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一些基础知识2011 年 3 月 6 日王加冕

www.nordridesign.com

一、因特网是什么


• 1969 年的因特网

一、因特网是什么 | Internet 的发展

山东大学网管会








• 现在的因特网



• David D. Clark– The Design Philosophy of the DARPA Internet Protocols

• Fundamental Goal: Connecting existing networks

一、因特网是什么 | 因特网的设计思路


• David D. Clark– The Design Philosophy of the DARPA Internet Protocols

• Second Level Goal– Survivability (in the face of failure)– Support multiple types of services– Must accommodate a variety of networks– Allow distributed management– Be cost effective– Allow resource accountability– etc.

一、因特网是什么 | 因特网的设计思路

– 遭遇错误时的健壮性– 须提供多种服务类型

– 能适合多种网络– 允许分布式的管理

– 高效– 支持计费


• 网络图标

一、因特网是什么 | 认识图标

交换机路由器

以太网个人电脑

网络云或广播域

交换机路由器

个人电脑笔记本


• 简化的山东大学校园网

一、因特网是什么 | 实际组网图

边界路由器

核心设备

个人电脑

中心校区

宿舍楼主交

兴隆山校区

BR

千佛山校区

BR


• 网络云很灵活

一、因特网是什么 | 实际组网图

个人电脑

1# 宿舍楼

主交

分交

2# 宿舍楼

主交

核心设备

9# 宿舍楼主交


一、因特网是什么 | 认识机柜

尾纤尾纤

主交主交

光纤盒光纤盒

理线架理线架

分交分交

面板面板

分交分交

跳线跳线


一、因特网是什么 | 怎么走线？

2 、尾纤：光纤盒 → 主交光口

1 、光纤：网络中心 → 光纤盒背面

3 、级联线：主交 → 分交主口

4 、跳线：分交 → 面板

跳线从分交出来，进入理线架从理线架甩到机架内侧

再绕出来接到面板上

5 、墙线：面板背面 → 学生宿舍端口


二、协议是什么？


二、协议与协议族 | 乱码


二、协议与协议族 | Reseted by peer


二、协议与协议族 | ping 过程Task: 向老成员请教“抓包”是什么Task: 向老成员请教“抓包”是什么


• 几个名词– “网络” - “网路” - “Network”– “通信” - “通讯” - “Communication”– “协议” - “协定” - “Protocol”– “网络通信协议” - “网路通讯协定”

二、协议与协议族 | “ 协议” 是什么？


• “通信”的要件– 发送者– 通过某种媒体– 以某种格式– 来传递信息给– 收信者– 以达到某个目的

• “通信”的实例– 古代：驿站、飞鸽传书、烽火报警– 人类：符号文字、身体语言、眼神– 近代：无线电、固话、手机、互联网 etc.

二、协议与协议族 | “ 通信”


• “协议”– 计算机间的共同语言

二、协议与协议族 | “ 协议”


• “协议”的要件– 语法– 语义– 同步

– 用中文写：同样的编码格式– 用公认的格式：先题头，后正文，再署名，末日期– 信息交换的顺序： A 写， B 收到后回复， A 收到复信再写



• “协议”的要件– 语法– 语义– 同步

– 用位（二进制数）编码– 用公认的格式– 信息交换的顺序


ICMP 报文格式


二、协议与协议族 | 报文交换图

ICMP echo request

ICMP echo reply

TCP 连接的建立


• DHCP： Dynamic Host Configuration Protocol

二、协议与协议族 | 实例： DHCP

DHCP 客户端 DHCP 服务器DHCP-Discover

DHCP-Request

DHCP-Offer

DHCP-Ack


二、协议与协议族 | 实例： ping

本机网关ARP 广播： who is 219.218.115.254? Tell 219.218.115.138

从 219.218.115.138 ping www.geektu.com

DNS 服务器 geektu.com

网关回复：

219.218.115.254 is at

00-0f-e2-8e-7a-02

DNS query: A www.geektu.com

DNS response: CNAME geektu.com

A 67.220.209.22

DNS query: AAAA www.geektu.com

DNS response: CNAME geektu.com

ICMP echo request

ICMP echo replyWindows 下默认发送 4 个 ping 包


三、二进制初步


• 小娃娃的计数方法

三、二进制初步 | “ 进制”是什么

一

三

九

十

十一悲剧了，手指头不够用了


• 进制式的计数方法– 十进制中，首先规定 1, 2, …, 9, 0 各 digit 分别是


1

2

9

…

0

注意： 10 是不出现在十进制位里的！


• 进制式的计数方法– 然后描述“进位”


个位十位百位千位

……

每一位都能且仅能填充 1, 2, …, 9, 0 中的任意一个字符

x 标识有 x 个 1 （即 x × 100 ）y 标识有 y 个 10 （即 y × 101 ）

z 标识有 z 个 100 （即 z × 103 ）


• 十进制总结– 每一位是 1, 2, …, 9 以及 0 （没有）

• 也即：十进制没有 10 这个位– 十进制，右起

• 第一位基数为 100

• 第二位基数为 101

• 第三位基数为 102

• ……• 第 n 位基数为 10n-1

– n 位十进制数，表示范围是 0 - 10n-1– 一个数 m ，需要位十进制数表示– 对于十进制，最简单的运算是

• 乘以 10• 除以 10，取整

三、二进制初步 | “ 进制”是什么 ☆ Task: 阅读《编码的奥秘》前九章 ☆ Task: 阅读《编码的奥秘》前九章


• 二进制， binary：基底由 10 变为 2 ，于是– 每一位是 1 或 0 （没有）

• 也即：二进制没有 2 这个位– 二进制，右起

• 第一位基数为 20

• 第二位基数为 21

• 第三位基数为 22

• ……• 第 n 位基数为 2n-1

– n 位二进制数，表示范围是 0 - 2n-1– 一个数 m ，需要位二进制数表示– 对于十进制，最简单的运算是

• 乘以 2• 除以 2 ，取整

三、二进制初步 | 探索二进制


• 二进制 (10101100)2 → 十进制

三、二进制初步 | 二进制的例子


• 十进制 240 → 二进制

三、二进制初步 | 二进制的例子


• 用 1, 1, 1, 1 算二十四点– 无解– Geek 版： 11 << 11

三、二进制初步 | 二进制的移位运算

1 1 = 3

1 1 0 左移一位， = 6

1 1 0 0 左移一位， = 12

1 1 0 0 0 左移一位， = 24


• 位运算– 与， AND– 或， OR– 非， NOT– 异或， XOR

三、二进制初步 | 二进制的位运算


• 与运算 AND

• 性质– 只有两个位均置 1 ，结果才为 1– 任何位 AND 0，结果均为 0– 某个位 AND 1，结果为其本身


0 0AND = 0

0 1AND = 0

1 0AND = 0

1 1AND = 1


• 或运算 OR

• 性质– 只要有一个位为 1 ，结果即为 1– 某个位 OR 0，结果为其本身– 任何位 OR 1，结果均为 1


0 0OR = 0

0 1OR = 1

1 0OR = 1

1 1OR = 1


• 非运算 NOT

• 性质


0NOT = 1

1NOT = 0


• 异或运算 XOR

• 性质– 两个位相同，结果为 0 ；否则为 1– 相当于模 2 加： (bit_a + bit_b) % 2


0 0XOR = 0

0 1XOR = 1

1 0XOR = 1

1 1XOR = 0


• 记住 210 = 1024– 所以 29 = 512 ， 28 = 256

• 三种运算– 乘、除– 加、减– 位运算

三、二进制初步 | 总结


• IP 地址： 32 位

• 性质– 若用点分十进制表示，每个数范围从 0 - 255

•可以类比– n 位十进制数，范围从 0 - 10n-1– n 位二进制数，范围从 0 - 2n-1

三、二进制初步 | IP 地址

1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 0

219 218 115 138

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1


• IP 地址分类– A 类：首一位为 0

•故范围从至 • 0.0.0.0 - 127.255.255.255

– B 类：首二位为 10•故范围从至 • ?.0.0.0 - ?.255.255.255

– C 类：首三位为 110•故范围从至 • ?.0.0.0 - ?.255.255.255

三、二进制初步 | IP 地址的分类

0

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

1 0

1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1

1 1 0

1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1


• 子网掩码： Subnet Mask• 回忆： AND 运算的性质

– 任何位 AND 0，结果均为 0– 某个位 AND 1，结果为其本身

三、二进制初步 | 子网掩码

1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 a b c d e f g h

☆ Task: 尝试用 OR 运算定义子网掩码 ☆ Task: 尝试用 OR 运算定义子网掩码

IP

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0MASK

1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0AND结果

网络位（ 24-bit）主机位（ 8-bit）


• VLSM： Variable Length Subnet Mask，可变长子网掩码• 回忆： IP 地址的分类

三、二进制初步 | VLSM 简介

1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 a b c d e f g h

☆ Task: 尝试用 OR 运算定义子网掩码 ☆ Task: 尝试用 OR 运算定义子网掩码

网络位（ 23-bit）

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0MASK

1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0AND结果

IP

主机位（ 9-bit）


三、 TCP/IP 协议族　　简介


三、 TCP/IP 协议族简介 | 协议与协议族

DHCPDHCP

Dynamic Host Configuration Protocol

IPIP

Internet Protocol

DNSDNS

Domain NameSystem


三、 TCP/IP 协议族简介 | 协议一览

应用层Application Layer

运输层Transport Layer

网络层Internet Layer

链路层Internet Layer

DHCP, DNS, FTP, HTTP, IMAP, SMTP, SNMP, SSH, TELNET, BGP, RIP etc.

TCP, UDP, (TLS, PPTP, OSPF)

IP (IPv4, IPv6), ICMP, IGMP, (IPSec)

Ethernet, Wi-Fi (IEEE 802.11), WiMax, ARP, 帧中继 , FDDI, GPRS, EVDO, HDLC, L2TP etc.


三、 TCP/IP 协议族简介 | 窄腰结构






三、 TCP/IP 协议族简介 | 常见协议





• DHCP• DNS• FTP：双连接协议！• HTTP：经典的 C/S 协议

• TCP 提供有连接的、可靠的传输服务• UDP 提供无连接的、不可靠的传输服务

• IP 协议是网络互通的关键

☆ Task: 从下面的协议中任选三个作了解 ☆ Task: 从下面的协议中任选三个作了解


• “封装”与“复用”

三、 TCP/IP 协议族简介 | “ 封装”与“复用”

用户数据用户数据

应用层

运输层

网络层

链路层

用户数据用户数据应用层头应用层头

用户数据用户数据应用层头应用层头TCP 头TCP 头

用户数据用户数据应用层头应用层头TCP 头TCP 头IP 头IP 头

用户数据用户数据应用层头应用层头TCP 头TCP 头IP 头IP 头以太网头以太网头

应用数据

TCP 段

IP 数据报 / IP 分组

以太网帧


三、 TCP/IP 协议族简介 | “ 封装”的必要性

快递公司统一投递

封装


三、 TCP/IP 协议族简介 | “ 封装”的必要性

货物 1货物 1

货物 2货物 2

货物 3货物 3

货物 4货物 4

货物 5货物 5

货物 1货物 1邮局普包邮局普包

货物 2货物 2

货物 3货物 3申通

货物 4货物 4

邮局 EMS邮局 EMS

货物 5货物 5

顺丰顺丰

顺丰顺丰

某班汽车，发往 A 地

某次火车，发往 B 地

运输阶段，可能有中转

封装

始发地

某次火车，发往 A 地

货物 *货物 *邮局件邮局件

货物 *货物 *申通件

货物 *货物 *顺丰件顺丰件

邮局邮局

申通

顺丰顺丰

将货物投递至恰当的地址


三、 TCP/IP 协议族简介 | 报文的封装过程


三、 TCP/IP 协议族简介 | 层间如何通信


• “端口”、“接口”和“插口”– 端口： port

• 实际的、硬件的端口： USB ， RJ-45 etc.• TCP/IP 中的端口：层间通信

– 接口： interface• C++ 中的“接口”：对协定进行定义的引用类型• 交互（ API ： application programming interface）

– 插口： socket• “插座”• socket = (IP, proto, port) ， SSL

• “点到点”与“端到端”

三、 TCP/IP 协议族简介 | 几个名词


Thanks [email protected]

My pleasure to illustrate all theseFundamental concepts to you all.

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