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第 一 章

第 一 章. 网络技术基础. IPv4 基础知识. IPv6 基础知识. 网络设备及其操作系统. Contents. IPv4 基础知识. IPv6 基础知识. 网络设备及其操作系统. Contents. 网络分层模型. 解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题 将服务、接口和协议这三个概念区分开来 使网络的不同功能模块分担起不同的职责 减轻问题的复杂程度 在各层分别定义标准接口，各层相对独立 能有效刺激网络技术革新 便于研究和教学. OSI 七层参考模型. 开放系统互连参考模型. 7. 应用层. 面向用户应用. 6. 表示层.

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第 一 章

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  1. 第一章 网络技术基础

  2. IPv4基础知识 IPv6基础知识 网络设备及其操作系统 Contents

  3. IPv4基础知识 IPv6基础知识 网络设备及其操作系统 Contents

  4. 网络分层模型 • 解决异种网络互连时所遇到的兼容性问题 • 将服务、接口和协议这三个概念区分开来 • 使网络的不同功能模块分担起不同的职责 • 减轻问题的复杂程度 • 在各层分别定义标准接口，各层相对独立 • 能有效刺激网络技术革新 • 便于研究和教学

  5. OSI七层参考模型 • 开放系统互连参考模型 7.应用层 面向用户应用 6.表示层 5.会话层 4.传输层 3.网络层 面向数据传输 2.数据链路层 1.物理层

  6. OSI七层参考模型 设备A 中间节点 中间节点 设备B

  7. OSI七层参考模型 设备A 设备B

  8. 物理层 • 为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备 • 包括激活物理连接、传送数据、终止物理连接这3个步骤 • 为数据传输提供可靠的环境 • 正确地传输比特流 • 常见协议 • EIA/TIA 232（RS-232-C ） • 典型设备 • 中继器：连接两个（或多个）网段，对信号起中继放大作用 ，以此来延长网络的长度 • 集线器：可以将多台设备以星形的拓扑结构连接起来，组成共享型的网络

  9. 数据链路层 • 数据链路的建立、拆除 • 对数据进行检错、纠错 • 将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输 • 典型设备 • 网桥：连接两个局域网，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信 • 交换机：按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发 ，转发延迟小，将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽

  10. 网络层 • 进行路由选择和中继 • 激活、终止网络连接，实现数据链路的复用 • 排序、流量控制 • 典型设备 • 路由器：决定最优路由和转发数据包

  11. 传输层 • 实现端到端的可靠传输 • 进行流量控制、差错控制、虚电路管理 • 在通信子网和高层之间起承上启下的作用

  12. 会话层 • 建立和维持会话 • 使会话获得同步 • 数据传输和连接释放

  13. 表示层 • 对上层数据或信息进行变换，以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解 • 数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等

  14. 应用层 • 为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口 • 包含了各种各样的协议，这些协议往往直接针对用户的需要 ，如： • HTTP • FTP • SMTP

  15. OSI七层参考模型 允许接入网络资源 应用层 对数据进行转换、 加密和压缩 表示层 建立、管理和终止会话 会话层 提供可靠的端到端的 报文传输和差错控制 传输层 将分组从源端传送到目的端； 提供网络互联 网络层 将分组数据封装成帧； 提供节点到节点方式的传输 数据链路层 在媒体上传输比特； 提供机械的和电气的规约 物理层

  16. TCP/IP参考模型 • 在20世纪60年代末为ARPAnet而开发 • 因传输控制协议TCP和网际协议IP而得名 • 包含多个协议 • 四层的体系结构

  17. TCP/IP协议栈 应用层 各种应用程序层 SMTP FTP …… DNS SNMP TFTP NFS 表示层 会话层 传输层 TCP UDP 网络层 IP ICMP IGMP RARP ARP 数据链路层 由底层网络定义的协议 Ethernet,Token-Ring,FDDI,X.25,Wirless,ATM 物理层

  18. TCP/IP和OSI模型的对应关系

  19. OSI和TCP/IP模型的比较 • 都以协议栈的概念为基础 • 各层功能大体相同 • OSI模型严格区分了各层的服务、接口和协议；而TCP/IP模型在设计之初并没有明确区分这三者 • OSI模型先于其协议出现，模型更通用；而TCP/IP协议先于模型出现，因此不能描述其他协议栈 • OSI的网络层提供面向连接和无连接的服务，传输层只提供面向连接的服务；而TCP/IP在网络层只提供无连接的服务，在传输层提供面向连接和无连接的服务

  20. IP协议 • 一种不可靠的协议，提供尽力而为的服务 • 不提供数据的校验 • 一种无连接协议，为使用数据报的分组交换网而设计 • 当可靠性很重要时，IP必须与可靠的协议（如TCP）配合起来使用 • IP层的分组叫做数据报或数据包（Packet）

  21. IP报文格式

  22. IP地址的作用 • 用来标识一个节点的网络地址 192.168.1.0 192.168.2.0 192.168.3.0

  23. IP地址的组成 32bits 点分十进制 Network Host 255 255 255 255 255 最大值 17 1 8 9 16 24 25 32 11111111 11111111 11111111 11111111 二进制 1286432168421 1286432168421 1286432168421 1286432168421 172 16 122 202 十进制例子 10101100 00010000 01111010 11001100 10101100

  24. 1 8 9 16 17 24 25 32 Bits: 0NNNNNNN Host Host Host A类: 范围(1-126) 1 8 9 16 17 24 25 32 Bits: 10NNNNNN Network Host Host B类: 范围(128-191) 1 8 9 16 17 24 25 32 Bits: 110NNNNN Network Network Host C类: 范围(192-223) 1 8 9 16 17 24 25 32 Bits: 1110MMMM Multicast Group Multicast Group Multicast Group D类: 范围(224-239) IP地址的分类

  25. 100.50.20.2 100.50.20.3 A B C D 100.50.30.2 100.60.30.2 子网掩码的使用 子网掩码: 255 . 255. 255. 0 255 . 255. 0 . 0 255 . 0 . 0 . 0 网络ID相同，在同一网段，可以通信 A与C不在同一网段，不能通信 A与C、D不在同一网段，不能通信 100.0.0.0 .50.20.2 100.50.0.0 .20.2 .2 100.50.20.0

  26. ARP协议4－1 • IP地址解析为MAC地址 • 主机10.1.1.1想发送数据给主机10.1.1.2，检查缓存，发现没有10.1.1.2的MAC地址 10.1.1.1 10.1.1.2 ARP Cache Internet Adress Physical Adress Type 10.1.1.3 10.1.1.4 Page 26/46

  27. ARP协议4－2 • IP地址解析为MAC地址 • 主机10.1.1.1发送ARP广播 我需要10.1.1.2的MAC地址 10.1.1.1 10.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.4 Page 27/46

  28. ARP协议4－3 • IP地址解析为MAC地址 • 所有主机都接收到10.1.1.1的ARP广播，但只有10.1.1.2给它一个单播回复，并缓存10.1.1.1的MAC地址 我的MAC地址是0800.0020.1111 10.1.1.1 10.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.4 Page 28/46

  29. ARP协议4－4 • IP地址解析为MAC地址 • 主机10.1.1.1将10.1.1.2的MAC地址保存到缓存中，发送数据 ARP Cache Internet Adress Physical Adress Type10.1.1.2 0800.0020.1111 Dynamic 10.1.1.1 10.1.1.2 10.1.1.3 10.1.1.4 Page 29/46

  30. ARP缓存的查询 • 在Windows操作系统中： • 在Cisco路由器上： R2#show ip arp Protocol Address Age (min) Hardware Addr Type Interface Internet 10.1.1.2 - 0013.c3c0.04c0 ARPA FastEthernet0/0 Internet 10.1.1.1 0 0013.8044.ff40 ARPA FastEthernet0/0 Page 30/46

  31. RARP协议2－1 • MAC地址解析为IP地址 • 主机A需要一个IP地址，发送RARP广播 我需要一个IP地址，我的MAC是0800.0020.1111 10.1.1.254 A 10.1.1.3 10.1.1.4 Page 31/46

  32. RARP协议2－2 • MAC地址解析为IP地址 • 主机10.1.1.254是分配IP地址的Server，它将给A一个回复 你的IP地址是10.1.1.1 10.1.1.254 A 10.1.1.3 10.1.1.4 Page 32/46

  33. 172.16.1.1 代理ARP工作原理2－1 • IP地址解析为网关的接口MAC地址 • 主机10.1.1.1需要给不在同一网段的主机172.16.1.1发送数据，但是不知道它的MAC地址，因此发送ARP广播 我需要知道 172.16.1.1 的MAC地址 10.1.1.1 10.1.1.254 10.1.1.2 Page 33/46

  34. 172.16.1.1 代理ARP工作理2－2 • IP地址解析为网关的接口MAC地址 • 网关10.1.1.254给10.1.1.1一个单播回复，将自己的接口MAC地址告诉给10.1.1.1 • 用我的MAC地址封装数据帧吧，我的MAC是0800.0020.2222 10.1.1.1 10.1.1.254 10.1.1.2 Page 34/46

  35. 端口号 • 定义主机中运行的进程的标识符 • 在TCP/IP协议栈中，端口号是0～65535之间的整数 • TCP/IP模型中传输层的两个协议TCP和UDP依靠端口号区分不同的进程 进程（运行的应用程序） 进程（运行的应用程序） IP协议的作用范围 TCP或UDP协议的作用范围

  36. 端口号 • IANA（Internet Assigned Numbers Authority ，互联网地址指派机构）将端口号划分为3个范围：熟知的、注册的和动态的（或私有的）。 • 熟知端口：0～1023，由IANA指派和控制。 • 注册端口：1024～49151，IANA不指派也不控制。它们只能在IANA注册以防止重复。 • 动态端口：49152～65535，既不用指派也不用注册。它们可以由任何进程来使用，是临时的端口。

  37. 常见的熟知端口号

  38. TCP协议 • TCP是一个可靠的、面向连接的协议 ，为应用提供了如下功能 ： • 流型数据传输 • 可靠性 • 流控 • 多路复用 • 逻辑连接 • 全双工

  39. TCP报文格式

  40. 1 2 3 TCP的三次握手 客户端A 服务器B 发送 SYN＝1 (seq=100) 接收SYN 发送SYN＝1, ACK＝1 (seq=300,ack=101) 接收SYN,ACK 建立连接，ACK＝1 (ack=301)

  41. 1 2 3 3 TCP的四次断开 主机A 主机B 发送 FIN＝1 (seq＝X) 发送ACK＝1 (ack=X＋1) 发送FIN＝1 (seq＝Y，ack＝X＋1) 发送ACK＝1 (ack＝Y＋1)

  42. UDP协议 • UDP协议（User Datagram Protocol），用户数据报协议 • 用于支持那些需要在计算机之间快速传输数据（相应的对传输可靠性要求不高）的网络应用 • 不考虑流量控制、差错控制，在收到一个坏的数据段之后也不重传——所有这些工作都留给用户进程

  43. UDP报文格式 源端口号(16比特) 目的端口号 (16比特) 8字节 校验和 (16比特) 长度（16比特） 数据

  44. DNS的功能 • DNS • Domain Name System 域名系统 • 用来完成域名与IP地址之间的映射 • 端口号为TCP或UDP的53

  45. DNS客户端的配置 主机去查找的DNS服务器

  46. DNS名字空间 树型结构，便于快速查询 反向域 通用域 国家域 顶级域 arpa int com edu gov mil org net cn us 二级域 sun yale acm ieee com edu 用于IP地址到名字转换的特殊域 eng cs eng pku pku.edu.cn ai linda robot

  47. 通用域

  48. C:\WINDOWS\ system32\ drivers\etc\hosts DNS工作原理 Root DNS srv 查询www.yahoo.com的IP地址 www.yahoo.com .com DNS srv Local DNS srv yahoo.com DNS srv

  49. DNS工作原理 响应：负责.com的DNS 服务器是x.x.x.x 查询：负责.com的DNS 服务器地址是？ Root DNS srv 将www.yahoo.com存放在高速缓存中 查询：负责yahoo.com的DNS服务器是？ 响应：www.yahoo.com的IP地址是x.x.x.x 查询：www.yahoo.com的IP地址是？ 响应：负责yahoo.com的DNS服务器是x.x.x.x 高速缓存 www.yahoo.com .com DNS srv 递归解析 Local DNS srv 查询www.yahoo.com的IP地址 查询：www.yahoo.com的IP地址是？ 响应：www.yahoo.com的IP地址是x.x.x.x yahoo.com DNS srv 迭代解析

  50. IPv4基础知识 IPv6基础知识 网络设备及其操作系统 Contents

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