第4章TCPIP协议集

1、第第4 4章章 TCP/IPTCP/IP协议集协议集 【学习目标学习目标】 在计算机网络的众多协议中，在计算机网络的众多协议中，TCP/IPTCP/IP是应用最是应用最广泛的。本章主要讲述广泛的。本章主要讲述TCP/IPTCP/IP参考模型的基本知识，参考模型的基本知识，主要包括主要包括TCP/IPTCP/IP协议集、协议集、IPIP地址的结构和分类、子地址的结构和分类、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，熟练地设置根据不同的网络环境，熟练地设置IPIP地址及划分子地址及划分子网。网。 【学习要点学习要点】v1 1熟悉熟

2、悉TCP/IPTCP/IP协议集协议集v2 2熟练掌握熟练掌握IPIP地址的结构和分类地址的结构和分类v3 3理解并掌握特殊的理解并掌握特殊的IPIP地址地址v4 4熟悉子网划分规则，掌握子网划分技术熟悉子网划分规则，掌握子网划分技术v 4.1 TCP/IP 4.1 TCP/IP协议集协议集v 某同学在用某同学在用QQQQ聊天程序进行聊天时发现，他在聊天窗口中发送的即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

3、者发送不成功，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？传输？4.1.1 TCP/IP4.1.1 TCP/IP网际层协议网际层协议v在在TCP/IPTCP/IP层次结构包含的四个层次中，只有层次结构包含的四个层次中，只有3 3个层个层次包含实际的协议。次包含实际的协议。TCP/IPTCP/IP中各层的协议如图中各层的协议如图4-14-1

4、所示。所示。 图4-1 TCP/IP层次结构与TCP/IP协议集对照4.1.1 TCP/IP4.1.1 TCP/IP网际层协议网际层协议v网际层协议主要包括：网际层协议主要包括：v1 1网际协议网际协议nInternet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（Internet Protocol，IP）。 v2 2地址解析协议地址解析协议n地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP）就是用来确定IP地址与物理地址之间的映射关系。n反向地址解析协议（Revers Address Resdotion Prstocol，RA

5、RP）负责完成物理地址向IP地址的转换。4.1.2 4.1.2 传输层协议传输层协议v3 3网际控制消息协议网际控制消息协议n网际控制消息协议（Internet Control Message Protocol，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。 v4 4网际主机组管理协议网际主机组管理协议n点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议（Internet Group Management Protocol，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

6、由器）可支持多播发送。 4.1.2 4.1.2 传输层协议传输层协议 v1 1传输控制协议传输控制协议n传输控制协议（Transmission Control Protocol，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。 n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 4.1.2 传输层协议传输层协议v2 2用户数据报协议用户数据报协

7、议n用户数据报协议（User Datagram Protocol，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。 nQQ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 4.1.3 应用层协议应用层协议v1 1超文本传输协议超文本传输协议n超文本传输协议（Hypertext Transfer Text Protocol，HTTP）是

8、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。 v2 2文件传送协议文件传送协议n文件传送协议（File Transfer Protocol，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 4.1.3 应用层协议应用层协议v3 3远程登录协议远程登录协议n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）。 v4 4简单邮件传送协议简单

9、邮件传送协议n简单邮件传送协议（Simple Mail Transfer Protocol，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。 v5 5域名解析协议域名解析协议n域名解析协议（Domain Name System，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。 v6 6简单网络管理协议简单网络管理协议n简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，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

10、HUBS等）的一种标准协议。 v7 7动态主机配置协议动态主机配置协议n动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）可以实现为计算机自动配置IP地址。 4.1.3 4.1.3 应用层协议应用层协议4.1.3 4.1.3 应用层协议应用层协议v许多协议都用端口（许多协议都用端口（portport）号来识别应用层实体，）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）。以便准确地把信息提交给上层对应的协议（进程）。如如FTPFTP使用的端口号是使用的端口号是2121，TELNETTELNET使用的端口号是使用的端口号是2323

11、，HTTPHTTP使用的端口号是使用的端口号是8080，SMTPSMTP使用的端口号是使用的端口号是2525等。等。4.2 IP4.2 IP编址编址n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、物理地址与一、物理地址与IPIP地址地址1 1、地址、地址用来标识网络系统中的某个资源，也称用来标识网络系统中的某个资源，也称“标标 识符识符”，通常分为三类：，通常分为三类：名字、地址、路径名字、地址、路径2 2、为什么不用物理地址统一全网地址？、为什么不用物理地址统一全网地址？v物理地址的长

12、短、格式各不相同物理地址的长短、格式各不相同v物理地址被固化在网络设备中物理地址被固化在网络设备中v物理地址属于非层次化的地址物理地址属于非层次化的地址4.2.1 IP4.2.1 IP编址编址v在不更换网络设备的前提下，主机的在不更换网络设备的前提下，主机的MACMAC地址好比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；而主机的，永远不会改变；而主机IPIP地址的指定则好比这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，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。它是逻辑的，是允许变

13、化的。4.2.1 IP4.2.1 IP编址编址1 1、组成、组成IPIP地址由地址由3232位组成，包括三个部分：位组成，包括三个部分：地址类别、地址类别、网络号和主机号网络号和主机号。地址类别地址类别网络网络IDID主机主机IDID4.2.1 IP4.2.1 IP编址编址n(1)点分十进制表示法 192. 168. 10. 58192. 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1/16，其中16表示网络号占16位。 地址类别地址类别网络网络IDID主机主机IDID11000000 10101000 00001010 00

14、111010 11000000 10101000 00001010 00111010 2、IP地址的表示地址的表示4.2.1 IP4.2.1 IP编址编址 3、IP地址分类IPIP地址划分为地址划分为五五类。如表所示：类。如表所示： 地址类型起始位有效网络个数单网络内主机数有效地址范围A类B类C类D类E类4、特点、特点54545455预预 留留02 27 7-2-22 22424-2-2102 21414-2-22 2161

15、6-2-21102 22121-2-22 28 8-2-21110用于多播用于多播1111e.ge.g/24/24，问最多可以容纳多少台主机？，问最多可以容纳多少台主机？1 1）C C110+21(110+21(网络号网络号)+8)+8（主机号）（主机号）地址类别地址类别+ +网络号网络号192.168.21192.168.21主机号主机号 8 8位？位？ 28 -2=25428 -2=254192.168.21. 1-254 192.168.21. 1-254 （00000001 1111111000000001 11111110）129.16

16、.7.31/16 1/16 问最多可以容纳多少台主机？主机问最多可以容纳多少台主机？主机的地址范围是多少？的地址范围是多少？2 16-22 16-2-54-546.00000000.0000000100000000.00000001 00000000 00000000 00000000 00000000 0 . 0 . 0 . 0有效的有效的A类地址范围类地址范围 01111111 11111111 11111111 11111111 127 . 255 . 25

17、5 . 255 00000001 00000000 00000000 00000001 1 . 0 . 0 . 1 01111110 11111111 11111111 11111110126 . 255 . 255 . 254B类地址范围： 10000000 00000000 00000000 00000000 128 . 0 . 0 . 0有效的有效的B类地址范围类地址范围 10111111 11111111 11111111 11111111 191 . 255 . 255 . 255 10000000 00000001 00000000 00000001128 . 1 . 0 . 1

18、10111111 11111110 11111111 11111110191 . 254 . 255 . 254C类地址范围： 11000000 00000000 00000000 00000000 192 . 0 . 0 . 0有效的有效的C类地址范围类地址范围 11011111 11111111 11111111 11111111 223 . 255 . 255 . 255 11000001 00000000 00000000 00000001192 . 0 . 1 . 1 11011111 11111111 11111110 11111110 223 . 255 . 254 . 254A

19、 A、B B、C C三类地址的具体比较三类地址的具体比较v 要判断一个要判断一个IPIP地址是属于哪一类地址是属于哪一类IPIP，只要看它的第一个字，只要看它的第一个字节的大小。节的大小。A A、B B、C C三类地址的具体比较如表三类地址的具体比较如表4-14-1所示。所示。三、几种特殊的三、几种特殊的IPIP地址地址1 1、广播地址、广播地址主机号全为主机号全为1 1的地址称为广播地址，用来标识的地址称为广播地址，用来标识网络上所有的主机。网络上所有的主机。192.168.2是一个是一个C C类网络地址类网络地址, ,它的广播地址是它的广播地址是55168.13.45

20、.67的广的广播地址是多呢？播地址是多呢？55 2 2、有限广播地址、有限广播地址3232位全为位全为1 1的地址称为有限广播地址，用于在的地址称为有限广播地址，用于在本网内广播本网内广播 ，即，即68.2是一个是一个C C类网络地址类网络地址, ,它的有限广播它的有限广播地址是地址是 557的有限的有限广播地址是多呢？广播地址是多呢？55结论：任何网络的有限广播地址均为结论：任何网络的有限广播地址均为 255.255.25

21、5.255 3 3、网络地址、网络地址(“0”(“0”地址地址) )主机号全为主机号全为0 0，表示表示“本地网络本地网络”如如 表示表示172.18172.18这个这个B B类网络类网络表示的是表示的是这个这个C类网络类网络表示的是表示的是什么呢？什么呢？ 4 4、回送地址、回送地址以以127127开始开始的的IPIP地址是作为一个保留地址地址是作为一个保留地址确定本机是否正确配确定本机是否正确配置了置了TCP/IPTCP/IP协议协议ping ping 127.0.

22、0.1的的作用是什么？作用是什么？如如，它代表本地主机，它代表本地主机, , 用于网用于网络软件测试及本地主机进程间通信。络软件测试及本地主机进程间通信。五、私有地址五、私有地址IETFIETF分配了具体的分配了具体的A A类、类、B B类、类、C C类地址供类地址供单位内部网使用单位内部网使用 A A类：类： 55 55 B B类：类：5555 C C类：类：192.1

23、68.255.25555v v 某公司申请了一个某公司申请了一个B B类网络地址类网络地址，该网络可以容纳该网络可以容纳216216台主机。这么多主机在不使用台主机。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只用其中很少的一部分IPIP地址，从而造成了大量的地址，从而造成了大量的IPIP地址的浪费。加之，网络主机数量太多也不方便地址的浪费。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？管理。我们怎么解决这个问题

24、呢？4.2.2 4.2.2 子网技术子网技术一、子网一、子网 出于对管理、性能出于对管理、性能和安全方面的考虑，和安全方面的考虑，许多单位把单一网络许多单位把单一网络划分为多个物理网络，划分为多个物理网络，并使用路由器将它们并使用路由器将它们连接起来。子网划分连接起来。子网划分（Subnetting）技术能）技术能够使单个网络地址横够使单个网络地址横跨几个物理网络，如跨几个物理网络，如图所示，这些物理网图所示，这些物理网络统称为子网。络统称为子网。 划分子网的原因：划分子网的原因：充分充分使用地址使用地址划分划分管理职责管理职责提高提高网络性能网络性能二、子网划分的层次结构二、子网划分的层次结

25、构 网络号网络号 子网号子网号 主机号主机号 确定了一个确定了一个站点站点确定了一个确定了一个物理子网物理子网确定了与子网相连的确定了与子网相连的主机地址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，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：请比较以下这两个地址：1172.25.16

26、.51 ( (没划分子网）没划分子网）11 ( (划分了子网）划分了子网）子网掩码子网掩码三、子网掩码三、子网掩码1 1、子网掩码（、子网掩码（Subnet Mask)Subnet Mask)的作用的作用 指出哪些位对应于网络地址（网络号和子网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。号）以及哪些位对应于主机地址。 2 2、子网掩码的取值、子网掩码的取值对应于对应于IP IP 地址中地址中网络地址网络地址（网络号和子网（网络号和子网号）的所有位都号）的所有位都置为置为“1”1”，对应于，对应于主机位主机位的所有位置都的所有

27、位置都设为设为“0”0”。3 3、子网掩码表示方法、子网掩码表示方法地址类型点分十进制数表示 子网掩码的二进制位A类11111111000000000000000000000000B类11111111111111110000000000000000C类11111111111111111111111100000000（1）“点分十进制点分十进制”表示法表示法用用“点分十进制点分十进制”法表示标准的法表示标准的A类、类、B类、类、C类网络地址的类网络地址的默认子网掩码，如表所示。默认子网掩码，如表所示。 3 3、子网掩码表示方法、子

28、网掩码表示方法地址类型点分十进制数表示 子网掩码的二进制位A类11111111000000000000000000000000B类11111111111111110000000000000000C类11111111111111111111111100000000（2）网络前缀标记法）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。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用网络前缀标记法表示标准的A类、类、B类、类、C类网络地址的默认类网络地址的默认子网掩码，如表所示子

29、网掩码，如表所示 4 4、如何使用子网掩码来区分同一、如何使用子网掩码来区分同一IPIP地址？地址？TCP/IP对子网掩码和对子网掩码和IP地址进行地址进行“按位与按位与”操操作，从而得出网络地址作，从而得出网络地址 。例例1 1：计算没有划分子网的：计算没有划分子网的IPIP地址地址11的网络地址的网络地址B类类IP地址地址110101100 00011001 00010000 00110011子网掩码子网掩码 11111111 11111111 00000000 00000000按位逻辑与按位逻辑与网络

30、地址网络地址10101100 00011001运算结果：运算结果：IP 地址：地址：1子网掩码：子网掩码：网络地址：网络地址：172.25例例2 2：计算划分了子网的：计算划分了子网的IPIP地址地址11的网络地址的网络地址B类类IP地址地址110101100 00011001 00010000 00110011子网掩码子网掩码 11111111 11111111 11111111 00000000按位逻辑与按位逻辑与网络地址网络地址10101100 0001

31、1001 00010000运算结果：运算结果：IP 地址：地址：1子网掩码：子网掩码：网络地址：网络地址：172.25.164 4、如何使用子网掩码来区分同一、如何使用子网掩码来区分同一IPIP地址？地址？6、非边界子网掩码、非边界子网掩码使用主机号中的使用主机号中的某几位某几位用于划分子网。用于划分子网。四、子网划分的规则四、子网划分的规则子网号子网号不能全为不能全为“0”，全为，全为“0”时，表示的时，表示的是是本子网网络；子网号本子网网络；子网号不能全为不能全为“1”，全为，全为“1”的地址用于向子网广播。的地址用于向子网广播。五、划分子网

32、的步骤：五、划分子网的步骤：1 1、确定需要多少子网号来标识网络上的每个子网。、确定需要多少子网号来标识网络上的每个子网。2 2、确定需要多少主机号来标识每个子网上的每台、确定需要多少主机号来标识每个子网上的每台 主机。主机。3 3、定义符合要求的子网掩码。、定义符合要求的子网掩码。4 4、确定标识每一个子网的网络地址。、确定标识每一个子网的网络地址。5 5、确定每一个子网上所使用的主机地址的范围。、确定每一个子网上所使用的主机地址的范围。六、子网划分的实例六、子网划分的实例有一个有一个C类网络类网络192.168.6. 0，该网络中有，该网络中有100台主机，请将台主机，请将该网络划分成两个

33、子网。如图所示该网络划分成两个子网。如图所示:步骤如下：步骤如下：1 1、确定用、确定用几位来标识子网号几位来标识子网号和每个子网中的和每个子网中的 主主机台数机台数子网位数 子网个数 实际可用子网个数 每个子网中主机数 每个子网中实际可用主机数 能否满足要求 120不能4226462能3863230不能结论：结论：用第用第4字节中的前字节中的前两两位来表示子网号，每位来表示子网号，每 个个子网最多可有子网最多可有62台主机台主机2 2、确定子网掩码、确定子网掩码C C类网络类网络 192. 168 . 6. 0192. 168 . 6. 011111111.11111111.11111111

34、.1100000011111111.11111111.11111111.11000000子网掩码：子网掩码： 255. 255. 255. 192255. 255. 255. 1923 3、确定每个子网的网络地址、确定每个子网的网络地址101 000000 00000044010 000000 0000002828原有的网络号原有的网络号子网络号子网络号网络地址网络地址4 4、确定每个子网上所使用的主机地址范围、确定每个子网

35、上所使用的主机地址范围44（子网一）（子网一）1 1 0000010000011 1 111110111110主机地址范围为主机地址范围为 565261262828（子网二）（子网二）0 0 0000010000010 0 111110111110主机

36、地址范围为主机地址范围为 2912990190划分子网后的效果图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 4.2.3 可变长子网的划分可变长子网的划分v在实际工程实践中，可以进一步将网络划分成三级在实际工程实践中，可以进一步将网络划分成三级或者更多级子网。同时，可以考虑使用全或者更多级子网。同时，可以考虑使用全0 0和全和全1 1子子网以节省网络地址空间。网以节省网络地址空间。4.2.3 4.2.3 可变长子网的划分可变长子网的划分v在在RFC 1

37、878RFC 1878中定义了可变长子网掩码（中定义了可变长子网掩码（Variable Variable Length Subnet MaskLength Subnet Mask，VLSMVLSM）。）。VLSMVLSM规定了如何在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。小子网的情形来说是非常有益的。实例实例v某公司有两个主要部门：市场部和技术部。市场部某公司有两个主要部门：市场部和技术部。市场部有员工有员工5656人

38、；技术部又分为硬件部和软件部两个部人；技术部又分为硬件部和软件部两个部门，各有员工门，各有员工2828人。该公司申请到了一个完整的人。该公司申请到了一个完整的C C类类IPIP地址段：地址段：，子网掩码，子网掩码。为了便于分级管理，该公司准备。为了便于分级管理，该公司准备采用采用VLSMVLSM技术，将原主网络划分为两级子网（不考技术，将原主网络划分为两级子网（不考虑全虑全0 0和全和全1 1子网），请给出可变长子网划分方案。子网），请给出可变长子网划分方案。 分析分析: :v （1 1）一个能

39、容纳）一个能容纳5656台主机的子网。台主机的子网。n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4/26和28/26两个子网可用。这种子网划分允许每个子网有62台主机（262）。选择4/26（子网掩码为92）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。子网编号子网编号子网网络子网网络子网掩码子网掩码子网网络子网网络1 14492924/264/26分析分析: :v （2 2）两个能容纳）两个能容纳2828台主机的子网台主机的子网n为满