第5章 网络通信协议.ppt

1、第五章 网络通信协议,本章学习要点: TCP/IP协议集 网络层协议 传输层协议 应用层协议 网络互连技术,5.1 TCP/IP协议集,TCP/IP是指传输控制协议/网际协议，有两个重要的协议组成即TCP协议和IP协议，统称为TCP/IP。TCP/IP是Internet上所有网络和主机之间进行通信和传输数据的一组协议，因此我们把TCP/IP称其为协议集。如图5.1所示。,应用层 传输层 网络层 网络接口层 图5.1 TCP/IP协议集,1. 网际层的协议 网际协议（Internet protocol, IP）。 网际控制报文协议（Internet control message protoco

2、l, ICMP）。 网际主机组管理协议（Internet group management protocol, IGMP）。 地址解析协议（Address resolution protocol, ARP）和反向地址解析协议RARP。,2.传输层协议 传输控制协议（Transmission control protocol, TCP）。 用户数据报协议（User datagram protocol, UDP） 3.应用层协议 在TCP/IP模型中，应用层包括了所有的高层协议，而且随着网络的发展，不断有新的协议加入进来。应用层的协议主要有以下几种： 超文本传输协议HTTP。用于Internet中

3、客户机与WWW服务器之间的数据传输。 域名服务DNS。用于实现主机名与IP地址之间的映射。,简单邮件传输协议SMTP。实现邮件服务器之间的邮件传送。 邮件代理协议POP。实现涌化计算机与邮件服务器之间的邮件传送。 文件传输协议 FTP。实现主机之间的文件传送。 动态主机配置协议 DHCP。 实现对主机地址分配和配置工作。,远程终端协议 TELNET。 本地主机作为仿真终端登录到远程主机上运行应用程序。 路由信息协议 RIP 。用于网络设备之间交换路由信息。 网络文件系统 NFS。实现主机之间的文件系统的共享。 引导协议 BOOTP。用于无盘主机或工作站的启动。 简单网络管理协议SNMP。 实现

4、网络的管理。,5.2网际层协议 5.2.1网际协议IP 网际协议(Internet Protocol, IP)是TCP/IP协议族中核心的协议。所有的TCP、UDP、ICMP和IGMP数据都以IP数据报格式传输。现在所用的IP版本为1981年定义的第4版，即IPv4。 5.2.2 IP地址与子网掩码 1 .IP地址的划分：,在网络中，Internet 要为每一台主机分配一个Internet地址，这个地址在全球范围内是唯一的。目前应用的IP地址称为IPv4，由32位组成，分为四部分，每个部分为一个字节，8位二进制。通常用二进制、十进制和十六进制来表示。 IPv4的IP地址结构分为两部分，一部分代

5、表网络号，一部分代表主机号。网络号，是唯一标识一个网络，同一个网络上每台机器IP地址的网络号部分是相同的。,Internet的IP地址分为5种类型，包括A类、B类、C类、D类和E类。其中A、B、C三类IP地址的区别如表所示。,A、B、C三类IP地址的区别,2.子网掩码： 网络号和主机号是通过网络的类别进行判断的。要判别在IP地址中的子网和主机，就要采用子网掩码（或称为子网屏蔽码）。子网掩码采用了和IP地址一样的32位二进制数值。标准的A类、B类、C类地址都有一个默认的子网掩码，如表所示,3.IPv6及其表示： IPv6的IP地址长度由32位扩充为16个字节（128位），增加了安全认证机制，提高

6、了路由器的转发效率。 IPv6制定了冒分十六进制表示法，表示IPv6的128位地址，将128位地址分成8个16位十六进制加上分隔他们的冒号来表示。,形式如下： X:X:X:X:X:X:X:X 其中每个X代表地址为一个16位部分，并使用十六进制表示。 例如： FEDC：BA98：7654：3210：FEDC：8BDE：4325：3210 1800：0000：0000：0000：0007：0800：200C：528F,由于目前全球正在使用IPv4的数亿台终端机不可能在短期内完成到IPv6的转变，因此IPv4和IPv6 在相当一段时间内共存，IPv6对IPv4兼容。协议设计了IPv4的兼容地址。是在

7、原有的IPv4地址前加上适当的前缀形成IPv6地址。 简写的办法：IPv4兼容地址的表示分为两部分： 地址右边的32位，即原先的IPv4地址仍然沿用“点分十进制”表示法书写。 地址左边的96位的前缀使用IPv6的地址表示法抄写，这两部分之间用冒号连接。 x：x：x：x：x：x：yyyy 其中y为0到255之间的十进制数 例如：0：0：0：0：0：0：131683 或 ：131683,5.2.3 地址解析协议 当网络中的任何两台主机之间进行通信时，都必须获得对方的物理地址，而IP地址是一个逻辑地址。为了完成数据传输，IP必须具有一种确定目标主机物理地址的方法，也就是说，要在IP地址与物理地址之间

8、建立一种映射关系，而这种映射关系被称为“地址解析”(Address Resolution)。,5.3 传输层协议 5.3.1基本概念 在TCPIP体系结构中，传输层的作用是向应用层提供端到端的可靠传输。传输层使用两种协议，即TCP和UDP。TCP是面向连接的可靠传输协议。UDP是面向无连接的不可靠传输协议。可靠传输和不可靠传输是指在不同的网络传输环境假设下的两种传输方式。,5.3.2. 传输控制协议TCP TCP是传输控制协议，TCP提供面向连接的、可靠的字节流的传输服务。这里面向连接是指使用TCP的客户端和服务器端在彼此交换数据之前，必须首先建立一个TCP连接。这很像普通的电话系统，当电话两

9、端的通话人确认电话连通后，双方才开始讲述通话的内容。TCP通过下列方式提供端到端的可靠传输。,5.3.3. 用户数据报协议UDP UDP是用户数据报协议，UDP是面向无连接的，不可靠的传输协议。在传输层使用UDP的应用层服务通常有DNS、TFTP和SNMP等。 在使用UDP进行网络传输的过程中，UDP只负责数据传输。首先，UDP只负责将数据发出，不保证数据一定到达目的；如果传输中出现故障，UDP不负责重传数据，数据是否重传将由应用程序控制；其次，当数据正确到达后，UDP协议的接收方不负责发送“数据已经到达”的确认信息。确认信息将由接收方的应用程序负责。,5.4 应用层协议 5.4.1 DNS域

10、名解析协议 1.域名系统 在Intranet环境中为了使用Internet上各种资源，必须使计算机能够识别IP地址或计算机的物理地址。为此人们在Internet或Intranet中使用了一整套规定来表示Internet上的计算机地址，这就是域名系统（DNS）。,2.域名服务器 有了DNS和TCP/IP，当用户在Internet上浏览和使用资源时，无须记忆它的IP地址和物理地址，而只知道它的域名。例如：当浏览“CCTV”中文网页时，只需要键入就可以进入它的主页。这就像使用不同语言的人们交流时必须经过“翻译”一样。在网络上负责这项工作的计算机就是DNS服务器。,3.域名解析 在用自然语言去标识计算

11、机主机的域名，给人们记忆带来方便，但是主机域名不能直接用于TCPIP协议的路由选择之中。当用户使用主机域名进行通信时，必须首先将其映射成IP地址。因为Internet通信软件在发送和接收数据时都必须使用IP地址，这种将主机域名映射为IP地址的过程叫做域名解析。,4. 域名服务 域名系统是采用分层管理的，因此，这个分布式主机信息数据库也是分层结构的，它类似于计算机中文件系统的结构。整个数据库是一棵倒立的树形结构。 如图5.2所示。,Internet第1级域名（组织型）的代码及意义,5.4.2 DHCP动态主机配置协议 动态主机配置协议（DHCP）提供动态配置。当主机从某个网络移动到另一个网络，或

12、连接到某个网络然后又断开连接时（如同一个用户和服务提供者的关系），DHCP也是需要的。DHCP在有限的期间提供临时的IP地址。 5.4.3 FTP文件传输协议 文件传输协议（FTP）是用来在TCP/IP网络上从客户机向服务器传输信息的，反之亦然。FTP协议的客户机与服务器之间完成数据传输，需要使用两个TCP连接，一个控制命令，一个数据传输。,5.4.4 HTTP超文本传输协议 超文本传输协议（HTTP）是为了传输超文本标记语言（HTML）而设计的协议。HTML是一种用于创建超文本文档的标记语言。超文本文档包括与其他文档的链接，可以包含文档以外的其他元素，诸如图形图像、音品和视频素材等。 5.4

13、.5电子邮件的相关协议 电子邮件（E-mail）是使用最广泛的TCP/IP应用。对于多数人来讲，电子邮件已经成为日常生活中不可缺少的一部分。 在TCP/IP协议集中，提供了两个电子邮件协议：简单邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)和邮政代理协议(Post Office Protocol，POP)。,5.5 网络互连技术 5.5.1 互连网络的基本概念 网络互连通常要经过中间设备，可以统称为中继系统，在两个网络互连的路径可以有多个不同类型的中继系统。 按照网络互连的距离，一般分为局域网的互连和广域网的互连两种类型 5.5.2 网络互连的基本类型 1

14、同构局域网互连与异构局域网互连 2局域网与广域网互连,网关 路由器 网桥 中继器,5.5.3 网络互连的层次 如图5.7所示,1.应用层的互连 网关（Gateway）是应用层使用的互连设备。 网关用来连接异类网络，是一个协议转换器。 网关的连接方式有两种：无连接的网关和面向连接的网关。网关提供的服务主要是连接、翻译和转换，使不同类型的网络体系能够连接。 路由器和计算机都可以配置成网关。 2.网络层的互连 网络互连一般连接相同协议的网络，可以连接异构网络，还可以利用协议将整个网络划分为若干逻辑子网。,网络层互连的典型设备是路由器，它具有判断网络地址和选择路径的功能，完成网络层中继的任务。 路由器

15、在网络层互连中的主要功能有：地址映射、数据转换、路由选择和协议转换。 路由表：路由器一般至少连接两个网络，并根据它所连接网络的状态决定数据包的传输路径。而且路由器会生成一个“路由表”，这个路由表会跟踪记录着相邻其他路由器的地址和状态信息。路由器使用路由表，并根据传输距离，通信费用等，通过优化算法来决定一个特定的数据包的最佳传输路径。,路由器有两种基本的路由选择方式，既静态路由和动态路由方式。 3.数据链路层的互连 在OSI/RM的数据链路层的互连主要应用桥接和交换技术，对帧信息进行存储转发，对传输的信息有较强的管理能力。数据链路层实现网络互连常用的设备是网络适配器、网桥和交换机等。 （1）网络

16、适配器：俗称网卡（Network Interface Card，NIC），是OSI/RM中数据链路层的设备。网络适配器是局域网的接入设备，是单机与网络间架设的桥梁。,（2）网桥：网桥（Bridge）是局域网中最为常用的网间连接器，它工作在OSI/RM的数据链路层，实现局域网的连接。网桥的功能是在局域网之间存储、转发帧并实现数据链路层上的协议转换。网桥可分为内桥和外侨；根据网桥连接的范围，又分为本地桥和远程桥。 （3）交换机：交换机（Switch）也称为交换器。交换机是一个具有简单、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品,4.物理层的互连 中继系统作用于同种网络的OSI/RM物理层上，只对比特信号进行接收、波形整形、放大和发送，可以扩大一个网络的作用地域范围，一般不具备管理能力，使用的设备主要有中继器、