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1、第3章 数据通信协议,第四讲 TCP/IP协议模型,TCP/IP模型,TCP/IP起源于美国国防部高级研究规划署(DARPA)的一项研究计划实现若干台主机的相互通信。 现在TCP/IP已成为Internet上通信的标准。 TCP/IP模型包括4个概念层次： 应用层（application） 传输层（transport） 互联网层（internet） 网络接入层（network interface）,TCP/IP与OSI参考模型的对应关系,7 6 5 4 3 2 1,OSI参考模型,TCP/IP概念层次,Ethernet、802.3、802.5、FDDI等等。,TCP/IP与与应用层,应用层协议
2、支持了文件传输、电子邮件、远程登录、网络管理、Web浏览等应用。,TCP/IP与传输层,传输层的两项主要功能： 流量控制：通过滑动窗口实现； 可靠传输：由序号和确认来实现。,传输层提供了TCP和UDP两种传输协议： TCP是面向连接的、可靠的传输协议。它把报文分解为多个段进行传输，在目的站再重新装配这些段，必要时重新发送没有收到的段。 UDP是无连接的。由于对发送的段不进行校验和确认，因此它是“不可靠”的。,面向连接的 TCP 无连接的 UDP,传输层提供了两种传输协议。,TCP段格式,源端口,0 3 4 9 10,代码位,目的端口,15 16,31,顺序号,确认号,窗口大小,保留,报头长度,
3、校验和,紧急指针,选项（可省略）,数据,源端口(Source Port)：呼叫端口的编号 目的端口(Destination Port)：被叫端口的编号 顺序号(Sequence Number)：数据的第一个字节的顺序号 确认号(Acknowledgment Number)：所期待的下一段的顺序号 报头长度(HLEN)：以32字节为单位的报头的长度 保留域(Reserved)：设置为0 编码位(Code Bits)：用于控制段的传输（如会话的建立和中止） 包括：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN六个位 窗口大小(Window)：接收方能够继续接收的字节数 校验和(Checksum)：
4、包括TCP报头和数据在内的校验和 紧急指针(Urgent Pointer)：当前顺序号到紧急数据位置的偏移量 选项(Option)： 数据(Data)：上层协议数据,端口号,TCP和UDP都用端口(socket)号把信息传到上层。 端口号指示了正在使用的上层协议。,F T P,S M T P,T F T P,D N S,T e l n e t,S N M P,21,23,25,53,69,161,TCP UDP,应用层,传输层,保留的端口号： 255，公共应用 255-1023，公司 1023，未规定,TCP连接的建立三次握手,例如：A、B两个主机要建立连接,AB,方向,消息,含义,AB,AB
5、,AB,SYN,SYN,ACK,ACK,我的序号是X。,序号用于跟踪通信顺序，确保多个包传输时无数据丢失。 通信双方在建立连接时必须互相交换各自的初始序号。,知道了，你的序号是X,我的序号是Y,知道了，你的序号是Y,握手,1,2,3,合并,1.,2.,3.,4.,A,B,发送SYN消息(SEQ=x),接收SYN消息(SEQ=x),发送SYN消息 (SEQ=y,ACK=x+1),接收SYN消息 (SEQ=y,ACK=x+1),发送确认(ACK=y+1),接收确认(ACK=y+1),TCP通过三次握手/建立连接序号来达到同步。,UDP段格式,UDP不用确认。可靠性由应用层协议保证。 使用UDP的协
6、议包括：TFTP、SNMP、NFS、DNS等。,源端口,目的端口,长度,校验和,数据,16b,16b,16b,16b,TCP/IP与网络层,网际层的主要协议IP。本层提供无连接的传输服务（不保证送达，不保序）。本层的主要功能是寻找一条能够把数据报送到目的地的路径。 互联网层的PDU称为IP数据报。 ICMP（Internet Control Message Protocol）提供控制和传递消息的功能； ARP（Address Resolution Protocol）为已知的IP地址确定相应的MAC地址； RARP（Reverse Address Resolution Protocol）根据MA
7、C地址确定相应的IP地址。,IP ICMP ARP RARP,TCP/IP网际层的四个主要协议,TCP,UDP,6,17,IP,传输层,互联网层,IP数据报的协议域确定目的端的上层协议。,IP数据报（IP分组、IP包）,版本号,报头长度,服务类型,数据报长度,DF,MF,段偏移,0 3 7 15 19 31,标识,生存时间TTL,协议,报头校验和,源IP地址,目的IP地址,选项和填充（最大为40字节）,数据区,IP地址,IP网络中每台主机都必须有一个惟一的IP地址。 IP地址是一个逻辑地址；(与MAC地址比较一下) 因特网上的IP地址具有全球唯一性。 32位，4个字节，常用点分的十进制标记法：
8、 如 00001010 00000010 00000000 00000001 记为 10.2.0.1。 IP地址划分为五类：A-E类，常用的为A、B、C类。,A类地址：允许27个网络，每个网络224-2个主机。 B类地址：允许214个网络，每个网络216-2个主机。 C类地址：允许221个网络，每个网络28-2个主机。,IP地址分类,A类 0.0.0.0 126.255.255.255 B类 128.0.0.0 191.255.255.255 C类 192.0.0.0 223.255.255.255,地址范围,私有地址 10.0.0.010.255.255.255 172.16.0.0172.
9、31.255.255 192.168.0.0192.168.255.255,保留的IP地址,11.11,1111 . 1111,本网络,本网中的主机,局域网中的广播,对指定网络的广播,回路,以下这些IP地址具有特殊的含义:,一般来说，主机号部分为全“1 ”的IP地址保留用作广播地址； 主机号部分为全“0 ”的IP地址保留用作网络地址。,0000 . 0000,网络号,网络地址,子网（Subnet）划分,因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增。带来的问题是： IP地址资源的严重匮乏 路由表规模的急速增长 解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号 这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方
10、法称为子网划分。 前提：网络规模较小IP地址空间没有全部利用。 例如：三个LAN，主机数为20，25，48，均少于C类地址允许的主机数。为这三个LAN申请3个C类IP地址显然有点浪费。,子网划分举例,例如：C类网络192.10.1.0，主机号部分的前三位用于标识子网号，即： 11000000 00001010 00000001 xxxyyyyy,网络号+子网号,新的主机号部分,子网号为全“0”全“1”不能使用，于是划分出23-2=6个子网，子网地址分别为： 11000000 00001010 00000001 00100000 - 192.10.1.32 11000000 00001010 0
11、0000001 01000000 - 192.10.1.64 11000000 00001010 00000001 01100000 - 192.10.1.96 11000000 00001010 00000001 10000000 - 192.10.1.128 11000000 00001010 00000001 10100000 - 192.10.1.160 11000000 00001010 00000001 11000000 - 192.10.1.192,子网掩码（Subnet Mask）,子网划分后，如何识别不同的子网？ 解决：采用子网掩码来分离网络号和主机号。 子网掩码格式：32比
12、特，网络号(包括子网号)部分全为“1”，主机号部分全为“0”。,“网络号+子网号”部分,“主机号”部分,11 11 00 . 00,子网掩码计算,前面的例子中：网络号24位，子网号3位，总共27位。所以子网掩码为： 11111111 11111111 11111111 11100000 即 255 . 255 . 255 . 224 缺省子网掩码：A类：255.0.0.0 B类：255.255.0.0 C类：255.255.255.0,子网地址计算,子网掩码&IP地址，结果就是该 IP地址的网络号。 例如：IP地址202.117.1.207，子网掩码255.255.255.224 110010
13、10 01110101 00000001 110 01111 & 11111111 11111111 11111111 111 00000 11001010 01110101 00000001 110 00000,子网地址为：202.117.1.192 主机号为：15 主机之间要能够通信，它们必须在同一子网内，否则需要使用路由器（或网关）实现互联。,子网规划举例,网络分配了一个C类地址：201.222.5.0。假设需要20个子网，每个子网有5台主机。 试确定各子网地址和子网掩码。 1）对C类地址，要从最后8位中分出几位作为子网地址： 242025，选择5位作为子网地址，共可提供 30个子网地址
14、。 2）检查剩余的位数能否满足每个子网中主机台数的要求： 子网地址为5位，故还剩3位可以用作主机地址。而 235+2，所以可以满足每子网5台主机的要求。 3）子网掩码为255.255.255.248。 （11111000B = 248 ） 4）子网地址可在8、16、24、32、240共30个地址中任意选择20个。,网际控制报文协议（ICMP）,ICMP消息被封装在IP数据报里，用来发送差错报告和控制信息。 ICMP定义了如下消息类型： 目的端无法到达（Destination unreachable） 数据报超时（Time exceeded） 数据报参数错（Parameter problem）
15、重定向（Redirect） 回声请求（Echo） 回声应答（Echo reply） 信息请求（Information request） 信息应答（Information reply） 地址请求（Address request） 地址应答（Address reply） ,最常用的是“目的无法到达”和“回声”消息。,A,B,发数据给Z,到Z的数据,我不知道如何 到达Z？ 用ICMP通知A,目的端无法到达,路由器用ICMP通知目的地不可达的示意图,A,B,B可以到 达吗？,ICMP回声请求,可以， 我在这里。,ICMP回声应答,用PING命令产生的回声及其应答示意图,地址解析协议(ARP, Address Resolution Protocol),ARP用于将一个已知的IP地址映射到MAC地址。方法： 1）检查ARP高速缓存表； 2）若地址不包含在表中，就向网上发广播来寻找。具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应。 ARP只能用于具有广播能力的网络。,A,C,我需要10.1.0.5 的MAC地址,IP = 10.1.0.5 MAC = ?,我就是。 这是我的MAC地址,IP = 10.1.0.5 MAC = 0800.0020.2C0A,B,10.1.0.1,10.1.0.5,10.1.0.2,反向地址解析协议(RA
