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1、Part V,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 5.4 IPv6 5.5 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,5.2 网络层协议,5.2.1 IP地址 5.2.2 掩码 5.2.3 IP协议 5.2.4 ARP/RARP 5.2.5 ICMP 5.2.6 IGMP
2、5.2.7 路由协议 5.2.8 移动IP,5.2.1 IP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：,1,A类:,0NNNNNNN,Host,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,Range (1-126),1,B类:,10NNNNNN,Network,Host,Host,8,9,16,17,24,25,32,Range (128-191),1,C类:,110NNNNN,Network,Ne
3、twork,Host,8,9,16,17,24,25,32,Range (192-223),1,D类:,1110MMMM,Multicast Group,Multicast Group,Multicast Group,8,9,16,17,24,25,32,Range (224-239),IP地址的分类,各类IP地址的范围,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M
4、AC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Ethernet NIC（网卡）上带的地址，为48位长。 每个Ethernet NIC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Ethernet NIC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Eth
5、ernet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。
6、,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 VLSMCIDR,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。,子网掩码,255,
7、255,0,0,Network,Host,Network,Host,Network,Subnet,Host,11111111,11111111,00000000,00000000,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,掩码的计算,16,Network,Host,172.15.2.160,255.255.255.0,172,2,0,10101100,11111111,10101100,00010000,11111111,00010000,1111111
8、1,00000010,10100000,00000000,00000000,00000010,Subnet,网络地址,128 192 224 240 248 252 254 255,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,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”
9、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,11111000,IP主机地址: 192.168.5.121 子网掩码: 255.255.255.248,Network,Subnet,Host,192.168.5.121:,11000000,11111111,Subnet:,11000000,10101000,1010100
10、0,11111111,00000101,00000101,11111111,01111001,01111000,255.255.255.248:,子网地址 = 192.168.5.120主机地址 = 192.168.5.121192.168.5.126子网的广播地址 = 192.168.5.127,Broadcast:,Network,Network,11000000,10101000,00000101,01111111,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）,172.15.14.32/27,172.15.14. 64/27,172.15.14.96/27,172.1
11、5.1.0/24,172.15.2.0/24,172.15.0.0/16,172.15.14.136/30,172.15.14.132/30,172.15.14.140/30,A,C,B,HQ,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）。,5.2.3 IP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
12、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,Bit 0 Bit
13、15 Bit 16 Bit 31,20 Bytes,IP数据报结构,0,31,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,.,4,8,16,19,24,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：,IP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”
14、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,IP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,
15、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(Maximum Transfer Unit,MTU)。所以虽然IP数据报的最大长度可以达到64k，但在链路上传输的数据帧最大只能达到MTU。所以当IP数据报从IP层传到数据链路层和从一个MTU较大的的物理网络通过路由器达到另外一个MTU较小的网络的时候，主机和路由器先要将IP数据报划分成较小的数据单元，这个过程叫做数据报分片。,
