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1、計算機網(wǎng)絡技術(第二版）,主編 傅建民中國水利水電出版社,第5章 網(wǎng)絡通信協(xié)議,本章任務 低層協(xié)議 中、高層協(xié)議,5.1 低層協(xié)議,低層是指物理層和數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層又被劃分成兩個子層：介質(zhì)訪問控制（MAC）子層和邏輯鏈路（LLC）子層。 介質(zhì)訪問控制(MAC)子層是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層，它構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路層的下半部，直接與物理層相鄰。它的主要功能是進行合理的信道分配，解決信道競爭問題。,邏輯鏈路子層也是數(shù)據(jù)鏈路層的一個功能子層。 LLC在MAC子層的支持下向網(wǎng)絡層提供服務。 它的功能包括: 數(shù)據(jù)幀的組裝與拆卸、幀的收發(fā)、差錯控制、數(shù)據(jù)流控制和發(fā)送順序控制等功能并為網(wǎng)絡層提供兩種類型的服

2、務，面向連接服務和無連接服務。,5.1.1 以太網(wǎng)協(xié)議 以太網(wǎng)（Ethernet）最初是由美國Xerox公司和Stanford大學聯(lián)合開發(fā)于1975年推出的。 后來，由Xerox 、Intel和DEC公司合作于1980年9月第一次公布了Ethernet的的詳細技術規(guī)范，成為世界上第一個局域網(wǎng)工業(yè)標準。,Ethernet采用的是爭用型介質(zhì)訪問控制協(xié)議，即CSMA/CD。 CSMA/CD，即載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測，它是一種爭用型的介質(zhì)訪問控制協(xié)議。 IEEE802.3定義了兩種類型的以太網(wǎng)，即基帶類以太網(wǎng)和寬帶類以太網(wǎng)。 例如： 10BASE系列以太網(wǎng)就是基帶以太網(wǎng)。“10”代代表信號傳輸這率

3、為10Mb/s，“BASE”代表是基帶信號，主要有 10BASE-5，10BASE-2，10BASET和 10BASE-F。,110Mb/s以太網(wǎng) （1）10BASE-5 10BASE-5所采用的傳輸介質(zhì)是50基帶粗同軸電纜，所以10BASE-5又稱為粗纜以太網(wǎng)。 “5”表示每一段電纜的最大長度為500m，當網(wǎng)段需要超過500m時，可采用中繼器來延長網(wǎng)段。 （2）10BASE-2 10BASE-2又稱為細纜以太網(wǎng)，是作為10BASES-5的一種替代方案而制訂的。 （3）10BASE-T “T”代表雙絞線星型網(wǎng)。10BASE-T與其他以太網(wǎng)標準有根大的不同。它采用以集線器為中心的星型拓撲結(jié)構(gòu)，使

4、用標準的RJ45插頭與三類或五類非屏蔽雙絞線連接網(wǎng)卡和集線器。,（4）10BASE-FP 、10BASE-FL與10BASE-FB 10BASE-FP、10BASE-FL與10BASE-FB是IEEE8023物理層標準中的三種光纖介質(zhì)標準，傳輸速率也為10Mbs。 10BASE-FP標準定義了無源集線器連接光纖的以太網(wǎng)，其基本結(jié)構(gòu)與10BASE-T類似，采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，網(wǎng)卡與無源集線器之間用光纖連接起來，最大距離為500m 10BASE-FB標準將網(wǎng)卡與有源集線器之間用光纖連接起來，最大距離可達2000m。 10BASE-FL標準將以太網(wǎng)中繼器的數(shù)目由最多4個擴大到6個，以便增加以太網(wǎng)的主干

5、網(wǎng)長度。,2100 Mbs 快速以太網(wǎng) 快速以太網(wǎng)是從10BASE-T發(fā)展而來的 保留著傳統(tǒng)的10BASE系列Ethernet的所有特征，即相同的幀格式、相同的介質(zhì)訪問控制方法CSMA/CD、根同的組網(wǎng)方法，而把每個比特發(fā)送時間由100ns降至10ns。,100BASET定義了三種物理層標準： 100BASET4 100BASETX 100BASEFX,分別支持不同的傳輸介質(zhì)。,（1）100BASE一T4 100BASET4是4對無屏蔽雙絞線（UTP）電纜系統(tǒng)， 支持3類、4類和5類UTP電纜 UTP電纜連接器采用RJ45連接器、100BASET4定義了一種新的信號編碼和收發(fā)技術，它采用8B6

6、T編碼技術，該技術提高了以太網(wǎng)的速度。,（2）100BASETX 100BASETX是2對UTP電纜系統(tǒng)， 支持5類UTP和4類屏蔽雙絞線（STP）電纜其中5類UTP電纜采用RJ45連接器，而4類STP電纜采用9芯D型（DB9）連接器。,（3）100BASEFX 100BASEFX是多模光纖系統(tǒng)，使用2芯62 .5125m光纖。 適用超長距離或易受電磁波干擾的環(huán)境。 100BASET網(wǎng)絡采用以集線器為中心的星形拓撲結(jié)構(gòu)，并規(guī)定了計算機節(jié)點與集線器之間的最大電纜長度：100BASET4和100BASETX均為100m 100BASEFX為400 m。并且100BASE T4、 100BASE T

7、X和 100BASE FX可以通過一個集線器實現(xiàn)混合連接，集成到同一網(wǎng)絡中。,3千兆以太網(wǎng) 千兆以太網(wǎng)是由千兆位以太網(wǎng)聯(lián)盟開發(fā)的 1Gbs （1000 Mbs）以太網(wǎng)技術，千兆以太網(wǎng)標準中MAC子層仍采用CSMACD協(xié)議但對MAC層規(guī)范進行了重定義，以維持適當?shù)木W(wǎng)絡傳輸距離。 千兆以太網(wǎng)標準分成兩個部分：IEEE802.3z和IEEE802.3ab。,（1）IEEE 802.3z 它定義的傳輸介質(zhì)為光纖和寬帶同軸電纜。 (2) IEEE 802.3ab 它定義的傳輸介質(zhì)為 5類 UTP電纜，傳輸距離為100m。 千兆以太網(wǎng)采用以交換機為中心的星形拓撲結(jié)構(gòu)，主要用于交換機與交換機之間或者交換機與

8、企業(yè)超級服務器之間的高速網(wǎng)絡連接。,5.1.2 令牌網(wǎng)協(xié)議 令牌網(wǎng)協(xié)議涉及到兩個標準：IEEE802.4和IEEE802.5， IEEE802.4適用于令牌總線網(wǎng) IEEE802.5適用于令牌環(huán)網(wǎng)。,5.1.3 其它協(xié)議 1光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI） 光纖分布式數(shù)據(jù)接口 FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是一種采用令牌傳遞訪問控制協(xié)議、環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)和光纖介質(zhì)的 100 Mb/s高速局域網(wǎng)。 因此， FDDI可以看作是一種高速令牌環(huán)網(wǎng)。,2異步傳輸模式（ATM） 異步傳輸模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）就是建立在電路

9、交換和分組交換的基礎上的一種面向連接的快速分組技術，它采用定長分組（信元）作為傳輸和交換的單位。 ATM以信元為傳輸基本單位。 信元有信頭和信息段組成。 ATM通過信頭來識別通路 。,ATM的主要優(yōu)點有： （1）選擇固定長度的信元作為信息傳輸?shù)膯挝?，有利于帶寬高速交換。 （2）能支持不同速率的各種業(yè)務。 （3）所有信息在最低層是以面向連接的方式傳送，保持了電路交換在實時性和服務質(zhì)量方面的優(yōu)點。 （4）ATM使用光纖信道傳輸，明顯提高信元在網(wǎng)絡中的傳送速率。,5.2 中、高層協(xié)議,5.2.1 NetBEUI協(xié)議 NetBEUI協(xié)議它的全稱是：NetBIOS Extend User Interfa

10、ce，即NetBIOS用戶擴展接口。 由于NetBIOS和NetBEUI都不能提供OSI的所有層的服務，當與OSI模型比較時，常與其他協(xié)議群，如IPX/SPX或TCP/IP配對使用。,圖5-3 NetBIOS和NetBEUI與OSI模型的比較,NetBIOS不包括網(wǎng)絡層，因而不能進行路由選擇。,5.2.2 IPX/SPX協(xié)議 IPX/SPX最初是由X e r o x開發(fā)的一種協(xié)議，在20世紀80年代由Novell進行修改并應用于它的NetWare網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。 IPX/SPX協(xié)議群包含了許多屬于OSI模型不同層的子協(xié)議，圖5-4給出了IPX/SPX子協(xié)議與OSI模型的大致對應關系。,圖5-4

11、IPX/SPX與OSI模型比較,（1） IPX IPX（Internet Packet Exchange Protocol）,即互聯(lián)網(wǎng)分組交換協(xié)議，它作用于OSI模型的網(wǎng)絡層，提供路由和網(wǎng)際服務。 （2） SPX SPX（序列包交換）協(xié)議屬于OSI模型的傳輸層，它與I P X協(xié)議共同作用以確保數(shù)據(jù)被完整的、無錯的接受。,（3） SAP SAP（服務廣告協(xié)議）作用于OSI模型的應用層、表示層、會話層，直接運行于IPX協(xié)議之上。 例如，一個用作打印服務器的服務器可以使用SAP協(xié)議有效地通知網(wǎng)絡中的每個節(jié)點，“我可以幫助你打印?！?（4） NCP NCP（NetWare核心協(xié)議）處理客戶機與服務器之

12、間的服務請求，如打印和文件訪問。 I P X地址包括兩個部分：網(wǎng)絡地址（也被稱為外部網(wǎng)絡號）以及節(jié)點地址。,5.2.3 TCP/IP協(xié)議 TCP/IP協(xié)議產(chǎn)生于20世紀70年代后期，當時美國的ARPA（高級研究計劃局）為實現(xiàn)異種網(wǎng)之間的互連和互通，大力資助互連網(wǎng)技術的研究和開發(fā)，從而導致了TCP/IP的出現(xiàn)和發(fā)展。,TCP/IP模型分成了四個層次的結(jié)構(gòu)： 主機網(wǎng)絡層、互聯(lián)層、傳輸層、應用層。 主機-網(wǎng)絡層：大致對應于OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。該層處理數(shù)據(jù)的格式化以及將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡電纜。 互連層：對應于OSI模型的網(wǎng)絡層，包括IP（網(wǎng)際協(xié)議）、ICMP（網(wǎng)際控制報文協(xié)議）、IGMP（網(wǎng)際

13、組報文協(xié)議）以及ARP（地址解析協(xié)議）。這些協(xié)議處理信息的路由以及主機地址解析。,傳輸層：大致對應于OSI模型的會話層和傳輸層，包括TCP（傳輸控制協(xié)議）以及UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議），這些協(xié)議負責提供流控制、錯誤校驗和排序服務。所有的服務請求都使用這些協(xié)議。 應用層：大致對應于OSI模型的應用層和表示層，包括FTP（文件傳輸協(xié)議）、HTTP（超文本傳輸協(xié)議），SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議）、DNS（域名系統(tǒng)）、TELNET（遠程登錄）以及DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議）、TFTP（普通文件傳輸協(xié)議）等，應用程序通過該層利用網(wǎng)絡。,（1）TCP協(xié)議 TCP的主要功能是在一對高層協(xié)議之間提供面向連接的傳

14、輸服務，連接管理可以分為三個階段：建立連接、數(shù)據(jù)傳輸和終止連接。,在TCP協(xié)議中，建立連接要通過“三次握手”機制來完成。 下面是最常見的三次握手過程： TCP實體A向TCP實體B發(fā)送1個同步TCP段，請求建立連接。 TCP實體B將確認TCP實體A的請求，并同時向TCP實體A發(fā)出同步請求。 TCP實體A將確認TCP實體B的請求，即向TCP實體B發(fā)送確認TCP段。 TCP實體A在已建立的連接上開始傳輸TCP數(shù)據(jù)段。,（2）UDP協(xié)議 UDP提供一種面向進程的無連接傳輸服務，這種服務不確認報文是否到達，不對報文排序，也不進行流量控制，因此UDP報文可能會出現(xiàn)丟失、重復和失序等現(xiàn)象。,2ARP、RAR

15、P、ICMP協(xié)議 （1）ARP協(xié)議 ARP（Address Resolution Protocol） 是IP地址到物理地址映像服務的協(xié)議 當一個主機向另一個主機發(fā)送報文時，只有知道與對方IP地址相對應的物理地址后才能在物理網(wǎng)絡上進行傳輸。 這種地址解析服務是由ARP協(xié)議提供的。,（2）RARP協(xié)議 提供從物理地址到IP地址映射服務的協(xié)議 如果一個主機初始化后只有自己的物理地址而沒有IP地址，則可以通過RARP協(xié)議發(fā)送廣播式請求報文來請求自己的IP地址，而RARP服務器負責對該請求作出應答。,（3）ICMP協(xié)議 網(wǎng)際控制報文協(xié)議 ICMP（Internet Control Message Pro

16、tocol） 在傳送過程中，如果發(fā)生差錯或意外情況，如數(shù)據(jù)報目的地址不可達、數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡中的滯留時問超過其生存期，中轉(zhuǎn)節(jié)點或目的節(jié)點主機因緩沖區(qū)不足而無法處理數(shù)據(jù)報等，總要通過一種通信機制，向源節(jié)點報告差錯情況，以便源節(jié)點對差錯進行相應的處理。,3IP協(xié)議 IP（Internet Protocol）是TCP/IP協(xié)議集的核心協(xié)議之一。 IP的基本任務是通過互連網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)報，各個IP數(shù)據(jù)報是獨立傳輸?shù)摹?（1）IP地址的格式 IP地址有兩種常用的表示方法：二進制記法和點分十進制記法。,在二進制記法中，IP地址用32位二進制數(shù)表示。為了使這個地址有更好的可讀性，通常在每個字節(jié)（8位）之間加一個空格

17、。 例如：01110101 10010101 00011101 11101010 為了便于記憶，通常采用4個十進制數(shù)來表示一個IP地址，十進制數(shù)之間采用句點“.”進行分隔。這種IP他址的表示方法稱為點分十進制法。 例如：2。應當注意，因為每個字節(jié)僅有8位，所以在點分十進制記法中的每個數(shù)字一定在0到255之間。,（2）IP地址的分類 為了保證IP地址可以覆蓋網(wǎng)上的所有結(jié)點，IP地址的地址空間應當足夠的大，目前的IP地（IPv4：IP第4版本）由32個二進制位表示，每8個二進制位為一個位組（宇節(jié)），則整個IP地址空間占4個字節(jié)，分別表示主機所在的網(wǎng)絡，以及主機在該網(wǎng)絡中的標識

18、即：IP地址= 網(wǎng)絡地址(netid) 主機地址(hostid) 每個IP地址中的網(wǎng)絡地址和主機地址的位數(shù)按不同的類別來劃分，共分為五類。這五類IP地址以A,B,C,D,E來表示。如下圖所示,IP地址分類,A類地址第一位為“0”，B類地址的前兩位為“10”，C類地址的前三位為“110”，D類地址的前四位為“1110”，E類地址的前四位為“1111”其中，A類、B類和C類地址為基本的IP地址。 A類IP地址：網(wǎng)絡地址長度有7位，允許有126個（27-2）不同的A類網(wǎng)絡（0和127有特殊的用處）。 主機地址長度有24位，表示每個A類網(wǎng)絡中可包含16777214（224-2）臺主機。 A類IP地址結(jié)

19、構(gòu)適用于有大量主機的大型網(wǎng)絡。,B類IP地址：網(wǎng)絡地址長度為 16位，其中可變長度是14位，允許有 16384（214）個不同的B類網(wǎng)絡 主機地址為16位，因此每個B類網(wǎng)絡可以包含65534（216-2）臺主機。 B類IP地址適用干一些國際性大公司與政府機構(gòu)等,C類IP地址：網(wǎng)絡地址為24位，其中可變長度是21位。則允許有2097152（221-2）個不同的C類小型網(wǎng)絡 主機地址長度為8位，因此每個C類網(wǎng)絡可包括254（28-2）臺主機，。 C類IP地址特別適用于一些小公司與普通的研究機構(gòu), D類IP地址用于多播。 E類IP地址是保留地址。 它用于某些實驗和將來擴展使用 如果使用點分十進制記法

20、表示的地址，根據(jù)第一個字節(jié)就可以確定地址的類，如圖5-5。,如果第一個字節(jié)的數(shù)是0127，那么就是A類。如果第一個字節(jié)是128191，那就是B類。以此類推。,圖5-6 點分十進制記法IP地址的分類,（3）子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩碼是利用一個碼字來屏蔽原有的網(wǎng)絡地址劃分，而獲得一個范圍較小的、實際的網(wǎng)絡地址（稱為子網(wǎng)地址）。 子網(wǎng)掩碼是一個32位的二進制，可以采用點分十進制法進行表示。 A類網(wǎng)絡的默認的網(wǎng)絡掩碼是； B類網(wǎng)絡的默認的網(wǎng)絡掩碼是； C類網(wǎng)絡的默認的網(wǎng)絡掩碼是。,網(wǎng)絡掩碼是用來找出一個給定的IP地址所在的網(wǎng)絡地址；子網(wǎng)掩碼則用

21、來產(chǎn)生子網(wǎng)地址。 我們把二進制記法的地址和子網(wǎng)掩碼進行與（AND）運算，就可以找到子網(wǎng)地址。 例：若目的地址是6而子網(wǎng)掩碼是，試求子網(wǎng)地址。,解：我們對目的地址和子網(wǎng)掩碼進行與（AND）運算。 地址 11001000 00101101 00100010 00111000 子網(wǎng)掩碼 11111111 11111111 11110000 00000000 子網(wǎng)地址 11001000 00101101 00100010 00000000 子網(wǎng)地址 ,（5）IP地址子網(wǎng)的劃分 子網(wǎng)劃分需要三個步驟： 決定子網(wǎng)數(shù) 進行子網(wǎng)劃分的第一步是確定需要的子網(wǎng)數(shù)。通常根據(jù)場所的物理位置、部門數(shù)、每個子網(wǎng)所需的主機等來確定子網(wǎng)數(shù)。為了便于掩碼的運算，子網(wǎng)的數(shù)目應為2的若干次方（0，2，4，8，16，32等等）。,找出子網(wǎng)掩碼 第二步就是要找出子網(wǎng)掩碼。規(guī)則如下： 找出默認掩碼中的1的個數(shù)； 找出定義子網(wǎng)的1的個數(shù)； 把前兩步中1的個數(shù)相加； 找出0的個數(shù)，它等于32減去前一步得出1的個數(shù)。 找出每個子網(wǎng)的地址范圍 確定了子網(wǎng)掩碼后，就可以找出每個子網(wǎng)的地址范圍。,（6）下一代IP地址IPV6 Internet工程任務組（IETF）的下一代