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第2章数据通信系统《现代通信系统》课程2019/12/201第2章数据通信系统2.1数据通信概述2.2计算机网络体系结构2.3局域网2.4TCP/IP2.5Internet和广域网2019/12/2022.4.1TCP/IP简介网络互连是指将不同的子网连接起来，以解决子网间的数据流通，从而达到共享子网内资源的目的。不同类型局域网互联要解决很多问题：寻址方式、最大分组长度、超时控制机制、差错控制方式、路由选择方式等都不同。网络互连就是在不改变原来网络体系结构的条件下，解决这些差异，把一些异构的网络互联成一个统一的通信系统，使不同网络之间具有连通性和互操作能力。2019/12/203•TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）传输控制协议/网际协议•源于美国ARPANET网，是目前使用最广泛、推广最快的网络互连协议。•目的是提供与底层硬件无关的网络之间的互联•不是单纯的两个协议，而是一组通信协议的集合•每个协议都具有特定功能，完成相应OSI层的任务•其已成为Internet的通信协议，已成为不同计算机之间互联和不同网络互联的实际标准。2.4.1TCP/IP简介2019/12/204TCP/IP的优点（1）TCP/IP适用于各种硬件平台，从微机到巨型机，从LAN（局域网）到WAN（广域网）均可使用。与众多知名的操作系统兼容；TCP/IP还有丰富的软件产品，许多著名的网络产品和网络数据库（如Oracle）都提供了TCP/IP接口；（2）TCP/IP的通信效率高，TCP/IP为四层结构，较OSI的七层结构在层次上作了简化，大大提高了通信效率；2.4.1TCP/IP简介2019/12/205TCP/IP的优点（3）技术和协议文本都是公开的；（4）TCP/IP对用户屏蔽网络的低层结构，用户和应用程序不必了解网络的硬件连接细节，使用户使用网络和进行程序设计极为方便；（5）TCP/IP对网络的拓扑结构没有限制，因而网络容易扩充。2.4.1TCP/IP简介2019/12/206TCP/IP的组成TCP/IP模型共有四层：（1）应用层：对应于OSI的应用层、表示层和会话层。（2）运输层：对应于OSI的运输层。（3）网际层（Internet层）：对应于OSI的网络层。（4）网络接口层（网络访问层）：对应于OSI的数据链路层和物理层。2.4.1TCP/IP简介2019/12/207TCP/IP协议数据格式（5）TCP/IP数据格式数据从一层传到另一层时，每一层都要按照较低层协议要求的格式对数据进行封装。各层协议封装格式如下图所示2.4.1TCP/IP简介2019/12/2081.物理（硬件）地址MAC地址：也称为“物理地址”或“硬件地址”，网络接口层使用，识别唯一的设备。每块以太网网卡在出厂时就由厂家分配了一个永久性的物理地址，以太网底层硬件设备和相应的软件可以识别。MAC地址有6字节（48位）和2字节（16位）两种。6字节地址：局域网全局地址，前3个字节为“厂商代码”，后3个字节由厂商分配；2字节地址：局部管理地址。2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2091.物理（硬件）地址•每一块网卡都有全球惟一的物理地址。称之为MAC地址。MAC地址是由6位Byte的数字串（共48位二进制）组成，数字串通常用冒号隔开•例如：00:60:8C:00:54:99。通常分为两部分：生产商ID和设备ID•（1）生产商ID。前面3位Byte（24位二进制）代表厂商，3Com公司的为00:60:8C，Intel公司的为00:AA:00。有些生产厂商有几个不同的生产商ID•（2）设备ID（24位）。后面3位Byte（24位二进制）代表制造商为某具体设备分配的ID，如00:54:992.4.2TCP/IP协议地址2019/12/20102.IP地址TCP／IP的网际层有自己的地址系统，称为IP地址。网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一。与IP协议配套使用的还有四个协议：•地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)•逆地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)•因特网控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)•因特网组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)。2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2011网际协议IP及其配套协议各种应用层协议网络接口层(TELNET,FTP,SMTP等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网际层IGMP2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2012•我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的32bit的标识符。•IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)进行分配2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2013•IP地址的基本概念IP协议提供一种通用的地址格式，并在统一管理下进行地址分配，保证一个地址对应一台主机（包括网关），这样物理地址的差异被IP层所屏蔽。IP层所用到的地址叫做网络地址，又叫IP地址•IP地址的组成网络标识（netid）和主机标识（hostid）。网络#主机#32位1字节8位1字节8位1字节8位1字节8位2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2014构成：32位二进制比特（4个字节）组成，前面的字节是IP地址的网络号（网络标识），后面的字节是IP地址的主机号（主机标识）。为了容易书写，通常将每个字节表示成对应的十进制数，中间用圆点分开。比如：IP地址为118.66.9.2，其中网络号为“118.66”，主机号为“9.2”。2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2015点分十进制记法10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性128.11.3.3112811331将每8bit的二进制数转换为十进制数2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2016net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用11110012019/12/2017net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001A类地址的网络号字段net-id为1字节2019/12/2018net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001B类地址的网络号字段net-id为2字节2019/12/2019net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001C类地址的网络号字段net-id为3字节2019/12/2020net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001A类地址的主机号字段host-id为3字节2019/12/2021net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001B类地址的主机号字段host-id为2字节2019/12/2022net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001C类地址的主机号字段host-id为1字节2019/12/2023net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001D类地址是多播地址2019/12/2024net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001E类地址保留为今后使用2019/12/2025常用的三种IP地址的使用范围网络最大第一个最后一个每个网络类别网络数可用的可用的中最大的网络号网络号主机数A126(27–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.2552542.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2026（1）IP地址不仅标识主机，还标识主机与网络的连接。因此，当主机移到另一个网络时，它的地址必须改变。（2）TCP要求同一物理网络的每个网络接口具有相同的网络号和惟一的主机号。（3）路由器连接到多个网络上，它就有多个IP地址，因为它所连接的每一个网络都有一个网络地址。IP地址的一些重要特点2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2027(4)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。2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2028(5)实际上IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。•当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id必须是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomedhost)。•由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。2.4.2TCP/IP协议地址2019/12/2029(6)用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。(7)所有分配到网络号net-id的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。2.4.2T