1、第第8章章 路由器及路由器及IP交换技交换技术术吴红海河南科技大学信息工程学院2016-04-10硬件系统的基本组成承上启下：承上启下：交换(信号、分类)复用开关（交换单元）连接（连接函数）网络(单级与多级交换网络区别)电路交换接口电路存储程序控制分组交换和帧中继信令系统 ATM交换 设想一下，接下来内容是什么？学习目的学习目的 q初步了解初步了解TCP/IPTCP/IP基本原理基本原理,掌握路由器技术并与交掌握路由器技术并与交换机进行比较换机进行比较,初步认识初步认识IPIP交换和标记交换技术。交换和标记交换技术。学习重点学习重点 qTCP/IPTCP/IP基本原理基本原理 q路由器路由器
2、qIPIP交换交换 q标记交换标记交换 学习难点学习难点qIPIP交换交换 q标记交换标记交换 主要内容主要内容 q介绍计算机通信的演进发展和介绍计算机通信的演进发展和TCP/IPTCP/IP协议基本原理，协议基本原理，路由器技术，及路由器技术，及IPIP交换技术的进一步发展，如交换技术的进一步发展，如IPIP交换和交换和标记交换等标记交换等计算机网络计算机网络q计算机网络：是将地理位置不同，并具有独立功能的计算机网络：是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件支持下，向多个用户提供各种应用服
3、务，完善的网络软件支持下，向多个用户提供各种应用服务，从而实现数据、程序与硬件等各类资源共享的系统。从而实现数据、程序与硬件等各类资源共享的系统。计算机网络的主要功能是计算机网络的主要功能是q数据通信数据通信q资源共享资源共享q分布处理分布处理目录8.1 计算机通信的发展计算机通信的发展8.2 TCP/IP基本原理基本原理 8.3 路由器工作原理路由器工作原理8.4 IP交换技术交换技术 8.5 标记交换技术标记交换技术8.1 计算机通信的发展计算机通信的发展计算机通信网的发展计算机通信网的发展q20世纪世纪60年代末年代末70年代初的年代初的ARPA net ARPA net是美国国防部高级
4、研究计划局建立的，它是世是美国国防部高级研究计划局建立的，它是世界上最早出现的计算机网络，现代计算机网络的许多概念界上最早出现的计算机网络，现代计算机网络的许多概念和方法，和方法，如分组交换技术都来自如分组交换技术都来自ARPA net，ARPA net不不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且作了无线、仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且作了无线、卫星网的分组交换技术研究。其结果导致了网络协议卫星网的分组交换技术研究。其结果导致了网络协议TCP/IP（Transmission Control/Internet Protocol)的问世的问世q1994年是年是Internet轰动全球
5、的一年，这年轰动全球的一年，这年5月，中国加入了月，中国加入了Internet网络网络 q1995年，除了年，除了Internet应用继续迅猛发展外，随着应用继续迅猛发展外，随着Internet技术的深入发展，一个使用方便、价格低廉的企业技术的深入发展，一个使用方便、价格低廉的企业(单位单位)内部信息交换网内部信息交换网Internet应运而生。应运而生。Internet发展发展势头迅猛，它将企业（单位）带进网络时代势头迅猛，它将企业（单位）带进网络时代 Internet的基础的基础什么是什么是InternetInternet？q按照字面解释，它是个互联网络。而现在我们所讲的按照字面解释，它是
6、个互联网络。而现在我们所讲的InternetInternet是起源于美国，现在已连通全世界的一个超级计算机互联网络是起源于美国，现在已连通全世界的一个超级计算机互联网络qInternetInternet的精华在于：它含有上至天文、下至地理；无所不有、的精华在于：它含有上至天文、下至地理；无所不有、无所不包、实用而又趣味的信息。从这个意义上说，无所不包、实用而又趣味的信息。从这个意义上说，InternetInternet又是一个巨大的信息资源又是一个巨大的信息资源q说起说起Internet，我们必须重视它的重大用户，我们必须重视它的重大用户人的参与。人的参与。Internet容许全球千百万人相互
7、通信，共享资源。用户可发容许全球千百万人相互通信，共享资源。用户可发E_mail；可以参加专题讨论，还可以免费获取计算机程序或；可以参加专题讨论，还可以免费获取计算机程序或其它信息资源，不管是什么人，在任何时候，其它信息资源，不管是什么人，在任何时候，Internet总是总是向你开放的，向你开放的，Internet对任何人都是友好的，对任何人都是友好的，Internet的用户群组成了一个友好的大家庭的用户群组成了一个友好的大家庭综上所述，什么是综上所述，什么是Internet?首先，它是一个全球计算机互联网络；首先，它是一个全球计算机互联网络；其次，其次，Internet本身就是一个巨大的信息
8、资源；第三是最重要的，本身就是一个巨大的信息资源；第三是最重要的，Internet是一个大家庭，人们共同享用着人类自己创造的财富是一个大家庭，人们共同享用着人类自己创造的财富 Internet的基础的基础 Internet的组成的组成q因特网主要由通信线路、路由器、主机和信息资源等组成因特网主要由通信线路、路由器、主机和信息资源等组成通信线路：通信线路：通信线路是连接因特网中各种设备的基础设施，通信线路是连接因特网中各种设备的基础设施，可以分为有线通信线路和无线通信信道两类。通信线路的可以分为有线通信线路和无线通信信道两类。通信线路的数据传输能力用带宽和传输速率两个指标衡量，传输速率数据传输能
9、力用带宽和传输速率两个指标衡量，传输速率与带宽成正比，带宽越大，传输速率也就越高与带宽成正比，带宽越大，传输速率也就越高路由器：路由器：连接因特网中各局域网、广域网的设备是路由器，连接因特网中各局域网、广域网的设备是路由器，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳的路径，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳的路径，按前后顺序发送信号按前后顺序发送信号主机：主机：按用途不同可以分为两类：一类是信息资源与服务按用途不同可以分为两类：一类是信息资源与服务的提供者，叫做服务器。服务器总是由高性能、大容量的的提供者，叫做服务器。服务器总是由高性能、大容量的大型计算机担当。另一类是信息资源与服
10、务的接受者，叫大型计算机担当。另一类是信息资源与服务的接受者，叫做客户机做客户机信息资源：信息资源：在因特网中的信息资源，比如文本、图像、声在因特网中的信息资源，比如文本、图像、声音、视频信息音、视频信息计算机网络基础计算机网络基础计算机网络的分类计算机网络的分类q按规模按规模 局域网局域网(Local Area Network，LAN)：是小范围的计：是小范围的计算机网络。它的覆盖范围一般在算机网络。它的覆盖范围一般在10公里以内。设备的更公里以内。设备的更新、新技术的引用都比较容易，所以传输速率也比较高，新、新技术的引用都比较容易，所以传输速率也比较高，常常可以达到常常可以达到10-100
11、Mbps。以太网（以太网（Ethernet）：）：最广泛的局域网最广泛的局域网广域网广域网(Wide Area Network，WAN)也叫做远程网，也叫做远程网，它可以覆盖几公里至几千公里的范围。广域网的通信子它可以覆盖几公里至几千公里的范围。广域网的通信子网主要使用网主要使用分组交换分组交换技术，并使用传统的电话网技术，并使用传统的电话网(公用通公用通信网信网)、卫星通信网、无线网来传输信息。广域网的传输、卫星通信网、无线网来传输信息。广域网的传输速率较低，一般在几十速率较低，一般在几十K至几至几Mbps之间。之间。Internet可视可视为世界上最大的广域网为世界上最大的广域网计算机网络
12、基础计算机网络基础20世纪世纪70年代，电子和电器工程师协会（年代，电子和电器工程师协会（IEEE）制定了三个局域）制定了三个局域网标准网标准 q三个局域网标准三个局域网标准IEEE802.3(CSMA/CD)采用载波侦听多路访问采用载波侦听多路访问/冲突检测技术冲突检测技术IEEE802.4(令牌总线令牌总线)：令牌来控制发送数据站点令牌来控制发送数据站点 IEEE802.5(令牌环网令牌环网)：令牌来控制发送数据站点：令牌来控制发送数据站点 值得注意的是，这三个标准只描述了分层结构中下面一层半（即物值得注意的是，这三个标准只描述了分层结构中下面一层半（即物理层和介质访问子层）的内容，数据链
13、路子层的上半层（理层和介质访问子层）的内容，数据链路子层的上半层（LLC）由）由IEEE802.2描述。著名的以太网（描述。著名的以太网（Ethernet）就是）就是IEEE802.3的的一个典型产品一个典型产品这三个局域网标准都是广播型网络，网上的所有站点共享传送信道，这三个局域网标准都是广播型网络，网上的所有站点共享传送信道，一站点发送数据，其它站点都能收到。在广播型网络上，同时只能一站点发送数据，其它站点都能收到。在广播型网络上，同时只能有一个站点处于发送数据状态，因此，必须解决谁使用信道发送数有一个站点处于发送数据状态，因此，必须解决谁使用信道发送数据的信道竞争问题。以太往采用载波侦听
14、多路访问据的信道竞争问题。以太往采用载波侦听多路访问/冲突检测技术，冲突检测技术，在发送数据的同时进行冲突检测，一旦检测到冲突则立即停止发送，在发送数据的同时进行冲突检测，一旦检测到冲突则立即停止发送，当发现空闲时立刻发送数据；而令牌总线和令牌环则采用令牌来控当发现空闲时立刻发送数据；而令牌总线和令牌环则采用令牌来控制，只有获得令牌的站点能向网上发送数据。制，只有获得令牌的站点能向网上发送数据。计算机网络基础计算机网络基础计算机网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构 计算机网络拓扑结构是指网络中各结点与通信线路之间的关系结计算机网络拓扑结构是指网络中各结点与通信线路之间的关系结构，实际上主要是指通
15、信子网的拓扑结构。构，实际上主要是指通信子网的拓扑结构。常见的几种拓扑结构常见的几种拓扑结构q星型拓扑：星型拓扑：由一个中心结点与各站点之间呈辐射状连接，中由一个中心结点与各站点之间呈辐射状连接，中心结点对全网的通信实行集中控制，任何两个结点之间的通心结点对全网的通信实行集中控制，任何两个结点之间的通信都必须通过中心结点来实现。星型拓扑结构简单，访问协信都必须通过中心结点来实现。星型拓扑结构简单，访问协议简单，单机故障不会影响网络运行；但是对中心结点的可议简单，单机故障不会影响网络运行；但是对中心结点的可靠性要求高，中心结点出现故障，整个网络就会瘫痪，系统靠性要求高，中心结点出现故障，整个网络
16、就会瘫痪，系统的扩充比较困难的扩充比较困难q总线型拓扑：总线型拓扑：所有的站点都连接到一条公用传输线所有的站点都连接到一条公用传输线-总线上，总线上，就形成了总线型计算机网络结构。其优点是结构简单，易于就形成了总线型计算机网络结构。其优点是结构简单，易于扩充、价格低廉，容易安装。缺点是出现故障后需要检查总扩充、价格低廉，容易安装。缺点是出现故障后需要检查总线在各结点的连接，因此查错比较困难；虽然某台计算机故线在各结点的连接，因此查错比较困难；虽然某台计算机故障不会影响网络运行，但是若总线断开则网络将不可使用障不会影响网络运行，但是若总线断开则网络将不可使用 计算机网络基础计算机网络基础q环型拓
17、扑：环型拓扑：使网络中各站点首尾相连，以通信线路连接成一个使网络中各站点首尾相连，以通信线路连接成一个封闭的环路，数据只能在环路中沿着一个方向逐点传输。环型封闭的环路，数据只能在环路中沿着一个方向逐点传输。环型拓扑结构简单，传输延时确定，适合光纤介质网络；但是任何拓扑结构简单，传输延时确定，适合光纤介质网络；但是任何一个结点的故障都会使全网瘫痪，而且结点的增加或减少都比一个结点的故障都会使全网瘫痪，而且结点的增加或减少都比较困难较困难q树型拓扑：树型拓扑：由星型拓扑演变而来，形状像一棵根在上方的大树。由星型拓扑演变而来，形状像一棵根在上方的大树。各结点按层次进行连接，信息交换主要在上下结点之间
18、进行。各结点按层次进行连接，信息交换主要在上下结点之间进行。树型拓扑结构中的故障比较容易检测和隔离树型拓扑结构中的故障比较容易检测和隔离计算机通信的演进和发展计算机通信的演进和发展 使用使用RS-232RS-232技术的近程互连结构技术的近程互连结构使用调制解调器技术的远程互连结构使用调制解调器技术的远程互连结构计算机计算机A A计算机计算机B B计算机计算机A A计算机计算机B B调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器计算机通信的演进和发展计算机通信的演进和发展计算机总线型局域网互连通信结构计算机总线型局域网互连通信结构计算机计算机A A计算机计算机B B计算机计算机C C计算机通信的演进
19、和发展计算机通信的演进和发展两个局域网互连结构两个局域网互连结构路由器路由器LANLANLANLAN在在InternetInternet中，完成信息交中，完成信息交互和网络互联的技术是通过互和网络互联的技术是通过路由器路由器(网关网关)来实现的来实现的 路由器连接的两个网络路由器连接的两个网络可以是同种类型的，也可以可以是同种类型的，也可以是不同类型的是不同类型的 计算机通信的演进和发展计算机通信的演进和发展互联网互联网网络网络1 1网络网络4 4网络网络3 3网络网络2 2 计算机通信的演进和发展计算机通信的演进和发展Internet的原型思想：的原型思想：用不同的网卡插入某台计算机就用不同
20、的网卡插入某台计算机就可以使该计算机接入到不同技术的局域网上，并且能与网可以使该计算机接入到不同技术的局域网上，并且能与网上的其他计算机进行通信。另外，在一台计算机上可以同上的其他计算机进行通信。另外，在一台计算机上可以同时插入两种或更多种不同技术的网卡，那么一台计算机就时插入两种或更多种不同技术的网卡，那么一台计算机就可以连接到两个或更多的网络上。如果对该台计算机所连可以连接到两个或更多的网络上。如果对该台计算机所连接的多个网络及其站点进行网络编号，并运行网间数据转接的多个网络及其站点进行网络编号，并运行网间数据转发协议软件，那么该台计算机就可以执行异构网络站点之发协议软件，那么该台计算机就
21、可以执行异构网络站点之间的分组数据转发任务，这就是间的分组数据转发任务，这就是Internet的原型思想的原型思想 路由选择：路由选择：选择一个网络向其发送分组的过程称为路由选选择一个网络向其发送分组的过程称为路由选择择路由器路由器：在互联网络中执行路由选择任务的在互联网络中执行路由选择任务的专用计算机专用计算机称称为路由器或称其为网关为路由器或称其为网关 计算机通信的演进和发展计算机通信的演进和发展网络互连的目标：网络互连的目标：是通过异构网络实现通用服务，路由器是通过异构网络实现通用服务，路由器必须把一个网络中的源计算机发出的信息，转发到另一个必须把一个网络中的源计算机发出的信息，转发到另
22、一个网络中的目标计算机，这一任务是很复杂的，因为组成互网络中的目标计算机，这一任务是很复杂的，因为组成互连网的各个子网使用的帧格式和编址方案不尽相同。这样连网的各个子网使用的帧格式和编址方案不尽相同。这样为了实现通用服务，在计算机和路由器上都要协议软件。为了实现通用服务，在计算机和路由器上都要协议软件。如同两个人必须会同一种语言才能交流一样，这一道理同如同两个人必须会同一种语言才能交流一样，这一道理同样适用于计算机，因此在因特网中，也为异构网互联定义样适用于计算机，因此在因特网中，也为异构网互联定义了一系列通信协议，这些协议简称为传输控制协议了一系列通信协议，这些协议简称为传输控制协议/网络互
23、网络互连协议（连协议（TCP/IP）网络协议：网络协议：在计算机网络中，计算机之间通信时必须遵守在计算机网络中，计算机之间通信时必须遵守一定的规定和规程，以便保证能够互相连接和正确交换信一定的规定和规程，以便保证能够互相连接和正确交换信息，这些约定和规程是事先制定的，并以标准的形式固定息，这些约定和规程是事先制定的，并以标准的形式固定下来，这就是网络协议下来，这就是网络协议8.2 TCP/IP基本原理基本原理 什么是什么是TCP/IP协议协议 qTCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol的简的简写，中文译名为传输控制协议写，中文
24、译名为传输控制协议/互联网络协议）协议是互联网络协议）协议是Internet最基本的协议，简单地说，就是由底层的最基本的协议，简单地说，就是由底层的IP协议和协议和TCP协议组协议组成的。成的。TCP/IP协议的开发工作始于协议的开发工作始于70年代，是用于互联网的第年代，是用于互联网的第一套协议一套协议 q在在Internet没有形成之前，各个地方已经建立了很多小型的网络，没有形成之前，各个地方已经建立了很多小型的网络，称为局域网，称为局域网，Internet的中文意义是的中文意义是“网际网网际网”，它实际上就是，它实际上就是将全球各地的局域网连接起来而形成的一个将全球各地的局域网连接起来而
25、形成的一个“网之间的网（即网之间的网（即网际网）网际网）”。然而，在连接之前的各式各样的局域网却存在不。然而，在连接之前的各式各样的局域网却存在不同的网络结构和数据传输规则，将这些小网连接起来后各网之同的网络结构和数据传输规则，将这些小网连接起来后各网之间要通过什么样的规则来传输数据呢？这就象世界上有很多个间要通过什么样的规则来传输数据呢？这就象世界上有很多个国家，各个国家的人说各自的语言，世界上任意两个人要怎样国家，各个国家的人说各自的语言，世界上任意两个人要怎样才能互相沟通呢？如果全世界的人都能够说同一种语言（即世才能互相沟通呢？如果全世界的人都能够说同一种语言（即世界语），这个问题不就解
26、决了吗？界语），这个问题不就解决了吗？TCP/IP协议正是协议正是Internet上的上的“世界语世界语”TCP/IP基本原理基本原理qTCP/IP的突出特点在于其网络互连功能的突出特点在于其网络互连功能q TCP/IP它本身是在物理网（它本身是在物理网（X.25、FR、LAN等）上的一等）上的一组网络协议族。组网络协议族。TCP/IP是两个最著名的协议是两个最著名的协议，其它协议包，其它协议包括用户数据报协议（括用户数据报协议（UDP）、互联网控制报文协议（）、互联网控制报文协议（ICMP）以及地址解析协议（以及地址解析协议（ARP）等）等计算机通信是一项非常复杂的工作，不可能把它作为一个整
27、体来计算机通信是一项非常复杂的工作，不可能把它作为一个整体来处理，也不能设计出包括所有功能的协议。因此，一般把网络按处理，也不能设计出包括所有功能的协议。因此，一般把网络按功能分层，使每一层的功能易于实现和管理功能分层，使每一层的功能易于实现和管理TCP/IP协议的开发工作始于协议的开发工作始于70年代，是用于互联网的年代，是用于互联网的第一套协议。下面就为大家介绍第一套协议。下面就为大家介绍TCP/IP协议的相关内协议的相关内容容 TCP/IP基本原理基本原理TCP/IP分层模型与分层模型与OSI模型的对比模型的对比应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链数据链路层
28、路层物理层物理层7 6 5 4 3 2 17 6 5 4 3 2 1SMTPDNSNSPFTPTelnet TCP UDP以太网、令牌总线、令牌环、以太网、令牌总线、令牌环、FDDI、ARPANET、PDN等协议等协议电缆、连接器、信号等电器特性协议电缆、连接器、信号等电器特性协议ICMPICMPRARPRARPARPARPIPIP5 5、应用层、应用层1 1、物里层、物里层2 2、网络接口层、网络接口层4 4、传输层、传输层3 3、网间网层、网间网层简单由间简单由间传送协议传送协议域名服域名服务协议务协议命名服命名服务协议务协议远程登远程登陆协议陆协议文件传文件传输协议输协议 TCP/IP基
29、本原理基本原理TCP/IP第一层第一层为物理层为物理层对应于网络的基本硬件，对应于网络的基本硬件，这也这也是是Internet物理构成，即我们可以看得见的硬设备物理构成，即我们可以看得见的硬设备，如如PC机、互连网服务器、网络设备等，必须对这些硬机、互连网服务器、网络设备等，必须对这些硬设备的电气特性作一个规范，使这些设备都能够互相设备的电气特性作一个规范，使这些设备都能够互相连接幷兼容使用，连接幷兼容使用，如同如同OSI的第一层的第一层TCP/IP第二层第二层为网络接口层，为网络接口层，它定义了将资料组成正它定义了将资料组成正确帧的规程和在网络中传输帧的规程，帧是指一串资确帧的规程和在网络中
30、传输帧的规程，帧是指一串资料，它是资料在网络中传输的单位，料，它是资料在网络中传输的单位，类似于类似于OSI的第的第二层二层TCP/IP第三层为第三层为网间网层即网间网层即IP层，层，本层定义了互本层定义了互联网中传输的联网中传输的“信息包信息包”格式，以及从一个用户通过格式，以及从一个用户通过一个或多个路由器到最终目标的一个或多个路由器到最终目标的信息包信息包转发机制转发机制 TCP/IP基本原理基本原理TCP/IP第四层第四层为传输层，为传输层，为两个用户进程之间建立、为两个用户进程之间建立、管理和拆除可靠而又有效的端到端连接，管理和拆除可靠而又有效的端到端连接，类似于类似于OSI的的第四
31、层第四层TCP/IP第五层第五层为应用层，为应用层，它定义了应用程序使用互联它定义了应用程序使用互联网的规程，网的规程，对应于开放系统的第对应于开放系统的第5-7层层在在TCP/IP协议族分层模型中，核心层是网间网层和传协议族分层模型中，核心层是网间网层和传输层，相应的接口协议是输层，相应的接口协议是IP和和TCP两大协议两大协议 TCP/IP协议是协议是Internet网中计算机通信的一组约网中计算机通信的一组约定，不是计算机语言定，不是计算机语言 IP协议协议网间网协议网间网协议IP(Internet Protocol):提供无连接的包传送服务。提供无连接的包传送服务。主要功主要功能包括无
32、连接数据报传送、数据报寻径和差错处理三个部分能包括无连接数据报传送、数据报寻径和差错处理三个部分网际协议网际协议IP协议提供了能适应各种各样网络硬件的灵活性，对底层网络硬件协议提供了能适应各种各样网络硬件的灵活性，对底层网络硬件几乎没有任何要求，任何一个网络只要可以从一个地点向另一个地点传送二几乎没有任何要求，任何一个网络只要可以从一个地点向另一个地点传送二进制数据，就可以使用进制数据，就可以使用IP协议加入协议加入 Internet 了了 IP协议对于网络通信有着重要的意义：网络中的计算机通过安装协议对于网络通信有着重要的意义：网络中的计算机通过安装IP软软件，使许许多多的局域网络构成了一个
33、庞大而又严密的通信系统。从件，使许许多多的局域网络构成了一个庞大而又严密的通信系统。从而使而使 Internet 看起来好象是真实存在的，但实际上它是一种并不存在看起来好象是真实存在的，但实际上它是一种并不存在的虚拟网络，只不过是利用的虚拟网络，只不过是利用IP协议把全世界上所有愿意接入协议把全世界上所有愿意接入 Internet 的计算机局域网络连接起来，使得它们彼此之间都能够通信的计算机局域网络连接起来，使得它们彼此之间都能够通信 IP层的特点层的特点q提供无连接的数据报传输机制。提供无连接的数据报传输机制。IP数据报协议非常简单，不能保证传数据报协议非常简单，不能保证传输的可靠性输的可靠
34、性 qIP协议是点到点的协议。协议是点到点的协议。IP层点对点通信的一个最大问题是寻径，层点对点通信的一个最大问题是寻径，即通过信宿即通过信宿IP地址如何确定通信的下一点的问题。一旦确定了通信的地址如何确定通信的下一点的问题。一旦确定了通信的下一点，点到点通信便可建立起来下一点，点到点通信便可建立起来 IP数据报格式数据报格式nIP数据报格式：由报头和正文两部分组成。数据报格式：由报头和正文两部分组成。报头有报头有20字节的固定段和任字节的固定段和任选的变长段选的变长段 版本版本头标长头标长 服务类型服务类型 总总 长长 度度 标标 识识 标标 志志 段段 偏偏 移移 量量生生 存存 时时 间
35、间 协协 议议 头头 标标 校校 验验 和和 源源 IP 地地 址址 信信 宿宿 IP 地地 址址 任任 选选 项项填充域填充域 数数 据据 报报 头头数据区数据区0 4 8 15 16 20 24 31bit0 4 8 15 16 20 24 31bit 表表:IP:IP数据报格式数据报格式 IP地址模式地址模式IP地址用来惟一识别地址用来惟一识别Internet网中的计算机，任何两台计算机不网中的计算机，任何两台计算机不能具有相同的能具有相同的IP地址，地址，在在1981年定义的年定义的IP版本版本4(IPV4）中，）中，IP地址长度为地址长度为4个字节个字节32位，位，包括网络编号和主机
36、号两部分包括网络编号和主机号两部分 0 网网 络络 号号 主主 机机 号号1 0 网网 络络 号号 主主 机机 号号1 1 0 网网 络络 号号主主 机机 号号1 1 1 0 多目的地址（多点广播组地址）多目的地址（多点广播组地址）1 1 1 0 0 保保 留留 实实 验验 用用0 01616242431318 8表：表：IPIP地址模式地址模式 IP地址模式地址模式在在Internet中，按网络规模的大小，将中，按网络规模的大小，将IP地址分为地址分为A、B、C三类，三类，D类是为同播定义的，类是为同播定义的，E类地址，保留为实验用。类地址，保留为实验用。IP地址用四组地址用四组十进制十进制
37、点分表示，每组数的取值范围为点分表示，每组数的取值范围为0-255，利用圆点将各组分开。利用圆点将各组分开。IP地址方案是为主机和路由器指定的地址方案是为主机和路由器指定的高级协议地址高级协议地址0127 A类地址：类地址：第第1字节表示网络号，第字节表示网络号，第2、3、4字节字节表示主机号，可以划分表示主机号，可以划分27个网络，每个网络有个网络，每个网络有224台主机。台主机。所所以以A类地址通常分配给规模特别庞大的网络使用类地址通常分配给规模特别庞大的网络使用128191 B类地址：类地址：第第1、2字节表示网络号，可以划分字节表示网络号，可以划分214个网络，每个网络有个网络，每个网
38、络有216台主机。台主机。所以所以B类地址通常分配给大类地址通常分配给大型网络使用型网络使用 192223 C类地址：类地址：第第1、2、3字节表示网络号，可以划字节表示网络号，可以划分分221个网络，每个网络有个网络，每个网络有28台主机。台主机。所以所以C类地址通常分配类地址通常分配给小型网络，如大量的局域网和校园网都使用给小型网络，如大量的局域网和校园网都使用C类地址类地址 地址解析协议（地址解析协议（ARP）什么是什么是ARP协议协议 qARP协议是协议是“Address Resolution Protocol”的缩写。在的缩写。在局域网中，网络中实际传输的是局域网中，网络中实际传输的
39、是“帧帧”，帧里面是有目标主，帧里面是有目标主机的机的MAC地址的。在以太网中，一个主机要和另一个主机进地址的。在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的行直接通信，必须要知道目标主机的MAC地址。但这个目标地址。但这个目标MAC地址是如何获得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。地址是如何获得的呢？它就是通过地址解析协议获得的。所谓所谓“地址解析地址解析”就是主机在发送帧前将目标就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成地址转换成目标目标MAC地址的过程，即地址的过程，即将一台计算机的将一台计算机的IP地址翻译成等价地址翻译成等价的硬件地址的过程。的硬件地址的过程。ARP
40、协议的基本功能就是通过目标设备协议的基本功能就是通过目标设备的的IP地址，查询目标设备的地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进地址，以保证通信的顺利进行行。地址解析是一个网络内的。地址解析是一个网络内的局部局部过程，即一台计算机能够过程，即一台计算机能够解析另一台计算机的充要条件是两台计算机都连在同一物理解析另一台计算机的充要条件是两台计算机都连在同一物理网络中，一台计算机无法解析远程网络上的计算机地址。网络中，一台计算机无法解析远程网络上的计算机地址。（IP软件地址软件地址 MAC硬件地址）硬件地址）地址解析协议（地址解析协议（ARP）ARP定义了两类基本消息定义了两类基本消息q
41、请求消息请求消息:一个请求消息，包含一个一个请求消息，包含一个IP地址和对相地址和对相应硬件地址的请求应硬件地址的请求 q应答消息应答消息:一个应答消息既包含发来的一个应答消息既包含发来的IP地址，也地址，也包含相应的硬件地址包含相应的硬件地址 ARP标准精确规定了标准精确规定了ARP消息怎样在网上传递。协议消息怎样在网上传递。协议规定：所有规定：所有ARP请求消息都直接封装在请求消息都直接封装在LAN帧中，广播帧中，广播给网上所有计算机，每个计算机收到请求后都会检测给网上所有计算机，每个计算机收到请求后都会检测其中的其中的IP地址，与地址，与IP地址匹配的计算机发送一个应答，地址匹配的计算机
42、发送一个应答，与与IP地址不匹配的计算机则会丢弃收到的请求，不发地址不匹配的计算机则会丢弃收到的请求，不发任何应答任何应答 互连网控制消息协议（互连网控制消息协议（ICMP）什么是什么是ICMP协议协议:qICMP是是“Internet Control Message Protocol”（Internet控制消息协议）的缩写。它是控制消息协议）的缩写。它是TCP/IP协议族的协议族的一个子协议，用于在一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。主机、路由器之间传递控制消息。控控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身
43、的消息。络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用对于用户数据的传递起着重要的作用 我们在网络中经常会使用到我们在网络中经常会使用到ICMP协议，只不过我们觉察不到而已。协议，只不过我们觉察不到而已。比如我们经常使用的用于检查网络通不通的比如我们经常使用的用于检查网络通不通的Ping命令，这个命令，这个“Ping”的过程实际上就是的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其它的网协议工作的过程。还有其它的网络命令如络命令如跟踪路由的跟踪路由的Tracert命令也是基于命令也是基于ICMP协议的协议的互连网控制报文
44、协议的目的就是为了诊断将报文传送到目的地有互连网控制报文协议的目的就是为了诊断将报文传送到目的地有无错误，是无错误，是IP中不可分割的一部分，仅仅是关于网络问题的返回中不可分割的一部分，仅仅是关于网络问题的返回报告，并不是为了增加报告，并不是为了增加IP数据报的可靠性数据报的可靠性 互连网控制消息协议（互连网控制消息协议（ICMP）ICMP报文格式包含报文格式包含类型、代码及校验和三个固定的域，类型、代码及校验和三个固定的域，剩余的内容依赖于消息类型剩余的内容依赖于消息类型 类类 型型代代 码码 校校 验验 和和 未未 使使 用用出错报文的出错报文的IP报头报头+64源数据段源数据段0 8 1
45、5 16 24 31Bit 0 8 15 16 24 31Bit TCP协议协议 传输控制协议传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol):TCP是面向连接的协议，它提供两个网络设备间数据是面向连接的协议，它提供两个网络设备间数据有保障的顺序传递有保障的顺序传递尽管计算机通过安装尽管计算机通过安装IP软件，从而保证了计算机软件，从而保证了计算机之间可以发送和接收资料，但之间可以发送和接收资料，但IP协议还不能解决资料分组在传输过协议还不能解决资料分组在传输过程中可能出现的问题。因此，若要解决可能出现的问题，连上程中可能出现的问题。因此，若要解决可能出现的问题
46、，连上 Internet 的计算机还需要安装的计算机还需要安装TCP协议来提供可靠的幷且无差错协议来提供可靠的幷且无差错的通信服务的通信服务 TCP协议被称作一种端对端协议。协议被称作一种端对端协议。这是因为它为两台计算机之间的这是因为它为两台计算机之间的连接起了重要作用：当一台计算机需要与另一台远程计算机连接时，连接起了重要作用：当一台计算机需要与另一台远程计算机连接时，TCP协议会让它们建立一个连接、发送和接收资料以及终止连接协议会让它们建立一个连接、发送和接收资料以及终止连接传输控制协议传输控制协议TCP利用重发技术和拥塞控制机制，向应用程序提供利用重发技术和拥塞控制机制，向应用程序提供
47、可靠的通信连接，使它能够自动适应网上的各种变化。即使在可靠的通信连接，使它能够自动适应网上的各种变化。即使在 Internet 暂时出现堵塞的情况下，暂时出现堵塞的情况下，TCP也能够保证通信的可靠也能够保证通信的可靠 TCP协议协议众所周知，众所周知，Internet 是一个庞大的国际性网络，网络是一个庞大的国际性网络，网络上的拥挤和空闲时间总是交替不定的，加上传送的距离也上的拥挤和空闲时间总是交替不定的，加上传送的距离也远近不同，所以传输资料所用时间也会变化不定。远近不同，所以传输资料所用时间也会变化不定。TCP协协议具有自动调整议具有自动调整“超时值超时值”的功能，能很好地适应的功能，能
48、很好地适应 Internet 上各种各样的变化，确保传输数值的正确上各种各样的变化，确保传输数值的正确因此，从上面我们可以了解到：因此，从上面我们可以了解到：IP协议只保证计算机能发协议只保证计算机能发送和接收分组资料，而送和接收分组资料，而TCP协议则可提供一个可靠的、可协议则可提供一个可靠的、可流控的、全双工的信息流传输服务流控的、全双工的信息流传输服务综上所述，虽然综上所述，虽然IP和和TCP这两个协议的功能不尽相同，也这两个协议的功能不尽相同，也可以分开单独使用，但它们是在同一时期作为一个协议来可以分开单独使用，但它们是在同一时期作为一个协议来设计的，幷且在功能上也是互补的。只有两者的
49、结合，才设计的，幷且在功能上也是互补的。只有两者的结合，才能保证能保证 Internet 在复杂的环境下正常运行。凡是要连在复杂的环境下正常运行。凡是要连接到接到 Internet 的计算机，都必须同时安装和使用这两的计算机，都必须同时安装和使用这两个协议，因此在实际中常把这两个协议统称作个协议，因此在实际中常把这两个协议统称作TCP/IP协协议议 TCP协议协议TCP段格式段格式：TCP采用段来指明一个消息采用段来指明一个消息 源源 端端 口口 目目 的的 端端 口口 序序 号号 确确 认认 号号段头长度段头长度 保保 留留码码 位位 窗窗 口口校验和校验和 紧急指针紧急指针 任任 选选 项
50、项 填填 充充 数数 据据 TCP协议与协议与IP的关系的关系TCP使用使用IP来携带消息，每一个来携带消息，每一个TCP消息封装成一个消息封装成一个IP数据报后通过互联网。当数据报到达目的主机，数据报后通过互联网。当数据报到达目的主机，IP将数将数据报的内容传给据报的内容传给TCP。注意：尽管。注意：尽管TCP使用使用IP来携带消息，来携带消息，但但IP并不阅读或干预这些消息。因而，并不阅读或干预这些消息。因而，TCP只把只把IP看作看作一个负责连接两个端点主机的通信系统，而一个负责连接两个端点主机的通信系统，而IP只把每个只把每个TCP消息看作数据传输消息看作数据传输 UDP（用户数据报）
