计算机网络第三章课件.ppt

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1、第3章 网络的体系结构和协议,本章主要介绍网络的分层结构、OSI参考模型、TCP/IP体系结构、IP地址与子网划分及IPv6技术等内容。 通过本章学习，应达到如下学习目标： （1）了解网络的分层结构、网络协议的基本概念和相关术语； （2）熟悉OSI参考模型的分层结构及各层的功能； （3）熟悉TCP/IP参考模型的分层结构及各层的功能，了解两个参考模型的对应关系； （4）了解IPv6的基本特点及对IPv4的功能扩展。,3.1 基本概念3.2 开放系统互连(OSI)参考模型3.3 TCP/IP体系结构 3.4 IP地址与子网划分 3.5 IPV6简介,第3章 网络的体系结构和协议,3.1 基本概念

2、,3.1.1 网络体系结构概述实现资源共享，计算机网络系统要完成以下工作：（1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活(Activate)。即要发出一些信令，保证要传送的计算机数据能在指定通路上正确发送和接收。（2）要告诉网络如何识别接收数据的计算机。（3）发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已准备好接收数据。（4）发起通信的计算机必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好文件接收和存储文件的准备工作。（5）若计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一个计算机应完成格式转换功能。（6）对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个节点出现故障等，应当有可靠的措施

3、，保证对方计算机最终能够收到正确的文件。,计算机网络由多个互连的结点组成，结点之间需要不断地交换数据与控制信息。要想做到有条不紊地交换数据，网络中的每一个结点都必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确地规定了所交换数据的格式和时序。通常情况下，人们将为网络数据交换而定制的规则、约定与标准称为网络协议（Protocol）。网络协议主要由语法、语义和时序3个要素组成，下面分别进行介绍。语法 语义 时序,语法,语法即用户数据与控制信息的结构与格式，它是规定将若干协议元素和数据组合在一起表示一个更完整的内容所应遵循的格式，也可以说它是对数据结构形式的一种规定。,语义,语义是指对构成的协议元素含义的解

4、释，即需要发出何种控制信息，以及完成的动作与作出的响应。,时序,时序是对事件实现顺序的详细说明。由此可见，网络协议实际上是计算机网络之间通信时使用的一种语言。这种语言在发送方和接收方要有统一的标准，否则无法进行沟通。,3.1.2 网络的分层结构 基本的网络体系结构模型就是层次结构模型，如图3-1所示。所谓层次结构就是指把一个复杂系统的设计问题分解成多个层次分明的局部问题，并规定每一层次所必须完成的问题。,图3-1 【层次模型】,采用层次结构模型来描述网络协议可将复杂的网络协议简单化，能够更好地定制并实现网络协议。分层定义网络协议，能够实现在每一层定义了一个或多个协议，以完成相应的通信功能。层次

5、结构模型的概念比较抽象，这里将以日常生活中大家经常使用的邮政特快专递为例，帮助读者理解关于层次结构模型的相关概念。通过邮政特快专递系统传送物品时，一般来说，应涉及发送和接收的通信者、邮局前台、转发部门以及运输部门等环节。,具有4个层次的邮政特快专递系统模型,网络协议的层次结构,在网络结构模型中，经常出现许多专业的名词和概念，在下面将进行简单的介绍。分层 服务 接口 对等实体 通信协议,分层,分层是将整个网络通信系统按逻辑功能分解到若干层次中，每一层均规定了本层要实现的功能。这种“结构化分层”的设计方法，要求各层次相对独立、界限分明，以便网络的硬件和软件分别去实现。,实体,每一层中，用于实现该层

6、功能的活动元素被称为实体(Entity)，如果一层中包括两个实体，称为对等实体（Peer Entity）。,接口,网络分层结构中，相邻层之间都会有一接口，它定义了低层向高层提供的原始操作和服务。接口是相邻层次之间用来交换信息的，为了使两层之间保持其功能的独立性，通常情况下通过接口的信息量很少。,服务,在计算机网络协议的层次结构中，层与层之间具有服务于被服务的单向依赖关系，下层向上层提供服务，而上层调用下层的服务。因此可称任意相邻两层的下层为服务提供者，上层为服务调用者。下层为上层提供的服务可分为两类：面向连接服务（Connection Oriented Service）和无连接服务（Conne

7、ction Service）。 （1）面向连接的服务。该服务以电话系统为模形，在数据交换之前，必须要求通信双方先建立连接，当数据交换结束后，则必须终止这个连接。 （2）无连接服务。无连接服务以邮政系统为模式。通常用可靠性这一指标来衡量不同服务类型的质量和特性。面向连接的服务能够提供可靠的交付，但无连接服务则不保证提供可靠的交付，它只是“尽最大努力交付（Best-effort Delivery）”。这两种服务方式都很有用，各有优缺点。,服务原语,相邻层之间通过一组服务原语（Service Primitive）建立相互作用，完成服务与被服务的过程。服务原语可通知服务提供者采取某些行动或报告某个对等

8、实体的活动。服务原语可分为四类，分别是请求（Request）、指示（Indication）、响应（Response）、确认（Confirm）。详情请参见表3.1。,指示原语,用 户,实 体,第 n 层,第 n + 1 层,用 户,请求原语,响应原语,确认原语,实 体,系统A,系统B,服务原语的调用过程,邮政系统处理信件的层次结构,A 写信,A 地,邮政局处理,转运处,转运处,邮政局分发,B 看信,B 地,通信双方的协议,两地邮局的协议,两地转运处的协议,第一层,第一层,第二层,第二层,第三层,第三层,实体、对等实体、对等层、协议、服务的关系,协 议： 服 务：,“水平的”，控制对等实体之间通信

9、的规则。,“垂直的”，由下层向上层通过层间接口提供的。,网络体系结构,引入分层模型后，人们将计算机网络系统中的层、各层中的协议及层次间接口的集合称为计算机网络体系结构。 网络体系结构是从体系结构的角度来研究和设计计算机网络体系，其核心是网络系统的逻辑结构和各层功能定义，即描述实现不同计算机系统之间互连和通信的方法和结构，是层和协议的集合。通常采用结构化设计方法，将计算机网络系统划分成若干功能模块，形成层次分明的网络体系结构。,3.2 开放系统互联（OSI）参考模型,20世纪80年代初期，国际标准化组织（International Standards Organization ISO ）认识到，

10、需要一个网络模式来帮助厂商实现网络间的相互操作，于是ISO和一些科研机构、大的网络公司做了大量的工作，并于1984年正式公布了一个网络体系结构模型作为国际标准，称为开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Mode，OSI ）。 这里的“开放”是指任何两个遵守OSI/RM的系统都可以进行互连，当一个系统能按OSI与另一个系统进行通信时，就称该系统为开放系统。,3.2.1 OSI的分层结构,OSI/RM参考模型采用分层体系结构，它定义了网络体系结构的7层框架。最下层为第1层，依次向上，最高层为第7层。从第1层到第7层分别为：物理层、数据链路

11、层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。,开放系统参考模型OSI/RM结构,图3-2 【OSI参考模型】,OSI/RM参考模型中的对等实体和七层协议,OSI/RM参考模型中，每层对等实体之间都存在着通信，因此按照层次的不同分别定义了七层协议，并分别以各自层的名称命名。OSI/RM参考模型的七层协议由上往下依次为应用层协议、表示层协议、会话层协议、运输层协议、网络层协议、数据链路层协议和物理层协议。在各层协议中，分别定义了相应层的协议控制信息的规则和格式。,3.2.2 OSI各层功能简介,1）物理层（Physical Layer） 作为最低层的物理层，它在通信网络中实现透明地传送比特流，为数

12、据链路层提供物理连接服务。2）数据链路层（Data Link Layer） 数据链路层在通信的实体之间负责建立、维持和释放数据链路连接。在相邻两个结点间采用差错控制、流量控制的方法，为网络层提供无差错的数据传输服务。3）网络层（Network Layer） 网络层的主要功能是为分组选择最适当的路径，并同时实现差错检测、流量控制与网络互联等功能。,4）运输层（Transport Layer） 运输层是计算机网络体系结构中关键的一层。在运输层中完成了主机到主机的差错控制、流量控制等。运输层为高层提供端到端可靠、透明的数据传输服务， 5）会话层（Session Layer） 会话层的功能是实现两个会

13、话进程之间的数据传输同步，并管理数据的交换。功能。6）表示层（Presentation Layer） 表示层实现了不同语法表示的数据格式转换、数据的加密与解密、数据压缩与恢复等功能。7）应用层（Application Layer） 应用层是开放系统与用户应用程序的接口，为用户提供管理和分配网络资源的服务，如传送文件和收发电子邮件等。应用层为用户提供应用程序及网络相互作用的接口：FTP、DNS、Telnet、SMTP等。,物理层、数据链路层和网络层与具体网络有关，实现通信子网的功能。 低3层由硬件实现，高层由软件实现。,3.3 TCP/IP参考模型,TCP/IP是一组通信协议的代名词，它是因特网

14、的核心，利用TCP/IP协议可以很方便地实现多个网络的无缝连接，通常所谓的”某台机器在因特网上”，就是指该主机具有一个因特网地址，运行TCP/IP协议，并可向因特网上所有其他主机发送IP数据报。 TCP/IP有如下特点： 开放的协议标准，可以免费使用，独立于特定的硬件与操作系统。 独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，互联网中。 统一的地址分配方案，整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址。 标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。,3.3.1 TCP/IP概述,TCP/IP分为四个层次，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。TCP/IP的层次结构与OSI层次结构的对照关

15、系如图3-3所示。,图3-3 OSI和TCP/IP模型,网络接口层是TCP/IP模型的最低层，负责接收从网络层交来的IP数据报，并将IP数据报通过底层物理网络发送出去，或者从底层物理网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给网络层。网络接口层使采用不同技术和网络硬件的网络之间能够互连，它包括属于操作系统的设备驱动器和计算机网络接口卡，以处理具体的硬件接口。 TCP/IP的网络接口层中包括各种低层协议，例如Ethernet、令牌环、帧中继、ISDN和分组交换网X.25等。,3.3.2 网络接口层,网际层负责独立地将分组从源主机送往目标主机，涉及为分组提供最佳路径的选择和交换功能，并使这一过程与它们所

16、经过的路径和网络无关。TCP/IP模型的网际层在功能上非常类似于OSI模型中的网络层，即检查网络拓扑结构，以决定传输报文的最佳路由。 网际层包括多个重要协议，主要协议有四个：网际互联协议(Internet Protocol，IP)是其中的核心协议，IP协议规定网际层数据分组的格式；因特网控制信息协议(Internet Control Message Protocol，ICMP)：提供网络控制和消息传递功能；地址解释协议(Address Resolution Protocol，ARP)：将逻辑地址解析成物理地址；反向地址解释协议（Reverse Address Resolution Protoc

17、ol,RARP）:将物理地址解析成逻辑地址,3.3.3 网际层,1、IP协议,IP（Internet Protrol）即网际协议，是应用最广泛的网间互连协议，它定义在网际层，为上层提供不可靠的、尽最大努力完成的、无连接的数据报传输服务。特点:,（1）面向无连接的传输服务。 无连接表示每个IP数据包都是独立发送的，而且从源节点到目的节点的一系列数据包可能经过不同的传输路径，有的在传输过程还可能丢失。 （2）不可靠的数据投递服务。 IP协议本身没有能力证实发送的报文是否被正确接受。IP数据包在传输过程中可能丢失、重复、损坏或错序。但IP不检测这些错误。在错误发生时，IP也没有可靠的机制来通知发送方

18、或接受方。（3）尽力发送服务。 IP并不随意的丢弃数据包。只有当系统的资源用或底层网络出现故障时，IP才被迫丢弃报文。由IP控制的协议单元称为IP数据报。IP数据报（ IPv4）由报头和正文组成，如下图所示:,IP数据报格式,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据

19、报,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）

20、,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,数 据 部 分,首 部,传送,IP 数据报,固定部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务

21、类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部长度占 4 bit，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是60字节。,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首

22、部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,总长度占 16 bit，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。

23、(每一种数据链路层都有其自己的帧格式，其中包括数据字段的最大长度，在IP层为MTU),首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目

24、 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,偏移 = 0/8 = 0,偏移 = 0/8= 0,偏移 = 1400/8 = 17

25、5,偏移 = 2800/8 = 350,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的数据报,数据报片 1,首部,数据部分共 3800 字节,首部 1,首部 2,首部 3,字节 0,数据报片 2,数据报片 3,1400,2800,字节 0,IP 数据报分片的举例,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部

26、分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,运输层,网络层,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,数 据 部 分,IP 数据报,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,

27、填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,首部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,服 务 类 型,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,比特,首部长度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,优 先 级,数 据 部 分,比特,固定部分,可变部分,IP数据报的分段和重装,IP层以下是数据

28、链路层，由于在不同的物理网络中数据链路层协议对帧长度的要求有所不同，所以IP协议要根据数据链路层所允许的最大帧长对数据报的长度进行检查，必要时将其分成若干个较小的数据报进行发送。 数据报分段时，每个分段前都要加上相应的IP报头，形成新的数据报。这时应注意IP报头的相关字段发生了变化。,IP数据报的封装,IP数据报的解封装,IP数据报的路由,IP协议最重要的功能之一是路由选择，IP数据报在网络中传输的过程就是路由选择的过程。网络中每个主机和路由器都拥有一个路由表，路由表主要由目的主机所在的网络地址及下一个路由器的地址构成，下一个路由器地址是指IP数据报应发送到的下一个路由器接口的IP地址。IP数

29、据报的发送IP数据报的接收,2、ARP地址解析协议,在TCP/IP网络环境下，每个主机都分配了一个32位的IP地址，这种互联网地址是在国际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网上传送，必须知道彼此的物理地址。这样就存在把互联网地址变换为物理地址的地址转换问题。 以以太网（Ethernet）环境为例，为了正确地向目的站传送报文，必须把目的站的32位IP地址转换成48位以太网目的地址DA。这就需要在网络层有一组服务将IP地址转换为相应物理网络地址，这组协议即是ARP。 在互联网环境下，为了将报文送到另一个网络的主机，数据报先定向发送方所在网络IP路由器。因此，发送主机首先必须确定路由器的物

30、理地址，然后依次将数据发往接收端。除基本ARP机制外，有时还需在路由器上设置代理ARP，其目的是由IP路由器代替目的站对发送方ARP请求做出响应。,子网内ARP解析与子网间ARP解析,3、反向地址解析协议,反向地址转换协议用于一种特殊情况，如果站点初始化以后，只有自己的物理地址而没有IP地址，则它可以通过RARP协议，发出广播请求，征求自己的IP地址，而RARP服务器则负责回答。这样，无IP地址的站点可以通过RARP协议取得自己的IP地址，这个地址在下一次系统重新开始以前都有效，不用连续广播请求。RARP广泛用于获取无盘工作站的IP地址。,4、ICMP,因特网控制消息协议(Internet C

31、ontrol Message Protocol，ICMP)来检测网络，包括路由、拥塞、服务质量等问题。ICMP有多种形式的ICMP消息类型，每个ICMP消息类型都被封装于IP分组中。网络测试工具“ping”和“tracert”就都是基于ICMP实现的.,3.3.4 传输层,TCP/IP在这一层提供了两个主要的协议：传输控制协议（ Transport Control Protocol TCP）和用户数据协议（ User Datagram Protocol UDP），另外还有一些别的协议，例如用于传送数字化语音的NVP协议。 TCP:是面向连接的协议，用三次握手和滑动窗口机制来保证传输的可靠性和进

32、行流量控制。 UDP:是面向无连接的不可靠的传输层协议。,1、TCP协议,尽管TCP/IP的网络层提供的是一种面向无连接的IP数据报服务,但传输层的TCP旨在向TCP/IP的应用层提供一种端到端的面向连接的可靠的数据流传输服务。TCP常用于一次传输要交换大量报文的情形,如文件传输、远程登录等. 为了实现这种端到端的可靠传输,TCP协议必须规定传输层的连接建立与拆除的方式、数据传输的格式、确认的方式、目标应用进程的识别以及差错控制和流量控制机制等。,TCP协议的功能,由于IP提供的是不可靠的数据报服务。为了保证数据传输的正确性，需要通过TCP协议对IP协议进行“弥补”，以提供一个可靠的、面向连接

33、的、全双工的数据流传输服务。TCP协议的主要功能介绍如下。建立和释放连接：TCP允许在不同主机之间建立连接，以实现全双工数据传输，传输结束后自动释放连接。在连接时，TCP采用著名的“3次握手”技术，释放时采用“文雅释放”技术。,基本数据传输：为了方便数据传输，上层数据被TCP分成若干段，每段是一个传输层的协议数据单元。通过TCP将每个段封装在IP数据报中传输。 可靠性控制：TCP为了保证数据传输的可靠性，采用了滑动窗口、超时重传、流量控制等技术。多路复用：TCP可以为多个进程提供并行传输连接，实现更大的传输速率。,IPH TCPH FTPH数据,TCPH FTPH 数据,FTPH 数据,数据,

34、TCP报文传送,图3.6 TCP的报文传送,应用层,传输层,网络层,网络接口层,Ethernet,用户报文,TCP数据报,IP数据报,以太帧,用户数据,用户数据,以太帧头 IPH TCPHFTPH数据,帧头目的地址 源地址包类型包数据CRC检验,TCP报文格式,报文格式首部中的主要字段含义如下：源端口和目的端口（各占16 bit）：TCP端口是指TCP与应用层服务的接口，不同的服务其接口也各不相同。序列号（占32 bit）：TCP报文中的数据流是按字节进行编号的。TCP报文中的序列号是指本报文中数据部分的起始字节号。确认号（占32 bit）：TCP报文中的确认号是指接收方希望收到发送方发送的下

35、一个报文中数据部分的第一个字节序号。需要注意与前面的序列号之间的区别。,数据偏移（占4 bit）：数据偏移指明了TCP报文首部的长度。TCP报文首部中，通常都有可变长度的选项，因此TCP报文中首部长度也是可变的。窗口大小：窗口大小是指接收方缓存区可用空间的大小，单位是字节，TCP通过可变大小的窗口来进行流量控制。接收方使用窗口通知发送方自己的接收能力，而发送方据此确定发送窗口的大小。校验和（占16 bit）：TCP可以对报文，包括首部和数据两部分进行校验和计算。选项（长度可变）：最大报文段长度是TCP中唯一的选项。该字段指明了接收端缓存区中所能接收的报文中最大的数据字段长度。,IP报头 IP数

36、据区,UDP报头 UDP数据区,2、UDP协议,UDP与TCP最大的不同在于UDP是面向无连接的，不使用流量控制和差错控制。UDP提供的是不可靠的传输服务。由于UDP比TCP简单，因此开销小、效率高。应用层中的简单网络管理协议（SNMP）等都使用UDP。,图3.8 UDP数据报的封装,UDP报文格式,下面对UDP报文首部中的主要字段加以说明：源端口和目的端口：UDP的端口是指TCP和应用层服务的接口，通常源端口和目的端口各占16bit，不同的服务有不同的端口。长度：该项目指明了UDP报文的长度，通常占16 bit。校验和：UDP可以对报文，包括首部和数据两部分进行校验和计算，通常该字段占据16

37、bit。,3、TCP协议和UDP协议的端口号,进程通信的首要问题是解决进程标识方法，TCP/IP协议族中用端口号来标识进程。TCP协议和UDP协议端口号长度都是16位，端口号的取值范围是065535之间的整数。 UDP端口号分为熟知端口号、注册端口号和临时端口号3类。熟知端口号值的范围是01023，它被统一分配和注册；注册端口号值的范围是102449151，用户根据需要可以在IANA注册，以防止重复；临时端口号值的范围是4915265535，它们之间可由任何进程来使用。TCP协议规定：客户进程由本地主机上的TCP软件随机选取临时端口。运行在远程计算机上的服务器必须使用熟知端口号，其值的范围是0

38、1023。UDP协议端口号的分配方法与TCP基本相同。,TCP常用的熟知端口号,3.3.5 应用层,应用层是参考模型的最高层，应用层包括了所有高层协议，并且总是不断有新的协议加入。 应用层协议可分为三类：一类依赖于面向连接的TCP协议；一类依赖于面向无连接的UDP协议；而另一类则既可依赖于TCP协议，也可依赖于UDP协议。 常见的应用协议有：文件传输协议FTP、超文本传输协议HTTP、简单邮件传输协议SMTP、虚拟终端Telnet；常见的应用支撑协议包括域名服务DNS和简单网络管理协议SNMP等。,3.4 IP地址及子网划分,每一个物理网络中的网络设备都有其真实的物理地址 ，以太网物理地址用4

39、8位二进制数编码。因此可以用12个十六进制数表示一个物理地址。一般格式为00-10-5a-63-aa-99。物理地址也叫MAC地址，它是数据链路层地址，即二层地址。物理地址通常是由网络设备的生产厂家直接烧入设备的网络接口卡的EPROM中的，它存储的是传输数据时真正用来标识发出数据的源端设备和接收数据的目的端设备的地址。也就是说，在网络底层的物理传输过程中，是通过物理地址来标识网络设备的，这个物理地址一般是全球唯一的。,3.4.1 IP地址的分类,1、物理地址与逻辑地址,当数据需要跨越互联网时，使用逻辑地址标识位于远程目的地的网络设备的逻辑位置。通过使用逻辑地址，可以定位远程的结点。逻辑地址如I

40、P地址则是第三层地址，所以有时又称为网络地址，该地址是随着设备所处网络位置不同而变化的，即设备从一个网络被移到另一个网络时，其IP地址也会相应地发生改变。也就是说，IP地址是一种结构化的地址，其可以提供关于主机所处的网络位置信息。 总之，逻辑地址放在IP数据报的首部，而物理地址则放在MAC帧的首部。物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而逻辑地址是网络层和以上各层使用的地址。,2、IP地址的结构、分类与表示,IP地址以32位二进制位的形式存储于计算机中。32位的IP地址结构由网络标识和主机号两部分组成，如图3.11所示。其中，网络标识用于标识该主机所在的网络，而主机号则表示该主机在相应网络中

41、的特定主机。,由于32位的IP地址不太容易书写和记忆，通常又采用带点十进制标识法(dotted decimal notation)来表示IP地址。在这种格式下，将32位的IP地址分为四个8位组(octet)，每个8位组以一个十进制数表示，取值范围由0到255；代表相邻8位组的十进制数以小圆点分割。所以点十进制表示的最低IP地址为0.0.0.0，最高IP地址为246.255.255.255。由于32位的IP地址不太容易书写和记忆，通常又采用带点十进制标识法(dotted decimal notation)来表示IP地址。在这种格式下，将32位的IP地址分为四个8位组(octet)，每个8位组以一

42、个十进制数表示，取值范围由0到255；代表相邻8位组的十进制数以小圆点分割。所以点十进制表示的最低IP地址为0.0.0.0，最高IP地址为246.255.255.255。,分类：就是将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。通常IP地址被分为A、B、C、D和E五类，两级的 IP 地址可以记为：IP 地址 := , ,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中

43、的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字

44、节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,

45、0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节,net-id24 bit,host-

46、id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0

47、,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,D 类地址是多播地址,net-id24 bit,host-id24 bit,net-id16 bit,net-id8 bit,

48、IP 地址中的网络号字段和主机号字段,0,A 类地址,host-id16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,E 类地址保留为今后使用,其中A、B、C类被作为普通的主机地址，D类用于提供网络组播服务或作为网络测试之用，E类保留给未来扩充使用。A、B、C类的最大网络数目和可以容纳的主机数信息参见下表。,A类地址：如图6.19所示，A类地址用来支持超大型网络。A类IP地址仅使用第一个8位组标识地址的网络部分。其余的3个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，A类地址的第1位

49、（最左边）总是0。因此，第1个8位组的最小值为00000000（十进制数为0），最大值为01111111（十进制数为127）。但是0和127两个数保留使用。不能用作网络地址。任何IP地址第1个8位组的取值范围从1到126之间都是A类地址。,B类地址：如图6.19所示，B类地址用来支持中大型网络。B类IP地址使用4个8位组的前2个8位组标识地址的网络部分。其余的2个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，B类地址的前2位（最左边）总是10。因此，第1个8位组的最小值为10000000（十进制数为128），最大值为10111111（十进制数为191）。任何IP地址第1个8位组的取值进制数为1

50、28），最大值为10111111（十进制数为191）。任何IP地址第1个8位组的取值范围从128到191之间都是B类地址。,C类地址：如图6.19所示，C类地址用来支持小型网络。C类IP地址使用4个8位组的前3个8位组标识地址的网络部分。其余的1个8位组用来标识地址的主机部分。用二进制表示时，C类地址的前3位（最左边）总是110。因此，第1个8位组的最小值为11000000（十进制数为192），最大值为11011111（十进制数为223）。任何IP地址第1个8位组的取值范围从192到223之间都是C类地址。,D类地址：如图6.19所示，D类地址用来支持组播。组播地址是唯一的网络地址，用来转发目