计算机网络技术 第6章 TCPIP协议集.ppt

1、第六章,TCP/IP协议集,TCP/IP层次结构,6.1 网络接口层 6.2 网络层 6.3 传输层 6.4 应用层,6.1 网络接口层,负责从网络设备上接收IP数据报和把数据报通过选定的网络发送出去 TCP/IP没有严格定义该层协议，支持流行的网络技术 以太网、令牌环网、FDDI、千兆以太网等 SLIP、PPP X.25和ATM,IEEE制定的以太网标准,局域网中使用 以太网协议规定： 物理层的连线 电信号 介质访问技术,MAC地址,以太网地址，48bit 也被称为物理地址 固定在硬件设备上 IEEE负责管理以太网地址空间并按照需要分配地址值,MAC地址: 44-45-6E-53-3A-05

2、,帧（Frame）,以太网中数据传输的单位 数据帧格式,前导码字段(PRE),帧开始标志(SDF),信源地址(DA和SA),数据字段长度（L）,用户数据字段（Data）,填充字段（PAD）,帧检验序列(FCS),介质访问技术,CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测） 载波监听（Carrier Sense） 多路访问（Multiple Access） 冲突检测（Collision Detect） 演示： 60/jpkc/xt_sy/demo/net_flash/c42.swf,SLIP协议,远距离环境，使用点对点协议相连 串行线路IP（Serial Lin

3、e Internet Protocol） 规定了在串行线路上对IP数据报进行封装的形式 适用于通过RS-232串行端口（即计算机上的串口）和高速调制解调器（Modem）接入Internet,替代 ESC,替代 END,SLIP数据帧格式,定义了两个特殊的字符用于封装IP数据报： END（0 xC0）表示数据帧开始、结束 ESC（0 xDB）替代正文中END字符,SLIP的缺陷,每一端都必须知道对方的IP地址 拨号用户很不方便 数据帧中没有类型字段 数据帧中没有校验和纠错字段,PPP协议,点到点协议PPP（Point-to-Point Protocol） PPP克服了SLIP的不足 在ADSL等

4、网络连接方式中广泛使用,PPP主要功能,链路控制 链路控制协议LCP（Link Control Protocol，LCP PPP为用户发起呼叫以建立链路；在建立链路时协商参数选择；通信过程中随时测试线路，当线路空闲时释放链路等。 建立链路，根据不同用户的需要，配置上层协议所需的环境，为上层提供服务 网络控制协议NCP（Network Control Protocol，NCP）,PPP过程,PC终端首先通过调制解调器呼叫远程访问服务器 远程访问服务器应答，建立初始的物理连接 两端LCP分组，协商选择将要采用的PPP参数 认证（可选） 交换NCP分组来配置网络层，逻辑通信链路建立完成 双方在此链路

5、上交换上层数据。 数据传送完成后，一方会发起断开连接的请求。 释放网络层的连接 关闭数据链路层连接； 通信设备或模块关闭 物理链路回到空闲状态,PPP数据帧格式,PPP优点,PPP支持在单根串行线路上运行多种协议，不只是IP协议 每一个数据帧都进行传输错误校验 通过使用网络控制协议，通信双方可以进行IP地址的动态协商 对IP报文首部进行压缩 链路控制协议可以对多个数据链路选项进行设置,6.2 网络层,功能 接收传输层请求，传输具有目的地址信息的分组 分组封装到IP数据报中，使用路由算法来选择是直接把数据报发送到目的主机还是把数据报发送给路由器，然后把数据报交给网络接口层来处理 发送ICMP差错

6、和控制报文 实现协议 IP协议 路由协议 ICMP协议、ARP与RARP协议 IPv6技术,IP协议,IP协议（Internet Protocol）是TCP/IP协议族中最核心的协议 IP协议主要提供不可靠、无连接的数据报传输服务,IP数据报格式,网络最大传送单元MTU（Maximum Transfer Unit） 分片或分段（fragmentation）,版本号：该字段用于指名IP版本号,报头长度：报头长度指报头占32位字的数目,服务类型：该字段用于存储关于服务质量（QoS）的参数：优先权子字段（PR）、延迟位（D）、吞吐量位（T）、可靠性位（R）,总长度：该字段标明IP数据报的总长度,标识

7、：该字段用于标识被分段传输的数据报,标志：D位（Do not fragment），M位（More fragment）,段偏移：该字段标明了该数据报中所包含的数据在分片数据报中的位置,生存时间TTL（Time-To-Live）：该字段设置了数据报可以经过的路由器数据,高层协议：该字段标明所传送的数据区域中所包含数据的协议信息,首部校验和：该字段是对IP报头部分计算的校验和码，不对数据区域进行计算,源IP地址和目的IP地址：分别标明发送端和接收端的IP地址。,参数和选项：该字段为可选字段。,IP地址格式,IP地址的表示形式为：由句点分隔开的四个十进制形式的数字表示。 例如：一个由句点分隔的IP地址

8、为：1 对应的二进制形式： 10000000 00001010 00000010 00011111 十六进制形式：80.0A.02.1E,IP地址分类,IP地址被划分为网络号和主机号两部分 IP地址被分为AE类5类地址,当IP地址32位都为0时:未定义地址,如果IP地址的网络号各位都为0，表示接受端和发送端在同一网络内,如果IP目的地址的32位都为1：有限广播,如果IP目的地址的主机的各位都为1：广播,掩码（mask）,使用掩码（mask）是划分一个IP地址的网络号和主机号两个部分的另一种方式 掩码中相对于IP网络号的部分的各位都为1，相对于主机号的各位都为0 掩码被广泛应

9、用于IP路由方面,掩码举例1,对于标准的网络号，其相应的掩码为： A类地址 11111111.00000000.00000000.00000000 （） B类地址 11111111.11111111.00000000.00000000 （） C类地址 11111111.11111111.11111111.00000000 （）,掩码举例2,IP地址 掩码 ,网络号 主机号 10000001.01000000.1 0000110.00000101 11111111.1111111

10、1.1 0000000.00000000,路由协议,基于TCPIP的网络都是通过路由器互连起来的 路由器不仅负责对IP数据报的转发，还要负责与别的路由器进行联络 每个路由器都有一个路由表，该路由表就是路由器转发IP数据报的依据,路由表,路由表建立,静态（static）路由表 管理员手工维护 动态（dynamic）路由表 根据实测或估计距离、时延、拓扑结构等度量权值 路由选择算法自动计算最佳路径，建立路由表 不同的路由选择算法，产生不同的路由协议 实际应用 两者相结合,路由协议分类,Internet路由协议将Internet划分为多个自治系统AS（Autonomous System） 一个自治系

11、统由一个ISP来管理 自治系统内部协议：内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol） RIP（Routing Information Protocol）、OSPF(Open Shortest Path First)、IS-IS(Intermediate System to Intermediate System) 自治系统之间协议：外部网关协议EGP（External Gateway Protocol） BGP（Border Gateway Protocol）,RIP协议,RIP协议把参加通信的设备分为主动的和被动的 主动路由器向其它路由器通告路由信息 被动路由器接

12、收通告，更新路由信息，但不发送 RIP使用跳数（hop）来衡量到达目的网络的距离，跳数也就是到达该网络所经过的路由器的数目 RIP协议目前有两个版本：RIPv1和RIPv2,RIP如何建立路由表？,1. 建立初始路由表,2.将最小路由表发送邻居结点,R1 R2、R3 R2 R1、R4 R3 R1、R4 R4 R2、R3,3. 接收邻居RIP数据报，更新路由表,路由器R1,更新后路由表,RIP建立路由表演示,60/jpkc/xt_sy/demo/net_flash/c82.swf 这里将直连的网络的距离计为0,OSPF协议,OSPF是一个链路状态协议 运行OS

13、PF的每个路由器的路由表中存放的是关于整个网络的拓扑结构图,OSPF路由表的建立过程如下： 发现邻居节点； 测量到各邻居节点的代价； 网络带宽、时延等 发布链路状态； 计算到自治系统中其它每个路由器的最短路由。,BGP协议,BGP是一种在不同自治系统的路由器间进行通信的外部网关协议 目前，Internet普遍使用BGPv4作为交换路由信息的协议,BGP之间发送的信息报： 初始(open)信息 更新信息 通知信息 keep-alive信息,无类型域间路由CIDR（Classless Inter Domain Routing）,CIDR化的网络地址:指一个IP地址的网络部分在32位范围内可以是任意

14、长 CIDR化的IP地址一般用斜线记法或前缀记法，又称CIDR记法 例如：/20 11001010 11000100 01001001 00000101,20位网络前缀 主机地址,CIDR技术应用子网划分,例：ISP有连续IP地址空间55 （11000001.000101 00.00000000.00000000 11000001.000101 11.11111111.11111111） Submask: 11111111.111111 00. 00000000. 00000000,需求：划分8个子网 23=8 18位主机号中

15、取3位作为子网号 Submask：， 11111111.111111 00. 00000000. 00000000,CIDR前缀为/14 可分配给客户的地址数为：218,CIDR前缀：/17 每个子网的主机数目不超过：215-2,Internet控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）,ICMP的主要功能： 检测目标节点是否可达； 拥塞和数据流控制； 路由重定向； 建立和维护路由信息。,封装在IP数据报中,ICMP报文和封装 （1）,报文的类型,对整个ICMP信息报进行错误校验,ICMP报文和封装 （2）,进一步区分错

16、误类型的代码,类型: 3,回送/请求报文,类型: 0/8,回送协议（echo protocol）,主机或路由器向指定目的站点发送ICMP回送请求报文 类型 = 0 收到回送请求的主机或路由器形成回送应答并发送给最初的发送者 类型 = 8 在许多操作系统中，用户发送的ICMP回送请求的命令叫ping DOS中演示,ARP与RARP协议,IP地址与物理地址的映射 网络接口层数据帧发送地址,ARP解析过程,主机3 向 主机4 发送数据,广播“I am IP 3, MAC 00-E0-F7-7F-19-20 , I want 192.1

17、68.5.74”,收到分组，检查其目标IP,回复“I am 4, MAC 00-80-48-EB-7E-60”,ARP,ARP协议的基本功能是通过目标设备的IP地址获取目标设备的物理地址，以保证通信的顺利进行 在使用ARP的计算机上都保留有一个高速缓存，存放着它获得的IP地址和物理地址的映射表,ARP报文的封装,当ARP报文从一台主机传送到另一台上时，它们必须被封装在数据帧中 报文格式由网络接口层技术决定,以太网ARP报文格式,RARP,RARP的作用与ARP正好相反，它用于将局域网中某个主机的物理地址转换为IP地址 RARP使用计算机的硬件地址识别计算机，在使用上存在较

18、大的限制 目前使用较多的是后来出现的两种替代协议：自举协议BOOTP（BOOTstrap Protocol）和动态主机配置协议DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）,IPv6,32位的IP地址即将耗尽 对网络传输服务质量的需求 1994年，IPng（the next generation Internet protocol）的建议被采纳作为开发下一代IP的基础，如今IPv6普遍被用来指新版IP的版本号,IPv6编址,IPv6的地址占128位 IPv6地址使用冒号分隔的8个16进制数表示 例如: 2002:1db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 IPv6还允许使用零压缩来使IP地址的表示更为简化，即一连串的零可以用一对冒号来取代，并且在任一地址中，零压缩只能使用一次。 例如： FF05:0:0:0:0:0:B1 FF05:B1 2001:25de:cade ,IPv6地址分配,IPv4与IPv6,IPv4兼容地址：使IPv6地址可以很方便地转换为IPv4地址,确保IPv6数据报可以通过IPv4网络进行自动传输。 IPv4兼容地址0:0:0:0:0:0:w.x.y.z或:w.x.y.z IPv4映射地址： IPv