IP网络技术基础课件.ppt
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1、网络技术知识 IP网络技术基础,目录,第一单元:OSI参考模型第二单元:TCP/IP原理第三单元:常见网络设备第四单元:IP子网规划,网络发展历史,Internet最早的雏形1969年,国防部国防高级研究计划署(DOD/ DARPA)资助建立ARPANET网络(即“阿帕网”)把位于洛杉矶的加利福尼亚大学、位于圣芭芭拉的加利福尼亚大学、斯坦福大学,以及位于盐湖城的犹它州州立大学的计算机主机联接起来位于各个结点的大型计算机采用分组交换技术,通过专门的通信交换机(IMP)和专门的通信线路相互连接。,Arpanet在七十年代发展迅速网络控制协议NCP、第一个分组交换无线网络ALOHAnetTelnet
2、规范说明书文件传输FTP规范书说明书传输控制协议TCP的详细描述(后来分解成TCP和IP两个协议)Email电子邮件规范说明书新闻组USENET,八十年代TCP/IP协议开始作为DoD标准网络协议网络间的外部网关协议EGP规范书建立域名服务器系统DNS制定了网络新闻传输协议NNTPNSF计算机科学网CSNET与ARPANET开始合并骨干网速率为56Kbps的NSFNET网建成1987年,在德国和中国间采用CSNET协议建立了email连接,9月20日钱天白教授从中国发出了第一封信“越过长城,通向世界”。中国人使用因特网之始 1980年出现自我繁殖的病毒,阿帕网完全停止运行,九十年代以后Arch
3、ie、Gopher的推出,WWW的推出(1991年)新技术:电话拨号接入、音频组播(网上电台)、视频组播(流媒体)、网络电话、搜索引擎、电子贸易、网上银行黑客入侵:美国司法部、中央情报局、英国工党、印尼政府、英国保守党.1990年NSFNET正式取代阿帕网成为Internet的骨干网1994年中国连入NSFNET,因特网(Internet)小结,概念 Internet是世界上最大的互联网络起源1969年,美国国防部建成ARPANET;1972年,美国50余所大学和研究所参与联网;1982年,ARPANET与MILNET合并,构成Internet雏形。1985年,建立了基于TCP/IP协议的NS
4、FNET网络,成为今天的Internet基础。,网络定义,计算机网络,就是把地理分散的计算机与外部设备利用通信线路互连成一个系统,从而使众多的计算机可以方便的交互信息,共享资源。,网络分类,局域网:局域网的地域范围一般只有几公里,它将若干独立的数据设备连接起来,使用户共享计算机资源。特点:距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠。城域网:地域范围从几公里至几百公里 数据传输速率可以从几Kbit/s到几Gbit/s,MAN最好的传输媒介是光纤。广域网: WAN主要用于互连局域网,在大范围区域内提供数据通信服务, WAN覆盖范围几百公里至几千公里。,网络拓扑结构,星型网,树型网,分布式网络,环型网,总
5、线型网,复合型网络,为什么要分层-1,网络通信的过程很复杂数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机,然后转换成最初的形式,以便接收者能够阅读为了降低网络设计的复杂性,将协议进行了分层设计,11,为什么要分层-2,分层设计的好处复杂问题简单化 灵活性好 结构上可分割开易于实现和维护能促进标准化工作,例如:文件传输或电子邮件服务模块的设计,不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线,12,OSI模型提出,ISO 于1978年提出了 OSI 模型。设计和描述计算机网络通信的基本框架。描述网络硬件和软件如何以层的方式协同工作,进行网络通信。生产厂商根据OSI 模型的标准设计自己的产品ISO Intern
6、et Standard OrganizationOSI Open System Interconnection,OSI的分层结构,网络数据传输,传输层,数据链路层,网络层,物理层,主机间数据传输,会话层,表示层,应用层,OSI RM:开放系统互连参考模型(Open System Interconnection Reference Model),1,2,3,4,5,6,7,提供应用程序间通信,处理数据格式、数据加密等,建立、维护和管理会话,建立主机端到端连接,寻址和路由选择,提供介质访问、链路管理等,比特流传输,数据的传递过程,OSI 参考模型中各层的主要功能,物理层,传送二进制 bit 流,数
7、据链路层,组帧:把原始数据分割成帧,流量控制,进行差错控制,OSI 参考模型中各层的主要功能,OSI 参考模型中各层的主要功能,网络层,将分组从源结点传到目的结点,网络层的功能:路由选择、解决拥塞控制、实现网络互连。,传输层,传输层是整个协议层次的核心。作用是为高层用户提供独立于具体网络的、经济有效的、可靠的端对端数据传输服务。,多路复用分流,流量控制,OSI 参考模型中各层的主要功能,会话层,会话层的作用:不同计算机的两个应用程序建立、维持和结束会话连接。,OSI 参考模型中各层的主要功能,表示层,接收方:将数据的中间格式转换成应用层可以理解的格式。,确定计算机之间交换数据的格式,可称其为网
8、络转换器。,负责:协议转换、翻译数据、加密数据、解密、改变或转换字符集、数据压缩。,发送方:将应用层发送下来的数据转换成可辨认的中间格式,OSI 参考模型中各层的主要功能,应用层,应用程序访问网络服务的窗口,直接支持用户的应用程序。,OSI 参考模型中各层的主要功能,OSI网络参考模型,网络发展历史 网络的定义 网络的分类 网络拓扑结构 OSI模型的提出 OSI参考模型及各层功能,单元小结,目录,第一单元:OSI参考模型第二单元:TCP/IP原理第三单元:常见网络设备第四单元:IP子网规划,TCP/IP,最早使用的协议栈全球事实上的通讯标准,Host,Internet,TCP/IP,Host,
9、TCP/IP与OSI模型比较,TCP/IP协议栈与OSI参考模型有清晰的对应关系,TCP/IP协议栈,应用层,会话层,表示层,传输层,TCP,UDP,网络层,ICMP,RARP,ARP,IGMP,IP,数据链路层,物理层,网络接口层,由底层网络定义的协议,SMTP,FTP,TELNET,DNS,SNMP,NFS,提供应用程序间接口,建立端到端连接,提供编址和路由功能,物理介质访问,二进制数据流传输,TFTP,数据封装和解封装过程,TCP/IP数据流封装过程:,用户数据,TCP段,IP包,用户数据,TCP段,实际物理网络的帧,IP包,实际传输,PDU,data,segment,packet,fr
10、ame,实际物理网络的帧,bits,TCP/IP数据流解封装过程:,应用层,应用层,传输层,网络层,网络接口层,文件传输- TFTP- FTP - NFSE-Mail- SMTP远程登录- Telnet - rlogin 网络管理- SNMP 域名服务- DNS,传输层,分割上层应用程序建立主机应用程序间端到端的连接将数据段从一台主机传到另一台主机保证数据传送的可靠性,Transmission ControlProtocol (TCP)User Datagram Protocol (UDP),应用层,传输层,网络层,网络接口层,端口号,TCP,FTP,传输层,TELNET,DNS,SNMP,T
11、FTP,SMTP,UDP,应用层,21,23,25,53,69,161,端口号,HTTP,80,DOMAIN,53,ECHO,7,服务器一般都是通过知名端口号来识别应用程序的,范围为11023 客户端口号,又称临时端口号,范围一般为10245000,大于5000端口号为其他服务器预留 UDP和TCP的端口号是独立的,但倾向于对两者都能提供的服务功能指定相同的端口号。如:在UDP和TCP中,53号端口保留用于提供域名服务器功能,TCP传输控制协议,源端口 (16),目的端口 (16),序列号 (32),首部长度 (4),确认号 (32),保留(6),代码 (6),窗口大小 (16),TCP校验和
12、 (16),紧急指针(16),TCP选项,数据,0,16,31,源端口,目的端口,Host A,Dest. port = 23.将数据包送到我的TELNET端口,1028,23,SP,DP,Host Z,Telnet Z,TCP 端口号,多个连接时端口号的使用,源端口,目的端口,Host A,1028,23,SP,DP,Host Z,Telnet Z,Telnet Z,1029,23,1028,23,Source,Dest.,11,Seq.,2,Ack.,1028,23,Source,Dest.,10,Seq.,1,Ack.,1028,23,Source,Dest.,11,Seq.,1,Ack
13、.,1028,23,Source,Dest.,12,Seq.,2,Ack.,I just got #11,now I need #12.,I justsent #11.,TCP 序号和确认号综述,internet,Send SYN (seq=100 ctl=SYN),SYN received,Send SYN, ACK (seq=300 ack=101 ctl=syn,ack),Established(seq=101 ack=301 ctl=ack),Host A,Host B,SYN received,TCP三次握手/建立连接,为了建立或初始化一个连接,两个TCP通信者必须同步各自的初始序号
14、。初始序列号是建立一个TCP连接时的开始号,用于跟踪通信顺序并确保每个数据包传输时无丢失,FIN的ACK,FIN的ACK,FIN,FIN,应用程序关闭,主机A,主机B,应用程序关闭,TCP四次握手/终止连接,Window size = 1,Send 1,Receive 1,Ack 2,Send 2,Receive 2,Ack 3,Send 1,Send 2,Receive 1,Receive 2,Window size = 3,Send 3,Receive 3,Ack 4,Send 4,Sender,Receiver,Sender,Receiver,窗口控制,TCP协议的应用,40,UDP用户
15、报文协议,源端口 (16),目的端口 (16),长度(16),数据,bit 0,15,16,31,校验和 (16),8bytes,UDP的特点:无序号及确认不可靠、面向无连接 高效、快速适用于传输对实时性要求较高的应用(如语音、视频)或高可靠稳定的网络传输,UDP协议应用,UDP协议的应用,42,TCP,UDP,是否面向连接,面向连接,无连接,是否提高可靠性,可靠传输,不提供可靠性,是否流量控制,流量控制,不提供流量控制,传输速度,慢,快,协议开销,大,小,TCP/UDP比较,Internet Protocol(IP)地址解析/反向解析协议(ARP/RARP)互联网控制消息协议(ICMP),应
16、用层,传输层,网络层,网络接口层,网络层,路由、寻径功能,提供主机到主机的连接功能,IP数据包格式,版本(4),目的IP地址 (32),IP选项,数据,0,16,31,头部长度 (4),服务类型 (8),总长度 (16),标识符 (16),标志(3),片偏移 (13),存活时间 (8),协议(8),报头校验和 (16),源IP地址 (32),协议字段决定目的地的上层协议类型,协议类型字段,传输层,网络层,TCP,UDP,协议号,IP,17,6,Application,Transport,Internet,Data Link,Physical,Destination UnreachableEch
17、o (Ping)Other,ICMP,1,ICMP是一种集差错报告与控制于一身的协议,消息类型包括: 错误消息 询问消息,ICMP,ARP工作机制,实现IP地址向MAC地址的映射本地ARP解析,IP: 172.16.3.2 Ethernet: 0800.0020.1111,172.16.3.1,172.16.3.2,IP: 172.16.3.2 = ?,我听到广播包了,这条消息是给我的 ,这是我的物理地址.,我需要IP地址为176.16.3.2主机的物理地址,广播,单播,Ethernet: 0800.0020.1111IP: 172.16.3.25,Ethernet: 0800.0020.11
18、11 IP = ?,我听到广播包了.你的 IP 地 址是172.16.3.25,RARP工作机制,我的IP地址是什么?,广播,单播,TCP/IP概述 应用层协议概述 传输层协议 网络层协议,单元小结,目录,第一单元:OSI参考模型第二单元:TCP/IP原理第三单元:常见网络设备第四单元:IP子网规划,HUB工作在物理层 通过HUB连接的工作站构成的网络在物理上是星型拓朴结构,但在逻辑上是总线拓朴结构 所有的设备都处于同一个冲突域 终端越多,意味着冲突的机会就越多 设备共享相同的带宽 冲突域:连接在同一导线上的所有工作站的集合,或者说是同一物理网段上所有节点的集合或以太网上竞争同一带宽的节点集合
19、,集线器HUB,交换机Switch,二层交换机或网桥工作在数据链路层 每个端口连接的网段就是一个单独的冲突域 所有的网段处于同一个广播域 广播域:接收同样广播消息的节点的集合,所有能够接收其他广播的节点被划分为同一个逻辑网段,以太网交换机的基本功能是对收到的数据帧进行转发。转发数据帧的过程称为透明桥接。透明桥接的基本要求就是对其转发的帧结构不做任何改动与处理(VLAN的trunk线路除外)。,基本功能,获取(学习过程)转发和过滤消除循环(避免环路),以太网交换机的二层工作过程,以太网交换机收到数据流的第一个数据帧,剥取源MAC地址,建立MAC地址表,即MAC地址学习。交换机维护MAC地址表,M
20、AC地址表是MAC、vlan ID、port ID对应表,MAC地址表决定交换机的数据转发过程。多播情况下MAC表项的建立不是通过学习得到的,而是通过CPU配置得到的。,学习,交换机接收到数据帧后,根据目的MAC地址查询MAC表,找到对应出口后,把数据包从该出口发送出去。在单播的情况下,出口列表只有一个端口在多播(组播与广播)情况下,出口列表就可能是多个端口。,转发,交换机可以完成VLAN间通信。此时,它需要实现两个软件模块: 路由处理模块(RP) 数据转发模块(DF)RP的功能是用来控制DF,建立VLAN间转发数据表; DF的功能是转发VLAN间通信数据包。如果VLAN间路由信息变化,则RP
21、发控制信息给DF,DF重新建立转发路径。,以太网交换机三层工作过程(1),建立不完全转发表项: DF接收到一个数据包之后,检查目的MAC是不是RP,如果是,则建立不完全转发项(S_MAC,S_IP,D_IP,NULL);建立完全转发表项: DF从RP上接收到另一个数据包,该数据包跟(S_IP,D_IP)匹配,则把不完全转发表项补充完全(S_MAC,S_IP,D_IP,I_OUT),以后按照该转发项转发。第一个数据包总是发往RP处理,如果多层转发项建立成功,则后续数据包按照多层转发项处理。,以太网交换机三层工作过程(2),如果RP上关于VLAN间的路由表发生变化,则通知DF,DF把相应的多层转发
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