第6章 TCPIP协议基础.ppt

1、前言,问题引入：某单位有4个部门，需建立4个子网，其中部门1有50台主机，部门2有25台主机，部门3和部门4则只有10台主机。现有一个内部C类地址：。请为该单位进行IP地址规划。,思考：什么是IP地址？IP地址作用是什么？Ip地址和IP协议的关系？这个作用发生在参考模型的哪一层？这个参考模型是OSI吗？TCP/IP参考模型分几层？各层的功能是什么？IP地址怎么规划的？,学习目标（第三周）：,了解TCP/IP参考模型分几层？各层功能？ 了解IP协议的功能？IP数据报的格式？ 掌握IP地址的格式？分类？特殊IP地址？ 理解什么是子网？为什么划分子网？ 根据需求，熟练配置子网掩

2、码 掌握子网如何划分？,回顾一下OSI/RM出现背景 OSI/RM存在的问题： 适用于单个网络，在多个网络互连时存在问题。出现TCP/IP参考模型。,3.4.2 TCP/IP体系结构,TCP/IP参考模型设计重点：异种网络互连。所以网络互连是TCP/IP的技术核心。,OSI与TCP/IP参考模型的比较,网络接口层,TCP/IP参考模型各层的主要功能:,（1）网络接口层。负责接收互联网层发来的数据报并通过具体网络发送，或者从具体网络上接收帧，抽出IP数据报，交给互联网层。 （2）网际层。网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组，将分组形成数据包（IP数据包），并为该数据包进行路径选择，最终将

3、数据包从源主机发送到目的主机。 （3）传输层。源端和目标端主机上的对等实体可以进行会话。除了在端与端之间传送数据外，传输层还要解决不同程序的识别问题。 （4）应用层。TCP/IP模型的应用层的功能相当于OSI/RM的会话层、表示层和应用层3层的功能。该层能向用户提供一组常用的应用程序，定义了大量的TCP/IP应用协议。,两者不同之处主要体现在以下几个方面：,1TCP/IP虽然也分层，但层的数量不同，且层次之间的调用关系不像OSI参考模型那样严格。 2TCP/IP一开始就考虑到了异种网的互连问题，并将互联网协议作为TCP/IP的重要组成部分，因此TCP/IP异种网互连能力强。 3相对来说，TCP

4、/IP更注重于考虑提高网络的传输效率，而OSI更侧重考虑网络传输的可靠性。 4系统中体现智能的位置不同。,五层参考模型,OSI的缺点：层次过多，事实证明会话层和表示层的划分意义不大，反而增加了复杂性。 TCP/IP缺点：网络接口层并不是真正的一层，在数据链路层和物理层的划分上基本是空白，但这两个层次的划分是十分必要的； 五层网络参考模型,6.2 TCP/IP层次结构,网际协议IP（Internet Protocol）不但为各个互联的网络提供统一的数据包格式，而且还提供寻址、路由选择、数据的分段和重组功能，它能将数据包从一个网络转发到另一个网络。,网际协议简称IP协议，它和TCP传输控制协议是整

5、个TCP/IP协议簇中最重要的部分， IP协议的基本任务是屏蔽下层各种物理网络的差异,向上层提供统一的IP数据报，由IP协议控制传输的协议单元称为IP数据报，各个IP数据报之间是相互独立的。 IP协议的基本功能是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址和其他一些信息。,6.4.1 IP协议的主要功能,6.4.3 IP数据报格式,IP数据报封装到以太网的MAC数据帧，与一般网络层分组格式相似，IP数据报也分为两部分：首部和数据 。,4bit 4bit 8bit 16bit,图6-3 IP数据报格式,什么我

6、们不直接使用硬件地址进行通信？,由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。 连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。,6.4.4 什么是IP地址,1物理地址与逻辑地址的区别？ IP地址：每个Internet上的主机都有一个IP地址。IP地址是32位长的二进制编码。编码由一句号分为8位长的部分，每个部分可以是0-255间的任何数。该

7、号码是唯一的，并且确定了采用TCP/IP网络上的计算机或网络设备。 2. IP地址的组成？IP地址包含两个重要的标识符：网络地址和主机地址。（例）,图6-6 IP地址的结构,IP地址的表示方法：,点分十进制，全称点分十进制表示法，是IPv4的IP地址标识方法，每一组数字都是十进制，组与组之间用.（点）分隔，因此称为“点分十进制”，例如IP地址23；,IP地址的分类（需要同学们掌握）,1、一个A类I P地址仅使用第一个8位位组表示网络地址。剩下的3个8位位组表示主机地址 2、A类地址的第一个位总为0 ，这一点在数学上限制了A类地址的范围小于127

8、3、A类网络地址的范围从到。注意只有第一个8位位组表示网络地址，剩余的3个8位位组用于表示第一个8位位组所表示网络中惟一的主机地址。注意技术上讲，也是一个A类地址，但是它已被保留作闭环（look back）测试之用而不能分配给一个网络。每一个A类地址能支持2的2 4次方再减去2个不同的主机地址，。减2是必要的，因为I P把全0保留为表示网络而全1表示网络内的广播地址,1、一个B类I P地址使用两个8位位组表示网络号，另外两个8位位组表示主机号。 2、B类地址的第1个8位位组的前两位总置为1 0，剩下的6位既可以是0也可以是1，B类网络地址范围从

9、到 3、每一个B类地址能支持2的1 6次方减2个惟一的主机地址,1、C类地址使用三个8位位组表示网络地址，仅用一个8位位组表示主机号。 2、C类地址的前3位数为110，前两位和为192 ( 128 + 64 )，这形成了C类地址空间的下界。第三位等于十进制数3 2，这一位为0限制了地址空间的上界。不能使用第三位限制了此8位位组的最大值为255-32等于223。因此C类网络地址范围从至。最后一个8位位组用于主机寻址 3、C类网的主机数为2的1 6次方减2 个,1、D类地址用于在I P网络中的组播(multicas

10、ting，又称为多目广播)。D类组播地址机制仅有有限的用处。 2、一个组播地址是一个惟一的网络地址，它能指导报文到达预定义的IP地址组。 3、D类地址的前4位恒为1110，意味着D类地址开始于128+64+32等于224，最大值为128+64+32+8+4+2+1为239，因此D类地址空间的范围从到54 4、D类地址不是用于互联单独的端系统或网络。D类地址用于传输组播报文至IP地址定义的端系统组中。因此没有必要把地址中的8位位组或地址位分开表示网络和主机。相反，整个地址空间用于识别一个I P地址组,E类地址虽被定义但却被保留作研究之用。因此Inter

11、net上没有可用的E类地址。E类地址的前4位恒为1，因此有效的地址范围从至55,三类地址总结：,（1）A类地址、B类地址和C类地址的主机号长度分别为24位、16位和8为，网络号长度为8位、16位和24位。 （2）A类网络地址数量较少，可以用于主机数达1600多万台的大型网络。B类网络地址适用于中等规模的网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。C类网络地址数量较多，适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。 （3）全为0和全为1的主机号均有特殊作用，不可以自由分配。,私有IP地址和公有的IP地址,公有地址（全局地址）：能够在整个广

12、域网（因特网）中使用，可以被世界各地联网的主机所访问到。 私有地址（局部地址）：只能在一个局域网中使用，其作用域的范围就是一个局域网（出了局域网就无效）。所以不同的局域网中的主机IP地址可以一样。,在A、B、C 3类地址中各有一段地址作为保留地址不在 全网分配，而作为私有地址。在一个网络内部可随意使用 私有地址。 私有地址范围： 1个A类地址： 55 16个B类地址： 55 256个C类地址： 55 这些地址只可在一个网络内部使用，不可进入外网,私有IP地址

13、和公有的IP地址,特殊IP地址 对于任何一个网络号,其全为“0”或全为“l”的主机地址均为特殊的IP地址.例如,和55都是特殊的IP地址.特殊的IP地址有特殊的用途,不分配给任何用户使用,如表6-2所示.,6.4.4 IP地址,表6-2特殊IP地址表,IP地址分类练习题一,(1)IP地址属于（） A）A类地址 B）B类地址 C）C类地址 D）D类地址 答案：C (2)IP地址属于（） A）A类地址 B）B类地址 C）C类地址 D）D类地址 答案：A (3)以下哪个IP地址不能正常分配给主机（） A）65.23

14、.56.12 B） C）C类地址 D）D类地址 答案：D (4)下列哪个描述不正确（） A）A类网络地址可以用于主机数达1600多万台的大型网络 B）B类网络地址适用于主机数能达6万多台的中型网络 C）每个C类网络最多只能包含512台计算机 D）IP地址00是专用地址，不能在Internet上分配 答案：C,IP地址分类练习题二,（5）下面哪个网络地址不是专用地址（） A） B） C） D） 答案：B (6）以下网络地址不是广播地址的是（） A）55

15、 B）55 C） D）55 答案：C (7）以下网络地址为公用IP地址的是（） A） B） C） D） 答案：A (8) IP地址55是（） A）公用IP地址 B）专用IP地址 C）受限广播地址 D）直接广播地址 答案：D,6.4.5子网技术,什么是子网？ 为什么要划分子网？,初始网络所遇到问题？ 1IP地址=网络ID+主机ID，同一A类网络，可以有16 000 000台主机，这是不现实的。 2一家100名员工的公司被赋予

16、C类地址，如果公司在10个城市设立10个办事处，那么怎么用一个网络地址将相隔遥远的员工连接起来？ -子网是解决之道,图6-1l 一个大型网络可划分为若干个子网互连,6.4.5子网技术,为什么进行子网的划分？,充分使用IP地址（，可以有65534台主机） 划分管理职责 提高网络性能 总结：划分子网不仅可以充分利用IP地址资源，避免造成资源浪费；便于管理；还可以减少网络阻塞，减少网络的广播 。,0,1,01,4,5,6,3,145.13.

17、21.9,,所有到网络 的分组均到达此路由器,我的网络地址 是 ,R1,R3,R2,一个未划分子网的 B 类网络,划分为三个子网后对外仍是一个网络,0,1,01,4,5,6,3,,,子网 ,子网 ,子网 ,所有到达网络 的分组均到达 此路由器,网络

18、 ,R1,R3,R2,如何划分子网？,如何划分子网？ IP地址=网络ID+主机ID -网络ID不动，主机ID=子网位+网络位,如何来区别地址的网络部分和主机部分？通过子网掩码,如何进行子网划分？,A类地址：,B类地址：,C类地址：,子网掩码,A、B、C类地址的默认掩码 掩码的对应于IP地址的网络ID的所有位都设为“1” 掩码的对应于主机ID的所有位都设为“0”,子网掩码的表示方法（有两种）,“/24” 表示子网掩码有24位,也就是,“/16” 表示子网掩码有16位，也就是,请问3、、1

19、8、、个属于哪类地址，其子网掩码是什么？,计算网络ID？（掌握）,设IP地址为，子网掩码为40，求网络地址,答：用“与”运算。将十进制转换成二进制进行与运算 IP地址：11000000 10101000 00001010 00000010 掩码： 11111111 11111111 11111111 11110000AND运算： 11000000 10101000 00001010 00000000则可得其网络标识为,设IP地址为50，

20、子网掩码为40，求网络标识(ID)和主机标识(ID),答：用“与”运算。将十进制转换成二进制进行与运算 IP地址：11000000 10101000 00001010 11111010 掩码： 11111111 11111111 11111111 11110000AND运算： 11000000 10101000 00001010 11110000则可得其网络标识为40 主机ID为：10,子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。 用子网掩码判断IP地址的网络号与主机号的方法是用IP地址与相应的子网掩码 进行与运算，可以区分出网络号部分和

21、主机号部分。 如是A类IP地址，所以默认子网掩码为，分别转化为二进制进行与运算后，得出网络号为10。 再如和0为C类 IP地址，默认子网掩码为，进行与运算后得出二者网络号相同，说明两主机位于同一网络。,子网掩码总结,每类地址具有默认的子网掩码:对于A类为，对于B类为，对于C类为。 除了使用上述的表示方法之外，还有使用子网掩码中“1”的位数来表示的，在默认情况下，A类地址为8位，B类地址为16位，C类地址为24位。例如，

22、A类的某个地址为 /8，这里的最后一个“8”说明该地址的子网掩码为8位。,子网掩码的另一功能是用来划分子网。,划分子网举例,例一：教材p146 例二：教材p147,子网划分练习题一,(1)标准IP地址分来在引入“子网”概念后，由网络号、（ ）和主机号三级结构组成。 答案：子网号 (2）某公司具有一个C类地址，其网络号为200.200.200，从主机号中抽出4位表示子网号，则总共可用的子网数是（） 答案：14 (3) 已知某IP地址是33，子网掩码为40，则该IP地址的网络号为（），主机号为（），该子网的广播地址为（）。 答

23、案：28；；43,子网划分练习题二,（4）某IP地址计为36/12，则其子网掩码是（） 答案： （5）已知某IP地址记为，子网长度为3，则其子网掩码为（），可用子网数为（），各子网网络地址及其可用的IP地址段分别为（）。 答案:；6个； （6）某个IP地址的子网掩码为92，该掩码又可写为（） 答案:/26,本节回顾,了解TCP/IP参考模型分几层？各层功能？ 了解IP协议的功能？IP数据报的格式？ 掌握IP地址的

24、格式？分类？特殊IP地址？ 理解什么是子网？为什么划分子网？ 根据需求，熟练配置子网掩码 掌握子网如何划分？,你掌握了吗？,请同学们预习,第四周课内容： 可变长子网划分 无类域间路由CIDR 第四章局域网,复习,二、求网络地址、主机地址和广播地址,三、划分子网,一、子网掩码,复习,一、子网掩码 例1.请问个属于哪类地址，其子网掩码是什么？ 例2.子网掩码的作用是什么？ 例3.如果一个子网掩码为/26，请问该网络最多容纳主机数？ 例4.将一个B类网络划分为14个子网络，其子网掩码为？ 例5.如果C类子网的掩码为24，则包含的子网位数为？子网数目为？

25、每个子网中主机数目为？,大家记住子网掩码的几种值： (00000000) 28 (10000000) 92 (11000000) 24 (11100000) 40 (11110000) 48 (11111000) 52 (11111100),复习,二、求网络地址、主机地址和广播地址 例1.假设子网掩码为，主机IP地址为00.则对应的网络地址？主机地址？广播地址？

26、 答案：网络地址： 主机地址00 广播地址：55 同学练习：已知某IP地址是33，子网掩码为40，该子网的广播地址为（）。 答案：43 例2.假设11，22，子网掩码都设为，在同一网段吗？ 第一个 第二个,复习,三、划分子网 例：已知某IP地址记为，子网长度为3，则其子网掩码为？可用子网数为？各子网网络地址？可用的IP

27、地址段分别为？,划分子网规则（p147）,IP 地址的一些重要特点,IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是： 第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。 第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,

28、,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,222.1.1.

29、3,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,互联网中的 I

30、P 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。

31、 路由器的每一个接口都有一个 不同网络号的 IP 地址。,可变长子网划分（VLSM）,引入：在前面子网的划分都是每个子网都有相同的主机数，若遇到子网间主机数相差较大的情况怎么办？,实例教材p150,实例教材p150,确定变长子网掩码的步骤： 1.找出最大网络需求（判断最大网络需求需要主机号的长度，并得出可分配的子网数）。 2.分配子网号，并继续计算其余子网的最大需求，直至子网分配完毕。 3.确定各个子网的IP地址空间。,例：某单位有4个部门，需建立4个子网，其中部门1有100台主机，部门2有60台主机，部门3和部门4则只有25台主机。现有一个内部C类地址：。请为该单位进行

32、IP地址规划。,1.找出最大网络需求（判断最大网络需求需要主机号的长度，并得出可分配的子网数）。 2.分配子网号，并继续计算其余子网的最大需求，直至子网分配完毕。 3.确定各个子网的IP地址空间。,划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇 到的困难。然而在 1992 年因特网仍然面临三个必 须尽早解决的问题，这就是： B 类地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完毕！ 因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。 整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽。,无分类编址 CIDR,1987 年，RFC 1009 就指明了在一个划分子网

33、的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可进一步提高 IP 地址资源的利用率。 在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。解决路由表繁杂的问题,IP 编址问题的演进,CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。 CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。 IP 地

34、址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。,CIDR 最主要的特点,在CIDR技术中，常使用子网掩码中表示网络号二进制位的长度来区分一个网络地址块的大小，称为CIDR网络前缀。 如IP地址，子网掩码可表示成/24；IP地址8，子网掩码可表示成8/16；IP地址，子网掩码40可表示成/28等。 CIDR 还可以将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。,无分类的两

35、级编址,构成超网,CIDR可以用来做IP地址汇总（或称超网，Super netting）。 教材p151的例子说明了有时分配几个IP地址更适合。 利用CIDR实现地址汇总有两个基本条件： （1）待汇总地址的网络号拥有相同的高位。 （2）待汇总的网络地址数目必须是2n，如2个、4个、8个、16个等等。否则，可能会导致路由黑洞（汇总后的网络可能包含实际中并不存在的子网）。,CIDR习题,例1.假设有一组C类地址为，如果用CIDR将这组地址聚合为一个网络，其网络地址和子网掩码应该为： A./21 B./20 C

36、./24 D.5/24 例2.网络CIDR地址块/21表示那些地址？,6.4.6 网际控制报文协议,网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）作为IP协议的补充，为IP协议提供差错报告。用于传送这方面的控制信息或差错信息。因为这些信息可能需要穿过几个物理网络才能到达它们的最终报宿，因而只靠物理层传递是不能实现的，需要将它们封装在IP数据报中才能进行传递。这时被封装在IP数据报的ICMP报文不能看作是高层协议，而只是IP需要的一部分。显然载有ICMP报文的IP数据报也有可能产

37、生错误。为此规定，对载送ICMP报文的数据报，若出现差错，不产生ICMP报文，否则就要引起递归了。,IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议 (Internet Group Management Protocol，IGMP)来完成。它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的设备(路由器)可支持多播发送。,6.4.7 网际主机组管理协议,6.4.8 地址解析协议,在互联网络中，每个节点分配有一个32 bit的IP地址。通过这个IP地址在节点之间收发报文分组。使用IP地址，整个网络的表面就像是一个单个的虚拟网络。但信息是通过真正的物理网络来传递的。

38、而在物理网络上，两台机器只有彼此知道物理地址时才能进行通信。因此，使用IP地址通信最终还是要把IP地址转换成物理地址。当然这项工作对用户来讲是透明的。,主机节点的IP地址与硬件是无关的，因此一般是保存在磁盘中的。机器启动后即从磁盘中取出IP地址，然后与别的主机进行通信。但如果这个节点是一个无盘工作站，它无处保存自己的IP地址，这就要依靠无盘工作站的物理地址了。因为无盘工作站自己的物理地址它是知道的，因此就可以广播一个报文分组给本地的文件服务器，让文件服务器告诉它的IP地址。这就是由物理地址向IP地址的转换。描述该转换的协议是反向地址解析协议（Reverse Address Resolution

39、 Protocol ,RARP）。,6.4.9 反向地址解析协议,6.4.10 Ipv6,IP协议是因特网的关键协议。IPv6是下一代IP协议，相对于IPv6来说现在使用的IP协议是IPv4。 IPv6所引进的主要变化如下： （1）更大的地址空间。 （2）灵活的首部格式。 （3）简化了协议，加快了分组的转发。 （4）允许对网络资源的预分配，支持实时视频流等要求，保证一定的带宽和时延的应用。 （5）允许协议继续演变和增加新的功能，使之适应未来技术的发展。,数据通信的本质活动是要完成两个进程之间信息的传递。IP协议可以使信息从一台计算机传送到另一台计算机，在此基础上， 传输层的作用便是要提供实现进

40、程到进程的通信服务。由于它通常支持端节点的应用进程之间的通信，因此传输层的协议有时也称为端到端协议。 TCP/IP协议簇在传输层主要包括两个协议：传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)和用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)。,6.5 传输层,6.5.1 传输控制协议,TCP协议是传输层的一种面向连接的通信协议，它向高层提供了面向连接的可靠报文段的传输服务。该服务是建立在IP所提供的不可靠报文分组传输服务的基础上的。可靠性的问题由TCP协议解决。每当发送数据段之前，TCP协议都必须保证先建立可靠的连接，然后通过确认重发

41、和窗口机制等对传输的数据段进行有效控制，以达到高可靠性的目的。TCP层的数据单元称为段，段不定长，TCP以一种字节流的方式传输数据段。所谓字节流，就是一个字节、一个字节地按照字节序号传输。此外，TCP协议还要完成流量控制和差错检验的任务，以保证可靠的数据传输。,6.5.2 用户数据报协议,用户数据报协议(User Datagram Protocol ，UDP)是一种面向无连接的协议，因此，它不能提供可靠的数据传输，而且UDP不进行差错检验，必须由应用层的应用程序来实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。虽然UDP与TCP相比显得非常不可靠，但在一些特定的环境下还是非常有优势的。 UDP数据报文包括首部和数据字段两部分，封装在IP数据报中传输，如图6-26所示。,如图6-27所示为UDP数据报,图6-26报文的封装,图6-27 UDP报文格式,6.5.2 用户数据报协议,在TCP/IP模型中，应用层包括了所有的高层协议，而且总是不断有新的协议加入，应用层的协议主要有以下几种。 远程终端协议TELNET：本地主机作为仿真终端登录到远程主机上运行应用程序。 文件传输协议FTP：