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2020年1月10日上海贝尔培训中心1Internet原理及应用简介TCP/IP简介(Internet物理结构、TCP/IP原理)IP路由协议介绍其它主要内容2020年1月10日上海贝尔培训中心2Internet原理简介——TCP/IP简介Internet是一个利用TCP/IP技术，通过路由器连接各种局域网的覆盖全球的计算机网络，在它上面提供了许多我们所需要的服务。如，等。一、Internet的物理结构LANFTPServerHTTPServerSMTPServerRouterIntranetIntranetIntranetIntranetIntranetRouterRouter图1Internet结构示意图2020年1月10日上海贝尔培训中心3Internet原理简介——TCP/IP简介在TCP/IP中，所有的协议被封装在IP分组中，通过IP网间网传输。IP是一个路由协议，这意味着使用IP通信的两个节点不必连接到同一物理线路上(不进行路由)。要对信息是如何穿越有一个基本的了解，要理解以下六个问题：1。该协议中的地址格式是什么？2.。设备如何获得一个地址？3。协议中的地址如何映射到一个物理地址？4。终端节点如何查找路由器？5。路由器如何由网络的拓扑结构进行路由？6。用户如何查找网络上的服务(服务名字解析：DNS等)？二、了解TCP/IP——信息如何从源端穿越网络到达目的端？2020年1月10日上海贝尔培训中心4Internet原理简介——TCP/IP简介MAC地址：在网上的两个计算机要通信，最终要利用它们的物理地址来联系。在局域网的技术中，使用最普遍的物理地址是MAC地址（以太网卡标识），它在以太网中唯一地标识了每个对象。MAC地址是一个48bit的整数。一般写成：U:V:W:X:Y:Z或U-V-W-X-Y-Z，U到Z是0~255的整数（常用16近制表示），其中X:Y:Z代表以太网卡厂家，如00:20:AF属于3Com。MAC地址是全球唯一的。IP地址：IP地址由一个32位值组成，它是由网络管理员为每一台工作站（或服务器）设置的一组数字。一般写成：W.X.Y.Z，W到Z是0~255的整数。Internet上的每个机器具有唯一的IP地址。它用于节点在IP互联网上的通信。为了便于路由，IP地址是一种层次化地址，它可分为两部分：网络地址和节点地址。当一个IP包要前往一个IP终端的时候，先利用该网络地址寻找最佳的到达终端网络的路径，然后利用节点地址定位到目的地。共由五类IP地址：A类地址、B类地址、C类地址、D类地址、E类地址。第一个问题、MAC（物理地址）地址与IP地址2020年1月10日上海贝尔培训中心5Internet原理简介——TCP/IP简介IP地址中有一些是保留的，它们具有特殊的用途。地址用途全0网络地址只在系统启动时有效，用于启动时临时通信网络127指本地节点(一般为127.0.0.1)，用于测试网卡及TCP/IP软件，这样浪费了1700万个地址全0节点地址用于指定网络本身，指网络号，如用于子网掩码全1节点地址全0IP地址全1IP地址用于本地广播，也称有限广播，无须知道本地网络地址用于广播，也称定向广播，需要指定目标网络RIP协议中用它指定默认路由,路由表中信宿的网络号为0.0.0.0表1特殊的IP地址五类地址2020年1月10日上海贝尔培训中心6Internet原理简介——TCP/IP简介(1)A类地址07bit24bit031网络号节点号共有27-2(全0、全1)=126个A类网络，每个网络可容纳224-2(全1、全0)个节点。(2)B类地址172.16.199.121---scsnt.sbell.com.cn1014bit16bit031网络号节点号共有214-1=16,383个B类网络，每个网络可容纳216-2=65,534个节点。2020年1月10日上海贝尔培训中心7Internet原理简介——TCP/IP简介(3)C类地址202.96.245.133----=2,097,171个C类网络，每个网络可容纳28-2=254个节点。一般net.1用于默认路由器，最多只有253个主机。(4)D类地址111028bit0该地址用于组播，从224.0.0.0~239.255.255.255，其中224.0.0.1用于永久组播。31(5)E类地址：11110XXX.H.H.H，作为实验的保留地址，从240.0.0.0~247.255.255.255。另外，11111XXX.H.H.H留着备用。2020年1月10日上海贝尔培训中心8Internet原理简介——TCP/IP简介IP地址与MAC地址的关系：既然每一台设备已经有一个物理地址，那么为什么还需要IP地址呢？首先，并不是每一台设备都支持以太地址，而IP地址能使那些没有以太地址的设备(光纤、令牌环等)能利用IP地址连接到Internet。其次，以太地址由设备商管理，而不是由买方机构管理，因此最终要得到一个基于设备商，而不是设备位置的有效路由方式是不可能的。而IP地址是根据网络拓扑结构来分配的，这利于网络路由。最后一点，利用IP地址和MAC地址结合的方式增加了组网的灵活性。如果一块以太卡坏了，可以换掉它，而不必获取一个新的IP地址；如果一个IP节点从一个网络被移到另一个网络，可以给它分配一个新的IP地址，而不必更换一块新的以太卡。IP地址是网络层地址，用于信息穿越互联网络的目的，可利用它路由。而MAC地址用于同一线路上两个节点间的通信，不能用来路由。2020年1月10日上海贝尔培训中心9Internet原理简介——TCP/IP简介要将网络连接到Internet，可以向InterNIC(InternetNetworkInformationCenter)申请IP地址。可通过E-MAIL到hostmaster@internic.net联系。也可以向ISP申请IP地址。过去，当一个组织向NIC申请IP地址时，你可以取得一个A或B或C。在某一类地址中具体的地址分配可以由组织自己控制。由于IP地址的紧张，现在已不以地址类别为地址分配单位了，而采用CIDR(ClasslessInterDomainRouting,无类型域间路由)分配方式。解决IP地址紧张的手段有两种：利用Proxy代理技术和子网划分技术。假设公司只得到了一个B的地址172.16.0.0。公司可能有几个物理网络，由于只有一个网络号，所以不可能给每个物理网络一个网络地址。可以将公司的Intranet划分成几个子网，它们之间通过路由器连接起来。在IP地址中，可以将172.16.0.0中的后两个字节的一部分作为子网地址。这样还可以减少网络交通，便于管理。划分子网时，要为每台设备指定子网掩码。这样，具有相同的子网掩码的设备就处于同一个子网内。子网之间的路由与Internet中的路由相似。注意，RIPI不支持子网路由，RIPII支持。例：将网络172.16.0.0分成4个子网。网络结构-掩码配置-子网识别。第二个问题、给TCP/IP设备分配IP地址2020年1月10日上海贝尔培训中心10Internet原理简介——TCP/IP简介有了子网的概念，下面进一步讲CIDR地址分配。现在NIC可以给你一个子网掩码地址(即给你一个子网)，如可以提供子网号192.168.2.192，这样你的网络中可以有26-2=62台设备。这样的子网称slash网(它具有的是子网号，而不是网络号)。192.168.2.192子网是一个slash26网，NIC控制前26位，组织控制后6位。得到了IP地址，就可以将它分配给设备。大部分IP设备需要人工配置IP地址，将IP地址输入到某些配置程序或控制台中。一起输入的通常还有其它信息，如广播地址，子网掩码和默认网关地址等。某些站点支持IP地址的动态配置。像引导协议(BootProtocol,BOOTP)和动态主机配置协议(DynamicHostConfigurationProtocol,DHCP)这样的协议能利用集中服务器分配唯一的IP地址，并根据需求配置其它信息。2020年1月10日上海贝尔培训中心11Internet原理简介——TCP/IP简介Internet中的两个节点要通信，它们首先是靠IP地址来标识联系的，但它们最终要靠MAC地址来通信，一旦知道了对方的MAC地址，两个节点就可以在以太网内进行通信。所以要将IP地址映射到MAC地址。完成这个工作的协议是地址解析协议(AddressResolutionProtocol,ARP)。在具体讲述ARP之前,先来了解一下以太网中流动的信息(IEEE802.3)。我们先看一下以太网的一般配置：第三个问题、将IP地址映射到MAC地址(ARP)收发器:负责处理载波监听和冲突检测(A/D、D/A)网卡主机=50m可放置一中继器打、拆帧和计算校验和同轴电缆2020年1月10日上海贝尔培训中心12Internet原理简介——TCP/IP简介总体结构(10M)：以太帧格式：8B6B6B2B46~1500B填充4B10...10,10101011帧前导帧同步帧起始目的地址源地址帧类型数据CRC基于CSMA/CD原因自识别，增加上层协议的灵活性ARP可能是单目、多目和广播(FFFFFF)2020年1月10日上海贝尔培训中心13Internet原理简介——TCP/IP简介当信源网卡想通过信宿IP地址知道其MAC地址的时候，它向同一线路上的所有机器广播一个ARP报文(如下图)，该报文封装在以太帧中。它填充以太帧的“数据”字段。帧头ARP数据报文CRC硬件类型协议类型操作发送者硬件地址(0~3B)发送者IP(0~1B)目的硬件地址(0~1B)目的硬件地址(2~5B)目的IP(0~3B)发送者硬件地址(4~5B)硬件地址长度发送者IP(2~3B)协议地址长度0318162020年1月10日上海贝尔培训中心14Internet原理简介——TCP/IP简介ARP报文解释：–硬件类型：发送者本机硬件接口类型(以太网卡：1)–协议类型：发送者提供的高级协议类型(IP协议：0X0800)–操作：说明报文类型1：ARP请求2：ARP响应–目的硬件地址：ARP请求时，空出该域。–有些硬件技术不支持上层软件访问帧头，所以在帧头中和ARP数据报文中都有发送者硬件地址域。ARP报文处理–进行ARP请求时，发送者在“发送者硬件地址”域和“发送者协议地址”域分别填入本机的硬件地址和IP地址；并在“目标协议地址”域填入要解析的目标机的IP地址，在“操作”域填入“1”。–目标机处理请求时，在所缺域中填入相应数据，交换发送者域和目标域的位置，将“操作”域更改为“2”。2020年1月10日上海贝尔培训中心15Internet原理简介——TCP/IP简介当A(IPa)为得到B(IPb)的MAC地址而广播ARP请求时，它在以太帧头的目的物理地址中填入“FFFFFF”。问在同一线路上的所有机器，“请IP地址是IPb的机器告诉它的MAC地址”。这时候只有B会响应，并回答出自己的MAC地址。为了提高效率，ARP使用了高速缓存技术。机器尽可能地将它所能知道的IP和MAC地址对存入高速缓存(默认生存期是30s，可人为修改)，对在高速缓存中有的IP地址，它将不进行ARP请求。另外，在新机入网时，它主动广播其MAC地址。2020年1月10日上海贝尔培训中心16Internet原理简介——TCP/IP简介路由器是将局域网连接成广域网的常用的方法。路由器在网络中的一般位置如图：它有两个MAC地址和两个IP地址。第四个问题、终端节点找路由器LANLAN路由器当TCP/IP网络上的节点有一个IP分组要发送给另一个节点时，它遵循一个简单的算法来决定如何进行