于银辉教授吉林大学通信工程学院ppt课件.ppt
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1、1,于银辉 教授吉林大学通信工程学院,第二章 宽带IP网络体系结构,2,TCP/IP协议是宽带IP网络的基础与核心,本章介绍TCP/IP参考模型及各层协议,主要内容包括:TCP/IP参考模型IP及辅助协议UDP和TCP协议 应用层协议,3,4,2.1 TCP/IP参考模型,2.1.1 TCP/IP分层模型1、OSI参考模型(1)OSI-RM的分层结构,5,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3
2、2 1,端系统A,端系统B,6,(2)各层功能概述物理层(数据传送单位比特)功能物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和规程的手段。,7,二、OSI-RM各层功能,1.物理层:(Physical Layer)PH,它是OSI-RM的第一层,功能在于利用物理媒介为它上一层(数据链路层)提供物理连接,以便透明的传输比特流。(所关心的问题是多大电压为“1”或“0”,插头插座有多少针,每针的用途等。),表示经过实际线路传送后,比特流没有发生变化。,功能物理层提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和规程的手段。,功能:,8,简而言之,物理层提供有关同步和全双工比
3、特流在物理媒体上的传输手段。物理层典型的协议RS232C,RS449422423,V24,V28,X20和X21等。,9,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,10,2.数据链路层(Data Link Layer)DL,它是OSI-RM的第二层,功能在于提供建立维持和释放数据链路连接的有关功能和管理(传送以帧为单位的数据)通过差错控制能够纠正物理链路的错误,使之变成
4、无差错数据链路。,负责数据链路的建立、维持和拆除。差错控制流量控制常用的协议基本型传输控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。,功能:,11,数据链路层(数据传送单位帧)功能:负责数据链路的建立、维持和拆除。差错控制流量控制 常用的协议基本型传输控制规程和高级数据链路控制规程(HDLC)。,12,3.网络层:(Network Layer)N,它是OSI-RM中的第三层,也是最复杂的一层,在此层中,数据传送的单位是分组(Packet)或称为包。其功能在于使通信系统中发端运输层(第四层)传下来的分组能够准确无误的找到接收端并交付给运输层,同时具有拥塞控制功能,并能向网管人员提供每个用户通过网络
5、发出的信息分组数或字符数、或比特数以此作为收费依据,对于一个通信子网只包括上述三层。,路由选择差错控制流量控制网络层的协议X.25分组级协议,功能:,13,网络层(数据传送单位分组)功能:路由选择差错控制流量控制网络层的协议X.25分组级协议,14,4.运输层(Transport Layer)T,它是OSI-RM的第四层,亦是最关键的一层。其功能在于向高层屏蔽下层数据通信的细节,透明地传送报文,为用户提供可靠的端端服务,它只存在于主机(Host)中。主机可以是大、中、小型机,工作站和微机等。,端到端的顺序控制、流量控制、差错控制及监督服务质量。,功能:,15,运输层(数据传送单位报文)功能端到
6、端的顺序控制、流量控制、差错控制及监督服务质量。,16,应用层,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,17,5.会话层(Session Layer)S,它是OSI-RM的第五层,单位亦是报文,它可以看作是进入网络的接口,用户间每建立一组连接即可视为一次会话,使两个系统在“会话”过程中传送文件,其功能在于:,在两个通信应用进程中建立组织和同步其会话并管理数据交换。对会话连接进
7、行控制管理,非报文界定,操作同步等。,负责进程间建立会话和终止会话,并且控制会话期间的对话。提供诸如会话建立时会话双方资格的核实和验证,由哪一方支付通信费用,及对话方向的交替管理、故障点定位和恢复等各种服务。,功能:,18,会话层及以上各层中,数据的传送单位一般都称为报文,但与运输层的报文有本质的不同。,19,6.表示层(Presentation Layer)P,它是OSI-RM的第六层,其功能在于对两个通信系统中所交换的信息表示方式进行处理,如数据格式、数据的解密、数据的压缩及恢复等,也就是我们前面所说的语法。,代码转换、数据格式转换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等。,功能:,20,应用层
8、,表示层,会话层,物理层,数据链路层,会话层,会话层,应用层,表示层,运输层,网络层,网络层,数据链路层,物理层,网络层,网络层,数据链路层,数据链路层,物理层,物理层,传输媒体,传输媒体,传输媒体,通信子网,层次 7 6 5 4 3 2 1,端系统A,端系统B,21,7.应用层(Application Layer),它是OSI-RM的第七层,亦是最高层。它是向终端用户提供直接服务,功能在于确定应用进程之间通信的性质,同时还需要负责用户信息的语义表示,即需要何种控制信息,完成何种动作和做何种层管理,可以认为在OSI-RM七层中,其余的六层就是为了支持第七层。,为方便讨论和理解,习惯上将OSI-
9、RM七层分为低层(1-4层)和高层(5-7层)。,面向通信面向信息处理,确定应用进程之间通信的性质,以满足用户的需要。同时应用层还要负责用户信息的语义表示,并在两个通信用户之间进行语义匹配。,功能:,22,(3)信息在OSI参考模型各层的传递过程,23,图2-2 信息在各层之间的传递过程,24,OSI环境,1.OSI环境包括17层及通信子网中交换节点的下三层。,又称为中继开放系统,2.本地系统环境是与互连无关的部分。(不属于OSI环境),3.中继开放系统流量是指通信子网中交换节点的下三层(居于OSI环境中)。,4.数据通信网即通信子网,是传输数据的实际物理媒体。(不处于OSI环境中),25,5
10、.网络环境,包括OSI中的低四层和中继开放系统及通信子网。,6.信息传送路线,发端OSI的七层,物理媒体,通信子网交换节点,节点1第13层完成选择后回到1层,由应用进程APA,1层,节点2,物理层媒体,收端17层,26,图2-2 信息在各层之间的传递过程,27,为了明确系统(OSI互连环境)间数据流传送情况,我们在此暂且将两节点省略说明。,应用进程APA 先将其数据交给第七层,第七层加上本层控制信息送于第六层,第六层在加上本层控制信息送与第五层,以此类推,即发送每一层都以其上层接收数据块,然后在其上加上本层的控制信息形成本层的协议数据单元,并在最后将其发送给下一层。,28,同样在接收方从第一层
11、起,每层最后将(发端加上的)本层服务头(控制信息)进行处理后剥去,把其余的数据都原封不动地送给上层。换句话说就是发端完成封装任务,收端完成拆分任务。(不同的是第二层的帧结构),在OSI中,对用户来说上述复杂过程均被屏蔽掉了,就好像是同层之间(两系统)在直接传送数据一样,即前所述的“对等层”之间通信(协议)。,29,2、TCPIP分层模型TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系如图2-3所示。,30,图2-3 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系,31,网络接口层对应OSI参考模型的物理层和数据链路层;网络层对应OSI参考模型的网络层;运输层对应OSI参考模型的运输层;应用层对应OSI参
12、考模型的5、6、7层。,32,图2-3 TCPIP模型及与OSI参考模型的对应关系,33,2.1.2 TCPIP模型各层功能及协议1、应用层作用为用户提供访问Internet的高层应用服务,例如文件传送、远程登录、电子邮件、WWW服务等。,34,协议一组应用高层协议,即一组应用程序,主要有文件传送协议FTP、远程终端协议TELNET、简单邮件传输协议SMTP、超文本传送协议HTTP等等。应用层的数据传送单位是报文。,35,TCP/IP运输层的作用是提供应用程序间(端到端)的通信服务,确保源主机传送的数据正确到达目的主机。,2、运输层,36,运输层提供了两个协议:传输控制协议TCP用户数据报协议
13、UDP运输层的数据传送单位是TCP报文段或UDP报文(统称为报文段)。,37,网络层的作用是提供主机间的数据传送能力,其数据传送单位是IP数据报。网络层的核心协议是IP协议,IP协议非常简单,它提供的是不可靠、无连接的IP数据报传送服务。,3、网络层,38,网络层的辅助协议是协助IP协议更好地完成数据报传送,主要有:(1)地址转换协议ARP用于将IP地址转换成物理地址。(2)逆向地址转换协议RARP与ARP的功能相反,用于物理地址转换成IP地址。,39,(3)Internet控制报文协议ICMP用于报告差错和传送控制信息,其控制功能包括:差错控制、拥塞控制和路由控制等。(4)Internet组
14、管理协议IGMPIP多播用到的协议,利用IGMP使路由器知道多播组成员的信息。,40,网络接口层的数据传送单位是物理网络帧(简称物理帧或帧)。,4、网络接口层,41,主要功能:(1)发端负责接收来自网络层的IP数据报,将其封装成物理帧并且通过特定的网络进行传输;(2)收端从网络上接收物理帧,抽出IP数据报,上交给网络层。,42,网络接口层没有规定具体的协议。TCPIP模型的网络接口层对应OSI参考模型的物理层和数据链路层,不同的物理网络对应不同的网络接口层协议。,43,2.2 IP及辅助协议,2.2.1 IP协议(IPv4)1、IP协议的特点仅提供不可靠、无连接的数据报传送服务;IP协议是点对
15、点的,所以要提供路由选择功能;IP(IPv4)地址长度为32比特。,44,Internet为每一个上网的主机分配一个唯一的标识符,即IP地址。(1)IP地址的结构,2、IP地址(分类的IP地址),45,图2-5 IP地址的结构,(1)IP地址的结构,46,分类的 IP 地址,我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是惟一的 32 bit 的标识符。IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配,47,
16、根据网络地址和主机地址各占多少位,IP地址分成为五类,即A类到E类,如图2-6所示。,(3)IP地址的类别,48,IP 地址的编址方法,分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法,在 1981 年就通过了相应的标准协议。子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进,其标准RFC 950在 1985 年通过。构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。,49,分类 IP 地址,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)。两级的 IP 地址
17、可以记为:IP 地址:=,(6-1),:=代表“定义为”,50,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 0,0,1,51,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
18、,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 字节,52,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,53,net-id
19、24 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,C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节,54,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
20、,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,55,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 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节,56,net-id24 bit,hos
21、t-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,C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节,57,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
22、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,58,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,E 类地址保留为今后使用,59,路由器转发分组的步骤,先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到。当分组到达目的网络后,
23、再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机。按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段,就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。,60,(2)IP地址的表示方法:点分十进制记法,采用点分十进制记法则进一步提高可读性,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数转换为十进制数,61,2.常用的三种类别的 IP 地址,IP 地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126(27 2)1 126 16,777,214 B 16,384
24、(214)128.0 191.255 65,534 C 2,097,152(221)192.0.0 223.255.255 254,62,IP地址用点分十进制表示,好处是可以提高IP地址的可读性,而且可很容易地识别IP地址类别。,63,IP 地址的一些重要特点,(1)IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是:第一,IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号,而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。第二,路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目的主机号),这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少,从而减小了路由表所占的存储空
25、间。,64,IP 地址的一些重要特点,(2)实际上 IP 地址是标志一个主机(或路由器)和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时,该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址,其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomed host)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络(这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络),因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。,65,IP 地址的一些重要特点,(3)用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络,因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。(4)所有分配到网络号 net-id 的
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