第4章TCP-IP协议

计算机网络技术与应用第4章TCP/IP协议计算机网络技术与应用计算机网络技术与应用本章内容4.1TCP/IP协议层次模型与各层主要协议4.2IP地址4.3子网与超网4.4配置TCP/IP属性（实验课）4.5IP路由协议4.6端口与进程通信4.7IPV64.8TCP/IP常用命令（实验课）计算机网络技术与应用4.1TCP/IP协议层次模型与各层主要协议4.1.1TCP/IP层次结构的划分4.1.2互连层主要协议4.1.3传输层主要协议4.1.4应用层主要协议计算机网络技术与应用4.1.1TCP/IP层次结构的划分1．TCP/IP的层次结构应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络接口层互联层传输层应用层计算机网络技术与应用2．各层的作用网络接口层（主机-网络层）是在一个网络内部的不同节点之间发送和接收数据帧没有定义任何协议，而是利用了其他网络的低层协议——开放性互联层（网际层、IP层）通过路由选择将IP分组从源主机送到目的主机包括5个协议网络接口层互联层主机A主机BR1传输层互联层网络接口层传输层网络接口层互联层A2B1B2A1应用层应用层LAN1LAN2计算机网络技术与应用传输层负责在两个通信的主机之间建立端到端的进程间的通信提供两种类型的服务：面向连接的可靠的服务（TCP）、面向无连接的不可靠的服务（UDP）应用层提供了丰富的应用层协议，为用户访问网络提供接口网络接口层互联层主机A主机BR1传输层互联层网络接口层传输层网络接口层互联层A2B1B2A1应用层应用层LAN1LAN2计算机网络技术与应用4.1.2互联层主要协议IP协议ARP协议RARP协议ICMP协议IGMP协议IPIGMPICMPARPRARPIP协议体系计算机网络技术与应用尽力而为的将IP分组从发送端主机通过互联网环境送达接收端主机IP协议的作用规定了全网通用的地址格式，并在统一机构管理下进行地址分配，保证一个IP地址对应一台主机采用数据报交换方式为传输层提供尽力而为的数据传输服务，不保证IP分组一定送达，也不负责处理传输中的错误，发现错误的分组就丢弃，分组的重新组装和纠错问题都交给传输层去解决。1．IP协议（InternetProtocol）计算机网络技术与应用2．ARP协议（AddressResolutionProtocol）网络接口层IP层主机A主机BR1TCP层网络接口层IP层TCP层网络接口层IP层A2B1B2A1应用层应用层LAN1LAN2根据IP地址寻址需要与IP地址对应的物理地址ARP作用将IP地址转换为物理地址。IP地址和MAC地址所处的层不同ARP的解析只能在一个局域网内完成。为到达最终的目的主机，路由器或网关所指定的下一站的IP地址下一站IP所对应的物理地址计算机网络技术与应用ARP原理主机需要与任何其他计算机或路由器进行通信时，首先要查询本地ARP高速缓存如果ARP高速缓存中存在这个IP地址及其对应的物理地址，解析便完成如果ARP高速缓存中没有该IP地址–ARP便在LAN上发出一个广播，“你们谁的IP地址是***？请把你的物理地址告诉我”–LAN上的每一台主机或路由器均要查看ARP请求中包含的IP地址，如果该IP地址与某一台主机或路由器的IP地址一致，那么该主机或路由器便生成一个ARP应答信息，信息中包含了与IP地址对应的物理地址–然后源主机ARP将IP地址与物理地址的组合添加到它的高速缓存中，以便以后查询。计算机网络技术与应用3．RARP协议4．Internet控制信息协议（ICMP）5．多播协议（IGMP）InternetControlMessageProtocol，作用是向源主机报告差错。路由器在将信息发送到它的最终目的地的过程中会遇到一系列问题如分组是否到达目的主机？在传输过程中出现了哪些差错？路由器使用ICMP信息将这些问题通知源主机。多播：介于单播和广播之间的一点对多点的通信方式IGMP是一个支持多播的协议，它运行在路由器上，用于帮助多播路由器识别加入到一个多播组的成员主机，并将组成员信息转发给其他多播路由器。RARP（ReverseAddressResolutionProtocol）是反向地址转换协议。当物理地址已知，但IP地址不知道时，则使用RARP解析。计算机网络技术与应用4.1.3传输层主要协议协议概述是面向连接的协议，发送数据之前通信双方要建立连接，通信结束要拆除连接；通过确认和超时重传机制保证数据传输可靠若收到正确的帧，就给发送方发送“确认信息”若发送方在规定的时间内没有收到“确认”信息就重发数据；TCP还提供流量控制功能TCP协议为应用层要求传输可靠的应用提供数据传输服务1．TCP协议（TransmissionControlProtocol）计算机网络技术与应用TCP协议的工作过程（1）建立连接（3次握手）TCP在发送方和接收方之间经过三次数据交换来建立连接主机A主机B①我想和你建立连接，我的初始序号是X②同意和你建立连接，我的初始序号是Y③那我开始传输数据吧，本报文的序号是X+1为了防止已失效的连接请求报文段突然传送到了服务端，因而产生错误为什么要3次，2次行不行？计算机网络技术与应用（2）数据传输TCP的数据传输过程是一系列的发送——确认过程主机A主机B我发送的当前报文序号是X+2，准备接收你的Y+1号报文，请回答我发送的当前报文序号是Y+1，准备接收你的X+3号报文，请回答我发送的当前报文序号是X+3，准备接收你的Y+2号报文，请回答计算机网络技术与应用（3）拆除连接（4次挥手）在数据传输完成后要拆除连接。TCP采用“文雅”释放的方法来拆除连接主机A主机B①我的数据传输完毕，想和你拆除连接②我知道你的意思了⑤好的，拆除连接③继续传输数据④我的数据传输完毕，拆除连接吧计算机网络技术与应用（4）TCP的差错控制（5）TCP的流量控制采用检错、确认和超时机制实现差错控制发送端发送报文后开始计时接收端收到报文后检查错误，若发现错误就将报文丢弃，若正确就向发送端发回确认信息若发送方在规定时间内没有收到确认信息就将该报文重发一遍。为了提高数据传输的效率，TCP协议允许发送方连续发送多个报文，而不需要接收方逐个报文的加以确认接收方只要确认X号报文正确收到，就意味着X号以前的报文都正确收到TCP采用滑动窗口（一个窗口代表一个数据段）的方法对发送端允许发送数据的最大数量和接收端允许接收数据的最大数量进行调整。计算机网络技术与应用2．UDP协议（UserDatagramProtocol）UDP协议向应用层提供面向无连接无确认的服务在发送数据时，不需要和接收方建立连接在数据传输过程中不需要接收方给予确认UDP也不负责重发丢失或错误的报文对收到的乱序报文也没有重组能力但是UDP协议由于免去了建立与拆除连接的过程和繁琐的发送——确认过程，传输效率高。计算机网络技术与应用4.1.4应用层主要协议（1）虚拟终端协议Telnet（2）文件传输协议FTP（3）简单邮件传输协议SMTP（4）域名系统DNS（5）超文本传输协议HTTP（6）邮局协议POP（7）简单网络管理协议SNMP计算机网络技术与应用4.2IP地址4.2.1物理地址与IP地址4.2.2IP地址的组成与分类4.2.3特殊地址与保留地址4.3.4IP地址的管理与分配计算机网络技术与应用IPv4IP地址IP数据报标准分类IP地址划分子网:3级结构构成超网:CIDR地址转换:NAT第1阶段：1980年第2阶段：1991年第3阶段：1993年第4阶段：1996年特殊地址保留地址预测4年B类地址2015年全部地址用完路由表危机ISP接入的需求数据报头数据报交付路由算法自治系统ASInternet路由选择协议内部网关协议RIP/OSPF外部网关协议BGP路由器设计第3层交换ICMPIGMPQoSIGMPv2资源预留协议RSVP区分服务Diffserv多协议标记交换MPLSIPSec1981年，RFC7921989年，RFC7921997年，RFC7921993年，RFC22051999年，RFC24752000年，MPLS论坛1998年，RFC2401/2411计算机网络技术与应用4.2.1物理地址与IP地址物理地址每个主机都有一个可识别的地址固化在网卡上，是网卡制造商在制造网卡时写进去的，一旦写入就不能更改不包含位置信息在局域网以及小规模的网络互连情况下，使用物理地址寻址在大规模的网络互连中，用物理地址寻址效率太低，所以引入带有位置信息的IP地址表达了两个信息，一个是主机所属的网络号，一个是主机在网络中的编号IP地址寻址时先寻网络号，到达目的网络后再寻主机号，寻址效率高计算机网络技术与应用物理地址和IP地址的区别所属层次：IP地址是网络层的地址，物理地址是数据链路层的地址包含信息：IP地址带有位置信息（网络号），物理地址没有位置信息，仅仅是一个标识符当一个主机插上一块网卡后，这个主机的物理地址就确定，一般是不能更改的，IP地址是用户根据需要人为指定的；物理地址的表示方法随网络技术的不同而不同，不同类型的网络物理地址的编址方案是不同的，而IP地址是全网统一编址的，不管具体的物理网络如何，在互联网上都使用IP地址标识主机。计算机网络技术与应用4.2.2IP地址的组成与分类在IPv4编址方案中，IP地址由32位的二进制组成这32为二进制数被分为4组，每组8位，各组之间用“.”分割为便于表示，将每组二进制数写成十进制数。1．IP地址的组成10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32位二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8位插入一个空格能够提高可读性12811331将每8位的二进制数转换为十进制数采用点分十进制记法则进一步提高可读性128.11.3.31计算机网络技术与应用IP地址由两个部分组成网络号，用于标识主机所属的网络主机号，用于标识该主机是网络中第几号主机网络号主机号IP地址计算机网络技术与应用发送分组的主机—源主机源IP地址接收分组的主机—目的主机目的IP地址cc:mailFrom:168.113.2.144To:155.233.25.76IP数据包数据收件人地址：XXXXXXXX寄件人地址：XXXXXXX邮票计算机网络技术与应用计算机网络技术与应用根据不同的取值范围，IP地址可以分为五类；IP地址中的前5位（二进制位）用于标识IP地址的类别：A类地址的第一位为0；B类地址的前两位为10；C类地址的前三位为110；D类地址的前四位为1110；E类地址的前五位为11110；2．IP地址的分类计算机网络技术与应用网络号(7位)主机号(24位)A类地址18162432主机地址范围00.0.0.0到127.255.255.255128.0.0.0到191.255.255.255192.0.0.0到223.255.255.255224.0.0.0到239.255.255.255240.0.0.0到247.255.255.25510网络号(14位)主机号(16位)B类地址110网络号(21位)主机号(8位)C类地址1110组播地址(28位)D类地址11110保留用于实验和将来使用E类地址计算机网络技术与应用3．IP地址的分配IP地址是按网络接口分配的联网的主机插一块网卡→至少有一个IP地址插入两个网卡→两个网络接口，则每块网卡都需要指定一个IP地址路由器是网络互连设备，至少要有两个接口，用于连接两个或两个以上的网络一个路由器要拥有两个以上的IP地址同一网络内的所有主机要分配相同的网络标识号和不同的主机号机不同网络内的每台主机必须具有不同的网络标识号，但是可以具有相同的主机标识号IP地址分配Internet赋号管理局IANA()是全球最高的IP地址管理机构，负责IP地址的分配国内负责管理IP地址分配的是CNNIC()计算机网络技术与应用10.0.0.020.0.0.010.0.0.220.0.0.310.0.0.1R20.