计算机网络与通信_6.ppt

tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 chapter 6 tcp/ipchapter 6 tcp/ip 该章主要介绍该章主要介绍tcp/ip tcp/ip 协议族的主要内容。包协议族的主要内容。包 括括tcp/iptcp/ip与与osi osi 协议关系、协议关系、tcp/iptcp/ip各层特点及功能、各层特点及功能、 dnsdns、smtpsmtp、snmpsnmp、riprip、 tcptcp、udpudp、 ipip、arparp、icmpicmp 等功能及应用方法。目的是希望同学在了解等功能及应用方法。目的是希望同学在了解tcp/iptcp/ip简单简单 工作原理的基础上，能够对网络进行管理。工作原理的基础上，能够对网络进行管理。 重点难点：重点难点： tcp/iptcp/ip与与osi osi 协议关系；协议关系；tcp/iptcp/ip各层特点及功各层特点及功 能；能；dnsdns、smtpsmtp、snmpsnmp、riprip的功能及应用；的功能及应用； tcptcp、udpudp 、 ipip、arparp、icmpicmp的功能及应用；的功能及应用；ipip地址与子网掩码；地址与子网掩码； 路由表构成与应用；路由表构成与应用；aprapr缓冲表构成与应用；网络接口缓冲表构成与应用；网络接口 层功能及应用。层功能及应用。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.1 tcp/ip basics6.1 tcp/ip basics 6.1.1 tcp/ip6.1.1 tcp/ip协议基本特点协议基本特点 tcptcpipip是是internetinternet的基本协议，它是的基本协议，它是“ “传输控制传输控制 协议互联网协议（协议互联网协议（transmission control protocoltransmission control protocol internet protocolinternet protocol）” ”的简称。事实上，的简称。事实上，tcptcpipip是个协议是个协议 族，是由一系列支持网络通信的协议组成的集合。族，是由一系列支持网络通信的协议组成的集合。 6.1.2 tcp/ip6.1.2 tcp/ip的模型的模型 tcp tcpipip分层模型由分层模型由4 4个层次构成，即应用层、传输层个层次构成，即应用层、传输层 、网际层和网络接口层、网际层和网络接口层 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.1.3 tcp/ip6.1.3 tcp/ip分层原理分层原理 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.1.4 tcp/ip6.1.4 tcp/ip结构模型结构模型 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.2 network layer protocol 6.2.1 ip6.2.1 ip协议协议 ip ip是建立是建立tcptcpipip网络的基本协议，因为它向其它网络的基本协议，因为它向其它 运行在网际层中或网际层之上的协议提供了数据传送服运行在网际层中或网际层之上的协议提供了数据传送服 务。务。tcptcpipip网络中的网络中的ipip就如同邮政服务中的就如同邮政服务中的“ “标准信标准信 封封” ”，在这个基本的、有效的传送机制中，任何种类的，在这个基本的、有效的传送机制中，任何种类的 数据都能插入到该数据都能插入到该“ “标准信封标准信封” ”中，如中，如 下图所示。下图所示。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 ip ip的功能的功能 将上层数据（如将上层数据（如 tcptcp，udpudp数据）或同层的其它数据）或同层的其它 数据（如数据（如icmpicmp数据）封装到数据）封装到ipip数据报中。数据报中。 将将ipip数据报传送到最终目的地。数据报传送到最终目的地。 为了使数据能够在链路层上进行传输，对数据进行为了使数据能够在链路层上进行传输，对数据进行 分段。分段。 确定数据报到达其它网络中的目的地的路径。确定数据报到达其它网络中的目的地的路径。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 ipip数据报格式数据报格式 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.2.2 ip6.2.2 ip地址及子网掩码地址及子网掩码 一、 ip地址格式 在同一网段中，所有的主机使用相同的网络地址。网 段中的每台主机拥有自己惟一的主机地址。 ip地址可分为5类：a类、b类、c类、d类和e类。各 类的地址分配方案如下图所示。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 二、二、ipip地址通用准则地址通用准则 在设计网络的在设计网络的ipip地址时，应注意遵循以下准则：地址时，应注意遵循以下准则： 同一物理网络段的所有主机具有相同的同一物理网络段的所有主机具有相同的ipip地址。地址。 同一网络段的所有主机必须拥有惟一的同一网络段的所有主机必须拥有惟一的ipip地址。地址。 网络的网络的idid不能全部为不能全部为127127。它为回环功能保留。它为回环功能保留。 网络的网络的idid不能全部为不能全部为1 1。全部为。全部为1 1表示广播地址。表示广播地址。 主机主机idid也不能全部为也不能全部为1 1。全部为。全部为1 1也表示广播地址。也表示广播地址。 网络网络idid也不能全部为也不能全部为0 0。全部为。全部为0 0表示本地网络。表示本地网络。 主机主机idid也不能全部为也不能全部为0 0。传统上用主机。传统上用主机idid全部为全部为0 0的网络的网络 idid表示网络。该主机表示网络。该主机idid不能分配给个人主机。不能分配给个人主机。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 三、子网掩码（三、子网掩码（subnet masksubnet mask） 子网掩码用于识别子网掩码用于识别ipip地址的哪些部分用于表示网络地址的哪些部分用于表示网络 地址，哪些部分用于表示主机。地址，哪些部分用于表示主机。a a类、类、b b类、类、c c类类ipip地址地址 的缺省子网掩码如下：的缺省子网掩码如下： a a类类 b b类类 c c类类 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 a a类类类类子网掩子网掩码码码码代表代表ipip地址的地址的头头头头8 8位用来表示其网位用来表示其网络络络络 部分。其余部分。其余2424位用来表示其主机部分。假位用来表示其主机部分。假设设设设主机的主机的ipip地地 址是址是2。使用缺省的子网掩。使用缺省的子网掩码码码码，网，网络络络络地址将地址将 是是， ipip地址的主机部分是地址的主机部分是25.65.3225.65.32。 b b类类类类子网掩子网掩码码码码代表代表ipip地址的地址的头头头头1616位用来表示其网位用来表示其网络络络络 部分。其余部分。其余1616位用来表示其主机部分。假位用来表示其主机部分。假设设设设主机的主机的ipip地地 址是址是33。使用缺省的子网掩。使用缺省的子网掩码码码码，网，网络络络络地址将地址将 是是，ipip地址的主机部分是地址的主机部分是33.3333.33。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 c c类类类类子网掩子网掩码码码码代表代表ipip地址的地址的头头头头2424位用来表示其网位用来表示其网络络络络 部分。其余部分。其余8 8位用来表示其主机部分。假位用来表示其主机部分。假设设设设主机的主机的ipip地地 址是址是。使用缺省的子网掩。使用缺省的子网掩码码码码，网，网络络络络地址将地址将 是是，ipip地址的主机部分是地址的主机部分是3 3。 四、子网掩码的作用四、子网掩码的作用 当源主机想要和目的主机进行通信时，通过将子网当源主机想要和目的主机进行通信时，通过将子网 掩码与主机掩码与主机ipip地址相与可确定目的主机位于本地网上还地址相与可确定目的主机位于本地网上还 是位于远程网上。其是位于远程网上。其“ “与与” ”操作利用如下特性。操作利用如下特性。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 首先把源主机的首先把源主机的ipip地址的二进制码和目的主机的地址的二进制码和目的主机的ipip 地址的二进制码分别与源子网掩码进行地址的二进制码分别与源子网掩码进行“ “与与” ”操作后再进操作后再进 行比较。如果它们相同，则两台主机位于同一个网络上行比较。如果它们相同，则两台主机位于同一个网络上 。如果不同，目的主机位于远程网上。如果不同，目的主机位于远程网上。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.2.3 arp6.2.3 arp协议及协议及rarprarp协议协议 地址解析协议地址解析协议arparp（address resolution protocoladdress resolution protocol） 及反地址解析协议及反地址解析协议rarprarp是驻留在网际层中的另一个重要协议是驻留在网际层中的另一个重要协议 。arparp的作用是将的作用是将ipip地址转换为物理地址，地址转换为物理地址，rarprarp的作用是将的作用是将 物理地址转换为物理地址转换为ipip地址。地址。 一、一、arparp及及rarprarp包格式包格式 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 二、二、ipip地址到物理地址转换地址到物理地址转换 下图给出了下图给出了ipip地址是地址是的主机与的主机与ipip地址是地址是 的主机进行通信时的主机进行通信时ipip地址与地址与macmac地址的转换实地址的转换实 例演示。例演示。 ipip地址与地址与macmac地址转换动画演示地址转换动画演示 用用arparp进行进行ipip地址到物理地址转换的过程如下：地址到物理地址转换的过程如下： 当计算机需要与任何其它的计算机进行通信时，首先需当计算机需要与任何其它的计算机进行通信时，首先需 要查询要查询arparp高速缓存，以了解缓存中是否存在该本地计算高速缓存，以了解缓存中是否存在该本地计算 机或路由器的机或路由器的ipip地址。如果这个地址。如果这个ipip地址存在，便使用与它地址存在，便使用与它 对应的物理地址，直接将数据报发送给所需的物理网卡。对应的物理地址，直接将数据报发送给所需的物理网卡。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 如果arp高速缓存中没有该ip地址，那么arp 便在局域网上以广播方式发送一个arp请求包，请求目 的主机答复它的物理地址。 呼叫主机接收到arp应答信息包后，把目标主机 ip地址与物理地址的组合添加到它的高速缓存中，这时 即可开始数据通信。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 三、arp高速缓存及arp命令 arp高效运行的关键是由于每个主机上都有一个 arp高速缓存。这个高速缓存存放了最近的ip地址和 mac地址之间的映射记录，如图所示。高速缓存中每一 项的生存时间一般为20分钟，起始时间从被创建时开始 算起 。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 tcp/iptcp/ip协议协议协议协议 族提供族提供arparp命令可命令可对对对对arparp缓缓缓缓存的映射表存的映射表进进进进行行 查查查查看和修改，在看和修改，在windows ntwindows nt下下arparp命令可以命令可以查查查查看看arparp缓缓缓缓存存 记录记录记录记录 ，给给给给arparp缓缓缓缓存增加新的静存增加新的静态记录态记录态记录态记录 ，删删删删除除arparp缓缓缓缓存存记录记录记录记录 等。等。 四、物理地址到四、物理地址到ipip地址转换地址转换 rarprarp负责物理地址到负责物理地址到ipip地址的转换。这主要用于无盘工地址的转换。这主要用于无盘工 作站上，网络上的无盘工作站在网卡上有自己的物理地址，作站上，网络上的无盘工作站在网卡上有自己的物理地址， 但无但无ipip地址，因此必须有一个转换过程。为了完成这个转换过地址，因此必须有一个转换过程。为了完成这个转换过 程，网络中有一个程，网络中有一个rarprarp服务器，网络管理员事先必须把网卡服务器，网络管理员事先必须把网卡 上的上的ipip地址和相应的物理地址存储到地址和相应的物理地址存储到ip rarpip rarp服务器的数据服务器的数据 库中。库中。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 用用rarprarp进行物理地址到进行物理地址到ipip地址转换的过程如下：地址转换的过程如下： 当网上的计算机启动时，以广播方式发送一个当网上的计算机启动时，以广播方式发送一个 rarprarp请求包。在这个请求包。在这个rarprarp广播请求中包括了自己的广播请求中包括了自己的 物理地址。局域网上的每一台计算机包括物理地址。局域网上的每一台计算机包括rarprarp服务器服务器 均要查看该均要查看该rarprarp广播请求中包含的广播请求中包含的ipip地址。地址。 由由rarprarp服务器进行响应，即生成并发送一个服务器进行响应，即生成并发送一个 rarprarp应答包。包中包含对应的应答包。包中包含对应的ipip地址。地址。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.2.4 icmp6.2.4 icmp协议协议协议协议 internet internet控制信息控制信息协议协议协议协议 icmpicmp（internet control internet control message protocolmessage protocol）是网）是网际层际层际层际层 的另一个比的另一个比较较较较重要的，重要的， 可用于网可用于网络络络络管理的管理的协议协议协议协议 。它提供了从路由器或其它主机。它提供了从路由器或其它主机 向目向目标标标标主机主机发发发发送控制信息的方法。送控制信息的方法。发发发发往往远远远远程程计计计计算机的算机的 ipip数据数据报报报报要要经过经过经过经过 一个或多个路由器，一个或多个路由器，这这这这些路由器在将数些路由器在将数 据据发发发发送到最送到最终终终终目的地的目的地的过过过过程中会遇到一系列的程中会遇到一系列的问题问题问题问题 ， 路由器就使用路由器就使用icmpicmp将将这这这这些些问题问题问题问题 通知源通知源ipip进进进进行行处处处处理，并理，并 通通过该协议对过该协议对过该协议对过该协议对 数据数据报报报报的的传输过传输过传输过传输过 程程进进进进行控制行控制 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 利用利用icmpicmp协议检测网络连接故障协议检测网络连接故障 在网络中我们会经常遇到两个主机不通的问题，一在网络中我们会经常遇到两个主机不通的问题，一 般情况下是由于般情况下是由于tcp/iptcp/ip协议配置的问题，可借助于协议配置的问题，可借助于 icmpicmp协议提供的协议提供的pingping命令进行方便的诊断。命令进行方便的诊断。pingping命令命令 的格式为：的格式为： pingpingipip主机名主机名| ip| ip地址地址 利用利用icmpicmp协议检测网络连接故障动画演示协议检测网络连接故障动画演示 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.2.5 6.2.5 数据在数据在tcp/iptcp/ip中传输的实际过程中传输的实际过程 tcp/ip工作流程动画演示 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.3 transport layer protocol6.3 transport layer protocol 6.3.1 tcp6.3.1 tcp协议协议 一、一、tcptcp的特性的特性 面向数据流的处面向数据流的处 理方式理方式 完全的可靠性完全的可靠性 全双工通信全双工通信 流量控制流量控制 二、二、tcptcp数据格式数据格式 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 三、三、tcptcp传输过程传输过程 tcptcp协议软件的执行离不开协议软件的执行离不开tcptcp连接的建立、关闭连接的建立、关闭 等相关操作。等相关操作。tcptcp通过通过tcptcp端口提供连接服务，最后通端口提供连接服务，最后通 过连接服务来接收和发送数据。过连接服务来接收和发送数据。tcptcp连接的申请、打开连接的申请、打开 和关闭必须遵守和关闭必须遵守tcptcp协议的规定。这种三段式握手的连协议的规定。这种三段式握手的连 接方式如图所示接方式如图所示 。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.4 application layer protocol6.4 application layer protocol 6.4.1 dns6.4.1 dns协议协议协议协议 及及应应应应用用 dns dns属于属于应应应应用用层层层层的的协议协议协议协议 ，dnsdns提供了将人提供了将人类类类类易于易于 理解的主机名或域名理解的主机名或域名转换为计转换为计转换为计转换为计 算机或网算机或网络络络络可可识别识别识别识别 的数的数 字地址的机制。字地址的机制。 一、一、 dnsdns涉及的基本概念涉及的基本概念 （1 1）域名及）域名及顶级顶级顶级顶级 域域 1 1）域名）域名 域名（域名（domain namedomain name）通常是用）通常是用户户户户所在的主机名所在的主机名 。由若干部分。由若干部分组组组组成，每个部分又称子域名，最少由两个成，每个部分又称子域名，最少由两个 字母或数字字母或数字组组组组成，它成，它们们们们之之间间间间用用“ “” ”分开。分开。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 2 2）域名地址的最后一部分子域名称为高层域名（顶级）域名地址的最后一部分子域名称为高层域名（顶级 域名）域名） 分为：组织性顶级域名和地理性顶级域名两类。分为：组织性顶级域名和地理性顶级域名两类。 组织性顶级域名的出发点是为了说明拥有并对那些组织性顶级域名的出发点是为了说明拥有并对那些 internetinternet主机负有责任的组织的类型。主机负有责任的组织的类型。 随着随着internetinternet的日益国际化，组织性顶级域名已难以的日益国际化，组织性顶级域名已难以 满足需求了，于是便产生一种新的地理性顶级域名。地理满足需求了，于是便产生一种新的地理性顶级域名。地理 性项级域名用两个字母的缩写形式来完全地表示某个国家性项级域名用两个字母的缩写形式来完全地表示某个国家 和地区。和地区。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 （2 2）域名系）域名系统统统统的构成的构成 域名系统采用的是客户机域名系统采用的是客户机/ /服务器模式，由三部分构成：服务器模式，由三部分构成： 域名数据库、域名服务器和地址解析器。域名数据库、域名服务器和地址解析器。 地址解析器是客户方，负责查询域名服务器、解释从服地址解析器是客户方，负责查询域名服务器、解释从服 务器返回来的应答、将信息返回给请求方等工作。务器返回来的应答、将信息返回给请求方等工作。 域名服务器（域名服务器（domain name serverdomain name server）是服务器方，存）是服务器方，存 储并管理着所管辖区域的域名数据库，负责接收来自于地址解储并管理着所管辖区域的域名数据库，负责接收来自于地址解 析器的请求，按照请求类型，进行递归与非递归查询。同时将析器的请求，按照请求类型，进行递归与非递归查询。同时将 查询结果返回给地址解析器。查询结果返回给地址解析器。 域名数据库是一个大型的分布在整个网络上的分布式数据域名数据库是一个大型的分布在整个网络上的分布式数据 库，存储了按层次管理的相关的数据。库，存储了按层次管理的相关的数据。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 二、二、dnsdns的工作过程及示例的工作过程及示例 域名系统是一个分布式系统，其管理和控制也是分域名系统是一个分布式系统，其管理和控制也是分 布式的。一个用户布式的。一个用户a a在查找另一用户在查找另一用户b b的域名时，域名的域名时，域名 系统的工作过程如图所示。系统的工作过程如图所示。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.4.2 6.4.2 电子邮件及电子邮件及smtpsmtp协议协议 一、电子邮件及电子邮件系统一、电子邮件及电子邮件系统 （1 1） 关于电子邮件关于电子邮件 电子邮件是一种现代化通信手段。要想使用电子邮件是一种现代化通信手段。要想使用e-maile-mail ，必须首先拥有一个电子邮箱，它是由，必须首先拥有一个电子邮箱，它是由e-maile-mail服务提供服务提供 者为其用户建立在者为其用户建立在e-maile-mail服务器磁盘上的专用于存放电服务器磁盘上的专用于存放电 子邮件的存储区域，并由子邮件的存储区域，并由e-maile-mail服务器进行管理。用户服务器进行管理。用户 将使用将使用e-maile-mail客户软件在自己的电子邮箱里收发电子邮客户软件在自己的电子邮箱里收发电子邮 件。件。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 一个互联网电子邮件地址的格式是一个互联网电子邮件地址的格式是“ “邮件箱域邮件箱域” ”。 其中邮件箱通常是接收者的账户名，而域是公司的名字其中邮件箱通常是接收者的账户名，而域是公司的名字 或者是互联网服务提供商在互联网的域名，如或者是互联网服务提供商在互联网的域名，如 “ “” ” （2 2）电子邮件系统）电子邮件系统 e-maile-mail系统基于客户机系统基于客户机/ /服务器模式，整个系统由服务器模式，整个系统由e-e- mailmail客户软件、客户软件、e-maile-mail服务器和通信协议等服务器和通信协议等3 3部分组成部分组成 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 二、二、smtpsmtp体系结构体系结构 电子邮件系统主要采用了电子邮件系统主要采用了smtpsmtp协议，协议，smtpsmtp协议协议 描述了电子邮件的信息格式及其传递处理方法，保证被描述了电子邮件的信息格式及其传递处理方法，保证被 传送的电子邮件能够正确地寻址和可靠地传输。传送的电子邮件能够正确地寻址和可靠地传输。 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 三、三、 邮件发送的实现过程邮件发送的实现过程 一个典型的一个典型的smtpsmtp进程步骤动画演示进程步骤动画演示 6.4.3 snmp6.4.3 snmp协议协议协议协议 及及应应应应用用 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 6.5 routing protocol6.5 routing protocol 6.5.1 6.5.1 路由协议基本知识路由协议基本知识 一、中继计数（一、中继计数（hop counthop count） 中继计数（也称为路段计数或距离）用于记录数据包中继计数（也称为路段计数或距离）用于记录数据包 从源主机到目标主机传送过程中所经过的路由器数目。从源主机到目标主机传送过程中所经过的路由器数目。 二、路由选择度量值二、路由选择度量值 中继计数；延时（中继计数；延时（delaydelay） ； 吞吐量（吞吐量（throughoutthroughout ） ；可靠性（；可靠性（reliabilityreliability） ；通信费用（；通信费用（ communication costscommunication costs） tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 三、路由配置方式 在网络内配置路由有两个主要方式，即静态路由和 动态路由。 四、路由协议采用的路由算法 距离向量协议算法和链路状态协议算法 。 五、自治系统、内部网关、外部网关及其协议 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 六、直接路由与非直接路由六、直接路由与非直接路由 tcp/ip tcp/ip revised 7/2005revised 7/2005 习习习习 题题题题 1.1. tcp/ip tcp/ip协议协议协议协议 由哪几由哪几层层层层构成？它与构成？它与osiosi有何区有何区别别别别？ 2.2. tcp/ip tcp/ip协议协议协议协议 有哪些主要特点？有哪些主要特点？ 3. tcp3. tcp与与ipip协议协议协议协议 分分别处别处别处别处 在在osiosi的哪的哪层层层层？tcptcp与与udpudp有何区有何区 别别别别？ 4.4. ip ip地址与物理地址有何关系？地址与物理地址有何关系？简简简简述述arparp与与rarprarp的功能。的功能。 5.5. dns dns 协议协议协议协议 在哪一在哪一层层层层？ 6.6. 简简简简述在述在应应应应用用层层层层的数据包从原主机的数据包从原主机发发发发送到目送到目标标标标主机的主机的过过过过程程 。 7.7. 了解你所在的局域网或园区网的了解你所在的局域网或园区网的ipip地址划分情况，看看地址划分情况，看看这这这这 种划分是否合理？种划分是否合理？为为为为什么？如果不合理，什么？如果不合理，设计设计