补充 tcpip协议课件

TCP/IP协议,1 Microsoft TCP/IP协议套件,TCP/IP (Transmission Control Protocol /Internet Protocol )是一个工业标准。它的前身是ARPANET, ARPANET是1969年美国国防部高级研究计划局 (Advanced Research Projects Agency 简称ARPA )建立的一个用于军事和研究目的的网络。之后在UNIX中得到了推广和应用，现在已经成为了Internet中的标准协议，其优点有以下几点： 1、良好的容错能力。 2、很好的故障恢复能力。 3、极佳的扩展性。 4、与硬件厂商和网络类型的无关性。 5、较小的数据开销。,2 TCP/IP协议体系结构（1）,TCP/IP协议遵守一个四层的模型概念：应用层、传输层、互联层和网络。它对应于7层的开放系统互连（OSI）模型的图示如下：,2 TCP/IP协议体系结构（2）,TCP/IP协议有底层和上层之分，底层协议规定了计算机硬件的接口规范，上层协议规定了软件程式必需共同遵守的一些规则以及程序员在写程式时使用的统一标准。TCP/IP有100多个协议，其中用得最广的是SMTP(电子邮件协议)、FTP(文件传输协议)、TELNET(远程登录协议)。其中最重要的两个协议是传输控制协议TCP和网际互联协议IP。IP负责信息的实际传送，而TCP则保证所传送的信息是正确的。,2.1 TCP/IP的应用层,在TCP/IP模型的最上层是应用层（Application layer），它包含所有的高层的协议。高层协议有：虚拟终端协议TELNET、文件传输协议FTP、电子邮件传输协议SMTP、域名系统服务DNS、网络新闻传输协议NNTP和HTTP协议。 虚拟终端协议TELNET：允许一台机器上的用户登录到远程机器上并且进行工作。 文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）:提供有效地将数据从一台机器上移动到另一台机器上的方法。 电子邮件协议SMTP（Simple Message Transfer Protocol）:简单邮件协议，主要用来传输电子邮件。 域名系统服务DNS（Domain name service）：用于把主机名映射到网络地址。 超文本传输协议HTTP（Hypertext Transfer Protocol）；用于在万维网（WWW）上获取主页等。,2.2 TCP/IP的传输层,位于互联网层上的那一层，通常称为传输层（Transport layer）。它的功能是使源端和目标主机上的对等实体可以进行会话。在这一层定义了两个端到端的协议。一个是传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol），它是一个面向连结的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发往另一台机器。它将输入的字节流分成报文段并传给互联网层。TCP还要处理流量控制，以避免快速发送方向低速接收方发送过多的报文而使接收方无法处理。 另一个协议是用户数据报协议UDP（user datagram protocol），它是一个不可靠的、无连结的协议，用于不需要TCP排序和流量控制能力而是自己完成这些功能的应用程序。,2.3 TCP/IP的网络层,互联协议将数据包封装成internet数据报，并运行必要的路由算法。 这里有四个互联协议： 网际协议IP：负责在主机和网络之间寻址和路由数据包。 地址解析协议ARP：获得同一物理网络中的硬件主机地址。 网际控制消息协议ICMP：发送消息，并报告有关数据包的传送错误。 互联组管理协议IGMP：被IP主机拿来向本地多路广播路由器报告主机组成员。,2.4 TCP/IP的网络接口层,模型的基层是网络接口层。负责数据帧的发送和接收，帧是独立的网络信息传输单元。网络接口层将帧放在网上，或从网上把帧取下来。,3 TCP/IP核心协议,安装在你的网络操作系统上的TCP/IP协议组件是被称做TCP/IP核心协议的一系列使其相互连接的协议。所有在TCP/IP协议组中的别的应用和别的协议依靠下述协议来提供基本服务：IP， ARP， ICMP， IGMP， TCP， UDP。,3.1 IP（1）,IP是一个无连接，不可靠的数据包协议，主要负责在主机之间寻址和路由信息包。无连接意味着在交换数据之前没有确定一个对话。不可靠的意味着传送不能被保证。一个IP信息包可能被丢失，传送无序，复制或者被延迟。IP并不试图从这些类型的错误中进行恢复。传送的数据包被接纳，丢失的数据包被恢复是由更高一层协议来负责，比如TCP。IP在RFC 791 中定义。一个IP数据包由一个IP头和一个IP有效载荷组成。下表列出了IP头中的关键域。,3.1 IP（2）,分裂和重组 如果路由器接受到正在网络上向前传送的太大的IP信息包，IP将把原来的信息包分裂成较小的信息包以便其适合下游网络。当信息包到达最后的目的单元格时，目的单元格主机的IP重新把碎片集合为原始的有效载荷。这个过程称为分裂和重组。碎片可以出现在具有混合网络技术的环境中，如以太网 和令牌网。分裂和重组工作如下： 当一个IP信息包被源极发送时，在鉴别域中置唯一值。 IP信息包被路由器接收，IP路由器记录在网络最大传输单元上向前传送的数据包要比IP信息包要小。 IP将原始IP有效载荷分裂成碎片以适合下一个网络。每个碎片随同其包含的自己的IP头一起被发送。 4. 当碎片被远程主机接收时，他们由属于一块的鉴别域鉴别。碎片偏移被用来将碎片重组为原始IP有效载荷。,3.2 ARP,当IP信息包在共享通路上发送时，诸如与转寄的IP地址相应的基于广播网络技术的以太网 或令牌网， 介质访问控制（Media Access Control，MAC)地址必须解析。ARP采用MAC标准广播将已知的转寄的IP地址解析为它的MAC地址。,3.3 ICMP（1）,ICMP提供不能传送的信息包的错误报告和发现并修理故障的工具。举例说来，如果IP不能将一信息包传送到目的地主机，ICMP将发送一个目的地不能到达的信息给源主机。下表列出了大多数普通ICMP信息。,3.3 ICMP（2）,发送ICMP回声请求消息和查看计算机上的响应的统计表，可用Windows 命令程序PING。 这里有一系列定义的目的不可达的ICMP消息。下表描述了大部分普通的ICMP目的不可达消息。,3.4 IGMP（1）,IGMP是在IP多点传送组中管理主机成员的一个协议。一个IP多点传送组，也叫主机组，是为一特定的多点传送IP地址预定IP通信量而收听的一套主机。多点传送通信量被传送给一个单一的MAC地址但由多个IP主机处理。一个给定的主机收听一个指定的IP多点传送地址并接受所有的信息包给那个IP地址。IP多点传送的另外一些方面是： 主机组成员是动态的，主机可以在任何时候加入或离开群组。 一个主机群可以是任意尺寸。 一个主机群的成员可以跨越多重网络的IP路由器。这种情况需要IP路由器上的IP多点传送支持和主机用局部路由器注册其组成员的能力。用IGMP完成主机注册。 在没有属于通信的主机组时，主机可以向一个IP多点传送地址传送信息。,3.4 IGMP（2）,对于一台接受IP多点传送的主机来说，应用程序必须通知IP，其将在一指定的目的IP多点传送地址上接收多点传送。如果网络技术支持基于硬件的多点传送，那么网络接口会被告知为一特定的多点传送地址传递信息包。在以太网的情况，网络接口卡被编程以响应与想要的IP多点传送地址一致的多点传送MAC地址。,3.4 IGMP（3）,注册主机群组信息的协议是IGMP。IGMP信息包用一个IP报头发送。 IGMP消息采用两种形式: 1. 当一台主机加入一个主机群组时，在一特定的主机群组里通过参考的IP多点传送地址发送一个IGMP主机成员报告消息给所有主机的IP多点传送地址()或者给一个想要的多点传送地址声明其成员资格。 2. 当一路由器投票给一网络以肯定有指定主机群组成员时，路由器发送一IGMP主机成员资格询问消息给所有主机的IP多点传送地址。如果在几次投票被接受后没有回应，路由器就假定那个网络的那个群组没有成员而停止给另外的路由器的组网信息广告。 对在一网络里的跨越路由器IP多点传送而言，多点传送路由协议由路由器使用来交流主机群组信息以便使每个支持多点传送向前的路由器明白网络包含所在主机群组的成员。,3.5 TCP（1）,TCP是一可靠的，面向连接的传送服务协议。数据以节的方式传送。面向连接的意思是在主机能够交换数据前必须建立一个连接。可靠性通过给每个被传送的节分配一序列号来达到。ACK用来校验被别的主机所接收的数据。对每个被传送的节来说，接收主机对接收到的字节必须在一指定的周期内返回一ACK(命令正确应答)。如果没有受到ACK，数据就重新被传送。TCP定义在RFC 793。 TCP采用字节流通信，在TCP节中的数据被视为没有记录或域界的一序列字节。下表记述了TCP报头里的关键域。,3.5 TCP（2）,TCP端口 TCP端口为TCP节的传递提供一个指定的位置。在1024以下的端口数是由IANA互联网编号分配机构(Internet Assigned Numbers Authority）分配。下表列出了部分熟知的TCP端口。,3.5 TCP（3）,TCP三路握手 TCP连接初始化通过一个三路握手。三路握手的目的在于使连接的两边的序列号和应答号，交换TCP窗口尺寸和诸如最大节尺寸的别的选项同步。 1. 客户机用一初始的连接序列号和显示客户机从服务器上存储引入节的缓冲器尺寸的窗口尺寸发送一个TCP节给服务器。 2. 服务器发回一包含其选择的初始的序列号，客户机的序列号应答，和一个显示服务器从客户机中存储引入节的缓冲器尺寸的窗口尺寸的TCP节。 3. 客户机发送一个包含服务器的序列号应答的TCP节给服务器。 TCP采用一类似握手的方法终止连接。这保证所有的主机完成传送，所有的数据都被接收,3.6 UDP（1）,UDP提供一个无连接的数据包服务，即在讯息中提供无可靠性的，最大努力传送的数据传输服务。这就意味着，并不能保证数据包的到达，或保证传送的信息包的正确的序列。再次传输时，UDP不恢复丢失的数据。 UDP由应用软件使用，因此，不需要数据收应答而有代表性地同时传输少量数据。NetBIOS 名服务， NetBIOS 数据包服务， SNMP都是使用UDP的服务的例子。下表记述的是UDP报头的关键域。,3.6 UDP（2）,为了使用UDP，应用程序必须提供IP地址以及目的地应用程序的UDP端口号。端口为发送的消息提供一个位置。一个端口函数作为一个多元消息队列，意味着其每次能够接收成倍消息。每个端口用唯一的号来识别。注意到UDP端口是独一无二的并与TCP端口分离是很重要的，即使是使用同一个号。下表列出了熟知的UDP端口。,4 IP寻址,每一TCP/IP主机通过一个逻辑IP地址辨别。这个IP地址是一个Internet层地址，不依赖数据连接层地址(如网络接口卡的MAC地址)。每台主机和用TCP/IP通信的网络组件都需要一个唯一的IP地址。,4.1 网络号和主机号,每个IP地址包含一个网络ID 和一个主机ID。 网络ID (也叫做网络地址)通过IP路由器辨别位于相同物理网络范围的系统。所有在相同物理网络上的系统必须有同样的网络ID。网络ID在网络上应该是独一无二的。 主机ID(也叫做主机地址)在一网络内用来确定工作站，服务器，路由器，或别的TCP/IP主机。每个主机的地址对网络ID来说是独一无二的。 IP址的表示形式有两种：二进制和点分十进制。二进制中，每个IP地址的长度为32比特，由四个8位组成。 例4 10000011 01101011 00000011 00011000,网络号,主机号,网络号,主机号,IP地址的版本,IP的原始版本IPv4，使用32位的二进制地址，每个地址组织成由点分隔的8位数，每个8 位数称为8位位组，二进制数表示对机器很友好，但却不易被用户所理解，因此要提供更直观的使用十进制表示的地址 IPv4 地址由于是一个32位二进制数的地址，所以理论上讲大约有40亿个（2的32次方， 4294967296 个）不同的组合 IPv6地址有128位，使用全新的分类，以使地址的使用效率最大化。,4.2 将IP地址从二进制转为十进制,一个单独的八位二进制能表示的最大数是255. 例：10001011表示的十进制是1+2+8+128=139 10101010表示的十进制是2+8+32+128=170 也可用计算器变换。,5 地址类型（1）,IP地址类型分为五类，A、B、C、D、E。 其中D类地址用于多路广播。E类地址保留用于试验。 网络号和主机号都不能全为0或全为1（指二进制）,IP地址的类型,1、一个A类I P地址仅使用第一个8位位组表示网络地址。剩下的3个8位位组表示主机地址 2、A类地址的第一个位总为0 ，这一点在数学上限制了A类地址的范围小于127 3、A类网络地址的范围从到。注意只有第一个8位位组表示网络地址，剩余的3个8位位组用于表示第一个8位位组所表示网络中惟一的主机地址。注意技术上讲，也是一个A类地址，但是它已被保留作闭环（look back）测试之用而不能分配给一个网络。每一个A类地址能支持2的2 4次方再减去2个不同的主机地址，。减2是必要的，因为I P把全0保留为表示网络而全1表示网络内的广播地址,1、一个B类I P地址使用两个8位位组表示网络号，另外两个8位位组表示主机号。 2、B类地址的第1个8位位组的前两位总置为1 0，剩下的6位既可以是0也可以是1，B类网络地址范围从到 3、每一个B类地址能支持2的1 6次方减2个惟一的主机地址,1、C类地址使用三个8位位组表示网络地址，仅用一个8位位组表示主机号。 2、C类地址的前3位数为110，前两位和为192 ( 128 + 64 )，这形成了C类地址空间的下界。第三位等于十进制数3 2，这一位为0限制了地址空间的上界。不能使用第三位限制了此8位位组的最大值为255-32等于223。因此C类网络地址范围从至。最后一个8位位组用于主机寻址 3、C类网的主机数为2的1 6次方减2 个,1、D类地址用于在I P网络中的组播(multicasting，又称为多目广播)。D类组播地址机制仅有有限的用处。 2、一个组播地址是一个惟一的网络地址，它能指导报文到达预定义的IP地址组。 3、D类地址的前4位恒为1110，意味着D类地址开始于128+64+32等于224，最大值为128+64+32+8+4+2+1为239，因此D类地址空间的范围从到54 4、D类地址不是用于互联单独的端系统或网络。D类地址用于传输组播报文至IP地址定义的端系统组中。因此没有必要把地址中的8位位组或地址位分开表示网络和主机。相反，整个地址空间用于识别一个I P地址组,E类地址虽被定义但却被保留作研究之用。因此Internet上没有可用的E类地址。E类地址的前4位恒为1，因此有效的地址范围从至55,A类网络: (1-126).X.X.X 主机部分共24位，适合大型网络使用； B类网络: (128-191).X.X.X 主机部分共16位，适合中型网络使用； C类网络: (192-223).X.X.X 主机部分共8位，适合小型网络使用； D类网络: (224-239).X.X.X，是组播地址，适用于在网络中广播； E类网络: (240-255).X.X.X，是保留地址，被用作试验。,5 地址类型（4）,5 地址类型（5）,例：1、IP地址为是那类地址，是否合法？ 例：2、IP地址为是那类地址，是否合法？ 例：3、IP地址为是那类地址，是否合法？ 练习： IP地址分别为，55，，55，为，55是那类地址，是否合法，为什么？,6 子网掩码,TCP/IP上的每一台主机都需要有一个子网掩码。子网掩码是由前面连续的“1”和后面连续的“0”组成的32位二进制地址，在TCP/IP网络中，每一台主机都要求使用子网掩码。子网掩码与IP地址一样也是一个32位的二进制比特值，用它可以屏蔽一部分IP地址，以便区分出IP地址中的网络编号和主机编号。当使用TCP/IP通信时，子网掩码主要用来确定目的主机是位于本地子网还是远程网。 例如： 11111111 11111111 11111111 00000000中，前三个字节全1，代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址；后一个字节全0，代表对应IP地址中最后的一个字节为主机地址。也可写为/24,一个IP地址有两部分意思：网络标志与主机标志。 IP地址=网络部分+主机部分 求网络地址的方法： 32位的IP地址与32位的子网掩码对应位相“与”，求得的结果就是IP地址所在的网络地址,6.1 确定数据包的目的地址,IP地址和子网掩码的“与”操作可以确定网络号。 “与”操作的对照表（指二进制）,1“与”任何数，该数不变,0“与”任何数，该数都为0,缺省的子网掩码,缺省的子网掩码用于一个没有划分子网的TCP/IP网络。 在子网掩码中，所有应网络号的位置都被置为1，每个八位体的十进制都是255，所有对应主机号的经特位都被置为0. A类为11111111 0000000 00000000 00000000 十进制就为 例：求0掩码为缺省时的网络地址： IP地址：00001010 00001010 00001010 00001010 掩码： 11111111 00000000 00000000 00000000 AND运算： 00001010 00000000 00000000 00000000 则可得其网络标识为 主机ID为：10,B类为1111111 11111111 00000000 00000000 十进制就为 根据上例：0子网掩码为缺省时的网络地址是： C类为11111111 11111111 11111111 00000000 十进制就为 根据上例：0子网掩码为缺省时的网络地址是：,6.2 确定数据包的目的地址（2）,在TCP/IP网络中的两台主机通信时，源主机会把本机的子网掩码同目标主机的IP地址相“与”如果得出的结果是目标主机的网络号，再与本机网络号比较，相同表示两台主机在，同一网段，可以相互通信，不相同则需交给路由器才能能信。 例如：0/24 与 1/24能否直接通信？,6.2 确定数据包的目的地址（3）,如果子网掩码是缺省值，则只需用其IP地址W.X.Y.Z 判断其是那一类地址，如果是A类，则比较两个的W位，相同就是一个子网，不相同就不在一个子网。如果是B类，则比较两个的W.X位，相同就是一个子网，不相同就不在一个子网。如果是C类，则比较两个的W.X.Y位。相同就是一个子网，不相同就不在一个子网。,例： （子网掩码都是缺省值）判断下列地址中是否在网一子网 25和 3和3 3和5 3和3,作业（一） 一、IP地址分别为/24，55/24，/16，55/16，/16为，55/16是那类地址，是否合法，为什么？ 二、0/24和00/24 0/24和1/24 0/22 和1/24 0/16和1/16 能否通信？为什么？,作业（二）,1、把下列二进制的IP地址转换为十进制表示的IP地址。 10001011 10101000 10100010 01010101 10101010 11001100 00110011 11111110 10111111 11100000 00000111 10000001 01111111 00000000 00000000 00000001 2、指出下列八个IP地址，那些IP地址是有效的那些是无效的，有效的写出它的地址类型，无效的写出原因。 131.107.256.80 22 00 55 3、比较下列三组IP地址，那组在同一子网，那组不在同一子网，为什么（子网掩码为缺省）？ 10100000 11100000 10001001 11110000和 11000000 11100000 100001001 11110001 5和6 和54,6.私有IP地址和公有的IP地址,公有地址（全局地址）：能够在整个广域网（因特网）中使用，可以被世界各地联网的主机所访问到。 私有地址（局部地址）：只能在一个局域网中使用，其作用域的范围就是一个局域网（出了局域网就无效）。所以不同的局域网中的主机IP地址可以一样。,在A、B、C 3类地址中各有一段地址作为保留地址不在 全网分配，而作为私有地址。在一个网络内部可随意使用 私有地址。 私有地址范围： 1个A类地址： 55 16个B类地址： 55 256个C类地址： 55 这些地址只可在一个网络内部使用，不可进入外网,7子网的基本概念,子网（subnet） 将一个大的网络划分成几个较小的网络，而每一个网络都有其自己的子网地址。它是多网络环境中的一个网络。将一个网络分解成多个子网时，要求每个子网使用不同的子网编号。 划分子网就是把本来属于IP地址的二进制借出当作子网号。,例： 设IP地址为，子网掩码为40，求网络地址,答：用“与”运算。将十进制转换成二进制进行与运算 IP地址：11000000 10101000 00001010 00000010 掩码： 11111111 11111111 11111111 11110000 AND运算： 11000000 10101000 00001010 00000000 则可得其网络标识为,设IP地址为50，子网掩码为40，求网络标识(ID)和主机标识(ID),答：用“与”运算。将十进制转换成二进制进行与运算 IP地址：11000000 10101000 00001010 11111010 掩码： 11111111 11111111 11111111 11110000 AND运算： 11000000 10101000 00001010 11110000 则可得其网络标识为40 主机ID为：10（二进制中所有和0对应的位 1010 ）,子网划分,一般子网掩码中为“”的部分可以定义为网络标识，这样就可以通过加长子网掩码的方式，即将掩码中原本为“”的最高位部分修改为“”，从而使得本来应当居于主机标识的部分改变成为网络标识，进而达到划分子网的目的。 规则：2N-2=子网个数 N代表子网中掩码的个数,确定变长子网掩码的步骤： 1.确定要划分的子网的数量，并将其转换为二进制。 2.计算子网掩码所需的二进制位数。 3.以高位顺序（从左至右）将所需的位数转换为十进制数。 例：将一个C类地址198.189.98.X 划分为5个子网。 子网掩码为：24,1.以下IP地址各属于哪一类? (a) 39 (b) 39 (c) 39,3.假设一个主机的IP地址为21，而子网掩码为48，那么该IP地址的网络号为多少？主机号为多少？,2.已知子网掩码为92，下面各组IP地址是否属于同一子网？ （1）78与47 （2）78与200.200.200. 80 （3）78与52,设有A、B、C、D四台主机都处在同一个物理网络中，A主机的IP地址为12，B主机的IP地址是20，C主机的IP地址是76，D主机的IP地址是22。共同的子网掩码是24。 问题一：四台主机那些可以直接通信？那些必须通过其它路由设备才能通信？并求各主机的子网地址和主机地址。 问题二：若要加入第五台主机E，要他能与B主机直接通信，其IP地址的设置范围是？ 问题三：不改变A主机的物理位置，将其IP地址改为68，试问他的广播地址 问题四：若要使主机A、B、C、D都能相互直接通信，应采取什么方法？,问题1 A主机和B主机可以直接通信，C主机和D主机需通过路由设备才能与A、B主机通信，C，D之间也需用路由设备才能通信 问题2IP范围是726 问题3广播地址是91 问题4将子网掩码改为,实例）：一个公司有10个部门，要求给每个部门划分不同的网段，但是都在这个大网内，并且每个部门要容纳20台计算机。请为这个公司选择子网掩码。 A）92 B）24 C）40 D）不能实现,分析： 根据2的N次方减2的公式，10介于2的3次方和2的4次方之间，因此应该从主机位借4位来作为子网位，二进制就是11111111.11111111.11111111.11110000，即40。有些人就毫不犹豫地选择了40地子网掩码。 我们知道，C类地址主机位本来就只有8位，现在已经借去4位，剩下4位，因此每个子网能够允许的主机数量为2的4次方减2，即14台计算机。而题目要求每个子网容纳主机20台，看来是无法达到目的。,已知网络地址为，要有4个子网，求子网掩码及主机块。,分析： 是一个C类网，子网掩码格式为255.255.255.M，又知有4个子网，需向主机位借3，故子网掩码表示为24。又因为子网块的首、尾两块不能使用，所以可分配6个子网 2 4 6 28 60 92 由于每个子网块中的可分配主机块又有首、尾两个不能使用（一个是子网网络地址，一个是子网广播地址），因此子网掩码为24，主机块共有6段，分别为 3 2 5 4 7 26 29 58 61 90 93 22,已知一个c类网络地址为，现要将其划为不同的子网，其要求是：每个子网的主机不超过25台，则最少能分多少个子网？子网掩码是？,例：（ 11000000 10101000 00000001 0000000 ）是一个C类网络，可以包括54共254个主机IP。 （ 11000000 10101000 00000001 00000001至 11000000 10101000 00000001 11111110 ）当某个网络只有30台主机时，如果还使用这样一个C类地址，那就造成了IP地址的资源浪费（ 11000000 10101000 00000001 00000001到 11000000 10101000 00000001 00011110就可以有30台计算机）。此时就可以把这个标准C类地址再划分为更小单位的网络来充分利用IP地址资源。具体方法是把本来属于IP地址的八位二进制的高三位借出作为子网号来使用。此时子网的就可以有 11000000 10101111 00000001 000XXXXX 001XXXXX010XXXXX011XXXXX100XXXXX 101XXXXX110XXXXX111XXXXX共8个，每个网络能容纳的主机数有 25-2=30台,例：某单位共有100