1、2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,1,现代计算机网络原理_6TCP/IP协议体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,2,1、计算机网络基本结构网络的物理拓扑结构总线形、星形、环形、树形、网状形等发送方式的种类点对点、组播、广播连接方式面向连接方式：提供虚电路服务非面向连接(无连接)方式：提供数据报传输服务,第六章 TCP/IP体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,3,2、网络体系结构的基本考虑支持多种业务传输不同性能的计算机的互联互通多种通信技术的融合各种不同传输介质的应用异构网络的互连,第六章 TCP/I
2、P体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,4,3、网络体系结构的基本参考模型国际标准化组织(ISO)提出的开发系统互连(OSI)的模型,第六章 TCP/IP体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,5,4、TCP/IP协议设计的基本原则支持不同物理结构和技术的网络的互连网络系统由独立的网络互连而成，其中的每个网络可自主运行，采用分布式的控制机制网络层(IP层)提供“尽力而为”的服务，传输的可靠性由端到端的传输层协议或应用层协议来保证网间的互连通过称为路由器(网关)的设备实现，路由器仅负责IP报文转发，不考虑流的状态维护对所有的报文同等对
3、待(注：TCP/IP协议的发展，有些新增的协议改变了这一特性),第六章 TCP/IP体系结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,6,第六章 TCP/IP体系结构,5、TCP/IP的分层结构网络协议的层次结构,ISO 七层协议 TCP/IP 协议,DATA LINK,PHYSICAL,NETWORK,TRANSPORT,SESSION,APPLICATION,PRESENTATION,NETWORK INTERFACEIEEE802.XX, FR, ATM),INTERNET (IP, ARP, RARP),TRANSPORT (TCP or UDP),APPLICAT
4、ION (FTP, TELNET, SNMP, DNS),ICMP, IGMP,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,7,OSPF,EGP,TCP,UDP,ICMP,IGMP,IP,RARP,ARP,RIP,BGP,Ethernet, Token Ring, PPP, and so on,Telnet, FTP, TFTP,HTTP,SNMP,SMTP, and so on,Port Number,Protocol Number,Type code,ApplicationLayer,Data Link Layer,Internet Layer,Transport Laye
5、r,5、TCP/IP的分层结构TCP/IP协议的层间的关系,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,8,第六章 TCP/IP体系结构,5、TCP/IP的分层结构网络层(IP层)IP报文的路由功能与转发机制IP地址与物理地址(MAC地址)间的解析方式网络基本的监控功能传输层(TCP/UDP)TCP (Transport Control Protocol)：提供面向连接的、可靠的传输服务UDP (User Datagram Protocol)：提供无连接的、不可靠但具有较高传输效率的服务应用层定义各种不同的服务类别，数据结构和工作机制,2008 Copyright,SCUT D
6、T&P Labs,9,第六章 TCP/IP体系结构,5、TCP/IP的分层结构不同层间的相互关系与在传输过程中的作用应用层、传输层是一种端到端的协议,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,10,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址IP地址：提供网络上不同终端和网络设备的标识功能互联网的IP地址通过统一管理分配IP地址的管理机构：网络信息中心 (NIC)IP地址在网络层上屏蔽了异种网络之间物理地址等特性的差异，从而实现各种网络的互连互通,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,11,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址IP地址采用层次化的结构
7、网络编号(子网编号)主机编号,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,12,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址IP地址的分类IP地址长度为32bits，由网络号(网络前缀)和主机号组成不同类型的地址定义了不同规模大小的网络或组播应用,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,13,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址特殊的IP地址下述的IP地址不能用于主机或网络设备的的IP地址(1)全“0”的IP地址，表示本主机，网络号为全“0”，表示本网络；(2)全“1”的IP地址，表示本地网络的广播地址(3)主机号为全“1”的地址，表示特定网络的广播地址
8、(4)网络号为“127”的地址，用于主机系统的回环测试，不会向网络中发送,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,14,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址子网掩码子网掩码：32bite的代码；高位上的“1”对应IP地址网络中的网络号和子网号；低位中的“0”对应IP地址中的主机号。在无类型的IP中同样可用于提取网络号(网络前缀),1 0,Host,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,Network,Subnet,IPaddress,Subnetmask,2008 Copyrig
9、ht,SCUT DT&P Labs,15,第六章 TCP/IP体系结构,6、IP地址IP地址的实质：用于标识网络设备/主机的接口如：路由器上有多少个接口通常就有多少个相应网络的地址,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,16,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析地址解析根据IP地址获得物理(MAC)地址根据物理(MAC)地址获得IP地址地址解析协议地址解析协议(ARP: Address Resolution Protocol)用于IP地址到物理地址的映射逆向地址解析协议(RARP: Reverse ARP)用于物理地址到IP地址的映射地址解析协议的位置有人把它看作网
10、络层(IP层)协议功能的一部分有人把它看作网络层(IP层)以下层功能的一部分,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,17,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析地址解析功能的实现：动态绑定法,Source 160.30.100.20 00-AA-00-12-34-56,Destination 160.30.100.10 00-A0-C9-78-9A-BC,Host A：“If your IP address is 160.30.100.10 please send me a reply stating your hardware address”,Host F：Tha
11、ts me and my Hardware addressis 00-A0-C9-78-9A-BC,Broadcast,Unicast,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,18,Host F should response by sending back to answer the request.,Dest. Source FF.FF.FF.FF.FF.FF 02.60.8C.01.0C.03,Dest. Source 160.30.100.10 160.30.100.88,ARP request packet What is your MAC addr.?,MAC
12、header,IP header,Dest. Source 02.60.8C.01.0C.03 00.A0.C9.78.9A.BC,Dest. Source 160.30.100.88 160.30.100.10,ARP responsion packet This is my MAC addr,MAC header,IP header,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析地址解析功能的实现：动态绑定法,Host A send a ARP request Packet with the MAC broadcast address.,2008 Copyright,SCUT DT&P Lab
13、s,19,Senders Hardware Address (Octets 0-3),Protocol Type,Target HA (octets 2 - 5),32 bits (4 Bytes),Hardware Type,PLEN,HLEN,Operation code,Sender IP (Octets 0-1),Sender HA (Octets 4-5),Sender IP (Octets 2-3),Target HA (Octets 0-1),Target IP (octets 0 - 3),Variable Length,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析地址解析报文的
14、结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,20,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析地址解析报文的结构(续),Hardware Type (16 bits): This specifies the hardware interface type, for example, Ethernet has a value of 1. Protocol type (16 bits): This specifies the higher-level protocol whose address needs to be mapped onto the hardware, for
15、 example, IP - 0800. HLEN, Hardware address LENgth (8 bits): This specifies the length in bytes of the hardware address in this packet, for example, Ethernet - 6. PLEN, Protocol address LENgth (8 bits): This specifies the length in bytes of the protocol address in this packet. For IP this is four. O
16、peration code (16 bits): This specifies whether this is an ARP request (1) or an ARP reply (2).,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,21,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析地址解析报文的结构(续),Senders hardware address (48 bits): This contains the hardware address of the sender (the ARP requester). Senders IP address (32 bits): T
17、his contains the protocol address of the sender (the ARP requester). Targets hardware address (48 bits): This contains the hardware address of the target (the ARP responder). Targets IP address (32 bits): This contains the protocol address of the sender (the ARP responder).,2008 Copyright,SCUT DT&P
18、Labs,22,第六章 TCP/IP体系结构,6、地址解析地址解析功能的实现：固定表格法事先在各主机中建立IP地址与物理地址转换表地址解析功能的实现：直接映射法物理地址是可以配置的，物理地址可以直接作为IP地址的一部分(如主机号)，进行地址解析时直接可以从IP地址得到物理地址。在实际的系统中，通常采用动态绑定法与表格法结合的方式网络上的主机随时监测收集网络上ARP协议包交互的信息根据ARP协议包中的信息动态维护一个地址映射表“动态”是指如果在一个固定的时间内没有收到新的有关信息，过时的信息将被删除。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,23,第六章 TCP/IP体系结构
19、,6、地址解析逆向地址解析协议(RARP)RARP提供一种由物理(MAC)地址获取IP地址的机制利用RARP，网络上新上电激活的主机可通过广播其物理地址与特定的RARP服务器建立联系以获取IP地址RARP服务器中保存有网内主机物理地址与其IP地址的映射表，可对新激活的主机的IP地址请求作出响应，提供相应的IP地址,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,24,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP路由器路由器：实现IP网中网络互连的设备路由器的功能根据路由表将IP报文从一个网络转发到另外一个网络路由器间根据有关的协议定期地进行有关网络可达性、位置等信息的交换根据有关的路由信
20、息计算最佳的路径路由器的基本组成路由表路由协议转发器,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,25,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP路由器IP网的选路方式逐跳选路：Hop by Hop选路过程是无状态的(每个IP报文独立选路)路由器的选路依据目的地的IP地址路由表路由表中通常有一缺省项，凡是不能明确确定目的出口的的报文全部发往缺省的出口，由下一级的路由器进一步确定报文如何转发。,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,26,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP路由器路由器的结构低速路由器软件控制交换高速路由器交换由硬件实现,2008 Copyri
21、ght,SCUT DT&P Labs,27,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理传统的IP地址划分的方法按照A、B、C类来划分网络地址利用率低管理的开销大可变长子网掩码引入可变长子网掩码划分子网的方法通过子网掩码来界定网络(网络子网)的编号和子网的大小实现地址空间容量与子网所需容纳的主机的数量达到最佳的匹配,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,28,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理利用子网掩码可对网络进行各种不同大小的划分IP地址后的“/XX”表示组网掩码高位连“1”的位数 例：,Allocated IP address spac
22、e 200.200.200.0/24 want 2 subnets with 50 hosts and 8 subnets with 10 hosts.,200.200.200.0,200.200.200.0 /26 (max of 62 hosts)200.200.200.64 /26 (max of 62 hosts),200.200.200.192 /28 (max. of 14 hosts) 200.200.200.208 /28 200.200.200.224 /28 200.200.200.240 /28,200.200.200.128 /28 (max. of 14 hosts)
23、 200.200.200.144 /28 200.200.200.160 /28 200.200.200.176 /28,Note: Subnet masks /26 = 255.255.255.192 /28 = 255.255.255.240,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,29,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理子网掩码：利用子网掩码可对网络进行各种不同大小的划分例2：,160.40.140.0 255.255.252.0,160.40.156.0 255.255.255.0,160.40.152.0 255.255.252.0,160.4
24、0.157.12 255.255.255.252,160.40.157.4 255.255.255.252,LAN 1,LAN 3,LAN 2,160.40.144.0 255.255.252.0,160.40.148.0 255.255.252.0,Site A,Site C,Site B,160.40.156.1,160.40.140.1,160.40.152.1,160.40.157.5,160.40.157.6,160.40.157.13,160.40.157.14,160.40.148.1,160.40.144.1,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,30,第
25、六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理超网(SuperNet)的概念将多个C类的网络聚合起来，对外构成一个单一的、具有共同地址前缀的网络，映射到一个物理网络上引入超网的优点可减少路由表中表项的数量，节省路由器中的资源可按照实际的需要进行连续的网络地址分配，有利于寻址和提高地址空间的利用率超网中的子网掩码位数子网掩码的位数可以根据需要来确定,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,31,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理例：利用多个C类网构成一个超网 200.25.16.0/20,ISP,The INTERNET,200.25.16.0/20
26、,200.25.16.0/24 200.25.17.0/24 200.25.18.0/24 200.25.19.0/24 200.25.20.0/24 200.25.21.0/24 200.25.22.0/24 200.25.23.0/24,200.25.24.0/24 200.25.25.0/24 200.25.26.0/24 200.25.27.0/24,200.25.28.0/24 200.25.29.0/24,200.25.30.0/24 200.25.31.0/24,200.25.16.0/21,200.25.24.0/22,200.25.28.0/23,200.25.30.0/23
27、,200.25.0.0/16,Company A,Company B,Company C,Company D,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,32,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理无类型域间选路(CIDR)CIDR：Classless Inter-Domain Routing解决地址分配和选路的一项较新的技术网络若干连续的(C类)网络地址聚合成一个CIDR的地址空间块，用“网络前缀/掩码位数”的形式来表示采用CIDR技术，CIDR网络地址块对外构成一个网络整体便于外部网络用户寻址有利于屏蔽内部网络的细节CIDR块构成的网络内部可按照需求进一步划
28、分,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,33,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理无类型域间选路(CIDR)：子网掩码长度与CIDR块大小的关系,CIDR prefix-length,Subnet Mask,# Individual Addresses,# Classful Networks,32 B,64 B,128 B,1 A or 256 Bs,2 A,4 A,2 M,4 M,8 M,16 M,32 M,64 M,255.224.0.0,255.192.0.0,255.128.0.0,255.0.0.0,254.0.0.0,252.0.0.0,/
29、11,/10,/9,/8,/7,/6,/4,/5,240.0.0.0,248.0.0.0,16 A,8 A,128 M,256 M,64 A,32 A,128 A,1024 M,512 M,2048 M,192.0.0.0,224.0.0.0,128.0.0.0,/2,/3,/1,/16,255.255.0.0,1 B or 256 Cs,65,534,4 B,2 B,8 B,262,142,131,070,524,286,255.252.0.0,255.254.0.0,255.248.0.0,/14,/15,/13,16 B,1 M,255.240.0.0,/12,2008 Copyrigh
30、t,SCUT DT&P Labs,34,第六章 TCP/IP体系结构,7、IP地址的分配与管理无类型域间选路(CIDR)：子网掩码长度与CIDR块大小的关系,CIDR prefix-length,Subnet Mask,# Individual Addresses,# Classful Networks,1/8 C,1/4 C,1/2 C,1 C,2 Cs,4 Cs,8 Cs,16 Cs,32 Cs,64 Cs,30,62,126,254,510,1,022,2,046,4,094,8,190,16,382,255.255.255.224,255.255.255.192,255.255.255
31、.128,255.255.255.0,255.255.254.0,255.255.252.0,255.255.248.0,255.255.240.0,255.255.224.0,255.255.192.0,/27,/26,/25,/24,/23,/22,/21,/20,/19,/18,/17,255.255.128.0,128 Cs,32,766,1/16 C,14,255.255.255.240,/28,1/32 C,6,255.255.255.248,/29,1/64 C,2,255.255.255.252,/30,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,35,第六章
32、TCP/IP体系结构,8、互联网(Internet)结构的演化InterNet的前身：早期的ARPANetPSN: Packet Switch Node,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,36,第六章 TCP/IP体系结构,8、互联网(Internet)结构的演化ARPANet的发展：构成核心网和本地网互联的结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,37,第六章 TCP/IP体系结构,8、互联网(Internet)结构的演化ARPANet与NSFNet构成的对等网结构,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,38,第六章 TCP/IP体系结构,8、互联网(Internet)结构的演化现代IP网络的一种体系结构：引入自治系统的概念自治系统(Autonomous System)：某机构管理的互连网络区域,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,39,第六章 TCP/IP体系结构,8、互联网(Internet)结构的演化现代InterNet的体系结构AS1：ChinaNET，AS2：CERNET，,2008 Copyright,SCUT DT&P Labs,40,第6章完,
