網(wǎng)絡(luò)工程師講義

1、網(wǎng)絡(luò)工程師講義網(wǎng)絡(luò)工程師講義TCP/IP基礎(chǔ)講義 網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇主要內(nèi)容 TCP/IP分層模型 網(wǎng)際協(xié)議中的IP地址網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇一一.TCP/IP.TCP/IP分層模型分層模型1.1 分層概念的出現(xiàn) 怎樣統(tǒng)一管理計算機網(wǎng)絡(luò)？為了說明這一點，怎樣統(tǒng)一管理計算機網(wǎng)絡(luò)？為了說明這一點， 可可以設(shè)想一個最簡單的情況：連接在網(wǎng)路上的兩臺計算機要以設(shè)想一個最簡單的情況：連接在網(wǎng)路上的兩臺計算機要相互傳送文件，需要完成哪些工作才能進行呢？相互傳送文件，需要完成哪些工作才能進行呢？網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇至少要完成以下工作 兩臺計算機之間必須有一條傳送數(shù)據(jù)的通路 發(fā)起通信的計算機必須將數(shù)據(jù)通信的通路

2、進行激活 要告訴網(wǎng)絡(luò)如何識別接受數(shù)據(jù)的計算機 發(fā)起通信的計算機必須知道，接受數(shù)據(jù)的計算機是否已經(jīng)準備好接受數(shù)據(jù)的工作 對出現(xiàn)的各種差錯和以外事故，如數(shù)據(jù)傳送錯誤，重復或丟失，網(wǎng)絡(luò)中某個節(jié)點出故障，應當有可靠的措施保證對方計算機最終能夠收到正確的數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇 為了設(shè)計這樣復雜的計算機網(wǎng)絡(luò)，自然就出現(xiàn)了分層的方法?！胺謱印笨蓪嫶蠖鴱碗s的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇1.2 OSI1.2 OSI七層模型七層模型 OSI（Open system interconnection)中文名：開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，這是中文名：開放

3、系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，這是ISO（國際標準（國際標準 化組織）的一個專門機構(gòu)提出的網(wǎng)絡(luò)標準模化組織）的一個專門機構(gòu)提出的網(wǎng)絡(luò)標準模 型。型。 7 應用層 Application Layer6 表示層 Present Layer5 會話層 Semission Layer4 傳輸層 Transport Layer3 網(wǎng)絡(luò)層 Internet Layer2 數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer1 物理層 Physical Layer網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇物理層：透明的傳輸比特流。即對比特流的傳送不加控制，它要：透明的傳輸比特流。即對比特流的傳送不加控制，它要考慮的是多大的電壓表示考慮的是多大的電壓表

4、示“1”和和“0”。數(shù)據(jù)鏈路層：在兩個相連的節(jié)點間的線路上無差錯的傳送以幀為：在兩個相連的節(jié)點間的線路上無差錯的傳送以幀為 單位的數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層就把一條有可能出差錯的實際鏈單位的數(shù)據(jù)。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層就把一條有可能出差錯的實際鏈路，轉(zhuǎn)變成讓網(wǎng)絡(luò)層向下看起來好像是一條不出差錯的鏈路。路，轉(zhuǎn)變成讓網(wǎng)絡(luò)層向下看起來好像是一條不出差錯的鏈路。網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳送的單位是分組或包。其任務就是要選擇網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳送的單位是分組或包。其任務就是要選擇合適的路由，正確無誤的按照地址找到目的站，這就是網(wǎng)絡(luò)層的合適的路由，正確無誤的按照地址找到目的站，這就是網(wǎng)絡(luò)層的尋址功能。尋址功能。運輸層：該層傳送的數(shù)

5、據(jù)單位是報文。其任務最佳的利用網(wǎng)絡(luò)資該層傳送的數(shù)據(jù)單位是報文。其任務最佳的利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠和經(jīng)濟的方式，為兩端主機的進程之間，建立一條源，并以可靠和經(jīng)濟的方式，為兩端主機的進程之間，建立一條運輸連接。或者說，運輸層相上一層進行通信的兩個進程之間提運輸連接?；蛘哒f，運輸層相上一層進行通信的兩個進程之間提供一個可靠的端到端的服務，使它們看不到運輸層一下的數(shù)據(jù)通供一個可靠的端到端的服務，使它們看不到運輸層一下的數(shù)據(jù)通信細節(jié)。信細節(jié)。網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇 OSIOSI從一張白紙開始，試圖達到一種理想境界，即全世從一張白紙開始，試圖達到一種理想境界，即全世界的計算機網(wǎng)絡(luò)都遵循這一統(tǒng)一的標準，因而全

6、世界的計界的計算機網(wǎng)絡(luò)都遵循這一統(tǒng)一的標準，因而全世界的計算機都能夠很方便的進行互聯(lián)和交換數(shù)據(jù)，但是算機都能夠很方便的進行互聯(lián)和交換數(shù)據(jù)，但是OSIOSI事與事與愿違的失敗了。愿違的失敗了。 OSIOSI失敗的原因可以歸結(jié)為：失敗的原因可以歸結(jié)為： 1.OSI1.OSI專家們?nèi)狈嶋H經(jīng)驗，完成專家們?nèi)狈嶋H經(jīng)驗，完成OSIOSI標準時沒有商標準時沒有商 業(yè)驅(qū)動力業(yè)驅(qū)動力 2.OSI2.OSI的協(xié)議實現(xiàn)過分復雜，而且運行效率低的協(xié)議實現(xiàn)過分復雜，而且運行效率低 3.OSI3.OSI的層次劃分不太合理，有些功能在多個層次的層次劃分不太合理，有些功能在多個層次 重復出現(xiàn)重復出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇1

7、.3 TCP/IP1.3 TCP/IP分層模型分層模型 由于由于InternetInternet已經(jīng)得到了全世界的承認，因此已經(jīng)得到了全世界的承認，因此InternetInternet所使用的所使用的TCP/IPTCP/IP體系在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域就占有特殊重要的體系在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域就占有特殊重要的地位。地位。 TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol) 中文譯名：傳輸控制協(xié)議中文譯名：傳輸控制協(xié)議/ /網(wǎng)際協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議 TCP/IPTCP/IP實際上是一個協(xié)議族，而不僅僅是上面所說的那兩個。實際上是一個協(xié)議族，而不僅僅是上面所說

8、的那兩個。網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇兩種分層模型對照 OSI TCP/IP應用層 Application Layer表示層 Present Layer會話層 Semission Layer傳輸層 Transport Layer網(wǎng)絡(luò)層 Internet Layer數(shù)據(jù)鏈路層 Data Link Layer物理層 Physical Layer應用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇TCP/IP中各層的主要功能中各層的主要功能網(wǎng)絡(luò)接口層：網(wǎng)絡(luò)接口層：通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機中對通常包括操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動程序和計算機中對 應的網(wǎng)絡(luò)接口卡。它們一起處理與電纜（或其他任何應的網(wǎng)絡(luò)接口卡

9、。它們一起處理與電纜（或其他任何 傳輸媒介）的物理接口細節(jié)。傳輸媒介）的物理接口細節(jié)。網(wǎng)際層：網(wǎng)際層：InternetInternet協(xié)議將數(shù)據(jù)包封裝成協(xié)議將數(shù)據(jù)包封裝成InternetInternet數(shù)據(jù)包并運行必數(shù)據(jù)包并運行必 要的路由算法。要的路由算法。 傳輸層：傳輸層：為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信。為兩臺主機上的應用程序提供端到端的通信。 應用層：應用層：在模型的頂部是應用層。本層是應用程序進入網(wǎng)絡(luò)的通在模型的頂部是應用層。本層是應用程序進入網(wǎng)絡(luò)的通 道，負責處理應用程序細節(jié)。道，負責處理應用程序細節(jié)。 網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇模擬數(shù)據(jù)在各層的傳輸過程 計算機計算機1 計算機計算

10、機243211234AP1AP2物理傳輸媒體應用程序數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)部分H4H3數(shù)據(jù)部分H2數(shù)據(jù)部分101011比特流010111網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇對等層對等層 雖然數(shù)據(jù)要經(jīng)過復雜的過程才能夠送到對方的應用雖然數(shù)據(jù)要經(jīng)過復雜的過程才能夠送到對方的應用進程，但這些復雜的過程對用戶來說，卻都被屏蔽進程，但這些復雜的過程對用戶來說，卻都被屏蔽掉了，以致應用程序掉了，以致應用程序AP1覺得好像是直接把數(shù)據(jù)交覺得好像是直接把數(shù)據(jù)交給了進程給了進程AP2。 這就是所謂的這就是所謂的“對等層對等層”（PEER LAYERS)之間的之間的通信。通信。網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇協(xié)議棧我們提到的各種協(xié)議，實際上就是在各個對等

11、層之間傳遞數(shù)據(jù)時我們提到的各種協(xié)議，實際上就是在各個對等層之間傳遞數(shù)據(jù)時的各項規(guī)定。的各項規(guī)定。應用層（各種應用層協(xié)議如TELNET,等）運輸層 TCP,UDP網(wǎng)際層 IP網(wǎng)絡(luò)接口層應用層（各種應用層協(xié)議如TELNET,等）運輸層 TCP,UDP網(wǎng)際層 IP網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇二二.網(wǎng)際協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議IP2.1 IP地址地址 定義：在定義：在Internet網(wǎng)絡(luò)中，給連接到網(wǎng)絡(luò)中，給連接到Internet的主機分的主機分 配一個在全世界范圍內(nèi)唯一的配一個在全世界范圍內(nèi)唯一的32bit地址。地址。 IP地址分為兩部分，前一部分為網(wǎng)絡(luò)號（地址分為兩部分，前一部分為網(wǎng)絡(luò)號（net-id),后

12、一部后一部分為主機號（分為主機號（host-id)。 Net-idHost-id網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇Ip地址的分類用二進制格式時共有用二進制格式時共有32位組成，為了方便記憶，用點號每八位一分割，位組成，為了方便記憶，用點號每八位一分割，稱為點分十進制。稱為點分十進制。比如：比如：10000 00000記為：記為：為了對為了對IP地址進行管理，地址進行管理，ip地址分為地址分為5類，分別為類，分別為A,B,C,D,E A類地址格式A類地址用于主機數(shù)目非常多的網(wǎng)絡(luò)。類地址用于主機數(shù)目非常多的網(wǎng)絡(luò)。A類地址的最高位為類地址的最高位為0，接下來的，接下來的7位完成網(wǎng)絡(luò)位完成網(wǎng)絡(luò)ID，剩余的，剩余的2

13、4位二進制位代表主機位二進制位代表主機ID。A類地址允許類地址允許126個網(wǎng)個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)大約一千七百萬臺主機絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)大約一千七百萬臺主機;第一個八位體是第一個八位體是1126。127是一個是一個特殊的網(wǎng)絡(luò)特殊的網(wǎng)絡(luò)ID，是用來檢查，是用來檢查，TCPIP協(xié)議工作狀態(tài)。協(xié)議工作狀態(tài)。A類地址的網(wǎng)絡(luò)號從類地址的網(wǎng)絡(luò)號從1到到1260Net-idHost-id網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇Ip地址的分類B類地址用于中型到大型的網(wǎng)絡(luò)。類地址用于中型到大型的網(wǎng)絡(luò)。B類地址的最高位為類地址的最高位為10，接下來的，接下來的14位位完成網(wǎng)絡(luò)完成網(wǎng)絡(luò)ID，剩余的，剩余的16位二進制位代表主機位二進制位代表主機I

14、D。B類地址允許類地址允許16384個網(wǎng)個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)大約絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)大約65000臺主機臺主機;第一個八位體是第一個八位體是128191。網(wǎng)絡(luò)號從網(wǎng)絡(luò)號從128.0191.255C類地址用于小型本地網(wǎng)絡(luò)。類地址用于小型本地網(wǎng)絡(luò)。C類地址的最高位為類地址的最高位為110，接下來的，接下來的21位完位完成網(wǎng)絡(luò)成網(wǎng)絡(luò)ID，剩余的，剩余的8位二進制位代表主機位二進制位代表主機ID。C類地址允許大約二百萬個類地址允許大約二百萬個網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)有網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)有254臺主機；第一個八位體是臺主機；第一個八位體是192223。網(wǎng)絡(luò)號從網(wǎng)絡(luò)號從D類地址高類地址高4位為位為1110，為組播地址，主要是留給，

15、為組播地址，主要是留給Internet體系結(jié)構(gòu)使用的體系結(jié)構(gòu)使用的E類地址高類地址高5位為位為11110，保留今后使用，保留今后使用10Net-idHost-id110Net-idHost-id網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇一般不使用的IP地址Net-idHost-id源地址使用目的地址使用代表意思00可以可以不可不可在本網(wǎng)絡(luò)上在本網(wǎng)絡(luò)上的本主機的本主機0Host-id可以可以不可不可在本網(wǎng)絡(luò)上在本網(wǎng)絡(luò)上的某個主機的某個主機全全1全全1不可不可可以可以只在本網(wǎng)絡(luò)只在本網(wǎng)絡(luò)上進行廣播上進行廣播（個路由器（個路由器均不轉(zhuǎn)發(fā)）均不轉(zhuǎn)發(fā)）Net-id全全1不可不可可以可以對對net-id上上的所有主機的所有主機

16、進行廣播進行廣播127任何數(shù)任何數(shù)可以可以可以可以用作本地軟用作本地軟件回送測試件回送測試網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇讓我們來做幾個有關(guān)IP地下的練習例1：Which of the following IP addresses are invalid for a TCP/IP host?答案：A,C,D,F分析：A. 233屬于D類地址B. 120屬于A類地址, 其網(wǎng)絡(luò)ID為120, 主機ID為1.0.0, 都不全為0或1, 故 為有效的IP地址C. 127屬于的網(wǎng)絡(luò)地址, 此網(wǎng)址是做Loopback測試用的, 不可以 指派給主機D. 256是無效的數(shù)字E. 188屬于B類地址, 其網(wǎng)絡(luò)ID為188.

17、56, 主機ID為4.255, 都不全為0或1, 故為有效的IP地址F. 200屬于C類地址, 其網(wǎng)絡(luò)ID為200.18.65, 主機ID為255, 故為無效的IP 地址網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇2.2 子網(wǎng)掩碼為什么還要提出這個概念？為什么還要提出這個概念？為了提高為了提高IP地址的使用效率，可將一個網(wǎng)絡(luò)劃分為子網(wǎng)：地址的使用效率，可將一個網(wǎng)絡(luò)劃分為子網(wǎng)：采用借位的方式，從主機位最高位開始借位變?yōu)樾碌淖硬捎媒栉坏姆绞?，從主機位最高位開始借位變?yōu)樾碌淖泳W(wǎng)位，所剩余的部分則仍為主機位。這使得網(wǎng)位，所剩余的部分則仍為主機位。這使得IP地址的結(jié)地址的結(jié)構(gòu)分為三部分：網(wǎng)絡(luò)位、子網(wǎng)位和主機位。構(gòu)分為三部分：網(wǎng)

18、絡(luò)位、子網(wǎng)位和主機位。 網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇從上面的介紹我們知道，從上面的介紹我們知道，IPIP地址是以網(wǎng)絡(luò)號和主機號來表示網(wǎng)絡(luò)地址是以網(wǎng)絡(luò)號和主機號來表示網(wǎng)絡(luò)上的主機的，只有在一個網(wǎng)絡(luò)號下的計算機之間才能上的主機的，只有在一個網(wǎng)絡(luò)號下的計算機之間才能“直接直接”互通，互通，不同網(wǎng)絡(luò)號的計算機要通過路由器才能互通。但這樣的不同網(wǎng)絡(luò)號的計算機要通過路由器才能互通。但這樣的劃分在某些情況下顯得并十分不靈活。為此劃分在某些情況下顯得并十分不靈活。為此IPIP網(wǎng)絡(luò)還允許劃分成網(wǎng)絡(luò)還允許劃分成更小的網(wǎng)絡(luò)，稱為子網(wǎng)（更小的網(wǎng)絡(luò)，稱為子網(wǎng)（SubnetSubnet），這樣就產(chǎn)生了子網(wǎng)掩碼。子），這樣就產(chǎn)生了

19、子網(wǎng)掩碼。子網(wǎng)掩碼的作用就是用來判斷任意兩個網(wǎng)掩碼的作用就是用來判斷任意兩個IPIP地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)，地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)，這時只有在同一子網(wǎng)的計算機才能這時只有在同一子網(wǎng)的計算機才能“直接直接”互通互通 。網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇下面舉出一個B類IP地址作為例子B類地址類地址增加了子網(wǎng)號增加了子網(wǎng)號字段字段子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼TCP/IP體系規(guī)定用一個體系規(guī)定用一個32bit的子網(wǎng)掩碼來表示子網(wǎng)號字段的長度。的子網(wǎng)掩碼來表示子網(wǎng)號字段的長度。具體的做法如上圖所示具體的做法如上圖所示對于上圖的例子，第一個子網(wǎng)可是用的對于上圖的例子，第一個子網(wǎng)可是用的IP地址從開始，地址從開始，第二個子網(wǎng)可以使用的第二個子網(wǎng)可以使用的IP地址從開始。地址從開始。10Net-idHost-id10Net-idSubnet-idHost-id11111111 111111111111110000000000網(wǎng)絡(luò)工程師講義張智勇若知道一個主機的若知道一個主機的IP地址和子網(wǎng)掩碼，那么就能知道某地址和子網(wǎng)掩碼，那么就能知道某個個IP數(shù)據(jù)報