计算机网络及应用电子教案第三章网络参考模型

1、第3章网络参考模型，在本章学习目标本章中，主要对OSI/RM参考模型、TCP/IP参考模型、IPv4和IPv6两种互联网地址体系结构进行论述。 通过本章的学习，读者应该掌握以下内容：1.网络层次模型2.OSI/RM，TCP/IP模型的层次状况和各层的主要功能3 .掌握中小网络的IP地址管理区分能够Ping命令的基本使用方法3.1网络本节的重点： 1、网络层次结构的基本概念2、网络层次划分的原则3、常见的网络层次模型本节的难点： 1、网络层次结构的基本概念2、常见的网络层次模型、本节的内容： 1， 网络层次结构的基本概念网络层次结构主要包括四个元件，软件元件(例如处理)或者硬件元件(例如智能I/

2、O芯片)包括总体上具有信息处理和通信功能的一个或者多个实体。 通常，一个系统总是硬件和软件两部分的有机结合。 是处理复杂问题的结构化技术。 系统中两个实体之间完成通信或服务所必须遵循的规则和规则的集合。 协议包括语法、意义和同步三个要素。 二、网络层次划分原则1980年，H.Zimmerman提出了网络层次划分的基本原则： (1)层次适度，需要不同层次抽象时，设层次。 (2)在接口清晰，提供的服务容易记述的情况下，作为阶层间的接口，应该使通过接口的信息量最少。 (3)某层的功能实现技术明显与别的层不同时，单独设置一个层。 (4)功能相似的放在同一层。 (5)根据过去成功的经验进行分层。 (6)

3、功能具有独立性，可局部化时，设为单层。 (7)各层仅与上下邻接层有接口关系，与其他层无关。 (8)对数据进行不同处理时可以分层。 (9)在现有标准接口可用的地方进行分层，各层的功能选择应着眼于国际标准的制定。 三、常见的网络分层模型1. OSI/RM参考模型OSI标准采用体系结构、服务定义、协议规范说明三级抽象，网络由物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、呈现层、 2.TCP/IP参考模型TCP/IP参考模型将网络分为网络接口层、网络层、传输层和应用层。 LAN参考模型LAN参考模型是IEEE制定的标准。 将网络划分为逻辑链路控制层、媒体访问控制层和物理层。 (1)逻辑链路控制层(LLC

4、 )；媒体访问控制层(MAC )；物理层(3.2 OSI参考模型OSI参考模型的分层原则：一、层数必须足够多，以免在同一层混合使用不同的功能。 2 .分层应有助于制定联网协议的国际标准。 3 .各层的职能应尽量具有相对独立性。 4 .各层的划分应便于层与层的联系。 5 .网络中的每个节点都具有相同的层次，相同的层次具有相同的功能。 6 .扩展某层功能或协议时，不能影响整体模型的主体结构。 7 .每个层使用下层提供的服务，服务到其上层。(2)、根据以上的分层原则，OSI/RM模型将网络整体分为7层构造，从下位层到上位层的顺序为：物理层、数据链路层、网络层、输送层、会话层、呈现层、应用层、物理层保

5、持层、应用层、层1，以及物理层是OSI模型的第一层，并且对于发射方案，参考模型规定物理连接是全双工或半双工的。 2 .数据链路层数据链路层是OSI模型的第二层，其控制网络层和物理层之间的通信，并且向网络层提供服务。 3 .网络层是OSI模型的第三层，其主要功能是确定网络地址将翻译为对应的物理地址，以及如何将数据从发送方路由到接收方。 4、传输层是整个网络架构的重要部分，利用通信子网提供的服务实现数据的可靠性、顺序、从源到目的地的传输。 5 .电话层会话层的主要任务是基于传输连接来提供增值服务以协调管理终端用户之间的会话。 利用分段技术和拼接技术提高数据交换的效率。 6 .呈现层呈现层完成了应用

6、程序和网络之间的信息格式转换，如“翻译员”。 7、应用层是用户和网络的接口，为用户提供使用网络的接口或手段。 用户的应用进程利用OSI提供的网络服务进行通信，完成信息处理的应用层向用户提供许多网络服务所需的应用协议。3.3 TCP/IP参考模型、学习目标：掌握TCP/IP参考模型中包括的4个级别，了解应用层的若干协议。 本节的重点和难点： TCP/IP参考模型，1，TCP/IP概述TCP/IP的核心思想使用不同低层协议的异种网络，在传输层、网络层建立统一的虚拟逻辑网络，以此屏蔽、隔离所有物理网络的硬件差异TCP /IP参考模型分为四个层级：链路层(也称为网络接口层)、网络层(IP层)、输送层(

7、TCP层)和应用层。 二、链路层主要接收从IP层传递的IP数据报，通过低层物理网络发射IP数据报或者从低层物理网络接收物理帧，提取IP数据报并传递给IP层。 网络接口有两种类型。 第一个是设备驱动程序，例如LAN网卡驱动程序，第二个是复杂子系统，包含其数据链路协议。 3、网络层网络层的主要功能是负责相邻节点之间的数据传输。 (1)处理来自传输层的分组传输请求，将分组加载到IP数据报中，填充报头，选择去往目的地节点的路径，并且向适当的网络接口传输数据报。 (2)输入数据报的处理首先检查数据报的有效性，之后进行路由，如果该数据报到达目的地节点(本机)，则去除报头，并将IP消息的数据部分转发给相应的

8、传输层协议。 如果该数据报还没有到达目的地节点，则传输该数据报。 (3)处理互联网控制消息(icmp )消息：处理诸如网络路由、业务控制、拥塞控制等的问题。 4 .传输层的主要功能是提供源节点与目标节点两个过程实体之间的可靠的端到端数据传送。 TCP/IP模型提供两种传输层协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议(UDP，User Datagram Protocol )。 a、TCP协议TCP协议是可信的面向连接的传输层协议，将某个节点的数据以字节流形式准确地传递给因特网上的任何机器。 b.UDP协议用户数据报协议是不可靠的未连接传输层协议，其中UDP协议将可靠性问题传递给应用程序以解决。 U

9、DP协议主要面向要求/应答式的交互式应用程序。 5 .应用层传输层上的层是应用层，应用层包括所有上层协议。、3.4 IP地址、学习目标： 1、IP地址的概念和子网掩码的校正计算2、子网的划分和地址数的校正计算3、可变子网掩码和地址数的校正计算4、掌握IP地址的分配原则、本节的重点： 1、IP地址的概念和子网掩码子网的划分和地址数的校正算法3、可变长子网掩码和地址数的校正算法本节的难点： 1、子网的划分和地址数的校正算法2、可变长子网掩码和地址数的校正算法、1、IP地址1)IP协议参加因特网的所有IP的原始版本是IPv4，使用32位二进制地址将每个地址组织成以点分隔的8位，每个8位被称为8位组，

10、虽然二进制数字对机器非常友好，但是用户难以理解，因此习惯上是IP地址IP地址的每个8位组用0到255之间的十进制表示。 这些数字由点(. )分隔。 所谓的点-十进制格式。 因此，最小IPv4地址值为0.0.0.0，最大地址值为255.255.255.255。 2 )为了满足大型、中型、小型的网络IP地址分配的需要，根据网络号码和主机号码的数量可以将IP地址分为a类地址、b类地址、c类地址、d类地址、e类地址这5种。 类别a网络地址的范围是1.0.0.0，因为7位(bit )标识网络号码，24位标识主机号码(例如表3-1 )，开头的位是“0”，即类别a地址的第一段介于1126之间a类地址通常为大

11、型网络提供。以14位识别网络编号，以16位识别主机编号，前2位为“10”(如表3-2所示)。 b类地址的第一段介于128191之间，第一段和第二段表示网络编号。 因此，b类网络地址的范围从128.1.0.0到191.254.0.0。 世界上大约有16000个b级网络，每个b级网络最多可以连接65534台主机。 用21位识别网络编号，用8位识别主机编号，前3位为“110”(参照表3-3 )。 c类地址的第一段介于192223之间，其中第一段、第二段和第三段代表网络编号。 最后一部分标识网络上的主机号。 因此，c类的网络地址范围从192.0.1.0到223.255.254.0。 理论上，每个c类地

12、址最多可以支持256个主机地址(0255 )，但只能使用254个，因为0和255不是有效的主机地址。 对于IP地址，0和255是保留地址。 IP地址中的所有主机地址都用于以0标识网络，其中1代表此网段中的广播地址。 d类地址用于在IP网络上进行多播。 多播地址是唯一的网络地址。 引导消息到达定义的IP地址组。 d类地址用于在一个私有网络上将多播消息转发到由IP地址定义的终端系统组。 因此，不需要将地址中的8比特组或地址比特分别表示网络和主机。 相反，整个地址空间被用于识别IP地址组。 d类地址由全部8位组表示主部分(如表3-4所示)，第1段的前4位为“1110”，地址空间的范围为224.0.0

13、.0到239.255.254。 e类地址的前四位始终为1，有效地址范围为240.0.0.0到255.255.255.255。 定义了一个e类地址，但仍保留用于研究。 2、子网掩码IP协议标准规定：对每个使用子网的站点选择32位的位模式，如果位模式中的某个位置为1，则对应的IP地址中的一个是网络地址(包含网间部分和物理网络号码)的唯一IP地址如果位模式内的某个位置是0，则对应的IP地址中的一个是主机地址。 子网掩码和IP地址的组合可以区分一个网络地址的网络号和主机号。 中的组合图层性质变更选项。 为了便于使用，通常使用点分整数表示法来表示子网掩码。 由此，能够得到a、b、c这三种IP地址的标准子

14、网掩码。a类地址： 255.0.0.0 B地址： 255.255.0.0 C类地址： 255.255.255.0， 3、所谓利用固定长度子网掩码纠正地址空间的固定长度子网掩码，是指，在所有的因特网ID部分为IPv4地址体系中，对每个IP地址是32位固定长度，因而在采用了固定长度子网掩码的情况下，按每个网络段分配7 (十进制):111 (二进制) (2)用二进制表示子网数所需的位数是添加到缺省子网掩码中的位数，这些位数必须从主机ID中借用。 111:3位(3)决定子网掩码的b类地址的标准掩码是111111111.1111111.0000000.0000000。 借用主机ID的3位以后的子网掩码是

15、1111111111.11111111.1110000.000000。 即255.255.224.0。 (4)列出确定可用网络ID的具有附加位的所有二进制组合： 0000 (0000000 ) 129.20.0.00132 (00100000 ) 129.20.32.001064 (0100004 )。 8 (100000 ) 129.20.128.0101160 (10100000 ) 129.20.160.0110192 (1100000 ) 129.20 (5) 决定可用主机ID范围的主机号全部为“1”的网络地址用于广播(同时向网络上的所有主机发送消息)，主机号全部为“0”的网络地址被解

16、释为“本”网络，因此可用的主机(6)在对每个网络段指定IP地址段时，4、可变长度子网掩码和地址数校正运算中当前使用的IP v4地址资源相当不足。 为了有效地利用有限的地址资源，出现了可变长度子网掩码(VLSM )技术。 事实上，子网掩码的大小不会自己改变。 每个子网的子网掩码长度可能与VLSM不同，但子网掩码长度一旦确定，它们就不会变。 此技术有助于有效地分配IP地址并减小路由表的大小，但如果使用不正确，可能会发生意外错误。 5、IP地址分配原则a、根据CNNIC管理IP地址规定中国互联网络信息中心(CNNIC )成立于1997年6月3日，是一家非营利性管理和服务机构，发挥国家互联网络信息中心的作用作为国家互联网络注册机构会员(NIR )，CNNIC建立了以CNNIC为召集单位的I