通信网第9章 TCP与IP协议栈

1、1,TCP/IP协议体系结构,TCP/IP Protocol Architecture,第9章,9.1概述,SNMP HTTP,3,1. 应用层,应用层对应于OSI_RM的高三层( 应用层、表示层、会话层 )。 常用的基本服务程序有： 远程登录(Telnet) 文件传输协议(FTP：File Transfer Protocol ) 简化邮件传送协议(SMTP：Simple Mail Transfer Protocol ) 域名系统( DNS ： Domain Name System ),4,普通文件传输协议 ( TFTP：Trivial File Transfer Protocol ) 网络文

2、件系统 (NFS：Network File System ) 网络信息系统 ( NIS：Network Information System )、 简单网络管理协议 ( SNMP：Simple Network Management Protocol ),5,应用层用户通过调用应用进程接口 ( API )来访问TCP/IP互联网提供的各种基本服务。 相应的应用程序负责收、发数据，每个应用程序选择所需的传送服务类型，可以是独立的报文序列，或是连续的字节流。应用层将数据按要求的格式传到传输层。,6,2. 传输层,传输层( Transport Layer )提供端到端应用进程之间的通信。该层的通信协议

3、有： 传输控制协议 ( TCP：Transport Control Protocol )、 用户数据报协议 (UDP：User Datagram Protocol ) IP电话所用的数字话音协议 ( NVP ： Numerical Voice Protocol )。,7,网间互连层( Interconnection Layer ) 负责异构网或同构网的计算机进程之间的通信。这层主要协议有： 网络互连协议( IP：Internet Protocol ) 互连网控制报文协议( ICMP：Internet Control Message Protocol ) 地址转换协议( ARP：Address

4、Resolution Protocol )、反向地址转换协议( RARP：Reverse Address Resolution Protocol ),3. 网间互连层,8,网络接口层负责与物理网络的连接，支持现有网络的各种接入标准，如广域网的X.25分组交换网、DDN、FRN、ATM网等；局域网和城域网如以太网( Ethernet )、标记环网( Token ring )、FDDI、PPP、SLIP等。,4. 网络接口层,9,9.2网络互联层协议,9.2.1 IP地址与域名系统,1. IP 地址结构（ IPv4 ）,X . X . X . X,4 字节，以十进制数表示，用 “ . ”分开。,1

5、0,2. I P 地址分类,A类地址 1126,B类地址 128191,C类地址 192223,D类地址 224239,E类地址 240247,11,3 特殊IP地址形式,直接广播地址 受限广播地址 “这个网的这个主机”地址 “这个网络上的特定主机”地址 回送地址,12,1.直接广播地址,A类、B类与C类IP地址中主机号全1的地址为直接广播地址; 用来使路由器将一个分组以广播方式发送给特定网络上的所有主机; 只能作为分组中的目的地址; 物理网络采用的是点-点传输方式，分组广播需要通过软件来实现。,13,2.受限广播地址,网络号与主机号的32位全为1的地址为受限广播地址; 用来将一个分组以广播方

6、式发送给本网的所有主机; 分组将被本网的所有主机将接受该分组，路由器则阻挡该分组通过。,14,3.“这个网络上的特定主机”地址,主机或路由器向本网络上的某个特定的主机发送分组； 网络号部分为全0，主机号为确定的值； 这样的分组被限制在本网络内部。,15,4.回送地址,回送地址是用于网络软件测试和本地进程间通信； TCP/IP协议规定： 含网络号为127的分组不能出现在任何网络上； 主机和路由器不能为该地址广播任何寻址信息。,16,9.2.2 子网和超网的基本概念为什么要研究子网和超网,IP地址的有效利用率问题 路由器的工作效率问题 子网（subnet） 将一个大的网络划分成几个较小的网络，而每

7、一个网络都有其自己的子网地址； 超网（supernet） 将一个组织所属的几个C类网络合并成为一个更大地址范围的逻辑网络。,17,子网掩码与子网地址空间的划分方法 1.子网与IP地址的三级层次结构,18,划分为3个 子网的结构,19,三级层次的IP地址是：网络号. 子网号. 主机号； 第一级网络号定义了网点的位置； 第二级子网号定义了物理子网； 第三级主机号定义了主机和路由器到物理网络的连接； 三级层次的IP地址，一个IP分组的路由选择的过程为三步：第一步转发给网点，第二步转发给物理子网，第三步转发给主机。,20,子网掩码的概念,子网掩码表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0。,21,3.掩

8、码运算,二进制的IP地址与掩码按位进行“与” 运算的过程,22,6.3.3 子网地址空间的划分,例：一个大型跨国公司的管理者从网络管理中心获得 一个A类IP地址；需要划分1000个子网。 分析：该公司需要有1 000个物理网络，加上主机号全 0 和全1的两种特殊地址，子网数量至少为1002；选择子网号的位长为10，可以用来分配的子网多为1024，满足用户要求。,23,A类地址子网划分后的结构,24,划分子网后的地址范围,25,划分子网后的网点内部结构,26,2.如何根据主机的IP地址判断是否属于同一个子网,在划分子网的情况下，判断两台主机是不是在同一个子网中，看它们的网络号与

9、子网地址是不是相同。 实例： 主机1的IP地址为1 主机2的IP地址为10 子网掩码为92 判断它们是不是在同一个子网上。,27,主机1的IP地址与子网掩码做与运算： 主机2的IP地址与子网掩码做与运算： 结论:子网号都是 0001101101，因此它们属于同一个子网。,28,Class B Subnetting,# Bits Subnet Mask # Subnets # Hosts,2 2 16382 3 6 8190 4 14 4094 5

10、 30 2046 6 62 1022 7 126 510 8 254 254 9 28 510 126 10 92 1022 62 11 24 2046 30 12 40 4094 14 13 48 8190 6 14 52 16382 2,29,Class C Subnetting,# Bits Subnet Mask # Su

11、bnets # Hosts,2 92 2 62 3 24 6 32 4 40 14 14 5 48 30 6 6 52 62 2,30,9.2.2 IP数据报格式,31,用于将一个目的地IP地址映射到待求的物理网卡地址。 例如，已知要查询的IP地址为3，但源端用户并不知道该站点用的何种网卡地址。实际上，任何IP数据报又必须经过物理网络 ( 如以太网 )传送。因此，利用ARP请求数据报在网上广播，只有IP地址为3的站

12、点作出响应，将其网卡地址载入 ARP响应数据报 。,9.2.3 地址转换协议(ARP),32,RARP : Reverse Address Resolution Protocol 无盘工作站如何获取 IP 地址 ？,9.2.4 反向地址转换协议(RARP),HA,HB,IA,IB ?,PA,PB,ROM BIOS,Server,33,ICMP : Internet Control Message Protocol 差错和控制的协议：网关向信源报告传输错误的原因。 传输差错报文，传输控制报文,ICMP头标 ICMP报文,9.2.5 ICMP协议,34,ICMP报文格式,type,code,FCS

13、,1 2 3-4,data,0 回应应答 3 信宿不可达 4 源抑制 5 重定向 8 回应请求 11 数据报超时 12 数据报参数错 13 时戳请求 14 时戳响应 17 地址模请求 18 地址模响应,35,ICMP消息：封装在IP数据报中传输,询问消息 如无盘工作站的子网掩码或远程主机的应答，采用请求-应答模式； 错误消息 用于报告差错信息，不需要应答。,36,PING,PING程序利用ICMP的类型0消息（回声）来完成测试功能的； fping 一点对多点的ping。,37,9.4 传输控制协议 TCP,9.4.1 传输层工作原理,4,4,IP,端 到 端 通 信,点 到 点 通 信,进程,

14、应用程序,A,B,38,9.4.2 TCP基本功能,面向连接的协议 基本数据传输 字节流 TCP 段 可靠性 Slide-window机制，ACK，超 时重发 多路复用 并行连接 多任务、多用户 优先级 / 安全性,全双工,39,9.4. 3 TCP 报文格式,40,端口 Ports,1. 端口 ：TCP /IP 提供了端口 Ports的概念。 2. 端口用于应用程序和传输层之间的通信。 即 ：端口标识了应用程序，应用程序能通过系统调用获得某端口。 3. 端口可当作一种抽象的软件结构，包括数 据结构、I / O 缓冲区,41,端口分配方式,全局分配 集中式控制 本地分配 动态联编 ( bind

15、ing ),TCP/IP的端口分配方式： 保留端口 自由端口,进程,自由端口,公认端口,Server,建立联系,42,常用的保留端口,43,TCP的拥塞控制 什么是拥塞？ 在Internet中，由于路由器超载而引起的时延加大，说明子网能力的不足。极端情况会使网络崩溃。 (2)拥塞控制方法 基于Slide-window协议：调整发送窗口： * 接收方的窗口值； * 发送端拥塞窗口限制,44,TCP连接建立与拆除,三次握手,ISN = X,连接请求,连接确认,ISN = Y ACK = X +1,ACK=Y+1,45,A,B,请求连接,连接建立,SYN，SEQ=100,SYN，SEQ=300，AC

16、K=101,ACK=301,D，SEQ=101，ACK=301,D，SEQ=400，ACK=201,数据传输,数据传输,46,A,B,设 B 请求关闭,FIN，SEQ=401，ACK=201,FIN，SEQ=201，ACK=402,SEQ=402，ACK=202,A数据传完,A数据传输未完,D，SEQ=201，ACK=402,连接关闭,47,9. 5 UDP协议,UDP报头,源端口,宿端口,UDP长度,UDP校验和,数据,源（source）IP地址,宿（destination）IP地址,00000000,Protocol(17),UDP长度,48,9.6 TCP/IP模型中的边界,硬件,应用层,传输层,网间网层,网络接口层,OS外的软件,OS内的软件,使用 IP地址,使用物理地址,49,域名与IP地址映