多媒体技术基础-19TCP-IP协议套ppt课件

第19章TCP/IP协议套,19章TCP/IP协议套,2,第19章TCP/IP协议套目录,19.1因特网的参考模型19.1.1ISO/OSI参考模型19.1.2因特网参考模型19.1.3面向连接服务与无连接服务19.1.4TCP/IP的核心协议19.2因特网上的地址19.2.1电子邮件地址19.2.2网际协议(IPv4)地址19.2.3网际协议(IPv6)地址19.2.4MAC地址19.2.5域名地址和域名系统19.2.6统一资源地址(URL),19.3应用层上的协议19.3.1应用层简介19.3.2超文本传输协议(HTTP)19.3.3部分常用协议介绍19.4传输层上的协议19.4.1传输层简介19.4.2端口和套接口的概念19.4.3TCP协议19.4.4UDP协议19.5网络层上的协议19.5.1网络层简介19.5.2网际协议(IPv4)19.5.3网际协议(IPv6)19.5.4相关的核心协议,19章TCP/IP协议套,3,第19章TCP/IP协议套,TCP/IP协议是美国国防部高级研究计划署(ARPA)负责开发的通过互联网络进行通信的一组协议，称为传输控制协议/网际协议套，并已成为因特网上的数据传输标准TCP/IP是其中的两个协议，支配因特网上所有联网计算机之间的通信IP确定信息包到达目的地的路径TCP确保信息包正确到达目的地,19章TCP/IP协议套,4,19.1因特网的参考模型,为减少网络设计的复杂性，网络设计人员把整个数据交换过程划分成层(layer)，并制定了各层上执行的协议，以便于分层管理网络软硬件及其执行过程ISO/OSI参考模型和TCP/IP参考模型,19章TCP/IP协议套,5,19.1因特网的参考模型,图19-1ISO/OSI参考模型,19章TCP/IP协议套,6,19.1因特网的参考模型(续1),19.1.2因特网参考模型(TCP/IP参考模型)因特网参考模型(Internetreferencemodel)也称TCP/IP参考模型(TCP/IPreferencemodel)传输控制协议(TransmissionControlProtocol，TCP)/网际协议(InternetProtocol，IP)参考模型因特网参考模型有两个版本4层模型：应用层、传输层、网络互连层(InternetworkingLayer)和网络接入层(NetworkAccessLayer)；第n层上交换的消息用“第n层协议数据单元(layer-nprotocoldataunit，PDU)”表示，简写成n-PDU,19章TCP/IP协议套,7,19.1因特网的参考模型(续2),5层模型：应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层；从第15层的PDU用下面的名称,19章TCP/IP协议套,8,19.1因特网的参考模型(续3),TCP/IP模型与ISO/OSI模型没有一一对应关系通常认为5层模型中的应用层与7层模型中的第5、6和7层相对应,表19-2TCP/IP参考模型概要,19章TCP/IP协议套,9,19.1因特网的参考模型(续4),各层的主要功能(1)应用层处理各种网络应用，如文件传输服务和电子邮件服务(2)传输层响应来自应用层的服务请求并向网络层提出服务请求，提供端对端的数据传输服务，包括流程控制和错误控制执行面向连接服务的TCP协议或无连接服务的UDP(UserDatagramProtocol)协议，把来自应用层的消息递送给相邻网络单元的应用层(3)网络层响应来自传输层的服务请求并向数据链路层提出服务请求执行网际协议(IP)和网际控制消息协议(ICMP)，安排数据包从源端到达终端的行程，包括将网络地址翻译成物理地址、确定数据包通过数据链路层从发送端到达接收端所要经历的路径、执行路径选择、流程控制和错误控制等,19章TCP/IP协议套,10,19.1因特网的参考模型(续5),(4)数据链路层响应来自互联网络层的服务请求并向物理层提出服务请求。执行的协议包括Ethernet协议、ATM协议和点对点协议(Peer-to-PeerProtocol，PPP)。由于数据包有可能要途经好几个链路才能从源端到达终端，因此在这层上执行的协议将处理数据打包、数据寻址和流程控制等事宜。(5)物理层执行来自数据链路层的请求服务。其主要职责是把整个数据从一个网络单元递送到相邻的网络单元这层的协议与实际的传输媒体密切相关，如双绞线或光纤。在这一层上要确定数据流的位速率、传输电压的高低、编码方法和调制方式等传输方法,19章TCP/IP协议套,11,19.1因特网的参考模型(续6),19.1.3面向连接服务与无连接服务TCP/IP网络提供两种类型的服务使用TCP协议提供的“面向连接服务”使用UDP协议提供的“无连接服务”网络上的任何一种服务都必须使用其中之一1.面向连接服务收发双方需要建立逻辑连接的网络服务面向连接(connection-oriented)：修饰或说明在传输数据时要求在网络上的两个节点之间建立连接的数据传输方法，这种连接持续到整个数据成功交换完毕为止传输数据需经历三个阶段：建立连接、传输数据和断开连接注：PSTN网络是典型的面向连接的网络，因为它们在通话期间需要专门的通信通道,19章TCP/IP协议套,12,19.1因特网的参考模型(续7),被认为是可靠的服务提供了3项技术保证确认(acknowledgements)当收到数据包时，接收端向发送端发送确认信号；发送端接收到确认信号时，说明相应的数据包已经收到流程控制(flowcontrol)接收端可能因为忙于其他任务或限于它的处理能力，需要限制发送端发送数据包的速率，这可在开始沟通时告诉发送端需要限制的速率拥挤控制(congestioncontrol)当网络出现拥挤时，交换机中的缓冲存储器可能发生溢出，导致数据包丢失，面向连接服务提供限制传输速率的方法,19章TCP/IP协议套,13,19.1因特网的参考模型(续8),2.无连接服务在传输数据之前收发双方不需要建立连接的服务由于每个数据包都自带源地址和目的地址，因此传输数据之前不建立连接也能到达目的地，接收端不向发送端回送响应信息，因此它不提供可靠的按顺序方式的数据传送不可靠传输(unreliabletransmission)收发双方在传输数据之前不建立连接的传输；执行这种传输的通信协议叫做无连接协议(connectionlessprotocol)无连接协议是不可靠协议(unreliableprotocol)“不可靠”是指尽最大努力把数据包传输到对方，但不使用复杂的确认方法，因此不能保证数据传送的带宽、到达目的地的时间和数据的完整性。,19章TCP/IP协议套,14,19.1因特网的参考模型(续9),使用用户数据包协议(UDP)来调用无连接服务发送端简单地把数据包送到网络上，在传送数据包之前收发双方没有沟通过程，也没有对方来的确认，因而也不知道接收端是否接收到。无连接服务既没有拥挤控制功能，也没有流程控制功能,19章TCP/IP协议套,15,19.1因特网的参考模型(续10),表19-4TCP/IP的核心协议,19章TCP/IP协议套,16,19.2因特网上的地址,在计算机网络通信中，地址是给网络上的特定计算机或站点指定的唯一代码、名称或标记。因特网地址(Internetaddress)类似于信函上的地址，告诉传送系统把消息递送到何处在因特网上常见的地址有四种类型电子邮件地址(e-mailaddress)网际协议地址(IPaddress)媒体接入控制地址(MACaddress)统一资源定位地址(URL),19章TCP/IP协议套,17,19.2因特网上的地址(续1),19.2.2网际协议(IPv4)地址1.IP地址概要每台连网设备必须要有唯一地址才能在网上通信IP地址就是执行IP协议并参与网络通信的设备地址两种形式的地址网际协议地址/IP地址(InternetProtocoladdress/IPaddress)：机器可识别的用数字表示的地址，如00域名地址(domainnameaddress)：人比较容易看懂的用字母表示的地址，如,19章TCP/IP协议套,18,19.2因特网上的地址(续2),域名地址和IP地址的分配和管理由美国国家科学基金会于1993年成立的因特网信息中心(InternetNetworkInformationCenter，简写成InterNIC)注册服务部门进行分配和注册美国政府已于1998年授权非官方的非营利公司“互联网名称与数字地址分配公司(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers,ICANN)”担当这个角色。ICANN()从当年9月18日开始管理IP地址、域名、根服务器和端口号、协议号等协议参数现用IPv4地址32位的地址，能标识232(大约43亿)台计算机目前还没有普遍使用的IPv6地址是一个128位的地址，理论上能标识2128(大约3.4031038)台计算机,19章TCP/IP协议套,19,19.2因特网上的地址(续3),在TCP/IP模型中，通常认为应用层、传输层和网络层使用IP地址，数据链路层和物理层使用MAC地址，如图19-2所示。,图19-2TCP/IP参考模型边界,2.地址类型IPv4地址由两部分组成：标识网络的网络地址(称为网络ID)和标识主机的主机地址(称为主机ID),19章TCP/IP协议套,20,19.2因特网上的地址(续4),IP地址分成5类IP地址详细结构见图19-3,图19-3IPv4地址结构,19章TCP/IP协议套,21,19.2因特网上的地址(续5),特点和应用A类地址：用于有许多机器连网的大型网络，使用24位的主机地址来标识连网计算机，而网络地址使用7位来限制可被识别的网络数目B类地址：用于连网机器数目和网络数目都为中等程度的网络，使用16位的主机地址和14位的网络地址C类地址：用于连网机器数目少(最多256台)而网络数目多的网络D类地址：用于多目标广播E类地址：保留作为实验和将来使用,A类：大型网络网络地址.主机地址.主机地址.主机地址1.x.y.z126.x.y.zB类：数目中等网络地址.网络地址.主机地址.主机地址128.x.y.z191.x.y.zC类：机器较少、网络数多网络地址.网络地址.网络地址.主机地址192.x.y.z223.x.y.z,19章TCP/IP协议套,22,19.2因特网上的地址(续6),3.地址表示法32位的IP地址分成4组，每组为8位，用4个十进制数表示，并用句点(.)隔开，每个数都小于256。例如10100110011011110000000101000010，用4个十进制数表示成6，是某个大学的一台服务器地址11001010011000000011110110101000，用4个十进制数表示成68，是某个电报局的一台服务器地址如果用w,x,y,z分别表示这4个字节，A，B和C类地址的范围见表19-5使用IP地址可确定数据是否要通过网关设备送出如果网络地址与当前的网络地址相同就不必通过网关设备,19章TCP/IP协议套,23,19.2因特网上的地址(续7),*127保留，用于测试,表19-5A，B和C类地址范围,19章TCP/IP协议套,24,19.2因特网上的地址(续8),4.子网掩码子网(subnet)由共享特定子网地址即具有相同网络ID的节点构成的网络一个局域网(LAN)是一个子网，子网(由通信链路、路由器、网桥和主机构成)是大网络中的一部分，在物理上可能是独立的网络段，通过子网号与其他子网分开使用子网有很多好处，如寻找子网内的设备的效率比较高，管理比较简单，子网内的广播比较方便等子网掩码(subnetmask)为便于确定当前数据传输的网络是远程网络还是本地网络，可用一个32位二进制数来鉴别IP地址中的网络地址和主机地址，这个32位二进制数叫做“子网掩码(subnetmask)”默认的子网掩码见图19-4,19章TCP/IP协议套,25,19.2因特网上的地址(续9),图19-4默认子网掩码,19章TCP/IP协议套,26,19.2因特网上的地址(续10),子网地址域可用主机地址域创建例如，在图19-5所示的B类地址中假设划分子网前的网络地址为，最后两个0表示整个网络；划分子网后，地址，和都是网络的子网如果这个网络的子网掩码设置为，其含义是这个网络最多可有28-2=254个子网，其中的2表示一个网络地址和一个广播地址不作为子网每个子网最多可有28-2=254台主机对A类和C类地址，可仿效B类地址的创建方法子网掩码的设置从子网地址域中的最高位开始，左边的位全部设置为1，右边的位全部设置为0。对于A类地址，子网掩码的最高8位都设置为1，B和C类地址的掩码见表19-6,19章TCP/IP协议套,27,19.2因特网上的地址(续11),图19-5用主机地址创建子网地址,19章TCP/IP协议套,28,19.2因特网上的地址(续12),1.子网位数/主机位数；2.最多的子网数；3.每个子网最多的主机数,表19-6B和C类子网掩码参考值,19章TCP/IP协议套,29,19.2因特网上的地址(续13),19.2.5域名地址和域名系统1.域名地址由于人们不容易阅读使用4个十进制数表示连网机器和网络的IP地址，因此许多系统都采纳对人更容易阅读和理解的“域名地址(domainnameaddress)”域名是因特网上标识某台计算机或计算机组的唯一名称，用几个名称或号码表示，有些域名还可用于标识计算机的方位域名地址是用域名表示的连接到因特网的设备的地址。在树形分级域名系统中，使用文字来标识服务器、组织和类型,19章TCP/IP协议套,30,19.2因特网上的地址(续14),域名分为顶级、二级、三级等，级别越低域名越长。顶级域名(top-leveldomain，TLD)有三类(1)国家和地区，如cn(中国)(2)国际TLD，int(仅此一个)(3)普通TLD(GenericTLD，gTLD)，如edu(教育)域名格式以一组嵌套层次的名字为基础，并用点号(.)作为分隔符,19章TCP/IP协议套,31,19.2因特网上的地址(续15),表19-7通用顶级域,*.int(internationaltreatiesbetweengovernmentsonly)，政府间的国际条例*.biz和.com概念上等价，市场不同,19章TCP/IP协议套,32,19.2因特网上的地址(续16),2.域名系统域名系统(domainnamesystem，DNS)把域名地址变换成IP地址的分布数据库系统，见图19-7，用于查找与主机的域名地址相对应的物理地址，如将域名地址翻译为用0表示的IP地址；为域名系统制定的DNS协议是在应用层上执行的协议。域名服务器(domainnameserver，DNS)根据域名系统执行域名地址和IP地址之间转换的软件，维护一个含有域名地址和相应IP地址的数据库实质上是一张两列的查找表，其中一列是用于帮助记忆的计算机名字即域名地址(如)，另一列是用数字表示的IP地址(如0)。域名服务(domainnameservice，DNS)通过软件把用文字表示的域名地址转换成用数字表示的IP地址的，即通过域名地址来查找网络上的计算机的服务,19章TCP/IP协议套,33,19.2因特网上的地址(续17),图19-7分布式分层数据库,19章TCP/IP协议套,34,19.2因特网上的地址(续18),19.2.6统一资源地址(URL)统一资源地址(UniformResourceLocator，URL)：信息资源在因特网上的地址统一资源标识符(UniformResourceIdentifier，URI)：标识因特网上信息资源的名称和地址的字符串URL指明了访问资源时所用的协议、资源所在地的服务机名称、资源路径和资源名称。例如，,19章TCP/IP协议套,35,19.2因特网上的地址(续19),图19-8统一资源地址的结构,19章TCP/IP协议套,36,19.3应用层上的协议,19.3.1应用层简介应用层在因特网参考模型中的最高层，是执行各种网络应用协议的准备层，也是实现用户与计算机互动的接口层应用层协议主要用于描述与网络操作系统注互动的方法，包括文件的管理、任务的划分、数据的格式、资源的分配、进程的管理等，负责把文件从一台计算机传送到另一台计算机。数据打包和传送的任务则交给执行下一层协议的软件去完成最典型的应用是万维网(WWW,Web)万维网是能够在服务机和客户机之间通过因特网交换文档、图像、声音和影视的信息系统,19章TCP/IP协议套,37,19.3应用层上的协议(续1),组成万维网的4个核心部分(1)超文本传输协议HTTP(2)文档格式标准，如HTML和XML(3)执行HTTP协议的Web浏览器，如微软公司的IE(InternetExplorer)浏览器、MozillaFoundation的Firefox浏览器(4)执行HTTP协议的Web服务器,如美国ApacheSoftwareFoundation公司()在1995年开发的源代码开放的Apache，可在UNIX/Linux/WindowsNT操作系统下运行HTTP协议是在应用层上执行的协议，它是万维网获得巨大成功的一项关键技术。,19章TCP/IP协议套,38,19.3应用层上的协议(续2),图19-9应用层协议提供的服务,19章TCP/IP协议套,39,19.3应用层上的协议(续3),执行应用层协议的软件有两个单独的部分：一部分软件在服务机上运行，称为执行XXX协议的服务器(server)，另一部分在客户机上运行，称为客户程序(client)。例如在服务机上执行HTTP协议的软件叫做HTTP服务器或称为Web服务器在客户机上执行HTTP协议的软件叫做浏览器(browser)在服务机和客户机上的许多软件包都是组合了执行多种协议的应用程序。例如微软公司的IE(InternetExplorer)浏览器MozillaFoundation(非赢利组织)的Fixfox浏览器集成了Web浏览器和电子邮件读写器等应用程序，把用户、应用层协议和传输层协议链在一起,19章TCP/IP协议套,40,19.3应用层上的协议(续4),19.3.2超文本传输协议(HTTP)超文本传输协议(HypertextTransferProtocol，HTTP)是在服务机和客户机之间传送超文本文档的通信协议，用于分布式超媒体信息系统主要功能是建立与Web服务器的连接和给客户浏览器传送HTML网页使用1993年发布的HTTP1.0(RFC1945)协议时，每当请求相同页面上或同一站点的不同页面上的对象时，在浏览器和服务器之间都要建立新的HTTP连接，建立连接的时间开销比较大1996年发布了HTTP1.1(RFC2616)协议，取消了对每个下载对象都要建立新连接的做法，改为建立一个连接，然后持续下载多个对象，直到下载完毕。版本1.1也改善了高速缓冲存储的性能，并且也比较容易在相同的服务机上创建多个Web站点，称为虚拟主机注,19章TCP/IP协议套,41,19.3应用层上的协议(续5),1.HTTP的执行过程HTTP协议定义了用于客户机与服务机之间通信的两种消息“HTTP请求消息(HTTPRequestMessage)”“HTTP响应消息(ResponseMessage)”使用HTTP协议通信时客户机和服务机之间需要建立TCP连接(见下一节)。TCP连接由客户机上的Web浏览器使用URL中的域名地址来启动客户机与服务机的TCP连接一旦建立，Web浏览器就发送“HTTP请求消息”到这个TCP连接上，Web服务器收到并处理这个请求之后，就给Web浏览器回送“HTTP响应消息”完成传输任务后就断开TCP连接Web服务器和Web浏览器之间的通信如图19-10所示。,19章TCP/IP协议套,42,19.3应用层上的协议(续6),2.HTTP请求消息Web浏览器向Web服务器发送的HTTP请求消息格式见图19-11。当用户点击网页上的超链接以请求Web页面时，首先与相应的Web服务器建立TCP连接，然后经TCP连接把HTTP请求消息发送给Web服务器,图19-10Web服务器和Web浏览器之间的通信,19章TCP/IP协议套,43,19.3应用层上的协议(续7),请求消息由请求行、标题行中的各种标题域和实体主体(EntityBody)组成。请求行和标题行都使用ASCII字符。图中的sp，cr和lf分别代表空格(space)、回车(carriage-return)和换行(line-feed)字符。图中各个域的含义如下：,图19-11HTTP请求消息的格式,19章TCP/IP协议套,44,19.3应用层上的协议(续8),Method(方法)：域中的值表示HTTP请求消息的方法。HTTP协议中定义了8种方法，其中两个普通的方法是GET和POST：GET：如果客户请求一个Web页面，就把GET写入Method域，在这种情况下EntityBody域是空的POST：如果客户已经填写了含有搜索关键字(如“多媒体”或“multimedia”)的表单，就把POST填入method域，然后把这张表单送给服务器，再由服务器交给检索软件(如Google)。当Method域中的值是POST时，EntityBody域就包含用户写入表单域中的内容URL(统一资源地址)：用户请求访问的Web页面的路径和文件名，而服务器的名称和应用层协议的名称(如http:/)由系统自动设置Version(版本)：客户机使用的HTTP版本号。1998年以前使用HTTP/1.0，1998年以后开始使用HTTP/1.1，它向后兼容HTTP/1.0。EntityBody(实体主体)：包含请求的对象,19章TCP/IP协议套,45,19.3应用层上的协议(续9),3.HTTP响应消息服务器接收到客户的HTTP请求消息后就进行分析，通过发送HTTP响应消息将分析和操作结果返回给客户机，