powerpoint 演示文稿計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概論第五章第五章銅陵職業(yè)技術(shù)學(xué)院授課教師：王宗濤5.1 TCP/IP協(xié)議族協(xié)議族TCP/IP與OSI的體系結(jié)構(gòu)都是采用分層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的下層向上層提供服務(wù)。這種分層結(jié)構(gòu)具有模塊劃分清晰，擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，所以被TCP/IP和OSI所采用。盡管TCP/IP和OSI都是采用分層結(jié)構(gòu)，它們之間還是存在著許多重要的區(qū)別。TCP/IP與OSI分層架構(gòu)間的對(duì)應(yīng)，可以用下表來表示。OSIOSITCP/IPTCP/IPTCP/IPTCP/IP各層主要功能、協(xié)議各層主要功能、協(xié)議應(yīng)用層應(yīng)用層TelnetFTPHTTPSMTPDNS表示層會(huì)話層傳輸層傳輸層TCPUDP網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)網(wǎng)層IPARP

2、RARPICMPIGMP數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)接口層邏輯鏈路子層介質(zhì)訪問子層物理層SONET/SDH/PDHTCP/IP的發(fā)展比OSI早了約10年左右，技術(shù)上的發(fā)展較成熱，開發(fā)出來的相關(guān)應(yīng)用協(xié)議也比較多。TCP/IP協(xié)議族作為目前最成功的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議規(guī)范，具有以下特點(diǎn)：1、TCP/IP協(xié)議族適用范圍廣泛，與多種操作系統(tǒng)良好的兼容性，并既可適用于局域網(wǎng)，又適用于廣域網(wǎng)。2、TCP/IP協(xié)議族的通信效率很高，它在通信協(xié)議的層次上簡化了OSI的七層模型。3、TCP/IP協(xié)議族可靠性高，雖然該協(xié)議在糾錯(cuò)能力上相對(duì)于其他協(xié)議要弱一些，但已經(jīng)能夠完全滿足用戶的要求。4、TCP/IP協(xié)議族屏蔽了網(wǎng)絡(luò)的低層結(jié)構(gòu)

3、，給用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程帶來了很大的方便。5、TCP/IP協(xié)議族對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有規(guī)定，因而很容易擴(kuò)展。5.2 網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議TCP/IP參考模型對(duì)IP層之下未加定義，只指出主機(jī)必須通過某種協(xié)議連接到網(wǎng)絡(luò)，才能發(fā)送IP分組。該層協(xié)議未定義，隨不同主機(jī)、不同網(wǎng)絡(luò)而不同，因此主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)層又稱為網(wǎng)絡(luò)接口層。這是TCP/IP模型的最低層，負(fù)責(zé)接收從IP層交來的IP數(shù)據(jù)報(bào)并將IP數(shù)據(jù)報(bào)通過低層物理網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，或者從低層物理網(wǎng)絡(luò)上接收物理幀，抽出IP數(shù)據(jù)報(bào)，交給IP層。網(wǎng)絡(luò)接口有兩種類型。第一種是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，如局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口；第二種是含自身數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的復(fù)雜子系統(tǒng)。TCP/IP未定義數(shù)據(jù)

4、鏈路層，是因?yàn)樵赥CP/IP最初的設(shè)計(jì)中已經(jīng)使其可以使用包括以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、ISDN和X.25在內(nèi)的多種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。5.3互聯(lián)網(wǎng)層協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)層協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)層協(xié)議主要包含：IP、IPSec、IPv4、IPv6、ARP、RARP、ICMP、IGMP、RIP、OSPF、BGP、IS-IS。本節(jié)主要介紹IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP、RIP、OSPF、BGP協(xié)議。5.3.1 IP協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議）協(xié)議（網(wǎng)際協(xié)議）IP協(xié)議的目的是提供不可靠的、無連接的數(shù)據(jù)包傳送服務(wù)，僅提供最好的傳輸服務(wù)。所謂不可靠指的是IP協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸不能提供可靠的保證，對(duì)傳輸過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤和破壞，

5、只是簡單地丟棄。所謂無連接指的是IP協(xié)議不為數(shù)據(jù)傳輸建立虛電路，而且每個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由選擇都是獨(dú)立的。一、IP地址每個(gè)Internet上的主機(jī)和路由器都有一個(gè)Internet協(xié)議地址（簡稱IP地址），它是網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的依據(jù)。IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分組成，其中網(wǎng)絡(luò)號(hào)標(biāo)識(shí)該網(wǎng)絡(luò)，而主機(jī)號(hào)標(biāo)識(shí)該網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)。IP地址的規(guī)劃與管理由Internet NIC(Internet網(wǎng)絡(luò)信息中心)統(tǒng)一負(fù)責(zé)。二、二、NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換協(xié)議1NAT原理NAT（Network Address Translation）中文意思是“網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換”，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，允許一個(gè)整體機(jī)構(gòu)(比如一個(gè)局域網(wǎng)中所

6、有的電腦)以一個(gè)公用IP地址出現(xiàn)在Internet上。它是一種把內(nèi)部私有網(wǎng)絡(luò)地址（IP地址）翻譯成合法網(wǎng)絡(luò)IP地址的技術(shù)。簡單地說，就是在局域網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)要與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊時(shí)，NAT就在網(wǎng)關(guān)處，將內(nèi)部地址替換成公用地址，從而在外部公網(wǎng)上正常使用。2NAT特性NAT的主要作用是節(jié)約地址空間。和簡化配置，增加網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的靈活性。3NAT技術(shù)類型NAT地址轉(zhuǎn)換主要類型有三種：靜態(tài)轉(zhuǎn)換（Static Translation）、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換（Dynamic Translations）和網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換NAPT（Network Address Port Translation）。4IP地址的規(guī)劃為

7、了便于網(wǎng)絡(luò)的管理，提高網(wǎng)絡(luò)安全性能，降低網(wǎng)絡(luò)流量，我們可以把一個(gè)大網(wǎng)絡(luò)分成更小的網(wǎng)絡(luò)，稱為子網(wǎng)。IP協(xié)議支持用戶根據(jù)自己網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需要，創(chuàng)建子網(wǎng)絡(luò)。這樣，不僅可以把位于不同物理位置的主機(jī)組合在一起，還可以分離關(guān)鍵設(shè)備或者優(yōu)化數(shù)據(jù)傳送。子網(wǎng)編址技術(shù)是將IP地址中主機(jī)地址部分進(jìn)一步劃分為“子網(wǎng)”部分和“主機(jī)”部分。這樣，IP地址格式為：IP地址網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)地址主機(jī)地址。5.3.2 ARP協(xié)議協(xié)議一、ARP協(xié)議ARP（Address Resolution Protocol ,地址解析協(xié)議）將網(wǎng)絡(luò)層（IP層，也就是相當(dāng)于ISO OSI 的第三層）地址解析為數(shù)據(jù)連接層（MAC層，也就是相當(dāng)于ISO OS

8、I的第二層）的MAC地址（MAC地址是一個(gè)48位的物理地址，用來標(biāo)識(shí)以太網(wǎng)或令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)接口）。如果一臺(tái)主機(jī)要與另一臺(tái)主機(jī)通信，它必須知道目標(biāo)主機(jī)的MAC地址（如果它們位于同一個(gè)網(wǎng)段中）或下一跳路由器的MAC地址。ARP通過本地廣播將IP地址解析為MAC地址。對(duì)于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，路由器將充當(dāng)遠(yuǎn)程設(shè)備的代理，讓本地設(shè)備能夠同遠(yuǎn)程設(shè)備通信。二、ARP報(bào)文格式硬件類型（硬件類型（16位）位）協(xié)議類型（協(xié)議類型（16位）位）硬件地址長度（8位）協(xié)議地址長度（8位）報(bào)文類型（16位）發(fā)送方硬件地址（高32位）發(fā)送方硬件地址（低16位）發(fā)送方IP地址（高16位）發(fā)送方IP地址（低16位）目標(biāo)硬件地址（高1

9、6位）目標(biāo)硬件地址（低32位）目標(biāo)IP地址（32位）5.3.3 RARP協(xié)議RARP（Reverse Address Resolution Protocol，逆向地址解析協(xié)議）是一種用于根據(jù)已知的MAC地址獲得對(duì)應(yīng)的IP地址的協(xié)議。這種協(xié)議主要用于無盤工作站的啟動(dòng)，因?yàn)闊o盤工作站只知道自己的物理地址，由于沒有IP地址，這樣無法和其它的節(jié)點(diǎn)交換信息，所以必須通過RARP協(xié)議來獲得一個(gè)IP地址。5.3.4 ICMP協(xié)議（因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）ICMP消息是被封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中傳輸?shù)?，但I(xiàn)CMP協(xié)議也是一種與IP協(xié)議并行運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)層的協(xié)議。它主要用于傳遞差錯(cuò)報(bào)文以及其他需要注意的消息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)路

10、由器出現(xiàn)故障，或者某個(gè)路徑無法使用，以及某個(gè)路由器超載時(shí)，路由器可借助于ICMP協(xié)議向其他網(wǎng)絡(luò)主機(jī)或路由器發(fā)送通知信息。ICMP消息包含有關(guān)無法到達(dá)目標(biāo)主機(jī)的錯(cuò)誤消息、有關(guān)路由器和網(wǎng)關(guān)的錯(cuò)誤和狀態(tài)消息、所訪問主機(jī)狀態(tài)的回顯請(qǐng)求和回復(fù)以及有關(guān)數(shù)據(jù)流超時(shí)的錯(cuò)誤消息。5.3.5 IGMP協(xié)議（因特網(wǎng)組管理協(xié)議）協(xié)議（因特網(wǎng)組管理協(xié)議）IP組播一直是IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)組成部分，組播適用于需要把同一信息同時(shí)傳送給多個(gè)不同接收者的因特網(wǎng)應(yīng)用，例如因特網(wǎng)上的音頻/視頻會(huì)議。IP組播中非常重要的是組播地址組，所謂組播地址組是指一組共用某個(gè)組播地址的主機(jī)。只有加入一個(gè)組播地址組的主機(jī)，該主機(jī)才能接收到該組播地址

11、組的數(shù)據(jù)報(bào)。IP組播可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)發(fā)送者向多個(gè)接收者發(fā)送相同的數(shù)據(jù)，它只要將數(shù)據(jù)發(fā)送到組播地址，所有加入該組播地址組的主機(jī)就可以接收到這份數(shù)據(jù)，這樣便可以大大減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和發(fā)送者的負(fù)擔(dān)。5.4 IP協(xié)議路由選擇協(xié)議路由選擇IP協(xié)議路由選擇是指網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)利用其收集網(wǎng)絡(luò)連接信息為數(shù)據(jù)包的下一步傳輸選擇最佳的路徑。在數(shù)據(jù)包的傳輸過程中，發(fā)送數(shù)據(jù)包的主機(jī)會(huì)先判斷接收該數(shù)據(jù)包的主機(jī)是否屬于本地網(wǎng)絡(luò)，如果目標(biāo)主機(jī)不屬于本地網(wǎng)絡(luò)，則多數(shù)主機(jī)會(huì)把該數(shù)據(jù)包發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)（大多數(shù)網(wǎng)關(guān)都是作為軟件安裝在路由器中），也就是說對(duì)于發(fā)送到外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包由路由器實(shí)現(xiàn)路由選擇，由網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換。路由器之所以能夠

12、實(shí)現(xiàn)路由選擇，是因?yàn)槁酚善髂軌蛲ㄟ^路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)記錄和跟蹤網(wǎng)絡(luò)連接及配置變化的能力。路由協(xié)議通過定義路由器之間的通信規(guī)程來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和鏈路狀態(tài)的信息交換，這樣路由器才能建立交互路由信息反映網(wǎng)絡(luò)路由狀態(tài)的路由表。路由協(xié)議可分為兩類：一類是IGP（interior gateway protocol，內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議），另一類是EGP（exterior gateway protocol，外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議），這里的網(wǎng)關(guān)指的是路由器。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議能夠保證所有網(wǎng)絡(luò)在其內(nèi)部快速傳遞網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流，而外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議能夠保證因特網(wǎng)及大型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)之間實(shí)現(xiàn)可靠路由連通。5.4.1 RIP協(xié)議RIP協(xié)議（基本路由選擇信息協(xié)議）使用距離

13、向量算法，路由器之間可以共享路由表信息并根據(jù)路由器之間的路由交換報(bào)告對(duì)路由表進(jìn)行添加或更正。該算法中路由器通過一對(duì)數(shù)值來表示一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由的，其中一個(gè)值（向量）用來表示目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)值表示該路由器到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的距離，所以被命名為距離向量算法。5.4.2 OSPF協(xié)議OSPF協(xié)議（Open Shortest Path First,開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議）是為了解決RIP協(xié)議存在的缺陷而開發(fā)的一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。它是基于SPF算法（最短路徑優(yōu)先算法）基礎(chǔ)上的協(xié)議，該算法是由Dijkstra發(fā)明的，所以也被稱為Dijkstra算法。OSPF協(xié)議是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，每個(gè)路由器都會(huì)向管理域中的所有

14、其他的路由器發(fā)送LSA（Link State Advertiesement,鏈路狀態(tài)公告）信息，每個(gè)路由器都會(huì)根據(jù)收集的LSA信息，利用SPF算法以自己為根，構(gòu)造最短路徑樹，然后再根據(jù)最短路徑構(gòu)造路由表。5.5 傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議傳輸層主要有TCP和UDP兩種協(xié)議，TCP（傳輸控制協(xié)議）建立端到端的可靠連接，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，也就是說可以提供有保證的傳輸和接收應(yīng)答，并且該協(xié)議還能夠提供虛電路連接和面向數(shù)據(jù)流的傳輸。UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是一種特別簡單的協(xié)議，由于該協(xié)議是非面向連接的，所以該協(xié)議提供的服務(wù)的也是不可靠的，它不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，并且不對(duì)數(shù)據(jù)是否被接收進(jìn)行驗(yàn)證。雖然UD

15、P協(xié)議沒有明顯的優(yōu)越性，但對(duì)于不需要嚴(yán)格保證的傳輸，不需要應(yīng)答，并且不需要使用虛電路的應(yīng)用來說，UDP協(xié)議還是非常有用。5.5.1 TCP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議）TCP協(xié)議是一個(gè)支持面向連接的、端到端的、進(jìn)程間可靠通信的協(xié)議。TCP連接的建立要經(jīng)過“三次握手”來實(shí)現(xiàn)，首先，發(fā)送者的一個(gè)進(jìn)程向接收者的進(jìn)程發(fā)送打開一個(gè)TCP電路的請(qǐng)求；如果接收者進(jìn)程同意打開TCP電路的請(qǐng)求連接，則會(huì)發(fā)送一個(gè)確認(rèn)消息對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行應(yīng)答；當(dāng)發(fā)送者進(jìn)程收到應(yīng)答信號(hào)后，也會(huì)向接收者發(fā)送一個(gè)確認(rèn)應(yīng)答，至此發(fā)送者和接收者之間便建立了一條雙向虛電路的連接。5.5.2 UDP協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）UDP協(xié)議是非面向連接的，不支持虛電路連

16、接，它是面向事務(wù)的，所以也不能保證消息的可靠交付；另外，該協(xié)議不支持包的分組、排序及組裝。但該協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速度和數(shù)據(jù)的有效載荷方面都要比TCP協(xié)議要強(qiáng)。5.5.3 傳輸層相關(guān)協(xié)議SCTP（流控制傳輸協(xié)議）/DCP（數(shù)據(jù)報(bào)控制協(xié)議）在傳輸層引入了與TCP/UDP協(xié)議不同的傳輸機(jī)制，但都處于開發(fā)階段，至于能否取代目前傳輸層的TCP/UDP協(xié)議，則取決于能否更好地處理網(wǎng)絡(luò)存在的問題。TLS（傳輸層安全協(xié)議）：該協(xié)議對(duì)接收到來自于應(yīng)用層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理后才發(fā)送到傳輸層。SSH（安全外殼協(xié)議）：該協(xié)議的基本功能是對(duì)應(yīng)用層接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密/解密處理。5.6 應(yīng)用層協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議常用的應(yīng)用層協(xié)

17、議有：HTTP 、FTP、Telnet、Gopher、SMTP、SNMP、DNS、SSH、POP、IMAP。本節(jié)主要介紹HTTP、FTP、Telnet、SMTP、POP、SNMP。5.6.1 HTTP協(xié)議HTTP（Hyper Text Transfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議）是萬維網(wǎng)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議，也是WWW服務(wù)器使用的最主要的協(xié)議。由于HTTP協(xié)議支持的服務(wù)不限于WWW，還可以是其它服務(wù)，因而HTTP協(xié)議允許用戶在統(tǒng)一的界面下，采用不同的協(xié)議訪問不同的服務(wù)，如FTP、SMTP等。5.6.2 FTP協(xié)議FTP(File Transmission Protocol，文件傳輸協(xié)議)是T

18、CP/IP中用于實(shí)現(xiàn)文件傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。FTP協(xié)議支持的文件類型有ASCII碼、二進(jìn)制文件，并且支持的文件結(jié)構(gòu)可以是面向字節(jié)的和面向記錄的。FTP提供的文件傳輸可以是文件和文件夾，其傳輸效率比HTTP協(xié)議高，操作靈活，有HTTP協(xié)議不可替代的作用。5.6.3 Telnet協(xié)議Telnet(Terminal NETwork，終端網(wǎng)絡(luò))是終端仿真協(xié)議，該協(xié)議提供了相對(duì)通用、雙向、面向八位字節(jié)的通信機(jī)制。該協(xié)議的主要目的是實(shí)現(xiàn)界面終端設(shè)備和面向終端的過程通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過程進(jìn)行互相交互。Telnet遠(yuǎn)程登錄服務(wù)分為以下4個(gè)過程：（1）建立本地計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程主機(jī)之間的連接。（2）將本地計(jì)算機(jī)變成遠(yuǎn)程主機(jī)的NVT（Net Virtual Terminal，網(wǎng)絡(luò)虛擬終端），此時(shí)本地輸入的任何命令或字符以NVT格式傳送到遠(yuǎn)程主機(jī)。（3）將遠(yuǎn)程主機(jī)輸出的NVT格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為本地計(jì)算機(jī)所能接受的格式，實(shí)現(xiàn)結(jié)果的回顯；（4）撤消本地計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程主機(jī)之間的連接。5.6.4 電子郵件協(xié)議一、電子郵件電子郵件（Email）是Internet上的重要信息服務(wù)方式，它是一種異步通信方式，這樣收信人就沒有必要在對(duì)方發(fā)信時(shí)一定要在線，這對(duì)于收信人和發(fā)信人都是很方便的。Email地