第8章TCP-IP协议.ppt

第8章TCP-IP协议.ppt

《第8章TCP-IP协议.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第8章TCP-IP协议.ppt（175页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

1,数据通信与计算机网络,第八章TCP/IP技术,2,第8章TCP/IP协议,主要学习内容：

8.1TCP/IP互连的原理8.2网际互连协议IP8.3子网划分和超级网络聚合8.4其它网际协议8.5因特网的路由选择协议8.6下一代网际协议IPv68.7传输层协议,3,TCP/IP协议栈,4,8.1TCP/IP互连的原理,8.1.1网络互连的概念网络互连（Internetworking）：

是将多个网络互相连接，实现在更大范围内的信息交换、资源共享和协同工作。

网络互连要实现多个网络之间的互连、互通和互操作。

5,网络互连的不同层次,网关互连路由互连桥接互连中继互连,简,繁,硬,软,6,TCP/IP网络,路由器,一个逻辑网络,一个逻辑网络就是一个广播域,一个广播域,7,互联网与因特网,互连网（internet）泛指采用网络互连路由器和相关技术实现互连的网络集合，包括内联网（Intrant，也称为企业网）和外联网。

因特网（Internet）特指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的国际互联网，它采用TCP/IP协议族，且其前身是美国的ARPANET。

8,网络互连原理,TCP/IP定义了一种抽象的逻辑网络，它隐藏了物理网络的细节，将路由器所连接的各个部分看作是独立的逻辑网络。

IP协议同等地看待各种网络，不论是局域网、广域网，或者是两个路由节点之间的一条点到点的物理链路，都算作一个网络。

9,网络互连路由器,8.1.2网络互连路由器当多个网络相互连接，形成互联网络时，连接多个网络的节点计算机，必须具备在不同的网络之间转发报文分组的功能。

这种节点计算机就是网络互连路由器。

支持这一功能的就是IP协议。

10,路由器在互联网中的作用,路由器通过IP协议在互连的网络之间交换IP分组，即：

为每一报文分组选择适当的路由进行转发。

路由器基于目标网络进行选路，因此路由器中保存的路由信息与TCP/IP网络中的网络数目成正比。

IP协议可以运行在任何一种数据链路协议之上，而且可以为任何一种传输协议提供服务。

11,互联网中的分组交付,当一台主机要向另一台主机发送分组时，先要检查目的主机是否与源主机连接在同一个网络上。

如果是，就将分组直接交付给目的主机而无须通过路由器。

否则应将分组发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照分组中的目的地址，从路由表中找出相应的输出路由，然后将分组转发给下一个路由器。

这叫作间接交付。

12,直接交付和间接交付,A,B,C,直接交付不通过路由器间接交付必须通过路由器,13,8.2网际互连协议IP,TCP/IPinternetlayer,14,网际互连协议IP,8.2.1IP协议（InternetProtocol）IP协议是互联网的网际互连协议，它提供的是无连接的、不可靠的、尽最大努力交付的数据报服务。

所谓无连接，指从源主机发出一串报文分组前无须建立统一的路径（连接），各个分组独立选路，独立投递，可以经由不同的路径到达目标主机，因而各个分组不能保证按序到达。

IP协议尽最大努力去投递分组，并不轻易抛弃分组，但不保证服务质量，因此这种服务是不可靠的，当资源用尽或物理网络失效时，部分分组可能丢失，但也可能重复投递。

15,IP分组格式,版本（Version）占4位，指明IP协议的版本。

NextTopics,16,IP分组格式,首部长度（InternetHeaderLength）占4位，以32位字长为单位。

总长度（TotalLength）占16位，以字节为单位。

17,IP数据报的服务类型,服务类型（TypeofService）占8位，由发送方用来指定本数据报的处理方式。

18,IP数据报的服务类型,服务类型字段格式为PPP0：

PPP指定本数据报的优先级，普通优先级为000，网络控制的优先级为111。

表示本数据报所希望的传输类型。

DTRC指定本数据报的传输类型D为Delay，0：

一般延迟时间，1：

低延迟时间；T为Throughput，0：

一般吞吐量，1：

高吞吐量；R为Reliability，0：

一般可靠性，1：

高可靠性；C为Cost，0：

一般费用，1：

更低的费用。

19,IP数据报的标识,标识（identification）占16bit，是数据报的惟一标识。

20,IP数据报的标志,标志（Flags）占3位，用于控制分片。

最高位为0；中间位是不可分片位DF（DontFragment）。

DF=1表示不可分片；最低位是还有分片位MF（MoreFragment）。

MF=0表示为最后的报片。

21,IP数据报的分片偏移,分片偏移（FragmentOffset）占13位，用于指明分片所携带数据在原始数据报中的偏移量，从零开始计数，以8字节为单位。

22,IP数据报的分片和重组,标识ID、标志F、分片偏移FO用于控制数据报的分片和重组。

例：

假定物理网络的最大传输单元MTU=1420,23,IP数据报的生存期,生存期（TimeToLive）占8位，它表明本数据报在互联网中的寿命，即本数据报可以传输的跳数。

24,IP数据报承载的协议,协议（Protocol）占8位，指出此数据报承载的协议类型，如：

ICMP=1、IGMP=2、TCP=6、UDP=17、OSPF=89。

25,IP数据报的首部校验和,首部检验和（HeaderChecksum）占16位，采用带进位的反码算术运算求和，仅检验数据报的首部不包括数据部分,26,首部校验和的计算,27,IP数据报的首部校验和,选项（Options）长度可变、内容丰富，一些协议内容靠此字段来实现，例如，排错、安全措施、记录路由、源站选路由、时间戳等。

28,IP地址,8.2.2IP地址为了能把多个物理网络在逻辑上抽象成一个互连网，IP协议为每台主机分配了一个唯一的32位地址，称为IP地址（记录在主机的硬盘中）。

29,IP地址,物理地址MAC00-60-97-CO-9F-67IP地址166.111.3.19,物理地址MAC00-3d-87-14-3a-d9IP地址166.111.4.1,物理地址MAC00-0c-1b-00-5a-f6IP地址166.111.3.18,IP地址166.111.3.97,30,IP地址的格式,IP地址用来标识一个网络和与该网络连接的一台主机。

实际上IP地址是分配给网卡的。

一个IP地址表示一条网络连接。

XXX.XXX.XXX.XXX,166.111.4.118,网络标识号+主机标识号,IP地址的分配原则：

为同一物理网络内的所有主机分配相同的网络号和不同的主机号。

31,IP地址的分配,IP地址的分配原则：

为同一网络内的所有主机分配相同的网络号和不同的主机号；为不同网络内的所有主机分配不同的网络号。

32,IP地址的分类,Net-id,Host-id,A类,Net-id,Host-id,B类,Net-id,Host-id,C类,0,组播地址,D类,保留地址,E类,33,IP地址的分类及特征,34,特殊的IP地址,35,内部网络的保留地址,在ABC三类IP地址中，都保留了一些地址作为私有网络的虚拟IP地址：

A类：

10.0.0,010.255.255.255B类：

172.16.0.0172.31.255.255C类：

192.168.0.0192.168.255.255,36,IP地址的转换,8.2.3IP地址的转换不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件MAC地址，因此TCP/IP寻址要实现IP地址到硬件地址的转换。

37,ARP与RARP,TCP/IPinternetlayer,38,IP地址的转换,每台主机都有一个ARP高速缓存（ARPcache），里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。

当主机或路由器要和本网络上的另一个已知IP地址的主机或路由器进行通信时，ARP协议会自动地将该IP地址解析为链路层所需要的硬件地址。

39,地址解析协议ARP,ARP协议（AddressResolutionProtocol）的功能：

IP地址映射EthernetMAC地址基本思想：

在本地内存中建立一个动态的ARP映射表；通过查表进行地址变换；当查表失败时，向全网广播ARP查询分组；目标节点自动响应；源节点根据响应信息修改ARP表。

172.16.3.1,172.16.3.2,IP:

172.16.3.2=?

IP:

172.16.3.2=Ethernet:

0800.0020.1111,IneedtheEthernetaddressof172.16.3.2.,Iheardthatbroadcast,thatisme.HereismyEthernetaddress.,40,反向地址解析协议RARP,ReverseARP协议的功能：

为EthernetMAC地址分配一个IP地址。

基本思想：

源节点启动时向全网广播RARP分组，以求获得一个IP地址；网上至少有一台RARP服务器自动响应，为源节点分配地址；源节点收到响应分组后，将IP地址记入内存。

Ethernet=0800.0020.1111IP=?

Ethernet=0800.0020.1111IP=172.16.3.5,WhatismyIPaddress?

Iheardthatbroadcast,IPaddressis172.16.3.25.,41,ARP/RARP分组格式,ARP/RARP原本是为以太网制定的，但可推广到具有广播机制的其它网络。

以下是基于以太网的TCP/IP网络上的ARP/RARP分组格式。

42,代理ARP,ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。

如果目的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要以本网络上的某个路由器作为远程主机的代理，通过ARP找到该路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。

43,互连网的路由选择,8.2.4互联网的路由选择一个TCP/IP网络通常由多个网络在网络层互连而成。

连接这些网络的设备可能是专用的路由器，也可能是多宿主机。

TCP/IP网络中的计算机节点分为两类：

1、端节点仅有一条线路连接到一个网络。

2、路由节点有两条或两条以上的线路分别连接到多个网络。

在因特网中，认为路由节点是出网的关口，故称之为网关。

所谓路由选择就是为报文分组选择一条到达目标网络的输出路径。

44,直接交付和间接交付,A,B,C,直接交付不通过路由器间接交付必须通过路由器,45,路由选择的形式,直接路由选择收发双方在同一IP网络内部无需其它路由器进行分组转发。

发方直接将IP数据报封装在物理帧内传给目的主机。

间接路由选择收发双方位于不同的IP网络中时，源主机将IP数据报封装在物理帧内送达一个路由器，路由器抽出IP分组，启动路选程序为其选择通往目标网络的路径中的下一跳路由器；IP分组再次被封装在物理帧内送达下一跳路由器；如此继续下去，直到该IP分组可以直接交付给目标主机为止。

46,注意,路由器是对网络选择路由，而不是对主机选择路由；路由器并不知道到达目标主机的完整路径，只知道要到达目标网络，下一跳应走哪一个路由器。

每个路由器中都维持着一组目标网络到下一跳路由器的映射表，称为路由表。

47,路由表,一个路由表是一组对偶的集合。

其中N为目标网络号，R为到达网络N的路径上的“下一个”路由器的入口的IP地址。

路由表中有以下三种类型的映射：

直接路由：

目标网与本路由器的某个端口直接连接，其对偶形为；间接路由：

目标网与本路由器之间还间隔有其它的路由器，其对偶形为；缺省路由：

其它情形，对偶形为。

48,IP路选算法,IP协议在主机上执行的分组交付算法：

从IP数据报首部取出目标IP地址D，计算目标网号:

子网掩码DN；ifN=本主机的IP网号then将IP数据报封装成帧直接传给目标主机else将IP数据报封装成帧传给指定的路由器（缺省网关）。

49,IP路选算法,IP协议在路由器上执行的分组交付算法：

从IP数据报首部取出目标IP地址D，计算目标网号：

子网掩码DN；根据N（D）查找路由表，确定下一跳路由器入口的IP地址R；ifR=“direct”then将IP数据报封装成帧直接从相应端口发送给Delseif路由表中包含到达N的间接路由Rthen将IP数据报封装成帧从相应端口传给指定的下一跳路由器elseif路由表中包含“default”的缺省路由Rthen将IP数据报封装成帧从缺省路由传给下一跳路由器else路选失败，报告目标主机不可到达。

50,静态路由表之例,R1的路由表,128.10.0.0,172.15.0.0,192.68.15.0,8.1.1.2,8.1.1.1,128.10.1.1,128.10.1.9,192.68.15.1,172.15.1.1,R1,R2,R2的路由表,51,8.3子网划分和超级网络聚合,8.3.1子网划分常用的IP地址被设计为由网络号和主机号构成的两级结构。

一个具有较大范围的IP地址的网络，仅按两级结构划分往往是不够的。

为了有效地利用IP地址空间，改善地址分配的灵活性，引入了三级地址结构的概念，将IP网络进一步划分为几个部分，每个部分就称为子网。

52,子网的概念,所谓子网就是在一个IP地址块上生成的逻辑网络，它用掩码从IP地址的主机部分析出一些字节作为子网的地址。

外部网络,172.16.0.0,53,划分子网的好处,更有效地利用地址空间易于管理网络：

划分管理职责减少网络拥塞提供额外的安全性,54,掩码的作用,从一个IP地址中无法直接判断它所属的网络是否进行了子网的划分。

使用掩码（mask）可以找出IP地址中的网络部分及子网部分。

IP地址（逻辑位与）掩码,主机号IP地址IP网号,55,掩码的作用,如果没有划分子网，掩码就从IP地址中的提取网络号；如果进行了子网划分，掩码就从IP地址中提取子网号。

掩码的作用：

区分网络号和主机号划分IP子网,56,标准掩码和子网化的掩码,标准的掩码IP地址网络号A类：

255.0.0.028.12.2.928.0.0.0B类：

255.255.0.0128.12.3.8128.12.0.0C类：

255.255.255.0196.56.2.66196.56.2.0子网化的掩码IP地址网络号A类：

255.255.0.028.12.2.928.12.0.0B类：

255.255.255.0128.12.3.8128.12.3.0C类：

255.255.255.192196.56.2.66196.56.2.64,57,变长的子网掩码VLSM,使用子网掩码可以从主机地址中析出一部分作为子网号，将网络细分为若干个逻辑子网，使IP地址从两极结构变为三级结构。

C类常用的子网掩码：

192、224、240、248、252。

11111111,即对标准掩码增加相应数目的1使之成为子网化的掩码，这就是变长子网掩码VLSM（VariableLengthSubnetMask）。

58,子网划分示例,例如：

使用掩码255.255.255.224进一步划分IP网络202.112.10.0。

子网地址主机的IP地址范围202.112.10.32（00100000）202.112.10.3362202.112.10.64（01000000）202.112.10.6594202.112.10.96（01100000）202.112.10.97126202.112.10.128（10000000）202.112.10.129158202.112.10.160（10100000）202.112.10.161190202.112.10.192（11000000）202.112.10.193222,22411100000B二进制数xxx有八种组合，去掉全0和全1的，剩下6种。

59,子网的规划,子网位数子网掩码子网数每一子网主机数2255.255.255.1922623255.255.255.2246304255.255.255.24014145255.255.255.2483066255.255.255.252622作业：

使用掩码255.255.224.0进一步划分B类网络168.112.0.0。

写出子网数、每一子网主机数各子网网号、子网广播地址、子网中的主机地址范围,60,子网的计算方法,首先判断给定的IP地址的类别，然后结合给定的子网掩码求出主机地址位数n1和子网地址位数n2；计算有效子网数（2n2-2）和每个子网中的有效主机数（2n1-2）；计算第一个有效子网的子网地址和子网间距：

用256与子网掩码中最右端的非零十进制数相减，得到的商即为第一个子网地址，也是各子网之间的间距值。

计算子网中的有效主机地址：

将子网地址加1即可得到子网中的第一台有效主机地址，将子网地址加子网间距再减1即可得到该子网的广播地址，子网的广播地址减1即可得到子网中的最后一台有效主机地址。

61,作业,现有一个IP网段地址202.11.10.0，要将其分割为4个逻辑子网，其中LAN1需要10台PC机、LAN2和LAN3各需要56台PC机，为了尽量节约IP地址资源，请为各子网选择适当的子网掩码，求出相应的子网号，注明各端口的IP地址、子网掩码，写出RouterA和RouterB两个路由器的路由表。

S0,S0,E0,E0,RouterB,RouterA,LAN1,E1,LAN2,LAN3,Internet,S1:

12.1.1.1,12.1.1.2,62,8.3.2超网到上世纪90年代初，因特网面临三个必须尽早解决的问题：

B类地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在1994年3月全部分配完毕！

因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。

整个IPv4的地址空间最终将全部耗尽。

因此，在VLSM的基础上又进一步研究出无分类的编址方法，即：

无类域间路由CIDR（ClasslessInter-DomainRouting）。

无类域间路由CIDR,63,CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。

CIDR使用各种长度的“网络前缀”（network-prefix）来代替分类地址中的网络号和子网号。

IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。

CIDR使用“斜线记法”（slashnotation），即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于掩码中1比特的个数）。

CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。

CIDR的两级编址,64,一个CIDR地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中原来的很多个分类地址的表项合并为一个表项。

路由聚合也称为构成超网（supernetting）。

CIDR虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。

对于/20地址块，它的掩码是20个连续的1。

斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。

路由聚合（routeaggregation）,65,CIDR地址块,64.14.32.0/20表示的地址块共有212个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的位数，所以主机号的位数是12）。

这个地址块的起始地址是64.14.32.0，结束地址是64.14.47.255。

通常，也将具有20位网络前缀的地址块简称为：

“/20地址块”。

全0和全1的主机地址一般不使用。

66,64.14.32.0/20的地址范围,01000000000011100010000000000000010000000000111000100000000000010100000000001110001000000000001001000000000011100010000000000011010000000000111000100000000001001000000000001110001011111111101110000000000011100010111111111100100000000000111000101111111111011000000000001110001011111111111010000000000011100010111111111111,6464,1414,3247,01234251252253254255,/20相当于掩码是：

11111111111111111111000000000000255.255.240.0,67,CIDR记法的其他形式,可将点分十进制中低位连续的0省略，如：

10.0.0.0/10可简写为10/1010.0.0.0/10隐含地指出IP地址10.0.0.0的掩码是255.192.0.0。

此掩码的二进制表示为：

11111111110000000000000000000000,可以将星号“*”放在网络前缀比特序列之后代表主机号，如：

0000101000*表示网络前缀为0000101000的CIDR地址块。

掩码中有10个连续的1,68,构成超网,CIDR地址块中的地址数一定是2的整数次幂。

网络前缀越短，地址块所包含的地址数就越多；反之网络前缀越长，地址块所包含的地址数就越少。

因此，网络聚合是使网络前缀变短，而划分子网是使网络前缀变长。

例如：

前缀长度不超过23bit的CIDR地址块都包含了多个C类地址。

这些C类地址合起来就构成了超网。

69,常用的CIDR地址块,70,206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26,206.0.71.0/26206.0.71.64/26,206.0.71.128/26206.0.71.192/26,CIDR地址块划分举例,一系：

512,二系：

256,三系：

128,四系：

128,206.0.70.0/24,206.0.71.0/25,206.0.71.128/25,学院206.0.68.0/22,206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25,206.0.68.0/23,ISP：

1638464个C类网络,学院：

1024,71,作业,请对下列CIDR地址块进行最大可能的聚合:

211.80.132.0/24211.80.133.0/24211.80.134.0/24211.80.135.0/24请说明以下两个地址块中，是否存在包含关系；若是请说明理由。

202.128/11和202.130.28/22,72,作业,一个自治系统有5个局域网，其连接图如下所示，LAN2至LAN5上的主机数分别为：

91、150、3和15，该自治系统分配到的IP地址块为30.138.118/23。

问题：

为了使LAN1可获得的IP地址最多，请给出每一个局域网的地址块。

在此基础上分别写出三个路由器的路由表。

73,8.4其它网际协议,TCP/IPinternetlayer,74,网际控制报文协议,TCP/IPinternetlayer,75,ICMP分组格式,ICMP分组是特殊的IP分组，使用两级封装.ICMP格式：

76,ICMP报文,ICMP报文分为两大类：

ICMP差错报告报文ICMP询问报文。

ICMP报文的前4个字节是统一的格式，共有三个字段：

即类型、代码和检验和。

接着的4个字节的内容与ICMP的类型有关。

77,ICMP差错报告报文,目标不可达源站抑制时间超过参数问题改变路由（重定向）,78,不发送ICMP