计算机网络基础与应用-第七章-TCPIP协议PPT课件

第7章TCP/IP协议,7.1TCP/IP协议概述7.2网络接口层7.3网络层7.3.1IP协议7.3.2IP地址7.3.4因特网控制报文协议ICMP7.3.5地址解析协议ARP7.3.6反向地址解析协议RARP7.4传输层7.4.1传输层协议概述7.4.2传输控制协议TCP7.4.3用户数据报协议UDP,TCPIP(TransmissionsControlProtocolInternetProtocol)是最著名且应用最为广泛的网络互连协议。TCPIP已成为事实上的工业标准，也是Internet上所有网络和主机之间进行交流所使用得共同“语言”。通常所说的TCP/IP协议实际上包含了大量的协议和应用，其中TCP协议和IP协议是最具代表性，也是最重要的协议，TCP/IP就以此命名。因此，更确切地说，应该称其为TCP/IP协议集。,7.1TCP/IP协议概述,TCP/IP的标准在一系列称为RFC(RFC，RequestforComment需求注释)的文档中公布。RFC文档由技术专家、特别工作组、或RFC编辑修订。公布一个文档时,该文档被赋予一个RFC量，如RFC959说明FTP、RFC793说明TCP、RFC791说明IP等。最初的RFC一直保留而从来不会被更新，如果修改了该文档，则该文档又以一个新号码公布。,7.1TCP/IP协议概述,如下页图所示，从功能上来看，TCP/IP体系结构与OSI参考模型的对照关系是：TCP/IP的网络接口层对应于OSI的物理层和数据链路层；网络互连层对应于OSI的网络层，主要有IP，ARP，RARP，ICMP四个协议；传输层对应于OSI的传输层，主要有TCP，UDP两个协议；应用层对应于0SI的会话层、表示层和应用层，有SMTP，DNS，SNMP，TELNET，HTTP，FTP等众多协议。,7.1TCP/IP协议概述,TCP/IP协议集和与OSI模型对照关系,TCP/IP体系结构中各层的功能,7.2网络接口层,网络接口层与OSI中的数据链路层和物理层相对应，事实上，TCP/IP本身并没有这两层，只是具有其功能。转发数据接收上层的IP数据报并通过网络发送或者从网络接收数据帧，转换为IP数据报，交给IP层规定相关协议使用的接口的四个特性，即机械、电气、功能、规程特效，并用于实现传输原始比特流。,7.3互联层,互联层常常称为网际层或IP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（InternetProtocol，IP）：负责在主机和网络之间寻址和分段数据包。地址解析协议ARP（AddressResolutionProtocol，ARP）：ARP协议允许主机根据IP地址查找MAC地址。反向地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP）把MAC地址绑定到IP地址上。因特网控制报文协议ICMP（InternetControlMessage）：Protocol，ICMP）：发送并报告有关数据包的传送错误消息。,7.3.1IP协议,一、概述IP网际协议IP是TCP/IP的心脏，也是网络层中最重要的协议。一方面，IP层接收由更低层（网络接口层，例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层；另一方面，IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。,7.3.1IP协议,一、概述IP实现两个基本功能：寻址：IP可以根据数据报报头中包括的目的地址将数据报传送到目的地址，在此过程中IP负责选择传送的道路，这种选择道路称为路由功能。分段：如果有些网络内只能传送小数据报，IP可以将数据报重新组装并在报头域内注明。IP协议向传输层提供统一的IP数据包和统一的IP地址，它将各种网络技术的帧格式和地址格式等的差异屏蔽起来，这些差异与上层无关，使异种网在IP层达到统一，实现异种网的互连。,IP数据包格式,返回版本号,实现分段的三个元素,返回MTU,返回TTL,返回地址,返回可变部分,各种MTU值,7.3.1IP协议,7.3.1IP协议,二、IP数据包的报文格式20个字节的固定部分：包括：IP协议的版本号、IP数据包的包头长度、服务类型、数据包总长度、标识符、标志位、段位移值、数据包生存时间、协议类型、包头校验和，以及源端IP地址和目的端IP地址。共12个字段域。变长的可选项(option)：包括源选径等多个可选控制项。,7.3.1IP协议,三、IP数据报首部的固定部分中的各字段版本号：它占4位，表示IP协议的版本。长度字段：头长度和总长度。头长度字段占用4位，表示数据包头的长度。它的最小值是20字节，即仅有固定部分，最大值是60字节。总长度字段表示整个IP数据包的长度(包括数据包头和数据)，总长度字段用16位表示，所以IP数据包最长可达64K字节。服务类型(TypeofService)和优先级IP数据包头中的服务类型字段规定了对于本数据包的处理方式。,看图,7.3.1IP协议,数据包的分段和重组：IP数据包要放在物理帧中再进行传输，这一过程叫做封装(encapsulation)。一般来说，在传输的过程中要跨越若干个不同的物理网络，就会遇到不同的MTU。帧的最大传输单元，简称为MTU(MaximumTransferUnit)：其值由物理网络的硬件和算法所确定。由于不同的物理网络，所采用的帧格式不同，且所容许的最大帧长度也不同。如以太网为1500字节、X.25为576字节。而IP数据包的最大长度可以为64K字节，远大于大多数物理网络的MTU值。因此IP协议需要一种分段机制，把一个大的IP数据包，分成若干个小的分段进行传输，最后由接收端重新组合还原。,看图,7.3.1IP协议,数据包的分段和重组：分段(fragment)可以在任何必要的中间路由器上进行，而重组仅在目的主机处进行。在IP包头中，共有三个字段用来实现对数据包的分段和重组：标识符标志域分段偏移值,看图,7.3.1IP协议,表7.2不同数据链路层协议的MTU值,看图,7.3.1IP协议,数据包生存时间：IP数据包传输的特点是每个数据包单独寻径。因此在互联网的环境中从源到目的端的传输延迟通常是随机变化的。在传输过程中，可能因为中间路由器的路由表出现错误，而导致数据包在网络中无休止地循环。为避免这种情况，IP协议用生存时间TTL(TimeToLive)来限制一个数据包在网络中的存活时间。如果数据包没能在设定的生存时间内传到位，则会被自动丢弃。在每个新生成的IP数据包中，其数据包头的生存时间字段都被初始化为最大值(255)，这是IP数据包的最大生存周期。TTL以秒为单位，在数据包每经过一个路由器时，其TTL值减1，直到它的值减为0，则丢弃该数据包，并发送错误信息。这样，即使在网络中出现循环路由，循环转发的IP数据包也会在有限的时间内被丢弃。,看图,7.3.1IP协议,协议类型：指出IP数据包中数据部分是属于哪一种高层协议。常见的协议类型有TCP，UDP，ICMP，IGMP等。其对应的协议类型分别为6，17，1和2。头校验和：用于保证头部数据的完整性和传输的正确性。请注意，IP协议只对数据头部信息作校验，不提供对数据部分的校验。源地址和目的地址：各自为32位。它们分别表示该数据包的发送者和接收者。在传输过程中，这两个字段始终保持不变。IP数据包选项：主要用于额外的控制和测试。,看图,7.3.1IP协议,四、IP数据报首部的可变部分IP首部的可变部分就是一个可选字段。选项字段用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。此字段的长度可变，从1个字节到40个字节不等，取决于所选择的项目。某些选项项目只需要1个字节，它只包括1个字节的选项代码。但还有些选项需要多个字节，这些选项一个个拼接起来，中间不需要有分隔符，最后用全0的填充字段补齐成为4字节的整数倍。,看图,7.3.1IP协议,四、IP数据报首部的可变部分增加首部的可变部分是为了增加IP数据报的功能，但这同时也使得IP数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。实际上这些选项很少被使用。新的IP版本IPv6就将IP数据报的首部长度做成固定的。,7.3.1IP协议,四、IP数据报首部的可变部分目前，这些任选项定义如下：（1）安全和处理限制（用于军事领域）（2）记录路径（让每个路由器都记下它的IP地址）（3）时间戳（让每个路由器都记下它的IP地址和时间）（4）宽松的源站路由（为数据报指定一系列必须经过的IP地址）（5）严格的源站路由（与宽松的源站路由类似，但是要求只能经过指定的这些地址，不能经过其他的地址）这些选项很少被使用，并非所有主机和路由器都支持这些选项。,7.3.1IP协议,五、IP协议的特点IP协议提供的是一种无连接服务。所谓无连接，指的是每个分组都是独立处理的，可能经过不同的路径，有的可能丢失，有的可能到达。在计算机网络中，按连接方式分为有链接服务：必须先建立连接才能提供相应服务。无连接服务：不需先建立连接就可以提供相应服务。从一台计算机发送出去的一系列数据包在到达目的端主机之前，可能经过不同的传输路径，有的数据包有可能被丢失。,7.3.1IP协议,IP协议是一种尽力传递的服务，它只管把数据分组从源端传送到目的端，无论传输的正确与否，IP都不作任何验证，不发确认，也不保证分组的正确顺序。因此，IP是一种不可靠的传输。所谓尽力传送，指的是互联网软件尽最大努力来传送每个分组，直到资源用尽或底层网络出现故障时。所谓不可靠，指的是不能保证正确传送，分组可能丢失、重复、延迟或不按序传送，而且服务不检测这些情况，也不通知发送方和接收方。在IP数据包传输的过程中，如果发生由于网络拥塞、链路故障等原因而造成数据包丢失或错误时，IP协议仅具有有限的错误报告功能，它调用ICMP协议来实现差错报告。数据包内容的差错检测和恢复则完全交给传输层协议(TCP)去完成。,7.3.1IP协议,六、下一代的网际协议IPv6IPv6定义：IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。如果按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，那么整个地球的每平方米面积上可分配1000多个地址。在IPv6的设计过程中除了解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其他问题，主要有端到端IP连接、服务质量（QoS）、安全性、多播、移动性、即插即用等。,7.3.1IP协议,IPv6与IPv4相比，有以下特点和优点：更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有2321个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有21281个地址。更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类（Aggregation）的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录（Entry）表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据报的速度。增强的组播（Multicast）支持以及对流的支持（Flow-control）。这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量（QoS）控制提供了良好的网络平台。加入了对自动配置（Auto-configuration）的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。更高的安全性。在使用IPv6网络时用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，这极大地增强了网络安全。,7.3.1IP协议,IPv6相关基本常识IPv6是一个期待以久的互联网主要通讯协议IPv4的升级计划。IPv4使用的是32位地址，可以支持43亿个设备直接接入互联网。IPv6使用的是128位地址，几乎可以支持无限多的设备接入互联网，其支持的数量为：2的128次方。在将网络做好同时支持IPv6和IPv4准备前，需要知道以下这些基本常识。,IPv6相关基本常识之一：IPv6的背景,互联网工程任务组(InternetEngineeringTaskForce，IETF)在1998年提出作为IPv4替代方案的IPv6。因为随着互联网的发展，IPv4地址最终将会被用尽。IPv6的主要目标是增加互联网地址数量，但是协议还增加了一些增强功能，其中包括有自动配置、更容易的网络重新编号和通过IPSec协议内嵌的安全功能。美国联邦政府是IPv6的支持者。联邦政府命令所有的部门在2008年6月30日之前完成一切支持IPv6的有关工作，让他们的骨干网络有能力发送或者接受IPv6地址。在2010年7月份，联邦采购条例将被修改为要求所有的部门购买仅支持IPv6的IT系统。专家们催促美国网络经理们在2012年前将他们的对外网站做好支持IPv6的准备，否则他们的网站与那些具备IPv6能力的访问者将处于将低等级连通状态。截止至2010年3月份，专家们表示IPv6信息已经占了互联网信息总量的1%。,IPv6相关基本常识之二：IPv4地址枯竭,IPv4地址枯竭这一问题自从上世纪八十年代就被注意到了。但是互联网工程师们在当时还是找到了几种能够保持互联网基于IPv4继续增长的技术。这些技术包括可将私人网络地址隐藏在一个单一的公共IPv4地址后面的网络地址转换(NAT)技术。可更为有效分配和路由IP地址段的无类别域间路由(CIDR)。CIDR和NAT技术的应用使得互联网工程协会推迟了将互联网基础设施由IPv4升级至IPv6的进程。目前运营商和企业正在逐渐向IPv6升级。地区性互联网注册机构(RIR)在2010年4月份表示，目前尚未分发出去的IPv4地址数量已经低于8%。专家预测IPv4地址空间将在2011年或2012年被用尽。,IPv6相关基本常识之三：IPv6过渡方案,互联网工程协会已经部署了多个过渡方案，这些过渡方案将帮助网络使用者逐渐由IPv4向IPv6迁移。其中一个方案被称之为“双堆栈”机制，其允许网络使用者在他们的网络中同时使用IPv4和IPv6。另一个方案被称之为运营商级网络地址转换(CGN)，其允许多客户共享一个单一的公共IPv4地址。第三个方案被称为“6rd”。该方案已经被法国ISP运营商Free所使用。法国ISP运营商Free通过在基于IPv4骨干网络的传输中封装IPv6数据包快速地向家庭用户部署了IPv6。最终用户可以在多种隧道技术中做出选择。这些隧道技术包括“6to4技术”、“Teredo技术”和“ISATAP技术”。虽然这些隧道技术均可以将IPv4网络中传输IPv6数据包，但是这些技术也存在安全方面的疑虑。,1IP地址的概念IP协议中还有一个非常重要的内容，那就是给因特网上的每台计算机和其它设备都规定了一个地址，叫做“IP地址”，也叫互联网地址。IP地址是用来惟一标识互联网上计算机的逻辑地址。每台连网计算机都用IP地址来标识自己。为了保证IP地址的惟一性，IP地址由统一的组织负责分配。根据用途和安全性级别的不同，IP地址还可以大致分为两类：公共地址：在Internet中使用，可以在Internet中随意访问。私有地址：只能在内部网络中使用，只有通过代理服务器才能与Internet通信。,7.3.2IP地址,IP地址的长度为32位(4个字节)，采用点分十进制数表示方法，即每个地址被表示为4个以小数点隔开的十进制整数。如所以点十进制表示的最低IP地址为，最高IP地址为55。,2、IP地址的组成和表示,2、IP地址的组成和表示,IP地址由网络号和主机号两部分构成。IP地址结构由“网络标识+主机号”两部分组成。网络号就是网络地址，用于标识一个物理的网络，同一个网络上所有主机需要同一个网络号，该号在互联网中是唯一的；主机号标识该网络上的一台特定的主机，如网络中的一台服务器。对于同一个网络号来说，主机号是唯一的。,图7.8IP地址的组成,为了适应于不同规模的物理网络，IP地址分为A、B、C、D、E五类。在Internet上可分配使用的IP地址只有A、B、C三类。这三类地址统称为单目传送(unicast)地址，因为这些地址通常只能分配给惟一的一台主机。D类地址被称为组播(multicast)地址，组播地址可用于视频广播或视频点播系统。E类地址保留不用。,3、IP地址的分类,3、IP地址的分类,A、B、C三类由InternetNIC在全球范围内统一分配，其基本数据如表所示。,3、IP地址的分类,网络数的计算方法：A类：28-1-2=128-2=126个；B类：216-2-2=16382个；C类：224-3-2=2097150个；主机数的计算方法：A类：224-2=16777214台；B类：216-2=65534台；C类：28-2=254台；在计算网络数时减2，这是因为全0和全1留出来作特殊用。主机数的计算也同理。,A、B、C三类地址的特征：A类地址的第一位总是0，B类地址的前两位总是10，C类地址的前三位总是110,0网络地址8位主机地址24位,10网络地址16位主机地址16位,B类网络,C类网络,110网络地址24位主机地址8位,18162432,a的取值范围,0127,128191,192223,A类网络,IP地址二进制与十进制的表示方法,10101010001100110101010101000100,10101010,00110011,01010101,01000100,170.,51.,85.,68,4、特殊的IP地址之一,广播地扯：所谓广播是指向网络上的所有站点发送数据包。广播地址又分为两种：直接广播地址：主机地址部分全为“1”的地址称为直接广播地址。使用直接广播地址，一台主机可以向该网络地址上的所有主机进行广播，可以跨子网。有限广播地址：32位全为“1”的IP地址(55)为有限广播地址或本地网广播地址，使用该地址可以向本子网上所有的主机发送消息。但不能跨子网。,4、特殊的IP地址之二,“0”地址：“0”从来不分配给任何一个单个的主机。主机号为零的IP地址来代表该网络本身。例如，20211270就是一个典型的C类网络地址，表示该网络本身即网络地址。网络号为“0”的IP地址指的是本网络上的某台主机。例如，如果一台主机(IP地址为202112713)接收到一个IP数据包，它的目的地址中网络号部分为“0”，而主机号部分与它自己的地址匹配(即，IP地址为00013)，则接收方把该IP地址解释为本网络的主机地址，并接收该IP数据包。特殊地址“0000”则代表本主机地址。网络上任何主机都可以用它来表示自己。,例,分配给某网络IP地址，可使用的地址范围为到00则：网络地址：即第一个IP地址被保留为网络地址广播地址：即最后一个地址00被保留成广播地址。主机地址范围：给这个局域网上的主机分配IP地址时，只能在99之间选择。,4、特殊的IP地址之三,D类IP地址就是组播地址，即在224000-239255255255范围内的每个IP地址，实际上代表一组特定的主机。它与广播地址相似之处在于都是只能作为IP数据包的目的地址，表示该数据包的一组接收者，而不能把它分配给某台具体的主机。组播地址和广播地址的区别在于，广播地址是按主机的物理位置来划分各组的(属于同一个子网)，而组播地址指定一个逻辑组，参与该组的机器可能遍布整个Internet。组播地址主要用于电视会议、视频点播等。,完全由“1”组成的字段可解释成“所有”，比如广播地址的形式就代表在一个网络上的“所有主机”。完全由“0”组成的字段解释成“本”(this)。,7.3.2IP地址,7.3.2IP地址,5、子网的概念,对于一些小规模的网络和企业、机构内部网络即使使用一个C类网络号仍然是一种浪费，因而在实际应用中，需要对IP地址中的主机号部分进行再次划分。将主机号划分成子网号和主机号两部分，从而把一个包含大量主机的网络划分成许多小的网络，每个小网络就是一个子网。每个子网都是一个独立的逻辑网络，单独寻址和管理，而对外部它们组成一个单一网络，共享某一IP地址，屏蔽内部子网的划分细节。,5、子网的概念,为何要引入子网和掩码？在一个广播域中，如果网络站点过多，大量的广播信息在网上传送，甚至产生广播风暴，会导致网络的性能急剧下降。为此，在实际的网络设计中，要求属于同一个广播域的网络规模不能太大，主机数不能过多。而A类和B类地址的每个网络都包容了大量的主机地址。单一物理网络几乎是不可能实现的。另外，它们的主机号部分很浪费。在Internet迅速发展的今天，IP地址已经成为极为珍贵的资源。为了解决以上两个问题，提出了子网(subnet)和掩码(mask)的概念。,6、掩码的概念和表示,在数据的传输中，路由器必须从IP数据报的目的IP地址中分离出网络地址，才能知道下一站的位置。为了分离网络地址，就要使用网络掩码。掩码用来确定IP地址的网络号、子网号和主机号，它可将主机地址部分进一步划分为子网地址和主机地址。,6、掩码的概念和表示,掩码是一个与IP地址相对应的32位数字。它和IP地址一样也用4个点分十进制数表示，如2552552550。对于IP地址中的网络号部分在网络掩码中用“1”表示；对于IP地址中的主机号部分在网络掩码中用“0”表示。由此，A、B、C类地址各自的标准掩码（即不划分子网）分别为：255000、255255002552552550这时的网络地址应为网络号+子网号，它们共同标识一个网络。一般在设计时，把掩码开始连续的几位设为1。,IP地址：,增加子网的IP地址：,例：C类网络子网掩码为：24，就用了三位主机号作子网号。,6、掩码的概念和表示,6、掩码的概念和表示,思考：假如给一个C类的IP地址段：，可以如何划分子网。假设全0、全1均可用。方案1：用1位主机号划分子网，则主机号还有7位；则可划分21=2个子网；每个子网有27=128台主机；子网掩码为28第1个网段为27；第2个子网段为2855；方案2：用2位主机号划分子网，则主机号还有6位；则可划分22=4个子网；每个子网有26=64台主机；子网掩码为92第1个网段为3；第2个子网段为427；第3个网段为2891；第4个网段为9255。,6、掩码的概念和表示,总结子网规划的：从以上例子中，可以总结出一个规律，就是主机被占用了N位数，那么就有2的N次方个网络，也就有2的8-N次方的主机数目了。第一，确定子网掩码。第二，确定子网编号。,一、确定子网掩码实际上就是要确定子网号和主机号部分的长度产生足够的子网足够的主机数量子网数=2n（n表示用于子网编号的长度）最大主机容量=2m（m表示主机编号长度）二、确定子网编号可以从“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”六个数字中任取3个数字作为3个子网的编号。,子网划分举例,6、掩码的概念和表示,用网络掩码与目的IP地址按二进制位做逻辑“与”运算，就可保留IP地址中的网络地址部分。同理，将掩码的反码与IP地址做逻辑“与”运算，可得到其主机地址。获取网络地址的一个算例如下：,例1：网络地址202112410，掩码为255255255192。最多可划分多少个子网？每个子网的网络地址各为多少？每个子网的主机数最大是几？是一个C类地址，而掩码的最后一个字节为192（11000000）子网数=22=4；主机数=26=64网络地址分别为：20211241020211241642021124112820211241192,例2：某学院新建5个机房，每个机房有30台主机。如果非顶一个C类网络地址，。如何将其划分为5个子网，各子网络地址广播地址和网络地址取值范围分别如何设置？分析：是一个C类地址，标准掩码为，而要划分5个子网，需将掩码第4个字节拿出3位设置为1（23=8）满足1的个数不小于5的要求，掩码第4个字节余下5位0（25=32）可满足不小于30的要求。所以子网掩码均为：24各子网络地址广播地址和网络地址取值范围分别为：；1；-02；3；3-24；5；5-46；27；7-2628；59；29-58,思考,如图显示了一个B类地址的子网地址表示方法。B类地址的主机地址共16位，取主机地址的高7位作子网地址，低9位作每个子网的主机号。在这个方案中，实际最多可以？个子网（不含全0和全1的子网）。每个子网最多可以有？台主机（不含全0和全1的主机），子网掩码？假定原来的网络地址为，划分子网后，每个子网地址？,有27-2=126个子网有29-2=510台主机子网掩码各子网地址第1个子网；第2个子网；第3个子网；,7.3.4控制报文协议ICMP,网际控制消息协议（Internetcontrolmessageprotocol，ICMP），是TCP/IP协议的一个子协议。因为IP协议是无连接的、不可靠的协议，所以为了提高IP数据报交付成功的机会，在网络层提供了ICMP协议，用以检测网络，包括路由、拥塞、服务质量等问题。ICMP协议的主要用于在IP主机、路由器之间传递控制信息。它能检查并报告一些基本差错，在一定程度上给出出错原因和发送差错报文。注：“控制信息”是指网络通与不通、主机是否可以连接、路由是否可使用等网络本身的消息。,7.3.4控制报文协议ICMP,网络测试工具“Ping”和“Tracert”就都是基于ICMP实现的。例如，若在主机A上输入一个“Ping”命令，则相当于向目的主机发出了一个以回声请求（EchoRequest）为消息类型的ICMP包，若目的主机存在，则其会向主机1发送一个以回声应答（EchoReply）为消息类型的ICMP包；若目的主机不存在，则主机A会得到一个以不可达目的地（UnreachAbleDestination）为消息类型的ICMP错误消息包。,7.3.5地址解析协议,ARP（AddressResolutionProtocol）地址解析协议用于将计算机的网络地址（IP地址32位）转化为物理地址（MAC地址48位）。在以太网中的数据帧从一个主机到达网内的另一台主机是根据48位的以太网地址（硬件地址）来确定接口的，而不是根据32位的IP地址。内核（如驱动）必须知道目的端的硬件地址才能发送数据。接下来说明，IP地址与硬件地址的概念。,IP地址与硬件地址,物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，硬件地址则放在MAC帧的首部。因而在数据链路层看不见数据报的IP地址。而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，IP地址放在IP数据报的首部。,IP地址与硬件地址,下图7-11进一步说明IP地址与硬件地址的区别：图7-11(a)画的是三个局域网用两个路由器R1和R2互连起来。图7-11(b)特别强调了IP地址与硬件地址的区别：（1）在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。（2）虽然在IP数据报首部有源站IP地址，但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。（3）在具体的物理网络的链路层，只能看见MAC帧。表7-2归纳了这种区别。,IP地址与硬件地址,表7-2图7-11(b)中不同层次、不同区间的源地址和目的地址,7.3.5地址解析协议,IP地址是不能直接用来进行通信的。这是因为IP地址只是主机在抽象的网络层中的地址。若要将网络层中的数据报交给目的主机，还要传到链路层转变成MAC帧后才能发送到实际的网络上。而MAC帧使用的是源主机和目的主机的硬件地址。因此必须在IP地址和主机的硬件地址之间进行转换。实际上，不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧必须使用硬件地址。,7.3.5地址解析协议,ARP协议的工作原理在每台安装TCP/IP协议的主机中都存放有一个ARP缓存表，表中的IP地址与硬件地址一一对应。并且这个转发表还必须能够经常动态更新。下面以主机A()欲向本局域网上的某个主机B()发送数据为例，介绍它们的工作过程。,当发送数据时，主机A先在自己的ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址，如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。如没有查到主机B的IP地址，主机A就自动运行ARP，然后按以下步骤找出主机B的硬件地址，参见下页图：ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组。在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应分组，并写入自己的硬件地址。其余的所有主机都不理睬这个ARP请求分组。主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射。,7.3.6反向地址解析协议,地址解析(resolution)地址之间的映射;地址解析：IP地址MAC地址，使用ARP协议。反向地址解析：MAC地址IP地址，使用RARP协议。,7.3.6反向地址解析协议,反向地址解析协议（RARP，ReverseAddressResolutionProtocol）把MAC地址绑定到IP地址上。一个网络设备或工作站可能知道自己的MAC地址，但是不知道自己的IP地址。设备发送RARP请求，网络中的一个RARP服务器出面来应答RARP请求，RARP服务器有一个事先做好的从工作站硬件地址到IP地址的映射表，当收到RARP请求分组后，RARP服务器就从这张映射表中查出该工作站的IP地址，然后写入RARP响应分组，发回给工作站。无盘工作站在启动时，只知道自己的MAC地址，而不知道自己的IP地址。它首先使用RARP协议得到自己的IP地址后，才能和服务器通信。,7.3.6反向地址解析协议,RARP的工作原理如下：发送主机发送一个本地的RARP广播，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址；本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址；如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用；如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应；源主机收到从RARP服务器的响应信息，就利用得到的IP地址进行通讯；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，表示初始化失败。,7.4传输层协议,从通信和信息处理的角度看，传输层向它上面的应用层提供通信服务，它属于面向通信部分的最高层，同时也是用户功能中的最低层。运输层只存在于通信子网以外的主机中，在通信子网中没有运输层。,传输层有两个不同的协议，它们都是因特网的正式标准，即：（1）用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol)（2）传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol),7.4.1传输层协议概述,7.4.2传输控制协议TCP,1、概述TCP（TransmissionControlProtocol，传输控制协议）也是TCP/IP最具代表性的协议。它提供的是面向连接的、高可靠性的流传输服务。TCP数据传输是分段进行的，主机交换数据必须建立一个会话。TCP用比特流通信，即数据被作为无结构的字节流。,7.4.2传输控制协议TCP,2、TCP工作原理TCP协议使用确认和重发送技术来实现可靠传输。当数据包到达目的地后，TCP检查数据在传输中是否有损失，如果接收方发现有损坏的数据包，就要求发送端重新发送被损坏的数据包；确认无误后再将各个数据包重新组合成原文件。,7.4.2传输控制协议TCP,3、端口使用TCP传输就是建立一个连接。在TCP传输中一个连接有两个端点组成。其实，一个连接代表的是发送和接收两端应用程序的之间的一个通信。若没有端口，运输层就无法知道数据应当交付给应用层的哪一个进程。端口是用来标识应用层的进程。,7.4.2传输控制协议TCP,端口号分为两类。一类是熟知端口(well-knownport)也叫保留端口、通用端口。是专门分配给一些最常用的应用层程序。其数值一般为01023，如，FTP用21，HTTP用80等等。如图所示。,7.4.2传输控制协议TCP,端口号分为两类。一类是一般端口，也叫自由端口，用来分配给请求通行的客户进程。例如，下图的1500、1501。,7.4.2传输控制协议TCP,4、套接字端口号和IP地址合起来，就是套接字。套接字惟一地标识一个连接。在一台主机上，常常有多个应用程序同时运行，它们都可能使用TCP协议或UDP协议进行通信。那么当传输层协议接收到数据后，如何区分数据到底是发送给哪个应用程序的呢?为此，在传输层的TCP、UDP协议中引入了端口和套接字概念。一个连接是用它的两个端点来表示的。如上图。,7.4.2传输控制协议TCP,5、TCP连接TCP协议是面向连接的协议，连接的建立和释放是每一