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1、网络接口层TCP/IP各层协议 网络接口层网络接口层负责将数据放置在网络媒介上，从网络媒介上接收数据。它包括以太网（IEEE802.3）、异步传输模式（ATM）、帧中继和令牌环这样的协议。TCP/IP各层协议网络层网络层负责分配地址、打包和路由数据。这一层包括四个核心协议：Internet协议（IP）IP负责给要传输的数据分配地址，将其发送到其目的地。地址解析协议（ARP）ARP负责将逻辑地址IP地址映射到计算机上的网络适配器的媒介访问控制（MAC）地址，即物理地址。也就是查找IP地址对应的物理地址。Internet控制报文协议（ICMP）ICMP负责提供在数据投递期间失败时的诊断功能和错误报
2、告。Internet组管理协议（IGMP）IGMP负责在TCP/IP内多重投递的管理。OSI 网络层对应的是网络层对应的是TCP/IP的的internet层层Internet Protocol(IP)Internet Control MessageProtocol(ICMP)Address ResolutionProtocol(ARP)Reverseriv:s 反向反向 AddressResolution Protocol(RARP)应用层应用层传输层传输层Internet层层数据链路层数据链路层物理层物理层Internet 层IP 数据报38页2-648161924版本号(4B)报头长度(4
3、B)TOS(8B)总长度031版本号 报头长度 TOS 总长度 标识符 标志 分片偏移量 TTL 协议 首部校验和信源IP地址目的IP地址 IP选项(若有)填充数据.版本：V4报头长度：它是以32比特为单位的。最常见的是5(不含IP选项，20B)，也有为6的(含IP选项，24B)。TOS(业务类型)：IP协议是一个不保证质量的协议。它通过 TOS来弥补一下其QOS的不足。其8个比特的含义如下：IP 数据报优先级 D T R 保留0357 三个比特的优先级指明本数据报的优先级，允许发送方表示数据报的重要程度。优先级从0到7，其中“0”表示普通用户优先级，“7”表示网络控制优先级。D、T、R表示本
4、数据报希望的传输类型。D=1表示低时延，T=1表示高吞吐量，R=1表示高可靠性。注意，优先级对网络没有强制性，目前大多数网络对此一般不作处理，但为技术的进一步的提供了手段。总长度：指明IP数据报的长度，以字节为单位。数据报最长为216=64k字节标识符、标志和分片偏移量：它们用于分片和重组，下面一同介绍。IP 数据报我们知道，任何IP帧最终都要封装在链路层帧中才能发送和被目标所接收。而链路层帧在每一种物理网络中都有一个最大长度限制，这个最大长度称为最大传输单元(Maximum Transfer Unit,MTU)。所以虽然IP数据报的最大长度可以达到64k，但在链路上传输的数据帧最大只能达到M
5、TU。所以当IP数据报从IP层传到数据链路层和从一个MTU较大的的物理网络通过路由器达到另外一个MTU较小的网络的时候，主机和路由器先要将IP数据报划分成较小的数据单元，这个过程叫做数据报分片。较小的数据报在达到目的地之前不会进行重组，他们可以自由路由，到达目的地后他们会重新组合成原来的数据报，若在这个过程中，某一个数据报片丢失，整个数据报将无法重组。在实际情况下，接收机在收到初始片后将启动一个重组定时器，如果在收到所有分片之前定时器超时，则接收机丢弃已收到的分片，不对数据报进行进行处理。IP规范要求：路由器必须接收所连网络中MTU大小的数据报；同时必须随时能够处理至少576B的数据报，对主机
6、的要求也是如此。IP 数据报分片和重组的具体过程：在将数据报分片时，先将原数据报的报头复制到每个数据报片中，然后填入“标志”域，它一共有3个比特，第一个比特指明是否要对数据报分片，为1表明这是一个分片数据报；第二个比特指明该分片是否是这个数据报的最后一个分片，1表示不是最后一个分片，也就是说分片未完；第三个比特未用。其中的标识符指明了它原来属于哪一个数据报。然后填入“偏移量”域，它指明该分片的数据在原来数据只能中从数据头开始的字节偏移量，第一个分片的偏移量为0，这样可以确定数据片在原数据中的位置，以便到终端进行重组。它还要填入“总长度”域，它指明分片的长度。当各分片通过各种路径到达接收机的时候
7、，通过“标志”域的第一位可以知道这是一个分片，并且由“标识符”知道它属于哪一个数据报；由第二位知道是否收到了最后一个分片，如果收到了最后一个分片，由该分片中的“偏移量”和所有属于该数据报的数据总长度就可以知道是否收到了所有的分片，从而可以进行重组。重组好数据报后就可以交给IP层去处理。IP 数据报TTL(Time To LiveTTL(Time To Live，生存期，生存期)：它用来处理时延。它以秒为单位，指明：它用来处理时延。它以秒为单位，指明了数据报在网络中的最长有效时间。路由器处理报头时，从了数据报在网络中的最长有效时间。路由器处理报头时，从TTLTTL中减中减1 1；若数据报在路由器
8、中排队而被延迟；则要从若数据报在路由器中排队而被延迟；则要从TTLTTL中减去等待时间；若中减去等待时间；若TTL=0TTL=0则将它从网络中删除。则将它从网络中删除。协议：它指明数据区中的数据格式，说明在协议：它指明数据区中的数据格式，说明在IPIP的上一层的上一层(传输层传输层)所采用所采用的协议，如的协议，如(TCP(TCP、UDP)UDP)。当。当IPIP数据报到达对端以后，将按照数据报到达对端以后，将按照“协议协议”来来将数据报交给传输层进行相应处理。将数据报交给传输层进行相应处理。头部校验和：对报头的头部校验和：对报头的CRCCRC。IPIP选项：包括时间戳、源站路由、路由器路由，
9、选项：包括时间戳、源站路由、路由器路由，IPIP数据报中可以没有这数据报中可以没有这些选项。些选项。UDPUDP、TCPTCP协协议议：为为了了对对基基于于TCP/IPTCP/IP的的高高层层服服务务进进行行访访问问，TCPTCP和和UDPUDP数数据据报报被被封封装装在在IPIP分分组组中中进进行行传传送送。为为了了把把数数据据交交给给相相应应的的上上层层程程序序去去处处理理，需需要要另另一一级级寻寻址址。在在节节点点上上提提供供的的每每一一个个服服务务可可以以通通过过“端端口口”的唯一地址访问。它们位于传输层，提供了的唯一地址访问。它们位于传输层，提供了端口端口(进程进程)复用复用的能力。
10、的能力。Version(4)Destination IP Address(32)Options(0 or 32 if any)Data(varies if any)1Bit 0Bit 15Bit 16Bit 31HeaderLength(4)Priority&Type of Service(8)Total Length(16)Identificationai,dentifikein 鉴定鉴定(16)Flags(3)Fragmentfrmnt 碎片碎片offset 偏移偏移(13)Time to live(8)Protocol(8)Header checksum(16)Source IP Add
11、ress(32)IP 数据决定上层协议决定上层协议TransportLayerInternetLayerTCPUDPProtocolNumbersIP176协议域ARP(Address Resolution Protocol)根据IP地址，确定数据链路层地址(MAC地址)。RARP(Reverse Address Resolution Protocol)根据已知的数据链路层地址(MAC地址)，确定网络地址(IP地址)。ARP协议当某主机要和网络上其他主机进行通讯前要得到对方主机的MAC地址，如果在本地的MAC表中没有时，它将会发送一个请求，以获得对方的MAC地址，并将这个MAC存于自己就的MA
12、C表中MAC的获得MAC只针对于LAN，当到达非本地局域网时，路由器将对数据帧中的MAC进行修改非LAN的MAC当要与外部网络通讯时，为了减少ARP的请求散播到其他网段上，路由器本地接口的MAC将取代目标网络上设备的MACProxy ARP缺省网关是通往外地网络的一个大门，到外部网络的数据只需发送到这个地方就可以传输到外部网络，注：缺省网关指与本网络相连的那个路由器的接口（或者服务器的内网地址）缺省网关ARP请求的流程图Device（装置）（装置）Reply（应答）（应答）172.16.3.1172.16.3.2IP:172.16.3.2=?我需要知道我需要知道176.16.3.2的物理的物理
13、地址地址.ARP协议172.16.3.1172.16.3.2IP:172.16.3.2=?我知道你的请求，这是我我知道你的请求，这是我的物理地址的物理地址我需要知道我需要知道176.16.3.2的物理的物理地址地址.ARP协议172.16.3.1IP:172.16.3.2 Ethernet:0800.0020.1111 172.16.3.2IP:172.16.3.2=?我知道你的请求，这是我我知道你的请求，这是我的物理地址的物理地址我需要知道我需要知道176.16.3.2的物理的物理地址地址.ARP协议映射映射 IP EthernetLocal ARP172.16.3.1IP:172.16.3
14、.2 Ethernet:0800.0020.1111 172.16.3.2IP:172.16.3.2=?我知道你的请求，这是我我知道你的请求，这是我的物理地址的物理地址我需要知道我需要知道176.16.3.2的物理的物理地址地址.ARP协议ICMP用于传递网络层的控制信息，提供差用于传递网络层的控制信息，提供差错报告。错报告。将将ICMP报文加上报文加上IP报头，就封装成报头，就封装成IP数据数据报，其中的协议域取值为报，其中的协议域取值为1。ICMP实现的主要功能有：实现的主要功能有：向源主机发送目的主机不可到达信息向源主机发送目的主机不可到达信息请求请求/应答对应答对(ping)ICMP（
15、Internet Control Messages Protocol）使用Ping测试可达性ICMP报文报文 类型类型：对不同命令：对不同命令有不同取值有不同取值码值码值=0:网络不可达网络不可达码值码值=1:主机不可达主机不可达码值码值=2:协议不可达协议不可达码值码值=3:端口不可达端口不可达.校验和校验和ICMP请求与回应的格式为了实现Internet上不同计算机之间的通信，每台计算机都必须有一个不与其它计算机重复的地址，IP地址就是可以唯一标识主机的地址。IP地址是一个网络编码，它即可以是一个 主机（服务器、客户机）的地址，也可以是路由器一个端口的地址。即IP地址确定的是网络中的一个连
16、接。IP地址是数字型的，32位(32bit)，由4个 8位的二进制数组成，每8位之间用圆点隔开。由于二进制数不利于记忆，通常转换成十进制数表示，其取值范围为0255。IP地址 IP地址的格式与组成(1)IP地址的格式IP地址是一组32位长的二进制数字，用点分十进制表示。IP地址的组成网络地址主机地址 IP地址的格式与组成(2)192.168.1.100192.168.2.101192.168.2.100192.168.3.100192.168.1.100IPIPIPIP地址地址地址地址主机地址主机地址网络地址网络地址192.168.1.0192.168.2.0192.168.3.0二进制二进制
17、&十进制十进制计算机会自动进行两者之间的转换计算机会自动进行两者之间的转换十进制十进制 166.111.4.80=二进制二进制 10100110.01101111.00000100.01010000二进制二进制 1010 01100110 11110000 01000101 0000十进制十进制 166.111.4.80IP地址的两种表示法10000000=12811000000=19211100000=22411110000=24011111000=24811111100=25211111110=25411111111=255128 6432168421十进制-二进制对照表IP地址的分类wx
18、yz网络地址网络地址主机地址主机地址网络地址网络地址主机地址主机地址网络地址网络地址主机地址主机地址A A A A类类类类B B B B类类类类C C C C类类类类IP地址的分类地址地址地址地址类型类型类型类型引导位引导位引导位引导位W W W W的范围的范围的范围的范围地址结构地址结构地址结构地址结构可用网络可用网络可用网络可用网络地址数地址数地址数地址数可用主机可用主机可用主机可用主机地址数地址数地址数地址数A A A A类类类类0 01-1261-126网网.主主.主主.主主126(2126(27 7-2)-2)16777214(216777214(22424-2)-2)B B B B
19、类类类类1010128-191128-191网网.网网.主主.主主16384(216384(21414)65534(265534(21616-2)-2)C C C C类类类类110110192-223192-223网网.网网.网网.主主2097152(22097152(22121)254(2254(28 8-2)-2)D D D D类类类类11101110224-239224-239组播地址组播地址E E E E类类类类11111111240-240-研究和实验用地址研究和实验用地址 11111111 172 16 0 0 10101100 00010000 00000000 00000000
20、16151413121110 987654321网络位网络位主机位主机位 00000000 00000001 11111111 11111111 11111111 11111110.00000000 00000011 11111101123655346553565536-.265534N2N-2=216-2=65534计算有效的主机地址计算机要通讯必须有IP地址公共地址是指在Internet上通讯的地址私有地址不可以在Internet上通讯，可以用于局域网为了解决公共地址不足的现状，路由器之间的背靠背连接可以使用私有地址区分公共地址和私有地址专网IP和公网IP专网IP(供企业内部使用)1个A类
21、地址：10.0.0.0/816个B类地址：172.16.0.0/12 256个C类地址：192.168.0.0/16 公网IP(供Internet使用)第一个8位组为网络标识，其余三个8位组为主机标识。且第一个8位组的首位为0，其余7位表示网络。全0表示本地网络，全1保留诊断用。具有A类地址特征的有效网络地址为 1127，全世界只有128个A类网络，每个A类网络最多可以拥有224-2个IP地址，适用于大型网络。IP地址 之 A类地址网络地址网络地址主机地址主机地址A A A A类类类类B类地址中的第一、二个8位组为网络标识，第三、四个8位组用于主机标识。且第一个8位组的前二位为10，具有B类地
22、址特征的网络总数为214，每个网络中的IP地址可达到216 。第一个8位组的取值范围为128191。适用于中等规模的网络。IP地址 之 B类地址网络地址网络地址主机地址主机地址B B B B类类类类C类地址中的前三个8位组是网络标识，第四个8位组位主机标识。且第一个8位组的前三位为110，其余5位和第二、三个8位组共21位表示网络，具有C类地址特征的网络总数为221 。每个网络中可拥有256 个IP地址。第一个8位组的取值范围为192223。C类地址适用于主机量较少的网络中。IP地址 之 C类地址网络地址网络地址主机地址主机地址C C C C类类类类D类地址用于组播通信地址，其第一个8位组的最
23、高四位等于1110，取值范围为 224 239，用于标识组播通信地址，后28位用于区分不同的组播组。E类地址的第一个8位组的最高五位等于 11110，其取值范围为240255，此类地址作为未来地址而被保留。目前，具体的网络只能分配到A类、B类、C类地址中的一种。IP地址 之 D、E类地址主机地址全为“1”的，就是广播地址广播地址广播地址地址地址类别类别网络号网络号广播地址广播地址10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10练习一有效有效IP范围范围地址地址类别类别网络位网络位主机位主机位10.2.1
24、.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABCCB不存在不存在10.0.0.0128.63.0.0201.222.5.0192.6.141.0130.113.0.00.2.1.10.0.2.1000.0.0.640.0.0.20.0.64.16练习一（答案）练习二下列哪些是有效的IP地址：A：10.10.0.0B:233.100.2.2C:120.1.0.0D:127.120.50.30E:131.107.256.107F:188.56.4.255G:200.18.65.255练习二（答案）下列哪些是有效的IP地址：A:10.10.0.0 是A类地址，有效B:233.100.2.2 是组播地址，无效C:120.1.0.0 是A类地址，有效D:127.120.50.30 是回环地址，无效E:131.107.256.107 其中256255，无效F:188.56.4.255 是B类地址，有效 G:200.18.65.255 是200.18.65.0网络的广播地址，无效