《计算机网络技术 教学课件 ppt 作者 顾可民 计算机网络技术-第3章_TCPIP体系结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络技术 教学课件 ppt 作者 顾可民 计算机网络技术-第3章_TCPIP体系结构（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 TCP/IP体系结构,3.1 TCP/IP参考模型层次及功能,3.3 IPV6简介,本章内容,3.5 IP地址,知识结构,TCP /IP 体系结构,IPV6简介,IPV6的优越性能,IPV6导入背景,TCP/IP参考模型,TCP/IP参考模型各层功能及协议,TCP/IP参考模型的层次,3.1 TCP/IP体系结构,网络体系结构是为了完成计算机间的协同工作，把计算机间互连的功能划分成具有明确定义的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口服务。网络体系结构是网络各层及其协议的集合,所研究的是层次结构及其通信规则的约定。,通信系统的层次结构,为了便于理解，我们以邮政通信系统为例，以
2、此引出计算机网络通信和网络体系结构的概念，这一概念对计算机网络中电子邮件的发送和接收有着重要的参考意义。,网络系统的层次结构,1、网络层次概念 计算机网络是将独立的计算机及其终端设备等实体通过通信线路连接起来的复杂系统。为了实现彼此间的通信，采用的基本方法是针对计算机网络所执行的各种功能，设计出一种网络系统结构层次模型，这个层次模型包括两个方面的内容： 将网络功能分解为许多层次,在每个功能层次中，通信双方必须共同遵守许多约定和规程，以免混乱。 层次之间逐层过渡，前一层次做好进入下一层次的准备工作。这个层次之间逐层过渡可以用硬件来完成,也可以采用软件方式实现。 采用层次结构的目的是使各厂家在研制
3、计算机网络系统时由一个共同遵守的标准。,网络系统的层次结构,2、 网络分层结构 计算机之间相互通信涉及到许多复杂的技术问题，而解决这一复杂问题十分有效的方法是分层解决。为此，人们把网络通信的复杂过程抽象成一种层次结构模型，如下图所示。,网络系统的层次结构,3、通信规则约定 从以上邮政通信过程与网络通信过程分析可知，在一定意义上，它们两者的信息传递过程有很多相似之处。 （1）邮政通信与网络通信两个系统都是层次结构,可等价成4层结构的系统。 （2）不同的层次有不同的功能任务,但相邻层的功能动作密切相关。 （3）在邮政通信系统中,写信人要根据对方熟悉的语言，确定用哪种语言；在书写信封时，国家不同规定
4、也不同。 （4）计算机网络系统中,必须规定双方之间通信的数据格式、编码、信号形式；要对发送请求、执行动作及返回应答予以解释；事件处理顺序和排序。,网络系统的体系结构,1、网络体系结构的定义 计算机网络体系结构 系统、实体、层次、协议 系统：是计算机网络构成的系统通常是包括一个或多个实体的具有信息处理和通信功能的物理整体。 实体：在网络分层体系结构中，每一层都由一些实体组成。在一个计算机系统中,能完成某一特定功能的进程或程序都可成为一个逻辑实体。 层次：是人们对复杂问题的一种处理方法。通常将系统中能提供某种或某类型服务功能的逻辑构造称为层。 协议：是指两个实体间完成通信或服务所必须遵循的规则和约
5、定。,网络系统的体系结构,协议通常分为对等层间对话协议和相邻层间的接口协议。网络协议主要由以下三个要素组成： 语法。规定如何进行通信，即对通信双方采用的数据格式、编码等进行定义。 语义。规定用于协调双方动作的信息及其含义，它是发出的命令请求、完成的动作和返回的响应组成的集合,即对发出的请求、执行的动作以及对方的应答做出解释。 时序。规定事件实现顺序的详细说明，即确定通信状态的变化和过程,例如通信双方的应答关系、是采用同步传输还是异步传输等。 由此可见:计算机网络体系结构是系统、实体、层次、协议的集合，是计算机网络及其部件所应完成功能的精确定义。,2、网络体系结构的优点 计算机网络系统采用层次化
6、网络体系结构具有以下优点。,网络系统的体系结构,3.1 TCP/IP参考模型层次及功能,1、TCP/IP协议的起源 美国国防部高级研究计划局(ARPA)从20世纪60年代开始致力于研究不同类型计算机网络之间的相互联接问题,并成功开发出了著名的传输控制协议/网际协议（TCP/IP）协议。 2、TCP/IP协议的特点 开放的协议标准：可以免费使用，并且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,更适用于互联网中。 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IP地址。 标准化的高层协议：可以提供多种可靠的用户服务。,3.1.1 TCP/
7、IP参考模型的层次,3.1.1 TCP/IP参考模型的层次,1、结构模型 TCP/IP参考模型分为四层：应用层、传输层、互联层、网络接口层。TCP/IP的结构与OSI结构的对应关系如下图所示。,TCP/IP模型与OSI模型对照,3.1.1 TCP/IP参考模型的层次,TCP/IP协议也采用对等层通信的模式，封装和解除封装也在各层进行。发送方在发送数据时，应用程序将要发送的数据加上应用层头部交给传输层，TCP或UDP再将数据分成大小一定的数据段，然后加上本层的报文头。数据传输如下图所示。,3.1.2 TCP/IP各层的功能及协议,TCP/IP协议栈,1969年美国国防部高级研究计划局（ARPA）
8、按照层次结构思想进行计算机网络模块化研究，开发了一组从上到下单向依赖关系的协议栈（Protocol Stack），也叫做协议族。,3.2 IP地址,在日常生活中，通信双方借助于彼此的地址和邮政编码进行信件的传递。 Internet中的计算机通信与此相类似，网络中的每台计算机都有一个网络地址，发送方在要传送的信息上写上接收方计算机的网络地址信息才能通过网络传递到接收方。 基于TCP/IP协议的网络系统中，连接在网络上的每台计算机与设备都被称为“主机”,主机之间的沟通是通过IP地址、子网掩码和IP路由交换这三个“桥梁”实现的。,3.2.1 IP地址编址方法,1、IP地址的概念 在Internet网
9、上，每台主机、终端、服务器、以及路由器都有自己的IP地址，这个IP地址是全球唯一的，用于标识该机在Internet网中的位置。IP地址与IP地址的分类如下图所示。,2、IP地址的分类 IP地址分为A类、B类、C类、D类和E类共五类。,3.2.1 IP地址编址方法,3.2.2 子网地址与子网掩码,1、子网的划分 虽然网络地址类别的划分为信息传递带来了许多方便, 但也带来了一些问题，比如有的单位虽然获取了一个A类地址,但永远不会有16777214台主机,这说明IP地址的设计不尽合理。 据统计，有超过半数的B类地址所连接的主机不到50台，而一个B类网络却可以容纳65534台主机,这就意味着有6万多个
10、IP地址被浪费掉了。这种不合理的地址方案一方面造成了极大的地址浪费，另一方面又使IP地址紧缺。 为此，将网络按照一定的原则划分为不同的部分，每一部分都是一个独立的逻辑网络,我们将其称为子网(subnetwork). 利用子网解决IP地址不合理问题的方案两种。两种方案的具体实现技术分别如图1和2所示。,图 1 某校网络IP地址示意图,3.2.2 子网地址与子网掩码,图2 划分子网后的校园网示意图,3.2.2 子网地址与子网掩码,2、子网掩码 子网掩码能分出IP地址中哪些位是网络ID，哪些位是主机ID。通过它和IP地址进行按位“逻辑与（AND）”运算,可以屏蔽掉IP地址中的主机部分，得到IP地址的
11、网络ID。 子网掩码的另一个作用是将一个网络ID再划分为若干个子网，以解决网络地址不够的问题。,3.2.2 子网地址与子网掩码,3、IP路由交换 同一个网络区域内的主机可以直接相互通信，而不同网络区域内的主机则无法直接相互通信，必须通过IP路由器进行中转。两个使用TCP/IP协议的网络之间的连接通常依靠IP路由器来完成。例如，利用路由器X和路由器Y来连接甲、乙两个网络的实现如下图所示。,利用路由器连接甲、乙两个网络,3.2.2 子网地址与子网掩码,CIDR（无类型域间选路，Classless Inter-Domain Routing）是一个在Internet上创建附加地址的方法，这些地址提供给
12、服务提供商（ISP），再由ISP分配给客户。 现行的IPv4（网际协议第4版）的地址将耗尽，这是一种为解决地址耗尽而提出的一种措施。它是将好几个IP网络结合在一起，使用一种无类别的域际路由选择算法，可以减少由核心路由器运载的路由选择信息的数量。 路由器使用一种忽略类别的寻址方式，叫做无类别域间路由选择，那么什么是有类别呢，就是路由器决定一个地址的类别，并根据该类别识别网络或者主机，而在CIDR中，打破常规，采用使用前缀来描述有多少位是网络位，有多少位是主机位，用“ / ”表示，这种地址分配方法更加适合一个机构的使用。例如，CIDR地址204.12.01.42/24表示前24位用作网络ID。,3
13、.2.3 构造超网,3.3 IPV6协议,1、TCP/IP协议的起源 美国国防部高级研究计划局(ARPA)从20世纪60年代开始致力于研究不同类型计算机网络之间的相互联接问题,并成功开发出了著名的传输控制协议/网际协议（TCP/IP）协议。 2、TCP/IP协议的特点 开放的协议标准：可以免费使用，并且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,更适用于互联网中。 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IP地址。 标准化的高层协议：可以提供多种可靠的用户服务。,3.3.1 IPV6导入背景,IPv6的研究背景 由于IPv4本身
14、存在一些局限性，因而面临着以下问题。 IP地址的消耗引起地址空间不足：IP地址只有32位,可用的地址有限，最多接入的主机数不超过232。 IPv4缺乏对服务质量优先级、安全性的有效支持。 lPv4协议配置复杂, 特别是随着个人移动计算机设备上网、网上娱乐服务的增加、多媒体数据流的加入,以及出于安全性等方面的需求，迫切要求新一代IP协议的出现。 为此,互联网工程任务组IETE开始着手下一代互联网协议的制定工作。IETE于1991年提出了请求说明，1994年9月提出了正式草案，1995年底确定了IPng的协议规范,被称为“IPV6”，1995年12月开始进入Internet标准化进程。,3.3.1
15、 IPV6导入背景,IPv6的技术特点 IPv6在技术上做了许多改进,它具有以下5个方面的特点。,3.3.2 IPV6的优越性能,2、IPv6扩展头结构 IPv6将IPv4首部中选项的功能都放在扩展首部中,并将扩展首部留给路径两端的源站和目的站的主机来处理,而数据报途中经过的路由器都不处理这些扩展首部,这样就大大提高了路由器的处理效率。,IPV6数据报格式,1、IPv6数据报格式 IPv6数据报的报头长度为40字节（320位），数据报格式由8部分组成，如下图所示。,3.3.3 IPV6地址体系结构,3、IPv6的地址表示 IPv6地址有三种格式,即首选格式、压缩格式和内嵌格式。 首选格式：在I
16、Pv6中,128位地址采用每16位一段，每段被转换成4位十六进制数,并用“：”分隔，结果用所谓的“冒号十六进制数”来表示。例如二进制格式的IPv6地址： 0010000111011010000000001101001100000000000000000010l111100111011 00000010101010100000000011111111111111100010100010011110001011010 每16位分为一段： 0010000111011010 0000000011010011 0000000000000000 0010111100111011 0000001010101010 0000000011111111 1111110001010000 1001110001011010 将每个16位段转换成十六进制数字，用“：”分隔,结果如： 21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A 压缩格式
