網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)的形成IP地址與域名OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)OSI/RM的基本概念OSI/RM各層的功能TCP/IP與OSI/RM的比較開放系統(tǒng)互連/參考模型域名系統(tǒng)子網(wǎng)技術(shù)IP編址網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)TCP/IP的基本概念TCP/IP各層的功能TCP/IP協(xié)議棧TCP/IP參考模型TCP/IP與OSI/RM的不同點TCP/IP與OSI/RM的共同點IPv6協(xié)議第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.1.1通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)為了便于理解，我們以郵政通信系統(tǒng)為例，以此引出計算機網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的概念，這一概念對計算機網(wǎng)絡(luò)中電子郵件的發(fā)送和接收有著重要的參考意義。圖3-1實際郵政系統(tǒng)信件發(fā)送、接收過程示意圖發(fā)信者收信者通信人活動郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)通信人活動運輸部門的郵件運輸業(yè)務(wù)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局服務(wù)業(yè)務(wù)郵局轉(zhuǎn)送業(yè)務(wù)書寫信件貼郵票送入郵箱收集信件蓋郵戳信件分揀郵件打包郵件運輸路郵選擇運輸閱讀信件信件投遞信件分揀分發(fā)郵件郵件拆包轉(zhuǎn)送郵局接收郵包第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.1.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

1、網(wǎng)絡(luò)層次概念

計算機網(wǎng)絡(luò)是將獨立的計算機及其終端設(shè)備等實體通過通信線路連接起來的復(fù)雜系統(tǒng)。為了實現(xiàn)彼此間的通信，采用的基本方法是針對計算機網(wǎng)絡(luò)所執(zhí)行的各種功能，設(shè)計出一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次模型，這個層次模型包括兩個方面的內(nèi)容：①將網(wǎng)絡(luò)功能分解為許多層次,在每個功能層次中，通信雙方必須共同遵守許多約定和規(guī)程，以免混亂。②層次之間逐層過渡，前一層次做好進(jìn)入下一層次的準(zhǔn)備工作。這個層次之間逐層過渡可以用硬件來完成,也可以采用軟件方式實現(xiàn)。采用層次結(jié)構(gòu)的目的是使各廠家在研制計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時由一個共同遵守的標(biāo)準(zhǔn)。第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.1.2網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

3、通信規(guī)則約定從以上郵政通信過程與網(wǎng)絡(luò)通信過程分析可知，在一定意義上，它們兩者的信息傳遞過程有很多相似之處。（1）郵政通信與網(wǎng)絡(luò)通信兩個系統(tǒng)都是層次結(jié)構(gòu),可等價成4層結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。（2）不同的層次有不同的功能任務(wù),但相鄰層的功能動作密切相關(guān)。（3）在郵政通信系統(tǒng)中,寫信人要根據(jù)對方熟悉的語言，確定用哪種語言；在書寫信封時，國家不同規(guī)定也不同。（4）計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,必須規(guī)定雙方之間通信的數(shù)據(jù)格式、編碼、信號形式；要對發(fā)送請求、執(zhí)行動作及返回應(yīng)答予以解釋；事件處理順序和排序。第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.1.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的定義

計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)＝｛系統(tǒng)、實體、層次、協(xié)議｝

⑴系統(tǒng)：是計算機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)通常是包括一個或多個實體的具有信息處理和通信功能的物理整體。

⑵實體：在網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)中，每一層都由一些實體組成。在一個計算機系統(tǒng)中,能完成某一特定功能的進(jìn)程或程序都可成為一個邏輯實體。

⑶層次：是人們對復(fù)雜問題的一種處理方法。通常將系統(tǒng)中能提供某種或某類型服務(wù)功能的邏輯構(gòu)造稱為層。

⑷協(xié)議：是指兩個實體間完成通信或服務(wù)所必須遵循的規(guī)則和約定。第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.1.3網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)協(xié)議通常分為對等層間對話協(xié)議和相鄰層間的接口協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成：

①語法。規(guī)定如何進(jìn)行通信，即對通信雙方采用的數(shù)據(jù)格式、編碼等進(jìn)行定義。

②語義。規(guī)定用于協(xié)調(diào)雙方動作的信息及其含義，它是發(fā)出的命令請求、完成的動作和返回的響應(yīng)組成的集合,即對發(fā)出的請求、執(zhí)行的動作以及對方的應(yīng)答做出解釋。

③時序。規(guī)定事件實現(xiàn)順序的詳細(xì)說明，即確定通信狀態(tài)的變化和過程,例如通信雙方的應(yīng)答關(guān)系、是采用同步傳輸還是異步傳輸?shù)?。由此可?計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)、實體、層次、協(xié)議的集合，是計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成功能的精確定義。

第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天§3.2開放系統(tǒng)互聯(lián)/參考模型1、問題的提出OSI是OpenSystemInterconnection的縮寫，意為開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型。在OSI出現(xiàn)之前，計算機網(wǎng)絡(luò)中存在眾多的體系結(jié)構(gòu)，其中以IBM公司的SNA和DEC公司的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)最為著名。為了解決不同體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(注意不要與OSI搞混）于1981年制定了開放系統(tǒng)互連參考模型。

OSI/RM標(biāo)準(zhǔn)為連接分布式應(yīng)用處理的“開放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ),“開放”這個詞表示能使任何兩個遵守參考模型和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)都具備互聯(lián)的能力。3.2.1

OSI/RM的基本概念第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.1

OSI/RM的基本概念2、定義方法在OSI標(biāo)準(zhǔn)中，采用的是三級抽象：體系結(jié)構(gòu)（Architecture）服務(wù)定義（ServiceDefinition）協(xié)議規(guī)格說明（ProtocolSpecification）OSI標(biāo)準(zhǔn)可分為三大類型：（1）總體標(biāo)準(zhǔn)：具有總的指導(dǎo)作用；（2）功能標(biāo)準(zhǔn)：為滿足特定應(yīng)用而從基本標(biāo)準(zhǔn)中選擇接口關(guān)系和通信規(guī)則等方面的匯集。（3）應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：為基本應(yīng)用定義層與層之間的接口關(guān)系和不同系統(tǒng)之間同層的通信規(guī)則。第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.2

OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層表示層應(yīng)用層通信介質(zhì)（物理媒體）開放系統(tǒng)A開放系統(tǒng)B應(yīng)用層協(xié)議表示層協(xié)議會話層協(xié)議傳輸層協(xié)議圖3-3OSI/RM結(jié)構(gòu)示意圖1、層次結(jié)構(gòu)模型OSI/RM整個網(wǎng)絡(luò)按照功能劃分成7個層次，如圖3-3所示。第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.2

OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)2、層間通信關(guān)系

OSI/RM的最高層為應(yīng)用層，面向用戶提供應(yīng)用服務(wù)；最低層為物理層，連接通信媒體實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進(jìn)行的，上層通過接口向下層提出服務(wù)請求，而下層通過接口向上層提供服務(wù)。兩個用戶計算機通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信時,除物理層之外,其余各對等層之間均不存在直接的通信關(guān)系，而是通過各對等層的協(xié)議來進(jìn)行通信。比如，兩個對等的網(wǎng)絡(luò)層使用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議通信，只有兩個物理層之間才通過媒體進(jìn)行真正的數(shù)據(jù)通信。在實際中。當(dāng)兩個通信實體通過一個通信子網(wǎng)進(jìn)行通信時，必然會經(jīng)過一些中間結(jié)點。一般來說，通信子網(wǎng)的結(jié)點只涉及到低3層的結(jié)構(gòu)。

第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能OSI參考模型是一個在制定標(biāo)準(zhǔn)時所使用的概念性框架，沒有確切地描述用于各層的協(xié)議和服務(wù)，也沒有提供一個可以實現(xiàn)的方法，它僅僅告訴我們每一層應(yīng)該做什么，但其本身不含網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的全部內(nèi)容。不過，ISO已為各層制定了標(biāo)準(zhǔn)，但它不是參考模型的一部分，而是作為獨立的國際標(biāo)準(zhǔn)公布的。1、物理層定義了為建立、維護(hù)和拆除物理鏈路所需的機械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性，其作用是使原始的數(shù)據(jù)比特流能在物理媒體上傳輸。具體涉及接插件的規(guī)格、“0”、“1”信號的電平表示、收發(fā)雙方的協(xié)調(diào)等內(nèi)容。第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能2、數(shù)據(jù)鏈路層

比特流被組織成數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議數(shù)據(jù)單元(幀)進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)二進(jìn)制正確的傳輸。將不可靠的物理鏈路改造成對網(wǎng)絡(luò)層來說無差錯的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進(jìn)行流量控制，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導(dǎo)致緩沖器溢出及線路阻塞。

3、網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)單元(分組)為單位進(jìn)行傳輸。主要解決如何使數(shù)據(jù)分組跨越各個子網(wǎng)從源地址傳送到目的地址的問題，這就需要在通信子網(wǎng)中進(jìn)行路由選擇。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的分組而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對流入的分組數(shù)量進(jìn)行控制。當(dāng)分組要跨越多個通信子網(wǎng)才能到達(dá)目的地時，還要解決網(wǎng)際互連的問題。第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能4、傳輸層（TransportLayer）

傳輸層的主要任務(wù)是完成同處于資源子網(wǎng)中的源主機和目的主機之間的連接和數(shù)據(jù)傳輸，具體功能是：①為高層數(shù)據(jù)傳輸建立、維護(hù)和拆除傳輸連接，實現(xiàn)透明的端到端數(shù)據(jù)傳送。②提供端到端的錯誤恢復(fù)和流量控制。③信息分段與合并，將高層傳遞的大段數(shù)據(jù)分段形成傳輸層報文。④考慮復(fù)用多條網(wǎng)絡(luò)連接，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝?。傳輸層主要關(guān)心的問題是建立、維護(hù)和中斷虛電路、傳輸差錯校驗和恢復(fù)以及信息流量控制等。它提供“面向連接”（虛電路）和“無連接”（數(shù)據(jù)報）兩種服務(wù)。第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能5、會話層會話層的主要任務(wù)是實現(xiàn)會話進(jìn)程間通信的管理和同步,允許不同機器上的用戶建立會話關(guān)系，允許進(jìn)行類似傳輸層的普通數(shù)據(jù)的傳輸。會話層的具體功能是：①提供進(jìn)程間會話連接的建立、維持和中止功能，可以提供單方向會話或雙向同時進(jìn)行會話。②在數(shù)據(jù)流中插入適當(dāng)?shù)耐近c，當(dāng)發(fā)生差錯時，可以從同步點重新進(jìn)行會話，而不需要重新發(fā)送全部數(shù)據(jù)。6、表示層

表示層的主要任務(wù)是完成語法格式轉(zhuǎn)換，在計算機所處理的數(shù)據(jù)格式與網(wǎng)絡(luò)傳輸所需要的數(shù)據(jù)格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表示層的具體功能是：第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能

①語法變換。表示層接收到應(yīng)用層傳遞過來的以某種語法形式表示的數(shù)據(jù)之后，將其轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合在網(wǎng)絡(luò)實體之間傳送的以公共語法表示的數(shù)據(jù)。具體包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換;字符集轉(zhuǎn)換；圖形、文字、聲音的表示；數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù);數(shù)據(jù)加密與解密；協(xié)議轉(zhuǎn)換等。②選擇并與接收方確認(rèn)采用的公共語法類型。③表示層對等實體之間連接的建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放。

7、應(yīng)用層應(yīng)用層是OSI模型的最高層,是計算機網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的界面，由若干個應(yīng)用進(jìn)程(或程序)組成，包括電子郵件、目錄服務(wù)、文件傳輸?shù)葢?yīng)用程序。第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.3OSI/RM各層的功能OSI提供的常用應(yīng)用服務(wù)有：①目錄服務(wù)。記錄網(wǎng)絡(luò)對象的各種信息，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對象名字到網(wǎng)絡(luò)地址之間的轉(zhuǎn)換和查詢功能。②電子郵件。提供不同用戶間的信件傳遞服務(wù)，自動為用戶建立郵箱來管理信件。③文件傳輸。包括文件傳送、文件存取訪問和文件管理功能。④作業(yè)傳送和操作。將作業(yè)從一個開放系統(tǒng)傳送到另一個開放系統(tǒng)去執(zhí)行；對作業(yè)所需的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行定義；將作業(yè)的結(jié)果輸出到任意系統(tǒng)；對作業(yè)進(jìn)行監(jiān)控等。⑤虛擬終端。將各種類型實標(biāo)終端的功能一般化、標(biāo)準(zhǔn)化后得到的終端類型。第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸

1、數(shù)據(jù)傳輸單元

在OSI/RM中,被傳送的信息稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，由數(shù)據(jù)服務(wù)單元和控制信息單元組成。

⑴服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ServiceDataUnit，SDU)：用戶數(shù)據(jù)，是上一層傳下來的數(shù)據(jù)單元。

⑵協(xié)議控制信息(ProtocolControlInformation，PCI）:本層的控制信息，用來協(xié)調(diào)本層對等實體之間的通信。PDU、PCI和ICI共同組成了接口數(shù)據(jù)單元（InterfaceDataUnit，IDU）。下層接收到IDU后，從IDU中去掉ICI,這時的數(shù)據(jù)包被稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ServiceDataUnit，SDU）；隨著SDU一層層向下傳送,每一層都要加入自己的信息。當(dāng)SDU較長時,要分成幾段,每段加上本層的控制信息,構(gòu)成多個PDU。第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸

2、數(shù)據(jù)傳輸過程在OSI中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑袋c和終點要具備OSI參考模型中的7層功能,圖3-4表示系統(tǒng)A與系統(tǒng)B通信時數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程。圖3-4OSI中的數(shù)據(jù)流第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)11001110001110表示層頭會話層頭TCP頭IP頭幀頭數(shù)據(jù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)11001110001110表示層頭會話層頭TCP頭IP頭幀頭第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)的實際傳遞過程

物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層應(yīng)用層01010101010101010（比特流）IP數(shù)據(jù)報TCP報文段MAC幀MAC尾應(yīng)用數(shù)據(jù)TCP頭IP頭MAC頭發(fā)送方接收方3.2.4

OSI/RM的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天§3.3TCP/IP參考模型

1、TCP/IP協(xié)議的起源美國國防部高級研究計劃局(ARPA)從20世紀(jì)60年代開始致力于研究不同類型計算機網(wǎng)絡(luò)之間的相互聯(lián)接問題,并成功開發(fā)出了著名的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TCP/IP）協(xié)議。

2、TCP/IP協(xié)議的特點

⑴開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：可以免費使用，并且獨立于特定的計算機硬件與操作系統(tǒng)。

⑵獨立于特定的網(wǎng)絡(luò)硬件：可以運行在局域網(wǎng)、廣域網(wǎng),更適用于互聯(lián)網(wǎng)中。

⑶統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案：使得整個TCP/IP設(shè)備在網(wǎng)中都具有唯一的IP地址。

⑷標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議：可以提供多種可靠的用戶服務(wù)。3.3.1

TCP/IP的基本概念第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.3.2

TCP/IP的層次結(jié)構(gòu)

1、結(jié)構(gòu)模型TCP/IP參考模型分為四層：應(yīng)用層、傳輸層、互聯(lián)層、網(wǎng)絡(luò)接口層。TCP/IP的結(jié)構(gòu)與OSI結(jié)構(gòu)的對應(yīng)關(guān)系如圖3-5所示。圖3-5TCP/IP模型與OSI模型對照網(wǎng)絡(luò)互連層是整個TCP/IP協(xié)議棧的核心。它的功能是把分組發(fā)往目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機。應(yīng)用層面向不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用引入不同的應(yīng)用層協(xié)議。主機到網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)互連層傳輸層應(yīng)用層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層傳輸層會話層應(yīng)用層表示層這一層次未被定義，所以其具體的實現(xiàn)方法將隨著網(wǎng)絡(luò)類型的不同而不同。傳輸層的功能是使源端主機和目標(biāo)端主機上的對等實體可以進(jìn)行會話。第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天應(yīng)用層傳輸層互聯(lián)層主要功能是為用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，比如FTP、Telnet、DNS和SNMP等。主要功能是提供可靠的數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù),確保端到端應(yīng)用進(jìn)程間無差錯地的通信,常稱為端到端（End-to-End）通信。負(fù)責(zé)異構(gòu)網(wǎng)或同構(gòu)網(wǎng)進(jìn)程間的通信,將傳輸層分組封裝為數(shù)據(jù)報格式進(jìn)行傳送,每個數(shù)據(jù)報必須包含目的地址和源地址。網(wǎng)絡(luò)接口層是網(wǎng)絡(luò)訪問層，其主要功能是負(fù)責(zé)與物理網(wǎng)絡(luò)的連接。3.3.3

TCP/IP各層的功能第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.3.4

TCP/IP協(xié)議棧應(yīng)用層FTP、TELNET、HTTPSNMP、TFTP、NTP傳輸層TCPUDP網(wǎng)絡(luò)互連層IP主機到網(wǎng)絡(luò)層以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)802.2HDLC、PPP、FRAME-RELAY802.3EIA/TIA-232、499、V.35、V.211969年美國國防部高級研究計劃局（ARPA）按照層次結(jié)構(gòu)思想進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)模塊化研究，開發(fā)了一組從上到下單向依賴關(guān)系的協(xié)議棧（ProtocolStack），也叫做協(xié)議族。第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天§3.5IP地址和域名

在日常生活中，通信雙方借助于彼此的地址和郵政編碼進(jìn)行信件的傳遞。Internet中的計算機通信與此相類似，網(wǎng)絡(luò)中的每臺計算機都有一個網(wǎng)絡(luò)地址，發(fā)送方在要傳送的信息上寫上接收方計算機的網(wǎng)絡(luò)地址信息才能通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到接收方。基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，連接在網(wǎng)絡(luò)上的每臺計算機與設(shè)備都被稱為“主機”,主機之間的溝通是通過IP地址、子網(wǎng)掩碼和IP路由交換這三個“橋梁”實現(xiàn)的。第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.1

IP地址

1、IP地址的概念

在Internet網(wǎng)上，每臺主機、終端、服務(wù)器、以及路由器都有自己的IP地址，這個IP地址是全球唯一的，用于標(biāo)識該機在Internet網(wǎng)中的位置。IP地址與IP地址的分類如下圖所示。類別網(wǎng)絡(luò)號主機號IP地址字節(jié)1（8位）字節(jié)4（8位）字節(jié)3（8位）字節(jié)2（8位）0網(wǎng)絡(luò)號主機號10網(wǎng)絡(luò)號主機號110網(wǎng)絡(luò)號主機號1110組播地址1111保留地址A：0-127B:128-191C:192-223D:224-239E:240-255IP地址類第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.1

IP地址網(wǎng)絡(luò)號主機號地址類型舉例用途全0全0本機地址啟動時使用任意全0網(wǎng)絡(luò)號標(biāo)識一個網(wǎng)絡(luò)任意全1直接廣播地址55在特定網(wǎng)上廣播全1全1有限廣播地址55在本網(wǎng)段上廣播第一段為127任意回送地址測試A類私有地址～54保留的內(nèi)部地址

B類私有地址

～54保留的內(nèi)部地址C類私有地址

到54保留的內(nèi)部地址

2、IP地址的分類

IP地址分為A類、B類、C類、D類和E類共五類。第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)

1、子網(wǎng)的劃分雖然網(wǎng)絡(luò)地址類別的劃分為信息傳遞帶來了許多方便,但也帶來了一些問題，比如有的單位雖然獲取了一個A類地址,但永遠(yuǎn)不會有16777214臺主機,這說明IP地址的設(shè)計不盡合理。據(jù)統(tǒng)計，有超過半數(shù)的B類地址所連接的主機不到50臺，而一個B類網(wǎng)絡(luò)卻可以容納65534臺主機,這就意味著有6萬多個IP地址被浪費掉了。這種不合理的地址方案一方面造成了極大的地址浪費，另一方面又使IP地址緊缺。為此，將網(wǎng)絡(luò)按照一定的原則劃分為不同的部分，每一部分都是一個獨立的邏輯網(wǎng)絡(luò),我們將其稱為子網(wǎng)(subnetwork).利用子網(wǎng)解決IP地址不合理問題的方案兩種。兩種方案的具體實現(xiàn)技術(shù)分別如圖3-10和3-11所示。第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)00010250計算機系的主機通信系的主機1200機電系的主機1網(wǎng)絡(luò)Internet圖3-10某校網(wǎng)絡(luò)IP地址示意圖第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)圖3-11劃分子網(wǎng)后的校園網(wǎng)示意圖通信系網(wǎng)絡(luò)120000150計算機系網(wǎng)絡(luò)機電系網(wǎng)絡(luò)0Internet第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.2子網(wǎng)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)類別

子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼A11111111.00000000.00000000.00000000

B11111111.11111111.00000000.00000000

C11111111.11111111.11111111.00000000

2、子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)掩碼能分出IP地址中哪些位是網(wǎng)絡(luò)ID，哪些位是主機ID。通過它和IP地址進(jìn)行按位“邏輯與（AND）”運算,可以屏蔽掉IP地址中的主機部分，得到IP地址的網(wǎng)絡(luò)ID。子網(wǎng)掩碼的另一個作用是將一個網(wǎng)絡(luò)ID再劃分為若干個子網(wǎng)，以解決網(wǎng)絡(luò)地址不夠的問題。第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.3域名系統(tǒng)國內(nèi)外常用域名結(jié)構(gòu)情況美國商業(yè)組織政府組織教育機構(gòu)中國電信網(wǎng)頂層域comgoveducn第二層ibm（IBM公司）net(郵電網(wǎng)),edu(教育系統(tǒng)網(wǎng))第三層www(IBM的web服務(wù)器)Szptt(深圳電信局),pku(北京大學(xué))第四層nenpubwww(北大web主機)第五層1、域名地址

Internet采用了一套和IP地址對應(yīng)的地址表示方法，稱為域名系統(tǒng)(DNS)。DNS使用與主機位置、作用、行業(yè)有關(guān)的一組字符來表示IP地址，這組字符類似于英文縮寫或漢語拼音。

2、域名結(jié)構(gòu)Internet的域名系統(tǒng)和IP地址一樣,采用典型的層次結(jié)構(gòu)，每一層由域或標(biāo)號組成，其結(jié)構(gòu)如下表所示。第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.3域名系統(tǒng)圖3-21域名結(jié)構(gòu)示意圖域名:域名：rootpkucneduhnrtuNet…域名：pub.hn.Nethnpubcom163sohu域名：163.com域名:3、域名分配域名的層次結(jié)構(gòu)給域名的管理帶來了方便，每一部分授權(quán)給某個機構(gòu)管理，授權(quán)機構(gòu)可以將其所管轄的名字空間進(jìn)一步劃分，最后形成樹形的層次結(jié)構(gòu)，如圖3-21所示.

第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.3域名系統(tǒng)5、域名管理機構(gòu)

域名地址由國際組織網(wǎng)絡(luò)信息中心（NIC）集中管理,統(tǒng)一分配。各級域名的管理權(quán)授予相應(yīng)的機構(gòu)，各管理機構(gòu)可以將管轄內(nèi)的各域進(jìn)一步劃分成若干個子域管理權(quán)再授予相應(yīng)的子機構(gòu)，以完成所屬主機名和主機IP地址的管理。目前全世界共有三個這樣的網(wǎng)絡(luò)信息中心：

⑴InterNIC：負(fù)責(zé)美國及其它地區(qū)

⑵ENIC：負(fù)責(zé)歐洲地區(qū)。

⑶APNIC：負(fù)責(zé)亞太地區(qū)。

亞太地區(qū)的地址分配權(quán)在亞太地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信息中心(APNIC),其總部設(shè)在日本東京大學(xué)。申請時要考慮申請哪一類IP地址,然后向國內(nèi)的代理機構(gòu)提出，現(xiàn)在申請到的IP地址大多為C類地址。第43頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議1、IPv6的研究背景

由于IPv4本身存在一些局限性，因而面臨著以下問題。⑴IP地址的消耗引起地址空間不足：IP地址只有32位,可用的地址有限，最多接入的主機數(shù)不超過232。⑵IPv4缺乏對服務(wù)質(zhì)量優(yōu)先級、安全性的有效支持。⑶lPv4協(xié)議配置復(fù)雜,特別是隨著個人移動計算機設(shè)備上網(wǎng)、網(wǎng)上娛樂服務(wù)的增加、多媒體數(shù)據(jù)流的加入,以及出于安全性等方面的需求，迫切要求新一代IP協(xié)議的出現(xiàn)。

為此,互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組IETE開始著手下一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的制定工作。IETE于1991年提出了請求說明，1994年9月提出了正式草案，1995年底確定了IPng的協(xié)議規(guī)范,被稱為“IPv6”，1995年12月開始進(jìn)入Internet標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。第44頁,共52頁，2024年2月25日，星期天第45頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議版本優(yōu)先級流標(biāo)記負(fù)載長度下一頭標(biāo)跳數(shù)限制源地址目的地址

4、IPv6擴展頭結(jié)構(gòu)IPv6將IPv4首部中選項的功能都放在擴展首部中,并將擴展首部留給路徑兩端的源站和目的站的主機來處理,而數(shù)據(jù)報途中經(jīng)過的路由器都不處理這些擴展首部,這樣就大大提高了路由器的處理效率。44241688128128圖3-23ipv6數(shù)據(jù)報格式

3、IPv6數(shù)據(jù)報格式IPv6數(shù)據(jù)報的報頭長度為40字節(jié)（320位），數(shù)據(jù)報格式由8部分組成，如圖3-23所示。第46頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議

5、IPv6的地址表示

IPv6地址有三種格式,即首選格式、壓縮格式和內(nèi)嵌格式。

⑴首選格式：在IPv6中,128位地址采用每16位一段，每段被轉(zhuǎn)換成4位十六進(jìn)制數(shù),并用“：”分隔，結(jié)果用所謂的“冒號十六進(jìn)制數(shù)”來表示。例如二進(jìn)制格式的IPv6地址：

0010000111011010000000001101001100000000000000000010l11110011101100000010101010100000000011111111111111100010100010011110001011010每16位分為一段：

00100001110110100000000011010011000000000000000000101111001110110000001010101010000000001111111111111100010100001001110001011010將每個16位段轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)字，用“：”分隔,結(jié)果如：

21DA:00D3:0000:2F3B:02AA:00FF:FE28:9C5A

⑵壓縮格式：用128位表示地址時往往會含有較多0甚至一段全為0,可將不必要的0去掉,即把每個段中開頭的零刪除。第47頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3.5.4

IPv6協(xié)議這樣，上述地址就可以表示為：

21DA:D3:0: