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1、物联网概论,第9章 互联网 机械工业出版社,第9章 互联网,9.1 互联网体系结构 9.2 IP协议 9.3 互联网传输层协议 9.4 互联网应用层协议 9.5 移动互联网,9.1 互联网体系结构,9.1.1 TCP/IP协议模型 9.1.2 数据传输的封装关系,9.1.1 TCP/IP协议模型,物联网概论-韩毅刚,4,背景 特点 模型,5,TCP/IP背景,由美国国防部高级研究计划署(DARPA)开发 分组交换网ARPANET Internet用之 在TCP/IP协议研究时，并没有提出参考模型； 1974年Kahn定义了最早的TCP/IP参考模型； 目前网络层使用的版本是IPv4 ； IPv
2、6（IPng）；,6,TCP/IP协议的特点,开放的协议标准; 独立于特定的计算机硬件与操作系统； 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互连网中； 统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址； 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,TCP/IP协议模型,应用层 传输层 网络互联层 网络接入层,物联网概论-韩毅刚,7,TCP/IP协议模型,物联网概论-韩毅刚,8,9,应用层,支持用户应用 应用层协议主要有： 网络终端协议Telnet 文件传输协议FTP 简单邮件传输协议SMTP 域名系统DNS 简单网络管理协议SNMP 超文本传输协议HT
3、TP,10,传输层,主要功能是在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端-端连接； 传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议； 可靠的数据交付 数据交付的有序性 用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议,11,互联网层,相当OSI RM网络层的无连接网络服务； 处理互连的路由选择、流控与拥塞问题； IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。 另：通信协议四种服务类型 面向连接与确认服务； 面向连接与不确认服务； 无连接与确认服务； 无连接与不确认服务；,12,网络接入层,终端系统和网络之间的数据交换 负责通过网络发送和接收IP数据报; 允许主机连入网络时使用多种现
4、成的与流行的协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等; 当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容; 提供目的地址 调用网络服务,9.1.2 数据传输的封装关系,分层 封装 PDU,物联网概论-韩毅刚,13,PDU,协议数据单元 Protocol Data Unit 控制信息+数据,物联网概论-韩毅刚,14,封装,各层协议PDU的封装关系,物联网概论-韩毅刚,15,9.2 IP协议,9.2.1 IP地址 9.2.2 IPv4协议 9.2.3 IPv6协议 9.2.4 IP协议的辅助协议 9.2.5 IPv4向IPv6的过渡,9
5、.2.1 IP地址,物联网概论-韩毅刚,17,IPv4地址 IPv6地址,18,IP 地址的分配,由IANA负责统一分配 互联网地址分配机构 Internet Assigned Numbers Authority 2011年1月IPv4地址分配告罄 有四个 RIR 亚太网络信息中心（APNIC） APNIC的总部设在日本东京大学 我国申请IP地址要通过APNIC 北美的 ARIN 欧洲的网络 IP 欧洲网络合作中心（RIPENCC） 南美及加勒比海地区的（LACNIC）,IPv4地址,IPv4地址长度为32位，为互联网全局地址 表示 点分十进制地址 采用x.x.x.x的格式来表示，每个x为8位
6、，每个x的值为0255（例如 202.113.16.223）； 组成 网络部分和主机部分,计算机网络技术-韩毅刚,19,IPv4地址的分类,根据不同的取值范围，IPv4地址可以分为五类； IPv4地址中的前5位用于标识IPv4地址的类别： A类地址的第一位为0； B类地址的前两位为10； C类地址的前三位为110； D类地址的前四位为1110； E类地址的前五位为11110；,计算机网络技术-韩毅刚,20,21,IPv4 地址格式,22,IPv4 地址 A类,A类IPv4地址结构适用于有大量主机的大型网络 以二进制0开始 A类地址是从：1.0.0.0127.255.255.255； 第一个字节
7、为 00000000 被保留 01111111 (127) 被保留，用于loopback 范围在1.x.x.x 到126.x.x.x之间,23,IPv4地址 B类,B类IPv4地址适用于一些国际性大公司与政府机构等中等大小的组织使用。 以二进制10开始 B类IPv4地址是从：128.0.0.0191.255.255.255； 共有214 = 16,384 个B类地址 第二个字节也是网络地址的一部分,24,IPv4地址 C类,C类IPv4地址适于一些小公司与普通的研究机构 以二进制 110开始 范围从 192.x.x.x 到 223.x.x.x 共有221 = 2,097,152 个地址 第二和
8、第三个字节也是网络地址的一部分,25,IPv4 地址 D类,D类IPv4地址不标识网络; 地址范围：224.0.0.0239.255.255.255 用于其他特殊的用途，如组播地址；,26,IPv4地址 E类,E类IPv4地址暂时保留； 地址范围：240.0.0.0247.255.255.255； 用于某些实验和将来使用。,27,IPv4地址-保留地址,10.x.x.x 172.16.x.x至172.31.x.x 192.168.x.x。,子网掩码,子网掩码指出哪些比特是主机部分，哪些是网络部分,计算机网络技术-韩毅刚,28,29,掩码运算,二进制的IP地址与掩码按位进行“与” 运算,查看本机
9、子网掩码,ipconfig /all,计算机网络技术-韩毅刚,30,子网掩码的作用,子网掩码决定网络、子网、主机号的划分 根据子网掩码判断目的主机是否在同一网络,计算机网络技术-韩毅刚,31,IPv6地址,长度为128位 为节点的每个接口设置，不为节点而设置 节点包括主机和路由器 一个接口可能具有多个唯一的单播地址 同一接口使用多个服务提供商,计算机网络技术-韩毅刚,32,33,IPv6 地址的表示形式（1）,优先选用 X:X:X:X:X:X:X:X X 是2字节的十六进制值 如，FEDC:BA98:7654:4210:FEDC:BA98:7654:3210 如，2001:0:0:0:0:8:
10、800: 201C : 417A,34,IPv6 地址的表示形式（2）,用“:”符号简化多个 0 位的 16 位组 在一个地址中仅能出现一次 FF01:0:0:0:0:0:0:101 表示为FF01:101 0:0:0:0:0:0:0:1 表示为:1 0:0:0:0:0:0:0:0（未指定地址）表示为:,35,IPv6 地址的表示形式（3）,X:X:X:X:X:X:D.D.D.D 嵌入 IPv4 地址的 IPv6 地址 如0:0:0:0:0:FFFF: 202.113.16.223 :FFFF: 202.113.16.223 I P v 6 地址/前缀长度 前缀长度是组成前缀的十进制值，说明地
11、址最左边的连续的地址位的长度 例如，6 0 位长的前缀12AB00000000CD3(十六进制)可用下面的合法格式来表示： 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000/60 12AB:CD30:0:0:0:0/60 12AB:0:0:CD30:/60,36,IPv6地址类型,三种地址类型 单播 组播 任播,37,IPv6地址类型,单播 单个接口 组播 一组接口 发送到这个地址标识出的所有接口上 任播 一组接口 (通常分属于不同的节点) 发送到某一个接口上 最近的,IPv6地址分配,无状态地址自动配置 利用邻居发现机制 获得链路本地地址 路由器前缀+链路地址标
12、识 EUI64转换算法 状态地址自动配置 DHCP v6服务器,计算机网络技术-韩毅刚,38,9.2.2 IPv4协议,协议格式 路由,物联网概论-韩毅刚,39,IPv4协议的特点,无连接 不可靠 尽力而为,物联网概论-韩毅刚,40,IPv4数据报格式,计算机网络技术-韩毅刚,41,42,首部字段 (1),版本 IPv4 是 4 IP v6 是6 IHL 互联网首部长度，即IP首部长度 以32 bit字为单位 包括选项,43,首部字段 (2),服务类型 前6位：区分服务 后2位：显式拥塞通知 ECT 和 CE ECN-Capable Transport (ECT) Congestion Exp
13、erienced (CE) 路由器和端点之间 总长度 数据报的总长度，以字节为单位 IP数据报最大64k字节,44,首部字段 (3),标识符 序号 连同源地址、目的地址和用户协议唯一地识别数据报 标志 3位，只用了2位 后续比特 “不分片”比特 分片偏移量 以8字节为单位 即，除最后一个分片，所有分片数据字段长度是8字节的整数倍,45,首部字段 (4),生存期TTL 规定：秒。实际：跳数 协议 指出目的系统中接收数据字段的上层协议 TCP为6，UDP为17（0x11）,46,首部字段 (5),首部检验和 在每个路由器上进行验证以及重新计算 首部所有16比特字的16比特二进制反码加法 为方便计算
14、，初始值设置为0 校验范围：不校验数据字段,48,首部检验和,unsigned short checksum(unsigned short *buffer,int size) unsigned long cksum=0; while(size0) /各位求和 cksum+=*buffer+; size-=sizeof(unsigned short); if(size) /奇数字节 cksum+=*(unsigned char *)buffer; cksum=(cksum16)+(cksum /再求补，是按位求补，即取反 ,49,首部字段 (6),源地址 目的地址,50,选项,提供扩展能力，便于
15、为后续版本引进新信息。 选项格式： 选项类型，一个字节 长度，一个字节。可有可无 数据，若干字节 已经定义了五种选项，但是并不是所有的路由器都支持全部五种选项,51,IP首部选项,安全性 说明信息的安全程度。实际上，所有路由器都忽略此选项。 源路由 Strict source routing (严格源路由) 将从源到目的地的完整路径上所有的IP地址都记录下来。数据报必须严格地按照这条路径传送。 当路由器崩溃时，该字段可用于发送紧急分组或测量时间。 Loose source routing (松散源路由) 同样是一系列的IP地址，但只要求该数据报按照指定次序遍历所列的路由器，不是一条严格路径，可
16、以穿越其它路由器。,52,IP首部选项,流标识 为不稳定的间歇性通行量提供特殊处理 如话音 路由记录 将该数据报穿越的路由器的IP地址加到选项字段 但现在已经不够用了。 时间戳 在记录路由的同时还记录一个32位的时间标记 用于路由算法的纠错 精确到毫秒,53,选项字段,填充 确保数据报的首部是32 比特的倍数 每种选项的总长度为4字节的倍数，不够则填充，最长40字节,54,IPv4数据报的路由和封装,IPv4数据报在各个物理网络中需要重新封装,路由表, 手工设置 路由协议,物联网概论-韩毅刚,55,9.2.3 IPv6协议,1. IPv6分组格式 2. IPv6扩展首部,物联网概论-韩毅刚,56,1. IPv6分组格式,物联网概论-韩毅刚,57,58,IP v6 首部 (1),版本 6 通信量类别 以识别通信量类别或不同优先级的分组 仍处于发展中 见 RFC 2460 流标签 一
