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第 5 章 TCP/IP

第 5 章 TCP/IP. 第 5 章 TCP/IP. 5.1 TCP/IP 概述 5.2 互联网层协议 5.3 传输层协议 5.4 常见应用层协议 5.5 其它相关概念. 5.1 TCP/IP 概述. 5.1.1 TCP/IP 协议簇 5.1.2 OSI/RM 体系结构 5.1.3 TCP/IP 体系结构 5.1.4 TCP/IP 与 OSI/RM 的比较 5.1.5 TCP/IP 的发展. 5.1.1 TCP/IP 协议簇. 计算机间通信的三个阶段：单机阶段、 LAN 阶段、 Internet 阶段。

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第 5 章 TCP/IP

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  1. 第5章 TCP/IP

  2. 第5章 TCP/IP • 5.1 TCP/IP概述 • 5.2 互联网层协议 • 5.3 传输层协议 • 5.4 常见应用层协议 • 5.5 其它相关概念

  3. 5.1 TCP/IP概述 5.1.1 TCP/IP协议簇 5.1.2 OSI/RM体系结构 5.1.3 TCP/IP体系结构 5.1.4 TCP/IP与OSI/RM的比较 5.1.5 TCP/IP的发展

  4. 5.1.1 TCP/IP协议簇 • 计算机间通信的三个阶段：单机阶段、LAN阶段、Internet阶段。 • TCP/IP协议是运行在因特网上的核心协议，是使计算机能互相通信的一组协议。 • TCP/IP是一个协议簇。 • TCP：Transmission Control Protocol。 • IP：Internet Protocol。

  5. 从操作的角度看： IP地址 子网掩码 默认网关

  6. OSI的七层通讯协议标准 7 Application 应用层 6 Presentation 表示层 5 Session 会话层 4 Transport 传输层 3 Network 网络层 2 Data Link 数据链路层 1 Physical 物理层 5.1.2 OSI/RM体系结构

  7. 网络协议的分层 1. 分层可以使复杂问题简化，使设计容易实现。 2. 每层分工清晰，在高层解决不同种语言的相互翻译（数据的不同表示），在低层解决信息传递。 3. 每层只关心本层内容，不用知道其它层如何实现。 4. 每个层次向上一层提供服务，向下一层请求服务。 5. 容易解决通信的异质性问题。

  8. 应用层 应用层 表示层 表示层 会话层 会话层 传输层 传输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 OSI/RM七层模型的通信过程

  9. OSI/RM七层模型的通信过程

  10. OSI/RM的几个概念 • 进程：运行着的计算机软件。 • 实体：是发送或接收信息的硬件和软件进程。 • 协议：控制对等实体之间通信的规则（水平）。 • 服务：是由下一层向上一层通过层间接口提供的功能（垂直）。

  11. 应用层 传输层 互联网层（网络层） 网络接口层 5.1.3 TCP/IP体系结构

  12. 网络接口层 • 等价于OSI/RM的“数据链路层+物理层”。 • 常见的协议： SLIP（串行线Internet协议）； PPP（点对点协议）等； LAN技术： 802.3（CSMA/CD） 802.4（TOKEN BUS） 802.5（TOKEN RING） 等等…

  13. 互联网层 • 等价于OSI/RM的“网络层”。主要功能：分组传输和路由选择、拥塞控制和网络互连等。 • 相关协议： IP； ICMP、PING； ARP、RARP； RIP、OSPF、BGP等。

  14. 传输层 • 等价于OSI/RM的“传输层”。主要作用是提高传输的可靠性。 • 主要2个协议： 1）UDP：用户数据报协议。非连接的“不可靠”传输协议。 2）TCP：传输控制协议。面向连接的“可靠”传输协议。

  15. 应用层 • 等价于OSI/RM的“会话层/表示层/应用层”。为各种应用制订相关的标准。 • 常见协议： FTP、TELNET、HTTP、SMTP、POP、DHCP…

  16. TCP/IP主要协议及关系 应用层 传输层 网络层 网络接口层

  17. TCP/IP通信原理和过程 资 源 子 网 通 信 子 网

  18. TCP/IP中的数据传输

  19. TCP/IP中的地址概念 域名地址

  20. A RA 广域网 第1步：RA => RB。 网络层 => 路由选择； 通过IP地址寻址； 分组交换… 1 B RB 第2步： RB => 主机B。 数据链路层 => 直接传送； 通过MAC地址寻址； 数据帧… 2 主机A有信息要 发送给主机B 互联网的数据通信

  21. 传输对象：分组 目的地址：IP地址 路由选择：路由协议 不同的分组可以选择不同的路由。 RA RB 网络层 => 路由选择

  22. 互联网 RB 二、以广播的方式将数据帧发送到以太网上，所有局域网上的主机都能接收到帧。 三、与帧中目的地址相同的主机将该数据帧接收下来。 A D C B 数据链路层 => 直接传送 一、目的地址转换：IP地址 => MAC地址。 将分组(Packet) => 数据帧(Frame)。

  23. 收邮件 写邮件 HTTP/SMTP HTTP/POP 应用层 数据报 数据报 传输层 TCP TCP 互联网层 分 组 分 组 IP IP 网络接口层 数据帧 数据帧 CSMA/CD CSMA/CD 比特流 物理层 电子邮件服务

  24. 收信 写信 用户界面 用户界面 应用层 数据报 数据报 传输层 UDP UDP 互联网层 分 组 分 组 IP IP 网络接口层 数据帧 数据帧 CSMA/CD CSMA/CD 比特流 物理层 QQ

  25. 存储 访问/下载 HTTP HTTP 应用层 数据报 数据报 传输层 TCP TCP 互联网层 分 组 分 组 IP IP 网络接口层 数据帧 数据帧 CSMA/CD CSMA/CD 比特流 物理层 下载

  26. TCP/IP协议体系 OSI模型 Telnet TIME FTP DNS HTTP SNMP SMTP TFTP 应用层 应用层 表示层 会话层 传输层 传输层 TCP UDP 互联网层 IP ICMP ARP RARP 网络层 网络接口层 Ethernet / Token-Ring / Other media 数据链路层 物理层 硬件 Hardware 5.1.4 TCP/IP与OSI/RM的比较 TCP/IP和OSI模型一样,也是一种分层体系结构,广泛应用于实际网络中

  27. 5.1.5 TCP/IP的发展 • 1969年：ARPA建立了著名的ARPANET。 • 1979年：ARPA组建ICCB。 • 1980年：将ARPANET上所有机器转向TCP/IP协议，并以ARPANET为主干建立Internet。 • 1983年：ARPANET分解为两部分，一部分仍叫ARPANET，用于进一步的研究工作；另一部分稍大一些，成为著名的MILNET，用于军方的非机密通信。伯克利推出内含TCP/IP的第一个BSD UNIX。 • 1985年：NSF用TCP/IP建立NSFNET。

  28. 下一代Internet • 超宽带网络服务（VBNS） • 下一代Internet（NGI） • Internet2。

  29. RFC的概念 • RFC（Request for Comment，征求意见资料）是个文件，是Internet存在的基石。 • RFC信息相关站点： http://www.rfc-editor.org/ http://www.cnpaf.net/class/RfcAll/ • RFC文件所涵盖的范围主要有四大方向： 团体文件（Group document） 信息性资料(Informative)包含想法与讨论性文件 实现性资料（如实验与效能评量）， 因特网上的标准，包含链路层、网络层、传输层与应用层的标准。

  30. RFC的一些示例 • RFC1661-1663：PPP协议 • RFC1055：SLIP协议 • RFC760、RFC791、RFC815：IP协议 • RFC777、RFC792 ：ICMP协议 • RFC1245-1247：OSPF协议 • RFC675、RFC761、RFC793与RFC896：TCP协议 • RFC768：UDP协议 • RFC1045、RFC1886、RFC2068、RFC2069：HTTP协议 • RFC114、RFC354、RFC959：FTP 协议 • RFC318、RFC435、RFC495：TELNET协议

  31. RFC Internet草案 重新定义 建议标准 重新定义 草案标准 重新定义 官方标准 RFC的产生过程

  32. 处理IP分组的传输、路由选择，等等。 5.2 互联网层协议 5.2.1 IP地址与子网掩码 5.2.2 Windows环境下TCP/IP配置 5.2.3 域名系统 5.2.4 MAC地址 5.2.5 IP协议 5.2.6 IP路由 5.2.7 其它协议

  33. 5.2.1 IP地址与子网掩码 IP地址三大要素 • IP（Internet Protocol）地址。 • SubNet Mask（子网掩码）。 • Default Gateway（默认网关）。

  34. IP地址 • IP地址是TCP/IP网络协议中最重要的基本要素，它就好像是我们日常生活之中所指的门牌号码，所以您也可以将它视为网络上的门牌号码。 • IP地址的数据形式是由４个十进位的数字构成，每个数字之间以句点“．”相隔，如172.10.6.1 。 • IP地址包含有网络、子网和主机ID等信息。

  35. IP地址类型 第1字节十进制范围 二进制固定最高位 二进制网络位 二进制主机位 A类 0－127 0 8位 24位 B类 128－191 10 16位 16位 C类 192－223 110 24位 8位 D类 224－239 1110 组播地址 E类 240－255 1111 保留试验使用 IP地址划分规则 • A类地址：NIC(Network Information Center)。 • B类地址：InterNIC负责北美地区； • ENIC负责欧洲地区； • APNIC负责亚太地区。 • C类地址：国家级网络信息中心分配。

  36. 子网掩码 • 子网掩码用来算出网络上的两个IP地址是否属於同一个网络环境。 • 请判断： IP : 203.74.234.200 Mask : 255.255.255.0 与 IP : 203.74.234.210 Mask : 255.255.255.0 是否在同一个网络？

  37. 默认网关 • 默认网关一般就是指默认的路由设备。 • 该设备用于在两个网络之间传送数据。 • 你发送出去的数据包，网络会依据IP地址进行判断，如果是属于本局部网络的，就直接送向目的机器，如果不属于同一网络的，就要交给默认网关，由它负责转发出去。

  38. 5.2.2 Windows环境下TCP/IP配置 • 1、静态IP地址设置

  39. 2、动态IP地址设置

  40. 5.2.3 域名系统 • 域名系统，为用户提供直观的主机名称标识。给某一台主机取一个有意义的、便于记忆的名字,它与IP地址一一对应。 • DNS服务器：采用C/S模式，是一个服务器端软件，运行在指定的计算机（服务器）上，负责管理和存放主机名和IP地址对应关系的数据库文件,并完成名字解析工作。 • DNS采用层次结构，入网的每台主机都可以有一个类似下面的域名：主机名.机构名.网络名.顶层域名 • 如：zjut.edu.cn等。

  41. 5.2.4 MAC地址 • MAC地址（物理地址、硬件地址）：是由网络设备制造商生产时固化在硬件内部的地址。 • MAC地址与网络结构无关，一般不能更改。 • 如：以太网卡的MAC地址： 48位：AC-8A-7F-68-10-D3

  42. 为什么要引入IP地址？ • 物理地址存在不一致性和不唯一性。 不一致性：不同物理网络技术采用不同的编址方式。 不唯一性：不同物理网络中节点的物理地址可能重复。 • 互联网中所有网络设备的地址必须唯一：IP地址。 用于进行IP地址与MAC地址相互转换的协议： • ARP： 将 IP地址 转换为 MAC地址。 • RARP：将 MAC地址 转换为 IP地址。

  43. 5.2.5 IP协议 IP协议：规定了在Internet中进行通信时应遵守的规则。如：IP包的组成、路由器如何将IP包送到目的主机等。 IP协议的作用： • IP地址：屏蔽了不同物理网络的差异。 • IP分组：屏蔽了底层数据帧的不同。 • 将上层的数据封装成分组（Packet），尽最大努力传输分组。 IP协议是TCP/IP中最重要的协议。

  44. IP分组的数据格式

  45. 5.2.6 IP路由 • 路由选择：是IP协议的一项重要功能。为报文选择一条通向目的主机的最佳路径。 • 路由选择功能由路由器来实现。 其它路由协议： RIP：Router Information Protocol OSPF：Open Shortest Path First BGP：Border Gateway Protocol

  46. 5.2.7 其它协议 在互联网层除了IP协议外，还有： ICMP ARP / RARP RIP / OSPF / BGP …

  47. 为两台主机上的应用程序提供端到端的通信支持。为两台主机上的应用程序提供端到端的通信支持。 5.3 传输层协议 5.3.1 进程间通信 5.3.2 TCP协议 5.4.3 UDP协议

  48. 5.3.1 进程间通信 • 进程：正在运行的程序。 • 端口号：进程的一个本地唯一的标识符。 • 通信中进程标识符：IP地址 + 端口号。 常见的端口号：TCP/IP端口号在 1 – 1023 之间。 21：FTP的TCP端口号； 23：Telnet； 25：SMTP； 80：HTTP；……

  49. 5.3.2 TCP协议 • TCP协议：是面向连接的、可靠的传输协议。 • 面向连接：通信前先建立连接；通信后拆除连接。 • 建立连接的“三次握手”：发送方请求建立连接；接收方确认；发送方再确认。 • 拆除连接的过程基本同上。 • 其它措施：确认-重发、滑动窗口等机制，实现了流量控制、拥塞控制和差错控制等。 • TCP是TCP/IP体系中的一个关键协议。 • 常见的应用：FTP、EMAIL等。

  50. 5.4.3 UDP协议 • UDP协议：是无连接的、不可靠的传输协议。 • UDP提供了简单的差错控制，但不提供流量控制，也不对UDP数据报进行确认。 • 由于UDP发送数据时不需要建立连接，所以开销特别小，是一种面向高速数据传输的协议。 • 常用的应用：网络电话、即时聊天等。

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