TCPIP协议族

PartV网络互连和互联网(TCP/IP协议族)3学时大纲要求掌握计算机网络互联技术；掌握TCP/IP协议网络的联网方法和网络应用服务技术；·数据链路层协议（ARP、RARP）·网络层协议IP（IP地址、子网掩码）·传输层协议（TCP、UDP）主要知识点5.1协议层次5.2网络层协议5.3传输层协议5.4IPv65.5典型试题分析5.1协议层次•网络层(网络接口层)•传输层•应用层5.1协议层次HTTPSNMPSNMPSMTPTFTPNFSHTTPFileTransferNameServerICMPRARPARPIPTCPUDPIEEE802.3IEEE802.3IEEE802.4IEEE802.5IEEE802.6ATMX25FDDISLIPPPPHDLC/LCP/NCP5.5.7432OSI5.2网络层协议5.2.1IP地址5.2.2掩码5.2.3IP协议5.2.4ARP/RARP5.2.5ICMP5.2.6IGMP5.2.7路由协议5.2.8移动IP5.2.1IP地址•互联网上的每个接口必须有一个唯一的Internet地址（也称作IP地址）。•IP地址长32bit。Internet地址并不采用平面形式的地址空间，如1、2、3等。•IP地址具有一定的结构，五类不同的互联网地址格式如下图所示：1A类:0NNNNNNNHostHostHost891617242532Range(1-126)1B类:10NNNNNNNetworkHostHost891617242532Range(128-191)1C类:110NNNNNNetworkNetworkHost891617242532Range(192-223)1D类:1110MMMMMulticastGroupMulticastGroupMulticastGroup891617242532Range(224-239)IP地址的分类各类IP地址的范围类型范围ABCDE0.0.0.0到127.255.255.255128.0.0.0到191.255.255.255192.0.0.0到223.255.255.255224.0.0.0到239.255.255.255240.0.0.0到247.255.255.255这些32位的地址通常写成四个十进制的数，其中每个数对应一个字节。区分各类地址的最简单方法是看它的第一整数。按目的端分类：三类IP地址三类IP地址单播地址：目的为单个主机。广播地址：目的端为给定网络上的所有主机。组播地址：目的端为同一组内的所有主机。IP地址与MAC地址•IP地址是指Internet协议使用的地址，而MAC地址是Ethernet协议使用的地址。•IP地址与MAC地址之间并没有什么必然的联系，MAC地址是EthernetNIC（网卡）上带的地址，为48位长。•每个EthernetNIC厂家必须向IEEE组织申请一组MAC地址，在生产NIC时编程于NIC卡上的串行EEPROM中。因此每个EthernetNIC生产厂家必须申请一组MAC地址。IP地址与MAC地址•任何两个NIC的MAC地址，不管是哪一个厂家生产的都不应相同。MAC地址存在于每一个Ethernet包中，是Ethernet包头的组成部分，Ethernet交换机根据Ethernet包头中的MAC源地址和MAC目的地址实现包的交换和传递。IP地址与MAC地址•IP地址是Internet协议地址，每个Internet包必须带有IP地址，每个Internet服务提供商（ISP）必须向有关组织申请一组IP地址，然后一般是动态分配给其用户，当然用户也可向ISP申请一个IP地址（根椐接入方式），这就是为什么在配置Windows的“拨号网络”时，一般让系统给自动分配IP地址。IP地址现是32位长。IP地址与MAC地址无关，因为Ethernet的用户，仍然可通过Modem连接Internet。IP地址通常工作于广域网，我们所说的Router（路由器）处理的就是IP地址。IP地址与MAC地址•MAC地址工作于局域网，局域网之间的互连一般通过现有的公用网或专用线路，需要进行网间协议转换。可以在Ethernet上传送IP信息，此时IP地址只是Ethernet信息包数据域的一部分，Ethernet交换机或处理器看不见IP地址，只是将其作为普通数据处理，网络上层软件才会处理IP地址。5.2.2子网掩码•掩码的基本知识•VLSM•CIDR•掩码的基本知识•除了IP地址以外，主机还需要知道有多少比特用于子网号及多少比特用于主机号。这是在引导通过子网掩码来确定的。这个掩码食一个32bit的值，其中值为1的比特留给网络号和子网号，为0的比特留给主机号。BitsUsedforSubnetMaskAddressClassDottedDecimalNotationClassAClassBClassC111111110000000000000000000000001111111111111111000000000000000011111111111111111111111100000000255.0.0.0255.255.0.0255.255.255.0子网掩码1721600255255002552552550NetworkHostNetworkHostNetworkSubnetHost11111111111111110000000000000000从标准的ABC类网的主机部分里借用一定高位来表示子网位，形成新的网络位+子网位+主机位的结构。默认的子网掩码借用8bit作为子网位IP地址8位中每位对应的10进制数的数值1111111112864321684218Bits255DecimalValue掩码的计算16NetworkHost172.15.2.160255.255.255.017220101011001111111110101100000100001111111100010000111111110000001010100000000000000000000000000010Subnet网络地址128192224240248252254255子网掩码同IP地址进行逐位的“与”运算可得该IP地址所在子网的网络地址，路由器可由此做为转发的依据区分网络号和主机号ClassBExample15.200131.107.0.0255.255.131.107.w.x.IPAddressSubnetMaskNetworkIDHostID15.200y.z100000110110101100010000110010001111111111111111000000000000000010000011011010110000000000000000IPAddressSubnetMaskResult区分网络号和主机号需要特别说明的是，早期的一些网络软件不支持子网段全“0”的子网和子网段全“1”的子网，这造成了巨大的地址资源浪费。例如，当子网段长度为1位的时候，地址资源浪费率为100%；当子网段长度为2位的时候，地址资源浪费率为50%。这种规则已经被废止，现在的网络软件都已支持子网段全“0”或全“1”的子网。（主机ID不能用全0和全1）子网Subnet使用A、B、C类地址的网络可以进一步划分子网段，称为子网。子网划分的目的：便于管理（IP地址利用）。子网掩码的功能•区分网络ID和主机ID•确定目的地是本地网络还是远程网络子网的划分方法用主机号的高位来标识子网号；其余位表示主机号。确定IP地址11111000IP主机地址:192.168.5.121子网掩码:255.255.255.248NetworkSubnetHost192.168.5.121:1100000011111111Subnet:110000001010100010101000111111110000010100000101111111110111100101111000255.255.255.248:子网地址=192.168.5.120主机地址=192.168.5.121–192.168.5.126子网的广播地址=192.168.5.127Broadcast:NetworkNetwork11000000101010000000010101111111注意：借用主机地址时至少要留两位主机位•变长子网掩码（VLSM）172.15.14.32/27172.15.14.64/27172.15.14.96/27172.15.0.0/16ACBHQ提供了在一个主类（A类、B类、C类）网络内包含多个子网掩码的能力，可以对一个子网再进行子网划分，使得对IP地址的使用更为有效•无类域间路由CIDR用于帮助减缓IP地址耗尽和路由表增大的问题。多个C类地址块可以被组合或聚合在一起以生成更大的无类别IP地址集（也就是说，我们可以用一个CIDR的聚合体来表示一组C类地址）。5.2.3IP协议IP数据报结构版本、长度与服务类型分片与重组生存时间、协议类型与校验选项IP协议传输机制IP数据报传输是一种简洁而有效的分组交换方式，为了达到最高的传输速率，它放弃了可靠性保证(如检错、重传等，数据的可靠性要靠更高层协议，如TCP等来保证)，以便尽快将数据报传往目的地。它不保证传输质量，只是尽最大努力来传输要传的数据。IP数据报传输的关键问题是分片和重组。分片是为了适应物理网的最大传输单元(MTU)；IP协议传输机制重组是为了将已分片的数据根据分片规则重新组合起来。数据报传输的一大特点是随机路由，因而从信源到信宿的时延也是随机的。另外，在路由时数据报还可能进入一条循环路由，IP中采用“生存期”来解决。IP数据报结构Bit0Bit15Bit16Bit3120BytesIP数据报结构031版本号报头长度TOS总长度标识符标志分片偏移量TTL协议首部校验和信源IP地址目的IP地址IP选项(若有)填充数据………………...48161924•版本：V4•报头长度：它是以32比特为单位的。最常见的是5(不含IP选项，20B)，也有为6的(含IP选项，24B)。•TOS(服务类型)：IP协议是一个不保证质量的协议。它通过TOS来弥补一下其QOS的不足。其8个比特的含义如下：优先级DTR保留0357IP数据报结构三个比特的优先级指明本数据报的优先级，允许发送方表示数据报的重要程度。优先级从0到7，其中“0”表示普通用户优先级，“7”表示网络控制优先级。D、T、R表示本数据报希望的传输类型。D=1表示低时延，T=1表示高吞吐量，R=1表示高可靠性。注意，优先级对网络没有强制性，目前大多数网络对此一般不作处理，但为技术的进一步的提供了手段。IP数据报结构优先级DTR保留0357IP数据报结构—版本、长度与服务类型版本：IPv4、IPv6•IPv4采用32位地址空间，可以提供约42亿个地址。虽然数目巨大，但该协议的开发人员当时并未料到因特网发展会如此迅速。虽说网络地址转换（NAT）和无类域间路由（CIDR）等技术会使IPv4的使用寿命延长几年，但迟早IPv4会跟不上因特网的发展需求。IP数据报结构—版本、长度与服务类型版本：IPv4、IPv6•IPv6的128位地址空间有望带来大得常人无法想象的空间。那么究竟有多少个地址呢？大约3.4x1038个。如果说这过于抽象，不妨这么去想：IPv6在每平方米地球表面上提供的地址数多达5.5x1023，即55,570,793,348,866,943,898,599个。•除了地址数量多得多外，IPv6还弃用了IPv4采用的熟悉的“点分四元组”格式（如193.10.10.154）。相反，IPv6采用十六进制符号，以冒号取代了圆点。FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210地址结构就是一个例子。IP数据报结构—分片与重组链路层帧在每一种物理网络中都有一个最大长度限制，这个最大长度称为最大传输单元(MaximumTransferUnit,MTU)。所以虽然IP数据报的最大长度可以达到64