TCPIP协议基础培训教程.ppt
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1、第7章 TCPIP协议基础,摘要:主要介绍了TCP/IP协议体系的基本概念,TCP/IP协议模型的各个层次包含的协议的基本概念和功能 TCP/IP协议是Internet发展的基础。学习本章的内容将会对Internet的组织结构、工作过程以及数据传输的理解有很大帮助。本章介绍TCP/IP协议的基本概念,TCP/IP协议模型的各个层次所包含的协议的概念及其功能。,7.1 TCP/IP协议概述,TCP/IP协议是Internet上使用最为广泛的通信协议。所谓TCP/IP协议,实际上是一个协议簇(组),是一组协议,其中TCP协议(Transmission Control Protocol)和IP协议(
2、Internet Protocol)是其中两个最重要的协议。IP协议称为网际协议,用来给各种不同的局域网和通信子网提供一个统一的互联平台。TCP协议称为传输控制协议,用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。,7.2 网络访问层,网络访问层用于实现主机与传输媒介的物理接口,为网络互联层发送和接收IP数据报。对应到ISO/OSI七层模型中的第一层(物理层)和第二层(数据链路层)。TCP/IP支持多种网络访问层协议,常用的有Ethernet、Token Bus、Token Ring等。这些协议和标准都遵循电机电子工程师协会(IEEE)系统标准。具体来说,都遵循IEEE802标准。,7.3 互联网络
3、层,TCP/IP协议体系的互联网络层包含的协议主要有Internet Protocol(IP,网络协议),Internet Control Message Protocol(ICMP,网络控制信息协议),Address Resulution Protocol(ARP,地址解析协议)和Reverse Address Resolution Portocol(RARP,反向地址解析协议)。这一节我们将简单介绍这些协议。,7.3.1 IP协议的主要功能,IP协议实现两个基本功能:分段和寻址。IP协议的分段(或重组)功能是靠IP数据包头部的一个字段来实现的。网络只能传输一定长度的数据包,而当待传输的数据
4、报超出这一限制时,就需要利用IP协议的分段功能将长的数据报分解为若干较小的数据包。寻址功能同样也在IP数据包头部实现。数据包头部中包含了源端地址、目的端地址以及一些其它信息字段,可用于对IP数据包进行寻址。,7.3.2 IP协议的特性,IP协议有两个很重要的特性:非连接性(无连接性)和不可靠性。非连接性是指经过IP协议处理过的数据包其传输是相互独立的,每个包都可以按不同的路径传输到目的地,也就是说每个包传输的路由可以完全不同,因而其包抵达的顺序可以不一致,先传送的包不一定先到达目的地。不可靠性是指IP协议没有提供对数据流在传输时的可靠性控制。它是一种不可靠的“尽力传送”的数据报类型协议。它没有
5、重传机制,对底层的子网也没有提供任何纠错功能,用户数据报可能发生丢失、重复甚至失序到达。,7.3.3 IP协议的包格式,IP协议的包格式,7.3.4 IP地址,IP地址是一组32位的二进制数字,由四个字节构成,代表了网络和主机的地址。IP地址的每个字节以点分开,7.3.5 IP地址的分类,IP地址根据网络规模的不同可以分成三个等级(或者三类)。分别是A类地址、B类地址和C类地址。各类地址的组成结构如图所示,A类地址,前8位表示网络地址,取值由NIC决定,第一位固定为0,剩余7为可表示27=128个A类网络。A类地址一般分配给政府部门、大型网络或大型机构使用(如IBM公司、DEC公司等),目前已
6、经分配完了。A类地址的后24位指主机的地址。24位的主机地址共有224=16777216个主机地址。,B类地址,B类地址的前16位表示网络地址,由NIC决定,其中前2位固定为10。所以可以表示214=16384个B类网络。后16位表示机器地址,共有216=65536个主机地址。B类地址一般分配给中型网络或中型机构使用,C类地址,C类地址的前24位组成网络地址,由NIC决定,其中前2位为11,剩余22位,所以应该有222=4194304个C类网络。但是在C类地址的前4位中,1110保留给组播(Multicase,224-239),1111保留给实验用(240,255),所以真正可用的C类网络地址
7、数为应有的网络地址数 保留的地址数,即222-221=2097152个网络地址。C类地址的后8为是主机地址。应有28=256个主机地址。但是需要扣除网络地址(1个)和广播地址(1个),所以真正可用的C类网络的主机地址,最多可以有254个,根据分配的网络地址前8位快速判定网络的类型,7.3.6 子网络,当一个网络由若干个小网络组成,我们称这些小网络为子网络。若一个公司的网络是由若干个部门的子网络组成,是否需要为每个子网络申请一个网络地址呢?当这些子网不大时,可以从原先IP地址中的主机地址部分,拿出部分比特作为子网地址,利用IP地址中的子网地址部分区分这些子网,而不用为每个子网申请一个IP地址。,
8、1.子网络地址,单一网络下的组成形式 IP地址=网络地址+主机地址切割成若干个子网时的形式 IP地址=网络地址+子网地址+主机地址原先的主机地址=子网地址+主机地址,子网络地址,例如:168.95.X.X的B 段网络地址IP地址(32位)=网络地址(前16位)+主机地址(后16位)168.95.X.X=68.95+X.X主机共有216=65536个地址。当切割成两个子网时:IP地址(32位)=网络地址+子网地址+主机地址 168.95.X.X=168.95+1位+15位由于要切割成两个子网,于是将原来的后16位中的最高位拿来作为子网地址,这样就可以将B类网络切割成2个子网络:168950XXX
9、XXXXXXXXXXX168951XXXXXXXXXXXXXX各个子网拥有215=32768个主机地址。由此类推,若是将B类网络切割成4个子网络,则须将原来的后16位中的最高两位拿来作为子网络地址,切割成的四个子网分别是:1689500XXXXXXXXXXXXXX1689501XXXXXXXXXXXXXX1689510XXXXXXXXXXXXXX1689511XXXXXXXXXXXXXX各个子网拥有214=16384个主机地址。,2.子网掩码,使用子网掩码可以判定IP地址是否属于某一子网。例如局域网中的一个主机在发送IP包时,包头中携带有目的IP地址,通过子网掩码,就可以判定包是发送到本网内的
10、某个主机,还是发送到网外的主机,从而选择不同的处理.。子网掩码的形式为:网络及子网地址部分置1,主机地址置0形成的IP地址。如一个B类网络的子网掩码为:2552550 0一个C类网络的子网掩码为:2552552550,子网掩码举例,例1:将一个C类网络划分为16个子网,求子网掩码。解:要将一个C类网络划分为16个子网,必须从8位主机地址中拿出前4位作为子网地址,4位二进制位可以有16种组合,正好可以表示16个子网地址。所以子网掩码为:255255255240,网络号码,网络号码用于标识一个网络或子网,形式上,网络号码一般是IP地址中的网络地址和子网地址部分不变,而主机地址部分为0的IP地址。如
11、一个B类网络的网络号码可以是:1689500网络地址部分为16895,主机地址部分全部置0。一个C类网络的网络号码可以是:20295470网络地址部分是2029547,主机地址部分为0。,网络中IP地址、网络号码和子网掩码的关系,IP地址 AND 子网掩码=网络号码,网络号码举例,例2:设子网掩码为255.255.255.240,判断计算机甲(IP地址:203.66.47.50)和计算机乙(IP地址:203.66.47.49)是否在同一子网内。解:将IP地址与子网掩码相与,看网络号码是否相同。计算机甲 11001011 01000100 00101111 00110010 203664750子
12、网掩码 11111111 11111111 11111111 11110000 255255255240AND结果 11001010 01000100 00101111 00110000 203664748计算机乙 11001011 01000100 00101111 00110001 203664749子网掩码 11111111 11111111 11111111 11110000 255255255240AND结果 11001010 01000100 00101111 00110000 203664748 两个主机的IP地址与子网掩码与的结果都等于203664748,也就是网络号码。由此可
13、见,计算机甲和计算机乙所处网络的网络号码相同,计算机甲和计算机乙在同一个子网中。,3.子网划分,子网划分,7.3.8 网络控制信息协议(ICMP),ICMP是“Internet Control Message Protocol”(Internet控制信息协议)的缩写。它是TCP/IP协议族的一个子协议,用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据,但是对于用户数据的传递起着重要的作用。,ICMP包与IP包的关系,可利用ICMP协议来提供错误信息给来源主机,此信息也以包的形式来传送,称为ICMP包。I
14、CMP协议的使用是建立在IP协议基础上的,换言之,ICMP协议无法单独运行,我们甚至可以将ICMP当作时IP协议的一部分。ICMP的包是嵌在IP包中来传送的,IP包的数据区部分是由整个ICMP包组成的。如图所示,7.3.9 地址解析协议(ARP协议),ARP协议是“Address Resolution Protocol”(地址解析协议)的缩写。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是根据目标设备的IP地址,查询目标设备的MAC地址,以保证通信的顺利进行。,7.3.10 反向地址解析协议(RARP协议),Reverse Address
15、Resolution Protocol,简称RARP协议。RARP协议和前面所提到的ARP协议,其功能刚好相反,将32位的IP地址转换成物理的硬件地址,这是ARP协议的主要功能,而RARP协议则是,将网络的物理地址转换成32位的网络IP地址。,7.3.11 DHCP协议,DHCP的全称是动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol),由IETF(Internet 网络工程师任务小组)设计,详尽的协议内容在RFC文档(rfc2131和rfc1541)里。DHCP是Windows NT和Windows 2000 Server提供的动态分配主机IP地址的服
16、务。DHCP服务的目的是为了减轻对TCP/IP网络的规划、管理和维护的负担,解决IP地址缺乏问题。DHCP服务器可以把TCP/IP网络设置集中起来,动态处理工作站IP地址的配置。DHCP提供了自动在TCP/IP网络上安全地分配和租用IP地址的机制,实现IP地址的集中式管理,基本上不需要网络管理人员的人为干预。而且,DHCP本身被设计成BOOTP(自举协议)的扩展,支持需要网络配置信息的无盘工作站,对需要固定IP的系统也提供了相应支持。,7.3.12 Ipv6,由于网络的迅猛发展,IPv4的有限地址空间等问题成为网络发展的瓶颈。1990年因特网工程任务组IETF开始了IPv6的研究。经过数年努力
17、,制定了增强型简单因特网协议,并命名为IPv6。IPv6与IPv4并不完全兼容,但与其他协议,如ICP,UDP,ICMP完全兼容。IPv6把IPv4的32位地址加至128位,共16字节,使得源和目标地址都增加了,其地址范围为2128,达到几百亿个地址,7.4 传输层,传输层的协议主要有两个协议:TCP协议(Transmission Control Protocol,传输控制协议)和UDP协议(User Datagram Protocol,用户数据报协议)。它们都为应用层提供数据传输服务。,7.4.1 传输控制协议(TCP协议),TCP协议在TCP/IP协议族中的位置,1.TCP协议的主要功能,
18、TCP协议的主要功能,用一句话概括就是:TCP协议提供具有连接性的、可靠的数据流式的传输服务。连接性 连接性表示要传输数据的双方,必须事先沟通,在建立好连接之后,才能正式开始传输数据。两台主机之间要想完成一次数据传输,必须经历连接建立、数据传输、以及连接拆除三个阶段。无连接性是指两台主机在进行信息交换之前,无须事先经呼叫来建立通信连接,各个分组独立地各自传送到目的地。,连接性与非连接性的数据传输方式的主要区别,路由选择:具有连接性的传输方式,路由的选择仅仅发生在连接建立的时候,在以后的传输过程中,路由不再改变;具有非连接性的传输方式中,每传送一个分组都要进行路由选择。在具有连接性的传输方式中,
19、各分组是按顺序到达的;非连接性的传输方式中,分组可能会失序到达,甚至丢失。具有连接性的传输方式便于实现差错控制和流量控制;非连接性的传输方式一般不实行流量控制和差错控制。具有连接性的传输方式一般应用于较重要的数据传输;非连接性的传输方式一般应用于较不重要的数据传输。,可靠性,TCP协议用来在两个端用户之间提供可靠的数据传输服务。其可靠性是由TCP协议提供的确认重传机制实现的。,TCP协议的可靠性控制,数据流量控制,我们在讨论TCP协议在保证数据传输的可靠性时,发送端每次都要等到收到回应的确认包后,才传送下一个数据包。由于发送端用于等待确认包的时间是闲置的时间,从而造成整个数据传输效率的低下,造
20、成带宽的浪费。因此,在TCP协议中,使用了一种叫滑动窗的技术,来解决这一问题。,用滑动窗进行数据流量控制,图中,假定总共要传送10个包。图A中,窗口中有4个包,表示已送出的包,窗宽W=4。图B中,当传送端收到确认包1时,窗口向右移动一格,并送处包5。图C中,当传送端收到确认包2、3时,窗口向右移2格,并送出包6、7。简单说,在窗口右方的包,表示要准备送出去的包,而位于窗口里面的包,表示已经送出的包,但传送端尚未收到相应的确认包,而窗口左边的包,表示已经送出去而且也已经收到确认的包。窗口在滑动时,其宽度不能赶上规定的窗宽。,1.TCP协议的通信端口,在TCP协议中,端口用一个长2个字节的整数来表
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