1、第1章OSI/RM模型與TCP/IP協(xié)議體系,11 基本概念,網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間要想正確的傳送信息和數(shù)據(jù)，必須在數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞颉?shù)據(jù)的格式及內(nèi)容等方面有一個(gè)約定或規(guī)則，這種約定或規(guī)則稱為協(xié)議。 實(shí)體：能發(fā)送和接受信息的任何東西 協(xié)議：兩個(gè)實(shí)體間控制數(shù)據(jù)交換的規(guī)則集合。 語(yǔ)法：規(guī)定通信雙方“如何講”，即確定協(xié)議元素的格式。 語(yǔ)義：規(guī)定通信雙方“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型。 同步：包括速度匹配、排序和擁塞控制等，即有關(guān)事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。 。,1.2 OSI/RM參考模型,ISO標(biāo)準(zhǔn) ISO：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，專門就一些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成世界范圍的一致。 OSI：Open System I

2、nterconnection，開放系統(tǒng)互連 RM：Reference Model，參考模型 目的 使兩個(gè)不同的系統(tǒng)能夠通信，而不需要改變底層的硬件或軟件邏輯 注: ISO是一個(gè)組織，OSI是一個(gè)模型 OSI不是協(xié)議，是網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念模型,12 OSI/RM參考模型,OSI/RM的形成 。,OSI規(guī)定了可以互聯(lián)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信協(xié)議， 遵從OSI協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品都是所謂的開發(fā)系統(tǒng)， 也就是意味著可以與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián),OSI/RM層次結(jié)構(gòu) 1網(wǎng)絡(luò)分層的必要性,2OSI/RM的層次結(jié)構(gòu),7,OSI各層功能,向用戶提供接口和服務(wù),Application,Presentation,Ses

3、sion,Transport,Network,Data Link,Physical,信息轉(zhuǎn)換，包括信息壓縮、加密、與標(biāo)準(zhǔn)格式的轉(zhuǎn)換,建立、管理、中止會(huì)話,提供進(jìn)程間通信機(jī)制和保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽?路由選擇、流量控制、網(wǎng)絡(luò)互連,幀定位、檢錯(cuò)、糾錯(cuò)、流量控制、介質(zhì)訪問控制,物理介質(zhì)、機(jī)械、電氣接口,OSI/RM的層次結(jié)構(gòu),記憶方法： All People Seem To Need Data Processor Application Pressentation Session Transport Network Datalink Physical,3OSI/RM的數(shù)據(jù)封裝拆封,4OSI/RM各層的功

4、能 物理層(Physical Layer)是參考模型的最低層。該層是網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，由連接不同結(jié)點(diǎn)的電纜與設(shè)備共同構(gòu)成。主要功能是：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)傳輸并監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出錯(cuò)率，以便數(shù)據(jù)流的透明傳輸。 數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)是參考模型的第2層。主要功能是：在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以幀為單位的數(shù)據(jù)包，并采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理線路變成無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。,網(wǎng)絡(luò)層(Network Layer)是參考模型的第3層。主要功能是：為數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子

5、網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂剑约皩?shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能。 傳輸層(Transport Layer)是參考模型的第4層。主要功能是向用戶提供可靠的端到端(End-to-End)服務(wù)，處理數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題。傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，因此，它是計(jì)算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。,會(huì)話層(Session Layer)是參考模型的第5層。主要功能是：負(fù)責(zé)維護(hù)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的傳輸鏈接，以便確保點(diǎn)到點(diǎn)傳輸不中斷，以及管理數(shù)據(jù)交換等功能。 表示層(Presentation Layer)是參考模型的第6層。主要功能是：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)

6、格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。 應(yīng)用層(Application Layer)是參考模型的最高層。主要功能是：面向用戶為應(yīng)用軟件提供了很多服務(wù)，例如文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、電子郵件與其他網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)。,1.2 TCP/IP協(xié)議體系,TCP/IP是用于計(jì)算機(jī)通信的一組協(xié)議，我們通常又稱它為TCP/IP協(xié)議族。它是70年代中期美國(guó)國(guó)防部為其ARPANET廣域網(wǎng)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，以它為基礎(chǔ)組建的INTERNET是目前國(guó)際上規(guī)模最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，正因?yàn)镮NTERNET的廣泛使用，使得TCP/IP成了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。,1.2.1 TCP/IP協(xié)議體系的層次結(jié)構(gòu),1.2.2 TC

7、P/IP協(xié)議體系的協(xié)議分布,all over IP和IP over all,1.2.3 TCP/IP協(xié)議體系的數(shù)據(jù)封裝拆封,幾種常見的數(shù)據(jù)封裝結(jié)構(gòu)和信息單元名稱,1.3 IP協(xié)議,1.3.1 IP協(xié)議及特點(diǎn) IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議體系中最核心的協(xié)議，它提供不可靠、無(wú)連接的服務(wù)，也即依賴其他層的協(xié)議進(jìn)行差錯(cuò)控制。,IP協(xié)議是一個(gè)面向無(wú)連接不可靠的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，具體表現(xiàn)在： 不保證源主機(jī)發(fā)送出來(lái)的IP數(shù)據(jù)包一定無(wú)差錯(cuò)地交付到目的主機(jī)。 不保證源主機(jī)發(fā)送出來(lái)的IP數(shù)據(jù)包都在某一規(guī)定的時(shí)間內(nèi)交付到目的主機(jī)。 不保證源主機(jī)發(fā)送出來(lái)的IP數(shù)據(jù)包一定按發(fā)送時(shí)的順序交付到目的主機(jī)。 不保證源主機(jī)發(fā)送出來(lái)的I

8、P數(shù)據(jù)包不會(huì)重復(fù)交付到目的主機(jī)。 不故意丟棄IP數(shù)據(jù)包。丟棄IP數(shù)據(jù)包的情況主要是：路由器檢測(cè)出首部校驗(yàn)和有錯(cuò)誤；TTL為零；或由于網(wǎng)絡(luò)中通信量過大，路由器或目的主機(jī)中的緩存已無(wú)空閑空間。,IP首部結(jié)構(gòu),IP首部結(jié)構(gòu),首部長(zhǎng)度：以4B為單位，最大60B 服務(wù)類型：3bit優(yōu)先權(quán)，4bit tos字段，1bit未使用但必須置為 0。 tos分別為：最小時(shí)延，最大吞吐量，最高可靠性，最小費(fèi)用 總長(zhǎng)度：整個(gè)ip數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度。以字節(jié)為單位 標(biāo)志：一位保留，一位DF，一位MF 協(xié)議：上一層協(xié)議，icmp=1,igmp=2,tcp=6,udp=17 校驗(yàn)和：頭部16bit為一組，反碼求和，結(jié)果存在校驗(yàn)和處

9、 。 思考：什么是寬松源路由？什么是嚴(yán)格源路由？,1.3.2 IP地址與子網(wǎng)掩碼,IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)(網(wǎng)絡(luò)ID)和主機(jī)號(hào)(主機(jī)ID)兩個(gè)部分組成。 網(wǎng)絡(luò)號(hào)用來(lái)標(biāo)識(shí)internet中的一個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)，而主機(jī)號(hào)則用來(lái)表示該網(wǎng)絡(luò)中的某臺(tái)主機(jī)，而子網(wǎng)掩碼就是用來(lái)標(biāo)示IP地址中哪些位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，哪些位是主機(jī)號(hào)。,網(wǎng)絡(luò)ID、主機(jī)ID示例,1IP地址的分類,2特殊的IP地址,網(wǎng)絡(luò)地址：網(wǎng)絡(luò)地址包含了一個(gè)有效的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和一個(gè)全“0”的主機(jī)號(hào)。例如，地址，子網(wǎng)掩碼為，就表示該網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址，而一個(gè)具有IP地址為、子網(wǎng)掩碼為255.255.255

10、.0的主機(jī)所處的網(wǎng)絡(luò)地址為，它是一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)，其主機(jī)號(hào)為2。 廣播地址：當(dāng)一個(gè)設(shè)備向網(wǎng)絡(luò)上所有的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就產(chǎn)生了廣播。為了使網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備能夠注意到這樣一個(gè)廣播，必須使用一個(gè)可進(jìn)行識(shí)別和偵聽的IP地址。通常，這樣的IP地址以全“1”結(jié)尾。IP廣播有兩種形式，一種叫直接廣播，另一種叫有限廣播。,回送地址：又稱為環(huán)回地址（loopback地址），A類網(wǎng)絡(luò)地址是一個(gè)保留地址，用于網(wǎng)絡(luò)軟件測(cè)試以及本地機(jī)器進(jìn)程間通信。無(wú)論什么程序，一旦使用回送地址發(fā)送數(shù)據(jù)，協(xié)議軟件不進(jìn)行任何網(wǎng)絡(luò)傳輸，立即將之返回。因此，含有網(wǎng)絡(luò)號(hào)127的數(shù)據(jù)報(bào)不可能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上。

11、 私有地址：又稱為專用網(wǎng)絡(luò)地址、內(nèi)部地址，地址范圍為55，55，55都屬于私有地址，這些地址被大量用于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，都是可以隨意使用的IP地址，而不需要向IP地址分配機(jī)構(gòu)進(jìn)行申請(qǐng)和付費(fèi)。這也在一定程度上解決了IP地址不夠分配的問題，使用私有地址的私有網(wǎng)絡(luò)在接入Internet時(shí)，要使用地址翻譯 (NAT)，將私有地址翻譯成公用合法地址，在Internet上，這類私有IP地址是不能出現(xiàn)的。,3子網(wǎng)劃分,當(dāng)一個(gè)組織申請(qǐng)了一段IP地址后，可能需要對(duì)IP地址進(jìn)行進(jìn)一步的

12、子網(wǎng)劃分。例如，某個(gè)規(guī)模較大的公司申請(qǐng)了一個(gè)B類IP地址，如果采用B類標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼而不進(jìn)一步劃分子網(wǎng)，那么網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)（最多共65534臺(tái)）都將處于同一個(gè)直接廣播范圍內(nèi)或有限廣播范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)中充斥的大量廣播數(shù)據(jù)包將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)最終不可用。 解決方案是進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分。非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分的策略是借用主機(jī)號(hào)的一部分充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)號(hào)。具體方法是采用新的、非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼，而不采用默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)掩碼。,C類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分示例,B類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)劃分示例,4VLSM,VLSM（Variable Length Subnet Mask，可變

13、長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼），規(guī)定了如何在一個(gè)進(jìn)行了子網(wǎng)劃分的網(wǎng)絡(luò)中的不同部分使用不同的子網(wǎng)掩碼。這對(duì)于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不同網(wǎng)段需要不同大小子網(wǎng)的情形來(lái)說非常有效。 VLSM實(shí)際上是一種多級(jí)子網(wǎng)劃分技術(shù)。,VLSM 示例,5CIDR,在分配IP地址段時(shí)也不再按照有類網(wǎng)絡(luò)地址的類別進(jìn)行分配，而是將IP網(wǎng)絡(luò)地址空間看成是一個(gè)整體，并劃分成連續(xù)的地址塊。 CIDR可以用來(lái)做IP地址匯總（或稱超網(wǎng)、子網(wǎng)匯聚）。在未作地址匯總之前，路由器需要對(duì)外申明所有的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)IP地址空間段。,CIDR 示例,6IPV6,IPv6具有更大的地址空間。IPv4中規(guī)定IP地址長(zhǎng)度為32，即有232-1個(gè)地址；而IPv6中IP地址的長(zhǎng)度為128，

14、即有2128-1個(gè)地址。 IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一開始就遵循聚類（Aggregation）的原則，這使得路由器能在路由表中用一條記錄（Entry）表示一片子網(wǎng)，大大減小了路由器中路由表的表目項(xiàng)數(shù)量，提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的速度。,IPv6增加了增強(qiáng)的組播（Multicast）支持以及對(duì)流的支持（Flow Control），這使得網(wǎng)絡(luò)上的多媒體應(yīng)用有了長(zhǎng)足發(fā)展的機(jī)會(huì)，為服務(wù)質(zhì)量（QOS，Quality of Service）控制提供了良好的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。 IPv6加入了對(duì)自動(dòng)配置（Auto Configuration）的支持。這是對(duì)DHCP協(xié)議的改進(jìn)和擴(kuò)展，使得網(wǎng)絡(luò)（尤其是局域

15、網(wǎng)）的管理更加方便和快捷。 IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6網(wǎng)絡(luò)中用戶可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并對(duì)IP報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)，極大的增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的安全性。,1.5 ARP協(xié)議和ICMP協(xié)議,1.5.1 ARP協(xié)議 1ARP協(xié)議簡(jiǎn)介 ARP協(xié)議是“Address Resolution Protocol”（地址解析協(xié)議）的縮寫。所謂“地址解析”就是主機(jī)在發(fā)送幀前需要將目的IP地址轉(zhuǎn)換成目的MAC地址的過程。ARP協(xié)議的基本功能就是通過目的計(jì)算機(jī)的IP地址，查詢目的計(jì)算機(jī)的MAC地址，以保證通信的順利進(jìn)行。,2ARP工作過程,3ARP報(bào)文格式,4ARP緩沖區(qū),ARP命令,MAC地址綁定 arp s A

16、rp 緩存清空 arp d arp 緩存查看 arp -a,1.5.2 ICMP協(xié)議,1ICMP協(xié)議簡(jiǎn)介 IP協(xié)議是一種不可靠的協(xié)議，無(wú)法進(jìn)行差錯(cuò)控制。但I(xiàn)P協(xié)議可以借助其他協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能，如ICMP（Internet Control Messages Protocol，網(wǎng)間控制報(bào)文協(xié)議）。 ICMP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議集中的一個(gè)子協(xié)議，屬于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，主要用于在主機(jī)與路由器之間傳遞控制信息，控制消息是指網(wǎng)絡(luò)通不通、主機(jī)是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。這些控制消息雖然并不傳輸用戶數(shù)據(jù)，但是對(duì)于用戶數(shù)據(jù)的傳遞起著重要的作用。當(dāng)遇到IP數(shù)據(jù)包無(wú)法訪問目標(biāo)、IP路由器無(wú)法按當(dāng)前的傳輸速

17、率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等情況時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)送ICMP消息。,ICMP協(xié)議,類型：兩大類：差錯(cuò)報(bào)告和查詢 目的站不可達(dá)： 源站抑制： 時(shí)間超過：代碼0由路由器使用，應(yīng)用如tracert程序;代碼1由主機(jī)使用 ，主機(jī)收到第一個(gè)分片時(shí)啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，規(guī)定時(shí)間未收到所有分片，丟棄 分片，向源發(fā)送時(shí)間超過報(bào)文 參數(shù)問題： 改變路由：路由重定向 注：改變路由報(bào)文與其他報(bào)文不同，此情況不丟棄數(shù)據(jù)報(bào) 怎樣避免路由重定向？,2ICMP報(bào)文格式,3常見的ICMP報(bào)文,響應(yīng)請(qǐng)求 目標(biāo)不可到達(dá)、源抑制和超時(shí)報(bào)文 時(shí)間戳,1.4 TCP協(xié)議和UDP協(xié)議,1.4.1 TCP協(xié)議 傳輸控制協(xié)議（Transmission Control P

18、rotocol，TCP）是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，該協(xié)議主要用于在主機(jī)間建立一個(gè)虛擬連接，以實(shí)現(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)包交換。,1TCP段頭結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),源端口和目的端口,TCP段頭結(jié)構(gòu),端口：065535，主要分為三類 1）公認(rèn)端口（Well Known Ports）：0到1023，它們緊密綁定于一些服務(wù)。通常這些端口的通訊明確表明了某種服務(wù)的協(xié)議。 例如：80端口實(shí)際上總是HTTP通訊。 2）注冊(cè)端口（Registered Ports）：1024到49151。它們松散地綁定于一些服務(wù)。也就是說有許多服務(wù)綁定于這些端口，這些端口同樣用于許多其它目的。例如：許多系統(tǒng)處 理動(dòng)態(tài)

19、端口從1024左右開始。 3）動(dòng)態(tài)和/或私有端口（Dynamic and/or Private Ports）：49152到65535。理論上，不應(yīng)為服務(wù)分配這些端口。實(shí)際上，機(jī)器通常從1024起分配動(dòng)態(tài)端口。,TCP段頭結(jié)構(gòu),序號(hào)字段占4字節(jié)。TCP連接中傳送的數(shù)據(jù)流中的每一個(gè)字節(jié)都編上一個(gè)序號(hào)。序號(hào)字段的值則指的是本報(bào)文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 確認(rèn)號(hào)字段占4字節(jié)，是期望收到對(duì)方的下一個(gè)報(bào)文段的數(shù)據(jù)的一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。 數(shù)據(jù)偏移占4bit，它指出TCP報(bào)文段的數(shù)據(jù)起始處距離 CP報(bào)文段的起始處有多遠(yuǎn)?！皵?shù)據(jù)偏移”的單位不是字節(jié)而是32bit字（4字節(jié)為計(jì)算單位）。 窗口字段占2字節(jié)。窗口字段用來(lái)控制對(duì)方發(fā)送的數(shù)據(jù)量，單位為字節(jié)。TCP連接的一端根據(jù)設(shè)置的緩存空間大小確定自己的接收窗口大小，然后通知對(duì)方以確定對(duì)方的發(fā)送窗口的上限。 檢驗(yàn)和占2字節(jié)。檢驗(yàn)和字段檢驗(yàn)的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)，要在TCP報(bào)文段的前面加上12字節(jié)的偽首部。 緊急指針字段占16bit。緊急指針指出在本報(bào)文段中的緊急數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)。,TCP段頭結(jié)構(gòu),選項(xiàng)字段長(zhǎng)度可變。TCP首部可以有多達(dá)40字節(jié)的可選信息，用于把附加信息傳遞給終點(diǎn)，或用來(lái)對(duì)齊其它選項(xiàng) 保留字段占6bit，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為0。 緊急比特URG當(dāng)U