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1、TCP/IP协议,陈庆章 2011年11月8日,IP地址,Internet,Internet是世界上最大的互联网络，具有开放性。1974年，斯坦福大学的两位研究员瑟夫（cerf）和康恩（kahn）提出了开放网络的四项原则： 小型化、自治：每个网络可以自行运作，当需要进行网间互联时无需改变其内部结构。 尽力而为的服务：互联网络仅提供尽力而为的服务，如果需要可靠的通信，则由发送端通过重传丢失的报文来实现。 无状态路由器：互联网络中的路由器不保存任何现行连接中已经发送过的信息流状态。 非集中控制：在互联网络中不存在全局性的控制机制。,Internet,为满足开放网络的要求，Internet从198
2、3年开始引入并使用TCP/IP协议栈(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)。 TCP/IP不是单一的协议，而是由数十个具有一定层次结构的协议组成的一个协议集。而TCP和IP是该协议中两个最重要的协议。 整个TCP/IP协议集的框架被称为TCP/IP体系结构或简称为TCP/IP。 由于TCP/IP协议在因特网中的广泛使用，现在人们常常把TCP/IP协议称为因特网协议。,协议栈和协议数据单元,IP地址,所谓IP地址就是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32bit地址。 按照TCP/IP协议规定，IP地址用二进制来表示，每个
3、IP地址长32bit，比特换算成字节，就是4个字节。 例如一个采用二进制形式的IP地址是“00001010 00000000 00000000 00000001”，这么长的地址，人们处理起来也太费劲了。为了方便人们的使用，IP地址经常被写成十进制的形式，中间使用符号“.”分开不同的字节。于是，上面的IP地址可以表示为“10.0.0.1”。IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”。,IP地址,IP地址既用来标示主机也用以标示网络接口 路由器有多个接口 主机可能有一个，也可能有多个接口 IP地址只与设备的网络接口有关,IP地址,IP地址包括2个部分: 网络地址（网络号） 主机地址（主机号） 网
4、络是什么? （从 IP 地址的视角） 具有相同网络地址的设备接口，或 不经过路由器就可以物理上相互通达的设备,IP地址类别,IP地址划分为四类,1.0.0.0 to 126.255.255.255,128.0.0.0 to 191.255.255.255,192.0.0.0 to 223.255.255.255,224.0.0.0 to 239.255.255.255,Range,0,NetID,10,110,NetID,1110,Multicast Address,HostID,NetID,HostID,HostID,A,B,C,D,8 bits,8 bits,8 bits,8 bits,最
5、大网络数 = 27-2 = 126,最大主机数 = 224-2 = 16777214,最大网络数 = 214 = 16384,最大主机数 = 216-2 = 65534,最大网络数 = 221 = 2097152,最大主机数 = 28-2 = 254,Class,IP地址范围一览,IP地址解剖，以C类为例,保留IP地址,某些地址已经被Internet放置一边，保留用于专用。如果想在自己内部网上走TCP/IP,一般使用保留地址。保留地址段如下：10.0.0.0-10.255.255.255172.16.0.0-172.31.255.255192.168.0.0-192.168.255.255 （
6、当内部网要访问Internet时，可以使用NAT技术将保留地址转换到有效IP地址。）,子网和划分,子网,无论是A、B、C哪类网络，为了方便我们管理网络以及合理使用IP地址，我们都可以将其进行分割，使其成为规模更小或业务特性更集中的网络，这种网络成为子网。 例如从业务处理角度看，我们可以将一个大学的网络分为一个个学院网络，或分为教务网、财务网、人事网等等，这样划分肯定有助于管理。而划分的方法之一就是按照IP地址进行。,为什么要划分,节约IP地址空间如果一个单位申请到一个B类地址，该网络将可以容纳65534台主机，该单位又没有如此之多的入网设备，那就出现网络地址浪费问题，同时，即便有如此之多设备入
7、网，要把这些设备放在同一个网络进行管理也是非常复杂的。提高性能加强安全,如何划分,一般所说的子网划分，就是在最初的IP地址划分方案基础上，加入一个子网等级层次。这种子网划分方案对单位外部的网络没有影响，也就是说，在这个单位外部的一台主机仍然只看到原来的具有两个等级的地址结构。在单位内部，本地网络管理员可以为子网ID和主机ID自由地选择任意的长度组合。,例子,思考：使用2个bit作为子网位，可以划分多少子网呢？,例如： 原来的网络：10.5.0.0 借用2位划分子网后：10.5.64.0和10.5.128.0,00001010 00000101 xxxxxxxx xxxxxxxx 网络号 主机号
8、,子网1： 00001010 00000101 01 xxxxxx xxxxxxxx 网络号 子网号 主机号 子网2： 00001010 00000101 10 xxxxxx xxxxxxxx 网络号 子网号 主机号,划分后对外仍是一个网络,网络 10.5.0.0,所有目的地址为10.5.x.x 的分组均到达此路由器,子网划分的计算,子网掩码,子网掩码的作用 使网络内的计算机了解子网划分的结构 使边缘路由器了解子网划分的结构 子网掩码的格式 子网掩码也是32bit长的二进制数，由一串连续的1后跟一串连续的0组成； 前面的1与网络号和子网号对应，后面的0与主机号对应。如前面的例子： 子网结构为：
9、 00001010 00000101 ss xxxxxx xxxxxxxx 子网掩码为： 11111111 11111111 11 000000 00000000掩码写成十进制数为： 255.255.192.0,默认子网掩码,不划分子网时，各类IP地址默认的子网掩码为： A类： 255.0.0.0 11111111 00000000 00000000 00000000 B类： 255.255.0.0 11111111 11111111 00000000 00000000 C类： 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000,已知IP地址和子
10、网掩码， 如何计算子网地址？,用子网掩码和IP地址“相与”（AND操作），结果就是子网地址。 例如：IP地址10.5.100.1，子网掩码10.5.192.0。则可计算出10.5.100.1的子网地址为00001010 00000101 01100000 00000001 AND) 11111111 11111111 11000000 0000000000001010 00000101 01000000 00000000 (=10.5.64.0),推论：若两个IP地址具有完全相同的子网地址，则它们在同一子网中。,例子,例子：C类地址可子网划分的子网数目与子网掩码,计算原则,当你计划如何对你的网
11、络ID进行划分时，要设法找到了下到三个方面的最佳平衡点：可用的子网数；每个子网的可用节点数；IP地址的最小损失。 子网划分应遵守以下规则：IP地址中的子网ID不能全为1；IP地址中的子网ID不能全是0；IP地址中的主机ID不能全是1；IP地址中的主机ID不能全是0。,例子：子网个数计算,设有子网掩码： 255.224.0.011111111.11100000.00000000.00000000 它有3个子网位可用。3个比特位有以下可能的组合： 000、001、010、011、100、101、110、111 一共有8种唯一性组合，然而，根据分割子网规则必须丢弃第1个和最后一个。这样就有6个唯一性
12、子网地址。,例子：主机个数计算,设有子网掩码： 255.255.255.24011111111.11111111.11111111.11110000 它有4个比特子网位可用。4个比特位主机位可用，4个主机位的组合有： 0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111 一共有16种唯一性组合，然而，根据分割子网规则必须丢弃第1个和最后一个。这样就有14个唯一性主机地址。,相关计算示例,问题： 用192.168.2.0 C类地址生成12个子网，求： l.子网掩码。 2.前3个有效子网编号。
13、 3.在这3个子网络上的主机IP地址范围。 4.最后一个有效子网络和IP地址范围。,确定子网掩码,对所需要的子网数加 1：12 1 13。确定十进制数13的二进制数需要有多少位。13的二进制数是1101，则在子网掩码中需要4位。 即： 11111111.11111111.11111111.11110000 写成点十形式子网掩码255.255.255.240,确定前3个有效子网络号,第一个网： 1100 0000.1010 1000.0000 0010.0001 0000192.168.2.16 第二个网： 1100 0000.1010 1000.0000 0010.0010 0000192.1
14、68.2.32 第三个网： 1100 0000.1010 1000.0000 0010.0011 0000192.168.2.48,确定这3个子网上的主机范围,对于192.168.2.16子网 1100 0000.1010 1000.0000 0010.0001 0001 1100 0000.1010 1000 0000 0010.0001 1110 即：192.168.2.17 192.168.2.30对于192.168.2.32子网 1100 0000.1010 1000.0000 0010.0010 0001 1100 0000.1010 l000.0000 0010.0010 1110
15、 即：192.168.2.33192.168.2.46对于192.168.2.48子网 1100 0000.1010 1000.0000 0010.0011 0001 1100 0000.1010 1000.0000 0010.0011 1110 即：192.168.2.49192.168.2.62,确定最后一个子网号和主机地址范围,1100 0000.1010 1000.0000 0010.1110 0000 最后一个网络192.168.2.224 主机范围为： 1100 0000.1010 1000.0000 0010.1110 0001 192.168.2.225 1100 0000.1
16、010 1000.0000 0010.1110 1110 192.168.2.238,IP协议,概念,IP协议将底层的各种不同类型的MAC帧转换为统一的IP数据报（分组），并将MAC帧的物理地址变换为全网统一的逻辑地址（IP地址）。 IP协议：规定了在Internet中进行通信时应遵守的规则。如：IP包的组成、路由器如何将IP包送到目的主机等。 IP分组：屏蔽了底层数据帧的不同。将上层的数据封装成分组（Packet），尽最大努力传输分组。,TCP/IP通信过程,资 源 子 网,通 信 子 网,TCP/IP通信各层涉及的地址,域名地址,TCP/IP通信各层对应的数据,TCP/IP通信各层数据封装,IP分组旅行过程,IP分组:,在旅行过程中分组保持不变,IP分组旅行过程,由 A发送分组到 B: 检查B的网络地址部分 发现B与A在同一网络中 链路层把分组放在链路层的帧中直接发给B B 和 A 是直接相连的,
