Chapter網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1、IP協(xié)議 無(wú)連接數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送、數(shù)據(jù)報(bào)路由選擇和差錯(cuò)控制。 IP將報(bào)文傳送到目的主機(jī)后，不管傳送正確與否都不進(jìn)行檢驗(yàn)，不回送確認(rèn)，也不保證分組的正確順序，這些功能都由TCP完成。TCP與IP比較TCP：面向鏈接。IP：無(wú)鏈接。TCP：可靠服務(wù)。IP：不可靠服務(wù)。由報(bào)頭和數(shù)據(jù)兩部分組成。報(bào)頭：20個(gè)字節(jié)的固定長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)：可選任意長(zhǎng)度。IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)與幀的區(qū)別物理網(wǎng)絡(luò)中的幀由硬件識(shí)別。數(shù)據(jù)報(bào)由軟件識(shí)別。封裝 將數(shù)據(jù)報(bào)包裝成符合物理網(wǎng)絡(luò)要求的幀的格式的過(guò)程。IP數(shù)據(jù)報(bào)格式重點(diǎn)了解IPv4IP數(shù)據(jù)報(bào)格式版本字段：指示IP協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)的協(xié)議版本。報(bào)頭長(zhǎng)度：指示報(bào)頭的長(zhǎng)度。服務(wù)類型：占8比特，指示如何處理數(shù)據(jù)

2、報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度：占16比特，指示整個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度，包括報(bào)頭和數(shù)據(jù)，最大取值為65535字節(jié)。標(biāo)識(shí)域：占16比特，用來(lái)控制分片重組，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)不管分成多少片都具有相同的標(biāo)識(shí)號(hào)，用來(lái)確定該分片屬于哪個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。生存時(shí)間：占8比特。用來(lái)確定數(shù)據(jù)報(bào)被允許在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中傳輸最多可用多少秒。最大值為255。協(xié)議域：占8比特。用來(lái)指示傳輸協(xié)議類型。6代表TCP協(xié)議，7代表UDP協(xié)議。協(xié)議編號(hào)全球統(tǒng)一。源IP地址：目標(biāo)IP地址：指明網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。選項(xiàng)域：用于網(wǎng)絡(luò)的控制。填充：當(dāng)選項(xiàng)域不足40字節(jié)時(shí)，用0補(bǔ)充。二進(jìn)制基本知識(shí)用0和1表示數(shù)據(jù)。二進(jìn)制與十進(jìn)制關(guān)系十進(jìn)制 二進(jìn)制 1 10 11 100 101 1

3、10 111 1000十進(jìn)制 二進(jìn)制0 0 104 100 1000 1000,032 1000,0064 1000,000 1000,0000255 1111,1111與運(yùn)算0與0 結(jié)果為00與1 結(jié)果為01與0 結(jié)果為01與1 結(jié)果為11.IP地址定義：用于標(biāo)識(shí)連入因特網(wǎng)上的每臺(tái)主機(jī)，它是每臺(tái)主機(jī)唯一的標(biāo)識(shí)。在IPv4中，一個(gè)IP地址由32個(gè)二進(jìn)制比特?cái)?shù)字組成，通常被分割為4段，每段8比特，并用點(diǎn)分十進(jìn)制表示。aaa.bbb.ccc.ddd每段的取值范圍是0255最多容納的機(jī)器數(shù)是：255255255255約42億臺(tái)。 互聯(lián)網(wǎng)與物理網(wǎng)絡(luò)是有區(qū)別的。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是產(chǎn)生一個(gè)無(wú)縫的通信系統(tǒng)。它

4、由軟件生成，是一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)。因此，需要屏蔽下層物理網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)，進(jìn)行統(tǒng)一編制。發(fā)送方將目的地協(xié)議地址放在包中發(fā)送。 很多時(shí)候，用戶甚至不知道對(duì)方的協(xié)議地址，而使用計(jì)算機(jī)名字，通過(guò)DNS轉(zhuǎn)化。IP地址的層次 每個(gè)32位的IP地址被分為前綴和后綴兩個(gè)部分。前綴：用于確定計(jì)算機(jī)從屬的物理網(wǎng)絡(luò)。后綴：用于確定該網(wǎng)絡(luò)中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)。ISP負(fù)責(zé)向用戶提供IP地址的前綴。IP地址層次的作用1、保證每臺(tái)計(jì)算機(jī)分配一個(gè)唯一的地址。2、保證雖然網(wǎng)絡(luò)號(hào)分配必須全球一致，但后綴可本地分配，不需全球一致。A、B、C類為基本類D類用于組播傳輸E類保留IP地址分類Network ID and Host IDNetwork

5、IDHost ID32 Bitsw. x. y. z.131.107.3.24Example:Class BA類網(wǎng)：aaa的取值為1127，前8位中的首位為1，并表示網(wǎng)絡(luò)地址，后24位表示主機(jī)地址，代表主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)為大型網(wǎng)。B類網(wǎng)：aaa的取值為128191，前兩位為10，前16位表示網(wǎng)絡(luò)地址，后16位表示主機(jī)地址，代表主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)為中型網(wǎng)。C類網(wǎng)： aaa的取值為192223，前三位為110，前24位表示網(wǎng)絡(luò)地址，后8位表示主機(jī)地址。D類網(wǎng)：前4位為1110，后28位為組播地址。E類網(wǎng)：前5位為11110，后面各位保留。地址類別的計(jì)算計(jì)算機(jī)：利用地址的頭幾位通過(guò)位比較快速獲得。IP地址的

6、轉(zhuǎn)換方法1111111112864321684218 Bits255 Decimal Value (2) IP地址的分類 Address ClassesClass CwxyzClass ANetworkIDHost ID0Class BNetwork IDHost ID1 0Network IDHost ID1 1 0地址分類總結(jié)12616,3842,097,15216,777,21465,5342541 ?126128 ?191192 ?223 請(qǐng)指出下列IP地址是哪類IP地址131.107.9.19.200.1.34202.118.8.9 124.171.10.7192.9.200.111

7、8.8.9.124判斷下列IP地址的類型128.36.199.3 B類21.12.240.17 A類183.194.76.253 B類192.12.69.248 C類89.3.0.1 A類200.3.6.2 C類 (3) 特殊的IP地址全全0網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)全全1127全全0全全0全全1全全1任意任意本機(jī)本機(jī)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)直接廣播直接廣播有限廣播有限廣播回送回送系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)使用系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)使用標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)在特定網(wǎng)絡(luò)上廣播在特定網(wǎng)絡(luò)上廣播在本地網(wǎng)絡(luò)上廣播在本地網(wǎng)絡(luò)上廣播測(cè)試測(cè)試0.0.0.0137.108.0.0137.108.255.255255.255.255.255127.0.0

8、.1IP地址分配原則 在網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)必須有IP地址 一臺(tái)主機(jī)可以有多個(gè)IP地址，稱該主機(jī)為多址主機(jī)（multi-homed) 路由器有多個(gè)IP地址，分屬不同的網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)識(shí)了該網(wǎng)絡(luò)與路由器的一個(gè)連接。一臺(tái)連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)，必須為每個(gè)連接分配一個(gè)IP地址。 一個(gè)組織希望建立含有四個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)的TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)。其中一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)，兩個(gè)中型網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)。128.10.0.1128.211.6.115路由器192.5.48.8510.0.0.37Network ID 分配示例Router123124.x.y.z192.121.73.z131.107.y.zRouterHost ID 分配示例Ro

9、uterRouter124.0.0.27124.0.0.28124.0.0.29131.107.0.27131.107.0.28131.107.0.29192.121.73.1124.0.0.1192.121.73.2131.107.0.1124.x.y.z192.121.73.z131.107.0.z1232.子網(wǎng) subnet 使用A類地址或B類地址的網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)一步劃分子網(wǎng)段，稱為子網(wǎng)。 子網(wǎng)劃分的目的：便于管理。 子網(wǎng)掩碼的功能 區(qū)分網(wǎng)絡(luò)ID和主機(jī)ID 確定目的地是本地網(wǎng)絡(luò)還是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)劃分的方法用主機(jī)號(hào)的高位來(lái)標(biāo)識(shí)子網(wǎng)號(hào)，其余位表示主機(jī)號(hào)。 子網(wǎng)掩碼由32位二進(jìn)制位構(gòu)成，與IP地址的

10、每一位一一對(duì)應(yīng)；表現(xiàn)形式子網(wǎng)掩碼中每一位的定義與IP地址中Network ID對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)掩碼位的取值定義為“1”，與IP地址中Host ID對(duì)應(yīng)的子網(wǎng)掩碼位的取值定義為“0”，制定規(guī)則子網(wǎng)掩碼有二進(jìn)制和點(diǎn)分十進(jìn)制兩種表示方法；表示形式要求：以IP地址為166.166.0.0的網(wǎng)段為例，劃分4個(gè)子網(wǎng)。1. 屬于哪類網(wǎng)：B類。（128191）2. 用哪幾位來(lái)分割子網(wǎng)：aaa.bbb.ccc.ddd中的ccc的前兩位來(lái)劃分。（因?yàn)閍aa.bbb用于確定網(wǎng)段號(hào)。）3. 具體的劃分方法。8位中每位對(duì)應(yīng)的10進(jìn)制數(shù)的數(shù)值1111111112864321684218 Bits255 Decimal Valu

11、eccc: 128 64 32 16 8 4 2 00001166.166.0.xccc: 128 64 32 16 8 4 2 0ccc: 128 64 32 16 8 4 2 0ccc: 128 64 32 16 8 4 2 01011166.166.64.x166.166.128.x166.166.192.x子網(wǎng)掩碼運(yùn)算方法 將子網(wǎng)掩碼與IP地址逐位與運(yùn)算，通過(guò)得到的結(jié)果判斷。缺省的子網(wǎng)掩碼定義Class AClass BClass C11111111000000000000000000000000111111111111111100000000000000001111111111111

12、1111111111100000000255.0.0.0255.255.0.0255.255.255.0 網(wǎng)絡(luò)號(hào)各比特全為1，主機(jī)號(hào)各比特全為0。131.107.9.1192.9.200.1202.118.8.913.10.9.1126.90.35.66168.168.11.254請(qǐng)指出下列IP地址缺省的子網(wǎng)掩碼區(qū)分網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)Class B Example16.200131.107.0.0255.255.131.107.w.x.IP AddressSubnet MaskNetwork IDHost ID16.200y.z10000011 01101011 00010000 11001000

13、11111111 11111111 00000000 0000000010000011 01101011 00000000 00000000IP AddressSubnet MaskResult4. IP路由協(xié)議 IP數(shù)據(jù)報(bào)從源主機(jī)無(wú)連接的、逐步地傳送到目標(biāo)主機(jī)，這就是IP協(xié)議的路由選擇。 IP協(xié)議是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，它所面對(duì)的是由多個(gè)路由器和物理網(wǎng)絡(luò)所組成的網(wǎng)絡(luò)。IP協(xié)議的任務(wù)是提供一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)找到下一個(gè)路由器和物理網(wǎng)絡(luò)。路由表 通過(guò)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)號(hào)和路由器IP地址，指明到達(dá)目的主機(jī)的路由信息。 路由器通過(guò)查找路由表為數(shù)據(jù)報(bào)選擇一條到達(dá)目的主機(jī)的路由。路由并不需要完整的端到端的鏈路，只要知道下一步

14、應(yīng)傳給哪個(gè)路由器就可以了。 路由表有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之分。30.0.0.040.0.0.0128.1.0.0192.4.10.030.0.0.740.0.0.740.0.0.8128.1.0.8128.1.0.9192.4.10.9 目的地 子網(wǎng)掩碼 下一跳 30.0.0.0 255.0.0.0 40.0.0.7 40.0.0.0 255.0.0.0 直接到128.1.0.0 255.255.0.0 直接到192.4.10.0 255.255.255.0 192.4.10.9 R2路由器的路由表 R2路由表結(jié)構(gòu)30.0.0.040.0.0.0202.108.1.0168.5.0.0255.0.0.0255.0.