網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的形成IP地址與域名OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)OSI/RM的基本概念OSI/RM各層的功能TCP/IP與OSI/RM的比較開(kāi)放系統(tǒng)互連/參考模型域名系統(tǒng)子網(wǎng)技術(shù)IP編址網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP的基本概念TCP/IP各層的功能TCP/IP協(xié)議棧TCP/IP參考模型TCP/IP與OSI/RM的不同點(diǎn)TCP/IP與OSI/RM的共同點(diǎn)IPv6協(xié)議第2頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第3頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.1.1通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)為了便于理解，我們以郵政通信系統(tǒng)為例，以此引出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念，這一概念對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中電子郵件的發(fā)送和接收有著重要的參考意義。圖3-1實(shí)際郵政系統(tǒng)信件發(fā)送、接收過(guò)程示意圖發(fā)信者收信者通信人活動(dòng)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)通信人活動(dòng)運(yùn)輸部門的郵件運(yùn)輸業(yè)務(wù)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)書(shū)寫信件貼郵票送入郵箱收集信件蓋郵戳信件分揀郵件打包郵件運(yùn)輸路郵選擇運(yùn)輸閱讀信件信件投遞信件分揀分發(fā)郵件郵件拆包轉(zhuǎn)送郵局接收郵包第4頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.1.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

1、網(wǎng)絡(luò)層次概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將獨(dú)立的計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備等實(shí)體通過(guò)通信線路連接起來(lái)的復(fù)雜系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)彼此間的通信，采用的基本方法是針對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所執(zhí)行的各種功能，設(shè)計(jì)出一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次模型，這個(gè)層次模型包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：①將網(wǎng)絡(luò)功能分解為許多層次,在每個(gè)功能層次中，通信雙方必須共同遵守許多約定和規(guī)程，以免混亂。②層次之間逐層過(guò)渡，前一層次做好進(jìn)入下一層次的準(zhǔn)備工作。這個(gè)層次之間逐層過(guò)渡可以用硬件來(lái)完成,也可以采用軟件方式實(shí)現(xiàn)。采用層次結(jié)構(gòu)的目的是使各廠家在研制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)由一個(gè)共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。第5頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第6頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.1.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

3、通信規(guī)則約定從以上郵政通信過(guò)程與網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程分析可知，在一定意義上，它們兩者的信息傳遞過(guò)程有很多相似之處。（1）郵政通信與網(wǎng)絡(luò)通信兩個(gè)系統(tǒng)都是層次結(jié)構(gòu),可等價(jià)成4層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。（2）不同的層次有不同的功能任務(wù),但相鄰層的功能動(dòng)作密切相關(guān)。（3）在郵政通信系統(tǒng)中,寫信人要根據(jù)對(duì)方熟悉的語(yǔ)言，確定用哪種語(yǔ)言；在書(shū)寫信封時(shí)，國(guó)家不同規(guī)定也不同。（4）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,必須規(guī)定雙方之間通信的數(shù)據(jù)格式、編碼、信號(hào)形式；要對(duì)發(fā)送請(qǐng)求、執(zhí)行動(dòng)作及返回應(yīng)答予以解釋；事件處理順序和排序。第7頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.1.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)＝｛系統(tǒng)、實(shí)體、層次、協(xié)議｝

⑴系統(tǒng)：是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)通常是包括一個(gè)或多個(gè)實(shí)體的具有信息處理和通信功能的物理整體。

⑵實(shí)體：在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都由一些實(shí)體組成。在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,能完成某一特定功能的進(jìn)程或程序都可成為一個(gè)邏輯實(shí)體。

⑶層次：是人們對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的一種處理方法。通常將系統(tǒng)中能提供某種或某類型服務(wù)功能的邏輯構(gòu)造稱為層。

⑷協(xié)議：是指兩個(gè)實(shí)體間完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。第8頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.1.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)協(xié)議通常分為對(duì)等層間對(duì)話協(xié)議和相鄰層間的接口協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：

①語(yǔ)法。規(guī)定如何進(jìn)行通信，即對(duì)通信雙方采用的數(shù)據(jù)格式、編碼等進(jìn)行定義。

②語(yǔ)義。規(guī)定用于協(xié)調(diào)雙方動(dòng)作的信息及其含義，它是發(fā)出的命令請(qǐng)求、完成的動(dòng)作和返回的響應(yīng)組成的集合,即對(duì)發(fā)出的請(qǐng)求、執(zhí)行的動(dòng)作以及對(duì)方的應(yīng)答做出解釋。

③時(shí)序。規(guī)定事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明，即確定通信狀態(tài)的變化和過(guò)程,例如通信雙方的應(yīng)答關(guān)系、是采用同步傳輸還是異步傳輸?shù)?。由此可?jiàn):計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)、實(shí)體、層次、協(xié)議的集合，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成功能的精確定義。

第9頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第10頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天§3.2開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)/參考模型1、問(wèn)題的提出OSI是OpenSystemInterconnection的縮寫，意為開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型。在OSI出現(xiàn)之前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中存在眾多的體系結(jié)構(gòu)，其中以IBM公司的SNA和DEC公司的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)最為著名。為了解決不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問(wèn)題,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(注意不要與OSI搞混）于1981年制定了開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型。

OSI/RM標(biāo)準(zhǔn)為連接分布式應(yīng)用處理的“開(kāi)放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ),“開(kāi)放”這個(gè)詞表示能使任何兩個(gè)遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都具備互聯(lián)的能力。3.2.1

OSI/RM的基本概念第11頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.1

OSI/RM的基本概念2、定義方法在OSI標(biāo)準(zhǔn)中，采用的是三級(jí)抽象：體系結(jié)構(gòu)（Architecture）服務(wù)定義（ServiceDefinition）協(xié)議規(guī)格說(shuō)明（ProtocolSpecification）OSI標(biāo)準(zhǔn)可分為三大類型：（1）總體標(biāo)準(zhǔn)：具有總的指導(dǎo)作用；（2）功能標(biāo)準(zhǔn)：為滿足特定應(yīng)用而從基本標(biāo)準(zhǔn)中選擇接口關(guān)系和通信規(guī)則等方面的匯集。（3）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：為基本應(yīng)用定義層與層之間的接口關(guān)系和不同系統(tǒng)之間同層的通信規(guī)則。第12頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.2

OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層通信介質(zhì)（物理媒體）開(kāi)放系統(tǒng)A開(kāi)放系統(tǒng)B應(yīng)用層協(xié)議表示層協(xié)議會(huì)話層協(xié)議傳輸層協(xié)議圖3-3OSI/RM結(jié)構(gòu)示意圖1、層次結(jié)構(gòu)模型OSI/RM整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照功能劃分成7個(gè)層次，如圖3-3所示。第13頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.2

OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)2、層間通信關(guān)系

OSI/RM的最高層為應(yīng)用層，面向用戶提供應(yīng)用服務(wù)；最低層為物理層，連接通信媒體實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過(guò)各層之間的接口來(lái)進(jìn)行的，上層通過(guò)接口向下層提出服務(wù)請(qǐng)求，而下層通過(guò)接口向上層提供服務(wù)。兩個(gè)用戶計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時(shí),除物理層之外,其余各對(duì)等層之間均不存在直接的通信關(guān)系，而是通過(guò)各對(duì)等層的協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信。比如，兩個(gè)對(duì)等的網(wǎng)絡(luò)層使用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議通信，只有兩個(gè)物理層之間才通過(guò)媒體進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)通信。在實(shí)際中。當(dāng)兩個(gè)通信實(shí)體通過(guò)一個(gè)通信子網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí)，必然會(huì)經(jīng)過(guò)一些中間結(jié)點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)，通信子網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)只涉及到低3層的結(jié)構(gòu)。

第14頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能OSI參考模型是一個(gè)在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)所使用的概念性框架，沒(méi)有確切地描述用于各層的協(xié)議和服務(wù)，也沒(méi)有提供一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)的方法，它僅僅告訴我們每一層應(yīng)該做什么，但其本身不含網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的全部?jī)?nèi)容。不過(guò)，ISO已為各層制定了標(biāo)準(zhǔn)，但它不是參考模型的一部分，而是作為獨(dú)立的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)公布的。1、物理層定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，其作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規(guī)格、“0”、“1”信號(hào)的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容。第15頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能2、數(shù)據(jù)鏈路層

比特流被組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元(幀)進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制正確的傳輸。將不可靠的物理鏈路改造成對(duì)網(wǎng)絡(luò)層來(lái)說(shuō)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進(jìn)行流量控制，以防止接收方因來(lái)不及處理發(fā)送方來(lái)的高速數(shù)據(jù)而導(dǎo)致緩沖器溢出及線路阻塞。

3、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(分組)為單位進(jìn)行傳輸。主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越各個(gè)子網(wǎng)從源地址傳送到目的地址的問(wèn)題，這就需要在通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過(guò)多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對(duì)流入的分組數(shù)量進(jìn)行控制。當(dāng)分組要跨越多個(gè)通信子網(wǎng)才能到達(dá)目的地時(shí)，還要解決網(wǎng)際互連的問(wèn)題。第16頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能4、傳輸層（TransportLayer）

傳輸層的主要任務(wù)是完成同處于資源子網(wǎng)中的源主機(jī)和目的主機(jī)之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸，具體功能是：①為高層數(shù)據(jù)傳輸建立、維護(hù)和拆除傳輸連接，實(shí)現(xiàn)透明的端到端數(shù)據(jù)傳送。②提供端到端的錯(cuò)誤恢復(fù)和流量控制。③信息分段與合并，將高層傳遞的大段數(shù)據(jù)分段形成傳輸層報(bào)文。④考慮復(fù)用多條網(wǎng)絡(luò)連接，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?。傳輸層主要關(guān)心的問(wèn)題是建立、維護(hù)和中斷虛電路、傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)和恢復(fù)以及信息流量控制等。它提供“面向連接”（虛電路）和“無(wú)連接”（數(shù)據(jù)報(bào)）兩種服務(wù)。第17頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能5、會(huì)話層會(huì)話層的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)會(huì)話進(jìn)程間通信的管理和同步,允許不同機(jī)器上的用戶建立會(huì)話關(guān)系，允許進(jìn)行類似傳輸層的普通數(shù)據(jù)的傳輸。會(huì)話層的具體功能是：①提供進(jìn)程間會(huì)話連接的建立、維持和中止功能，可以提供單方向會(huì)話或雙向同時(shí)進(jìn)行會(huì)話。②在數(shù)據(jù)流中插入適當(dāng)?shù)耐近c(diǎn)，當(dāng)發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，可以從同步點(diǎn)重新進(jìn)行會(huì)話，而不需要重新發(fā)送全部數(shù)據(jù)。6、表示層

表示層的主要任務(wù)是完成語(yǔ)法格式轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)據(jù)格式與網(wǎng)絡(luò)傳輸所需要的數(shù)據(jù)格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表示層的具體功能是：第18頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能

①語(yǔ)法變換。表示層接收到應(yīng)用層傳遞過(guò)來(lái)的以某種語(yǔ)法形式表示的數(shù)據(jù)之后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合在網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間傳送的以公共語(yǔ)法表示的數(shù)據(jù)。具體包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換;字符集轉(zhuǎn)換；圖形、文字、聲音的表示；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù);數(shù)據(jù)加密與解密；協(xié)議轉(zhuǎn)換等。②選擇并與接收方確認(rèn)采用的公共語(yǔ)法類型。③表示層對(duì)等實(shí)體之間連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放。

7、應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI模型的最高層,是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的界面，由若干個(gè)應(yīng)用進(jìn)程(或程序)組成，包括電子郵件、目錄服務(wù)、文件傳輸?shù)葢?yīng)用程序。第19頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能OSI提供的常用應(yīng)用服務(wù)有：①目錄服務(wù)。記錄網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的各種信息，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對(duì)象名字到網(wǎng)絡(luò)地址之間的轉(zhuǎn)換和查詢功能。②電子郵件。提供不同用戶間的信件傳遞服務(wù)，自動(dòng)為用戶建立郵箱來(lái)管理信件。③文件傳輸。包括文件傳送、文件存取訪問(wèn)和文件管理功能。④作業(yè)傳送和操作。將作業(yè)從一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)傳送到另一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)去執(zhí)行；對(duì)作業(yè)所需的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行定義；將作業(yè)的結(jié)果輸出到任意系統(tǒng)；對(duì)作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控等。⑤虛擬終端。將各種類型實(shí)標(biāo)終端的功能一般化、標(biāo)準(zhǔn)化后得到的終端類型。第20頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸

1、數(shù)據(jù)傳輸單元

在OSI/RM中,被傳送的信息稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，由數(shù)據(jù)服務(wù)單元和控制信息單元組成。

⑴服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ServiceDataUnit，SDU)：用戶數(shù)據(jù)，是上一層傳下來(lái)的數(shù)據(jù)單元。

⑵協(xié)議控制信息(ProtocolControlInformation，PCI）:本層的控制信息，用來(lái)協(xié)調(diào)本層對(duì)等實(shí)體之間的通信。PDU、PCI和ICI共同組成了接口數(shù)據(jù)單元（InterfaceDataUnit，IDU）。下層接收到IDU后，從IDU中去掉ICI,這時(shí)的數(shù)據(jù)包被稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ServiceDataUnit，SDU）；隨著SDU一層層向下傳送,每一層都要加入自己的信息。當(dāng)SDU較長(zhǎng)時(shí),要分成幾段,每段加上本層的控制信息,構(gòu)成多個(gè)PDU。第21頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸

2、數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程在OSI中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑袋c(diǎn)和終點(diǎn)要具備OSI參考模型中的7層功能,圖3-4表示系統(tǒng)A與系統(tǒng)B通信時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程。圖3-4OSI中的數(shù)據(jù)流第22頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)11001110001110表示層頭會(huì)話層頭TCP頭IP頭幀頭數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)11001110001110表示層頭會(huì)話層頭TCP頭IP頭幀頭第23頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)的實(shí)際傳遞過(guò)程

物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層01010101010101010（比特流）IP數(shù)據(jù)報(bào)TCP報(bào)文段MAC幀MAC尾應(yīng)用數(shù)據(jù)TCP頭IP頭MAC頭發(fā)送方接收方3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天§3.3TCP/IP參考模型

1、TCP/IP協(xié)議的起源美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始致力于研究不同類型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的相互聯(lián)接問(wèn)題,并成功開(kāi)發(fā)出了著名的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）協(xié)議。

2、TCP/IP協(xié)議的特點(diǎn)

⑴開(kāi)放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：可以免費(fèi)使用，并且獨(dú)立于特定的計(jì)算機(jī)硬件與操作系統(tǒng)。

⑵獨(dú)立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件：可以運(yùn)行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng),更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。

⑶統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案：使得整個(gè)TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的IP地址。

⑷標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議：可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。3.3.1

TCP/IP的基本概念第25頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.3.2

TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)模型TCP/IP參考模型分為四層：應(yīng)用層、傳輸層、互聯(lián)層、網(wǎng)絡(luò)接口層。TCP/IP的結(jié)構(gòu)與OSI結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3-5所示。圖3-5TCP/IP模型與OSI模型對(duì)照網(wǎng)絡(luò)互連層是整個(gè)TCP/IP協(xié)議棧的核心。它的功能是把分組發(fā)往目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)。應(yīng)用層面向不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用引入不同的應(yīng)用層協(xié)議。主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會(huì)話層應(yīng)用層表示層這一層次未被定義，所以其具體的實(shí)現(xiàn)方法將隨著網(wǎng)絡(luò)類型的不同而不同。傳輸層的功能是使源端主機(jī)和目標(biāo)端主機(jī)上的對(duì)等實(shí)體可以進(jìn)行會(huì)話。第26頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第27頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天應(yīng)用層傳輸層互聯(lián)層主要功能是為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如FTP、Telnet、DNS和SNMP等。主要功能是提供可靠的數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù),確保端到端應(yīng)用進(jìn)程間無(wú)差錯(cuò)地的通信,常稱為端到端（End-to-End）通信。負(fù)責(zé)異構(gòu)網(wǎng)或同構(gòu)網(wǎng)進(jìn)程間的通信,將傳輸層分組封裝為數(shù)據(jù)報(bào)格式進(jìn)行傳送,每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)必須包含目的地址和源地址。網(wǎng)絡(luò)接口層是網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)層，其主要功能是負(fù)責(zé)與物理網(wǎng)絡(luò)的連接。3.3.3

TCP/IP各層的功能第28頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.3.4

TCP/IP協(xié)議棧應(yīng)用層FTP、TELNET、HTTPSNMP、TFTP、NTP傳輸層TCPUDP網(wǎng)絡(luò)互連層IP主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)層以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)802.2HDLC、PPP、FRAME-RELAY802.3EIA/TIA-232、499、V.35、V.211969年美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA）按照層次結(jié)構(gòu)思想進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)模塊化研究，開(kāi)發(fā)了一組從上到下單向依賴關(guān)系的協(xié)議棧（ProtocolStack），也叫做協(xié)議族。第29頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第30頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第31頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天§3.5IP地址和域名

在日常生活中，通信雙方借助于彼此的地址和郵政編碼進(jìn)行信件的傳遞。Internet中的計(jì)算機(jī)通信與此相類似，網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，發(fā)送方在要傳送的信息上寫上接收方計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)地址信息才能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到接收方?；赥CP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，連接在網(wǎng)絡(luò)上的每臺(tái)計(jì)算機(jī)與設(shè)備都被稱為“主機(jī)”,主機(jī)之間的溝通是通過(guò)IP地址、子網(wǎng)掩碼和IP路由交換這三個(gè)“橋梁”實(shí)現(xiàn)的。第32頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.1

IP地址

1、IP地址的概念

在Internet網(wǎng)上，每臺(tái)主機(jī)、終端、服務(wù)器、以及路由器都有自己的IP地址，這個(gè)IP地址是全球唯一的，用于標(biāo)識(shí)該機(jī)在Internet網(wǎng)中的位置。IP地址與IP地址的分類如下圖所示。類別網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)IP地址字節(jié)1（8位）字節(jié)4（8位）字節(jié)3（8位）字節(jié)2（8位）0網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)10網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)110網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)1110組播地址1111保留地址A：0-127B:128-191C:192-223D:224-239E:240-255IP地址類第33頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.1

IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)地址類型舉例用途全0全0本機(jī)地址啟動(dòng)時(shí)使用任意全0網(wǎng)絡(luò)號(hào)標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)任意全1直接廣播地址55在特定網(wǎng)上廣播全1全1有限廣播地址55在本網(wǎng)段上廣播第一段為127任意回送地址測(cè)試A類私有地址～54保留的內(nèi)部地址

B類私有地址

～54保留的內(nèi)部地址C類私有地址

到54保留的內(nèi)部地址

2、IP地址的分類

IP地址分為A類、B類、C類、D類和E類共五類。第34頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)

1、子網(wǎng)的劃分雖然網(wǎng)絡(luò)地址類別的劃分為信息傳遞帶來(lái)了許多方便,但也帶來(lái)了一些問(wèn)題，比如有的單位雖然獲取了一個(gè)A類地址,但永遠(yuǎn)不會(huì)有16777214臺(tái)主機(jī),這說(shuō)明IP地址的設(shè)計(jì)不盡合理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有超過(guò)半數(shù)的B類地址所連接的主機(jī)不到50臺(tái)，而一個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)卻可以容納65534臺(tái)主機(jī),這就意味著有6萬(wàn)多個(gè)IP地址被浪費(fèi)掉了。這種不合理的地址方案一方面造成了極大的地址浪費(fèi)，另一方面又使IP地址緊缺。為此，將網(wǎng)絡(luò)按照一定的原則劃分為不同的部分，每一部分都是一個(gè)獨(dú)立的邏輯網(wǎng)絡(luò),我們將其稱為子網(wǎng)(subnetwork).利用子網(wǎng)解決IP地址不合理問(wèn)題的方案兩種。兩種方案的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)分別如圖3-10和3-11所示。第35頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)00010250計(jì)算機(jī)系的主機(jī)通信系的主機(jī)1200機(jī)電系的主機(jī)1網(wǎng)絡(luò)Internet圖3-10某校網(wǎng)絡(luò)IP地址示意圖第36頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)圖3-11劃分子網(wǎng)后的校園網(wǎng)示意圖通信系網(wǎng)絡(luò)120000150計(jì)算機(jī)系網(wǎng)絡(luò)機(jī)電系網(wǎng)絡(luò)0Internet第37頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)類別

子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼A11111111.00000000.00000000.00000000

B11111111.11111111.00000000.00000000

C11111111.11111111.11111111.00000000

2、子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼能分出IP地址中哪些位是網(wǎng)絡(luò)ID，哪些位是主機(jī)ID。通過(guò)它和IP地址進(jìn)行按位“邏輯與（AND）”運(yùn)算,可以屏蔽掉IP地址中的主機(jī)部分，得到IP地址的網(wǎng)絡(luò)ID。子網(wǎng)掩碼的另一個(gè)作用是將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID再劃分為若干個(gè)子網(wǎng)，以解決網(wǎng)絡(luò)地址不夠的問(wèn)題。第38頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第39頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.3域名系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外常用域名結(jié)構(gòu)情況美國(guó)商業(yè)組織政府組織教育機(jī)構(gòu)中國(guó)電信網(wǎng)頂層域comgoveducn第二層ibm（IBM公司）net(郵電網(wǎng)),edu(教育系統(tǒng)網(wǎng))第三層www(IBM的web服務(wù)器)Szptt(深圳電信局),pku(北京大學(xué))第四層nenpubwww(北大web主機(jī))第五層1、域名地址

Internet采用了一套和IP地址對(duì)應(yīng)的地址表示方法，稱為域名系統(tǒng)(DNS)。DNS使用與主機(jī)位置、作用、行業(yè)有關(guān)的一組字符來(lái)表示IP地址，這組字符類似于英文縮寫或漢語(yǔ)拼音。

2、域名結(jié)構(gòu)Internet的域名系統(tǒng)和IP地址一樣,采用典型的層次結(jié)構(gòu)，每一層由域或標(biāo)號(hào)組成，其結(jié)構(gòu)如下表所示。第40頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.3域名系統(tǒng)圖3-21域名結(jié)構(gòu)示意圖域名:域名：rootpkucneduhnrtuNet…域名：pub.hn.Nethnpubcom163sohu域名：163.com域名:3、域名分配域名的層次結(jié)構(gòu)給域名的管理帶來(lái)了方便，每一部分授權(quán)給某個(gè)機(jī)構(gòu)管理，授權(quán)機(jī)構(gòu)可以將其所管轄的名字空間進(jìn)一步劃分，最后形成樹(shù)形的層次結(jié)構(gòu)，如圖3-21所示.

第41頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第42頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.3域名系統(tǒng)5、域名管理機(jī)構(gòu)

域名地址由國(guó)際組織網(wǎng)絡(luò)信息中心（NIC）集中管理,統(tǒng)一分配。各級(jí)域名的管理權(quán)授予相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，各管理機(jī)構(gòu)可以將管轄內(nèi)的各域進(jìn)一步劃分成若干個(gè)子域管理權(quán)再授予相應(yīng)的子機(jī)構(gòu)，以完成所屬主機(jī)名和主機(jī)IP地址的管理。目前全世界共有三個(gè)這樣的網(wǎng)絡(luò)信息中心：

⑴InterNIC：負(fù)責(zé)美國(guó)及其它地區(qū)

⑵ENIC：負(fù)責(zé)歐洲地區(qū)。

⑶APNIC：負(fù)責(zé)亞太地區(qū)。

亞太地區(qū)的地址分配權(quán)在亞太地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信息中心(APNIC),其總部設(shè)在日本東京大學(xué)。申請(qǐng)時(shí)要考慮申請(qǐng)哪一類IP地址,然后向國(guó)內(nèi)的代理機(jī)構(gòu)提出，現(xiàn)在申請(qǐng)到的IP地址大多為C類地址。第43頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議1、IPv6的研究背景

由于IPv4本身存在一些局限性，因而面臨著以下問(wèn)題。⑴IP地址的消耗引起地址空間不足：IP地址只有32位,可用的地址有限，最多接入的主機(jī)數(shù)不超過(guò)232。⑵IPv4缺乏對(duì)服務(wù)質(zhì)量?jī)?yōu)先級(jí)、安全性的有效支持。⑶lPv4協(xié)議配置復(fù)雜,特別是隨著個(gè)人移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備上網(wǎng)、網(wǎng)上娛樂(lè)服務(wù)的增加、多媒體數(shù)據(jù)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協(xié)議的出現(xiàn)。

為此,互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETE開(kāi)始著手下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的制定工作。IETE于1991年提出了請(qǐng)求說(shuō)明，1994年9月提出了正式草案，1995年底確定了IPng的協(xié)議規(guī)范,被稱為“IPv6”，1995年12月開(kāi)始進(jìn)入Internet標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。第44頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天第45頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議版本優(yōu)先級(jí)流標(biāo)記負(fù)載長(zhǎng)度下一頭標(biāo)跳數(shù)限制源地址目的地址

4、IPv6擴(kuò)展頭結(jié)構(gòu)IPv6將IPv4首部中選項(xiàng)的功能都放在擴(kuò)展首部中,并將擴(kuò)展首部留給路徑兩端的源站和目的站的主機(jī)來(lái)處理,而數(shù)據(jù)報(bào)途中經(jīng)過(guò)的路由器都不處理這些擴(kuò)展首部,這樣就大大提高了路由器的處理效率。44241688128128圖3-23ipv6數(shù)據(jù)報(bào)格式

3、IPv6數(shù)據(jù)報(bào)格式IPv6數(shù)據(jù)報(bào)的報(bào)頭長(zhǎng)度為40字節(jié)（320位），數(shù)據(jù)報(bào)格式由8部分組成，如圖3-23所示。第46頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議

5、IPv6的地址表示

IPv6地址有三種格式,即首選格式、壓縮格式和內(nèi)嵌格式。

⑴首選格式：在IPv6中,128位地址采用每16位一段，每段被轉(zhuǎn)換成4位十六進(jìn)制數(shù),并用“：”分隔，結(jié)果用所謂的“冒號(hào)十六進(jìn)制數(shù)”來(lái)表示。例如二進(jìn)制格式的IPv6地址：

0010000111011010000000001101001100000000000000000010l11110011101100000010101010100000000011111111111111100010100010011110001011010每16位分為一段：

00100001110110100000000011010011000000000000000000101111001110110000001010101010000000001111111111111100010100001001110001011010將每個(gè)16位段轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)字，用“：”分隔,結(jié)果如：

21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A

⑵壓縮格式：用128位表示地址時(shí)往往會(huì)含有較多0甚至一段全為0,可將不必要的0去掉,即把每個(gè)段中開(kāi)頭的零刪除。第47頁(yè),共52頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議這樣，上述地址就可以表示為：

21DA:D3:0: