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1第5章TCP/IP协议2225.1TCP/IP协议族概述•5.1.1应用层•5.1.2传输层•5.1.3网络层（IP层）3335.2TCP/IP协议族各层协议功能•5.2.1工作在应用层的协议•5.2.2工作在传输层的协议•5.2.3工作在网络层的协议4445.3IP编址•5.3.1IP地址的基础知识•5.3.2IP地址的分类•5.3.3子网、子网掩码和子网划分•5.3.4可变长子网掩码和路由汇总5555.1TCP/IP协议族概述•TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)传输控制协议/互联网络协议•20世纪70年代诞生，80年代成为因特网通信协议。•应用于广域网和局域网。666应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层应用层传输层互连网层网络访问层OSI模型TCP/IP互连网协议777TCP/IP模型•网络访问层OSI的一二层。•Internet层旨在发送来自互联网中的任何网络的分组，使其到达目的地，决定最佳路径。•传输层（主机层）处理可靠性、流量控制等服务质量问题。传输控制协议TCP提供可靠的网络通信。•应用层处理高级协议，涉及表示、编码和对话控制等问题。确保数据正确封装，供下一层使用。888OSI模型各层常见通信协议应用层HTTP,FTP,Telnet,SMTP,POP3表示层实际应用很少会话层传输层TCP,UDP,DPX网络层IP,IPX数据链路层Ethernet,TokenRing,FDDI物理层999TCP/IP的通信协议应用层TelnetFTPLPDSNMPTFTPSMTPNFSX-window主机层TCPUDPInternet层IPICMPARPBootPRARP网络访问层EthernetFaseEthernetTokenRingFDDI1010105.1.1应用层1111115.1.2传输层1212125.1.3网络层（IP层）131313网络访问层1414145.2.1工作在应用层的协议•工作在应用层的协议大都是面向用户的，为用户提供多种多样的服务。Cisco网络设备使用较多的协议：•FTP(FileTransferProtocol,文件传输协议):•TFTP（TrivialFileTransferProtocol,简单的文件传输协议）:•Telnet远程登录的标准协议：151515FTP•使Internet用户可以把文件从一台主机拷贝到另一台主机上。•FTP软件。•FTP采用客户/服务器方式。•FTP协议需要依赖TCP协议提供的可靠连接。161616TFTP•基于UDP而实现的。•设计目的是进行小文件传输。不具备FTP的许多功能，如：只能从服务器上获得和写入，不能列目录，不对用户的身份验证。•被Cisco设备用来作为操作系统和配置文件的备份工具。171717Telnet•可以远程登录到服务器或网络设备上，同操作本地计算机一样。1818185.2.2工作在传输层的协议•1.端口与端口号•2.TCP和UDP的头格式•3.TCP•4.UDP1919191.端口与端口号•传输层通过端口号了解应用层使用的协议。•每一个应用协议有唯一的端口。如下页图。•负责分配端口号的机构是因特网编号管理局。•端口的分配有三种情况：保留端口、动态分配端口、注册端口。202020212121保留端口1024，已经被分配给了已知的应用协议。222222动态分配的端口•1024,没有固定的使用者，可以被动态分配给应用程序。应用程序可以向系统申请一个端口号临时代表这个软件与传输层交换数据。232323注册端口•1024,软件厂商向端口管理机构注册固定的端口号，使其软件享有端口号。242424•TCP和UDP都允许16位的端口值，分别能提供65536个端口。DNS即属于TCP也属于UDP.2525252.TCP和UDP的头格式2626262.TCP和UDP的头格式2727272.TCP和UDP的头格式•TCP段头由20字节的固定头和一些可选项组成。数据部分最多可以有65495字节，65535-65495=40（字节），这40字节包括20字节的IP包头和20字节的TCP段头。2828282.TCP和UDP的头格式2929292.TCP和UDP的头格式3030303.TCP•TCP协议的分段•TCP连接的建立与终止•保证TCP数据传输可靠性的方法•TCP传输规则及策略•TCP协议的拥塞控制313131TCP协议的分段•TCP分段的决定条件：（1）IP的负载能力：TCP段的大小（包括段头）不能超过65535字节（2）网络的最大传输单元（MTU）:最大是几千字节。由网络介质类型决定。（1）、（2）中，（2）决定了TCP段的上限。323232TCP连接的建立333333TCP连接的建立343434TCP连接的建立•建立一个连接，两端主机必须同步双方的初始序号（ISN）,SYN(同步控制位)，ACK(确认信息)。•三次握手主要解决的是序号问题，还包括窗口大小、MTU等。353535TCP连接的终止363636保证TCP数据传输可靠性的方法•发送方按数据的顺序号发送数据包。•发送方等待接受方的确认，不发下一个数据包。•发送方如果在规定时间没有接到确认，重发。373737TCP传输规则及策略滑动窗口法（SlidingWindow）窗口：是允许发送方发送的数据分组的个数。TCP使用期待确认。即确认号是所期待接受的下一个。窗口大小是动态协商的。383838滑动窗口393939滑动窗口404040TCP协议的拥塞控制•拥塞控制窗口，通常，窗口大小和接收方滑动窗口的大小一样，当有数据分段丢失时(拥塞发生)，窗口大小就会减半。•发送方会选择滑动窗口、拥塞控制窗口中较小的作为发送的数据包的大小。4141415.2.3工作在网络层的协议•1、IP协议•2、ICMP协议•3、ARP•4、PARP4242421、IP协议•逻辑地标识网络节点的位置，向数据封装中添加信息以表明数据的原始发送者和最终的接收者。为传输层产生的数据段封装IP包头，该包头中主要添加了源IP地址和目的IP地址。•提供无连接，尽力而为的分组传送路径。434343IP头格式444444IP头格式454545IP头格式•生存期（TTL）：每个数据包在发出时会携带该值。最大值为255，一般数据包被发出时是128，每延迟1秒TTL值减1，每经过1台路由器TTL值减1，如果在到达目的地前TTL值为0，该数据包被丢弃。•在网络层和传输层之间也存在协议号，类似传输层和应用层间的端口号。每个IP包头都必须说明数据包所要发送到的第四层协议。464646IP头格式4747472、ICMP协议•ICMP（InternetControlMessageProtocol）互联网控制信息协议。用于向发送方发送差错和控制信息。•实际应用中完成：1.通告目的端可达性2.通告缓冲区已满3.通告跳数4.Ping命令5.Traceroute命令：数据包经过互联网时的路径。4848484949493、ARP•ARP（AddressResolutionProtocol）地址解析协议。将IP地址映射到物理地址。5050504、RARP•RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)反向地址解析协议。将接受的物理地址映射成IP地址。5151515.3.1IP地址的基础知识5252525.3.2IP地址的分类A、B、C、D、E五类保留IP地址网络地址广播地址共有地址和私有地址IPv4与IPv6535353IPAddressClasses演示545454IPAddressClasses555555保留IP地址•网络地址：用于标识网络。IP地址中主机位全为0。•广播地址：用于向网络中的所有设备广播分组。IP地址中主机位全为1。565656HostAddresses575757公有地址和私有地址•IP地址分配工作最初是由InterNIC（Internet网络信息中心）管理。现在是Internet地址分配中心（IANA）负责。可以从Internet服务供应商（ISP）获得。•共有IP地址是Internet唯一的。•RFC1918留出3块IP地址空间（1个A类地址段，16个B类地址段，256个C类地址段）作为私有的内部使用的地址。这个范围内的IP地址不能被路由到Internet骨干网上，Internet路由器将丢弃该私有地址。•使用私有地址将网络连至Internet，需要将私有地址转换为公有地址。这个转换过程称为网络地址转换（NetworkAddressTranslation,NAT），通常由路由器完成。585858私有IP地址595959IPv4与IPv6演示6060605.3.3子网、子网掩码和子网划分616161SubnetAddressing626262子网地址•上图，每个地址的第三个字节被用作子网地址。•子网地址是网络号的扩展。636363SubnetMask•ABC类网络的默认子网掩码分别是：255.0.0.0255.255.0.0255.255.255.0•子网掩码可确定子网地址。•子网掩码中：1表示IP地址中相应的位为网络位或子网位；0表示IP地址中相应的位为主机位。646464SubnetMask656565子网掩码的可能取值666666•Subnetsnotinuse—thedefaultSubnetMaskWithoutSubnets676767•Networknumberextendedbyeightbits划分子网686868划分子网•Networknumberextendedbytenbits696969计算地址空间•给定一个IP地址和子网掩码，计算子网地址、广播地址、第一个和最后一个可用的地址。707070计算地址空间172.16.2.160/26172162160172.16.2.16010101100000100000000001010100000host255.255.255.19211111111111111111111111111000000mask172.16.2.12810000000subnet172.16.2.19110111111broadcast172.16.2.12910000001first172.16.2.19010111110last717171计算地址空间192.168.5.220/271921685220192.168.5.22011000000101010000000010111011100host255.255.255.22411111111111111111111111111100000mask192.168.5.19211000000subnet192.168.5.22311011111broadcast192.168.5.19311000001first192.168.5.22211011110last727272子网划分规划子网划分表例：分配了一个C类地址---192.168.5.0。假设需要20个子网，每个子网容纳5台主机。请决定如何将最后一个字节划分为子网部分和主机部分以及应使用的子网掩码。根据子网划分表，将子网部分的长度设置为5位可满足提供20个子网，每个子网5台主机的要求。737373747474•每个子网可容纳的主机数：2n-2(n为主机部分的位数)