TCPIP协议基础培训教程ppt课件.ppt

第7章TCPIP协议基础,摘要：主要介绍了TCP/IP协议体系的基本概念，TCP/IP协议模型的各个层次包含的协议的基本概念和功能TCP/IP协议是Internet发展的基础。学习本章的内容将会对Internet的组织结构、工作过程以及数据传输的理解有很大帮助。本章介绍TCP/IP协议的基本概念，TCP/IP协议模型的各个层次所包含的协议的概念及其功能。,7.1TCP/IP协议概述,TCP/IP协议是Internet上使用最为广泛的通信协议。所谓TCP/IP协议，实际上是一个协议簇（组），是一组协议，其中TCP协议（TransmissionControlProtocol）和IP协议（InternetProtocol）是其中两个最重要的协议。IP协议称为网际协议，用来给各种不同的局域网和通信子网提供一个统一的互联平台。TCP协议称为传输控制协议，用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。,7.2网络访问层,网络访问层用于实现主机与传输媒介的物理接口，为网络互联层发送和接收IP数据报。对应到ISO/OSI七层模型中的第一层（物理层）和第二层（数据链路层）。TCP/IP支持多种网络访问层协议，常用的有Ethernet、TokenBus、TokenRing等。这些协议和标准都遵循电机电子工程师协会（IEEE）系统标准。具体来说，都遵循IEEE802标准。,7.3互联网络层,TCP/IP协议体系的互联网络层包含的协议主要有InternetProtocol（IP，网络协议），InternetControlMessageProtocol（ICMP，网络控制信息协议），AddressResulutionProtocol（ARP，地址解析协议）和ReverseAddressResolutionPortocol（RARP，反向地址解析协议）。这一节我们将简单介绍这些协议。,7.3.1IP协议的主要功能,IP协议实现两个基本功能：分段和寻址。IP协议的分段（或重组）功能是靠IP数据包头部的一个字段来实现的。网络只能传输一定长度的数据包，而当待传输的数据报超出这一限制时，就需要利用IP协议的分段功能将长的数据报分解为若干较小的数据包。寻址功能同样也在IP数据包头部实现。数据包头部中包含了源端地址、目的端地址以及一些其它信息字段，可用于对IP数据包进行寻址。,7.3.2IP协议的特性,IP协议有两个很重要的特性：非连接性（无连接性）和不可靠性。非连接性是指经过IP协议处理过的数据包其传输是相互独立的，每个包都可以按不同的路径传输到目的地，也就是说每个包传输的路由可以完全不同，因而其包抵达的顺序可以不一致，先传送的包不一定先到达目的地。不可靠性是指IP协议没有提供对数据流在传输时的可靠性控制。它是一种不可靠的“尽力传送”的数据报类型协议。它没有重传机制，对底层的子网也没有提供任何纠错功能，用户数据报可能发生丢失、重复甚至失序到达。,7.3.3IP协议的包格式,IP协议的包格式,7.3.4IP地址,IP地址是一组32位的二进制数字，由四个字节构成，代表了网络和主机的地址。IP地址的每个字节以点分开,7.3.5IP地址的分类,IP地址根据网络规模的不同可以分成三个等级（或者三类）。分别是A类地址、B类地址和C类地址。各类地址的组成结构如图所示,A类地址,前8位表示网络地址，取值由NIC决定，第一位固定为0，剩余7为可表示27=128个A类网络。A类地址一般分配给政府部门、大型网络或大型机构使用（如IBM公司、DEC公司等），目前已经分配完了。A类地址的后24位指主机的地址。24位的主机地址共有224=16777216个主机地址。,B类地址,B类地址的前16位表示网络地址，由NIC决定，其中前2位固定为10。所以可以表示214=16384个B类网络。后16位表示机器地址，共有216=65536个主机地址。B类地址一般分配给中型网络或中型机构使用,C类地址,C类地址的前24位组成网络地址，由NIC决定，其中前2位为11，剩余22位，所以应该有222=4194304个C类网络。但是在C类地址的前4位中，1110保留给组播（Multicase,224-239）,1111保留给实验用（240，255），所以真正可用的C类网络地址数为应有的网络地址数保留的地址数，即222-221=2097152个网络地址。C类地址的后8为是主机地址。应有28=256个主机地址。但是需要扣除网络地址（1个）和广播地址（1个），所以真正可用的C类网络的主机地址，最多可以有254个,根据分配的网络地址前8位快速判定网络的类型,7.3.6子网络,当一个网络由若干个小网络组成，我们称这些小网络为子网络。若一个公司的网络是由若干个部门的子网络组成，是否需要为每个子网络申请一个网络地址呢？当这些子网不大时，可以从原先IP地址中的主机地址部分，拿出部分比特作为子网地址，利用IP地址中的子网地址部分区分这些子网，而不用为每个子网申请一个IP地址。,1.子网络地址,单一网络下的组成形式IP地址=网络地址+主机地址切割成若干个子网时的形式IP地址=网络地址+子网地址+主机地址原先的主机地址=子网地址+主机地址,子网络地址,例如：168.95.X.X的B段网络地址IP地址（32位）=网络地址（前16位）+主机地址（后16位）168.95.X.X=68.95+X.X主机共有216=65536个地址。当切割成两个子网时：IP地址（32位）=网络地址+子网地址+主机地址168.95.X.X=168.95+1位+15位由于要切割成两个子网，于是将原来的后16位中的最高位拿来作为子网地址，这样就可以将B类网络切割成2个子网络：168950XXXXXXXXXXXXXX168951XXXXXXXXXXXXXX各个子网拥有215=32768个主机地址。由此类推，若是将B类网络切割成4个子网络，则须将原来的后16位中的最高两位拿来作为子网络地址，切割成的四个子网分别是：1689500XXXXXXXXXXXXXX1689501XXXXXXXXXXXXXX1689510XXXXXXXXXXXXXX1689511XXXXXXXXXXXXXX各个子网拥有214=16384个主机地址。,2.子网掩码,使用子网掩码可以判定IP地址是否属于某一子网。例如局域网中的一个主机在发送IP包时，包头中携带有目的IP地址，通过子网掩码，就可以判定包是发送到本网内的某个主机，还是发送到网外的主机，从而选择不同的处理.。子网掩码的形式为：网络及子网地址部分置1，主机地址置0形成的IP地址。如一个B类网络的子网掩码为：25525500一个C类网络的子网掩码为：2552552550,子网掩码举例,例1：将一个C类网络划分为16个子网，求子网掩码。解：要将一个C类网络划分为16个子网，必须从8位主机地址中拿出前4位作为子网地址，4位二进制位可以有16种组合，正好可以表示16个子网地址。所以子网掩码为：255255255240,网络号码,网络号码用于标识一个网络或子网，形式上，网络号码一般是IP地址中的网络地址和子网地址部分不变，而主机地址部分为0的IP地址。如一个B类网络的网络号码可以是：1689500网络地址部分为16895，主机地址部分全部置0。一个C类网络的网络号码可以是：20295470网络地址部分是2029547，主机地址部分为0。,网络中IP地址、网络号码和子网掩码的关系,IP地址AND子网掩码=网络号码,网络号码举例,例2：设子网掩码为40，判断计算机甲（IP地址：0）和计算机乙（IP地址：9）是否在同一子网内。解：将IP地址与子网掩码相与，看网络号码是否相同。计算机甲11001011010001000010111100110010203664750子网掩码11111111111111111111111111110000255255255240AND结果11001010010001000010111100110000203664748计算机乙11001011010001000010111100110001203664749子网掩码11111111111111111111111111110000255255255240AND结果11001010010001000010111100110000203664748两个主机的IP地址与子网掩码与的结果都等于203664748，也就是网络号码。由此可见,计算机甲和计算机乙所处网络的网络号码相同，计算机甲和计算机乙在同一个子网中。,3.子网划分,子网划分,7.3.8网络控制信息协议（ICMP）,ICMP是“InternetControlMessageProtocol”（Internet控制信息协议）的缩写。它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。,ICMP包与IP包的关系,可利用ICMP协议来提供错误信息给来源主机，此信息也以包的形式来传送，称为ICMP包。ICMP协议的使用是建立在IP协议基础上的，换言之，ICMP协议无法单独运行，我们甚至可以将ICMP当作时IP协议的一部分。ICMP的包是嵌在IP包中来传送的，IP包的数据区部分是由整个ICMP包组成的。如图所示,7.3.9地址解析协议（ARP协议）,ARP协议是“AddressResolutionProtocol”（地址解析协议）的缩写。所谓“地址解析”就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协议的基本功能就是根据目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。,7.3.10反向地址解析协议（RARP协议）,ReverseAddressResolutionProtocol,简称RARP协议。RARP协议和前面所提到的ARP协议，其功能刚好相反，将32位的IP地址转换成物理的硬件地址，这是ARP协议的主要功能，而RARP协议则是，将网络的物理地址转换成32位的网络IP地址。,7.3.11DHCP协议,DHCP的全称是动态主机配置协议（DynamicHostConfigurationProtocol），由IETF（Internet网络工程师任务小组）设计，详尽的协议内容在RFC文档（rfc2131和rfc1541）里。DHCP是WindowsNT和Windows2000Server提供的动态分配主机IP地址的服务。DHCP服务的目的是为了减轻对TCP/IP网络的规划、管理和维护的负担，解决IP地址缺乏问题。DHCP服务器可以把TCP/IP网络设置集中起来，动态处理工作站IP地址的配置。DHCP提供了自动在TCP/IP网络上安全地分配和租用IP地址的机制，实现IP地址的集中式管理，基本上不需要网络管理人员的人为干预。而且，DHCP本身被设计成BOOTP（自举协议）的扩展，支持需要网络配置信息的无盘工作站，对需要固定IP的系统也提供了相应支持。,7.3.12Ipv6,由于网络的迅猛发展，IPv4的有限地址空间等问题成为网络发展的瓶颈。1990年因特网工程任务组IETF开始了IPv6的研究。经过数年努力，制定了增强型简单因特网协议，并命名为IPv6。IPv6与IPv4并不完全兼容，但与其他协议，如ICP，UDP，ICMP完全兼容。IPv6把IPv4的32位地址加至128位，共16字节，使得源和目标地址都增加了，其地址范围为2128，达到几百亿个地址,7.4传输层,传输层的协议主要有两个协议：TCP协议（TransmissionControlProtocol,传输控制协议）和UDP协议（UserDatagramProtocol,用户数据报协议）。它们都为应用层提供数据传输服务。,7.4.1传输控制协议（TCP协议）,TCP协议在TCP/IP协议族中的位置,1.TCP协议的主要功能,TCP协议的主要功能，用一句话概括就是：TCP协议提供具有连接性的、可靠的数据流式的传输服务。连接性连接性表示要传输数据的双方，必须事先沟通，在建立好连接之后，才能正式开始传输数据。两台主机之间要想完成一次数据传输，必须经历连接建立、数据传输、以及连接拆除三个阶段。无连接性是指两台主机在进行信息交换之前，无须事先经呼叫来建立通信连接，各个分组独立地各自传送到目的地。,连接性与非连接性的数据传输方式的主要区别,路由选择：具有连接性的传输方式，路由的选择仅仅发生在连接建立的时候，在以后的传输过程中，路由不再改变；具有非连接性的传输方式中，每传送一个分组都要进行路由选择。在具有连接性的传输方式中，各分组是按顺序到达的；非连接性的传输方式中，分组可能会失序到达，甚至丢失。具有连接性的传输方式便于实现差错控制和流量控制；非连接性的传输方式一般不实行流量控制和差错控制。具有连接性的传输方式一般应用于较重要的数据传输；非连接性的传输方式一般应用于较不重要的数据传输。,可靠性,TCP协议用来在两个端用户之间提供可靠的数据传输服务。其可靠性是由TCP协议提供的确认重传机制实现的。,TCP协议的可靠性控制,数据流量控制,我们在讨论TCP协议在保证数据传输的可靠性时，发送端每次都要等到收到回应的确认包后，才传送下一个数据包。由于发送端用于等待确认包的时间是闲置的时间，从而造成整个数据传输效率的低下，造成带宽的浪费。因此，在TCP协议中，使用了一种叫滑动窗的技术，来解决这一问题。,用滑动窗进行数据流量控制,图中，假定总共要传送10个包。图A中，窗口中有4个包，表示已送出的包，窗宽W=4。图B中，当传送端收到确认包1时，窗口向右移动一格，并送处包5。图C中，当传送端收到确认包2、3时，窗口向右移2格，并送出包6、7。简单说，在窗口右方的包，表示要准备送出去的包，而位于窗口里面的包，表示已经送出的包，但传送端尚未收到相应的确认包，而窗口左边的包，表示已经送出去而且也已经收到确认的包。窗口在滑动时，其宽度不能赶上规定的窗宽。,1.TCP协议的通信端口,在TCP协议中，端口用一个长2个字节的整数来表示，称为端口号。不同的端口号表示不同的应用程序（或称为高层用户）。端口号和IP地址连接在一起构成一个套接字（SOCKET），套接字分为发送套接字和接收套接字。发送套接字=源IP地址+源端口号接收套接字=目的IP地址+目的端口号一对套接字唯一地确定了一个TCP连接的两个端点。也就是说：TCP连接的端点是套接字而不是IP地址。在TCP协议中，有些端口号已经保留给特定的应用程序来使用（大多为256号之前），这类端口号，我们称为公共端口，其它的号码，我们称为用户端口。因特网标准工作组规定，数值在1024以上的端口号可以由用户自由使用。,3.TCP包（TCP数据报）的格式,我们把在数据链路层上传输的数据单元称为帧，把在网络层上传输的数据单元称为包（Packet）。TCP包是IP包的一部分，而若以以太网为例，IP包又是以太网帧的一部分。换句话说，IP包封装了TCP包，而以太网的以太包又封装了IP包。封装过程如图所示。,TCP包标头格式,7.4.2用户数据报协议,用户数据报协议（UserDatagramProtocol），简称UDP协议，提供了不同于TCP的另一种数据传输服务方式，它和TCP协议都处于主机-主机层。它们之间是平行的，都是构建在IP协议之上，以IP协议为基础。使用UDP协议进行数据传输具有非连接性和不可靠性。UDP提供面向非连接的，不可靠的数据传输服务。UDP没有提供流量控制，因而省去了在流量控制方面的传输开销，因而传输速度快，适用于实时、大量但对数据的正确性要求不高的数据传输。,1.UDP协议的通信端口,TCP协议用通信端口来区分同一主机上执行的不同应用程序。同样，UDP也有相同的功能，和TCP一样，UDP也是用一个长2个字节的整数号码来表示不同的程序。在TCP协议中，某些端口号已保留给特定的应用程序使用，同样，UDP协议也有保留端口。这些保留端口号，我们称之为公共端口，其他的号码，我们称为用户端口。,UDP包在以太包中的封装,UDP包格式,7.5应用层,ApplicationLayer（应用层）对应到TCP/IP协议模型的协议有很多，常用的有WorldWideWeb（WWW，全球信息网），FileTransferProtocol（FTP，文件传输协议），SimpleMailTransferProtocol（SMTP，简易邮件传输协议），Telnet（远程登录），DomainNameSystem（DNS，域名系统），SimpleNetworkManagementProtocol（SNMP，简易网络管理协议）和NetworkFilesystem（NFS，网络文件系统等）。这一节我们将一一简要介绍这些协议。,7.5.1WWW全球信息网与超文本传输协议HTTP,1.WWW全球信息网WWW全球信息网（WorldWideWeb）是目前Internet上最流行、最便捷的信息工具。WWW这个网络服务，引进了新的网络技术，其中包括引进Hypertext（超文本）与Hyperlink的概念活泼、生动、互动的文本特性提供了Internet上的服务大整合主从式结构,2.HTTP与WWW,HTTP，对于WWW而言，相当重要，因为它是WWW所使用的通信协议。超文本传输通信协议（HyperTextTransferProtocol，HTTP）是WWW客户端与WWW服务器之间的传输协议。通过这个协议，文字、图片、声音、影像等多媒体信息便可以在客户端与服务器之间传输。HTTP对在Internet上WWW服务器与用户浏览器之间的Web文本传输，是个相当重要的通讯协议，正因为如此，所以有些人把Web服务器也称为http服务器。,HTTP特点,HTTP传送的数据是MIME的格式HTTP采用主从式结构HTTP的服务器端和客户端使用默认的端口号80来做数据的传输HTTP提供了验证用户帐号和密码的安全机制HTTP提供了数据续传的功能HTTP常用的命令有Get和Post。GET表示客户端向服务器端口取得数据，也称为下载数据。POST表示客户端将数据传送给服务器端，也称为上传数据。,3.URL与WWW,当我们使用WWW来打开某网站时，常会输入类似http:/XXX.XXX.XXX形式的命令，其中http表示WWW所使用的通讯协议是HTTP，而这个命令的格式的设置，称之为URL（UniformResourceLocator，统一资源定位器）。在Internet上的网站有几百万个，如何表示要连接的服务器地址？数据以何种方式取得？数据在服务器的那一个目录中？那一个文件中？这些答案都可以利用URL来解决。其实，URL的使用并不仅局限于HTTP，对于其它服务的命令格式，如FTP。,URL的标准格式,Method:/Host（DNSorIP）:Port/File_path/File_nameMethod表示用户要对服务器请求哪种服务类型，常用的如HTTP、FTP、Telnet等。:/是用来分隔服务类型与服务器地址的符号。Host（DNSorIP）用来设置服务器的地址，可以使用其DNS（域名）名称或IP地址。:Port对于HTTP、FTP、Telnet等常用服务，在Internet上使用的是公用端口，假定服务器按照标准设置了其端口号，则这部分可以省略，否则必须指定。File_path用来指定资源在服务器内存放的路径。File_name用来指定资源的文件名称和类型。在WWW的使用上，若省略了File_path/File_name，当你连接到WWW服务器时，就会自动连接到其首页（HomePage）。,4.WWW与浏览器,WWW浏览器（Browser）的主要功能就是提供用户浏览超文本，通过它，一些文本的“多媒体特技”就可以轻松地展现在用户眼前，如动画等。目前市场上的多媒体浏览器以网景公司的Netscape和微软的Explorer为主。,5.WWW的文本格式,前面所谈到的超文本，到底是如何制作的呢？WWW的文本，它是依据HTML（HyperTextMarkupLanguage，超文本标记语言）的语法来编辑的。事实上，这个语法，目前并没有真正的标准，因此，同样的HTML语法，并不一定适合于全部的浏览器。至于如何编辑HTML的文本，由于它是属于普通的文字文本，所以通过一般的文本编辑软件即可以对其编辑。另外，目前也出现了很多工具软件专门用来编辑HTML文本，如微软公司的Frontpage、Macromedia公司的Deamweaver等。,7.5.2DNS域名系统,为了不必去记忆那些难记的IP地址，能够通过有意义的文字来记忆网络地址，便出现了域名系统（DNS，DomainNameSystem）。DNS的功能，简单地说，就是通过名称数据库将主机名称转换为IP地址。也可反向转换，即将IP地址转换为主机名称。,DNS的分层管理,顶级域名,GOV：政府机构EDU：教育性机构ARPA：ARPANET主机COM：商业机构MIL：军事组织NET：网络支持机构CN：国家代码，表示除美国以外的国家其中，COM，EDU，GOV，MIL，NET，ORG称为一般顶级域名。而CN、JP等国家代码，称为国家代码顶级域名。,1.DNS组件,域：域名的最后一部分称为域。如，这里的cn就是域。每个域还可以在细分为若干个子域。如cn域又可划分为edu、com等多个子域。域名：DNS将域名定义成主机名和子域、域的一个序列。主机名和子域、域以.分开。如，等。名称服务器：主机上的一个程序，提供域名到IP地址的映射。此外，名称服务器还可以指代一台专门用于名称服务的机器，在上面运行了名称服务器软件供客户查询。名称解析器：与名称服务器交互的客户软件，有时就简单地称作DNS客户。名称缓存:名称解析器用于存储常用信息的存贮器。,4.DNS的工作原理,电子邮件的工作原理,2.电子邮件地址,常用的电子邮件协议,常用的电子邮件协议有SMTPPOP3MIMEIMAP下面我们简要介绍一下SMTP和POP3协议。,SMTP（SimpleMailTransferProtocol）,是一组用于由源地址到目的地址传送邮件的规则，由它来控制信件的中转方式。SMTP协议属于TCPIP协议族,它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。通过SMTP协议所指定的服务器，我们就可以把电子邮件寄到收信人的服务器上了，整个过程只要几分钟。SMTP服务器则是遵循SMTP协议的发送邮件服务器，用来发送或中转发出的电子邮件。,POP3（PostOfficeProtocol3）,规定怎样将个人计算机连接到Internet的邮件服务器。它是下载电子邮件的协议。也是因特网电子邮件的第一个离线协议标准。POP3允许用户从服务器上把邮件存储到本地主机（即自己的计算机）上，允许删除保存在邮件服务器上的邮件，而POP3服务器则是遵循POP3协议的接收邮件服务器，用来接收电子邮件。,SMTP和POP3协议的运用,7.5.3Telnet协议,Telnet协议是TCP/IP协议族中高层协议的一员，是Internet远程登录服务的标准协议。应用Telnet协议能够把本地用户所使用的计算机变成远程主机系统的一个终端。通过使用Telnet，Internet用户可以与全世界许多信息中心、图书馆及其它信息资源联系。Telnet远程登录的使用主要有两种情况。第一种是用户在远程主机上有自己的帐号（Account），即用户拥有注册的用户名和口令；第二种是许多Internet主机为用户提供了某种形式的公共Telnet信息资源，这种资源对于每一个Telnet用户都是开放的,1.Telnet的工作原理,7.5.3FTP文件传输协议,FTP（FileTransferProtocol，文件传输协议）是Internet上使用非常广泛的一种通讯协议。FTP可以使Internet用户把文件从一个主机拷贝到另一个主机上，因而为用户提供了极大的方便和收益。FTP通常也表示用户执行这个协议所使用的应用程序。FTP和其它Internet服务一样，也是采用客户机/服务器方式。,FTP的工作原理,SMTP简易网络管理协议,SNMP（SimpleNetworkManagementProtocol，简单网络管理协议）首先是由Internet工程任务组（InternetEngineeringTaskForce，IETF）为解决Internet上的路由器管理问题而提出的。SNMP协议提供了一种从网络上的设备中收集网络管理信息的方法。SNMP也为设备向网络管理工作站报告问题和错误提供了一种方法。,7.5.3NFS网络文件系统,NFS（NetworkFilesystem，网络文件系统）是由Sun微系统公司（SunMicrosystem,Inc）开发并被IETF接受，纳入RFC，作为文件服务的一种标准（RFC1904，RFC1813）。NFS基于客户/服务器结构，通过RPC（远过程调用）实现。NFS主要是提供在线文件透明化的访问服务。,7.5.3IP测试命令,1.IP测试工具Ping2.测试TCP/IP协议配置工具Ipconfig3.测试TCP/IP协议配置工具Winipcfg4.网络协议统计工具Netstat,1.IP测试工具Ping,Ping命令的使用格式：Ping目的地址参数1参数2目的地址是指被测试的计算机的IP地址或是域名。后面可带的参数有：a解析主机地址。n发出的测试包的个数，缺省值为4。l发送缓冲区的大小。t继续执行Ping命令，直到用户按Ctrl+C终止。Ping命令可以在“开始/运行”中执行，也可以在MS-DOS下执行。另外一些有关的参数，可以通过MS-DOS提示符下运行Ping或Ping/?命令来查看。,Ping命令显示如下的信息,Pingingwith32bytesofdata：Replyfro