计算机网络第1章 tcpip技术回顾

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1、2019年10月23日星期三1时3分52秒,郑州大学信息工程学院 李向丽,1,TCP/IP技术回顾,郑州大学信息工程学院 李向丽,2,2019年10月23日星期三1时3分52秒,TCP/IP技术回顾,1.1 TCP/IP层次结构 1.2 TCP/IP工作原理 1.3 网络接口层 1.4 网际层 1.5 传输层 1.6 应用层,郑州大学信息工程学院 李向丽,3,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.1 TCP/IP层次结构,TCP/IP的层次结构,郑州大学信息工程学院 李向丽,4,2019年10月23日星期三1时3分52秒,OSI/RM与TCP/IP协议簇对应关系,郑州大学信息工程学院

2、 李向丽,5,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.2 TCP/IP工作原理,1. TCP/IP协议族中各协议之间的关系,郑州大学信息工程学院 李向丽,6,2019年10月23日星期三1时3分52秒,2. 数据封装过程,郑州大学信息工程学院 李向丽,7,2019年10月23日星期三1时3分52秒,3. 以太网数据帧的拆封过程,郑州大学信息工程学院 李向丽,8,2019年10月23日星期三1时3分52秒,4. 两个端系统的TCP/IP通信,郑州大学信息工程学院 李向丽,9,2019年10月23日星期三1时3分52秒,通过路由器连接的两个网络,郑州大学信息工程学院 李向丽,10,2019

3、年10月23日星期三1时3分52秒,1.3 网络接口层,1.3.1 以太网协议 1.3.2 点对点协议,郑州大学信息工程学院 李向丽,11,2019年10月23日星期三1时3分52秒,网络接口层是TCP/IP与各种局域网和广域网的接口。 TCP/IP没有对网络接口层做具体的描述。 TCP/IP协议能够运行在不同的物理网络上，例如，以太网，点到点线路等等。这也体现了TCP/IP协议与网络的物理特性无关的灵活性。,郑州大学信息工程学院 李向丽,12,2019年10月23日星期三1时3分52秒,在发送节点，网络接口层将上层的数据封装成帧后发送到网络上。 数据帧到达接收节点时，接收节点的网络接口层对数

4、据帧拆封，根据帧中的物理地址决定是将帧中的数据上传到网际层，还是丢弃该帧。 若物理网络是一个局域网（例如以太网），则要在网络接口层上运行以太网协议。 当使用点到点线路时（例如，通过Modem和电话线接入因特网），则在网络接口层运行SLIP和PPP协议。,郑州大学信息工程学院 李向丽,13,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.3.1 以太网协议,以太网属于广播网络，采用总线型网络拓扑结构，共享总线的信道资源。 以太网采用载波侦听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）协议来控制节点对总线的访问。 CSMA/CD可归结为四句话： 发前先侦听，空闲即发送， 边发边检测，冲突时退避。,郑州大学

5、信息工程学院 李向丽,14,2019年10月23日星期三1时3分52秒,CSMA/CD的流程图,郑州大学信息工程学院 李向丽,15,2019年10月23日星期三1时3分52秒,以太网的帧格式,当以太网从上层协议接收到IP数据报、ARP报文或RARP报文时，将IP数据报封装到以太网帧中。,以太网帧格式,7 1,郑州大学信息工程学院 李向丽,16,2019年10月23日星期三1时3分52秒,以太网帧中各字段的意义： 前同步码。7字节长，其值是交替出现的0和1。 帧开始定界符（SFD）。1字节长，其值定义为1010 1011，用作帧开始信号。 目的地址（DA）。6字节（即48位）长，接收该帧的目的主

6、机的地址。在局域网中，把一个主机的地址称为物理地址，又称为MAC地址，也可以称为网卡地址或硬件地址。 网卡有一个48位的全球唯一的MAC地址，固化在网卡的只读存储器（ROM）中。,郑州大学信息工程学院 李向丽,17,2019年10月23日星期三1时3分52秒,物理地址有三种类型：单播地址、多播地址和广播地址。 若物理地址的第一字节的最低位称为I/G（Individual/Group）位，当I/G位为0时，单播地址；为1时，多播地址。若48位地址全为1，广播地址。,当一主机（网卡）接收到一个帧，首先将帧的目的地址与自己的物理地址进行比较。若相同，或目的地址为局域网的广播地址或多播MAC地址时，则

7、接收该帧，并将帧的数据部分上传到IP协议或其它协议。否则，丢弃该帧。,郑州大学信息工程学院 李向丽,18,2019年10月23日星期三1时3分52秒, 源地址（SA）。6字节长，源主机物理地址。 类型。2字节长，用来标识封装在帧中“数据”字段的协议类型。例如： “类型”字段值 协议类型 0x0800 IP数据报 0x0806 ARP报文 数据。长度范围：461500字节。1500字节被定义为以太网的最大传送单元（ MTU）。 如果长度超过了1500字节，则需要分片。 若长度小于46字节，则需要插入填充字节。 帧校验序列（FCS）。4字节长，用于检测帧中是否产生了差错。,郑州大学信息工程学院 李

8、向丽,19,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.3.2 点对点协议,PPP主要有三部分组成： 一个将IP数据报封装到串行链路的方法。 IP数据报封装在PPP帧中。在PPP帧中有帧校验序列字段，PPP具有差错检验功能。 一个建立、配置和测试数据链路连接的链路控制协议（Link Control Protocol, LCP）。通信双方可以协商，以确定不同的选项。 一套网络控制协议（Network Control Protocol, NCP），其中的每一个协议都支持不同的网络层协议。例如：IP协议、OSI网络层协议等等。可以使用NCP对IP地址进行动态分配。,郑州大学信息工程学院 李向丽,

9、20,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.4 网际层,1.4.1 IP协议 1.4.2 IP地址 1.4.3 地址解析协议 1.4.4 逆向地址解析协议 1.4.5 因特网控制报文协议 1.4.6 因特网组管理协议 1.4.7 因特网的路由技术,郑州大学信息工程学院 李向丽,21,2019年10月23日星期三1时3分52秒,TCP/IP技术是为包容物理网络技术的多样性而设计的，而这种包容性主要体现在网际层。 TCP/IP的重要思想之一就是通过IP数据报和IP地址将它们统一起来，达到屏蔽底层细节，提供一致性的目的。IP协议向上层提供统一的IP数据报，使得各种物理帧的差异性对上层协议不

10、复存在。,郑州大学信息工程学院 李向丽,22,2019年10月23日星期三1时3分52秒,沙漏计时器形状的 TCP/IP协议族,HTTP,SMTP,DNS,RTP,TCP,UDP,IP,网际层,网络接口层,运输层,应用层,网络接口 1,网络接口 2,网络接口 3,Everything over IP IP 可为各式各样的应用程序提供服务,IP over Everything IP 可应用到各式各样的网络上,郑州大学信息工程学院 李向丽,23,2019年10月23日星期三1时3分52秒,网际层的主要任务： 为主机和路由器接口分配一个全网唯一的地址（IP地址），实现IP地址的识别与管理； 建立有效

11、的IP数据报路由机制； 发送或接收时使IP数据报的长度与通信子网所允许的数据报长度相匹配，等等。 路由器根据IP数据报的目的地址，决定IP数据报的下一跳路由器 。 每个路由器都有一个保存路由信息的路由表。 IP数据报都进行独立传输。,郑州大学信息工程学院 李向丽,24,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.4.1 IP协议,IP协议是TCP/IP协议族中最为核心的协议。是一种无连接协议，不提供可靠性、流量控制和错误恢复功能，主要提供了基本的数据传输功能和路由功能。 TCP、UDP、ICMP、IGMP、OSPF等协议报文都封装在IP数据报中进行传输。 IP协议只能提供“Best Eff

12、ort”服务。,郑州大学信息工程学院 李向丽,25,2019年10月23日星期三1时3分52秒,图 IP数据报格式,固定首部(20B),选项首部 (40B),郑州大学信息工程学院 李向丽,26,2019年10月23日星期三1时3分52秒, 版本号，4位。说明IP协议的版本号。 首部长度（Header Length），4位。IP首部长度最小值为5，最大值为15，以4字节（32位）。若选项部分长度不是4字节的倍数时，则应该根据需要填充(padding)1到3个字节以凑成4的倍数。 总长度（Total length），16位。表示以字节为单位的整个IP数据报的长度。IP数据报最长可达64K字节。,郑

13、州大学信息工程学院 李向丽,27,2019年10月23日星期三1时3分52秒, 服务类型（Type of Service，ToS），8位。规定了处理方式。,优先级(precedence)，3位。值越大，优先级越高。 标志，3位，数据报所希望的传输类型。 延迟D(Delay)标志，为1时，要求低延迟； 吞吐率T(Throughout)标志，为1时，高吞吐率； 可靠性R(Reliability)标志，为1时，高可靠性。 保留位，2位。最近，把第6位定义为代价(Cost, C)。,郑州大学信息工程学院 李向丽,28,2019年10月23日星期三1时3分52秒, 数据报分片及其相关字段。,封装在帧中的

14、数据部分的最大值称为物理网络的最大传送单元（MTU）。例如，以太网帧的MTU为1500字节。 三个字段支持分片和重组： 标识ID(identification)字段，16位。 标志（flag）字段，3位，只定义了低两位。 更多分片MF标志。 禁止分片DF标志。 分片偏移量（Fragment offset），13位。,郑州大学信息工程学院 李向丽,29,2019年10月23日星期三1时3分52秒, 生存时间 (Time To Live，TTL)，8位。一个IP数据报在网络中的存活时间。 协议（protocol），8位。TCP、UDP、ICMP、IGMP等对应的协议类型分别为6、17、1、2。RF

15、C 1700。 首部校验和（header checksum），16位。首部校验和字段用于对IP数据报首部进行校验。 源IP地址（source IP address）和目的IP地址（destination IP address），各32位。,郑州大学信息工程学院 李向丽,30,2019年10月23日星期三1时3分52秒, 选项(options)，变长，长度为4字节的倍数，不够则填充，最长为40字节。,安全选项(security)，表示保密级别。 严格源路由(strict source routing)，给出IP数据报在传输过程中必须经历的全部路由器的地址。 松散源路由(loose source

16、routing)，必须经历的路由器的地址。 路由记录(record route)，途经的每个路由器记录其IP地址。 时间戳(timestamp)，途经的每个路由器记录其IP地址及时间值,郑州大学信息工程学院 李向丽,31,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.4.1 IP协议 1.4.2 IP地址 1.4.3 地址解析协议 1.4.4 逆向地址解析协议 1.4.5 因特网控制报文协议 1.4.6 因特网组管理协议 1.4.7 因特网的路由技术,郑州大学信息工程学院 李向丽,32,2019年10月23日星期三1时3分52秒,1.4.2 IP地址,在IPv4协议版本中，IP地址是32位无符号二进制数，通常用“点分十进制”格式表示。 IP分类编址 在分类编址中，IP地址由网络号（netID）和主机号（hostID）两部分组成，IP地址空间分为五类：A、B、C、D、E类。,郑州大学信息工程学院 李向丽,33,2019年10月23日