第11周、TCP-IP协议详解

ARP协议—举例
PC1用户pingPC3的用户
R
PC1
R
PC2
R
PC3
10.110.10.1
00.e0.fc.00.00.01
10.110.10.2
00.e0.fc.00.00.02
10.110.10.3
00.e0.fc.00.00.03
ARP协议—ARP Request
DA
SA
以太网首部
T
HT PT HL PL OP
IP净荷
IP包头
IP包头
IP净荷
帧尾
帧净荷
帧头
帧头
帧净荷
帧尾
以太网
发送端
接收端
目录
■TCP/IP模型简介 ■ 数据链路层
●传统的以太网及ARP协议
● LAN桥接与交换式以太网 ● LAN分段与VLAN ●以太网交换机上面的技术 ●以太网标准 ■网络层
■传输层
■应用层
传统的以太网_共享介质 ●LAN：以太网、Token Bus、Token Ring、FDDI等 ●以太网得到了广泛的应用
1、WAN（Wide Area Network）
为分布在不同的地域用户提供数据联接
2、设备（Devices）
通常采用服务商提供的设备（ISP）。
3、交换类型（Switch Type）
电路交换
包交换
WAN及其常用设备
WAN的设计目标
运行在广阔的地理区域 通过低速串行链路进行访问
网络控制服从公共服务的规则
1、高扩展性-high expandable 2、高可靠性-high relibale
3、低成本-low cost
4、丰富的网管工具-Plentiful NM tools
P C P C P C P C P C P C
传统的以太网_共享介质
●最初的以太网是基于同轴电缆的（10BASE-5、10BASE-2） ●所有设备公用一套介质：10BASE-5（RG11 A/U）粗缆以太网 10BASE-2（RG 58 A/U）细揽以太网 10BASE-T（Twisted Paired）双绞线
传统的以太网－双绞线系统（二）
MDI-II 和MDI-X
MDI-II用于主机系统 MDI-X用于集线器和交换机系统
MDI-II：也称作MDI，介质有关接口 MDI-X：交叉介质有关接口 连接关系：MDI与MDI-X直接通过直通网线；MDI与MDI或者 MDI-X与MID-X直接通过交叉网线。
ARP协议—基本概念
提供全时的或部分时间的联接性 联接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备
Modem
Bridge
WAN Switch
Access Server
ATM Switch
TCP/IP模型
应用层 表示层 会话层 传输层 应用层 传输层 FTP、TELNET、SMTP TCP、UDP IP 以太网、Token Ring、FDDI
ARP协议—ARP Reply
DA
SA
以太网首部
T
HT PT HL PL OP
SA
PDU
SIP
DA
DIP PADDINGCRC
DA-目的以太网地址，6B。在ARP应答报文中为：00.e0.fc.00.00.01，单播报文； SA- 源以太网地址，6B。在ARP应答报文中为：00.e0.fc.00.00.03 T - 类型字段，2B。ARP：0x0806 HT- 硬件地址类型，2B。以太网：0x0001。PT-协议地址类型，IP：0x0800 HL- 硬件地址长度，1B：以太网：0x06。PL-协议地址长度，IP：0x04 OP- 操作类型，2B。用于区分请求报文和应答报文，应答报文：0x0002 SA- 源MAC地址，6B。发送端MAC地址=00.e0.fc.00.00.03 SIP- 源IP地址，4B。发送端IP地址=10.110.10.3 DA- 目的MAC地址，请求报文中该地址=00.e0.fc.00.00.01 DIP-目的IP地址：4B，被请求端IP地址=10.110.10.1
ARP协议—ARP Cache
鉴于MAC地址是以太网发送必不可少的信息，如果频繁申请，势必要影响网络的效率，因此在每个 网络设备（主机、交换机、路由器）中都维持着一张ARP Cache表，Cache-高速缓存（将常用的数 据暂存在读写效率较佳的保存区域，以加速存取的过程），ARP Cache可将设备的IP/MAC影射记 录下来。 如：刚才例子中，经过PC1用户PING通PC3用户后 PC1中ARP Cache 10.110.10.3——00.e0.fc.00.00.03
目录
■ 以太网简介 ●传统的以太网及ARP协议
● LAN桥接与交换式以太网
● LAN分段与VLAN ●以太网交换机上面的技术 ●以太网标准 ■网络层 ■传输层
PC3中ARP Cache
10.110.10.1—00.e0.fc.00.00.01
可以在PC1计算机上进行如下操作检验
ping前 DOS>arp -a
No ARP Entries ping后 DOS>arp -a IP address 10.110.10.3 aging time、table full的区别。 MAC address 00.e0.fc.00.00.03
Y
N
N
Y
去掉帧头帧尾
N
帧长〉1518B
Y 丢弃帧
传给上层协议
CSMA/CD接受端
传统的以太网－MAC地址
● MAC地址：又称为物理地址、硬件地址，是出 厂前由生产厂家“烧制”在网卡中的。 ●48 bit二进制的地址，由全球权威机构发布，分 为6个字节，前三个字节为厂商号，后三个字节为 生产流水号。 如：00-e0-fc-00-00-01，其中00-e0-fc是华为公司 的厂商号，00-00-01是该网卡的生产流水号。 ●单播地址、多播地址和广播地址 单播地址：第一字节最低位为0 多播地址：第一字节最低位为1 广播地址：48位全1 ff-ff-ff-ff-ff-ff ● MAC地址在线上是第一字节先发送，并且低位 在前
ARP协议—基本过程
ARP协议—帧格式
DA
SA
以太网首部
T
HT PT HL PL OP
SA
PDU
SIP
DA
DIP PADDINGCRC
DA-目的以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：0xffffff，广播报文；ARP应答报文中为单播报文 SA- 源以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：请求端MAC；ARP应答报文中为应答端MAC T - 类型字段，2B。比较常用的IP：0X0800，ARP：0x0806（请求报文和应答报文一样） HT- 硬件地址类型，2B。以太网：0x0001。PT-协议地址类型，IP：0x0800 HL- 硬件地址长度，1B：以太网：0x06。PL-协议地址长度，IP：0x04 OP- 操作类型，2B。用于区分请求报文和应答报文，请求报文：0x0001；应答报文：0x0002 SIP- 源IP地址，4B。发送端IP地址 DIP-目的IP地址：4B，应答端IP地址
SA
PDU
SIP
DA
DIP PADDINGCRC
DA-目的以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：0xffffff，广播报文； SA- 源以太网地址，6B。在ARP请求报文中为：请求端MAC=00.e0.fc.00.00.01 T - 类型字段，2B。ARP：0x0806 HT- 硬件地址类型，2B。以太网：0x0001。PT-协议地址类型，IP：0x0800 HL- 硬件地址长度，1B：以太网：0x06。PL-协议地址长度，IP：0x04 OP- 操作类型，2B。用于区分请求报文和应答报文，请求报文：0x0001 SA- 源MAC地址，6B。发送端MAC地址=00.e0.fc.00.00.01 SIP- 源IP地址，4B。发送端IP地址=10.110.10.1 DA- 目的MAC地址，请求报文中该地址=0x000000 DIP-目的IP地址：4B，被请求端IP地址=10.110.10.3
WAN 网络间互连 1980-1990
Branch Net Branch Net Branch Net
LAN的定义
1、LAN（Local Area Network）
通常指1000英尺范围内的，可以通过某种介质互连的计算机、打印机、Modem或其他设备的集合
2、协议（Protocol）
网络设备用于交换信息的系列规则和约定。
3、标准（Standards）
描述了协议的规定，设定了最简的性能集。
LAN的常用设备
LAN的设计目标
运行在有限的地理区域 允许同时访问高带宽的介质 通过局部管理控制网络的私有权利 提供全时的局部服务 联接物理相临的设备
HUB
Bridge
LAN Switch
Router
ATM Switch
WAN的定义
传统的以太网－以太网帧格式
DA： 目的地址 SA： 源地址 Type: 类型 Frame Load: 帧净载荷 FCS： 帧检测序列
常用的几个类型：0X0800代表IP包，0X0806代表ARP包
DA=0Xffffff代表广播帧，区分广播方式和广播帧
传统的以太网－线速度
线速度指在实际的线路上传输帧的最大速度 两个容易被忽略的时间： 帧间隙(Inter-Frame Gap)： 96 bits 前导码(Preamble): 64bits
TCP/IP协议详解
黄润贵
目录
■ TCP/IP模型简介 ■数据链路层 ■网络层 ■传输层 ■应用层
网络的演进
Host Network
R
简单的联接 1960-1970 Low Speed Lines
R R
Host
Local Network
网络化联接 1970-1980
R
R
Interneting Network
TCP/IP工作的特点
——层层封装
应用层
应用消息（MeFra Baidu biblioteksage)
传输头
应用数据
数据段（Data Segment）
IP包头
IP净荷
IP报文（IP Packet）
帧头
协议报文（PDU） 实际发送的数据格式
帧头
帧（Frame）
TCP/IP工作的特点
——发送和接收
应用层
应用层
应用数据 传输头
传输头
应用数据
P C P C P C P C P C P C
传统的以太网_CSMA/CD CSMA/CD：载波侦听多路访问与冲突检测 载波侦听： 发送之前的检测，96bit-time
冲突检测： 发送过程中的检测，边发边听
回退： 检测到冲突后的处理，基于各种 回退算法，同时发送JAM信号
工作原理
1、先抢先赢：以太网上的计算机地位相同，一律平等，动作快的是赢家 2、一山不容二虎：在任何时刻只能有一台计算机接受或发送数据，且 独享带宽 3、同归于尽：发生碰撞后，网络上的每台计算机都要休息一下，再抢使用权 4、先斩不奏：当接受端发现任何错误时，便自行丢弃帧，根本不通知源端
ARP（Address Resolution Protocol）—地址解析协议
1、为什么要用ARP：帧是在局域网上传递，而MAC地址是局域网中设备的唯一标识，只有
获取了MAC地址，IP报文（IP报头+IP包）才能被正确地封装，发送到指定的位置。因此， MAC地址是必须的。但是通常我们只知道目的地的IP地址，如何通过IP地址找到相应的MA -C地址呢？答案：ARP协议。
线速度： 10M以太网：10M / ( 96+64+8×64 ) ≈ 14881（帧/秒） 100M以太网：100M/（96+64+8*64）≈ 148810（帧/秒）
传统的以太网－双绞线系统（一）
LAN双绞线使用成对绞在一起的四对线组成，成对绞在一起 的目的是减少干扰 10BASE-T、100BASE-TX使用其中的两对线(1-3、2-6) 其中1#：TData+，2#：Tdata- ; 3#:RData+ , 6#:RData 1000BASE-TX使用全部的四对线
网络层
数据链路层 物理层 OSI七层模型
网络层
数据链路层
DOD模型
物理层-定义传输的介质规格、传输信号的表现形式、接头的类型 数据链路层-同步、查错、制定MAC方法 网络层-寻址、路由 传输层-编定序号、控制流量、查错和错误处理 会话层-通讯双方在传输前的沟通，建立传输时所遵循的规则 表示层-压缩和解压缩、加密和解密 应用层-直接提供服务给使用者
传统的以太网_CSMA/CD
发送帧
链路空闲 N Y 空闲96bitN time Y 发送帧
BACK OFF N
通知大家 发生阻塞
是否碰撞 N 传送完毕
Y
碰了16次 Y
CSMA/CD发送端
放弃传送通知上层
传统的以太网_CSMA/CD
收到帧
帧长〈64B？ N 目的MAC= 自己的MAC Y CRC校验正确