接口层。传输层不但是一个独立的结构层，而且是整个理解和学习OSI体系协议的重要层次。传输层主要为通信用户提供End—to—End（端到端）服务，其作用有：处理次序混乱、数据包报错等传输过程中可能出现的问题。传输层是OSI体系框架中最为重要的一层，它为上三层屏蔽了下三层数据的通信细节，使用户完全不用考虑网络层、数据链路层和物理层工作的具体通信细节。传输层使用网络层提供的网络联接服务，根据用户的、系统的需求可以选择数据传输时使用可靠的面向连接服务或是非可靠的面向无连接服务。1.1.2OSI参考模型每层功能5．网络层网络层主要功能是为通信双方节点创建逻辑链路，通过定义好的路由选择算法，为数据分组规划最佳传输路径，从而实现网络互联、拥塞控制等功能。网络层主要设备为路由器，是整个网络的关键层，它负责把数据分组从源网络，通过路由寻址，传输到目标网络。将多个网络通过网络设备组成在一起的集合称之为互联网，网络与网络之间的通信则通过网络层的路由选择功能，使得多个网络能够互联互通，达到信息得以共享目的。网络层提供的服务有面向连接和面向无连接两种类型。面向连接的服务是可靠的连接服务，在数据在交换之前，通信双方先建立联接，然后再传输数据，数据传输完成后，断开之前建立连接。例如，以虚电路服务的方式则是实现面向联接的服务。面向无连接的服务是一种不可靠的服务，不能防止报文的失序、重发或丢失。面向无连接的服务优点是其服务方式非常迅速，并且灵活方便。例如，以数据报服务的来实现面向无连接的服务。1.1.2OSI参考模型每层功能6．数据链路层数据链路层位于第二层，是在通信实体之间，建立和维护数据链路链接，其基本传输单位为“帧”，为网络层提供流量控制和差错控制服务。数据链路层可以细分为MAC（介质访问控制子层）和LLC（逻辑链路控制子层）两层。其中，MAC的首要任务是定义在物理线路上传输“帧”的规则。而逻LLC则管理在同一条链路上设备之间的通信。LLC主要负责逻辑上分析、鉴别不同类型的协议，然后对其进行封装。因此LLC会接受分组的数据报、网络协议数据，并且会封装更多的控制信息，从而把这个分组传送到它的目标设备。1.1.2OSI参考模型每层功能7．物理层物理层位于OSI参考模型中的最底层，主要功能是定义了系统的机械、电气、功能和过程标准。例如：最大传输距离、物理联接器、物理数据速率电压和其他的类似特性。物理层的主要作用是采用传输介质为数据链路层提供物理联接，负责数据流的物理传输工作。比特流是物理层传输的基本单位，即“0”和“1”，是最基本的电信号或者光信号，是最基本的物理传输特征。1.2TCP/IP协议TCP/IP协议是一个协议集合，其包括TCP协议和IP协议的协议族。TCP/IP协议是OSI的7层参考模型简化版。传统的OSI参考模型，是一种通信协议集合的7层抽象的参考模型，每一层都定义好某一特定任务。该模型的目的将复杂的网络模型用分层来简化，使各种硬件能在相同的层次上相互通信。而TCP/IP则采用了4层的层级结构，每一层都利用下一层所提供的服务来完成自己的需求。表1-1描述了TCP/IP每层次与之对应的功能。表1.1TCP/IP层次和功能1.2.3TCP/IP各层功能1.2.4OSI与TCP/IP两种模型的比较1．共同点（1）采用了协议分层方法将庞大且复杂的问题划分为若干较容易处理的范围较小的问题。（2）对应层的所定义的协议功能类似，两者都划分有应用层，传输层和网络层。（3）两者都可以解决不同网络的互联互通问题，达到不同厂商计算机之间通信目的。（4）两者都是构建计算机通信的国际标准。OSI参考模型建立的初衷就是国际通用的，而TCP/IP参考模型则是当前网络界最被广泛使用的。（5）两者都能够提供面向连接和面向无连接的通信服务机制。1.2.4OSI与TCP/IP两种模型的比较2．不同点两者的不同点可以概括为模型设计的差别陈述和层间调用关系的不同对可靠性的强调。标准的效率和性能上的不同，市场应用和支持上的差别等。1.3IPv4地址与子网掩码IP地址就是一个32位的地址，用来分配给每个Internet上的主机使用。IP地址可以用来定位网络中的计算机和网络设备。1．IP地址的组成在讲解IP地址之前，先介绍一下大家熟知的中国电信长途电话号码，通过该长途电话号码来理解IP地址的网络标识和主机标识。中国电信长途电话号码由区号和主机号码组成。如图1-3所示，广州市的区号是：020，佛山市的区号是：0757，东莞市的区号是：0769。同一地区的电话号码由于拥有相同的区号，打本地电话不需要在电话号码加上区号，而打长途电话则需要在主机号前面加上区号。1.3IPv4地址与子网掩码环回地址本地链路全局单播1.3IPv4地址与子网掩码环回地址本地链路全局单播计算机的IP地址借鉴了电话号码的区号实现原则，设计者将IP地址也划分为两个组成部分：网络标识和主机标识。如图1-4所示，同一网段中，所有计算机配置的IP地址，共同部分就是网络标识。路由器的作用就是用来连接不同网段的网络，其重要的职责之一就是转发不同网段之间的数据，从而将更多的、范围更小的网络组建成较大的、规模更复杂的大网络。二层交换机与路由器的作用不同，其设计的初衷就是工作于数据链路层，所能连接的是同一网段的计算机，负责该网段的计算机数据转发。2．IP地址的格式按照TCI/IP的定义，IPv4的地址用32位二进制形式来表示。换算成字节，就是4字节，例如，某个采用二进制形式的IP地址是10101101000110001000000110000001。这么长的地址，人们处理起来也太费劲了。为了方便人们的使用，这些位通常被分割成四个部分，每一部分为8位二进制，中间使用符号“.”分开。即10101101.00011000.10000001.10000001，虽然做了简化处理，但对于人们来说，记忆和处理还是十分困难，这时的IP地址经常被写成十进制的形式，于是，上面的IP地址可以表示为“173.24.129.129”。IP地址的这种表示法叫做点分十进制表示法。这显然比1和0容易记忆得多。3．子网掩码根据RFC950定义，子网掩码是一个与IP地址具有相同位数的32位的二进制数，其对应网络地址的所有位都置为1，对应于主机地址的所有位置都为0。子网掩码的作用是将与IP地址所对应的每个比特位进行一对一的“与”运算，其运算结果可以将一个IP地址划分出隶属于哪个子网和主机的位掩码两部分内容。因此，子网掩码需要与IP地址一起使用。1.3.2IP地址的分类IETF将IP地址分为成A、B、C三个普通类加上两个D、E特殊类。每一个IP地址包括两部分：网络地址和主机地址，上面五类地址对所支持的网络数和主机数有不同的组合。1.3.2IP地址的分类1．A类：0—127A类网络地址位为前8位，后24位为主机地址位。网络号码范围是0.0.0.0至127.0.0.0，用于128个网络。但是，该类型的起始地址，也就是0.0.0.0网络和最后一个地址127.0.0.0（保留用于回路）都不能使用，所以只剩下的126个网络可以使用，也就是第一个点分十进制数从1到126，而且，每个网络能容纳的IP地址为2的24次方-2，共有16777214个可能的主机地址（16777216减2）。所以，A类网络虽然数量少，但每一个网络中，能够分配使用的IP地址是非常庞大的，每一个都是超级大网络。1.3.2IP地址的分类2．B类：128—191B类网络地址位为前16位，后16位为主机地址位。网络号码范围是128.0.0.0至191.254.0.0，可以用于16256个网络。并且每个网络能够分配使用的IP地址共有2的16次方减2，共有65534个可能的主机地址。B类地址的划分可以说是中规中矩，既有16256个网络标识，每个网络中，又能容纳65534个可以使用的IP地址，所以，该类网络比较适用于较大规模的企业。1.3.2IP地址的分类3．C类：192－223C类网络地址位为前24位，后8位为主机地址位。网络号码范围是192.0.0.0至223.254.254.0，一共有2064512个网络。而每个网络中，能够容纳2的8次方减2，共有254个可能的主机地址。从中可以看出，C类网络数量庞大，而且每个网络都可以分配254个IP地址，一般的小型企业能够适应，所以，该类网络是比较常见的网络类型。1.3.2IP地址的分类4．D类：224－239D类地址用于在IP网络中的组播。D类组播地址机制仅有有限的用处。一个组播地址是一个唯一的网络地址。报文依据这个网络地址能够传输到预定义的IP地址组。因此，一台机器可以把数据流同时发送到多个接收端，这比为每个接收端创建一个不同的流有效得多。组播长期以来被认为是IP网络最理想的特性，因为它有效地减小了网络流量。1.3.2IP地址的分类5．E类：240－254E类地址虽被定义但却为IETF所保留作研究之用。所有的网络空间中，能够预留给终端分配的IP地址都需要“减2”，这是因为要减掉两个保留地址：一个是主机地址全为0的IP地址，这需要保留给这个网络标识使用，另外一个则是主机地址全为1的IP地址，这需要保留给广播使用。其余的地址，1-254则可以分配给主机使用。1.3.3子网规划1．默认子网掩码A、B、C类IP地址如果没有划分子网，即采用A、B、C类地址定义的地址方式，这时候A、B、C类地址严格分类，那么称这些IP地址采用的子网掩码为默认子网掩码。A、B、C类IP地址的默认子网掩码如下：A类：255.0.0.0（8位）；B类：255.255.0.0（16位）；C类：255.255.255.0（24位）。1.3.3子网规划2．变长子网掩码（VLSM）变长子网掩码（VLSM）指的是采用非默认（如8位、16位或24位等）的子网掩码长度，子网掩码中表示主机的位数可变。3．子网划分子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。最为直接的方法就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通信。但是划分子网有更简便的方法。1.3.3子网规划【例1-1】C类网络地址192.168.10.0，子网掩码255.255.255.192(/26)。（1）子网数=2*2-2=2（2）主机数=2的6次方-2=62（3）第一个有效子网是：256-192=64，所以第一个子网为192.168.10.64,第二个为192.168.10.128（4）广播地址：下个子网－1。所以2个子网的广播地址分别是192.168.10.127和192.168.10.191（5）有效主机范围是：第一个子网的主机地址是192.168.10.65到192.168.10.126；第二个是192.168.10.129到192.168.10.190。1.4认识IPv61.4.1IPv6地址概述IPv6是互联网协议第6版，由IETF设计的，用于替代IPv4的下一代IP协议，其地址数量非常庞大，形象地举个例子，IPv6所包含的地址能够为地球上的每一粒沙子分配唯一的一个地址。IPv4自定义和使用以来，一直存在着一个重要的问题，就是网络地址资源严重不足，从而制约了互联网的快速发展和应用。而推广使用IPv6，不但能够解决IPv4网络地址资源不足的问题，还解决了多种接入设备接入互联网的问题。1.4.2IPv6地址的表示方法IPv6的地址位数可以达到128位，是IPv4地址32位长度的4倍。由于IPv4传统的点分十进制格式不再适用于IPv6地址格式，所以采用十六进制表示。IPv6有3种表示方法。1．冒分十六进制表示法冒分十六进制表示法格式为X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X表示地址中的16位，以十六进制表示，例如：ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789。这种表示法中，每个X的前导0是可以省略的，例如：2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→

2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A1.4.2IPv6地址的表示方法2．0位压缩表示法在某些情况下，一个IPv6地址中间可能包含很长的一段0，可以把连续的一段0压缩为“::”。但为保证地址解析的唯一性，地址中”::”只能出现一次，例如：FF01:0:0:0:0:0:0:1101→FF01::11010:0:0:0:0:0:0:1→::10:0:0:0:0:0:0:0→::3．内嵌IPv4地址表示法为了实现IPv4-IPv6互通，IPv4地址会嵌入IPv6地址中，此时地址常表示为：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，前96位采用冒分十六进制表示，而最后32位地址则使用IPv4的点分十进制表示，例如::192.168.0.1与::FFFF:192.168.0.1就是两个典型的例子，注意在前96位中，压缩0位的方法依旧适用1.4.3IPv6地址分类IPv6协议主要定义了3种地址类型：单播地址（UnicastAddress）、组播地址（MulticastAddress）和任播地址（AnycastAddress）。与原来在IPv4地址相比，新增了“任播地址”类型，取消了原来IPv4地址中的广播地址，因为在IPv6中的广播功能是通过组播来完成的。单播地址：用来唯一标识一个接口，类似于IPv4中的单播地址。发送到单播地址的数据报文将被传送给此地址所标识的一个接口。组播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点），类似于IPv4中的组播地址。发送到组播地址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。任播地址：用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点）。发送到任播地址的数据报文被传送给此地址所标识的一组接口中距离源节点最近（根据使用的路由协议进行度量）的一个接口。1.4.3IPv6地址分类1.4.4过度技术IPv6不可能立刻替代IPv4，因此在相当一段时间内IPv4和IPv6会共存在一个环境中。要提供平稳的转换过程，使得对现有的使用者影响最小，就需要有良好的转换机制。这个议题是IETFngtrans工作小组的主要目标，有许多转换机制被