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Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第五章,tcp/ip协议,TCP/IP的层次结构,TCP/IP协议集,TCP、UDP、IP、ARP、RARP、ICMP、,IGMP、DNS及DHCP协议的功能,IP地址的划分,子网掩码的功能,路由器的功能,本章学习要点：,51 TCP/IP协议集,52 网际层协议,53 传输层协议,54 应用层协议,55 网络互连技术,TCPIP(Transmission ControlInternet Protoco1),是指传输控制协议/网际协议，由它的两个主要协议即TCP协议,和IP协议而得名。,51 TCP/IP协议集,网络层,应用层,传输层,网络接口层,图5.1 TCP/IP协议集,在TCPIP的层次结构中包括了4个层次,1网际层的协议,(1)网际协议,(Internet Protocol,IP),(2)网际控制报文协议,(Internet Control Message Protocol，ICMP),(3)网际主机组管理协议,(Internet Group Management Protocol，IGMP),(4)地址解析协议,(,Address Resolution Protocol，ARP),和反向地址解析协议RARP,2传输层协议,(1)传输控制协议,(Transmission Control Protocol，TCP),(2)用户数据报协议,(User Datagrarm Protocol，UDP),3应用层协议 （1）,(6)远程终端协议TELNET：,本地主机作为仿真终端登录到远程主机上运行应用程序。,(7)文件传输协议FTP：,实现主机之间的文件传送。,(8)路由信息协议RIP：,用于网络设备之间交换路由信息。,(9)网络文件系统NFS：,实现主机之间的文件系统的共享。,(10)引导协议BOOTP：,用于无盘主机或工作站的启动。,(11)简单网络管理协议SNMP：,实现网络的管理。,3应用层协议 （2）,52 网际层协议,521 网际协议IP,522 IP地址与子网掩码,523 地址解析协议,524 ICMP网际控制报文协议,525 IGMP网际主机组管理协议,521 网际协议IP,IP协议的任务是在不同的网络之间对数据包进行,相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。,他的工作是分割和重编在传输层被分割的数据包。,IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不,建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地,将IP数据包发送出去，而IP数据包可能会丢失、重复、,延迟时间大或者次序会混乱。,522 IP地址与子网掩码,IPv4版的IP地址划分,子网掩码,几种特殊的IP地址,下一代IP协议IPv6,根据TCPIP协议规定，IP地址由32bit组成，它,包括3个部分：地址类别号、网络号和主机号，如图：,1.IPv4版的IP地址划分,网络号 主机号,地址类型,IP地址由32位二进制比特组成,图5.2 IP地址的结构,11000000 10101000 00001010 00111010,1921681058,IP地址的点分十进制：将IP地址分为4个字节（每,个字节为8bit），且每个字节用十进制表示，并用“.”隔,开。如图：,图5.3 IP地址二进制与十进制的关系,按照网络规模大小以及使用目的的不同，可以,将Internet的IP地址分为5种类型，包括A类、B类、,C类、D类和E类。5类地址的格式如图5.4所示。,0 网络号 主机号,10 网络号 主机号,110 网络号 主机号,1110 广播地址,1111 预留,字节1 字节2 字节3 字节4,A类,B类,C类,D类,E类,A类地址第一字节的第1位为地址类别号“0”，其,余7位表示网络号。第二、三、四个字节。A类地址的,网络数为27(128)个，每个网络包含的主机数为224,(16777216)个，A类地址的范围是：,0000127255255255。,(1)A类地址,A类地址的范围,01111111 11111111 11111111 11111111,00000000 00000000 00000000 00000000,0 0 0 0,127 255 255 255,01111110 1111111 11111111 11111110,126 255 255 254,00000001 00000000 00000000 00000001,1 0 0 1,(2)B类地址,B类地址第一字节的前两位为地址类别号“10”，剩,下的6位和第二字节的8位共14位二进制数用于表示网络号。,第三、四字节共16位二进制数用于表示主机号。B类地址网,络数为214个，每个网络号所包含的主机数为216个。B类地,址的范围为：,128000191255255255,一台主机能使用的B类地址的有效范围是、：,128101191254255254,如图,10000000 00000000 00000000 00000000,128 0 0 0,10000000 00000001 00000000 00000001,128 1 0 1,10111111 11111111 11111111 11111111,191 255 255 255,10111111 11111110 11111111 11111110,191 254 255 254,B类地址的范围,C类地址第一字节的前3位为地址类别号“110”，,剩下的5位和第二、三字节共21位二进制数用于表示,网络号，第四字节的8位二进制数用于表示主机号。由,于网络号和主机号全0和全1有特殊作用，因此，C类地,址网络数为221(实际有效数221-2即200多万个)，每个,网络号所包含的主机数为256(实际有效数为254)个。,C类地址的范围为:,192000223255255255,一台主机能使用的C类地址的有效范围是:,192011223255254254,如图:,(3)C类地址,223 255 254 254,11011111 11111111 11111111 11111111,11000000 00000000 00000000 00000000,192 0 0 0,223 255 255 255,11011111 11111111 11111110 11111110,11000000 00000000 00000001 00000001,192 0 1 1,C类地址的范围,D类地址第一字节的前4位为“1110”。D类地址用于,多播，多播就是同时把数据发送给组主机，只有那些已,经登记可以接收多播地址的主机才能接收多播数据包。,D类地址的范围是:,224000239255255255。,(4)D类地址,E类地址第一字节的前4位为“1111”。E类地址是为,将来预留的，同时也可以用于实验目的。,(5)E类地址,2子网掩码,子网掩码(Subnet Mask) :,通过子网掩码可以指出一个IP地址中的哪些位对应于,网络地址以及哪些位对应于主机地址。,对于子网掩码的取值：,对应于IP地址中网络地址（网络号）的所有位都设置为“1”,对应于主机地址（主机号）的所有位都设置为“0”。,标准的A类、B类、C类地址都有一个默认的子网掩码。,如表所示。,点分十进制表示 子网掩码的二进制位,A 255000 11111111 00000000 00000000 00000000,B 25525500 11111111 11111111 00000000 00000000,C 2552552550 11111111 11111111 11111111 00000000,地址,类型,A、B、C类地址默认的子网掩码,3几种特殊的IP地址,（1）直接广播地址,主机号各位全为“1”的IP地址用于广播之用，称为直,接广播地址，或广播地址，用以标识网络上所有的主机。,（2）有限广播地址,32比特全为“1”的IP地址用于本网广播。,（3）“0”地址,主机号全为“0”时，表示为“本地网络”。,（4）回送地址,以127开始的IP地址是作为一个保留地址，用于网络软,件测试以及本地主机进程间通信，则该地址被称为“回送,地址”。,4下一代IP协议IPv6,由于32位的IPv4地址资源的匮乏，IETF提出了创建,IP协议新版本的建议，即IPv6。,IPv6将IP地址空间扩展到128位。,IPv6中路由和寻址功能得到扩充、标题格式得到简,化、选项支持得到加强、保密安全功能得到增强等。,IPv6地址的文本表示,(1)IPv6冒分十六进制表示,(2)每组十六进制数靠左边的多个连续的零可以省略,不写，但是全零的十六进制组需要用一个零来代表。,(3)将地址中连续的全0域用一对冒号“：”来代替,(4)IPv6的本地回送地址0：0：0：0：0：0：0：1,可简写成 ：1,(5)IPv6的未指明地址0：0：0：0：0：0：0：0,可简写成 ：,(6)在地址的简写中，只能使用一次“：” 来表示,连续的全零域。,(7)IPv4的兼容地址,523 地址解析协议,1物理地址与IP地址,物理地址(Physical Address)：,在任何一个物理网络中，各个节点的设备必须都有,一 个可以识别的地址，这样才能使信息在其中进行交换。,IP协议：,Internet针对物理网络地址的问题，采用网络层IP,地址的 编址方案，IP协议提供一种全网统一的地址格式。,2.地址解析协议ARP与逆向地址解析协议RARP,地址解析(Address Resolution)：,IP地址与物理地址之间建立一种映射关系。,地址解析包括两方面的内容：,从IP地址到物理地址的映射，,由TCPIP协议中的地址解析协议,ARP(Address Resolution Protoc01)完成；,从物理地址到IP地址的映射，,由TCPIP协议中的逆向地址解析协议,RARP(Reverse Address Resolution Protoc01)完成。,ARP地址解析的过程,524 ICMP网际控制报文协议,网间报文控制协议：,(Internet Control Message Protocol，ICMP),是一个工作在主机和路由器之间的消息控制和差,错报告协议。,网络设备(通常是路由器)一旦发现传输问题，就会分析,其错误类型，并向源主机返回一个ICMP消息。,525 IGMP网际主机组管理协议,IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而,点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议,(Internet Group Management Protocol，IGMP)来完成。,它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的设备,(路由器)可支持多播发送。,支持以下一些应用：,多媒体会议,数据分发。,博弈和模拟,实时数据组播,53 传输层协议,531 基本概念,532 传输控制协议TCP,533 用户数据报协议UDP,534传输层端口的概念,传输层使用两种协议，即TCP和UDP。,TCP是面向连接的可靠传输协议。,UDP是面向无连接的不可靠传输协议。,531 基本概念,常见的Internet应用使用的传输层协议如图所示。,常见的Internet应用使用的传输层协议,传输层的任务是完成端到端的可靠传输服务。,即服务器端和客户端进行通信。,传输层的功能与网络层功能的区别是：,网络层完成屏蔽所有底层网络的物理结构的差异，,并对网络通信路径进行选择。,532 传输控制协议TCP,数据分割,定时重传,连接确认,校验和,顺序化收到的报文,丢弃重复的数据,流量控制,TCP通过下列方式提供端到端的可靠传输。,533 用户数据报协议UDP,UDP是面向无连接的，不可靠的传输协议。,在使用UDP进行网络传输的过程中，UDP只负责数据传输。,UDP在网络层使用IP层提供的不可靠的数据报服务，,仅通过端口号指明发送程序端口和接收程序端口，,不保证数据报一定到达目的主机。,UDP的优点：速度快。,534 传输层端口的概念,1端口的基本概念,客户端进程发送TCP或UDP请求报文时，报文中就,含客户端IP地址、客户端进程端口地址、服务器端IP地,址及服务器端进程的端口地址。,2常用的TCP和UDP端口号,下面列出了常用的TCP和UDP端口号，如表所示：,名字转换 DNS UDP 53,简单文件传输 TFTP UDP 69,路由选择协议 RIP UDP 520,动态IP地址配置 DHCP UDP (客)68、（服）67,网络管理 SNMP UDP 161,简单邮件传输 SMTP TCP 25,简单邮件接收 POP3 TCP 110,远程终端接入 TELNET TCP 23,万维网 HTTP TCP 80,文件传输(控制) FTP TCP 21,文件传输(数据) FTP TCP 20,应用 应用层协议 传输层协议 端口号,54 应用层协议,541 客户机/服务器模型与浏览器/服务器模型,542 DNS域名解析协议,543 DHCP动态主机配置协议,客户机/服务器计算模式(Client-Server)，简称CS模式.,应用被分为前端(客户部分)和后端(服务器部分)。,客户部分运行在微机或工作站上.,而服务器部分可以运行在从微机到大型机等各种计算机上。,1客户机/服务器计算模式,2浏览器/服务器计算模式,542 DNS域名解析协议,1. 层次型域名系统命名机制及管理,2. Internet域名系统的规定,3域名解析,4域名系统的组成,5域名系统的工作过程,6. 中国互联网络的域名规定,域名系统:,为了向一般用户提供一种直观明了的主机,识别符(主机名)，TCP/IP协议专门设计了种,字符型的主机命名机制,1. 层次型域名系统命名机制及管理,层次型命名机制在名字中加入了层次型结构，,使它与层次型名字空间管理机制的层次相对应。,名字空间的组织管理便形成一种树状的层次结构。,各层管理机构以及最后的主机在树状结构中被表,示为节点，并用相应的标识符来表示。,BOOT “.”, ,MIT EDU GOV NET, , ,PKU BJUU NLC 263,NET GOV EDU CN,图5.12 域名系统数据库示意图,一般情况下，一个完整而通用的层次型主机名由,如下3部分组成L:,本地名本地名,组 名,网点名网点名,. .,(a),主机名,本地名,组 名,网点名,. . .,(b),有时主机的本地名部分可能是一个具体的机构或网络，,称 为“子域”。层次型主机名可表示为：,主机名本地名组名网点名，,2. Internet域名系统的规定,Internet所实现的层次型名字管理机制被称为“域名系统”，即DNS(Domain Name System)。为了保证域名系统具有通用性，Internet制定,了一组正式的通用标准代码作为第一级域名:,地区代码,:,地区代码,国家或地区,地区代码,国家或地区,AU,澳大利亚,JP,日本,BR,巴西,KR,韩国,CA,加拿大,MO,中国澳门,CN,中国,RU,俄罗斯,FR,法国,SG,新加坡,DE,德国,TW,中国台湾,HK,中国香港,UK,英国,3域名解析,主机域名映射为IP地址的过程叫做域名解析。,域名解析包括正向解析(从域名到IP地址)以及,反向解析(从IP地址到域名)。,Internet的域名系统DNS能够透明地完成此项工作。,Internet域名到IP地址的映射是由一组既独立又协,作的域名服务器来完成的。,4域名系统的组成,域名系统由解析器和域名服务器组成。,（1）解析器,在域名系统中，解析器为客户方，它与应用程序连接，,负责查询域名服务器、解释从域名服务器返回的应答以及把,信息传送给应用程序等。,（2）域名服务器,域名服务器用于保存域名信息，一部分域名信息组成一,个区，域名服务器负责存储和管理一个或若干个区。,5域名系统的工作过程,域名解析的过程,域名服务器,ROOT,gov,edu,mit.edu,中国Internet,计算机,（解析器）,CN,6. 中国互联网络的域名规定,1997年6月3日在北京中国互联网络信息中心,(China Network Information Center，CNNIC)成立，,并发布中国互联网络域名注册暂行管理办法和,中国互联网络域名注册实施细则。,CNNIC负责我国境内的互联网络域名注册、,IP地址分配、自治系统号分配、反向域名登记等,注册服务，同时还将提供有关的数据库服务及相,关信息与培训服务,543 DHCP动态主机配置协议,动态主机配置协议(DHCP)提供了一种机制允,许一台计算机加入新的网络和获取IP地址而不用手,工参与。,当运行客户软件的计算机移至一个新的网络时，,就可使用DHCP获取其配置信息而不需要手工干预。DHCP,给运行服务器软件而位置固定的计算机指派一个永久,地址，当这台计算机重新启动时其地址不变。,55 网络互连技术,551 互连网络的基本概念,552 网络互连的层次,553 路由器,互连网络是指将分布在不同地理位置的网络、,设备连接起来，以构成更大规模的网络，最大程度地,实现网络资源的共享。,551 互连网络的基本概念,网络互连从通信协议的角度来看可以分成4个层次，,物理层的互连、数据链路层互连、网络层互连和高层互连。,如图,552 网络互连的层次,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层,物理层,网关,路由器,网桥,中继器,网络互连的层次,1物理层的互连,在不同的电缆段之间复制位信号是物理层互连,的基本要求。物理层的连接设备主要是中继器。,2数据链路层互连,数据链路层互连要解决的问题是在网络之间存储,转发数据帧。互连的主要设备是网桥。,3网络层互连,网络层互连要解决的问题是在不同的网络之间存,储转发分组。互连的主要设备是路由器。,4高层互连,传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属,于高层互连。实现高层互连的设备是网关。,553 路由器,路由器的工作原理与功能,路由表,静态路由和动态路由,路由协议,功能：在不同的网络间存储转发数据包。,原理：在通过路由器实现的互连网络中，路由器要对数据包进行检测，断其中所含的目的地址，若数据包不是发向本地网络的某个节点，路由器就要转发该数据包，并决定转发到哪一个目的地,1路由器的工作原理与功能,路由器是在网络层上实现多个网络之间互连的设备。,路由器为两个或3个以上网络之间的数据传输解决的最,佳路径选择。路由器是从路径选择角度为逻辑子网的,节点之间的数据传输提供最佳的路线。,路由器要求节点在网络层以上的各层中使用相同或兼,容的协议。,路由器的特性如下,：,连接功能,网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能,设备管理,3个基本功能,路由器一般至少连接两个网络，并根据它所,连接网络的状态决定数据包的传输路径。而且路由,器会生成一个“路由表”，这个路由表会跟踪记录着,相邻其他路由器的地址和状态信息。路由器使用路,由表，并根据传输距离，通信费用等，通过优化算,法来决定一个特定的数据包的最佳传输路径。,2.路由表,两种基本的路由选择方式，既静态路由和动态路由方式。,(1)静态路由选择是通过网络管理员设置路由表来完成的，,在任意两个路由器之间都有固定的路径。,(2)动态路由的产生不需要网络管理员的介入，是由路由协,议自动更新它们的路由表并在需要时重新配置网络路径。,3静态路由和动态路由,最普通的路由协议是路由信息协议和开放最短路径优先协议。,(1)路由信息协议(Routing Information Protocol，RIP)。,RIP协议是一种距离矢量协议，它根据源节点与目的节点之,间的路由器或路程段的数目(也称为跳数)来决定发送数据包,的最佳途径。,(2)开放最短路径优先(Open Shortest Path First，OSPF)。,OSPF是一种链路状态路由协议，除了路由器的数目外，,OSPF还可以通过判断路程段之间的连接速率和负载平衡来,确定发送数据包的最佳途径。,4路由协议,演讲完毕，谢谢观看！,