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1、思科与华为双厂商网络工程师课 程,第二章 TCP-IP原理和子网规划,第二章 教学目的与要求,描述TCP/IP协议与OSI参考模型描述TCP/IP协议栈各层次功能和原理描述IP地址分类和应用进行子网地址进行划分,重点和难点,TCP/UDP协议工作原理TCP的三次握手VLSMCIDR,教学内容,TCP/IP协议TCP/IP协议与OSI参考模型子网规划IP地址分类子网划分授课时间（两课时 理论课 160分钟）,TCP/IP协议参考模型,TCP/IP是20世纪70年代中期美国国防部为ARPANET开发的网络体系结构,TCP/IP协议栈,应用层,传输层,网络层,数据链路层,提供应用程序网络接口,建立端
2、到端连接,寻址和路由选择,物理介质访问,二进制数据流传输,物理层,TCP/IP协议数据封装,应用层,文件传输FTP、TFTP邮件服务SMTP、POP3网络管理SNMP、Telnet、Ping、Tracert网络服务HTTP、DNS、WINS,传输层的作用,IP层提供点到点的连接传输层提供端到端的连接,IP层：找到了这台主机！,传输层：找到了应用进程,传输层协议概述,传输层的协议,TCP（Transmission Control Protocol）传输控制协议可靠的、面向连接的协议传输效率低UDP（User Datagram Protocol）用户数据报协议不可靠的、无连接的服务传输效率高,TC
3、P的封装格式,0,15,16,31,发送TCP进程对应的端口号,目标端接收进程的端口号,0 232-1范围内，数据段标记，用于到目的端对到达包的重组,0 232-1范围内，对发送端的确认信息，告诉发送端这个序号之前的数据段都收到了,紧急指针有效位，与16位紧急指针配合使用,确认序列号有效位，表明该数据包包含确认信息,为1时，请求重新建立TCP连接,为1时，请求建立连接,为1时，数据发送完毕，请求断开连接,滑动窗口的大小，指明本地可接收数据的字节数,通知接收端立即将数据提交给用户进程，不在缓存中停留，等待更多的数据,TCP的应用,TCP的连接三次握手,发送 SYN，请求建立连接(seq=100
4、ctl=SYN),Host A,Host B,发送 SYN、ACK(seq=300 ack101 ctl=SYN、ACK),发送ACK(seq=101 ack301ctl=ACK),TCP的计时器,重传计时器为了控制丢失的数据段,Host A,Host B,开启重传计时器，等待确认,Ack,撤消重传计时器，再发送其他数据,A在重传计时器超时之前接收到ack,A在重传计时器超时之前没有接收到ack,重传数据，并将重传计时器复位,UDP的封装格式,发送端的UDP进程端口号,接收端的UDP进程端口号,包含数据的长度，可以算出数据的结束位置,UDP的差错控制（可选）,0,15,16,31,UDP的使用
5、,DNS服务器支持TCP和UDP两种协议的查询方式，而且端口都是53。大多数的查询都是UDP查询的，一般需要TCP查询的有两种情况：当查询数据较大以至于产生了数据分段，这时，需要利用TCP的分片能力来进行数据传输。当主（master）服务器和辅（slave）服务器之间数据同步通信的时候。,UDP的流控和差错控制,UDP没有流控机制UDP只有校验和来提供差错控制需要上层协议来提供差错控制：例如TFTP协议,Host A,Host B,DATA(512字节）,ACK,DATA(512字节）,TFTP协议提供分块传输、分块确认的机制，保证数据传输的可靠性,TCP/IP协议栈,FTP,IP,TFTP,
6、UDP,TCP,Telnet,SMTP,HTTP,应用层,传输层,网络层,会话层,表示层,数据链路层,Ethernet,PPP,Frame Relay,根据链路类型选择不同的协议，对上层透明,根据协议号选择应该提交给TCP还是UDP,根据端口号提交给相应的应用程序,20 21 23 25 80 69,网络层协议概述,应用层,传输层,网络层,IGMP,IP,ARP,RARP,ICMP,网络接入层,ARP协议,IP地址解析为MAC地址主机10.1.1.1想发送数据给主机10.1.1.2，检查缓存，发现没有10.1.1.2的MAC地址,10.1.1.1,10.1.1.2,10.1.1.3,10.1.
7、1.4,ARP CacheInternet Adress Physical Adress Type,ARP协议,IP地址解析为MAC地址主机10.1.1.1发送ARP广播,10.1.1.1,10.1.1.2,10.1.1.3,10.1.1.4,我需要10.1.1.2的MAC地址,ARP协议,IP地址解析为MAC地址所有主机都接收到10.1.1.1的ARP广播，但只有10.1.1.2给它一个单播回复，并缓存10.1.1.1的MAC地址,10.1.1.1,10.1.1.2,10.1.1.3,10.1.1.4,我的MAC地址是0800.0020.1111,ARP协议,IP地址解析为MAC地址主机10
8、.1.1.1将10.1.1.2的MAC地址保存到缓存中，发送数据,10.1.1.1,10.1.1.2,10.1.1.3,10.1.1.4,ARP CacheInternet Adress Physical Adress Type10.1.1.2 0800.0020.1111 Dynamic,ARP缓存的查询,在Windows操作系统中：在Cisco路由器上：R2#show ip arpProtocol Address Age(min)Hardware Addr Type InterfaceInternet 10.1.1.2-0013.c3c0.04c0 ARPA FastEthernet0/0
9、Internet 10.1.1.1 0 0013.8044.ff40 ARPA FastEthernet0/0,RARP协议,MAC地址解析为IP地址主机A需要一个IP地址，发送RARP广播,10.1.1.254,10.1.1.3,10.1.1.4,A,我需要一个IP地址，我的MAC是0800.0020.1111,RARP协议,MAC地址解析为IP地址主机10.1.1.254是分配IP地址的Server，它将给A一个回复,10.1.1.254,10.1.1.3,10.1.1.4,A,你的IP地址是10.1.1.1,代理ARP工作原理,10.1.1.1,10.1.1.2,IP地址解析为网关的接口
10、MAC地址主机10.1.1.1需要给不在同一网段的主机172.16.1.1发送数据，但是不知道它的MAC地址，因此发送ARP广播,10.1.1.254,我需要知道 172.16.1.1的MAC地址,代理ARP工作理,10.1.1.1,10.1.1.2,IP地址解析为网关的接口MAC地址网关10.1.1.254给10.1.1.1一个单播回复，将自己的接口MAC地址告诉给10.1.1.1,10.1.1.254,用我的MAC地址封装数据帧吧，我的MAC是0800.0020.2222,课程内容,IP包头的格式,20字节,版本字段，IP v4,优先级与服务类型，提供3层的QoS,IP包头部长度，因为长度
11、可变，因此需要定义,IP数据总长度,上层来的数据到IP层会被分段，这几个字段用来对数据包进行标识，使在数据到达目的端重组的时候，不会乱序,生命周期字段，经过一个路由器值减1，为0时，数据包丢弃。为了防止一个数据包在网络中无限的循环下去。,协议字段，用来标识封装的上层数据是UDP还是TCP，UDP是17，TCP是6,IP地址介绍,IP地址唯一标识一台网络设备私有IP地址,10.110.192.111,20.130.188.144,IP地址分类,（保留）,IP地址的组成,点分十进制,最大值,10101100,二进制,十进制例子,二进制例子,255,255,255,255,Network,Host,
12、1286432168421,11111111,11111111,11111111,11111111,00010000,01111010,11001100,172,16,122,1,8,9,16,17,24,25,32,1286432168421,1286432168421,1286432168421,32bits,202,255,10101100,IP地址的分类,特殊IP地址,无子网编址,无子网编址是指使用自然掩码，不对网段进行细分。比如B类网段172.16.0.0，采用255.255.0.0作为掩码。,带子网编址,B类网段172.16.0.0,172.16.8.1，255.255.255.0
13、,172.16.4.1，255.255.255.0,2进制,10进制逢10升位包含数字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 2进制逢2升位只包含数字0、1,210进制转换,10进制的8转换成2进制数是多少？因此，10进制的8转换成2进制为1000,8,2,4,2,2,2,1,0001,余数,102进制转换,2进制的1001对应10进制数是多少？因此，2进制的1001是10进制中的9,1 0 0 1,23 22 21 20,23 0 0 20 819,子网掩码的作用,子网掩码:,255.0.0.0,网络ID相同，在同一网段，可以通信,255.255.0.0,100.0.0.0,.50.20.2
14、,100.50.0.0,.20.2,A与C不在同一网段，不能通信,255.255.255.0,100.50.20.0,.2,A与C、D不在同一网段，不能通信,划分子网,划分子网的作用通过将子网掩码变长，将大的网络划分成多个小的网络,网络172.16.0.0，掩码255.255.0.0,172.16.0.0,未划分子网的IP地址,172.16.0.1,172.16.0.2,172.16.0.3,.,172.16.255.253,172.16.255.254,划分子网后的IP地址,172.16.1.0,172.16.2.0,172.16.3.0,172.16.4.0,掩码变成255.255.255
15、.0，网络划分为172.16.1.0、172.16.2.0、172.16.254.0,网络ID,变长子网掩码（VLSM）,标准长度的子网掩码：255.0.0.0 或/8255.255.0.0 或/16255.255.255.0 或/24可变长的子网掩码：128（10000000）例如：255.255.255.128 或/25192（11000000）例如：255.255.192.0 或/18224（11100000）例如：255.255.255.224 或/27240（11110000）例如：255.240.0.0 或/12248（11111000）例如：255.255.255.248 或/2
16、9252（11111100）例如：255.255.255.252 或/30,子网计算41,Other subnets,192.168.1.32,192.168.1.64,192.168.1.96,子网掩码为255.255.255.224时，可以划分的子网个数和每子网的主机数是多少？,子网计算42,网络ID可以是：,主机ID可以是：,000010001000011.11110,192.168.1.0，掩码由/24变为/27（255.255.255.224）将掩码变成2进制 224：111 00000 000 001 010 011 100 101 110 111,子网计算43,3.网络ID变成1
17、0进制：000 00000 0 001 00000 25 32 010 00000 26 64 011 00000 26+25 96 100 00000 27 128 101 00000 27+25 160 110 00000 27+26 192 111 00000 27+26+25 2244.主机ID变成10进制：00001 20 1 00010 21 2 00011 21 20 3 11110 24 23 22 21 30,子网计算44,可用的网段是：192.168.1.0192.168.1.32192.168.1.64192.168.1.96192.168.1.128192.168.1.
18、160192.168.1.192192.168.1.224,每段可用的IP地址是：192.168.1.1 192.168.1.30192.168.1.33 192.168.1.62192.168.1.65 192.168.1.94192.168.1.96 192.168.1.126192.168.1.129 192.168.1.158192.168.1.161 192.168.1.191192.168.1.193 192.168.1.222192.168.1.225 192.168.1.254,Other subnets,192.168.5.16,192.168.5.32,192.168.5.
19、48,20 个子网每子网5 台主机C类IP地址:192.168.5.0,子网规划21,应该使用的子网掩码的长度是多少？,子网规划22,2n 202m2 5m+n=8当n5时，2n32 20 m3，2m2 6 5因此，掩码为29位，255.255.255.248,变长子网掩码（VLSM）,192.168.1.32/27,192.168.1.64/27,192.168.1.96/27,192.168.1.128/27,192.168.1.160/30,192.168.1.164/30,192.168.1.168/30,192.168.1.172/30,通告192.168.1.0,ISP,ISP,无类域间路由（CIDR）,CIDR减少了路由表的规模，增了网络的可扩展性。,198.168.1.0/24,198.168.2.0/24,198.168.3.0/24,ISP,Internet,通告路由198.168.0.0/16,本章总结,TCP/IP协议栈与OSI参考模型比较TCP/IP协议栈各层主要协议介绍IP子网规划原理IP子网规划实例,
