tcp-ip协议基础教学课件.ppt

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1、2019/11/3,1,第2章,TCP/IP协议,2019/11/3,2,主要内容,2.1、TCP/IP协议栈的结构以及各层功能 2.2、IP地址 2.2.1 IP互联原理 2.2.2 IP协议特点 2.2.3 IP地址的格式 2.2.4 IP地址的定义 2.2.5 IP地址分类 2.2.6 特殊IP地址 2.2.7 子网掩码 2.3 IP数据报格式 2.3.1 IP数据报各字段的功能 2.3.2 IP数据报分片与重组 2.3.3 IP数据报选项 2.4、TCP/UDP,2019/11/3,3,2.1TCP/IP协议栈的结构,现今网络使用最为广泛的协议组,2019/11/3,4,2.1TCP/

2、IP协议栈的结构,TCP/IP协议和OSI参考模型,2019/11/3,5,2.1TCP/IP协议栈的结构,TCP/IP协议栈,2019/11/3,6,2.1TCP/IP协议栈的结构,TCP/IP协议数据封装与解封,2019/11/3,7,2.1.1物理层,10Base-T 100Base-TX 光纤,物理层,2019/11/3,8,2.1.1物理层,物理层位于OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体(即信道)。物理层的传输单位为比特。物理层是指在物理媒体之上为数据链路层提供一个原始比特流的物理连接。物理层协议规定了与建立、维持及断开物理信道所需的机械的、电气的、功能性的和

3、规程性的特性。其作用是确保比特流能在物理信道上传输。,2019/11/3,9,2.1.1物理层,物理层的功能 为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒体连接而成.一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接. 传输数据.物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务.一是要保证数据能在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信道上的拥塞.传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行,半双工或者全双工，同步或异步传输的需要 .,2019/11/3,10,2.1.1物理层,常见的物理层接口

4、 10M以太网接口 100M以太网接口 1000M以太网接口,2019/11/3,11,2.1.1物理层,10M以太网接口 10Base-T 目前使用最广泛的局域网标准之一 使用双绞线作为物理传输介质 10Base5 曾经广泛应用于主干局域网 使用粗同轴电缆作为物理传输介质 10Base2 使用细同轴电缆作为物理传输介质,2019/11/3,12,2.1.1物理层,10Base-T的物理介质 3类双绞线 4类双绞线 5类双绞线 超5类双绞线 6类双绞线,有屏蔽与非屏蔽之分 均为8芯电缆 双绞线的类型由单位长度内的绞环数确定,2019/11/3,13,2.1.1物理层,5类双绞线的线序,直连网线

5、 5类双绞线的线序 交叉网线,2019/11/3,14,2.1.1物理层,100M以太网接口 100Base-TX 物理介质采用5类以上双绞线 网段长度最多100米 100Base-FX 物理介质采用单模光纤，网段长度可达10公里 物理介质采用多模光纤，网段长度最多2000米 快速以太网由IEEE 802.3u标准定义,2019/11/3,15,2.1.1物理层,1000M以太网接口 1000Base-T 物理介质采用5类以上双绞线，网段长度最多100米 1000Base-F 物理介质采用多模光纤，网段长度最多500米 IEEE 802.3z和802.3ab,2019/11/3,16,2.1.

6、2 数据链路层,数据链路层,2019/11/3,17,2.1.2 数据链路层,数据链路层是OSI参考模型的第二层，在物理层基础上向网络层提供服务 数据链路层为物理链路上提供可靠的数据传输 局域网的数据链路层协议有以太网、令牌环网等 广域网数据链路层协议有PPP、HDLC、Frame Relay等,2019/11/3,18,2.1.2 数据链路层,数据链路层的功能 帧同步功能 差错控制功能 流量控制功能 链路管理功能,2019/11/3,19,2.1.2 数据链路层,帧同步是指能够从接收到的比特流中明确地区分出数据帧的起始与终止的地方 常见帧同步的方法有： 字节计数法 字符填充的首尾定界符法 比

7、特填充的首尾定界符法 违法编码法,2019/11/3,20,2.1.2 数据链路层,流量控制和链路管理 流量控制功能不是只有数据链路层才提供 流量控制功能是控制发送方发送数据的速率 链路管理是指数据链路层连接的建立、维持和释放,2019/11/3,21,2.1.2 数据链路层,LAN数据链路层标准 IEEE 802制定了系列局域网标准 IEEE802.3： 以太网 IEEE802.4：令牌总线 IEEE802.5：令牌环 IEEE802.11：无线局域网 IEEE802标准涵盖了物理层和数据链路层,2019/11/3,22,2.1.2 数据链路层,WAN数据链路层标准 WAN服务通常由电信运营

8、商提供 WAN数据链路层标准包括： HDLC PPP X.25 Frame Relay,2019/11/3,23,2.1.2 数据链路层,数据链路层常见设备 交换机,2019/11/3,24,2.1.3 网络层,网络层,2019/11/3,25,2.1.3 网络层,地址是网络设备和主机的标识，网络中存在两种寻址方法： MAC地址： 是设备的物理地址，位于OSI参考模型的第2层，全网唯一标识，无级地址结构（一维地址空间），固化在硬件中，寻址能力仅限在一个物理子网中。 IP地址： 是设备的逻辑地址，位于OSI参考模型的第3层，全网唯一标识，分级地址结构（多维地址空间），由软件设定，具有很大的灵活性

9、，可在全网范围内寻址。,2019/11/3,26,2.1.3 网络层,ARP地址解析协议,2019/11/3,27,2.1.3 网络层,RARP反向地址解析协议,2019/11/3,28,2.1.3 网络层,ICMP协议,2019/11/3,29,2.1.3 网络层,网络层常见物理设备 路由器,2019/11/3,30,2.1.4 传输层,传输层,2019/11/3,31,2.1.4 传输层,端口号 传输层协议用端口号来标识和区分各种上层应用程序,2019/11/3,32,2.1.4 传输层,TCP连接,2019/11/3,33,2.1.4 传输层,断开TCP连接,2019/11/3,34,2

10、.1.4 传输层,滑动窗口,2019/11/3,35,2.1.5 应用层,应用层,2019/11/3,36,2.2 IP地址,MAC地址,2019/11/3,37,2.2 IP地址,IP地址,2019/11/3,38,2.2.1 IP互联原理,面对一个由很多网络连接而成的互联网，在进行数据通信时，数据是如何从源端传输到目标端的呢？我们可以举一个日常生活中的例子来说明这个问题，下图所示的一个城市交通图。,2019/11/3,39,2.2.1 IP互联原理,城市交通图示例,2019/11/3,40,2.2.1 IP互联原理,在图中有六个城市，它们之间通过图中所示的公路相连，为了便于说明问题，我们对

11、图中的公路进行了编号。 图中所示的城市交通图与多个网络连接而成的互联网是非常相似的，图中的一个城市相当于互联网中的一个网络，连接城市的公路相当于连接网络的介质，每条路上都有一个负责选路的路由器，这样我们可以把图中所示的交通图对应成下图所示的网络互联图。,2019/11/3,41,2.2.1 IP互联原理,网络互联网,2019/11/3,42,2.2.1 IP互联原理,前面在交通图中所述的两种不同送信(通信)过程，正好与网络互联的两种解决方案相对应。这两种网络互联方案是：面向连接的(Connect-oriented)和无连接的(Connectionless)。 面向连接的解决方案要求在通信的源端

12、和目标端之间建立一条逻辑通路，一般称为虚电路(Virtual Circuit)，源端和目标端之间通信时的所有信息都通过该通路传输，这与交通图中送信过程的第一种方式类似。这种方式看似简单，易于实现，但其最大的缺点是如果不能保证虚电路中沿途经过的节点都能可靠地发送数据，就可能使网络崩溃。由于互联网所连网络的复杂性和多样性，因而很难保证所有节点都能可靠地发送数据。,2019/11/3,43,2.2.1 IP互联原理,无连接的互联网解决方案与交通图中送信过程的第二种方式类似，它在源端和目标端之间不建立一条逻辑通路，而送到网络中的每个分组带有完整的目标主机地址，收到分组的节点(主要是路由器)根据目标地址

13、和当前网络状况(如通信量等)，选择一条合适的线路把分组发送到接近目标端的下一个节点，通过多个节点的转发，最终把分组送达目标节点。使用这种方式时，由源端顺序送出的各分组，由于每个分组在网络中可能经过不同的路径到达目标端，所以先发出的分组不一定就先到达目标端，另外，也不能保证每个分组都能可靠地到达目标端。,2019/11/3,44,2.2.1 IP互联原理,无连接方式的优点是显而易见的，源端和目标端之间的通信可以通过多条通路进行，而不依赖于某一条通路，因此可靠性和通信效率高。另外，这种方式实现起来也比较简单，适合于异构网络的互联，因此被很多网络厂商所使用。Internet使用的就是这种无连接的方式

14、，由IP协议来实现。,2019/11/3,45,2.2.1 IP互联原理,利用信息隐蔽原理，在互联网中把不同网络的实现细节通过IP层隐藏起来，达到在网络层逻辑上一致的目的，如下图所示。,2019/11/3,46,2.2.1 IP互联原理,IP对不同数据帧的统一,2019/11/3,47,2.2.2 IP协议特点,1）IP协议是一种无连接(Connectionless)不可靠(Unreliable)的数据报传输协议。 2）IP互联网中的计算机没有主次之分，所有主机地位平等(因为惟一标识它们的是IP地址)，当然从逻辑上来说，所有网络(不管规模大小)也没有主次之分。 3） IP互联网没有确定的拓扑结

15、构。,2019/11/3,48,2.2.2 IP协议特点,4）在IP互联网中的任何一台主机，都至少有一个独一无二的IP地址，有多个网络接口卡的计算机每个接口可以有一个IP地址，这样一台主机可能就有多个IP地址。有多个IP地址的主机叫多宿主机(Multi-home Host)。 5）在互联网中有IP地址的设备不一定就是一台计算机，如IP路由器、网关等，因为与互联网有独立连接的设备都要有IP地址。,2019/11/3,49,2.2.3 IP地址的格式,IP地址的组成： IP地址长度： 32bits（4个字节），组成: 网络地址（Network ID） 标识主机所在的网络 主机地址（Host ID）

16、 标识在该网络上的主机,2019/11/3,50,2.2.3 IP地址的格式,IP地址的表示: 每个字节以十进制数表示，4个十进制数之间用小数点区分。,2019/11/3,51,2.2.3 IP地址的格式,二进制与十进制的转化,+,+,+,+,+,+,+,例子：,2019/11/3,52,2.2.4 IP地址的定义,所有的IP地址都由国际组织NIC（Network Information Center）负责统一分配，目前全世界共有三个这样的网络信息中心： INTERNIC：负责美国及其它地区 RIPE-NIC：负责欧洲地区 APNIC：负责亚太地区，总部设在日本东京大学,2019/11/3,53,2.2.4 IP地址的定义,IP地址介绍 IP地址唯一标示一台网络设备 公共地址（Public Address） 在一个公共性网络上传输数据，必须使用公共地址，这些地址在网上是唯一的。 如Internet上，需向ISP申请分配公共地址，各ISP都要从更上一层的地址注册机构申请。,2019/11/3,54,2.2.4 IP地址的定义