网络分层基础PPT课件.pptx
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1、DateSep/11th/2018互联网协议入门-(网络分层)LinshuaiAgendau概述概述u五五层模型模型u层与与协议u实体体层u链接接层u定定义u以太网以太网协议uMAC地址地址u广播广播u网网络层u网网络层的的由来由来uIP协议uIP数据包数据包uARP协议u传输层u传输层的的由来由来uUDP协议uTCP协议u应用用层u小小结u反向解析反向解析实例例u概述概述-五五层模型模型互联网的实现,分成好几层。每一层都有自己的功能,就像建筑物一样,每一层都靠下一层支持。用户接触到的,只是最上面的一层,根本没有感觉到下面的层。要理解互联网,必须从最下层开始,自下而上理解每一层的功能。分层有不
2、同的模型,根据自己不同的理解,有的模型分七层,有的分四层。我觉得,把互联网分成五层,比较容易解释。如上图所示,最底下的一层叫做实体层(PhysicalLayer),最上面的一层叫做应用层(ApplicationLayer),中间的三层(自下而上)分别是链接层(LinkLayer)、网络层(NetworkLayer)和传输层(TransportLayer)。越下面的层,越靠近硬件;越上面的层,越靠近用户。它们叫什么名字,其实并不重要。只需要知道,互联网分成若干层就可以了。u概述概述-层与与协议每一层都是为了完成一种功能。为了实现这些功能,就需要大家都遵守共同的规则。大家都遵守的规则,就叫做协议(
3、protocol)。互联网的每一层,都定义了很多协议。这些协议的总称,就叫做互联网协议(InternetProtocolSuite)。它们是互联网的核心,下面介绍每一层的功能,主要就是介绍每一层的主要协议。我们从最底下的一层开始。电脑要组网,第一件事要干什么?当然是先把电脑连起来,可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。这就叫做实体层,它就是把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性,作用是负责传送0和1的电信号。u实体体层定定义:单纯的0和1没有任何意义,必须规定解读方式:多少个电信号算一组?每个信号位有何意义?这就是链接层的功能,它在实体层的上方,确定了0和1的分组方式。以
4、太网以太网协议:早期的时候,每家公司都有自己的电信号分组方式。逐渐地,一种叫做以太网(Ethernet)的协议,占据了主导地位。以太网规定,一组电信号构成一个数据包,叫做帧(Frame)。每一帧分成两个部分:标头(Head)和数据(Data)。标头包含数据包的一些说明项,比如发送者、接受者、数据类型等等;数据则是数据包的具体内容。标头的长度,固定为18字节。数据的长度,最短为46字节,最长为1500字节。因此,整个帧最短为64字节,最长为1518字节。如果数据很长,就必须分割成多个帧进行发送。u链接接层MAC地址地址上面提到,以太网数据包的标头,包含了发送者和接受者的信息。那么,发送者和接受者
5、是如何标识呢?以太网规定,连入网络的所有设备,都必须具有网卡接口。数据包必须是从一块网卡,传送到另一块网卡。网卡的地址,就是数据包的发送地址和接收地址,这叫做MAC地址。u链接接层每块网卡出厂的时候,都有一个全世界独一无二的MAC地址,长度是48个二进制位,通常用12个十六进制数表示。前6个十六进制数是厂商编号,后6个是该厂商的网卡流水号。有了MAC地址,就可以定位网卡和数据包的路径了。广播广播定义地址只是第一步,后面还有更多的步骤。首先,一块网卡怎么会知道另一块网卡的MAC地址?有一种ARP协议,可以解决这个问题。这个留到后面介绍,这里只需要知道,以太网数据包必须知道接收方的MAC地址,然后
6、才能发送。其次,就算有了MAC地址,系统怎样才能把数据包准确送到接收方?回答是以太网采用了一种很原始的方式,它不是把数据包准确送到接收方,而是向本网络内所有计算机发送,让每台计算机自己判断,是否为接收方。u链接接层右图中,1号计算机向2号计算机发送一个数据包,同一个子网络的3号、4号、5号计算机都会收到这个包。它们读取这个包的标头,找到接收方的MAC地址,然后与自身的MAC地址相比较,如果两者相同,就接受这个包,做进一步处理,否则就丢弃这个包。这种发送方式就叫做广播(broadcasting)。有了数据包的定义、网卡的MAC地址、广播的发送方式,链接层就可以在多台计算机之间传送数据了。网网络层
7、的由来的由来以太网协议,依靠MAC地址发送数据。理论上,单单依靠MAC地址,上海的网卡就可以找到洛杉矶的网卡了,技术上是可以实现的。但是,这样做有一个重大的缺点。以太网采用广播方式发送数据包,所有成员人手一包,不仅效率低,而且局限在发送者所在的子网络。也就是说,如果两台计算机不在同一个子网络,广播是传不过去的。这种设计是合理的,否则互联网上每一台计算机都会收到所有包,那会引起灾难。互联网是无数子网络共同组成的一个巨型网络,很像想象上海和洛杉矶的电脑会在同一个子网络,这几乎是不可能的因此,必须找到一种方法,能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络,哪些不是。如果是同一个子网络,就采用广播方式发送,
8、否则就采用路由方式发送。MAC地址本身无法做到这一点。它只与厂商有关,与所处网络无关。这就导致了网络层的诞生。它的作用是引进一套新的地址,使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做网络地址,简称网址。于是,网络层出现以后,每台计算机有了两种地址,一种是MAC地址,另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系,MAC地址是绑定在网卡上的,网络地址则是管理员分配的,它们只是随机组合在一起。网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络,MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。因此,从逻辑上可以推断,必定是先处理网络地址,然后再处理MAC地址。u网网络层IP协议规定网络地址的协议,
9、叫做IP协议。它所定义的地址,就被称为IP地址。目前,广泛采用的是IP协议第四版,简称IPv4。这个版本规定,网络地址由32个二进制位组成。u网网络层习惯上,我们用分成四段的十进制数表示IP地址,从0.0.0.0一直到255.255.255.255。互联网上的每一台计算机,都会分配到一个IP地址。这个地址分成两个部分,前一部分代表网络,后一部分代表主机。比如,IP地址172.16.254.1,这是一个32位的地址,假定它的网络部分是前24位(172.16.254),那么主机部分就是后8位(最后的那个1)。处于同一个子网络的电脑,它们IP地址的网络部分必定是相同的,也就是说172.16.254.
10、2应该与172.16.254.1处在同一个子网络。但是,问题在于单单从IP地址,我们无法判断网络部分。还是以172.16.254.1为例,它的网络部分,到底是前24位,还是前16位,甚至前28位,从IP地址上是看不出来的。那么,怎样才能从IP地址,判断两台计算机是否属于同一个子网络呢?这就要用到另一个参数子网掩码(subnetmask)。所谓子网掩码,就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址,也是一个32位二进制数字,它的网络部分全部为1,主机部分全部为0。比如,IP地址172.16.254.1,如果已知网络部分是前24位,主机部分是后8位,那么子网络掩码就是11111111.1
11、1111111.11111111.00000000,写成十进制就是255.255.255.0。知道子网掩码,我们就能判断,任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算(两个数位都为1,运算结果为1,否则为0),然后比较结果是否相同,如果是的话,就表明它们在同一个子网络中,否则就不是。比如,已知IP地址172.16.254.1和172.16.254.233的子网掩码都是255.255.255.0,请问它们是否在同一个子网络?两者与子网掩码分别进行AND运算,结果都是172.16.254.0,因此它们在同一个子网络。IP数据包数据包根据IP协议发送的数据,
12、就叫做IP数据包。不难想象,其中必定包括IP地址信息。但是前面说过,以太网数据包只包含MAC地址,并没有IP地址的栏位。那么是否需要修改数据定义,再添加一个栏位呢?回答是不需要,我们可以把IP数据包直接放进以太网数据包的数据部分,因此完全不用修改以太网的规格。这就是互联网分层结构的好处:上层的变动完全不涉及下层的结构。具体来说,IP数据包也分为标头和数据两个部分。u网网络层标头部分主要包括版本、长度、IP地址等信息,数据部分则是IP数据包的具体内容。它放进以太网数据包后,以太网数据包就变成了下面这样。IP数据包的标头部分的长度为20到60字节,整个数据包的总长度最大为65,535字节。因此,理
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