[工程科技]网络体系结构

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计算机网络协议与体系结构

1网络体系结构的几个基本概念协议：为进行网络中的数据交换〔通信)而建立的规则、标准或约定.<=语义+语法+规则>不同层具有各自不同的协议.实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程.对等层：两个不同系统的同名层次.对等实体：位于不同系统的同名层次中的两个实体.协议作用在对等实体之间.接口：相邻两层之间交互的界面,定义相邻两层之间的操作及下层对上层的服务.服务：某一层及其以下各层的一种能力,通过接口提供给其相邻上层.

23.2开放系统互联参考模型〔OSI/RM)OSI参考模型将网络的不同功能划分为7层应用层Application表示层Presentation会话层session传输层transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321处理网络应用数据表示主机间通信端到端的连接寻址和最短路径介质访问（接入）二进制传输

3OSI参考模型中,对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元.而传输层及以下各层的PDU另外还有各自特定的名称：传输层——数据段〔Segment)网络层——分组〔数据报)〔Packet)数据链路层——数据帧〔Frame)物理层——比特〔Bit)

4数据封装一台计算机要发送数据到另一台计算机,数据首先必须打包,打包的过程成为封装.封装就是在数据前面加上特定的协议头部.数据协议头发送邮件的例子：信装入写有源地址和目的地址的信封中发送,还要写明用航空或挂号….数据

5OSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务.为了提供服务,下层把上层的PDU作为本层的数据封装,然后加入本层的头部〔和尾部).头部中含有完成数据传输所需的控制信息.这样,数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程.到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程.由此可知,在物理线路上传输的数据,其外面实际上被包封了多层"信封".但是,某一层只能识别由对等层封装的"信封",而对于被封装在"信封"内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层,本层不作任何处理.

6数据段头数据段头数据网络头帧头段头数据网络头帧尾数据段数据包帧比特电脉冲数据多层封装封装拆封

7TCP头应用层数据应用层数据TCP头应用层数据IP头帧头TCP头应用层数据IP头帧尾实际例子：TCP/IP协议的封装应用层传输层网际层数链层

83.3OSI各层功能概述第7层：应用层为用户的应用程序提供网络通信服务识别并证实目的通信方的可用性使协同工作的应用程序之间进行同步判断是否为通信过程申请了足够的资源应用层协议的例子：远程登录协议Telnet、文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、域名服务DNS、简单邮件传输协议SMTP、邮局协议POP3等

9第6层：表示层处理被传送数据的表示问题,即信息的语法和语义.如有必要,使用一种通用的数据表示格式在多种数据表示格式之间进行转换.例如：在日期、货币、数值〔特别是浮点数)等本地数据表示格式与标准数据表示格式之间进行转换；数据的加解密、压缩/解压缩等本地表示1本地表示2公共表示公共表示表示层传输层

10第5层：会话层建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话.会话：完成一项任务而进行的一系列相关的信息交换.同步〔解决失败后从哪里重新开始)设置检查点——会话失败后,恢复到最后一个检查点处,而不用从头开始.例如：数据送到打印服务器上打印.接收的数据已被确认,但打印机出现故障.这时没必要再从头开始打印,只要在每页开始处设置检查点,打印出错时只需重传最后一个检查点以后的页面.

11第4层：传输层为源端主机到目的端主机提供可靠的数据传输服务；屏蔽各类通信子网的差异,使上层不受通信子网技术变化的影响.进行数据分段并组装成报文流；提供"面向连接"〔虚电路)和"无连接"〔数据报)两种服务；传输差错校验与恢复；信息流控制,防止数据传输过载.

12数据报与虚电路的概念数据报：无连接的服务；虚电路：面向连接的服务数据报——每个分组作为一个独立的信息单位传送特征：不需要连接,也无需确认完整的网络地址〔源和目的)——信道利用率低不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择虚电路——传输前先建立一条逻辑连接,传输结束后拆除特征：需要建立连接仅在建立连接时需要全网地址,传输时用虚电路号按序到达；仅在建立连接时需要路由选择两类虚电路：永久虚电路——租用后便永久建立,退租后拆除.交换虚电路——需要通信时建立,通信结束便拆除.

13传输层的特点传输层以上各层：面向应用；以下各层：面向传输.传输层位于资源子网和通信子网的交界处,起着承上启下的作用.与网络层的部分服务有重叠交叉.如何平衡取决于两者的功能划分.真正意义上的从源到目标实现"端到端"连接的层.1-3层：链接,中继；4-7层：端到端

14第3层：网络层在源端与目的端之间建立、维护、终止网络的连接.功能和服务最佳路由选择和数据包中转流量控制和拥塞控制差错检测与恢复流量统计和记账

15路由选择如何在多条通信路径中找一条最佳路径？依据：速度,距离<步跳数>,价格,拥塞程度路由器－路由表建立与维护静态：人工设置,只适用于小型网络动态：运行过程中根据网络情况自动地动态维护路由算法距离向量算法：RIP、CGP等链路状态算法：OSPF等

16第2层：数据链路层在物理线路上提供可靠的数据传输,使之对网络层呈现为一条无错的线路.所关心的问题包括：物理地址、网络拓扑；组帧：把数据封装在帧中,按顺序传送,并处理返回的确认帧；定界与同步：产生/识别帧边界；差错恢复：采用重传〔ARQ)的方法；流量控制：收发双方传输速率的匹配.

17广播式信道问题：涉及到如何控制对共享信道的访问.将数据链路层划分为逻辑链路控制和介质访问控制子层两个子层,由MAC子层解决介质访问控制问题.两种主要的介质访问控制方法：-CSMA/CD-TOKENPASSINGTokenRingTokenBus

18MAC子层的地址网络中的每台主机都必须有一个48位<6Byte>的全局地址,它是该主机在全球范围的唯一标识符,与其物理位置无关.<比较IP地址>该全局地址称为MAC地址,也称为物理地址,通常固化在网卡上.当一台计算机插上一块网卡后,该计算机的物理地址就是该网卡的MAC地址.MAC地址的例子<以十六进制表示>：02·60·8C·67·05·A2

19链路层帧的结构A：MAC地址字段,包括源地址和目的地址C：控制字段FCS：帧检验序列,一般采用CRC校验.其校验范围包括A、C和Data字段CAFCS校验区间Data网络层的分组被封装在帧的Data域中

20第1层：物理层实现在物理媒体上透明地传送原始比特流.定义了激活、维护和关闭终端用户之间机械的、电气的、过程的和功能的特性.数据终端设备DTE、数据通信设备DCEDTE——用于处理用户数据的设备.如计算机、路由器.DCE——用于把DTE发出的数字信号转换成适合于在传输介质上传输的形式.如MODEM.

21物理层的特性包括：机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格电气特性：信号电平,脉冲宽度,频率,数据传送速率,最大传送距离等功能特性：接口引脚的功能作用规程特性：信号时序,应答关系,操作过程

22ISO/OSI模型各层的功能和作用层次名称作用功能1物理层对上一层的每一步怎样利用物理媒体传输数据单元：比特流互连设备：中继器通过机械和电气的互联方式把实体连接起来，让数据流通过。负责提供和维护物理线路，并检测处理争用冲突，提供端到端错误恢复和流控制以比特为单位进行传输。

23层次名称作用功能2数据链路层每一步应该怎样走数据单元：帧互连设备：网桥进行二进制数据块传送，并进行差错检测和数据流控制。主要任务是加强物理传输原始比特的功能，以帧为单位进行传榆。

24层次名称作用功能3网络层走哪一条路可以到达数据单元：分组互连设备：路由器通过分组交换、路由选择为传输层提供端到端的交换网络数据，传送功能使得上层摆脱路由选择、交换方式、拥挤控制等的细节，实现数据传输。以分组为单位进行传输。

25层次名称作用功能4传输层对方在何处（或要到什么地方）数据单元：报文提供传送方式，基本功能是从会话层接收数据，必要时把它分成较小的单元传递，并确保到达对方的各段信息正确无误。运输层也要决定向会话层服务，并最终向网络用户提供服务。

26层次名称作用功能5会话层对方是谁？进行高层通信控制，允许不同机器上的用户建立会话关系。在两个应用进程之间建立和管理不同形式的通信对话。三种数据流方向控制模式：单工、半双工、双工。

27层次名称作用功能6表示层对方看起来像什么？完成某些特定功能。例如：解决数据格式的转换。实现不同格式和编码之间的交换。表示层关心的是所传输的语法和语义，而表示层以下各层只关心可靠地传输比特流。

28层次名称作用功能7应用层做什么？互连设备：网关提供与用户应用有关功能，包括网络浏览、电子邮件、不同类文件系统的文件传输、虚拟终端软件、过程作业输入、目录查询和其他各种通用的和专用的功能等。

29二、TCP／IP协议是Internet所采用的协议组；TCP负责数据从端到端的传输；IP负责网络互联.

30TCP/IP与OSI体系结构的比较

31TCP/IP体系结构传输层应用层网络层网络访问接口层协议网络IPARPRARPIGMPICMP

32各层传输的信息格式见下表：

33网络接口协议ICMPIP（横跨整层）ARPRARP功能协议4.应用层对数据进行格式化和完成应用所要求的服务，为用户提供应用多层协议SPMT　FTPTelenet　DnsTFTP　RPC其它3．传输层提供源到目的之间可靠的端到端连接，包括数据格式化、数据确认和丢失重传等。TCP　　　UDP（面向连接）（无连接）2.网际网层（IP层）管理不同网络上的设备之间的数据交换。（主要处理数据报文和路由）1.网络接口层管理设备与网络之间的数据交换，以及同一个网络中设备之间的数据交换。IEEE802.3IEEE802.5×.25FDDI　其它网络（以太网）　（全牌环）TCP/IP的层次模型：4层结构

34TCP／IP主要执行OSI模型中网络层和传输层功能,提供了端对端的可靠的进程间通信,是一种面向数据流的协议,要传送的数据首先存放在缓冲区中,然后由TCP将数据分成若干段发送出去.核心概念是："网间地址"――IP地址.

353.4TCP/IP模型TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署的一项研究计划——实现若干台主机的相互通信.现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准.TCP/IP模型包括4个概念层次：应用层〔application)传输层〔transport)网际层〔internet)网络接口〔networkinterface)

36TCP/IP与与应用层应用层协议支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用.应用层传输层网络接口网际层文件传输●FTP、TFTP、NFS电子邮件●SMTP、POP3WWW应用●HTTP远程登录●Telnet、rlogin网络管理●SNMP名字管理●DNS

37TCP/IP与传输层传输层的两项主要功能：流量控制：通过滑动窗口实现；可靠传输：由序号和确认来实现.传输层提供了TCP和UDP两种传输协议：TCP是面向连接的、可靠的传输协议.它把报文分解为多个段进行传输,在目的站再重新装配这些段,必要时重新发送没有收到的段.UDP是无连接的.由于对发送的段不进行校验和确认,因此它是"不可靠"的.

38应用层传输层网络接口网际层面向连接的●TCP无连接的●UDP传输层提供了两种传输协议

39TCP段格式源端口034910代码位目的端口151631顺序号确认号窗口大小保留报头长度校验和紧急指针选项（可省略）数据

40源端口：呼叫端口的编号目的端口：被叫端口的编号顺序号：数据的第一个字节的顺序号确认号：所期待的下一段的顺序号报头长度：以32字节为单位的报头的长度保留域：设置为0编码位：用于控制段的传输〔如会话的建立和中止)包括：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN六个位窗口大小：接收方能够继续接收的字节数校验和：包括TCP报头和数据在内的校验和紧急指针：当前顺序号到紧急数据位置的偏移量选项：数据：上层协议数据

41端口号TCP和UDP都用端口号把信息传到上层.端口号指示了正在使用的上层协议.FTPSMTPTFTPDNSTelnetSNMP2123255369161TCPUDP应用层传输层保留的端口号：＜255,公共应用255-1023,公司＞1023,未规定

42TCP连接的建立——三次握手例如：A、B两个主机要建立连接A→B方向消息含义A←BA←BA→BSYNSYNACKACK我的序号是X序号用于跟踪通信顺序,确保多个包传输时无数据丢失.通信双方在建立连接时必须互相交换各自的初始序号.知道了,你的序号是X我的序号是Y知道了,你的序号是Y握手123合并1.2.3.4.

43AB发送SYN消息接收SYN消息发送SYN消息接收SYN消息发送确认接收确认TCP通过三次握手/建立连接序号来达到同步

44UDP段格式UDP不用确认.可靠性由应用层协议保证.使用UDP的协议包括：TFTP、SNMP、NFS、DNS等源端口目的端口长度校验和数据16b16b16b16b

45TCP/IP与网络层网际层的主要协议——IP.本层提供无连接的传输服务〔不保证送达,不保序).本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径.网际层的PDU称为IP数据报；ICMP〔InternetControlMessageProtocol)提供控制和传递消息的功能；ARP〔AddressResolutionProtocol)为已知的IP地址确定相应的MAC地址；RARP〔ReverseAddressResolutionProtocol)根据MAC地址确定相应的IP地址.

46应用层传输层网络接口网际层●IP●ICMP●ARP●RARPTCP/IP网际层的四个主要协议TCPUDP617IP传输层网际层IP数据报的协议域确定目的端的上层协议

47２.２IP地址与域名２.２.１IP地址在网络层中,每一台机器都有一个全球唯一识别的IP地址.网络层中信息传递的单位是"包"〔packet)格式.网络层是完全通过软件来实现信息传递的,通信的两台计算机的物理网可以不相同,也并不知彼此的物理地址,但可以通过IP协议进行信息交流.

48一、IP地址△Internet的扩展问题：〔1)由于持续不断的地址要求,IPv4的地址空间最终会耗尽.∵目前IPv4使用的是32位地址∴IPv4的地址空间只有232〔4294967296,即低于43亿)　　　个地址可用.就当前而言,全世界每一个人分配一个地址已不可能,因为现世界人口已达60多亿〔还不包括一个人拥有多个地址的)还有IP地址空间没有有效分配而使情况更加恶化.

49一、IP地址△Internet的扩展问题：〔2)在构成Internet的数目一直不断增长的网络之间转发数据包的能力.由于接入的网络越来越多,路由表尺寸不断增大,将会有可能导致Internet部分区域临时无法到达.IPv6将解决这些问题.〔IP编址和子网掩码是两个较抽象的概念,但理解它们并不难,只需进行两种简单算术操作：加法和乘法.)

50

51２.２.２IP地址分类IP地址＝网络标示·主机表示代表此台计算机在哪一个网络上代表此台计算机连在物理网上的编号32bits

52数据……………………….……………………….From：192.112.36.5To：128.174.5.6IP分组包128.174.5.6

53IP地址的分类：一般分成五类：A、B、C、D、E类〔常见的是A、B、C三类).多点播送地址留作将来使用

54类别第1字节取值范围网络标识长度最大网络数（个）最大主机数（台）适用网络规模A类0～1271字节128（27）16777216（224）大型网络B类128～1912字节16384（214）65536（216）中型网络C类192～2233字节2097152（221）256（28）小型网络IP地址的类别与规模

55IP地址的两种表示方式：⑴二进制表示例如：江门Internet主用域名服务器〔DNS)的IP地址是：11001010011000001000000001000100〔C类,因为最高的三位为"110")⑵点分十进制表示上述IP地址为：

56⑶两种表示方式转换的一种简单方法：二进制1286432168421十进制1100101011001010128+64+8+2=202011000000110000064+32=961000000010000000128=128010001000100010064+4=68

57例如：判断下列IP地址的类型,该地址的网络标识和主机标识分别是多少？⑴⑶IP地址类型网络标识主机标识⑴138.69.35.38B类138.6935.38⑵210.32.128.6C类210.32.1286⑶66.80.58.18A类6680.58.18

58２.２.２IP地址分类特殊IP地址：全"1"地址：255.255.255.255本网广播地址全"0"地址：0.0.0.0本网地址〔自己)回送地址：127.0.0.1通常用于网络调试

59２.２.３　网络掩码作用：将它与IP地址进行逻辑"与"的运算,使IP地址中的网络地址部分分离出来,以便区分不同的网络.要点：当两个二进制数相"与"时,只有同为"1"时结果才得"1",否则为"0".〔子网编址是网络管理员需要掌握的一种基本技术.)

60一般情况下网络掩码分别是：A类B类C类例：C类11001010011000001000000001000100&1111111111111111111111110000000011001010011000001000000000000000网络标识运算要点：同为"1"时才得"1"

61又例：B类130.111.8.245与130.111.8.245130.111.5.230&255.255.255.0&255.255.255.0130.111.8.0130.111.5.0可以判断出：这两个是设在不同网络上的IP地址.网络标识网络标识

62一、利用子网数来计算在求子网掩码之前必须先搞清楚掩码转成二进制后,为1的位代表网络位,为0的位代表主机位.1>将子网数目转化为二进制来表示2>取得该二进制的位数,为N3>取得该IP地址的子网掩码,将其主机地址部分的前N位置1累计即得出该IP地址划分子网的子网掩码.如欲将B类IP地址划分成27个子网：1>27=110112>该二进制为五位数,N=53>将B类地址的子网掩码的主机地址前5位置1,得到,即为划分成27个子网的B类IP地址的子网掩码.

63二、利用主机数来计算1>将主机数目转化为二进制来表示2>如果主机数小于或等于254〔注意去掉保留的两个IP地址),则取得该主机的二进制位数,为N,这里肯定N<8.如果大于254,则N>8,这就是说主机地址将占据不止8位.3>使用来将该类IP地址的主机地址位数全部置1,然后从后向前的将N位全部置为0,即为子网掩码值.如欲将B类IP地址划分成若干子网,每个子网内有主机700台：1>700=10101111002>该二进制为十位数,N=103>将该B类地址的子网掩码的主机地址全部置1,得到,然后再从后向前将后10位置0,即为：,即.这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址的子网掩码.

64子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据.最为简单的理解就是两台计算机各自的IP地址与子网掩码进行与运算后,如果得出的结果是相同的,则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的,可以进行直接的通讯.就这么简单.请看以下示例：　运算一：IP地址　192.168.0.1子网掩码　255.255.255.0运算二：IP地址　192.168.0.254子网掩码　255.255.255.0运算三：IP地址　192.168.0.4子网掩码　255.255.255.0通过以上对三组计算机IP地址与子网掩码的与运算后,我们可以看到它运算结果是一样的.均为　所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络,然后进行通讯的.

65２.２.３域名与域名体系〔DNS——DomainNameSystem)在计算机网络中,存在三种地址标识机制：1、物理地址——物理层,即网卡地址,在物理网络内部使用.2、IP地址——网络层,即网络地址,它屏蔽了物理地址的细节,提供一种全局性通用地址.3、域名——克服IP地址较抽象、不便记忆和理解的问题,设计了一种直观、易懂,具有全局唯一性的域名系统.

66２.２.３域名与域名体系〔DNS——DomainNameSystem)在计算机网络中,存在三种地址标识机制：1、物理地址——物理层,即网卡地址,在物理网络内部使用.2、IP地址——网络层,即网络地址,它屏蔽了物理地址的细节,提供一种全局性通用地址.3、域名——克服IP地址较抽象、不便记忆和理解的问题,设计了一种直观、易懂,具有全局唯一性的域名系统.

671、域名的表示形式：结构：服务器名.3级域名.2级域名.顶级域名域名与IP地址之间的转换由网络上的域名服务器（DNS）完成。主机名·它所在的域名www·jmtvu.net如：

682、域名的层次化树型结构：通用国家例如,图中主机jack的全称域名为：,表示在acm.org域下的一台称为jack的主机.

693、域的命名及管理每个域的标号最多包含63个字符,全称域名最多255个字符.最高层域名要向国际NIC申请注册〔在美国),可以按组织机构性质划分,也可按国家划分.在高层域名以下的子域域名,向各国NIC申请注册.如中国互联网信息中心〔CNNIC,)

70CCNIC提供的域名注册服务：

71CCNIC提供的中文通用域名注册服务：

72２.３　地址与域名解析域名：唯一的便于记忆的名字逻辑地址：IP地址,唯一的物理地址：网卡地址,网卡的ROM中,唯一的域名　　　　　　IP地址　　　　　　物理地址地址解析域名解析

73ARP〔地址解释协议)和RARP〔反向地址解释协议)IP协议是通过IP地址贯通各个网络的,但通信媒体的连接还是依靠物理网络的物理地址才能将IP层的内容送到信道上去传送.而因特网上的IP地址与硬件地址之间是互不兼容的.因此我们需要建立一些机制来处理好两者的关系,形成一一对应的映射.IP地址物理地址ARPRARP２.３.１　地址解析

74例：如下地址动态联编表：IP地址物理地址（可从网卡上查）197.15.3.2（主机A）0A:07:4B:12:82:36197.15.3.30A:9C:28:71:32:80197.15.3.40A:11:C3:68:02:98197.15.3.5（主机B）0A:74:59:32:CC:1E197.15.3.60A:04:BC:00:03:28197.15.3.70A:77:81:OE:52:PA

75ARP工作原理：若主机A知道主机B的IP地址,但不知道它的物理地址.广播ARP请求："IP地址是的物理地址是多少？"全网都收到只要主机B的IP地址是相同的,则主机B回应A的请求,告诉主机A知道"物理地址是0A:74:59:32:CC:1E".主机AB

76ARP工作原理：（送出一个直接应答报文）主机A主机B回应ARP请求这就建立了地址对应表,两者可以进行直接的通讯〔点对点通讯)注：为了提高动态联编的效率,组网时,我们要配置有高速缓冲存储器〔cache)的计算机,特别要配外置cache〔一般在256k以上)〔事例)

77RARP工作原理：〔一般使用于无磁盘的计算机)无盘工作站通常从远程服务器中下载操作系统的映象,但它如何知道自己的IP地址？〔若已知主机A的物理地址,不知道它的IP地址.)BA无盘工作站RARPServer

78RARP工作原理：〔一般使用于无磁盘的计算机)RARP必须设立一个"地址解析服务器",在我们组网时,需要人工编好本网内各机的地址动态联编表〔在服务器中)若跨网转换时,从一个网转交到另一个网的任务就由路由器来完成.无盘工作站A全网都收到广播ＲＡＲＰ请求“我的物理地址是0A:07:4B:12:82:36，有谁知道我的IP地址?”无盘工作站A服务器B在动态联编表中找到IP地址是：197.15.3.2"你的IP地址是：197.15.3.2"直接回送

79２.３.２　域名解析递归解析：要求名字服务器系统一次性完成全部　　　　　　　名字地址的变换.重复解析：每次请求一个服务器,不行再请求别　　　　　　　的服务器.区别：前者：将复杂性和负担交给服务器软件.　　　　　　　　　　〔名字请求频繁时性能不好)后者：将复杂性和负担交给解析器软件.　　　　　　　　　　〔名字请求不多性能不好)两种方法：

80开始TCP/IP的域名解析算法：构造域名询问〔一种特殊报文：含欲解析的域名,该域名的类、所需解析的结果、解析方式等.)名字是否在本服务器所辖子域.产生一个指定下一个服务器的响应,并传回求解者〔响应报文中告知下一可用服务器地址.将询问发往某服务器〔首先,每个解析器自动访问一个服务器,其次,每个服务器均知道根服务器地址及其父节点服务器地址)从数据库中取出相应地址将结果传回求解者.请求下一个服务器,求解名字,并将结果返回求解者.哪种求解方式？结束下一次求解重复求解递归求解YN

81解析性能的优化：优化方法：复制与缓存２.３.３　域名服务器的建立〔略)

82２.４IP协议２.４.１包、帧与数据报IP协议是TCP/IP协议组中的最主要的一个协议.△　什么是IP？IP其实就是多个计算机用于交换信息的基本包〔PACKET)格式.

83２.４.１包、帧与数据报△　什么是包？包是一种事先定义好的格式,由＋组成.XX数据（1）部分文件（2）字符和键盘信息（3）一段E-Mail消息数据一般是：计算机网络也称包交换网络

84２.４.１包、帧与数据报△　什么是帧？是链路层的数据传输的基本单位.不同的网络技术所定义的帧的格式、大小等都不同.

85２.４.１包、帧与数据报△　什么是IP数据报？IP协议是网络层的协议,异构网之间的互联,会存在网与网之间所定义的基本数据单元的不同.为了实现互联,InternetIP协议规定了一种新的网络"包"类型,称为IP数据报――它是互联网中传输数据的基本单位.一个数据报由＋组成.数据穿过各层,在每层都得到一个报头,并且传给下一层.报头数据区

86版本号IPv4是4〔0100)IPv6是6〔0110)数据报的头部长度服务类型规定对此数据报的处理方式整个IP数据报的总长度标识号同一数据报无论分多少片,每一片的标识号都是相同的标志位用于判断是否分片,是否最后一片3位：010不分片001片未完000最后片片偏移量表示该片数据在初始数据报中的偏移量,用于数据报的重组生存时间在网上传输超过该时间未到达,自动清除.协议号表示该数据报属于哪一类型的协议报头校验和用于对数据报报头进行校验数据报源IP地址数据报目的IP地址数据区〔可变长)报头〔定长)=32×5÷8=20〔字节)

87２.４.１包、帧与数据报*服务类型PPPDTR89101112131415未用可靠性1—高0—低吞吐量1—高0—低延迟1—低0—高优先级000--111

88２.４.２数据报的分片与重组数据报头数据报数据区帧头帧数据区装入在网络中,数据是以帧的形式传输的,因此数据报必须封装成帧来传输.封装：就是将整个数据报作为数据装入帧的数据区

89２.４.２数据报的分片与重组〔事例)

90２.４.２数据报的分片与重组△为什么要将数据报分片？因为不同类型网络对帧的格式和大小均有不同的限制,也就是最大传输单位〔MTU)不同.为了能将一个大的帧传送到一个较小帧格式〔大小)的网络时,路由器就要将大的数据报分割成若干较小的片〔或段),来进行发送.

91２.４.２数据报的分片与重组△为什么要将数据报分片？标识标志片偏移16位,源主机定义数据报的标识号.分片后标识号仍然是不变的,各片具有相同的标识号3位010不分片001片末完000最后片未用在数据报的报头中以第2个字来表征：13位以8个字节为基本单位.由"每个MTU可传送的字节数÷8"求得.表明该片数据在初始数据报区域中的偏移量,用于数据报的重组.分片技术是IP网络的关键技术.

92原始数据报数据1数据2数据3数据4片偏移量数据分片与片偏移量图示：

93例：一个IP原始数据报的数据字段长度为1500字节,其下层网络的最大物理传送单元〔MTU)为576字节.问：若将该数据报交给下层网络传送,应该将该数据分为几个分片？每个分片的片偏移量分别是多少？又每个分片的片未完标志值分别又是多少？解：已知MTU=576字节每个MTU可传送数据字节数=576-20=556字节.1500-556=944字节944-556=388字节<556字节说明应把该数据报分为3段报头定长此556字节还不是可以全用于传数据片偏移量=556÷8=69余4由于不能整除,则需要调整传送的字节数,取整除后最大整数：69则：可传送字节数为：69×8=552字节.〔标准片长)

94例：一个IP原始数据报的数据字段长度为1500字节,其下层网络的最大物理传送单元〔MTU)为576字节.问：若将该数据报交给下层网络传送,应该将该数据分为几个分片？每个分片的片偏移量分别是多少？又每个分片的片未完标志值分别又是多少？解：片长片偏移量片未完标志调整前调整后第一片5565520001片未完第二片55655269001片未完第三片38839669×2=138000最后片1500-552=948字节,948-552=396字节<552字节

95又例：若该网络为x.25网络,由于x.25的MTU为128字节〔P47)∴每个MTU可传送字节数为：128-20=108字节108字节÷8=13余4取整数13〔片偏移量)故,标准片长=13×8=104字节同样是1500字节长的数据报要分成：15片〔自己计算)

96２.４.３数据报的路由选择

97２.４.３数据报的路由选择一个数据从源地址到目的地址必定经过中间若干路由器,而每个路　由器都能通过路由选择表,指明能通往的目的IP地址.每个路由器均被指定两个IP地址〔对应它的两个端口)分析教材P49的图2-13例子在每一个路由器中,目的地址均要以该路由器中的路由表的每行各　个掩码进行逻辑与运算,从而确定下一站的端口.路由表中所列的每个地址都是一个网络,而不是主机

98路由选择的一个例子：〔P49的图2-13)如下图表,假设路由器B要转发一个目的地址为的数据包,路由表如何找出下一站？网络1路由器A网络2网络3网络4路由器B路由器C图a一个小型互联网络

99表b路由器B的路由选择表目的地掩码下一站30.0.0.0255.0.0.040.0.0.740.0.0.0255.0.0.0deliverdirect（直接传送）128.1.0.0255.255.0.0deliverdirect（直接传送）192.4.10.0255.255.255.0128.1.0.9假设路由软件顺序搜索路由表的每一行：第一行：,匹配失败.第二、三行：同理,也匹配失败.第四行：,与目的地址匹配,因此,下一站将数据包传送到.

100２.４.４差错及其报告机制△Internet控制报文协议------ICMPICMP报文是被封装于数据报中进行传送的,由报头中的"协议号"标出,如：

101２.４.４差错及其报告机制△Internet控制报文协议------ICMP目的端不可到达回送〔Ping)其他

102△ICMP消息标明目的地不可到达路由器我不知道怎样到达Z！发送ICMP数据网络发送数据到Z发送给Z目的地不可到达

103△由Ping命令产生的回声请求B可以到达吗？ICMP回声请求ICMP回声应答可以，我在这里BA示例：ICMP目的不可到达消息

104２.５IP协议的新发展：△Internet的扩展问题〔见前)△IPv6将解决这些问题IPv6的新特征：五个方面〔P51)IPv6数据报报头与Ipv4数据报报头的比较〔P52-53)IP地址空间的扩展由IPv4的32位扩展到IPv6的128位△减少IP地址中的字符个数的方法：〔P53)冒分十六进制零压缩

105将原来IPv4的32比特地址空间扩展到128比特.地址空间可容纳2128个地址.IPv6地址举例：点分十进制表示为：冒分十六进制表示为：69DC:8864:FFFF:FFFF:0:1280:8C0A:FFFF

106IP数据报〔IP分组、IP包)版本号报头长度服务类型数据报长度DFMF段偏移037151931标识生存时间TTL协议报头校验和源IP地址目的IP地址选项和填充〔最大为40字节)数据区

107IP地址IP网络中每台主机都必须有一个惟一的IP地址；IP地址是一个逻辑地址；<与MAC地址比较一下>因特网上的IP地址具有全球唯一性；32位,4个字节,常用点分的十进制标记法：如00001010000000100000000000000001记为IP地址划分为五类：A-E类,常用的为A、B、C类A类地址：允许27个网络,每个网络224-2个主机；B类地址：允许214个网络,每个网络216-2个主机；C类地址：允许221个网络,每个网络28-2个主机；

108IP地址分类A类B类C类0001117bits24bits14bits16bits网络号主机号网络号主机号21bits8bits网络号主机号A类0.0.0.0～B类128.0.0.0～C类192.0.0.0～223.255.255.255地址范围

109保留的IP地址00...000000...000011...111111...1111本机本网中的主机局域网中的广播对指定网络的广播回路00...00主机号1111...1111网络号127任意值以下这些IP地址具有特殊的含义:一般来说,主机号部分为全"1"的IP地址保留用作广播地址；主机号部分为全"0"的IP地址保留用作网络地址.0000...0000网络号网络地址

110子网〔Subnet)划分因特网规模的急剧增长,对IP地址的需求激增.带来的问题是：IP地址资源的严重匮乏路由表规模的急速增长解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分.前提：网络规模较小——IP地址空间没有全部利用.例如：三个LAN,主机数为20,25,48,均少于C类地址允许的主机数.为这三个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费.

111子网划分举例例如：C类网络,主机号部分的前三位用于标识子网号,即：110000000000101000000001xxxyyyyy网络号+子网号新的主机号部分子网号为全"0"全"1"不能使用,于是划分出23-2=6个子网,子网地址分别为：110000000000101000000001001110000000000101000000001010110000000000101000000001011110000000000101000000001100110000000000101000000001101110000000000101000000001110

112子网掩码〔SubnetMask)子网划分后,如何识别不同的子网？解决：采用子网掩码来分离网络号和主机号.子网掩码格式：32比特,网络号<包括子网号>部分全为"1",主机号部分全为"0"."网络号+子网号"部分"主机号"部分11……………………1100….00

113子网掩码计算前面的例子中：网络号24位,子网号3位,总共27位.所以子网掩码为：11111111111111111111111111100000即255.255.255.224缺省子网掩码：A类：255.0.0.0B类：255.255.0.0C类：

114子网地址计算子网掩码∧IP地址,结果就是该IP地址的网络号.例如：IP地址,子网掩码11001010011101010000000111001111∧1111111111111111111111111110000011001010011101010000000111000000∴子网地址为：主机号为：15主机之间要能够通信,它们必须在同一子网内,否则需要使用路由器〔或网关)实现互联.

115子网规划举例网络分配了一个C类地址：.假设需要20个子网,每个子网有5台主机.试确定各子网地址和子网掩码.1)对C类地址,要从最后8位中分出几位作为子网地址：∵24＜20＜25,∴选择5位作为子网地址,共可提供30个子网地址.2)检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求：∵子网地址为5位,故还剩3位可以用作主机地址.而23＞5+2,所以可以满足每子网5台主机的要求.3)子网掩码为.〔11111000B=248)4)子网地址可在8、16、24、32、……、240共30个地址中任意选择20个.

116网际控制报文协议〔ICMP)ICMP消息被封装在IP数据报里,用来发送差错报告和控制信息.ICMP定义了如下消息类型：目的端无法到达〔Destinationunreachable)数据报超时〔Timeexceeded)数据报参数错〔Parameterproblem)重定向〔Redirect)回声请求〔Echo)回声应答〔Echoreply)信息请求〔Informationrequest)信息应答〔Informationreply)地址请求〔Addressrequest)地址应答〔Addressreply)……

117最常用的是"目的无法到达"和"回声"消息.AB数据网发数据给Z到Z的数据我不知道如何到达Z？用ICMP通知A目的端无法到达路由器用ICMP通知目的地不可达的示意图

118ABB可以到达吗？ICMP回声请求可以,我在这里.ICMP回声应答用PING命令产生的回声及其应答示意图

119地址解析协议ARP用于将一个已知的IP地址映射到MAC地址.方法：1)检查ARP高速缓存表；2)若地址不包含在表中,就向网上发广播来寻找.具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应.ARP只能用于具有广播能力的网络.AC我需要的MAC地址IP=10.1.0.5MAC=???我就是.这是我的MAC地址MAC=B

120反向地址解析协议RARP用于将一个已知的MAC地址映射到IP地址.RARP要依赖于RARP服务器,该服务器中有一张MAC地址与IP地址的映射表.需要查找自己IP地址的站点向网上发送包含有其MAC地址的RARP广播,RARP服务器收到后将该MAC地址翻译成IP地址予以响应.RARP同样只能用于具有广播能力的网络.AC我的IP地址是什么？MAC:IP=???我听到广播了.这是你的IP地址MAC=BRARPServer

121作业：1.以下IP地址各属于哪一类?2.已知子网掩码为,下面各组IP地址是否属于同一子网?与与与3.假设一个主机的IP地址为,而子网掩码为,那么该IP地址的网络号为多少？4.某单位为管理方便,拟将网络划分为5个子网,每个子网中的计算机数不超过15台,请规划该子网.写出子网掩码和每个子网的子网地址.5.试说明MAC地址与IP地址的区别.