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1、Internet网络系统与实践第二讲,教学内容：第二章 Internet体系结构,教学要求：掌握：TCP/IP分层模型；IP地址的格式、分类及其作用；TCP与IP协议及其协同工作的基本概念、Internet域名体系的基本内容。理解：从Ipv4到Ipv6的发展了解：域名服务器软件的安装与设置。,教学课时：8课时,责任教师：孙继荣,第二讲主要内容,TCP/IP分层模型IP地址域名系统IP协议TCP协议Ipv6新一代互连网络协议,1.TCP/IP分层模型,计算机网络是由多种计算机和各类终端通过通信线路连接起来的复合系统。在这个系统中，由于计算机型号不一，终端类型各异，加之线路类型、连接方式、同步方式
2、、通信方式的不同，给网络中各结点的通信带来许多不便。由于在不同计算机系统之间，真正以协同方式进行通信的任务是十分复杂的。为了完成两个计算机系统之间的数据交换而必须遵守的一系列规则和约定称为通信协议。为了设计这样复杂的计算机网络，早在最初的ARPANET设计时即提出了分层的方法。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部总是比较易于研究和处理。,1.TCP/IP分层模型,（1）各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层间的接口（即界面）所提供的服务。由于每一层只实现一种相对独立的功能，因而可将一个难以处理的复杂问题分解为若干个较容
3、易处理的更小一些的问题。这样，整个问题的复杂程度就下降了。（2）灵活性好。当任何一层发生变化时（例如技术的变化），只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。（3）结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。（4）易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大而又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。（5）能促进标准化工作，因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。,网络协议的层次结构：“层内功能内聚，层间耦合松散”,1.TCP/IP分层模型,OSI开放系统互连参考模型将整个网络的通信功能划分成七个层次，每个层次完成不同的功能。
4、这七层由低层至高层分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。,ISO/OSI参考模型,1.TCP/IP分层模型,ISO/OSI参考模型,1.物理层传输数据的单位是比特。物理层不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体是什么，物理层的作用是尽可能的屏蔽这些差异，对它的高层即数据链路层提供统一的服务。所以物理层主要关心的是在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流。,2.数据链路层传输数据的单位是帧，数据链路层的主要作用是通过数据链路层协议（即链路控制规程），在不太可靠的物理链路上实现可靠的数据传输。,3.网络层传送的数据单位是报文分组或包。在计算机网络中进行通信的
5、两个计算机之间可能要经过许多个结点和链路，也可能还要经过好几个路由器所连接的通信子网。网络层的任务就是要选择最佳的路由，使发送站的运输层所传下来的报文能够正确无误地按照目的地址找到目的站，并交付给目的站的运输层，即完成寻址功能。,1.TCP/IP分层模型,ISO/OSI参考模型,4.运输层正好是七层的中间一层，是通信子网和资源子网的分界线，它屏蔽底层的不同，使高层用户感觉不到通信子网的存在。运输层信息的传送单位是报文。运输层的基本功能是从会话层接收数据报文，当所发送的报文较长时，把它分割成若干个报文分组，然后再交给它的下一层（即网络层）进行传输。另外，这一层还负责报文错误的确认和恢复，以确保信
6、息的可靠传递。,5.会话层对传输的报文提供同步服务,6.表示层把所传送的数据的抽象语法变换为传送语法,7.应用层直接面向用户，为用户提供应用的接口,1.TCP/IP分层模型,TCP/IP参考模型,TCP/IP体系共分成四个层次。它们分别是：网络接口层、网络层、运输层和应用层。,在当今Internet网络，TCP/IP已经得到了广泛的应用，如果计算机要上互连网，或局域网要使用Internet技术就必须安装TCP/IP协议。TCP/IP协议已经成为目前网络的协议代名词。,TCP:Transmission Control Protocol 传输控制协议，负责数据从端到端的传输。IP：Internet
7、 Protocol，网络互联协议，负责网络互联,1.TCP/IP分层模型,ISO/OSI参考模型,1网络接口层网络接口层与OSI参考模型的数据链路层和物理层相对应，它不是TCP/IP协议的一部分，但它是TCP/IP赖以存在的与各种通信网之间的接口，所以，TCP/IP对网络接口层并没有给出具体的规定。,1.TCP/IP分层模型,2网络层 网络层有四个主要的协议：网际协议IP、Internet控制报文协议ICMP、地址解析协议APR和逆地址解析协议RARP。网络层的主要功能是使主机可以把分组发往任何网络并使分组独立地传向目标（可能经由不同的网络）。这些分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，因此如果需
8、要按顺序发送及接收时，高层必须对分组排序。这就象一个人邮寄一封信，不管他准备邮寄到哪个国家，他仅需要把信投入邮箱，这封信最终会到达目的地。这封信可能会经过很多的国家，每个国家可能有不同的邮件投递规则，但这对用户是透明的，用户是不必知道这些投递规则。另外，网络层的网际协议IP的基本功能是：无连接的数据报传送和数据报的路由选择，即IP协议提供主机间不可靠的、无连接数据报传送。互连网控制报文协议ICMP提供的服务有：测试目的地的可达性和状态、报文不可达的目的地、数据报的流量控制、路由器路由改变请求等。地址转换协议ARP的任务是查找与给定IP地址相对应主机的网络物理地址。反向地址转换协议RARP主要解
9、决物理网络地址到IP地址的转换。,3运输层TCP/IP的运输层提供了两个主要的协议，即传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP，它的功能是使源主机和目的主机的对等实体之间可以进行会话。其中TCP是面向连接的协议。所谓连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。面向连接服务具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。在传送数据时是按序传送的。用户数据协议是无连接的服务。在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进
10、行分配。无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的（即处于激活态）。当发送端的实体正在进行发送时，它才必须是活跃的。无连接服务的优点是灵活方便和比较迅速。但无连接服务不能防止报文的丢失、重复或失序。无连接服务特别适合于传送少量零星的报文。4应用层在TCP/IP体系结构中并没有OSI的会话层和表示层，TCP/IP把它都归结到应用层。所以，应用层包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（TELNET）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传送协议（SMTP）和域名服务（DNS）等等。,1.TCP/IP分层模型,客户机/服务器模式：应用程序之间为了能顺利的进行通信，一方通常需要处于守候状态，等
11、待另一方请求的到来。这种一个应用程序被动的等待，而另一个应用程序通过请求启动通信的模式就是客户机/服务器模式。客户和服务器分别指两个应用程序。,2.IP地址,IP地址：IP协议要求在每次与TCP/IP网络建立连接时，每台主机都必须为这个连接分配一个唯一的32位地址，因为在这个32位IP地址中，不但可以用来识别某一台主机，而且还隐含着网际间的路由信息。,IP地址格式：（1）共32位比特长，分为两部分：IP地址 网络标识部分 主机标识部分（2）共有五类IP地址：,2.IP地址,IP地址采用点分十进制方式记录，每个地址被表示成为4个以小数点隔开的十进制整数，每个整数对应一个字节。,2.IP地址,IP
12、地址采用点分十进制方式记录，每个地址被表示成为4个以小数点隔开的十进制整数，每个整数对应一个字节。,课堂练习：说明以下几个地址的类型、网络地址、主机地址？,点分十进制,特殊IP地址：,直接广播地址：TCP/IP协议规定，主机号部分各位全为1的IP地址用于广播。所谓广播地址指同时向网上所有的主机发送报文，也就是说，不管物理网络特性如何，Internet网支持广播传输。如136.78.255.255就是B类地址中的一个广播地址，你将信息送到此地址，就是将信息送给网络号为136.78的所有主机。,有限广播地址：有时需要在本网内广播，但又不知道本网的网络号时，TCP/IP协议规定32比特全为1的IP地
13、址用于本网广播，即。,“0”地址：TCP/IP协议规定，主机号各位全为0的网络号被解释成“本网络”。若主机试图在本网内通信，但又不知道本网的网络号，那么，可以利用“0”地址。,回送地址（环回地址）：A类网络地址的第一段十进制数值为127是一个保留地址，如用于网络软件测试以及本地机进程间通信。,也就是说，网络地址和主机地址还要排除全“1”和全“0”这两个特殊地址。,2.IP地址,2.IP地址,（2）子网是指在一个IP地址上生成的逻辑网络，它使用源于单个IP地址的IP寻址方案，把一个网络分成多个子网，要求每个子网使用不同的网络ID，通过把主机号（主机ID）分成两个部分，为每个子网生成唯一的网络ID
14、。一部分用于标识作为唯一网络的子网，另一部分用于标识子网中的主机。,子网及子网掩码：,（1）划分子网的目的 将一个物理网再分成几个更小的子网来使用，以分解IP地址的紧张。,（3）子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络ID和主机ID；用来将网络分割为多个子网；判断目的主机的IP地址是在本局域网还是在远程网。在TCP/IP网络上的每一个主机都要求有子网掩码。这样当TCP/IP网络上的主机相互通信时，就可用子网掩码来判断这些主机是否在相同的网段内。子网掩码是个32位的值，其中值为1的位留给网络号与子网号，值为0的留给主机号。应用中也采用点分十进制表示。用它来帮助确定IP地址网络
15、号。类默认子网掩码：A类为 255.M.0.0;B类为 255.255.M.0;C类为。,2.IP地址,子网及子网掩码：,B类地址,子网掩码的意义：指出网络地址和主机地址的分界线,10,net-id,host-id,增加了子网号字段,10,net-id,subnet-id host-id,本地分配,子网号,主机号,子网掩码,1111111111 11111111 111111 0000000000,子网,（1）划分子网的目的 将一个物理网再分成几个更小的子网来使用，以分解IP地址的紧张。（2）子网掩码是个32位的值，其中值为1的位留给网络号与子网号，值为0的留给主机号。应用中也采用点分十进制表
16、示。用它来帮助确定IP地址网络号。类默认子网掩码：A类为 255.M.0.0;B类为 255.255.M.0;C类为。如B类地址的子网掩码为：，则表示其中前16位为网络号，中间8位为子网号，最后8位为0，是主机号。如某C类地址的子网掩码为：，则表示前24位为网络号，后8位中的高2位为子网号，低6位为主机号。,B类：255.255.255.0,问题：这个B类地址最多可以分配出几个主机地址？（254）B类：255.255.255.128,问题：这个B类地址最多可以分配出几个主机地址？（126）C类：.192,问题：这个C类地址最多可以分配出几个主机地址？（26-2=62）,结论：子网分的越多越细，
17、浪费的IP地址就越多。每个子网中还有全0和全1的地址不能用（作为子网内的广播地址与网络地址）。,合理设计网络IP地址分配,在设计IP地址方案之前，应考虑以下几个问题：A、是否将网络连入Internet？RFC1918中定义：非Internet连接的网络地址，称为“专用Internet地址分配”。RFC1918规定了不想连入Internet的IP地址分配指导原则。由Internet地址授权机构(IANA)控制IP地址分配方案中，留出了三类网络号，给不连到Internet上的专用网用，分别用于A，B和C类IP网，具体如下：IANA保证这些网络号不会分配给连到Internet上的任何网络，因此任何人
18、都可以自由的选择这些网络地址作为自己的网络地址。B、是否将网络划分为若干网段以方便网络管理？如果计划将网络连入Internet，则需要向ISP申请一个网络地址。然后根据需要分成几个子网。C、是采用静态IP地址分配还是动态IP地址分配？静态地址分配：每台机器固定好IP地址后不再改变。动态地址分配：每台机器的IP地址随机分配，需要有动态分配服务器（DHCP服务）来分配。,3.域名系统,3.域名系统,链路层物理地址；网络层IP地址；应用层域名 物理地址IP地址之间转换用 ARP地址解析协议；域名IP地址之间转换 用域名解析(DNS)系统,域名由一些字母、数字以及连字符构成，字母不分大小写，整个地址的
19、长度不超过255个字符。在整个Internet中，域名也是惟一的。一个完整的域名最多可包括五个子域名，各个域名之间用“.”分隔，如：。域名系统要解决主机命名、主机域名管理、主机域名与IP地址映射等问题。,3.域名系统,3.域名系统,域的分层与表示：root最高层（国家域名）子域（组织名）子域主机 域名从右到左依次为：顶级域名、二级域名、三极域名等域名解析系统：采用客户/服务器模式（Client/Server模式）客户端是解析器（Resolvers）程序，负责查询名字服务器，解释从服务器传回的响应，将信息返回给请求方。服务器端也称为名字服务器，保存着部分域名空间的完整信息。域名解析自上而下进行，
20、从根服务器开始直到叶上的服务器,美国的Internet的最高域名是组织类型代码。基本的组织类型代码有以下七种：int国际组织com商业组织edu教育组织gov政府组织mil军事组织org非商业组织net网络组织,3.域名系统,中国的第二级域名类型有：edu教育机构com公司gov政府机构org非盈利组织 edu大学、研究所内的学术机构bj北京地区tj天津地区sh上海地区wh武汉市,返回本节,3.域名系统,3.域名系统,4.IP协议,IP 协议是/IP协议中最主要的一个协议。互联网是使用路由器将大大小小的异构网络连接在以前的一个复杂网络，由于不同类型网络的帧格式不尽相同，给两个网络之间的通信造成
21、了障碍。为了克服这个困难，互联网IP协议中规定了一个新的包类型，这就是IP数据报。IP数据报也叫IP分组，它是以无连接方式通过网络传输的，在源发主机和目的主机以及经过的每个路由器中，网络层都使用始终如一的IP协议和不变的IP分组格式。IP分组作为Internet的基本传送单元，分为分组头和数据信息，在分组头中包含源站和目的站地址。IP分组头的长度为4个字节的整数倍。,4.IP协议,4.IP协议,IP协议工作原理：（1）发送：IP接收由运输层发来的包发送请求，其中包含有要到达的主机的IP地址，如果包的长度超过了物理链路层协议所允许的范围，IP将对包分段，在每个段（包）加上IP头，IP头包含了源端
22、和目的端的IP地址和其他控制字段。需要时，则使用ARP去查找目标的物理地址；或由IP将不同网络或子网的包根据路由表简单地沿路径传输到下一个路由器。（2）接收：对于接收到的数据，IP层把从链路层所接收到的每一个包的IP头去掉，在需要时，IP层利用IP头中的段标识号和偏移量将段重组成包。,5.TCP协议,传输控制协议TCP协议主要任务是进行错误纠正和连接的管理，还提供如设置滑动窗口的尺寸的流量控制功能。1.三方握手原则：在每次建立与拆除连接时，都要在收发双方间交换三个报文，以确保运输层的传输可靠性。2.虚拟连接（面向连接）：运输层通过软件实现的面向连接也称为是一种虚拟连接。3.TCP是全双工的，数
23、据能在两个方向上同时传送。4.无错误传输：TCP注意检测和替换损坏或丢失的数据报，并且丢弃重复的数据报以确保有效的数据传送给目的端。,5.TCP协议,TCP报文格式：,5.TCP协议,第一行：包含了TCP的端口号和IP地址，该端口号标识了位于连接端相应的应用程序。一个应用对应一个端口号。第二行：是指发送包的编号。便于通信控制和两端计算机的重新装配。第三行：说明期待传送的数据报的编号，对应对方发过来的应答信息，是发送信息的时候捎带过去的。,TCP报文格式：,端口：TCP使用了与应用层接口处的端口与上层的应用进程进行通信。应用层的各种进程是通过相应的端口才能与运输实体进行交互。,TCP,IP,网际层,运输层,应用层,RPC,SNMP,TFTP,SMTP,FTP,TELNET,（）,（）,（）,（）,（）,（）,111 161 69 25 21 23,熟知端口,端口号是一个16位的数，165535,6.Ipv6新一代互连网络协议,IPv6出现的迫切性：1.IP地址空间危机2.Internet上日益增加的各种新的应用需求，如：实时语音、视频和图像通信等。3.安全问题,IP的未来 IP地址 长度：32位 128位,
