计算机网络通信技术46课件

计算机网络通信技术6.1TCP/IP协议概述6.2Internet概述6.3Internet网络层协议6.4Internet传输层协议6.5Internet的服务和应用第6章TCP/IP协议与Internet

【本章内容简介】本章主要介绍TCP/IP协议和Internet的服务与应用。TCP/IP协议是Internet最基本的协议也是最重要的协议，通过本章内容的学习将会对Internet的组织结构、工作过程以及数据传输等相关知识有更深的理解和认识，并能够更好地、灵活地运用nternet的相关服务和应用。首先介绍TCP/IP协议的基本概念，按照TCP/IP协议栈的层次分别介绍网际互联层协议、传输层协议、应用层协议、TCP/IP协议模型的各个层次所包含的概念和应用以及Internet的服务和应用。【本章重点难点】重点掌握TCP/IP协议体系的基本概念，TCP/IP协议模型中各个层次包含的协议的基本概念和功能。第6章TCP/IP协议与Internet6.1TCP/IP协议概述

TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)协议是当今技术最成熟、应用最广泛的网络传输协议，并拥有完整的体系结构和协议标准。

TCP/IP是一种网络体系结构，它起源于美国ARPANET网，由它的两个主要协议即传输控制协议TCP和网际协议IP而得名。

1．TCP/IP概述2．TCP/IP的层次结构

TCP/IP分成4层，分别是网络接口层、网际互联层(IP)、传输层和应用层，与OSI/RM的对应关系如图6-1所示。图6-1TCP/IP与OSI的对应关系6.1TCP/IP协议概述

在TCP/IP的层次结构中，虽然包括4个层次，但实际上只有3个层次包含了实际的协议。TCP/IP中各层对应的协议主要如图6-2所示。TCPUDP应用层网络接口层传输层网际互联层TelnetFTPDNSSMTPHTTPEthernetIPARPRARPIGMPICMPIPARPRARPIGMPICMPATMTokenRingFrameRelay……图6-2TCP/IP体系结构中的协议与网络6.1TCP/IP协议概述1．Internet的定义Internet又称国际互联网，是采用网络互连技术建立起来的、世界上唯一的、主要用于共享网络信息资源的计算机网络。Internet是由成千上万的不同类型，不同规模的计算机网络和计算机主机组成的覆盖世界范围的巨型网络。6.2Internet概述6.2Internet概述2．Internet原理

（1）通过全球性的唯一的地址逻辑地链接在一起。这个地址是建立在互联网协议(IP)或今后其他协议基础之上的。（2）可以通过传输控制协议和互联协议(TCP/IP)，或者今后其他接替的协议或与互联协议(IP)兼容的协议来进行通信。（3）可以让公共用户或者私人用户使用高水平的服务。这种服务是建立在上述通信及相关的基础设施之上的。（1）收发电子邮件（2）小型家庭办公室（3）上网浏览（4）查询信息（5）电子商务（6）丰富人们的闲暇生活方式（7）其他应用。6.2Internet概述3．Internet应用

网际层是在Internet标准中正式定义的第l个层,网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组,将分组形成数据包(IP数据包),并为该数据包进行路径选择,最终将数据包从源主机发送到目的主机.在网际层中,包含的协议主要有网际协议

(InternetProtocol,IP),网际控制报文协议

(InternetControlMessageProtocol,ICMP),网际主机组管理协议(InternetGroupManagementProtocol,IGMP),地址解析协议

(AddressResolutionProtocol,ARP)和逆向地址解析协议

(ReverseAddressResolution,RARP)等.最常用的协议是网际协议IP,其他一些协议用来协助IP的工作.6.3Internet网络层协议1.IP的主要功能

IP协议的基本功能是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址和其他一些信息。

6.3.1IP

IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去，而IP数据包可能会丢失、重复、延迟时间长或者顺序混乱。因此，要实现数据包的可靠性传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的TCP协议。2.IP的特性6.3.1IP3.IP数据报格式IP数据报封装到以太网的MAC数据帧，与一般网络层分组格式相似，IP数据报也分为两部分：首部和数据。4bit4bit8bit16bit版本首部长服务类型总长度标识符标志片偏移生存时间协议首部校验和源IP地址目的IP地址任选项填充字段…数据…图6-3IP数据报格式6.3.1IP6.3.2IP地址1．物理地址与逻辑地址一台Internet主机至少有一个IP地址，而且这个IP地址是全网惟一的。图6-6IP地址的结构6.3.2IP地址

2．IP地址的分类

IP协议把IP地址分成5类，包括A类、B类、C类、D类和E类。5类IP地址的格式如图6-7所示。图6-7

IP地址的分类3．特殊IP地址对于任何一个网络号,其全为“0”或全为“l”的主机地址均为特殊的IP地址.例如,和55都是特殊的IP地址.特殊的IP地址有特殊的用途,不分配给任何用户使用,如表6-2所示.

6.3.2IP地址表6-2特殊IP地址表网络地址主机地址地址类型用途全0全0本机地址启动时使用有网络号全0网络地址标识一个网络有网络号全1直接广播地址在特殊网上广播全1全1有限广播地址在本地网上广播127任意环回地址环回测试6.3.2IP地址4．IP地址的管理

Internet的IP地址是全局有效的，因而对IP地址的分配与回收等工作需要统一管理。IP地址的最高管理机构称为“Internet网络信息中心”，即InternetNIC（InternetNetworkInformationCenter）,它专门负责向提出IP地址申请的组织分配网络地址，然后，各组织再在本网络内部对其主机号进行本地分配。6.3.3子网技术

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。子网划分技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络，如图6-11所示，这些物理网络统称为子网。

图6-1l一个大型网络可划分为若干个子网互连6.3.3子网技术1．划分子网的原因

(1)充分使用地址(2)划分管理职责(3)提高网络性能

2．划分子网的方法为了划分子网，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，另一部分用于主机号编址。6.3.3子网技术图6-13子网的划分3．子网掩码一个IP网络有没有划分成子网，子网号有几位，是通过子网屏蔽码来识别的。子网屏蔽码也称作子网掩码。一个网络有一个子网掩码。图6-14所示给出了两个地址，其中一个是未划分子网中的主机lP，而另一个是子网中的IP地址。这两个地址从外观上没有任何差别，但可以利用子网掩码区分这两个地址。6.3.3子网技术图6-14使用未使用子网划分的IP地址4．划分子网的规则5．子网划分实例

(1)确定需要多少子网号来唯一标识网络上的每一个子网。

(2)确定需要多少主机号来标识每一个子网上的每一台主机。

(3)定义一个符合网络要求的子网掩码。

(4)确定标识每一个子网的网络地址。

(5)确定每一个子网所使用的主机地址范围。6．可变长子网划分(VLSM)7．超网和无类域间路由CIDR6.3.3子网技术6.3.4网际控制报文协议

网际控制报文协议（InternetControlMessageProtocol，ICMP）作为IP协议的补充，为IP协议提供差错报告。用于传送这方面的控制信息或差错信息。因为这些信息可能需要穿过几个物理网络才能到达它们的最终报宿，因而只靠物理层传递是不能实现的，需要将它们封装在IP数据报中才能进行传递。这时被封装在IP数据报的ICMP报文不能看作是高层协议，而只是IP需要的一部分。显然载有ICMP报文的IP数据报也有可能产生错误。为此规定，对载送ICMP报文的数据报，若出现差错，不产生ICMP报文，否则就要引起递归了。IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而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。

6.3.5网际主机组管理协议6.3.6地址解析协议

在互联网络中，每个节点分配有一个32bit的IP地址。通过这个IP地址在节点之间收发报文分组。使用IP地址，整个网络的表面就像是一个单个的虚拟网络。但信息是通过真正的物理网络来传递的。而在物理网络上，两台机器只有彼此知道物理地址时才能进行通信。因此，使用IP地址通信最终还是要把IP地址转换成物理地址。当然这项工作对用户来讲是透明的。

主机节点的IP地址与硬件是无关的，因此一般是保存在磁盘中的。机器启动后即从磁盘中取出IP地址，然后与别的主机进行通信。但如果这个节点是一个无盘工作站，它无处保存自己的IP地址，这就要依靠无盘工作站的物理地址了。因为无盘工作站自己的物理地址它是知道的，因此就可以广播一个报文分组给本地的文件服务器，让文件服务器告诉它的IP地址。这就是由物理地址向IP地址的转换。描述该转换的协议是反向地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol,RARP）。

6.3.7反向地址解析协议6.3.8Ipv6

IP协议是因特网的关键协议。IPv6是下一代IP协议，相对于IPv6来说现在使用的IP协议是IPv4。IPv6所引进的主要变化如下：（1）更大的地址空间。（2）灵活的首部格式。（3）简化了协议，加快了分组的转发。（4）允许对网络资源的预分配，支持实时视频流等要求，保证一定的带宽和时延的应用。（5）允许协议继续演变和增加新的功能，使之适应未来技术的发展。

数据通信的本质活动是要完成两个进程之间信息的传递。IP协议可以使信息从一台计算机传送到另一台计算机，在此基础上，传输层的作用便是要提供实现进程到进程的通信服务。由于它通常支持端节点的应用进程之间的通信，因此传输层的协议有时也称为端到端协议。

TCP/IP协议簇在传输层主要包括两个协议：传输控制协议(TransmissionControlProtocol，TCP)和用户数据报协议(UserDatagramProtocol，UDP)。

6.4Internet传输层协议6.4.1传输控制协议TCP协议是传输层的一种面向连接的通信协议，它向高层提供了面向连接的可靠报文段的传输服务。该服务是建立在IP所提供的不可靠报文分组传输服务的基础上的。可靠性的问题由TCP协议解决。每当发送数据段之前，TCP协议都必须保证先建立可靠的连接，然后通过确认重发和窗口机制等对传输的数据段进行有效控制，以达到高可靠性的目的。6.4.1传输控制协议1．端口在TCP/IP协议中，用端口号识别不同的应用进程。为每一端口分配一个端口号，它是应用进程的惟一标识，TCP和UDP协议中规定端口采用16bit二进制数表示，因此一台主机同时可使用216个端口号，UDP和TCP分别使用各自独立的端口号，互相没有关联。图6-23主机A和B与主机C的FTP连接6.4.1传输控制协议2．TCP的主要机制（1）编号、确认与重发（2）拥塞控制（3）传输连接的管理

3．TCP的报文格式信源端口信宿端口发送序号确认序号数据偏移保留码位窗口校验和紧急指针选项和填充数据图6-24TCP报文格式6.4.2用户数据报协议

用户数据报协议(UserDatagramProtocol，UDP)是一种面向无连接的协议，因此，它不能提供可靠的数据传输，而且UDP不进行差错检验，必须由应用层的应用程序来实现可靠性机制和差错控制，以保证端到端数据传输的正确性。虽然UDP与TCP相比显得非常不可靠，但在一些特定的环境下还是非常有优势的。

UDP数据报文包括首部和数据字段两部分，封装在IP数据报中传输，如图6-26所示。

UDP数据报文包括首部和数据字段两部分，封装在IP数据报中传输，如图6-26所示。如图6-27所示为UDP数据报。图6-26报文的封装

图6-27UDP报文格式

6.4.2用户数据报协议

在TCP/IP模型中，应用层包括了所有的高层协议，而且总是不断有新的协议加入。本节主要介绍用于Internet中的客户机与WWW服务器之间的数据传输超文本传输协议HTTP、远程访问主机的Telnet协议、远程文件传输的FTP协议、电子邮件的发送与接收协议、域名解析DNS协议、动态主机地址分配DHCP协议。6.5Internet的服务和应用

在WWW浏览器与WWW服务器之间传输数据的通信协议是超文本传输协议HTTP(HyperTextTransferProtocol)协议。HTTP协议属于TCP/IP协议中的应用层，它定义了浏览器与WWW服务器之间的通信交换机制、请求及响应消息的格式等。6.5.1WWWHTTP是一个使用请求/响应模型的客户机/服务器协议，一个HTTP客户机或用户通过使用URL与一个HTTP服务器相连接并请求资源，例如一个HTML文档。在HTTP工作过程中，使用MIME来压缩所请求的数据，以MIME格式传输数据。6.5.2DNS1．域名结构及其命名规则

cn代表中国，fr代表法国，uk代表英国，ca代表加拿大，au代表澳大利亚等。顶级域名域名类型com商业组织edu教育机构gov政府部门int国际组织mil军事部门net网络支持中心org各种非赢利性组织国家代码各个国家表6-10顶级域名分配(1)域名服务器(2)域名解析的过程