计算机网络协议的认识

1、计算机网络应用计算机网络应用主讲：徐光达主讲：徐光达网络通晓天下事网络通晓天下事计算机成就未来计算机成就未来第一节第一节 计算机网络基本知识计算机网络基本知识 第五节第五节 电子邮件的使用电子邮件的使用第四节第四节 网上信息浏览网上信息浏览 第三节第三节 连接连接InternetInternet 第二节第二节 TCP/IPTCP/IP协议及相关技术协议及相关技术4TCP/IP协议及相关技术问题问题原由原由 TCP/IP协议是协议是Internet发展发展的基础。学习本节的的基础。学习本节的内容将会对内容将会对Internet的组织结构、工作过程以及数据的组织结构、工作过程以及数据传输的理解有很

2、大帮助。传输的理解有很大帮助。 那么那么TCP/IP协议有哪些基协议有哪些基本概念、含义、技术呢？这是本节讨论的问题。本概念、含义、技术呢？这是本节讨论的问题。本本节节重点讨论重点讨论TCP/IP协议协议的基本概念、的基本概念、IP地址的含地址的含义及分类义及分类、 DNS域名域名等。等。教学教学重点重点能力能力要求要求了解了解: TCP/IP协议的起源及特点。协议的起源及特点。熟悉熟悉: IP地址的表示方法、地址的表示方法、DNS域名。域名。掌握掌握:IP地址的含义及分类。地址的含义及分类。5一、一、 TCP/IPTCP/IP的基本概念的基本概念 TCP/IP协议协议是是Internet上使

3、用最为广泛的通信协议。所上使用最为广泛的通信协议。所谓谓TCP/IP协议协议，实际上是一个，实际上是一个协议簇（组）协议簇（组），是一组协议，是一组协议，其中其中TCP协议协议和和IP协议协议是其中两个最重要的协议。是其中两个最重要的协议。IP协议称协议称为为网际协议网际协议，用来给各种不同的局域网和通信子网提供一个，用来给各种不同的局域网和通信子网提供一个统一的统一的互联平台互联平台。TCP协议称为协议称为传输控制协议传输控制协议，用来为应用，用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。程序提供端到端的通信和控制功能。6 TCP TCPIP IP 协议重要性协议重要性从以下几点看：从以下几点看

4、：uInternetInternet从理论到应用与从理论到应用与 TCP/IP TCP/IP是密是密不可分的不可分的 uTCP/IP TCP/IP 是一些常用操作系统内置的是一些常用操作系统内置的网网络协议络协议 u一些一些网络应用系统网络应用系统，如，如 Oracle Oracle 数据库数据库系统等等也都支持系统等等也都支持 TCP/IP TCP/IP 协议协议 7TCP/IPTCP/IP的特点的特点v开放式协议标准。可免费使用。开放式协议标准。可免费使用。v与物理网络硬件无关。允许与物理网络硬件无关。允许TCP/IPTCP/IP可以将很多不可以将很多不同类型的网络连接在一起。同类型的网络

5、连接在一起。v统一的统一的网络地址网络地址分配方案。每个分配方案。每个TCP/IPTCP/IP设备设备在网在网中都有唯一的地址。中都有唯一的地址。v各种标准化的各种标准化的高级协议高级协议。可广泛、持续地提供多。可广泛、持续地提供多种用户服务。种用户服务。（8二、二、 TCP/IP TCP/IP的起源的起源 v1973年9月美国斯坦福大学的文顿瑟夫与卡恩提出了TCP/IP协议v ARPA于 1977 年到1979 年研制成功 TCP/IP 协议 v到1983 年为止，ARPAnet 全部转换成了 TCP/IP 协议 vTCP/IP 与 UNIX 的结合是导致 TCP/IP 广泛流行的主要原因之

6、一 v而今， TCP/IP 协议已经变成了互联网的同义词 vPC机系统都有相应的 TCP/IP 工业产品 vTCP/IP 已经形成了事实上的工业标准 9三、三、TCP/IPTCP/IP协议的分层模型协议的分层模型v 对应于对应于OSIOSI模型的七层结构，模型的七层结构，TCP/IPTCP/IP协议可被大致协议可被大致分为四层。其对应关系如下：分为四层。其对应关系如下： （10TCP/IPTCP/IP的分层及基本工作原理的分层及基本工作原理11TCP/IPTCP/IP体系结构与协议栈之间关系体系结构与协议栈之间关系12p应用层应用层（Application LayerApplication L

7、ayer）：）： 包含各种网络应用协议。如HTTP、FTP、telnet、SMTP、DNS、SNMP等。1 1、TelnetTelnet： 它允许一个用户在一个远程的客户机上，访问另一台它允许一个用户在一个远程的客户机上，访问另一台机器上的资源。机器上的资源。2 2 、FTPFTP： 文件传输协议实际上就是传输文件的协议，它可以文件传输协议实际上就是传输文件的协议，它可以应用在任意两个主机之间。应用在任意两个主机之间。3 3、TFTPTFTP： 简单文件传输协议是简单文件传输协议是FTPFTP的简化版本，只有在你确的简化版本，只有在你确切地知道想到得到的文件名及他的准确位置时，才可有切地知道想

8、到得到的文件名及他的准确位置时，才可有选择的使用选择的使用TFTPTFTP。13p传输层传输层（Transport LayerTransport Layer）：）：v1 1、传输控制协议、传输控制协议 TCPTCP：所谓连接，就是两个对等实体为进行数据通信而进行的一种结合。面向连接服务是在数据交换之前，必须先建立连接。当数据交换结束后，则应终止这个连接。、和这三个阶段。在传送数据时是按序传送的。14TCPTCP协议工作机制协议工作机制发送发送SYN信息信息(序号序号=x)接收接收SYN信息信息(序号序号=x)发送发送ACK 信息信息(确认号确认号=y+1)主机主机A主机主机B接收接收SYN信息

9、信息(序号序号=y, 确认号确认号=x+1)发送发送SYN信息信息(序号序号=y, 确认号确认号=x+1)接收接收ACK 信息信息(确认号确认号=y+1)15TCP/IPTCP/IP协议栈协议栈应用层应用层网络接口层网络接口层网络层网络层传输层传输层 IPICMPARPRARP ICMP（Internet Control Message Protocol)： 提供提供控制控制和和传递消息传递消息的的 功能（但通信时功能（但通信时需用需用IP封装封装）；）； ARP（Address Resolution Protocol)： 为已知的为已知的IP地址地址确定网络接口层的确定网络接口层的 MAC地

10、址；地址； RARP（Reverse Address Resolution Protocol) ：为已知的网络接口层为已知的网络接口层MAC 地址确定对应的地址确定对应的IP地址。地址。 4 4个个协议中仅协议中仅IPIP具有全网的寻址能力具有全网的寻址能力，而，而ICMPICMP、ARPARP和和RARPRARP均无全网的均无全网的 寻址能力，寻址能力，ICMPICMP需要在需要在不同网络之间不同网络之间传递，因此必须用传递，因此必须用IPIP封封装，装，ARPARP和和 RARPRARP只在一个网络的内部进行通信，不需要在网络之间寻址，所以无须只在一个网络的内部进行通信，不需要在网络之间寻

11、址，所以无须 用用IPIP封装。封装。网络层协议网络层协议161 1、网际协议（、网际协议（IPIP）：）：v 主要负责在主机之间寻址和选择数据包的路由。IP协议不含错误恢复的编码,属于不可靠的协议。2 2、地址解析协议、地址解析协议ARP:ARP:v ARP (Address Resolution Protocol )把基于TCP/IP软件使用的IP地址解析成局域网硬件使用的媒体访问控制(MAC)地址。 ARP是一个广播协议网络上的每一台机器都能收到请求。每一台机器都检查请求的IP和自己的地址，符合要求的主机回答请求。173 3、反向地址解析协议、反向地址解析协议RARPRARP： RARP

12、RARP （Reverse Address Resolution Protocol) 一般仅适用于无盘工作站在启动时获取自身IP地址。通常主机将自己的IP地址存放在硬盘中，无盘工作站因为没有盘无法记忆自己的IP地址。所有无盘工作站的IP地址由RARP服务器集中保存，无盘工作站启动时通过发送RARP请求，从RARP服务器获得自己的IP地址。无盘工无盘工作站作站AA的的MAC地址地址 A的的IP地址地址广播地址广播地址 A的的MAC地址地址 A的的IP？ RARP requestARP reply无盘工无盘工作站作站B无盘工无盘工作站作站CRARP服务器服务器我的我的IP地地址是什么？址是什么？我

13、听到广播，我听到广播，IP地址是地址是18v4 4、ICMPICMP协议协议nICMP(Internet Control Message Protocol )传递差错报文以及其他需要注意的信息。ICMP报文通常被网络层或更高层协议（TCP或UDP）使用。一些ICMP报文把差错报文返回给用户进程。nICMP用来传送一些关于网络和主机的控制信息。如目标主机不可到达、路由重定向等。常用的ping命令就是使用了ICMP协议。nICMP不为数据提供错误控制服务，只是报告数据出错并不再传送错误的数据，并在IP数据报的生存期过后将其抛弃。19ICMPICMP应用实例应用实例B可可到达到

14、达吗？吗？可以，可以，我在这我在这里。里。Ping BICMP 回声请求回声请求ICMP 回声应答回声应答B可可到达到达吗？吗？我不知我不知道道B在在哪哪里。里。Ping BICMP 回声请求回声请求目的端无法到达目的端无法到达一般而言，一般而言，ping 目的端不可达可能有目的端不可达可能有3个原因：个原因：（1）线路或网络设备故障，或目的主机不存在）线路或网络设备故障，或目的主机不存在（2）网络拥塞）网络拥塞（3）ICMP分组在传输过程中超时（分组在传输过程中超时（TTL减为减为0）主机主机A主机主机A主机主机B主机主机B20v网络接口层网络接口层（Network Access Layer

15、Network Access Layer）：）：负责将IP分组封装成适合在物理网络上传输的帧格式并传输；或将从物理网络接收到的帧解封，取出IP分组交给网络互联层。当前几乎所有的物理网络上都可运行TCP/IP协议。数据链路层协议数据链路层协议端口端口21各端口的意义各端口的意义 端口端口22协议协议端口号端口号关键字关键字描述描述UDP42NAMESERVER主机名字服务器主机名字服务器UDP53DOMAIN域名服务器域名服务器UDP67BOOTP Client客户端启动协议服务客户端启动协议服务UDP68BOOTP Server服务器端启动协议服务服务器端启动协议服务UDP69TFTP简单文件

16、传输协议简单文件传输协议UDP111RPC微系统公司微系统公司RPCTCP20FTP Data文件传输服务器（数据连接）文件传输服务器（数据连接）TCP21FTP Control文件传输服务器（控制连接）文件传输服务器（控制连接）TCP23Telnet远程终端服务器远程终端服务器TCP25SMTP简单邮件传输协议简单邮件传输协议TCP80HTTP超文本传输协议超文本传输协议端口端口23TCP/UDPTCP/UDP通信和端口号通信和端口号主机主机A主机主机BTelnet B 目标端口号目标端口号 =23，将报文，将报文 发送到发送到Telnet 应用程序中应用程序中源端源端口口 目的端口目的端口

17、 1028 23 TCP/UDP中对等通信实体之间的通信相互用端口号标识；中对等通信实体之间的通信相互用端口号标识； TCP报文目的端口号必须根据报文目的端口号必须根据Telnet 协议的端口号确定；协议的端口号确定； 源端口号由源主机动态地分配起始源端口号，通常是一源端口号由源主机动态地分配起始源端口号，通常是一 些高于些高于1023的端口号。的端口号。24TCP/IPTCP/IP层间传送机制层间传送机制应用层应用层 t f s t e t m f l p t t n p p e t 23212569UDPTCP 6 17 IP传输层传输层网络层网络层链路层链路层物理层物理层MACMAC地址

18、地址TYPETYPE或或DSAPDSAP协议号协议号端口号端口号 物理层通过物理层通过MAC地址向链路层传送数据帧；地址向链路层传送数据帧； 链路层使用链路层使用TYPE或或DASP（Destination Service Access Point）识别识别IP协议协议 网络层根据协议号识别网络层根据协议号识别TCP或或UDP 传输层经端口号访问各种应用服务传输层经端口号访问各种应用服务25归纳总结归纳总结vTCP/IPTCP/IP分层及各层主要协议：分层及各层主要协议： 数据链路层：SLIP、PPP 网络层：IP、ARP、RARP、ICMP 传输层：TCP、UDP 应用层：FTP、TELNE

19、T、SMTP、HTTP、TFTP26四、四、互联网地址互联网地址（IP IP 地地 址址) )v地址实际上是一种标识符，用于标识系地址实际上是一种标识符，用于标识系统中的某个对象。通常标识符被分为三统中的某个对象。通常标识符被分为三部分：部分： 名字名字 标示对象是什么标示对象是什么 地址地址 标示对象在那里标示对象在那里 路径路径 指出怎么去访问对象指出怎么去访问对象27IP地址的定义 1、IP地址可描述三个方面的含义：28IPIP地址的表示法地址的表示法: : 十进制和二进制的转换十进制和二进制的转换10000000=12811000000=19211100000=22411110000=

20、24011111000=24811111100=25211111110=25411111111=255128 6432168421 IP地址的定义 29IPIP地址类别的计算地址类别的计算v如图所示：如图所示：8 8组以组以0 0开开头的地址对应于头的地址对应于A A类；类；4 4组以组以1010开头的对应于开头的对应于B B类，类， 2 2组以组以110110开头开头的对应于的对应于C C类，一个以类，一个以111111开头的地址属于开头的地址属于D D类，最后一个以类，最后一个以11111111开头的地址属于保留开头的地址属于保留类，现在不用。类，现在不用。30点分十进制表示法点分十进制表

21、示法nIPIP地址由地址由4 4组组8 8位二进制数组成。从二进制转换为十进制，位二进制数组成。从二进制转换为十进制，即将每组的即将每组的8 8位二进制都分别转换为十进制。位二进制都分别转换为十进制。n当组内所有位都为当组内所有位都为0 0时，最小可能值为时，最小可能值为0 0；当组内所有位都；当组内所有位都为为1 1时，最大可能值为时，最大可能值为255255。这样，点分十进制地址范围为。这样，点分十进制地址范围为到到255.255. 255.255255.255. 255.25531举例：举例：十进制十进制 166. 111. 4. 80 =二进制二进制 101

22、00110. 01101111. 00000100. 01010000二进制二进制 1010 01100110 11110000 01000101 0000十进制十进制 166. 111. 4. 80 IP地址的定义 IPIP地址的表示法地址的表示法: : 十进制和二进制的转换十进制和二进制的转换32互联网地址互联网地址(IP(IP地址地址) )是一个分配给一台主机，并用于该是一个分配给一台主机，并用于该主机所有通信的唯一的主机所有通信的唯一的3232位二进制数。为将信息快速地从一位二进制数。为将信息快速地从一台计算机传送到另外一台计算机，必须知道台计算机传送到另外一台计算机，必须知道IPIP

23、地址。地址。光纤通信网园区网路由器园区网园区网园区网Satellite路由器路由器路由器IPIP332、 IP地址的分类 在在InternetInternet网上，每台网上，每台主机、终端、服务器、以及路由器主机、终端、服务器、以及路由器都有自己的都有自己的IPIP地址，这个地址，这个IPIP地址是全球唯一的，用于标识该机地址是全球唯一的，用于标识该机在在InternetInternet网中的位置。网中的位置。IPIP地址地址与与IPIP地址的地址的分类分类如下图所示。如下图所示。类别类别网络号网络号主机号主机号IP地址地址字节字节1（8位）位）字节字节4（8位）位）字节字节3（8位）位）字节

24、字节2（8位）位）0 0 网络号网络号主机号主机号10 10 网络号网络号主机号主机号110 110 网络号网络号主机号主机号1110 1110 组播地址组播地址1111 1111 保留地址保留地址A：0-127B:128-191C:192-223D:224-239E:240-255IP地址类地址类34地址空间的划分地址空间的划分v A A类地址类地址：前前8 8位（第一段）为网络地址，后位（第一段）为网络地址，后2424位为主机地位为主机地址。每个址。每个A A类地址中可容纳类地址中可容纳2 22424-2=16777214-2=16777214台主机（主机台主机（主机地址全为地址全为“0”

25、0”和全为和全为“1”1”的地址是两个特殊的地址，所的地址是两个特殊的地址，所以要减以要减2 2），），A A类地址适合于大型网络中。类地址适合于大型网络中。v A A类地址共有类地址共有2 2(8-1)(8-1) =128 =128个（网络地址部分第一位为个（网络地址部分第一位为0 0，故，故减减1 1）。点分十进制表示中首整数）。点分十进制表示中首整数a a的取值范围为的取值范围为01270127，其中其中a a等于等于0 0、127127的的IPIP地址在因特网中留作特殊用途，因地址在因特网中留作特殊用途，因此，全球范围内可有的此，全球范围内可有的A A类地址共有类地址共有126126个

26、，个，a a的取值范围的取值范围为为11261126。由此可知：。由此可知：a128a128的网络地址一定是的网络地址一定是A A类地址。类地址。35地址空间的划分地址空间的划分vB B类地址类地址：前前1616位（前二段）为网络地址，后位（前二段）为网络地址，后1616位为主机地址。因此，每个位为主机地址。因此，每个B B类地址中可容纳的类地址中可容纳的主机数为：主机数为：2 21616-2=65534-2=65534台主机，台主机，B类地址用于中等网络中。vB B类地址共类地址共2 2(16-2)(16-2)=2=21414个（网络地址部分第一字节个（网络地址部分第一字节中前两个比特为中前

27、两个比特为1010）。点分十进制表示中首整）。点分十进制表示中首整数数a a的取值范围为的取值范围为128 -191128 -191。128a191的IP地址一定是B类地址。36地址空间的划分地址空间的划分vC类地址: :前前2424位（前三段）为网络地址，后位（前三段）为网络地址，后8 8位位为主机地址。每个为主机地址。每个C C类地址可容纳的主机数为：类地址可容纳的主机数为：2 28 8-2=254-2=254台主机，台主机，C类地址用于小型网络中。 vC C类地址共有类地址共有2 2(24-3)(24-3)=2=22121个（网络地址部分第一字个（网络地址部分第一字节中前三个比特为节中前

28、三个比特为110110）点分十进制表示中首整）点分十进制表示中首整数数a a的取值范围为的取值范围为192-223192-223，192a223的网络地址一定是C类地址。37地址空间的划分地址空间的划分38特殊特殊IPIP地址地址nIPIP除给每台计算机分配一个地址外，还定义了一套除给每台计算机分配一个地址外，还定义了一套特殊特殊地址格式地址格式，称为，称为保留地址保留地址。保留地址从不分配给主机。保留地址从不分配给主机。39主机部分主机部分Net ID and Host IDNet ID and Host IDv Net IDNet ID不能全不能全0 0或全或全1 1v Host IDHo

29、st ID不能全不能全0 0，全，全0 0为为Net IDNet IDv Host IDHost ID不能全不能全1 1，全，全1 1为本网广播地址为本网广播地址例：例： 192. 168. 0. 192. 168. 0. 1 1网络部分网络部分网络号网络号: : 本网的广播本网的广播 :55:5540特殊特殊IPIP地址地址v 公有地址公有地址: :在在InternetInternet使用。向使用。向Intel NICIntel NIC申请申请. .v 私有地址私有地址：内部网中使用，通过代理服务器与：内

30、部网中使用，通过代理服务器与InternetInternet通信。通信。 10 . 0 .0.010 . 0 .0.010 .255.255.25510 .255.255.255 172.16 .0.0172.16 .0.0172.31 .255.255172.31 .255.255 555541五、 DNS域名国内外常用域名结构情况国内外常用域名结构情况美国商业组织美国商业组织政府组织政府组织 教育机构教育机构中国电信网中国电信网顶层域顶层域comcomgovgovedueducncn第二层第二层

31、ibmibm（IBMIBM公司）公司）net(net(邮电网邮电网),),eduedu( (教育系统网教育系统网) )第三层第三层www(IBMwww(IBM的的webweb服务器服务器) )SzpttSzptt( (深圳电信局深圳电信局),),pkupku( (北京大学北京大学) )第四层第四层nenpubnenpub www( www(北大北大webweb主机主机) ) 第五层第五层 InternetInternet采用了一套和采用了一套和IPIP地址对应的地址地址对应的地址表示方法，称为表示方法，称为域名系统域名系统(DNS)(DNS)。DNSDNS使用与主机位置、作用、行业有关的一组使

32、用与主机位置、作用、行业有关的一组字符来表示字符来表示IPIP地址，这组字符类似于英文缩写或汉语拼音。地址，这组字符类似于英文缩写或汉语拼音。 Internet Internet的域名系统和的域名系统和IPIP地址一样地址一样, ,采用典型的层次结构，采用典型的层次结构，每一层由域或标号组成，其结构如下表所示。每一层由域或标号组成，其结构如下表所示。42DNS域名图图 3-21 3-21 域名结构示意图域名结构示意图域名域名: :域名：域名：rootrootpkupkucncnedueduhnrtuhnrtuNetNet域名：域名：pub.hn.Netpub.hn.Nethnhnpubpubcomcom163163sohusohu域名：域名： 域名域名: : 域名的域名的层次结构层次结构给域名的管理带来了方便，每一部分授权给域名的管理带来了方便，每一部分授权给某个机构管理，授权机构可以将其所管辖的名字空间进一步给某个机构管理，授权机构可以将其所管辖的名字空间进一步划分，最后形成树形的层次结构，如图划分，最后形成树形的层次结构，如