交換與路由技術(shù)課件 第1章 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)基礎(chǔ)

第八章IPv6技術(shù)01

OSI參考模型02

TCP/IP協(xié)議03

IPv4地址與子網(wǎng)掩碼CONTENT目錄04

認識IPv605

網(wǎng)絡(luò)類型06

網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備

1.1OSI參考模型為了克服不同廠商計算機設(shè)備的互連，更好地推動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，國際標準化組織（ISO）制定了網(wǎng)絡(luò)互連的參考模型，該模型框架分為7層，后來被稱為：開放系統(tǒng)互連參考模型，簡稱為OSI/RM（OpenSystemInternetworkReferenceModel），其內(nèi)涵是集成了常規(guī)適用的規(guī)范集合，不同計算機設(shè)備生產(chǎn)廠商都以這些規(guī)范為標準，則能夠使全球范圍的計算機能夠進行互連通信。1.1OSI參考模型7層模型結(jié)構(gòu)OSI的7個層次可以由低到高依次劃分為：Physical（物理層）、DataLink（數(shù)據(jù)鏈路層）、Network（網(wǎng)絡(luò)層）、Transport（傳輸層）、Session（會話層）、Presentation（表示層）和Application（應(yīng)用層），其中應(yīng)用層、表示層和會話層可以統(tǒng)一視為應(yīng)用層，而剩余各層則可視為數(shù)據(jù)流動層。1.1.2OSI參考模型每層功能1．應(yīng)用層OSI模型中的最高層稱為應(yīng)用層，是直接向用戶提供服務(wù)的一層。由于用戶的通信內(nèi)容需要應(yīng)用進程處理，為了解決不同類型的應(yīng)用需求，這就要求應(yīng)用層采用不同的應(yīng)用協(xié)議來提高服務(wù)，同時要保證這些不同類型的應(yīng)用所采用的下一層通信協(xié)議是相同的。應(yīng)用層中含有若干相互獨立的用戶通用協(xié)議模塊，為通信用戶雙方提供專用的程序服務(wù)。當然，這里所指應(yīng)用層并不是具體的應(yīng)用程序，而僅僅是為應(yīng)用程序提供服務(wù)的協(xié)議模塊。1.1.2OSI參考模型每層功能2．表示層表示層是為了提供應(yīng)用服務(wù)之間提供表示方式的服務(wù)的，采用封裝應(yīng)用層的通信信息。表示層只關(guān)注的是所傳送數(shù)據(jù)需要涉及到的語法和語義。表示層的主要作用是處理兩個建立連接的通信端交換信息所采用的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)解壓與壓縮、數(shù)據(jù)解密與加密、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)變等。在網(wǎng)絡(luò)帶寬相同的前提下，數(shù)據(jù)壓縮的越小其完成傳輸?shù)乃俾示驮娇欤詳?shù)據(jù)解壓與壓縮是網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高低的最重要的因素。同樣，數(shù)據(jù)加密服務(wù)是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全最為重要的要素，其確保了數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性，也是各種安全服務(wù)最需要重視的因素。表示層為應(yīng)用層所提供的服務(wù)包括：聯(lián)接管理、語法轉(zhuǎn)換和語法選擇。1.1.2OSI參考模型每層功能3．會話層會話層是提供維護兩個節(jié)點之間聯(lián)接服務(wù)的，保證點到點的傳輸和暢通，以及管理和維護數(shù)據(jù)交換等功能。會話層負責在雙方的通信應(yīng)用進程上創(chuàng)建、管理維護和結(jié)束會話。會話層還可以通過控制會話，來決定使用特定的某種通信方式，例如：采用全雙工通信或半雙工通信。會話層還可以通過自身的協(xié)議來對請求與應(yīng)答雙方進行協(xié)調(diào)管理。1.1.2OSI參考模型每層功能4．傳輸層傳輸層在7層模型中，居在中間一層，是銜接網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中高低層之間的接口層。傳輸層不但是一個獨立的結(jié)構(gòu)層，而且是整個理解和學(xué)習(xí)OSI體系協(xié)議的重要層次。傳輸層主要為通信用戶提供End—to—End（端到端）服務(wù)，其作用有：處理次序混亂、數(shù)據(jù)包報錯等傳輸過程中可能出現(xiàn)的問題。傳輸層是OSI體系框架中最為重要的一層，它為上三層屏蔽了下三層數(shù)據(jù)的通信細節(jié)，使用戶完全不用考慮網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層工作的具體通信細節(jié)。傳輸層使用網(wǎng)絡(luò)層提供的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接服務(wù)，根據(jù)用戶的、系統(tǒng)的需求可以選擇數(shù)據(jù)傳輸時使用可靠的面向連接服務(wù)或是非可靠的面向無連接服務(wù)。1.1.2OSI參考模型每層功能5．網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層主要功能是為通信雙方節(jié)點創(chuàng)建邏輯鏈路，通過定義好的路由選擇算法，為數(shù)據(jù)分組規(guī)劃最佳傳輸路徑，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、擁塞控制等功能。網(wǎng)絡(luò)層主要設(shè)備為路由器，是整個網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵層，它負責把數(shù)據(jù)分組從源網(wǎng)絡(luò)，通過路由尋址，傳輸?shù)侥繕司W(wǎng)絡(luò)。將多個網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成在一起的集合稱之為互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間的通信則通過網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇功能，使得多個網(wǎng)絡(luò)能夠互聯(lián)互通，達到信息得以共享目的。網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)有面向連接和面向無連接兩種類型。面向連接的服務(wù)是可靠的連接服務(wù)，在數(shù)據(jù)在交換之前，通信雙方先建立聯(lián)接，然后再傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完成后，斷開之前建立連接。例如，以虛電路服務(wù)的方式則是實現(xiàn)面向聯(lián)接的服務(wù)。面向無連接的服務(wù)是一種不可靠的服務(wù)，不能防止報文的失序、重發(fā)或丟失。面向無連接的服務(wù)優(yōu)點是其服務(wù)方式非常迅速，并且靈活方便。例如，以數(shù)據(jù)報服務(wù)的來實現(xiàn)面向無連接的服務(wù)。1.1.2OSI參考模型每層功能6．數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層位于第二層，是在通信實體之間，建立和維護數(shù)據(jù)鏈路鏈接，其基本傳輸單位為“幀”，為網(wǎng)絡(luò)層提供流量控制和差錯控制服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層可以細分為MAC（介質(zhì)訪問控制子層）和LLC（邏輯鏈路控制子層）兩層。其中，MAC的首要任務(wù)是定義在物理線路上傳輸“幀”的規(guī)則。而邏LLC則管理在同一條鏈路上設(shè)備之間的通信。LLC主要負責邏輯上分析、鑒別不同類型的協(xié)議，然后對其進行封裝。因此LLC會接受分組的數(shù)據(jù)報、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)，并且會封裝更多的控制信息，從而把這個分組傳送到它的目標設(shè)備。1.1.2OSI參考模型每層功能7．物理層物理層位于OSI參考模型中的最底層，主要功能是定義了系統(tǒng)的機械、電氣、功能和過程標準。例如：最大傳輸距離、物理聯(lián)接器、物理數(shù)據(jù)速率電壓和其他的類似特性。物理層的主要作用是采用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理聯(lián)接，負責數(shù)據(jù)流的物理傳輸工作。比特流是物理層傳輸?shù)幕締挝?，即?”和“1”，是最基本的電信號或者光信號，是最基本的物理傳輸特征。1.2TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議是一個協(xié)議集合，其包括TCP協(xié)議和IP協(xié)議的協(xié)議族。TCP/IP協(xié)議是OSI的7層參考模型簡化版。傳統(tǒng)的OSI參考模型，是一種通信協(xié)議集合的7層抽象的參考模型，每一層都定義好某一特定任務(wù)。該模型的目的將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)模型用分層來簡化，使各種硬件能在相同的層次上相互通信。而TCP/IP則采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都利用下一層所提供的服務(wù)來完成自己的需求。表1-1描述了TCP/IP每層次與之對應(yīng)的功能。表1.1TCP/IP層次和功能1.2.3TCP/IP各層功能1.2.4OSI與TCP/IP兩種模型的比較1．共同點（1）采用了協(xié)議分層方法將龐大且復(fù)雜的問題劃分為若干較容易處理的范圍較小的問題。（2）對應(yīng)層的所定義的協(xié)議功能類似，兩者都劃分有應(yīng)用層，傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層。（3）兩者都可以解決不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通問題，達到不同廠商計算機之間通信目的。（4）兩者都是構(gòu)建計算機通信的國際標準。OSI參考模型建立的初衷就是國際通用的，而TCP/IP參考模型則是當前網(wǎng)絡(luò)界最被廣泛使用的。（5）兩者都能夠提供面向連接和面向無連接的通信服務(wù)機制。1.2.4OSI與TCP/IP兩種模型的比較2．不同點兩者的不同點可以概括為模型設(shè)計的差別陳述和層間調(diào)用關(guān)系的不同對可靠性的強調(diào)。標準的效率和性能上的不同，市場應(yīng)用和支持上的差別等。1.3IPv4地址與子網(wǎng)掩碼IP地址就是一個32位的地址，用來分配給每個Internet上的主機使用。IP地址可以用來定位網(wǎng)絡(luò)中的計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。1．IP地址的組成在講解IP地址之前，先介紹一下大家熟知的中國電信長途電話號碼，通過該長途電話號碼來理解IP地址的網(wǎng)絡(luò)標識和主機標識。中國電信長途電話號碼由區(qū)號和主機號碼組成。如圖1-3所示，廣州市的區(qū)號是：020，佛山市的區(qū)號是：0757，東莞市的區(qū)號是：0769。同一地區(qū)的電話號碼由于擁有相同的區(qū)號，打本地電話不需要在電話號碼加上區(qū)號，而打長途電話則需要在主機號前面加上區(qū)號。1.3IPv4地址與子網(wǎng)掩碼環(huán)回地址本地鏈路全局單播1.3IPv4地址與子網(wǎng)掩碼環(huán)回地址本地鏈路全局單播計算機的IP地址借鑒了電話號碼的區(qū)號實現(xiàn)原則，設(shè)計者將IP地址也劃分為兩個組成部分：網(wǎng)絡(luò)標識和主機標識。如圖1-4所示，同一網(wǎng)段中，所有計算機配置的IP地址，共同部分就是網(wǎng)絡(luò)標識。路由器的作用就是用來連接不同網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)，其重要的職責之一就是轉(zhuǎn)發(fā)不同網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)，從而將更多的、范圍更小的網(wǎng)絡(luò)組建成較大的、規(guī)模更復(fù)雜的大網(wǎng)絡(luò)。二層交換機與路由器的作用不同，其設(shè)計的初衷就是工作于數(shù)據(jù)鏈路層，所能連接的是同一網(wǎng)段的計算機，負責該網(wǎng)段的計算機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。2．IP地址的格式按照TCI/IP的定義，IPv4的地址用32位二進制形式來表示。換算成字節(jié)，就是4字節(jié)，例如，某個采用二進制形式的IP地址是10101101000110001000000110000001。這么長的地址，人們處理起來也太費勁了。為了方便人們的使用，這些位通常被分割成四個部分，每一部分為8位二進制，中間使用符號“.”分開。即10101101.00011000.10000001.10000001，雖然做了簡化處理，但對于人們來說，記憶和處理還是十分困難，這時的IP地址經(jīng)常被寫成十進制的形式，于是，上面的IP地址可以表示為“173.24.129.129”。IP地址的這種表示法叫做點分十進制表示法。這顯然比1和0容易記憶得多。3．子網(wǎng)掩碼根據(jù)RFC950定義，子網(wǎng)掩碼是一個與IP地址具有相同位數(shù)的32位的二進制數(shù)，其對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)地址的所有位都置為1，對應(yīng)于主機地址的所有位置都為0。子網(wǎng)掩碼的作用是將與IP地址所對應(yīng)的每個比特位進行一對一的“與”運算，其運算結(jié)果可以將一個IP地址劃分出隸屬于哪個子網(wǎng)和主機的位掩碼兩部分內(nèi)容。因此，子網(wǎng)掩碼需要與IP地址一起使用。1.3.2IP地址的分類IETF將IP地址分為成A、B、C三個普通類加上兩個D、E特殊類。每一個IP地址包括兩部分：網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址，上面五類地址對所支持的網(wǎng)絡(luò)數(shù)和主機數(shù)有不同的組合。1.3.2IP地址的分類1．A類：0—127A類網(wǎng)絡(luò)地址位為前8位，后24位為主機地址位。網(wǎng)絡(luò)號碼范圍是0.0.0.0至127.0.0.0，用于128個網(wǎng)絡(luò)。但是，該類型的起始地址，也就是0.0.0.0網(wǎng)絡(luò)和最后一個地址127.0.0.0（保留用于回路）都不能使用，所以只剩下的126個網(wǎng)絡(luò)可以使用，也就是第一個點分十進制數(shù)從1到126，而且，每個網(wǎng)絡(luò)能容納的IP地址為2的24次方-2，共有16777214個可能的主機地址（16777216減2）。所以，A類網(wǎng)絡(luò)雖然數(shù)量少，但每一個網(wǎng)絡(luò)中，能夠分配使用的IP地址是非常龐大的，每一個都是超級大網(wǎng)絡(luò)。1.3.2IP地址的分類2．B類：128—191B類網(wǎng)絡(luò)地址位為前16位，后16位為主機地址位。網(wǎng)絡(luò)號碼范圍是128.0.0.0至191.254.0.0，可以用于16256個網(wǎng)絡(luò)。并且每個網(wǎng)絡(luò)能夠分配使用的IP地址共有2的16次方減2，共有65534個可能的主機地址。B類地址的劃分可以說是中規(guī)中矩，既有16256個網(wǎng)絡(luò)標識，每個網(wǎng)絡(luò)中，又能容納65534個可以使用的IP地址，所以，該類網(wǎng)絡(luò)比較適用于較大規(guī)模的企業(yè)。1.3.2IP地址的分類3．C類：192－223C類網(wǎng)絡(luò)地址位為前24位，后8位為主機地址位。網(wǎng)絡(luò)號碼范圍是192.0.0.0至223.254.254.0，一共有2064512個網(wǎng)絡(luò)。而每個網(wǎng)絡(luò)中，能夠容納2的8次方減2，共有254個可能的主機地址。從中可以看出，C類網(wǎng)絡(luò)數(shù)量龐大，而且每個網(wǎng)絡(luò)都可以分配254個IP地址，一般的小型企業(yè)能夠適應(yīng)，所以，該類網(wǎng)絡(luò)是比較常見的網(wǎng)絡(luò)類型。1.3.2IP地址的分類4．D類：224－239D類地址用于在IP網(wǎng)絡(luò)中的組播。D類組播地址機制僅有有限的用處。一個組播地址是一個唯一的網(wǎng)絡(luò)地址。報文依據(jù)這個網(wǎng)絡(luò)地址能夠傳輸?shù)筋A(yù)定義的IP地址組。因此，一臺機器可以把數(shù)據(jù)流同時發(fā)送到多個接收端，這比為每個接收端創(chuàng)建一個不同的流有效得多。組播長期以來被認為是IP網(wǎng)絡(luò)最理想的特性，因為它有效地減小了網(wǎng)絡(luò)流量。1.3.2IP地址的分類5．E類：240－254E類地址雖被定義但卻為IETF所保留作研究之用。所有的網(wǎng)絡(luò)空間中，能夠預(yù)留給終端分配的IP地址都需要“減2”，這是因為要減掉兩個保留地址：一個是主機地址全為0的IP地址，這需要保留給這個網(wǎng)絡(luò)標識使用，另外一個則是主機地址全為1的IP地址，這需要保留給廣播使用。其余的地址，1-254則可以分配給主機使用。1.3.3子網(wǎng)規(guī)劃1．默認子網(wǎng)掩碼A、B、C類IP地址如果沒有劃分子網(wǎng)，即采用A、B、C類地址定義的地址方式，這時候A、B、C類地址嚴格分類，那么稱這些IP地址采用的子網(wǎng)掩碼為默認子網(wǎng)掩碼。A、B、C類IP地址的默認子網(wǎng)掩碼如下：A類：255.0.0.0（8位）；B類：255.255.0.0（16位）；C類：255.255.255.0（24位）。1.3.3子網(wǎng)規(guī)劃2．變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）變長子網(wǎng)掩碼（VLSM）指的是采用非默認（如8位、16位或24位等）的子網(wǎng)掩碼長度，子網(wǎng)掩碼中表示主機的位數(shù)可變。3．子網(wǎng)劃分子網(wǎng)掩碼是用來判斷任意兩臺計算機的IP地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)的根據(jù)。最為直接的方法就是兩臺計算機各自的IP地址與子網(wǎng)掩碼進行AND運算后，如果得出的結(jié)果是相同的，則說明這兩臺計算機是處于同一個子網(wǎng)絡(luò)上的，可以進行直接的通信。但是劃分子網(wǎng)有更簡便的方法。1.3.3子網(wǎng)規(guī)劃【例1-1】C類網(wǎng)絡(luò)地址192.168.10.0，子網(wǎng)掩碼255.255.255.192(/26)。（1）子網(wǎng)數(shù)=2*2-2=2（2）主機數(shù)=2的6次方-2=62（3）第一個有效子網(wǎng)是：256-192=64，所以第一個子網(wǎng)為192.168.10.64,第二個為192.168.10.128（4）廣播地址：下個子網(wǎng)－1。所以2個子網(wǎng)的廣播地址分別是192.168.10.127和192.168.10.191（5）有效主機范圍是：第一個子網(wǎng)的主機地址是192.168.10.65到192.168.10.126；第二個是192.168.10.129到192.168.10.190。1.4認識IPv61.4.1IPv6地址概述IPv6是互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版，由IETF設(shè)計的，用于替代IPv4的下一代IP協(xié)議，其地址數(shù)量非常龐大，形象地舉個例子，IPv6所包含的地址能夠為地球上的每一粒沙子分配唯一的一個地址。IPv4自定義和使用以來，一直存在著一個重要的問題，就是網(wǎng)絡(luò)地址資源嚴重不足，從而制約了互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和應(yīng)用。而推廣使用IPv6，不但能夠解決IPv4網(wǎng)絡(luò)地址資源不足的問題，還解決了多種接入設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)的問題。1.4.2IPv6地址的表示方法IPv6的地址位數(shù)可以達到128位，是IPv4地址32位長度的4倍。由于IPv4傳統(tǒng)的點分十進制格式不再適用于IPv6地址格式，所以采用十六進制表示。IPv6有3種表示方法。1．冒分十六進制表示法冒分十六進制表示法格式為X:X:X:X:X:X:X:X，其中每個X表示地址中的16位，以十六進制表示，例如：ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789。這種表示法中，每個X的前導(dǎo)0是可以省略的，例如：2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A→

2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A1.4.2IPv6地址的表示方法2．0位壓縮表示法在某些情況下，一個IPv6地址中間可能包含很長的一段0，可以把連續(xù)的一段0壓縮為“::”。但為保證地址解析的唯一性，地址中”::”只能出現(xiàn)一次，例如：FF01:0:0:0:0:0:0:1101→FF01::11010:0:0:0:0:0:0:1→::10:0:0:0:0:0:0:0→::3．內(nèi)嵌IPv4地址表示法為了實現(xiàn)IPv4-IPv6互通，IPv4地址會嵌入IPv6地址中，此時地址常表示為：X:X:X:X:X:X:d.d.d.d，前96位采用冒分十六進制表示，而最后32位地址則使用IPv4的點分十進制表示，例如::192.168.0.1與::FFFF:192.168.0.1就是兩個典型的例子，注意在前96位中，壓縮0位的方法依舊適用1.4.3IPv6地址分類IPv6協(xié)議主要定義了3種地址類型：單播地址（UnicastAddress）、組播地址（MulticastAddress）和任播地址（AnycastAddress）。與原來在IPv4地址相比，新增了“任播地址”類型，取消了原來IPv4地址中的廣播地址，因為在IPv6中的廣播功能是通過組播來完成的。單播地址：用來唯一標識一個接口，類似于IPv4中的單播地址。發(fā)送到單播地址的數(shù)據(jù)報文將被傳送給此地址所標識的一個接口。組播地址：用來標識一組接口（通常這組接口屬于不同的節(jié)點），類似于IPv4中的組播地址。發(fā)送到組播地址的數(shù)據(jù)報文被傳送給此地址所標識的所有接口。任播地址：用來標識一組接口（通常這組接口屬于不同的節(jié)點）。發(fā)送到任播地址的數(shù)據(jù)報文被傳送給此地址所標識的一組接口中距離源節(jié)點最近（根據(jù)使用的路由協(xié)議進行度量）的一個接口。1.4.3IPv6地址分類1.4.4過度技術(shù)IPv6不可能立刻替代IPv4，因此在相當一段時間內(nèi)IPv4和IPv6會共存在一個環(huán)境中。要提供平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換過程，使得對現(xiàn)有的使用者影響最小，就需要有良好的轉(zhuǎn)換機制。這個議題是IETFngtrans工作小組的主要目標，有許多轉(zhuǎn)換機制被