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1、第1章 OSI/RM模型与TCP/IP协议体系 11 OSI/RM参考模型 1.1.1 OSI/RM的形成 。 OSI规定了可以互联的计算机系统之间的通信协议， 遵从OSI协议的网络通信产品都是所谓的开发系统， 也就是意味着可以与其他网络系统进行互联 1.1.2OSI/RM层次结构 1网络分层的必要性 2OSI/RM的层次结构 3OSI/RM的数据封装拆封 4OSI/RM各层的功能 v物理层(Physical Layer)是参考模型的最低 层。该层是网络通信的数据传输介质，由 连接不同结点的电缆与设备共同构成。主 要功能是：利用传输介质为数据链路层提 供物理连接，负责处理数据传输并监控数 据出
2、错率，以便数据流的透明传输。 v数据链路层(Data Link Layer)是参考模型 的第2层。主要功能是：在物理层提供的 服务基础上，在通信的实体间建立数据链 路连接，传输以帧为单位的数据包，并采 用差错控制与流量控制方法，使有差错的 物理线路变成无差错的数据链路。 v网络层(Network Layer)是参考模型的第3层 。主要功能是：为数据在结点之间传输创 建逻辑链路，通过路由选择算法为分组通 过通信子网选择最适当的路径，以及实现 拥塞控制、网络互联等功能。 v传输层(Transport Layer)是参考模型的第4 层。主要功能是向用户提供可靠的端到端 (End-to-End)服务，
3、处理数据包错误、数据 包次序，以及其他一些关键传输问题。传 输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节， 因此，它是计算机通信体系结构中关键的 一层。 v会话层(Session Layer)是参考模型的第5层。主要 功能是：负责维护两个结点之间的传输链接，以便 确保点到点传输不中断，以及管理数据交换等功能 。 v表示层(Presentation Layer)是参考模型的第6层。 主要功能是：用于处理在两个通信系统中交换信息 的表示方式，主要包括数据格式变换、数据加密与 解密、数据压缩与恢复等功能。 v应用层(Application Layer)是参考模型的最高层。主 要功能是：面向用户为应用软件提供了
4、很多服务， 例如文件服务器、数据库服务、电子邮件与其他网 络软件服务。 5协议和协议的三要素 v网络中的计算机与计算机之间要想正确的传 送信息和数据，必须在数据传输的顺序、数 据的格式及内容等方面有一个约定或规则， 这种约定或规则称为协议。 v语法：数据与控制信息的结构或格式 。 v语义：需要发出何种控制信息，完成何种动 作以及做出何种响应。 v时序：事件实现顺序的详细说明。 1.2 TCP/IP协议体系 vTCP/IP是用于计算机通信的一组协议，我们 通常又称它为TCP/IP协议族。它是70年代中 期美国国防部为其ARPANET广域网开发的 网络体系结构和协议标准，以它为基础组建 的INTE
5、RNET是目前国际上规模最大的计算 机网络，正因为INTERNET的广泛使用，使 得TCP/IP成了事实上的标准。 1.2.1 TCP/IP协议体系的层次结构 1.2.2 TCP/IP协议体系的协议分布 all over IP和IP over all 1.2.3 TCP/IP协议体系的数据封装拆封 几种常见的数据封装结构和信息单元名称 1.3 IP协议 1.3.1 IP协议及特点 IP协议是TCP/IP协议体系中最核心的协 议，它提供不可靠、无连接的服务，也即 依赖其他层的协议进行差错控制。 IP首部结构 IP协议是一个面向无连接不可靠的网络层协议， 具体表现在： v不保证源主机发送出来的IP
6、数据包一定无差错地交付 到目的主机。 v不保证源主机发送出来的IP数据包都在某一规定的时 间内交付到目的主机。 v不保证源主机发送出来的IP数据包一定按发送时的顺 序交付到目的主机。 v不保证源主机发送出来的IP数据包不会重复交付到目 的主机。 v不故意丢弃IP数据包。丢弃IP数据包的情况主要是： 路由器检测出首部校验和有错误；TTL为零；或由于 网络中通信量过大，路由器或目的主机中的缓存已无 空闲空间。 1.3.2 IP地址与子网掩码 vIP地址由网络号(网络ID)和主机号(主机ID)两 个部分组成。 v网络号用来标识internet中的一个特定网络， 而主机号则用来表示该网络中的某台主机，
7、 而子网掩码就是用来标示IP地址中哪些位是 网络号，哪些位是主机号。 网络ID、主机ID示例 1IP地址的分类 2特殊的IP地址 v网络地址：网络地址包含了一个有效的网络号和一个全 “0”的主机号。例如，地址113.0.0.0，子网掩码为 255.0.0.0，就表示该网络是一个A类网络的网络地址， 而一个具有IP地址为202.100.100.2、子网掩码为 255.255.255.0的主机所处的网络地址为202.100.100.0 ，它是一个C类网络，其主机号为2。 v广播地址：当一个设备向网络上所有的设备发送数据时 ，就产生了广播。为了使网络上所有设备能够注意到这 样一个广播，必须使用一个可
8、进行识别和侦听的IP地址 。通常，这样的IP地址以全“1”结尾。IP广播有两种形式 ，一种叫直接广播，另一种叫有限广播。 v回送地址：又称为环回地址（loopback地址），A类网络地 址127.0.0.0是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机 器进程间通信。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据 ，协议软件不进行任何网络传输，立即将之返回。因此，含 有网络号127的数据报不可能出现在任何网络上。 v私有地址：又称为专用网络地址、内部地址，地址范围为 10.0.0.010.255.255.255，172.16.0.0172.32.255.255， 192.168.0.0192.168.25
9、5.255都属于私有地址，这些地址 被大量用于企业内部网络中，都是可以随意使用的IP地址， 而不需要向IP地址分配机构进行申请和付费。这也在一定程 度上解决了IP地址不够分配的问题，使用私有地址的私有网 络在接入Internet时，要使用地址翻译 (NAT)，将私有地址 翻译成公用合法地址，在Internet上，这类私有IP地址是不 能出现的。 3子网划分 v当一个组织申请了一段IP地址后，可能需要对IP地 址进行进一步的子网划分。例如，某个规模较大的 公司申请了一个B类IP地址166.133.0.0，如果采用 B类标准子网掩码255.255.0.0而不进一步划分子网 ，那么166.133.0
10、.0网络中的所有主机（最多共 65534台）都将处于同一个直接广播范围内或有限 广播范围内，网络中充斥的大量广播数据包将导致 网络最终不可用。 v解决方案是进行非标准子网划分。非标准子网划分 的策略是借用主机号的一部分充当网络号。具体方 法是采用新的、非标准子网掩码，而不采用默认的 标准子网掩码。 C类网络进行非标准子网划分示例 B类网络进行非标准子网划分示例 4VLSM vVLSM（Variable Length Subnet Mask，可 变长子网掩码），规定了如何在一个进行了 子网划分的网络中的不同部分使用不同的子 网掩码。这对于网络内部不同网段需要不同 大小子网的情形来说非常有效。 v
11、VLSM实际上是一种多级子网划分技术。 VLSM 示例 5CIDR v在分配IP地址段时也不再按照有类网络地址 的类别进行分配，而是将IP网络地址空间看 成是一个整体，并划分成连续的地址块。 vCIDR可以用来做IP地址汇总（或称超网、子 网汇聚）。在未作地址汇总之前，路由器需 要对外申明所有的内部网络IP地址空间段。 CIDR 示例 6IPV6 vIPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定IP 地址长度为32，即有232-1个地址；而 IPv6中IP地址的长度为128，即有2128-1 个地址。 vIPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配 一开始就遵循聚类（Aggregation）的原
12、则，这使得路由器能在路由表中用一条记 录（Entry）表示一片子网，大大减小了 路由器中路由表的表目项数量，提高了路 由器转发数据包的速度。 vIPv6增加了增强的组播（Multicast）支持以及对流 的支持（Flow Control），这使得网络上的多媒体 应用有了长足发展的机会，为服务质量（QOS， Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。 vIPv6加入了对自动配置（Auto Configuration）的支 持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（ 尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。 vIPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中用户可 以对网络层的
13、数据进行加密并对IP报文进行校验， 极大的增强了网络的安全性。 1.4 TCP协议和UDP协议 1.4.1 TCP协议 传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）是一种面向连接的、可靠的 、基于字节流的传输层通信协议，该协议主 要用于在主机间建立一个虚拟连接，以实现 高可靠性的数据包交换。 1TCP报头结构及特点 源端口和目的端口 2TCP连接的三次握手与释放的四次挥手 1.4.2 UDP 协议 用户数据报协议（UDP） 是TCP/IP协议体系中一种无连接传输层协议， 提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。 1.5 ARP协议和ICMP协议 1.5.1
14、ARP协议 1ARP协议简介 ARP协议是“Address Resolution Protocol” （地址解析协议）的缩写。所谓“地址解析”就 是主机在发送帧前需要将目的IP地址转换成 目的MAC地址的过程。ARP协议的基本功能 就是通过目的计算机的IP地址，查询目的计 算机的MAC地址，以保证通信的顺利进行。 2ARP工作过程 3ARP报文格式 4ARP缓冲区 1.5.2 ICMP协议 1ICMP协议简介 vIP协议是一种不可靠的协议，无法进行差错控制。但IP协议 可以借助其他协议来实现这一功能，如ICMP（Internet Control Messages Protocol，网间控制报文协议）。 vICMP协议是TCP/IP协议集中的一个子协议，属于网络层协 议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，控制消息 是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身 的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用 户数据的传递起着重要的作用。当遇到IP数据包无法访问目 标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时， 会自动发送ICMP消息。 2ICMP报文格式 3常见的ICMP报文 l响应请求 l目标不可到达、源抑制和超时报文 l时间戳
