第一章：网络协议基本概念

什么是OSI参考模型？
OSI简介：
在计算机网络产生之初，每个计算机厂商都有一套自己的网络体系结构的概念，它 们之间互不相容。为此，国际标准化组织（ISO）在1979年建立了一个分委员会来 专门研究一种用于开放系统互联的体系结构（Open Systems Interconnection， OSI），“开放”这个词表示：只要遵循OSI标准，一个系统可以和位于世界上任何 地方的、也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接。这个分委员会提出了开放系统 互联，即OSI参考模型，它定义了异质系统互联的标准框架。OSI参考模型分为7层， 分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层，每一层 使用下层提供的服务，并向其上一层提供服务。
什么是网络协议？ 什么是OSI参考模型？ 什么是TCP/IP参考模型？ 什么是IP？什么是IP地址？
互联网的运行机制是怎样的？
什么是IPv4协议？ 为什么IPv4地址非常紧缺？ IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？
互联网的运行机制是怎样的？
互联网技术要解决的是异种网之间的通信问题，其目的在于隐藏网络细节，向用户 提供一致的通信服务。IP协议在TCP/IP确立的网络层次结构中起着核心作用：其一， 采用无连接方式传递数据报，这样上层应用不用关心低层数据传输的细节，可以提 高数据传输的效率；其二，通过IP数据报和IP地址将各种物理网络技术统一起来，
最后，一台设备必须能够在了解另一设备的网络地址后把数据可靠地传至对方，而
无需了解对方设备和网络的任何细节。
什么是IP，什么是IP地址？
IP层接收由更低层发来的数据包，并把该数据包发送到更高层棗TCP或UDP层；相反 地，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的，
数据链路层
物理层
什么是OSI参考模型？
OSI七层功能：
提供应用程序间通信 处理数据格式、数据加密等 建立、维护和管理会话 建立主机端到端连接 7 6 5 4 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
寻址和路由选择 提供介质访问、链路管理等 比特流传输
3 2 1
数据链路层
物理层
什么是OSI参考模型？
达到屏蔽低层技术细节、向上提供一致性的目的。这样，可以使物理网络的多样性
对上层透明，因此，Internet可以充分利用各种通信媒介，从而将全球范围内的计 算机网络通过统一的IP协议连在一起，让全世界几千万个用户进行通信和资源共享。 总的说来，Internet具有以下特点：· 由众多的计算机网络互联组成； · 是一个世界性的网络； · 主要采用TCP/IP协议； · 采用分组交换技术；
IPv4地址结构分为A、B和C三类。A类地址可用作126个网络，每个网络可容纳1600
万个主机节点。B类地址可用作16000个网络，可容纳65000个主机节点。C类地址可 用作2百万左右的网络，可容纳254个主机节点。IPv4地址以用三个“.”隔开的四 个小于256的十进制非负整数表示，如“159.226.39.126”。
利用率会高一些。但是相继出现两个问题：一是网络增长。当应用C类网络的公司
内部用户超过256时，必须申请另一个C类网络。另一个问题是路由选择表暴涨，在 互联网中，外部路由是以网络数为基础的，使用C类地址意味着分配更多的网络， 路由器要记录更多的表项，从而影响了外部路由协议的性能。
为什么IPv4地址非常紧缺？
TCP/IP
7
6 5 4 3
应用层
表示层 会话层 传输层 网络层 物理层
应 用 层 传输层 网络层
2 数据链路层
1
数据链路层
物理层
汇报提纲
什么是网络协议？ 什么是OSI参考模型？ 什么是TCP/IP参考模型？ 什么是IP？什么是IP地址？
互联网的运行机制是怎样的？
什么是IPv4协议？ 为什么IPv4地址非常紧缺？ IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？
当前IPv4地址面临即将耗尽的危机，IPv4地址紧缺的主要原因在于IPv4 地址的两 个致命的弱点：地址空间的浪费和过度的路由负担。 IPv4的地址空间为32位，理论上支持40亿台终端设备的互联，但实际上由于A、B、 C等地址类型的划分，浪费了上千万的地址，特别是B类地址。对于大多数机构，一 个B类网络的65536个地址太大了，申请到一个B类地址的用户单位实际上一般接入 的没有这么多主机，相当一部分IP地址被闲置，并且不能被再分配，而且B类地址 的首部不足以为Internet内的所有中型网络编址。再加上关于地址的许多其他的特 殊规定和用途，一般来说，整个地址空间的实际利用率只能达到10%多一点。 一个合理的建议是用C类网络代替B类网络，由于C类地址有256个本地标识符，地址
Destination Host B
• 网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。
汇报提纲
什么是网络协议？ 什么是OSI参考模型？ 什么是TCP/IP参考模型？ 什么是IP？什么是IP地址？
互联网的运行机制是怎样的？
什么是IPv4协议？ 为什么IPv4地址非常紧缺？ IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？
什么是OSI参考模型？
OSI分层结构的优点： 简化网络的操作 提供设备间兼容性和标准接口
促进标准化工作
结构上可以分隔
易于实现和维护
什么是OSI参考模型？
OSI七层功能：
7 高层:负责主机之间的数据传输 6 5 4 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
3 底层:负责网络数据传输 2 1
OSI对等层通讯：
应用层 表示层 会话层 传输层 Host A 网络层 数据链路层 物理层 APDU PPDU SPDU Segment Packet Frame 数据链路层 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 Host B
Bit
物理层
• 每一层利用下一层提供的服务与对等层通信；每一层使用自己的协议。
主要作用是将IP包送到相应的目的地；TCP/IP传输层的作用类似于OSI传输层的作
用，使源端和目标端设备相互对话；在传输层上面是应用层，包括了所有终端协议， 如TELNET、FTP、SMTP、DNS、NNTP、HTTP。
什么是TCP/IP参考模型？
TCP/IP协议栈：
应用层 传输层 HTTP、Telnet、FTP、 TFTP、Ping、etc 提供应用程序网络接口 建立端到端连接 寻址和路由选择 物理介质访问
汇报提纲
什么是网络协议？ 什么是OSI参考模型？ 什么是TCP/IP参考模型？ 什么是IP？什么是IP地址？
互联网的运行机制是怎样的？
什么是IPv4协议？ 为什么IPv4地址非常紧缺？ IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？
为什么IPv4地址非常紧缺？
着许多协议，接收方和发送方同层的协议必须一致，否则一方将无法识别另一方发
出的信息。网络协议使网络上各种设备能够相互交换信息。
什么是网络协议？
TCP/IP
TCP/IP
5 4 3 2 1
请问可以用 TCP/IP和你通信 吗?
5 4 3 2 1
协 议 栈
协 议 栈
好啊,我也懂 TCP/IP。
Source Host A
什么是网络协议？
网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等） 之间通信规则的集合，它定义了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。大
多数网络都采用分层的体系结构，每一层都建立在它的下层之上，向它的上一层提
供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。一台设备上的第 n层与另一台设备上的第n层进行通信的规则就是第n层协议。在网络的各层中存在
第一章：基本概念
产品部测试中心 黄铧焕 2005年8月
汇报提纲
什么是网络协议？ 什么是OSI参考模型？ 什么是TCP/IP参考模型？ 什么是IP？什么是IP地址？
互联网的运行机制是怎样的？
什么是IPv4协议？ 为什么IPv4地址非常紧缺？ IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？
什么是OSI参考模型？
OSI数据封装：
Data H Data
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
H
Data Data
H H
Data
H H
Data
主机
交换机
路由器
服务器
• 数据封装和解封装过程
汇报提纲
什么是网络协议？ 什么是OSI参考模型？ 什么是TCP/IP参考模型？ 什么是IP？什么是IP地址？
TCP/UDP
网络层
数据链路层 物理层
IP
ICMP
ARP/RARP
Ethernet、802.3、PPP、 HDLC、FR、etc
接口和线缆
二进制数据流传输
什么是TCP/IP参考模型？
TCP/IP协议和OSI参考模型对应关系：
• TCP/IP协议栈具有简单分层设计，与OSI参考模型有清晰对应关系。
OSI参考模型
什么是IPv4协议？
目前互联网使用的是IP协议第4版本即IPv4，它在RFC791中定义。IPv4协议规定， 每个互联网上的主机和路由器都有一个32位的IP地址，它包括网络号和主机号，这 一编码组合是唯一的。把IP地址分成两部分的优点是使路由器中的路由表不会太大。 路由器不必为每个目的主机维持一个路由选择表项，而仅为每个网络维护一个路由 选择表项，当进行路由时，只检查目的地址的网络部分。
· 由众多的路由器连接而成；
汇报提纲
什么是网络协议？ 什么是OSI参考模型？ 什么是TCP/IP参考模型？ 什么是IP？什么是IP地址？
互联网的运行机制是怎样的？
什么是IPv4协议？ 为什么IPv4地址非常紧缺？ IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？
பைடு நூலகம்么是IP，什么是IP地址？
IP简介：
IP是Internet Protocol的简写，属于网络层协议，定义了相互通信的两个节点之 间网络层交互方式的标准，这两个节点可以连接在同一个网络中，也可以分别位于 物理/逻辑上不同的网络之中。IP与传输控制协议（TCP）一起代表了TCP/IP的核心， 也是网络层中最重要的协议。 IP的内容包括设备地址表示、控制与管理、设备间信息传输实现。IP解决的最根本 的问题是如何把网络及相关设备连接在一起，并且这些连接起来的设备无需了解任 何的网络细节就能实现相互通信，这就有以下三个要求： 首先，每个连接在网络上的设备必须具有唯一的标识，即网络地址； 其次，所有设备都能够与其他设备以相互间能识别的格式进行数据的发送/接收；
因为IP并没有做任何事情来确认数据包是按顺序发送的或者没有被破坏。
每个连接在网络上的设备在IP层的唯一标识就称为IP地址。IP数据包中含有发送它 的设备的IP地址（源IP地址）和接收它的设备的IP地址（目的IP地址）。目前我们 常说的“你的机器的IP是多少”主要是指你所用的机器配置的IP地址。
汇报提纲
互联网的运行机制是怎样的？
什么是IPv4协议？ 为什么IPv4地址非常紧缺？ IPv4如何解决地址紧缺问题？这些解决方案有什么局限性？
什么是TCP/IP参考模型？
TCP/IP简介：
相对于OSI，TCP/IP参考模型是当前的工业标准或事实的标准，是在1974年由Kahn 提出的。它分为四个层次：应用层（与OSI的应用层对应）、传输层（与OSI的传输 层对应）、互联网层（与OSI的网络层对应）、主机-网络层（与OSI的数据链路层 和物理层对应）。与OSI模型相比，TCP/IP参考模型中不存在会话层和表示层；传 输层除支持面向连接通信外，还增加了对无连接通信的支持；以包交换为基础的无 连接互联网络层代替了主要面向连接、同时也支持无连接的OSI网络层，称为互联 网层；数据链路层和物理层大大简化为主机-网络层，除了指出主机必须使用能发 送IP包的协议外不作其他规定。 互联网层定义了正式的分组格式和相应的协议，即IP协议（Internet Protocol），
此外，由于历史的原因，美国一些大学和公司占用了大量的IP地址，例如MIT、IBM 和AT&T分别占用了1600多万，1700多万和1900多万个IP地址，而分配给象中国这么 大国家所用的地址量还不如美国一个大学。由此导致一方面大量的IP地址被浪费， 另一方面在互联网快速发展的国家如欧洲、日本和中国得不到足够的IP地址。最后 导致互联网地址耗尽和路由表爆炸。到目前为止，A类和B类地址已经用完，只有C 类地址还有余量。 而目前占有互联网地址的主要设备早已由20年前的大型机变为PC机，并且在将来， 越来越多的其他设备也会连接到互联网上，包括PDA、汽车、手机、各种家用电器 等。特别是手机，为了向第三代移动通信标准靠拢，几乎所有的手机厂商都在向国