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1、Page 1,IP技术基本原理,华为公司北京分部 李雅 2006年12月,Page 2,主机 A,Hi!,主机 B,杭州,北京,WAN,Hello!,IP网络通信原理,问题：位于杭州的主机A和位于北京的主机B之间是如何通信呢？,Transmission Control Protocol/Internet Protocol是互联网上通信的标准,Page 3,课程提纲,TCP/IP协议概述以太网交换原理,Page 4,Application,Presentation,Session,Transport,Network,Data Link,Physical,Application,Transport
2、,Internet,Network Access,OSI 参考模型,TCP/IP协议栈,TCP/IP协议栈大致对应于OSI参考模型,TCP/IP协议栈,Page 5,Application,Transport,Internet,Network Access,TCP/IP协议栈,文件传输TFTP FTPNFS邮件协议SMTPPOP3IMAPWeb浏览HTTP,远程登录Telnet rlogin SSH网络管理SNMPRMON名称管理DNSWINS,应用层提供了人机交互的接口,应用层概述,Page 6,Application,Transport,Internet,Network Access,TC
3、P/IP协议栈,传输层提供了可靠和不可靠传输,传输层概述,Transmission Control Protocol(TCP)可靠传输面向连接User Datagram Protocol(UDP)不可靠传输面向非连接,Page 7,Application,Transport,Internet,Network Access,TCP/IP协议栈,网际层提供了路由寻址功能,Internet Protocol(IP)路由寻址Internet Control Message Protocol(ICMP)用于连通性测试或路由追踪Address Resolution Protocol(ARP)将IP地址映射
4、到MAC地址Reverse Address Resolution Protocol(RARP)将MAC地址映射到IP地址,网际层概述,Page 8,Application,Transport,Internet,Network Access,TCP/IP协议栈,网络访问层定义了硬件地址和数据在物理介质上的传输,Logical Link Control(LLC)定义了流量控制和错误检查等功能Media Access Control(MAC)定义了硬件地址Physical Layer定义了数据在物理介质上的传输,网络访问层概述,Page 9,主机A,Internet,主机B,数据封装过程,Appli
5、cation,Transport,Network,Data Link,Physical,Data,数据（DATA）,段（Segment）,Data,TCP/UDP Header,IP Header,包（Packet）,Data,TCP/UDP Header,Data,TCP/UDP Header,IP Header,IP Header,Data Link Header,帧（Frame）,CRC,比特（Bit）,Page 10,主机A,Internet,主机B,Data,数据（DATA）,段（Segment）,Data,TCP/UDP Header,IP Header,包（Packet）,Dat
6、a,TCP/UDP Header,帧（Frame）,比特（Bit）,数据解封装过程,Page 11,TCP的段格式,Source port(16),Destination port(16),Sequence number(32),Headerlength(4),Acknowledgement number(32),Reserved(6),Code bits(6),Window(16),Checksum(16),Urgent(16),Options(0 or 32 if any),Data(varies),Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,20Bytes,Page 12,TC
7、P的端口号,TCP,端口号,FTP,传输层,TELNET,DNS,SNMP,TFTP,SMTP,UDP,应用层,23,25,53,69,520,20,21,161,162,端口号提供了应用层到传输层的桥梁,RIP,Page 13,源端口,目的端口,主机 A,1028,23,SP,DP,主机 B,Telnet Z,目的端口是23，把数据发送到我的Telnet程序中.,TCP的端口号,Page 14,TCP三次握手建立连接,Send SYN(seq=100 ctl=SYN),SYN received,Send SYN,ACK(seq=300 ack=101 ctl=syn,ack),Establi
8、shed(seq=101 ack=301 ctl=ack),Host A,Host B,SYN received,TCP三次握手的机制是为了建立可靠的连接,Page 15,发送方,接收方,Send 1,Receive 1,Receive ACK 2,Send ACK 2,Send 2,Receive 2,Receive ACK 3,Send ACK 3,确认的机制是为了保证可靠的传输,确认,Page 16,SourcePort,Dest.Port,Sequence#,Acknowledgement#,1028,23,Source,Dest.,11,Seq.,2,Ack.,1028,23,Sou
9、rce,Dest.,10,Seq.,1,Ack.,1028,23,Source,Dest.,11,Seq.,1,Ack.,1028,23,Source,Dest.,12,Seq.,2,Ack.,A,B,1,2,3,4,TCP序列和确认号,Page 17,Window size=3Send 2,发送方,Window size=3Send 1,Window size=3Send 3,ACK 3Window size=2,Packet 3 isDropped,Window size=2Send 4,Window size=2Send 3,ACK 5Window size=2,接收方,1,2,3,4,
10、滑动窗口可以使主机更加有效地利用带宽,TCP滑动窗口,Page 18,UDP段格式,没有序列和确认字段,Source port(16),Destination port(16),Length(16),Data(if any),1,Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,Checksum(16),8Bytes,Page 19,Version(4),Destination IP Address(32),Options(0 or 32 if any),Data(varies if any),1,Bit 0,Bit 15,Bit 16,Bit 31,HeaderLength(4),Pri
11、ority&Type of Service(8),Total Length(16),Identification(16),Flags(3),Fragment offset(13),Time to live(8),Protocol(8),Header checksum(16),Source IP Address(32),20Bytes,IP包格式,Page 20,协议号提供了传输层到网际层的桥梁,TransportLayer,InternetLayer,TCP,UDP,ProtocolNumbers,IP,17,6,协议号,注：ICMP、IGMP、OSPF虽同为网际层协议，其报文也是封装在IP报
12、文里，协议号分为1、2、89,Page 21,地址解析协议ARP,IP:172.16.3.2 Ethernet:0800.0020.1111,IP:172.16.3.2=?,地址解析协议将IP地址映射到MAC地址,Page 22,ARP报文示例request,ARP请求报文广播包,Page 23,ARP报文示例reply,ARP应答报文单播包,Page 24,反向地址解析协议RARP,Ethernet:00e08e012b01,Ethernet:00e08e012b01 IP=?,反向地址解析协议将MAC地址解析为IP地址,Page 25,IP地址,IP寻址方案的分层思想网络地址记住三个私网I
13、P地址段 10.0.0.0-10.255.255.255 172.16.0.0-172.31.255.255,0,10,110,1111,1110,A类(0127),B类(128191),C类(192223),D类(224239),E类(240255),Page 26,IP地址子网划分,Page 27,子网划分 子网掩码快速进行子网划分的窍门,例：给出一个IP 主机地址范围 合法主机数？62 练习：IPIP,IP地址子网划分,Page 28,目的地址,源地址,类型,帧净载荷,帧检测序列,以太网型数据帧是所有以太网帧中应用最广泛的,Ethernet II 帧格式,Page 29,MAC地址,MA
14、C地址是48 bit二进制的地址,如：00-e0-fc-00-28-68,华为公司设备的MAC地址是以00-e0-fc开头华为3com设备的MAC地址是以00-0f-e2开头,Page 30,课程提纲,TCP/IP协议概述以太网交换原理,Page 31,以太网概述,以太网的优势：众所周知稳定的技术花费少容易学习和运行以太网及其缺陷:以太网最初是基于同轴电缆的网络中所有主机的收发都依赖于同一套物理介质，即共享介质同一时刻只能有一台主机在发送，各主机通过遵循CSMA/CD规则来保证网络的正常通讯,Page 32,冲突检测所导致的问题,共享总线的局限性冲突域,Page 33,以太网分段技术,交换机每
15、个物理端口之下是一个冲突域,Page 34,全双工 只能用于点对点两端均须支持全双工冲突检测电路关闭,半双工(CSMA/CD)同一时刻单向数据传送冲突可能性高用集线器连接,交换机,集线器,双工技术,Page 35,快速以太网IEEE 802.3u 规范千兆以太网IEEE 802.3z 规范IEEE 802.3ab 规范优点带宽达到与ATM相同的级别实现成本低于ATM技术数据链路层以上与传统以太网兼容减轻了IT从业人员的学习负担,以太网技术的发展,Page 36,帧转发的方式,存贮转发(store and forword)完整地收到帧并检查无错后才转发优点错误率低缺点转发延迟大,直通转发（cut
16、-through）交换机检测到目标地址后即转发帧优点转发延迟小缺点错误率高,Frame,Frame,Frame,Frame,Page 37,交换机的三个功能,地址学习帧的转发/过滤回路防止,Page 38,交换机的地址学习,最初开机时交换机的动态MAC地址表是空的,MAC地址表,E0,E1,E2,E3,A,B,C,D,Page 39,交换机的地址学习（续）,主机A发送数据帧给主机C交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机A的MAC地址对应端口E0 该数据帧转发到除端口E0以外的其它所有端口 未知单播帧以泛洪方式处理,E0,E1,E2,E3,D,C,B,A,MAC地址表,Page 40,交换机的地址学习（续）,主机D发送数据帧给主机C交换机通过学习数据帧的源MAC地址，记录下主机D的MAC地址对应端口E3该数据帧转发到除端口E3以外的其它所有端口 未知单播帧以泛洪方式处理,E0,E1,E2,E3,D,C,A,B,MAC地址表,Page 41,交换机的转发/过滤决定,E0,E1,E2,E3,X,X,D,C,A,B,交换机A发送数据帧给主机C在地址表中有目标主机，数据帧不会泛洪而直接转发已知单播帧以点到点的方式处理，因此可以节省交换机其它端口下的可用带宽,Page 42,Thank You,
