计算机网络技术第6章TCP与IP协议与Internet.ppt

第六章TCP IP协议与Internet 教学目的 1 了解TCP IP协议的特点 2 掌握IP地址结构 掌握TCP协议的工作过程 3 了解Internet的原理与结构 4 掌握Internet的IP地址与域名系统 掌握Internet的主要服务 2020 1 26 2 OSI RM模型的七层协议 应用层 向用户提供各种服务表示层 完成数据格式的转换会话层 建立会话关系传输层 在端点建立通道 保证传送的正确性网络层 负责路由选择和拥塞控制数据链路层 保证链路上数据帧的可靠传输物理层 在通信线路上传输比特流 2020 1 26 3 6 1TCP IP协议四层模型 1 TCP IP的起源2 TCP IP的层次模型3 TCP IP的工作原理 2020 1 26 4 TCP IP的起源 2 1969年美国的ARPANET网 基于这样的假设 网络层永远不会完全可靠 而完善的服务由传送层来提供 1 全称 TransmissionControlProtocol InternetProtocol 3 1983年TCP IP成为ARPANET的标准 4 Internet与UNIX系统大量使用 2020 1 26 5 TCP IP的层次模型 应用层提供各种应用程序 Telnet FTP SMTP DNS 传输层提供可靠的传输服务 确保数据无差错地到达 TCP 网络层接收来自传输层的请求 将带有目的地址的分组分发出去 IP 网络接口层 各种局域网接口 2020 1 26 6 2020 1 26 7 TCP IP的工作原理 1 应用层将数据传给传输层 2 传输层将发送的信息分成若干段 并形成TCP包 送往网际 络 层 3 网际层把来自传输层的报文分组 连同应当发送给哪个计算机的标识符及一些控制信息 形成IP包发送至网络接口层 4 网络接口层负责接收IP包 并将数据包传给指定网络主机 2020 1 26 8 6 2IP层的主要内容 1 IP层的功能 1 数据封装和产生协议头 2 选择路由 3 将数据交给其他协议 4 数据分段和重组 IP层的组成 1 IP 因特网协议 2 ICMP 因特网控制协议报文 3 ARP 地址解析协议 4 RARP 反向地址解析协议 2020 1 26 9 3 IP协议的数据格式 无连接 IP数据包由两部分组成 报头和数据 总长度不超过64KB 2020 1 26 10 4 IP地址分类 A类 大型网络 24位 B类 中型网络 16位 0 0 0 0 126 255 255 255127个A类网络 每个最多可有16777214台主机 128 0 0 0 191 255 255 25516384个B类网络 每个最多可有65534台主机 2020 1 26 11 C类 小型网络 8位 192 0 0 0 223 255 255 2552097152个C类网络 每个最多可有254台主机 D类 E类 224 0 0 0 239 255 255 255 240 0 0 0 247 255 255 255 2020 1 26 12 特殊地址 广播地址 主机号部分各位全为1的IP地址用于广播 如 136 78 255 255是一个B类地址中的一个广播地址 代表网络136 78中的所有主机 有限广播地址 255 255 255 255用于本网广播 0 地址 0 0 0 0用于本网广播 回送地址 127 X X X用于网络软件测试及本地机进程间通信 2020 1 26 13 问题1 2 1 如何根据IP值快速地判定IP是属于A类 B类还是C类 A类 第一位十进制数取值范围 0 126 B类 第一位十进制数取值范围 128 191 C类 第一位十进制数取值范围 192 223 2 IP 127 0 0 1是属于什么地址 2020 1 26 14 5 子网与子网掩码 子网的划分 P134 将一个大的网段划分成多个小的网段 改变IP地址的结构 扩展网络部分 将主机号的高位部分作为子网号 即从主机号中分出若干位作为子网号 例如 B类网络中网络号为 128 100 X X可分出子网号 128 100 100 x128 100 200 x128 100 300 x 2020 1 26 15 2 子网的寻址 先找到大的网段 再找到子网络 Gateway Internet Internet 211 66 100 1 R41 R40 R39 R31 R1 R2 R3 211 66 41 0 211 66 88 0 211 66 39 0 211 66 40 0 211 66 31 0 211 66 1 0 211 66 2 0 211 66 3 0 2020 1 26 16 3 掩码 掩码用来确定IP地址所在的网络 子网 号 缺省子网掩码 A类 255 0 0 0B类 255 255 0 0C类 255 255 255 0 2020 1 26 17 4 子网的操作 P134 IP地址与子网掩码进行 按位与 运算 结果得到IP的网络号 IP1 192 168 3 1子网掩码 255 255 255 0子网号 192 168 3IP2 192 168 3 224子网掩码 255 255 255 0子网号 192 168 3所以IP1与IP2属于同一个子网 IP1属于子网192 168 3 0IP2属于子网192 168 3 1 问题4 若子网掩码为255 255 255 128它们还属于同一个子网吗 按位与操作规则是什么 11000000 10101000 00000011 00000001 11111111 11111111 11111111 00000000 按位与 运算 11000000 10101000 00000011 00000000 2020 1 26 18 5 IP子网地址限制 一个子网地址不能取全0或者全1 子网地址必须连续 192 168 192 0 192 168 193 010001100 10110011 11011100 11001000140 179 220 200IP地址11111111 11111111 11100000 00000000255 255 224 0子网掩码 10001100 10110011 11000000 00000000140 179 192 0子网地址10001100 10110011 11011111 11111111140 179 223 255广播地址 2020 1 26 19 6 子网个数计算如果子网掩码为n比特 则子网的个数为2n如果主机部分为m比特 则子网中的主机数为2m n 2例1 对于B类网络 140 179 0 0采用3比特作为子网掩码 255 255 224 0 m 16 n 3 则总共有8个子网 每个子网最多有213 2 8190个节点 整个B类子网有8192 8 65520个节点 若不划分子网 则最多有216 2 65534个节点 节点数减少 2020 1 26 20 2020 1 26 21 例2 C类网络200 133 175 0 从主机编号中取4比特的子网ID 16个子网 每个子网14个节点 子网掩码为255 255 255 240 这16个子网对外部来说只是一个C类网 SubnetbitsNetworkNumberNodeAddressesBroadcastAddress0000200 133 175 0 1thru 14200 133 175 150001200 133 175 16 17thru 30200 133 175 310010200 133 175 32 33thru 46200 133 175 470011200 133 175 48 49thru 62200 133 175 630100200 133 175 64 65thru 78200 133 175 790101200 133 175 80 81thru 94200 133 175 950110200 133 175 96 97thru 110200 133 175 1110111200 133 175 112 113thru 126200 133 175 1271000200 133 175 128 129thru 142200 133 175 1431001200 133 175 144 145thru 158200 133 175 1591010200 133 175 160 161thru 174200 133 175 1751011200 133 175 176 177thru 190200 133 175 1911100200 133 175 192 193thru 206200 133 175 2071101200 133 175 208 209thru 222200 133 175 2231110200 133 175 224 225thru 238200 133 175 2391111200 133 175 240 241thru 254200 133 175 255 2020 1 26 22 6 IP路由技术 1 直接与间接路由直接 在本网络内的传送间接 在不同网络内的传送 通过路由器 2020 1 26 23 2 路由表目标网络 目标网络号导向信息 数据报应从哪个网络接口 输出链路 发送出去路径信息 数据报要到达的下一节点 路由器 地址是什么方式信息 指示出这一次路由是直接的还是间接的 3 路由过程第一步 确定是直接路由还是间接路由第二步 确定网络接口号 下一个路由器IP地址第三步 调用ARP 将数据通过接口发送到下一个路由器第四步 路由器根据路由表进行新的发送 直到目的地址 2020 1 26 24 4 路由选择算法 分类 非自适应路由算法 静态路由 自适应路由算法 最短路径路由选择 Dijkstra算法 孤立的路由选择分布式路由选择 距离矢量路由选择 链路状态路由选择 分级路由选择 移动主机选路 广播选路 组播选路 2020 1 26 25 7 ARP协议 1 功能 完成IP地址向MAC地址的转换 2 MAC地址网卡的48位物理地址例如 0 x00001a3c2d2f 3 ARP的工作过程YYF 192 168 100 1 与TSJ 192 168 100 200 访问 telnetTSJ 192 168 100 20 TCP IP 路由 ARP YYF MAC 0 x00001a3c2d2f 我是主机192 168 100 1 物理地址是0 x00001a3c2d2f 想知道主机192 168 100 20的物理地址 ARP TSJ MAC 0 x0000c01a2111 我是192 168 100 20 主机物理地址是0 x00001a3c2d2f 数据交换 2020 1 26 26 ARP过程 ARP请求 ARP响应 MAC地址 2020 1 26 27 问题 怎样知道本机器的MAC地址 开始 运行 winipcfg 窗口 2020 1 26 28 8 RARP协议 反向的地址解释协议 客户机不是向目标主机广播IP地址 而是以RARP报文格式广播自己的MAC地址 你的IP地址是192 168 100 1 我的MAC地址是00001a3c2d2f我的IP地址是什么 2020 1 26 29 9 ICMP协议 当路由器不能正确选择路由或传送数据 以及它检测到一个异常条件影响它转发数据报时 IP协议不能将路由器中所发生的错误或出现的问题通知到源站点 ICMP Internet控制报文协议 ICMP是IP的一部分 它允许路由器向其他路由器或主机发送差错或控制报文 它为发生差错的路由器提供了向源主机报告差错的方法 2020 1 26 30 6 3TCP层的主要内容 TCP层有两个协议 TCP与UDPTCP在不可靠的网络服务上提供面向联接的端到端的可靠字节流服务 如何标识传输联接 套接字 endpoint socket IP地址 16比特端口号 端口号的取值范围从0到655350 1024 well known 熟知 公认 端口号TCP联接是由发送方和接收方套接字来唯一标识的 2020 1 26 31 UDP是一个简单的面向数据报的协议 提供不可靠的无联接的数据报传输服务 出现各种错误时 由使用UDP的应用程序来解决 TCP提供可靠性 Telnet ftp UDP提供高速率传输性 DNS SNMP 适用于多媒体数据的发布 2020 1 26 32 1 TCP的功能 1 提供端到端的可靠通信服务对下级网络层要求不高对上级应用层不解释传输内容 2 面向联接的协议通信双方都同意才能进行通信 存在一个 联络 过程 3 重传丢失的分组 重组分组顺序 一 TCP协议 2020 1 26 33 TCP报文格式 1 报头 20字节 2 数据 源端口 16位 发送序列号 32位 确定序列号 32位 TCP校验和 任选项 32位 目标端口 16位 报头长 4位 窗口大小 16位 紧急指针 URG ACK RST URG ACK RST SYN FIN PSH 2020 1 26 34 源端口 本地通信端口 包含识别源应用程序的端口号 0 65535 目标端口 目的地通信端口 包含识别目的应用程序的端口号 序列号 指示该报文段在发送方的整个数据字节流中的位置 确定号 表示本地希望接收的下一数据字节的虚号 报头长度 指出该报文中数据的起始位置 码位 控制码 指出该报文的目的和内容 窗口大小 控本地接收缓冲区的大小 字节数 校验和 整个TCP数据报校验码 2020 1 26 35 控制码位 紧急位 URG 1表示加急数据 此时紧急指针的值为加急数据的最后一个字节的序号确认位 ACK 1表示确认序号字段有意义急迫位 PSH 1表示请求接收端的传输实体尽快交付应用层重建位 RST 1表示出现严重差错 必须释放连接 重建同步位 SYN SYN 1 ACK 0表示连接请求消息SYN 1 ACK 1表示同意建立连接消息终止位 FIN 1表示数据已发送完 要求释放连接 2020 1 26 36 3 TCP会话的建立三次握手过程 1 第一次源主机发送一个SYN标志为 1 的TCP信息包给目标主机 同时传送当前序列号码 2 第二次目标主机回答一个SYN标志为 1 ACK标志也为 1 的TCP信息包给源主机 同时传送当前序列号码 3 第三次源主机回应一个SYN标志为 1 的TCP信息包 确认连接建立 2020 1 26 37 建立TCP连接 三次握手 主机1 主机2 SYN 1 ACK 0Send Seq x SYN 1 ACK 1Send Seq y Ack Seq x 1 通知应用进程 主机1 主机2 应用进程要求连接 通知应用进程 Ack Seq y 1 SYN 1 ACK 0 Send Seq x SYN 1 ACK 0 Send Seq y SYN 1 ACK 1Send Seq x Ack Seq y 1 SYN 1 ACK 1Send Seq y Ack Seq x 1 正常连接情形 呼叫冲突 两个主机在相同的一对SOCKET之间建立连接 初始序号的设置 基于时钟的方法 2020 1 26 38 例子 主机A方向序号确认控制码主机BclosedclosedSYNsentA B100SYNSYNreceivedEstablishedB A300101SYN ACKSYNreceivedEstablishedA B101301ACKEstablished 2020 1 26 39 4 TCP的数据流重传与重组数据包 2020 1 26 40 5 TCP会话的关闭释放连接把TCP连接看成由两个方向的单工连接组成双方发送一个FIN标志置为1的TCP段 表示没有数据要发送 当FIN被确认后 那个方向的连接就被关闭 只有当两个方向的连接均关闭后 该TCP连接才被完全释放 A B FINxB A ACKx 1 2020 1 26 41 1 第一步源主机发送一个FIN标志为 1 的TCP信息包给目标主机 表示将结束会话 2 第二步目标主机回答一个TCP信息包给源主机 3 第三步源主机回应TCP信息包 会话结束 三步 2020 1 26 42 连接释放 文雅释放 主机1 主机2 FIN 1 Send Seq x Ack Seq x 1 应用进程要求释放连接 通知应用进程 应用进程要求释放连接 通知应用进程 FIN 1 Send Seq y Ack Seq y 1 整个连接释放 采用定时器方法 处理确认丢失的情况 2020 1 26 43 二 UDP协议 1 UDP报文格式UDP头部 8个字节检验和 检验和错误的UDP报文被丢弃 1的反码运算 和IP检验和类似全0表示不使用检验和 2020 1 26 44 2 UDP的端口可读写的软件结构 接收端首先判断UDP报头中目的端口是否与当前使用的某端口相匹配 若相匹配则接收 否则丢失该数据报 3 一些公认的服务端口端口号服务21ftp23telnet25smtp70gopher80http 2020 1 26 45 课堂练习 1 使用缺省的子网掩码 IP地址为201 100 200 1的主机的网络地址和主机地址是什么 2 设网络地址为192 168 230 0 为建立10个子网需要占用地址的主机部分是多少位 此时的子网掩码是什么 2020 1 26 46 6 4Internet概述 一 Internet的工作原理二 因特网的连接与测试三 因特网的主要应用 2020 1 26 47 一 Internet的工作原理 1 因特网的协议TCP IP协议是因特网的基本传输协议 2 IP地址IP地址用来唯一确定因特网上每台计算机的位置 在TCP IP协议中 规定分配给每台主机一个32位二进制数字作为该主机的IP地址 因特网上发送的每个数据包都包含了32位的发送方地址和32位的接收方地址 网络中的路由器正是根据接收方的IP地址来进行路径选择的 因此 在因特网上 IP地址是一个非常重要的标识符 2020 1 26 48 五种IP地址类 2020 1 26 49 3 域名和域名系统 1 域名结构 计算机名 组织机构名 网络名 最高层域名例 202 116 32 4国际项级域名中文域名域名解释过程 2020 1 26 50 组织性最高层域名 计算机网络第7章网络互联 2020 1 26 51 2 域名系统DNS 域名服务 DNS工作过程 假设一个用户在域名为的计算机上发出查询的命令 则DNS的工作过程如下 客户向域名为的本地域名服务器发出查询请求 本地域名服务器向cn顶级域名服务器发出查询地址的请求 cn顶级域名服务器返回给本地服务器一个IP地址 指向域名服务器 本地域名服务器又向域名服务器发出地址的请求 域名服务器将域名服务器的IP地址返回给本地域名服务器 2020 1 26 52 本地域名服务器再向域名服务器发出地址的请求 域名服务器将的IP地址返回给本地域名服务器 本地域名服务器将查询过程中得到的所有信息都分类保存到数据库中 并将的IP地址返回给客户 由于各级域名服务器的高速缓冲中都可能保留有以前查询过的结果 因此 真实的查询过程可能要简单得多 当下次客户再查询该域名时 可直接从本地域名服务器中找到它的IP地址 2020 1 26 53 二 因特网的连接与测试 1 Internet的联接方式 1 普通电话线拨号上网拨号 验证身份 上网 关闭 断开联接 2 ISDN数字电话 一线通 拨号上网 3 局域网接入安装网卡网上邻居 属性 添加协议网上邻居 属性 TCP IP 属性 4 其它方式ADSL DDN专线 有线电视网上网 2020 1 26 54 2 连接测试 1 Ping操作功能 用于检查网络连接及主机是否可达 支持IP和IPX网络协议 命令格式 Ping ip Rdnqrv ccount ppattern spacketsize ttimeout hostname R记录路由 缺省为不记录路由 d设置Socket为Debug模式 缺省为非 n将hostname直接作为IP地址 而不需作域名解析 缺省为智能方式 q除统计数字外 不显示其他信息 r不经路由选择而将ECHO REQUEST报文送往直接相连的网络 缺省为经过路由选择 v显示接收到的非ECHO RESPONSE其他ICMP报文 缺省为不显示 ccount发送ICMPECHO REQUEST报文次数 缺省为5次 ppattern设置对ECHO REQUEST报文填充字节 pattern为填充内容 2020 1 26 55 spacksize设置ECHO REQUEST报文长度 不包括IP和ICMP报文头 缺省为56 ttimeout在发送完ECHO REQUEST后 等待ECHO RESPONSE的超时时间 以ms为单位 缺省为2000ms hostname 目标主机域名或IP地址 例 2020 1 26 56 2 tracert操作功能 用于检查网络连接及主机是否可达 所经过的路由器地址 命令格式 tracerthostname例 tracert218 19 174 8 3 测试TCP IP协议配置工具ipconfig 2020 1 26 57 2020 1 26 58 三 因特网的主要应用 1 WWW服务Web服务器 提供Internet服务的服务器浏览器 访问Web服务器 解释网页文件 HTML文档 IE NavigatorHTTP协议 超文本传输协议 处于TCP IP层次的应用层URL 统一资源定位器 格式为 协议 服务器地址 端口 存放信息的路径 2020 1 26 59 2 E mail服务E mail服务器 承担邮件的传送 邮箱E mail地址 用户名 服务器域名通信协议 SMTP POP3E mail客户软件 如OutlookExpress常用符号 高兴 忧伤 生气 眨眼 D大笑8 惊讶 2020 1 26 60 3 FTP服务FTP服务器 设定用户账号 密码 权限 公共账号为 anonymous 密码 guestFTP的使用 通过浏览器访问FTP ftp 218 19 172 8 通过FTP专用软件 cuteftp leapftp 通过FTP命令方式 操作如下 a 进入DOS状态 b 键入ftp按回车 c ftp open202 116 44 67 d 输入用户名 如匿名anonymous e 输入密码 如guest f 进行各种文件 目录操作 dir pwd get put g close h bye 2020 1 26 61 4 Telnet服务所谓远程登录 Telnet 就是用户的计算机通过互联网络进入远端的计算机系统 可以实时使用远端计算机对外开放的全部资源 Telnet与FTP的区别在于 Telnet把用户的计算机当成远端计算机的一台终端 用户一旦登录成功 就具