网络互连与tcpip协议

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1、第4章 网络互连与TCP/IP协议,4.1 网络互连概述 4.2 Internet与TCP/IP概述 4.3 IP协议 4.4 控制报文协议ICMP 4.5 传输层协议 4.6 应用层协议,学习目标,理解并掌握网络互连的类型、设备需求 熟悉并理解TCP/IP网络模型的各层主要协议 掌握IP协议的作用与原理、IP地址的分类 理解域名与IP地址之间的关系 掌握子网的概念、划分方法 熟悉路由协议的原理与类型 理解ARP与RARP协议在网络通信中的作用 了解IPV6有关知识 了解ICMP协议主要作用 理解并掌握TCP、UDP协议的作用与工作原理 熟悉并理解常见的应用层协议,4.1 网络互联概述,？,网

2、络互联？ 网络互联的动力？,4.1.1 网络互联层次,从网络体系结构的层次观点来考察网络互联，可分为四个层次： 物理层 数据链路层 网络层 网络层以上,物理层：在电缆段之间复制比特流 没有地址概念，因此从本质上并非是网络互连,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,中继器、集线器,电缆段2,电缆段1,物理层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网桥、交换机,数据链路层,网段1,网段2,数据链路层：在网段之间转发数据帧（根据物理地址）,网络层：在网络之间转发报文分组（根据逻辑地址）

3、,链路层,物理层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,路由器,链路层,网络层,网络2,网络1,网络层以上： 连接不同体系结构的网络,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,网络层,数据链路层,物理层,传输层,应用层,物理层,网关,链路层,网络层,网络1,传输层,应用层,物理层,链路层,网络层,网络2,4.1.2 网络互联方案,1 局域网局域网互连 2 局域网广域网互连 3 局域网广域网局域网互连 4 广域网和广域网互连,1 局域网局域网互连 本地互联特点：范围有限、主干（Backbone）采用局域网技术，如FDDI、Etherne

4、t互联层次：链路层（网络层）互联设备：网桥、交换机（可采用路由器） 远程互联特点：范围大、主干采用广域网技术，如ISDN、X.25、DDN、ATM、FR、ADSL等互联层次：网络层或更高层互联设备：路由器、网关（有时可采用远程网桥）,LAN1,LAN2,中继器或HUB,LAN1,LAN2,网桥或交换机,LAN1,LAN2,路由器,LAN1,路由器,LAN2,路由器,WAN,本地,远程,2 局域网广域网互连 路由器或网关 3 局域网广域网局域网互连 路由器或网关 4 广域网和广域网互连 路由器或网关用于连接异构网络的基本硬件是路由器（router）。路由器可以将两个使用不同技术，包括不同介质、不

5、同物理编址方案和帧格式的网络互连。可以实现所有网络的连接。 Internet是将计算机连接到一个以路由器为核心的物理网络。,4.1 网络互连概述 4.2 Internet概述 4.3 IP协议 4.4 互联网传输层协议 4.5 其他协议简介,4.2 Internet概述,1969年初建的ARPAnet主要是一项实验工程；1973年美国国防部开始研究如何实现不同网络之间的互连问题。 1974年，文顿卡瑟夫和卡恩发明和定义的TCP/IP问世。随后美国国防部决定向全世界无条件免费提供TCP/IP，即计算机网络之间通信的核心技术，促进了Internet的大发展。 1983年1月1日，ARPAnet正式

6、使用TCP/IP，同时分裂为两部分ARPAnet和MILnet，其后，人们称呼这个以ARPAnet为主干网的网际互联网为Internet。,4.2.1 Internet,1 因特网或互联网通过网络互连设备把不同的多个网络或网络群体互联起来形成的大网络。和大多数商业计算机网络不同，它不是为专用的服务设计的。 2 Internet的关键技术 分组交换 TCP/IP协议 客户机/服务器模式 浏览器/服务器模式 3 Internet需要解决的关键问题 物理连接 通信协议 计算机的主机号和域名 数据安全和防病毒,4.2.2 Internet的管理机构,Internet中没有绝对的权威的管理结构。接入In

7、ternet的各国独立管理内部事务。全球具有权威性和影响力的管理机构主要是因特网协会（Internet Society，ISOC） 因特网协会是由各国自愿者组成的组织。该协会对标准的制定、全球的协调和知识的教育与培训等工作。 Internet体系结构委员会IBA（Internet Architecture Board）是ISOC中的专门负责协调因特网技术管理和技术发展的。 因特网的域名注册机构（ICANN） 中国互联网信息中心（CNNIC）http:/,Internet采用TCP/IP协议 TCP/IP是一个协议簇。 TCP/IP的特点： 协议标准具有开放性，独立与特定的计算机硬件及操作系统，

8、可以免费的使用。 统一分配网络地址，使得整个TCP/IP设备在网络中都具有唯一的地址。 实现了高层协议的标准化，能为用户提供多种可靠的服务。 下面就介绍TCP/IP协议,4.1 网络互连概述 4.2 Internet与TCP/IP概述 4.3 IP协议 4.4 控制报文协议ICMP 4.5 传输层协议 4.6 应用层协议,网络层协议 IP协议的作用 4.3.1 IP地址 4.3.2 域名与IP地址 4.3.3 ARP与RARP协议 4.3.4 IP数据报和数据报路由 4.3.5 IPV6,4.3 IP协议,网络层的协议分成四部分,网络层协议组成,因特网的网络层协议分成四部分：IP协议、路由选择

9、协议、网络控制信息协议（ICMP）和组播协议（IGMP）。 IP协议：决定了网络层的编址机制，数据报的格式，各节点根据数据报的字段所应采取的动作。IP协议有两个版本，IPv4 RFC 791和IPv6 RFC 2373，RFC 2460。 路由选择协议：决定数据报在发送过程中由信源到信宿所经过的路由器。 网络控制信息协议：可以为用户提供网络中的各种运行信息。 组播协议：由于数据报的发送无须建立过程和响应信息，因此可以支持因特网上的多点同时传送，但由于网络层协议设计上的限制，多点传送解决起来比较复杂。,IP协议的作用,定义IP地址的形式 定义互联网传输的数据包的格式（IP数据报） 实现无连接的I

10、P数据报的传输 进行IP数据报的路由选择 进行差错处理,4.3.1 IP地址,为保证Internet所有主机有统一编址。TCP/IP协议软件定义了与物理地址无关的编址方案，称为IP地址方案。 Internet上的每台计算机（包括路由器）在通信之前必须指定一个IP地址。 Internet中的计算机与路由器的IP地址采用分层结构，它是由网络号与主机号两部分组成，其结构如图所示。网络号用来标识一个网络，主机号用来标识这个网络上的某一台主机。,主机号,IP地址保证了IP数据报的正确传送，其作用类似于我们在现实生活中使用的信封。,IP数据报,注意！,IP地址用来标识主机或路由器的网络接口。 网络接口 路

11、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,本小节主要内容,1 IP地址在数据交换中的作用 2 IPv4的编址方式 3 IP地址的分类 4 特殊IP地址 5 保留的地址 6 子网和子网掩码 7 IP地址的获取 8 无类域间路由,1 IP地址在数据交换中的作用,通过IP地址，网络可以判断是否通过路由器将数据传递出去。若目的地址中的网络地址和当前网络地址相同，则该数据可以直接传递；反之，就必须传递给一个路由器，经由路由器到达目的网络，然后在找到目的主机。 连入Internet的主机至少有一个IP地址，且必须是全网唯一的；也允许一台主机有两个或以上个IP地址。,

12、2 IPv4的编址方式,IP地址共有32位地址，一般以4个字节表示，每个字节的数字又用十进制表示，即每个字节的数的范围是0255，且每个数字之间用点隔开，例如：202.206.1.15,补充知识： 二进制和十进制转换,十进制转二进制？ 用2辗转相除至结果为1 将余数和最后的1从下向上倒序写 就是结果 如 302 100101110 二进制转十进制 ？ 从最后一位开始算，依次列为第0、1、2.位 第n位的数（0或1）乘以2的n次方 得到的结果相加就是答案 如01110110 118,3 IP地址的分类,IP地址分为五类，各类可用IP地址的前几位来区分。,4 特殊IP地址,1.网络地址：一个有效的

13、网络号和一个全0的主机号，表示一个具体的网络； 2.广播地址：分为两类（1）直接广播地址：一个有效的网络号和一个全1的主机号，用于向该网络所有主机广播。（2）有限广播地址：32位均为“1”的地址，用于本网广播。 3.回送地址：A类的127.0.0.1，用于网络软件测试以及本地机器进程间通信。 4.本机地址：全0. 5.保留地址：有些IP地址（如10.X.X.X，192.168.X.X等）是不分配给Internet用户的。用户可在本地的内部网络中使用这些IP地址。这些地址要与Internet相连，必须转换为可用地址。 网络地址和有限广播地址在DHCP中的应用,5 保留的地址,这三组IP地址在公共

14、网络上没有被分配，保留给私人使用，不需要申请，但是同时也没办法连接到公网上。,10.0.0.0-10.255.255.255 172.16.0.0-172.31.255.255 192.168.0.0-192.168.255.255,6 子网和子网掩码,随着Internet的不断发展，IP地址变得稀有而且珍贵。一方面为了防止发生广播风暴而要求限制网络规模，另一方面又因网络地址类别划分而产生部分IP地址的浪费。为了解决以上两个问题引入了子网和子网掩码的概念。 子网就是指在网络中，通过将IP地址的主机号部分进一步划分成子网号和主机号的方法，从而把一个拥有大量主机的网络划分成许多小的网络。 对于网络

15、中的子网，每一个都是独立的逻辑网络，它可以隔离广播域，以提高网络的性能。,6（1） 子网编址与子网掩码,划分子网是从原来属于主机部分的地址中，借用一部分地址位作为子网。 一个无子网的网络可以划分成许多个子网 子网的划分使网络管理员更有弹性的管理网络和节约IP地址。,Network,Host,Network,Host,Subnet,无子网,带子网,地址扩展,6（2） 子网掩码,它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网号以及哪些位标识的是主机的号。 子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。 子网掩码的一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。 用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据。 最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行AND运算后，如果得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。 子网掩码的第二个作用是将一个大的IP网络划分成若干小的子网,子网掩码,子网掩码的作用：通过将子网掩码与IP地址进行“与”操作，可得到所给定的IP地址所属的网络号（包括子网络号） 子网掩码的构成规则：网络号部分和子网络好部分对应的位全为“1”，主机部分对应的位全为“0”。,