[工学]TCP_IP协议套.ppt

多媒体技术教程 第16章 TCP/IP协议套,TCP/IP协议套,2/51,第16章 TCP/IP协议套目录,16.1 因特网的参考模型 16.1.1 ISO/OSI参考模型 16.1.2 因特网参考模型 16.1.3 面向连接服务与无连接服务 16.1.4 TCP/IP的核心协议 16.2 因特网上的地址 16.2.1 电子邮件地址 16.2.2 网际协议(IPv4)地址 16.2.3 网际协议(IPv6)地址 16.2.4 MAC地址 16.2.5 域名地址和域名系统 16.2.6 统一资源地址(URL),16.3 应用层上的协议 16.3.1 应用层简介 16.3.2 超文本传输协议(HTTP) 16.3.3 部分常用协议介绍 16.4 传输层上的协议 16.4.1 传输层简介 16.4.2 端口和套接口的概念 16.4.3 TCP协议 16.4.4 UDP协议 16.5 网络层上的协议 16.5.1 网络层简介 16.5.2 网际协议(IPv4) 16.5.3 网际协议(IPv6) 16.5.4 相关的核心协议,TCP/IP协议套,3/51,第16章 TCP/IP协议套,TCP/IP协议是美国国防部高级研究计划署(ARPA)负责开发的通过互联网络进行通信的一组协议，称为传输控制协议/网际协议套，并已成为因特网上的数据传输标准 TCP/IP是其中的两个协议，支配因特网上所有联网计算机之间的通信 IP确定信息包到达目的地的路径 TCP确保信息包正确到达目的地,TCP/IP协议套,4/51,16.1 因特网的参考模型,16.1.1 ISO/OSI参考模型 对计算机在通信网络上的消息交换规定了服务层次、层次之间的相互关系以及各层可能执行的任务。但ISO/OSI参考模型并没有提供可实现的方法，只是描述了一些概念，用来协调制定进程间的通信标准 ISO/OSI参考模型不是一个标准，而是一个在制定标准时使用的概念性框架,TCP/IP协议套,5/51,16.1 因特网的参考模型,图16-1 ISO/OSI参考模型,网络应用,数据传输,TCP/IP协议套,6/51,16.1 因特网的参考模型,表16-1 ISO/OSI参考模型概要,2. 参考模型概要见表16-1,TCP/IP协议套,7/51,16.1 因特网的参考模型(续),16.1.2 因特网参考模型 TCP/IP参考模型 传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP) 网际协议(Internet Protocol，IP)参考模型,TCP/IP协议套,8/51,16.1 因特网的参考模型(续),TCP/IP模型与ISO/OSI模型没有一一对应关系 通常认为5层模型中的应用层与7层模型中的第5、6和7层相对应,表16-2 TCP/IP参考模型概要,TCP/IP协议套,9/51,16.1 因特网的参考模型(续),各层的主要功能 (1) 应用层 处理各种网络应用，如文件传输服务和电子邮件服务 (2) 传输层 提供端对端的数据传输服务，包括流程控制和错误控制 执行面向连接服务的TCP协议或无连接服务的UDP协议，把来自应用层的消息递送给相邻网络单元的应用层 (3) 网络层 执行网际协议(IP)和网际控制消息协议(ICMP)，安排数据包从源端到达终端的行程，包括将网络地址翻译成物理地址、确定数据包通过数据链路层从发送端到达接收端所要经历的路径、执行路径选择、流程控制和错误控制等,TCP/IP协议套,10/51,16.1 因特网的参考模型(续),(4) 数据链路层 由于数据包有可能要途经好几个链路才能从源端到达终端，因此在这层上执行的协议将处理数据打包、数据寻址和流程控制等事宜。 (5) 物理层 这层的协议与实际的传输媒体密切相关，如双绞线或光纤。在这一层上要确定数据流的位速率、传输电压的高低、编码方法和调制方式等传输方法,TCP/IP协议套,11/51,16.1 因特网的参考模型(续),16.1.3 面向连接服务与无连接服务 TCP/IP网络提供两种类型的服务 使用TCP协议提供的“面向连接服务” 使用UDP协议提供的“无连接服务” 网络上的任何一种服务都必须使用其中之一,TCP/IP协议套,12/51,16.1 因特网的参考模型(续),被认为是可靠的服务 提供了3项技术保证 确认 流程控制- 限制传输速率的方法 拥挤控制- 限制传输速率的方法,1. 面向连接服务 收发双方需要建立逻辑连接的网络服务 PSTN网络是典型的面向连接的网络，因为它们在通话期间需要专门的通信通道,TCP/IP协议套,13/51,16.1 因特网的参考模型(续),2. 无连接服务 在传输数据之前收发双方不需要建立连接的服务 由于每个数据包都自带源地址和目的地址，因此传输数据之前不建立连接也能到达目的地，接收端不向发送端回送响应信息，因此它不提供可靠的按顺序方式的数据传送 不可靠传输 “不可靠”是指尽最大努力把数据包传输到对方，但不使用复杂的确认方法，因此不能保证数据传送的带宽、到达目的地的时间和数据的完整性。,没有拥挤控制功能，也没有流程控制功能,TCP/IP协议套,14/51,16.1 因特网的参考模型(续),3. 网络服务类型 不同的交换网络提供不同的服务类型和服务质量(QoS),表16-3 网络服务类型,TCP/IP协议套,15/51,16.1 因特网的参考模型(续),16.1.4 TCP/IP的核心协议,IP确定数据包到达目的地的路径 TCP确保数据包正确到达目的地,TCP/IP协议套,16/51,16.2 因特网上的地址,在计算机网络通信中，地址是给网络上的特定计算机或站点指定的唯一代码、名称或标记。因特网地址(Internet address)类似于信函上的地址，告诉传送系统把消息递送到何处 在因特网上常见的地址有四种类型 电子邮件地址(e-mail address) 网际协议地址(IP address) 媒体接入控制地址(MAC address) 统一资源定位地址(URL),TCP/IP协议套,17/51,16.2 因特网上的地址(续),16.2.2 网际协议(IPv4)地址 1. IP地址概要 每台连网设备必须要有唯一地址才能在网上通信 IP地址就是执行IP协议并参与网络通信的设备地址 两种形式的地址 网际协议地址/IP地址：机器可识别的用数字表示的地址，如00 域名地址：人比较容易看懂的用字母表示的地址，如,TCP/IP协议套,18/51,静态IP地址和动态IP地址 静态IP地址：客户机可以向ISP申请永久性的地址 动态IP地址 ：在上网时由执行动态主机配置协议(DCHP)的服务器临时给你的计算机分配的一个地址,域名地址和IP地址的分配和管理 因特网信息中心(简写成InterNIC)注册服务部门进行分配和注册 非官方的非营利公司“互联网名称与数字地址分配公司(ICANN)”担当这个角色,TCP/IP协议套,19/51,16.2 因特网上的地址(续),现用IPv4地址 32位的地址，能标识223(大约43亿)台计算机 目前还没有普遍使用的IPv6地址是一个128位的地址，理论上能标识2128(大约3.403 1038) 台计算机,图16-2 TCP/IP参考模型边界,TCP/IP协议套,20/51,16.2 因特网上的地址(续),2. 地址类型,TCP/IP协议套,21/51,16.2 因特网上的地址(续),3. 地址表示法 32位的IP地址分成4组，每组为8位，用4个十进制数表示，并用句点(.)隔开，每个数都小于256。,使用IP地址可确定数据是否要通过网关设备送出 如果网络地址与当前的网络地址相同就不必通过网关设备,TCP/IP协议套,22/51,16.2 因特网上的地址(续),4. 子网掩码 子网(subnet) 由共享特定子网地址即具有相同网络ID的节点构成的网络 一个局域网(LAN)是一个子网，子网(由通信链路、路由器、网桥和主机构成)是大网络中的一部分，在物理上可能是独立的网络段，通过子网号与其他子网分开 使用子网有很多好处，如寻找子网内的设备的效率比较高，管理比较简单，子网内的广播比较方便等,子网掩码(subnet mask) 为便于确定当前数据传输的网络是远程网络还是本地网络，可用一个32位二进制数来鉴别IP地址中的网络地址和主机地址，这个32位二进制数叫做“子网掩码(subnet mask)”,TCP/IP协议套,23/51,16.2 因特网上的地址(续),图16-4 默认子网掩码,默认的子网掩码见图16-4,TCP/IP协议套,24/51,16.2 因特网上的地址(续),子网地址域可用主机地址域创建 例如，在图16-5所示的B类地址中 假设划分子网前的网络地址为，最后两个0表示整个网络；划分子网后，地址，和都是网络的子网 如果这个网络的子网掩码设置为，其含义是这个网络最多可有28-2=254个子网，其中的2表示一个网络地址和一个广播地址不作为子网 每个子网最多可有28-2=254台主机 对A类和C类地址，可仿效B类地址的创建方法 子网掩码的设置 从子网地址域中的最高位开始，左边的位全部设置为1，右边的位全部设置为0。对于A类地址，子网掩码的最高8位都设置为1，B和C类地址的掩码见表16-6,TCP/IP协议套,25/51,16.2 因特网上的地址(续),图16-5 用主机地址创建子网地址,TCP/IP协议套,26/51,16.2 因特网上的地址(续),1. 子网位数/主机位数；2. 最多的子网数；3. 每个子网最多的主机数,表16-6 B和C类子网掩码参考值,TCP/IP协议套,27/51,16.2 因特网上的地址(续),16.2.3 网际协议(IPv6)地址 IPv6地址是128位的标识符,128位地址分成“网络前缀”和“主机地址”两个部分,1. 地址表示法 可用如下三种方法表示 128位地址通常分成8组，用冒号分开，每组16位，用4个16进制数(0F)表示，其形式为x:x:x:x:x:x:x:x。 例如，一个有效的IPv6地址如下所示， 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7334,TCP/IP协议套,28/51,16.2 因特网上的地址(续),(2) 如果4位16进制数是0000，可用两个冒号(:)代替。例如，下面所示的地址均有效 2001:0db8:0000:0000:0000:0000:1428:57ab 2001:0db8:0000:0000:0000:1428:57ab 2001:0db8:0:0:0:0:1428:57ab 2001:0db8:0:0:1428:57ab 2001:0db8:1428:57ab 2001:db8:1428:57ab,TCP/IP协议套,29/51,16.2 因特网上的地址(续),(3)在IPv6和IPv4都使用的环境 128位的IPv6地址的最后4个字节可用10进制数表示，并用点号(.)作为分隔符，其形式为x:x:x:x:x:x:d.d.d.d。例如 3. 地址前缀的表示法 IPv6的地址前缀使用如下形式表示： ipv6地址/前缀长度(ipv6-address/prefix-length),十进制 十六进制 :FFFF: :FFFF:0102:0304 :FFFF:1 :FFFF:0F10:121F,TCP/IP协议套,30/51,16.2 因特网上的地址(续),16.2.4 MAC地址 MAC地址是在网络适配器(网卡)或其他连网设备上设置的字符串，用于标识安装有这种适配器的计算机或其他设备的硬件地址，称为“媒体接入控制地址”,在windows xp中是开始菜单-运行-输入“cmd“进入命令窗口-在窗口中输入“ipconfig/all“, 显示的内容中类似如下行即为MAC地址: Physical Address. . . . . . . . . : 00-0F-1F-B9-13-1F 看到你的计算机的硬件地址，也称物理地址，其格式如下， physical address XX-XX-XX-XX-XX-XX 48位的physical address (物理地址)就是适配器的地址。,TCP/IP协议套,31/51,16.2 因特网上的地址(续),16.2.5 域名地址和域名系统 1. 域名地址 由于人们不容易阅读使用4个十进制数表示连网机器和网络的IP地址，因此许多系统都采纳对人更容易阅读和理解的 “域名地址(domain name address)”,域名分为顶级、二级、三级等，级别越低域名越长。顶级域名有三类： (1) 国家和地区，如cn(中国) (2) 国际TLD，int(仅此一个) (3) 普通TLD，如edu(教育),TCP/IP协议套,32/51,16.2 因特网上的地址(续),表16-7 通用顶级域,TCP/IP协议套,33/51,16.2 因特网上的地址(续),2. 域名系统 域名系统(domain name system，DNS) 把域名地址变换成IP地址的分布数据库系统 为域名系统制定的DNS协议是在应用层上执行的协议。 域名服务器(domain name server，DNS) 根据域名系统执行域名地址和IP地址之间转换的软件，维护一个含有域名地址和相应IP地址的数据库,TCP/IP协议套,34/51,16.2 因特网上的地址(续),16.2.6 统一资源地址(URL) URL指明了访问资源时所用的协议、资源所在地的服务机名称、资源路径和资源名称。例如，,/database/iel.htm http表示服务器(软件)使用的传输协议 表示服务机的名称 database表示资源所在的路径 iel.htm表示文件的名称(iel为IEEE/IET Electronic Library的简写,TCP/IP协议套,35/51,16.3 应用层上的协议,16.3.1 应用层简介 应用层： 在因特网参考模型中的最高层，是执行各种网络应用协议的准备层，也是实现用户与计算机互动的接口层 最典型的应用是万维网(WWW,Web) 万维网是能够在服务机和客户机之间通过因特网交换文档、图像、声音和影视的信息系统,TCP/IP协议套,36/51,16.3 应用层上的协议(续),Web浏览器向Web服务器发送的HTTP请求消息格式 当用户点击网页上的超链接以请求Web页面时，首先与相应的Web服务器建立TCP连接，然后经TCP连接把HTTP请求消息发送给Web服务器,16.3.2 超文本传输协议(HTTP) 主要功能是建立与Web服务器的连接和给客户浏览器传送HTML网页,TCP/IP协议套,37/51,16.3 .3 部分常用协议,1. 在TCP协议上运行的部分协议,(4) SMTP简单邮件传送协议：用于在网上的计算机之间传送电子邮件 (5) MIME多用途因特网电子邮件扩充协议： SMTP的扩充协议，将原设计为传输ASCII文本的电子邮件系统扩展到传送不是ASCII文本的方法 (6) TelnetTelnet协议：远程登录程序,登录后客户端就像与远程计算机直接相连的字符终端。 (7)SSH安全登录协议。,(1) FTP 文件传输协议； (2) POP3 -通用的电子邮件协议 -接收电子邮件。,TCP/IP协议套,38/51,16.3 应用层上的协议(续),2. 在UDP协议上运行的部分协议,(1) DHCP动态主机配置协议：用于提供静态IP地址和动态IP地址分配和管理功能的协议 (2) DNS域名系统 (3) RIP路由信息协议。路由器之间交换路由信息的协议，RIP是距离矢量协议，把路由信息广播到邻接的路由器，以路由段数作为衡量标准，根据在发送端和目的地之间的最少路由段数确定传送路线。 (4) SNMP简单网络管理协议：用于收集和管理网络上的信息。,TCP/IP协议套,39/51,16.4 传输层上的协议,16.4.2 端口和套接口的概念 1. 端口 在客户机/服务机运行模式中，一台服务机可以同时运行几个不同的程序，同一应用程序也可执行多个任务，计算机正在运行的程序或执行的任务叫做“进程”。 一台客户机可同时与几台不同的主机进行远程对话，对每台主机，客户软件至少要调用一个远程客户软件的进程 这就需要对连网计算机上的不同进程进行区分，以传递不同的数据包。使用“端口(port)”连接就是解决这个问题的方法,16.4.1 传输层简介 传输层上执行的核心协议有两个：TCP、 UDP协议,TCP/IP协议套,40/51,不同的协议要使用不同的端口，并用不同的编号加以区别，简称“端口号”,不同协议使用不同端口,TCP/IP协议套,41/51,2. 套接口 主机的IP地址和应用程序的端口号组成的逻辑地址称为“套接口(socket)”或称为“套接字” 因为在互联网上的机器的IP地址是唯一的，而执行应用层协议的软件使用的端口号是确定的，因此套接口在互联网上是唯一的，这就可通过套接口实现网上的进程之间的相互通信,IP地址+端口号=套接口（socket） 唯一、进程间通信,TCP/IP协议套,42/51,16.4 传输层上的协议(续),16.4.3 TCP协议 1. 协议简介 为网络层服务的协议。其职责是将来自高层(应用层)的数据装配成标准的数据包，相当于在数据包上贴包装清单，交给下一层(网络层)处理，并负责数据传输的正确性 网络层上的IP协议的职责相当于在数据包上贴收发人的姓名和地址，并负责在计算机之间搬运数据包 TCP和IP之间要进行相互通信才能完成数据的传输。 TCP是面向连接的协议 在一个应用程序开始传送数据到另一个应用程序之前，它们之间必须相互沟通，也就是它们之间需要相互传送一些必要的参数，以确保数据的正确传送,TCP/IP协议套,43/51,16.4 传输层上的协议(续),TCP是全双工的协议-双向,1、消息分段封装，放入缓存 2、请求连接 3、建立连接 4、传输数据 5、断开连接,TCP/IP协议套,44/51,16.4 传输层上的协议(续),2. 重要服务 可靠地传输消息：为应用层提供可靠的面向连接服务，确保发送端发出的消息能够被接收端收到 接收端的应用程序要确信从TCP接收缓存中读出的数据是否正确，方法是检查传送的顺序号、确认号和检查和是否正确，若出错则重传 流程控制：连接双方的主机都给TCP分配了一定数量的缓存。每当进行一次TCP连接时，接收端要求发送端发送的数据不能超过TCP缓存空间 如果没有流程控制，发送端发送的数据就可能超过接收端的TCP缓存空间，使接收端的缓存出现溢出 拥挤控制：当网络上的链路出现拥挤时，经过这个链路的TCP连接将自身调节以减缓拥挤,TCP/IP协议套,45/51,16.4 传输层上的协议(续),4. 确立连接 TCP连接不是独占沿路资源的线路连接，收发两端之间的路由器并不维护TCP连接，TCP连接的状态信息全部留驻在收发两端的主机中。,图16-18 TCP连接使用 三向沟通连接法 ：在三向沟通期间，完成分配收发缓存、分配发送端端口号和接收端端口号等工作,1、连接要求封装在IP数据包中传输,2、分配接收和发送缓存给这个TCP,3、接受到允许连接消息，分配接受和发送缓存,4、接受到确认连接消息，可以传送数据,TCP/IP协议套,46/51,16.4 传输层上的协议(续),5. 确认和重传 主机A在发送消息段后就期待在一定的时间范围里接收到B的响应，这个期待的时间称为传输等待时间如果在等待时间之内没有接收到确认消息段，主机A就重发包含数据的消息段。,图16-19 确认和重传,当主机B接收到一个消息段时，延迟若干分之一秒(通常为200 ms)后就回送一个确认消息段,TCP/IP协议套,47/51,16.4 传输层上的协议(续),16.4.4 UDP协议 用户数据包协议(UDP)是一个无连接的数据传输协议，不提供端对端的确认和重传功