现代计算机网络原理_6：TCPIP协议体系结构.ppt

1、2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,1,现代计算机网络原理_6 TCP/IP协议体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,2,1、计算机网络基本结构 网络的物理拓扑结构 总线形、星形、环形、树形、网状形等 信道的种类 点对点、组播、广播 连接方式 面向连接方式：提供虚电路服务 非面向连接(无连接)方式：提供数据包传输服务,第六章 TCP/IP体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,3,2、网络体系结构的基本考虑 支持多种业务传输 不同性能的计算机的互联互通 多种通信技术的融合 各种不同传输介质的应用 异构网络的互

2、连,第六章 TCP/IP体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,4,3、网络体系结构的基本参考模型 国际标准化组织(ISO)提出的开发系统互连(OSI)的模型,第六章 TCP/IP体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,5,4、TCP/IP协议设计的基本原则 支持不同物理结构和技术的网络的互连 网络系统由独立的网络互连而成，其中的每个网络可自主运行，采用分布式的控制机制 网络层(IP层)提供“尽力而为”的服务，传输的可靠性由端到端的传输层协议或应用层协议来保证 网间的互连通过称为路由器(网关)的设备实现，路由器仅负责IP报文转发，不考

3、虑流的状态维护 对所有的报文同等对待(注：TCP/IP协议的发展，有些新增的协议改变了这一特性),第六章 TCP/IP体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,6,第六章 TCP/IP体系结构,5、TCP/IP的分层结构 网络协议的层次结构,ISO 七层协议 TCP/IP 协议,DATA LINK,PHYSICAL,NETWORK,TRANSPORT,SESSION,APPLICATION,PRESENTATION,NETWORK INTERFACE IEEE802.XX, FR, ATM),INTERNET (IP, ARP, RARP),TRANSPORT (T

4、CP or UDP),APPLICATION (FTP, TELNET, SNMP, DNS),ICMP, IGMP,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,7,OSPF,EGP,TCP,UDP,ICMP,IGMP,IP,RARP,ARP,RIP,BGP,Ethernet, Token Ring, PPP, and so on,Telnet, FTP, TFTP,HTTP,SNMP,SMTP, and so on,Port Number,Protocol Number,Type code,Application Layer,Data Link Layer,Internet

5、Layer,Transport Layer,5、TCP/IP的分层结构 TCP/IP协议的层间的关系,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,8,第六章 TCP/IP体系结构,5、TCP/IP的分层结构 网络层(IP层) IP报文的路由功能与转发机制 IP地址与物理地址(MAC地址)间的解析方式 网络基本的监控功能 传输层(TCP/UDP) TCP (Transport Control Protocol)：提供面向连接的、可靠的传输服务 UDP (User Datagram Protocol)：提供无连接的、不可靠但具有较高传输效率的服务 应用层 定义各种不同的服务类别，数

6、据结构和工作机制,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,9,第六章 TCP/IP体系结构,5、TCP/IP的分层结构 不同层间的相互关系与在传输过程中的作用 应用层、传输层是一种端到端的协议,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,10,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址 IP地址：提供网络上不同终端和网络设备的标识功能 互联网的IP地址通过统一管理分配 IP地址的管理机构：网络信息中心 (NIC) IP地址在网络层上屏蔽了异种网络之间物理地址等特性的差异，从而实现各种网络的互连互通,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,

7、11,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址 IP地址采用层次化的结构 网络编号(子网编号)主机编号,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,12,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址 IP地址的分类 IP地址长度为32bits，由网络号(网络前缀)和主机号组成 不同类型的地址定义了不同规模大小的网络或组播应用,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,13,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址 特殊的IP地址 下述的IP地址不能用于主机或网络设备的的IP地址 (1)全“0”的IP地址，表示本主机，网络号为全“0”，表示本网络； (2)全“

8、1”的IP地址，表示本地网络的广播地址 (3)主机号为全“1”的地址，表示特定网络的广播地址 (4)网络号为“127”的地址，用于主机系统的回环测试，不会向网络中发送,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,14,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址 子网掩码 子网掩码：32bite的代码； 高位上的“1”对应IP地址网络中的网络号和子网号； 低位中的“0”对应IP地址中的主机号。 在无类型的IP中同样可用于提取网络号(网络前缀),1 0,Host,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

9、0 0,Network,Subnet,IP address,Subnet mask,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,15,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址 IP地址的实质：用于标识网络设备/主机的接口 如： 路由器上有多少个接口通常就有多少个相应网络的地址,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,16,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 地址解析 根据IP地址获得物理(MAC)地址 根据物理(MAC)地址获得IP地址 地址解析协议 地址解析协议(ARP: Address Resolution Protocol) 用于IP地址到物

10、理地址的映射 逆向地址解析协议(RARP: Reverse ARP) 用于物理地址到IP地址的映射 地址解析协议的位置 有人把它看作网络层(IP层)协议功能的一部分 有人把它看作网络层(IP层)以下层功能的一部分,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,17,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 地址解析功能的实现：动态绑定法,Source 0 00-AA-00-12-34-56,Destination 0 00-A0-C9-78-9A-BC,Host A：“If your IP address is 160.30.10

11、0.10 please send me a reply stating your hardware address”,Host F：Thats me and my Hardware address is 00-A0-C9-78-9A-BC,Broadcast,Unicast,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,18,Host F should response by sending back to answer the request.,Dest. Source FF.FF.FF.FF.FF.FF 02.60.8C.01.0C.03,Dest. Source 160.3

12、0.100.10 8,ARP request packet What is your MAC addr.?,MAC header,IP header,Dest. Source 02.60.8C.01.0C.03 00.A0.C9.78.9A.BC,Dest. Source 8 0,ARP responsion packet This is my MAC addr.,MAC header,IP header,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 地址解析功能的实现：动态绑定法,Host A send a ARP req

13、uest Packet with the MAC broadcast address.,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,19,Senders Hardware Address (Octets 0-3),Protocol Type,Target HA (octets 2 - 5),32 bits (4 Bytes),Hardware Type,PLEN,HLEN,Operation code,Sender IP (Octets 0-1),Sender HA (Octets 4-5),Sender IP (Octets 2-3),Target HA (Octets 0-

14、1),Target IP (octets 0 - 3),Variable Length,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 地址解析报文的结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,20,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 地址解析报文的结构(续),Hardware Type (16 bits): This specifies the hardware interface type, for example, Ethernet has a value of 1. Protocol type (16 bits): This specifies the hig

15、her-level protocol whose address needs to be mapped onto the hardware, for example, IP - 0800. HLEN, Hardware address LENgth (8 bits): This specifies the length in bytes of the hardware address in this packet, for example, Ethernet - 6. PLEN, Protocol address LENgth (8 bits): This specifies the leng

16、th in bytes of the protocol address in this packet. For IP this is four. Operation code (16 bits): This specifies whether this is an ARP request (1) or an ARP reply (2).,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,21,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 地址解析报文的结构(续),Senders hardware address (48 bits): This contains the hardware

17、 address of the sender (the ARP requester). Senders IP address (32 bits): This contains the protocol address of the sender (the ARP requester). Targets hardware address (48 bits): This contains the hardware address of the target (the ARP responder). Targets IP address (32 bits): This contains the pr

18、otocol address of the sender (the ARP responder).,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,22,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 地址解析功能的实现：固定表格法 事先在各主机中建立IP地址与物理地址转换表 地址解析功能的实现：直接映射法 物理地址是可以配置的，物理地址可以直接作为IP地址的一部分(如主机号)，进行地址解析时直接可以从IP地址得到物理地址。 在实际的系统中，通常采用动态绑定法与表格法结合的方式 网络上的主机随时监测收集网络上ARP协议包交互的信息 根据ARP协议包中的信息动态维护一个地址映射表 “动态

19、”是指如果在一个固定的时间内没有收到新的有关信息，过时的信息将被删除。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,23,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析 逆向地址解析协议(RARP) RARP提供一种由物理(MAC)地址获取IP地址的机制 利用RARP，网络上新上电激活的主机可通过广播其物理地址与特定的RARP服务器建立联系以获取IP地址 RARP服务器中保存有网内主机物理地址与其IP地址的映射表，可对新激活的主机的IP地址请求作出响应，提供相应的IP地址,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,24,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP路由器

20、 路由器：实现IP网中网络互连的设备 路由器的功能 根据路由表将IP报文从一个网络转发到另外一个网络 路由器间根据有关的协议定期地进行有关网络可达性、位置等信息的交换 根据有关的路由信息计算最佳的路径 路由器的基本组成 路由表 路由协议 转发器,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,25,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP路由器 IP网的选路方式 逐跳选路：Hop by Hop 选路过程是无状态的(每个IP报文独立选路) 路由器的选路依据 目的地的IP地址 路由表 路由表中通常有一缺省项，凡是不能明确确定目的出口的的报文全部发往缺省的出口，由下一级的路由器进一步确定。

21、,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,26,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP路由器 路由器的结构 低速路由器 软件控制 交换 高速路由器 交换由硬 件实现,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,27,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理 传统的IP地址划分的方法 按照A、B、C类来划分网络 地址利用率低 管理的开销大 可变长子网掩码 引入可变长子网掩码划分子网的方法 通过子网掩码来界定网络(网络子网)的编号和子网的大小 实现地址空间容量与子网所需容纳的主机的数量达到最佳的匹配,2008 Copyright,SCUT DT&P

22、 Labs,28,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理 利用子网掩码可对网络进行各种不同大小的划分 IP地址后的“/XX”表示组网掩码高位连“1”的位数 例：,Allocated IP address space /24 want 2 subnets with 50 hosts and 8 subnets with 10 hosts?,, /26 (max of 62 hosts) 4 /26 (max of 62 hosts),92 /28 (m

23、ax. of 14 hosts) 08 /28 24 /28 40 /28,28 /28 (max. of 14 hosts) 44 /28 60 /28 76 /28,Note: Subnet masks /26 = 92 /28 = 40,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,29,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理

24、子网掩码：利用子网掩码可对网络进行各种不同大小的划分 例2：, , , ,2 52, 52,LAN 1,LAN 3,LAN 2, , ,Site A,Site C,Site B,,,160.40.152

25、.1,,,3,4,,,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,30,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理 超网(SuperNet)的概念 将多个C类的网络聚合起来，对外构成一个单一的、具有共同地址前缀的网络，映射到一个物理网络上 引入超网的优点 可减少路由表中表项的数量，节省路由器中的资源 可按照实际的需要进行连续的网络地址分配，有利于寻址和提高地址空间的利用率 超网中的子网掩码位数 子网掩码的位数可以根据需要来确

26、定,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,31,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理 例：利用多个C类网构成一个超网 /20,ISP,The INTERNET,/20,/24 /24 /24 /24 /24 /24 /24 /24,/24 /24 /24 200.25.27

27、.0/24,/24 /24,/24 /24,/21,/22,/23,/23,/16,Company A,Company B,Company C,Company D,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,32,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理 无类型域间选路(CIDR) CIDR：Classless Inter-Domain Routing 解决地址分配和选路

28、的一项较新的技术 网络若干连续的(C类)网络地址聚合成一个CIDR的地址空间块，用“网络前缀/掩码位数”的形式来表示 采用CIDR技术，CIDR网络地址块对外构成一个网络整体 便于外部网络用户寻址 有利于屏蔽内部网络的细节 CIDR块构成的网络内部可按照需求进一步划分,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,33,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理 无类型域间选路(CIDR)：子网掩码长度与CIDR块大小的关系,CIDR prefix-length,Subnet Mask,# Individual Addresses,# Classful Network

29、s,32 B,64 B,128 B,1 A or 256 Bs,2 A,4 A,2 M,4 M,8 M,16 M,32 M,64 M,,,,,,,/11,/10,/9,/8,/7,/6,/4,/5,,,16 A,8 A,128 M,256 M,64 A,32 A,128 A,1024 M,512 M,2048 M,,,,/2,/3,/1,/16,,1 B or 256 Cs,65,534,4 B,2 B,8 B,262,142,131,070,524,286,,,,/14,/15,/13,16 B,1 M,,/12,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,34,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理 无类型域间选路(CIDR)：子网掩码长度与CIDR块大小的关系,CIDR prefix-length,Subnet Mask,# Individual Addresses,# Classful Ne