第4章 TCPIP协议集.ppt

第4章TCP IP协议集 学习目标 在计算机网络的众多协议中 TCP IP是应用最广泛的 本章主要讲述TCP IP参考模型的基本知识 主要包括TCP IP协议集 IP地址的结构和分类 子网划分规则等内容 通过本章学习 读者应该能够根据不同的网络环境 熟练地设置IP地址及划分子网 学习要点 1 熟悉TCP IP协议集2 熟练掌握IP地址的结构和分类3 理解并掌握特殊的IP地址4 熟悉子网划分规则 掌握子网划分技术 4 1TCP IP协议集 某同学在用QQ聊天程序进行聊天时发现 他在聊天窗口中发送的即时消息总是能可靠 准确地传送到对方 即使是因为某些原因即时消息发送不成功 也会给出提示信息 但是当他和同一个目标进行语音或者视频聊天时 则不会如此 经常出现数据丢失 以至于图像和声音不连续 这是为什么呢 怎么样才能确保数据在网络中准确 可靠 迅速地传输 4 1 1TCP IP网际层协议 在TCP IP层次结构包含的四个层次中 只有3个层次包含实际的协议 TCP IP中各层的协议如图4 1所示 图4 1TCP IP层次结构与TCP IP协议集对照 4 1 1TCP IP网际层协议 网际层协议主要包括 1 网际协议Internet是由许多网络相互连接之后构成的集合 将整个Internet粘合在一起的正是网际协议 InternetProtocol IP 2 地址解析协议地址解析协议 AddressResolutionProtocol ARP 就是用来确定IP地址与物理地址之间的映射关系 反向地址解析协议 ReversAddressResdotionPrstocol RARP 负责完成物理地址向IP地址的转换 4 1 2传输层协议 3 网际控制消息协议网际控制消息协议 InternetControlMessageProtocol ICMP 允许主机或路由器报告差错情况 提供有关异常情况的报告 一般来说 ICMP报文提供针对网络层的错误诊断 拥塞控制 路径控制和查询服务四项大的功能 4 网际主机组管理协议点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议 InternetGroupManagementProtocol IGMP 来完成 它主要负责报告主机组之间的关系 以便相关的设备 路由器 可支持多播发送 4 1 2传输层协议 1 传输控制协议传输控制协议 TransmissionControlProtocol TCP 是传输层的一种面向连接的通信协议 它提供可靠的 按序传送数据的服务 对于大量数据的传输 通常都要求有可靠的数据传送 TCP提供的连接是双向的 即全双工的 前面问题中提到利用QQ聊天程序进行聊天时 即时消息能准确 可靠 迅速地传输是因为采用了TCP协议 TCP是面向连接的协议 即使数据没有发送出去 它也会通过ICMP给出提示信息 4 1 2传输层协议 2 用户数据报协议用户数据报协议 UserDatagramProtocol UDP 的创立是为了向应用程序提供一条访问IP的无连接功能的途径 使用该协议 源主机有数据就发出 它不去管发送的数据包是否到达目标主机 数据包是否出错 收到数据包的主机也不会告诉发送方是否收到数据 因此 它是一种不可靠的数据传输方式 QQ聊天程序中话音和视频信息的传输采用的是UDP协议 所以在网络性能不佳时 便会出现数据的丢失 导致图像和声音不连续 4 1 3应用层协议 1 超文本传输协议超文本传输协议 HypertextTransferTextProtocol HTTP 是WWW浏览器和WWW服务器之间的应用层通信协议 它保证正确传输超文本文档 是一种最基本的C S 即客户机 服务器 访问协议 2 文件传送协议文件传送协议 FileTransferProtocol FTP 用来实现主机之间的文件传送 它采用C S模式 使用TCP提供可靠的传输服务 是一种面向连接的协议 4 1 3应用层协议 3 远程登录协议远程登录协议 TELNET 是一个简单的远程终端协议 采用C S模式 用户用TELNET可通过TCP连接注册 即登录 到远地的另一个主机上 使用主机名或IP地址 4 简单邮件传送协议简单邮件传送协议 SimpleMailTransferProtocol SMTP 是一种提供可靠且有效电子邮件传输的协议 建立在FTP文件传输服务上 主要用于传输系统之间的邮件信息并提供与来信有关的通知 5 域名解析协议域名解析协议 DomainNameSystem DNS 用来把便于人们记忆的主机域名和电子邮件地址映射为计算机易于识别的IP地址 6 简单网络管理协议简单网络管理协议 SimpleNetworkManagementProtocol SNMP 是专门用于IP网络管理网络节点 服务器 工作站 路由器 交换机及HUBS等 的一种标准协议 7 动态主机配置协议动态主机配置协议 DynamicHostConfigurationProtocol DHCP 可以实现为计算机自动配置IP地址 4 1 3应用层协议 4 1 3应用层协议 许多协议都用端口 port 号来识别应用层实体 以便准确地把信息提交给上层对应的协议 进程 如FTP使用的端口号是21 TELNET使用的端口号是23 HTTP使用的端口号是80 SMTP使用的端口号是25等 4 2IP编址 我们在寄信的时候 邮局通过信封上的地址和邮政编码能将信件准确地送到对方手中 那么 在网络这个虚拟的世界中 数据是通过什么地址准确地送到目的主机的呢 一 物理地址与IP地址 1 地址 用来标识网络系统中的某个资源 也称 标识符 通常分为三类 名字 地址 路径 2 为什么不用物理地址统一全网地址 物理地址的长短 格式各不相同 物理地址被固化在网络设备中 物理地址属于非层次化的地址 4 2 1IP编址 在不更换网络设备的前提下 主机的MAC地址好比我们脚下的这片土地在地球上的经纬度 它是物理的 永远不会改变 而主机IP地址的指定则好比这片土地的命名 会随着城市的建设与发展而改变 它是逻辑的 是允许变化的 4 2 1IP编址 1 组成 IP地址由32位组成 包括三个部分 地址类别 网络号和主机号 4 2 1IP编址 1 点分十进制表示法 192 168 10 58 2 后缀标记法在IP地址后加 后的数字表示网络号位数 如129 16 7 31 16 其中16表示网络号占16位 11000000101010000000101000111010 2 IP地址的表示 4 2 1IP编址 3 IP地址分类 IP地址划分为五类 如表所示 4 特点 1 0 0 1 126 255 255 254 128 1 0 1 191 254 255 254 192 0 1 1 223 255 254 254 224 0 0 0 239 255 255 255 预留 0 27 2 224 2 10 214 2 216 2 110 221 2 28 2 1110 用于多播 1111 A类地址范围 00000000000000000000000000000000 0 0 0 0 有效的A类地址范围 01111111111111111111111111111111 127 255 255 255 00000001000000000000000000000001 1 0 0 1 01111110111111111111111111111110 126 255 255 254 B类地址范围 10000000000000000000000000000000 128 0 0 0 有效的B类地址范围 10111111111111111111111111111111 191 255 255 255 10000000000000010000000000000001 128 1 0 1 10111111111111101111111111111110 191 254 255 254 C类地址范围 11000000000000000000000000000000 192 0 0 0 有效的C类地址范围 11011111111111111111111111111111 223 255 255 255 11000001000000000000000000000001 192 0 1 1 11011111111111111111111011111110 223 255 254 254 A B C三类地址的具体比较 要判断一个IP地址是属于哪一类IP 只要看它的第一个字节的大小 A B C三类地址的具体比较如表4 1所示 三 几种特殊的IP地址 1 广播地址 主机号全为1的地址称为广播地址 用来标识网络上所有的主机 192 168 2是一个C类网络地址 它的广播地址是 192 168 2 255 168 13 45 67的广播地址是多呢 168 13 255 255 2 有限广播地址 32位全为1的地址称为有限广播地址 用于在本网内广播 即255 255 255 255 192 168 2是一个C类网络地址 它的有限广播地址是 255 255 255 255 168 13 45 67的有限广播地址是多呢 255 255 255 255 结论 任何网络的有限广播地址均为255 255 255 255 3 网络地址 0 地址 主机号全为0 表示 本地网络 如172 18 0 0表示172 18这个B类网络 表示的是193 152 4 0这个C类网络 193 152 4 0表示的是什么呢 4 回送地址 以127开始的IP地址是作为一个保留地址 确定本机是否正确配置了TCP IP协议 ping127 0 0 1的作用是什么 如127 0 0 1 它代表本地主机 用于网络软件测试及本地主机进程间通信 五 私有地址 IETF分配了具体的A类 B类 C类地址供单位内部网使用 A类 10 0 0 0 10 255 255 255B类 172 16 0 0 172 31 255 255C类 192 168 0 0 192 168 255 255 某公司申请了一个B类网络地址168 16 0 0 该网络可以容纳216台主机 这么多主机在不使用路由设备的单一网络中是无法正常工作的 且通常只用其中很少的一部分IP地址 从而造成了大量的IP地址的浪费 加之 网络主机数量太多也不方便管理 我们怎么解决这个问题呢 4 2 2子网技术 一 子网 出于对管理 性能和安全方面的考虑 许多单位把单一网络划分为多个物理网络 并使用路由器将它们连接起来 子网划分 Subnetting 技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络 如图所示 这些物理网络统称为子网 划分子网的原因 充分使用地址 划分管理职责 提高网络性能 二 子网划分的层次结构 确定了一个站点 确定了一个物理子网 确定了与子网相连的主机地址 为了划分子网 可以将单个网络的主机号分为两个部分 其中一部分用于子网号编址 一部分用于主机号编址 划分子网号的位数取决于具体的需要 子网所占的比特越多 则可以分配给主机的位数就越少 假设一个B类网络172 17 0 0 将主机号分为两部分 其中 8位用于子网号 另外8位用于主机号 那么这个B类网络就被分为254个子网 每个子网可以容纳254台主机 请比较以下这两个地址 172 25 16 51 没划分子网 172 25 16 51 划分了子网 子网掩码 三 子网掩码 1 子网掩码 SubnetMask 的作用 指出哪些位对应于网络地址 网络号和子网号 以及哪些位对应于主机地址 2 子网掩码的取值 对应于IP地址中网络地址 网络号和子网号 的所有位都置为 1 对应于主机位的所有位置都设为 0 3 子网掩码表示方法 1 点分十进制 表示法用 点分十进制 法表示标准的A类 B类 C类网络地址的默认子网掩码 如表所示 3 子网掩码表示方法 2 网络前缀标记法网络前缀标记法是一种表示子网掩码中网络地址长度的方法 用网络前缀标记法表示标准的A类 B类 C类网络地址的默认子网掩码 如表所示 4 如何使用子网掩码来区分同一IP地址 TCP IP对子网掩码和IP地址进行 按位与 操作 从而得出网络地址 例1 计算没有划分子网的IP地址172 25 16 51的网络地址 B类IP地址172 25 16 51 10101100000110010001000000110011 子网掩码255 255 0 0 11111111111111110000000000000000 按位逻辑与 网络地址 1010110000011001 运算结果 IP地址 172 25 16 51 子网掩码 255 255 0 0 网络地址 172 25 例2 计算划分了子网的IP地址172 25 16 51的网络地址 B类IP地址172 25 16 51 10101100000110010001000000110011 子网掩码255 255 255 0 11111111111111111111111100000000 按位逻辑与 网络地址 101011000001100100010000 运算结果 IP地址 172 25 16 51 子网掩码 255 255 255 0 网络地址 172 25 16 4 如何使用子网掩码来区分同一IP地址 6 非边界子网掩码 使用主机号中的某几位用于划分子网 四 子网划分的规则 子网号不能全为 0 全为 0 时 表示的是本子网网络 子网号不能全为 1 全为 1 的地址用于向子网广播 五 划分子网的步骤 1 确定需要多少子网号来标识网络上的每个子网 2 确定需要多少主机号来标识每个子网上的每台主机 3 定义符合要求的子网掩码 4 确定标识每一个子网的网络地址 5 确定每一个子网上所使用的主机地址的范围 六 子网划分的实例 有一个C类网络192 168 6 0 该网络中有100台主机 请将该网络划分成两个子网 如图所示 步骤如下 1 确定用几位来标识子网号和每个子网中的主机台数 1 2 0 不能 4 2 2 64 62 能 3 8 6 32 30 不能 结论 用第4字节中的前两位来表示子网号 每个子网最多可有62台主机 2 确定子网掩码 C类网络192 168 6 0 11111111 11111111 11111111 11000000 子网掩码 255 255 255 192 3 确定每个子网的网络地址 192 168 6 01000000 192 168 6 64 192 168 6 10000000 192 168 6 128 原有的网络号 子网络号 网络地址 4 确定每个子网上所使用的主机地址范围 192 168 6 64 子网一 192 168 6 01000001 192 168 6 01111110 主机地址范围为 192 168 6 65 192 168 6 126 192 168 6 128 子网二 192 168 6 10000001 192 168 6 10111110 主机地址范围为 192 168 6 129 192 168 6 190 划分子网后的效果图 下图给出了划分子网后的网络效果图 并且对每个子网各台主机的地址进行了配置 4 2 3可变长子网的划分 在实际工程实践中 可以进一步将网络划分成三级或者更多级子网 同时 可以考虑使用全0和全1子网以节省网络地址空间 4 2 3可变长子网的划分 在RFC1878中定义了可变长子网掩码 VariableLengthSubnetMask VLSM VLSM规定了如何在一个进行了子网划分的网络中的不同部分使用不同的子网掩码 这对于网络内部不同网段需要不同大小子网的情形来说是非常有益的 实例 某公司有两个主要部门 市场部和技术部 市场部有员工56人 技术部又分为硬件部和软件部两个部门 各有员工28人 该公司申请到了一个完整的C类IP地址段 210 31 233 0 子网掩码255 255 255 0 为了便于分级管理 该公司准备采用VLSM技术 将原主网络划分为两级子网 不考虑全0和全1子网 请给出可变长子网划分方案 分析 1 一个能容纳56台主机的子网 用主机号中的2位 第4字节的最高2位 进行子网划分 产生4个子网 除去全 0 和全 1 的子网 还有210 31 233 64 26和210 31 233 128 26两个子网可用 这种子网划分允许每个子网有62台主机 26 2 选择210 31 233 64 26 子网掩码为255 255 255 192 作为网络号 该一级子网共有62个IP地址可供分配 它能满足市场部的需求 下表中给出了能容纳62台主机的一个子网 分析 2 两个能容纳28台主机的子网为满足2个子网各能容纳28台主机的需求 可以使用一级子网中的第2个子网210 31 233 128 2