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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程计算机网络技术基础病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2 第4章04TCP/IP协议集病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程章节导读不同的厂家生产的计算机运行的操作系统可能完全不同，却因为有了TCP/IP协议族而能够进行相互通信。TCP/IP协议族包含很多协议，其中最重要的两个协议分别是传输控制协议（Transmission Control
2、Protocol，TCP）协议和网际互连协议（InternetProtocol，IP）。本章将介绍TCP/IP协议族里比较核心的一些协议。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程学 习 目 标掌握UDP的特点、端口分配和数据报格式。掌握TCP的特点、端口分配和报文段格式。掌握TCP传输连接的建立和释放过程。理解子网掩码的概念，掌握子网划分的方法。理解地址解析协议和网际控制报文协议ICMP。掌握IPv4地址的结构和分类。了解IPv6地址的结构和特点。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长
3、繁殖，引起不同程度的病理生理过程5 4.1 用户数据报协议UDP在TCP/IP协议族中，有两个传输层协议：传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）和用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）。其中，TCP是面向连接的、提供可靠服务的协议；UDP则是无连接的，它提供高效但低可靠性的服务。UDP是一个简单的面向数据报的传输层协议：发送端的UDP对应用程序传下来的报文，只在其首部仅仅加入了复用和数据校验字段后就交付IP层。也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就一次照样发送一个报文，如图4-1所示。在接收端的UDP收到IP层交付的数
4、据报后，去掉首部后原封不动地交付给上层的应用程序。图4-1发送端的UDP传输过程UDP提供应用进程之间传送数据的基本机制，它使用网络层协议所提供的功能，向应用层提供服务，为网络层以上和应用层以下提供了一个简单的接口。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程6 4.1.1 UDP的主要特点UDP的主要特点包括：4.1 用户数据报协议UDP（1）UDP提供无连接的服务，即在传输数据之前不需事先建立连接。UDP无连接的特点使得数据传输时延比较小。（2）UDP不提供可靠性。UDP把应用层传给IP层的数据发送出去，使用尽最大努力交付，
5、但是并不保证它们能够可靠交付。由于缺乏可靠性，UDP应用一般必须允许一定量的丢包、出错和复制。绝大多数UDP应用都不需要可靠机制，甚至可能因为引入可靠机制而降低性能。流媒体、实时多媒体游戏和VoIP（VoiceoverIP）就是典型的UDP应用。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程7 4.1 用户数据报协议UDP（3）UDP缺乏拥塞避免和控制机制，网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率变低，因此需要基于网络的拥塞控制机制来减小因失控和高速UDP流量负荷而导致的拥塞崩溃效应。使用包队列和丢弃技术的路由器等网络基本设备往往就成
6、为了降低UDP过大通信量的有效工具。此外，数据报拥塞控制协议（DatagramCongestionControlProtocol，DCCP）是通过在诸如流媒体类型的高速率UDP流中增加主机拥塞控制来解决拥塞问题。（4）UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程8 4.1.2 UDP端口号分配协议端口是传输层引入的一个非常重要的概念。网络中的通信实际上是进程间的通信，应用程序才是一个IP数据报的最终目的地。大多数计算机的操作系统都支持多进程并发功能，即允许多个应用程序同时运行。
7、因此，通信双方进行通信时，不仅要知道目的主机的IP地址，还应该确定数据交付的具体应用进程。为了解决这个问题，传输层协议引入了不同的协议端口（简称端口）来表示不同的应用程序。与远程服务程序通信时，发送方不仅要知道目的主机的地址，每个IP数据报还必须带有目的主机的协议端口号。同样，为使接收方知道把回应数据发送给谁，发送端在IP数据报中还必须带有自身的协议端口号。4.1 用户数据报协议UDP病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程9 TCP/IP参考模型的传输层用一个16位的端口号来标志一个端口，因此允许有65535个不同的端口号
8、，这对于一个计算机来讲是足够用的。TCP/IP协议约定：01023为保留端口号，为标准应用服务使用；1024以上是自由端口号（也称动态端口号），为用户应用服务使用。4.1 用户数据报协议UDP表4-1列出了常见的UDP服务端口号。表4-1常见UDP服务及端口号UDP端口号协议名称说明53DOMAIN域名服务（DNS）69TFTP简单文件传输协议161SNMP简单网络管理协议520RIP路由信息协议病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程10 4.1 用户数据报协议UDP提 示由于TCP和UDP是两个独立的模块，因此，它们的端
9、口号也是相互独立的。也就是说，TCP和UDP可以使用相同的端口号，TCP端口号由TCP协议来查看，UDP端口号由UDP协议来查看。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程11 4.1 用户数据报协议UDP4.1.3 UDP数据报格式UDP数据报有数据字段和首部字段两个字段。首部字段只有8个字节，由4个字段组成，每个字段长度都是两个字节，如图4-2所示。图4-2UDP数据报格式病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程12 4.1 用户数据报协议UDPUDP数
10、据报首部中各16位的源端口号和目的端口号用来标记发送和接收的应用进程。因为UDP不需要应答，所以源端口号是可选的（如果源端口不用，那么置为零）。在目的端口号后面是长度固定的以字节为单位的长度字段，用来指定UDP数据报中包括数据部分的长度，最小值为8（仅有首部）。16位的UDP校验和是用来对首部和数据部分一起做校验和的，检测UDP用户数据报在传输中是否出错。当传输层从IP层收到UDP数据报后，根据首部中的目的端口将其交付给相应的应用程序。如果接收方UDP发现没有与收到的报文中的目的端口号匹配的端口，则丢弃该报文，并发送“端口不可达”差错报文给发送端；如果匹配端口号已满，也丢弃该报文，但不回送差错
11、报文，只能等待超时重发。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程13 4.2 传输控制协议TCP传输控制协议（TransmissionControlProtocol，TCP）是传输层上另一著名的协议，它也是TCP/IP最具代表性的协议。4.2.1 TCP的主要特点TCP除提供进程通信能力外，主要提供端到端的面向连接的、可靠的字节流服务。从应用程序的角度看，TCP提供的服务有如下特征。（1）面向连接的服务。面向连接意味着两个使用TCP的应用程序（通常为一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接。TCP连接
12、只存在于两个终端结点，网络当中的中间结点（如路由器和网桥）对这个连接毫不知情（只知道传输的数据而不是连接本身）。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程14 4.2 传输控制协议TCP（2）面向字节流的服务。流是无报文丢失、重复和失序的数据序列，两个应用程序通过TCP连接交换字节流。TCP协议从应用程序处收集数据后，封装成长度适中的一个数据报文段。在报文头中的序号域指出段中数据在发送端数据流中的位置。TCP协议为实现流传输服务付出了大量开销。（3）可靠交付。TCP的传输过程由建立连接、传输数据和释放连接3个步骤组成。一个应用
13、程序在发送数据时，首先要请求建立连接。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复并且按序到达。（4）全双工通信。TCP连接提供的是全双工的数据传输，采用点对点的方式，即在一个TCP连接中仅有两方进行通信，因此广播和多播方式不能用TCP。（5）流量控制。TCP连接的双方都有固定大小的缓冲区，流量控制可以防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。通常把缓冲区中的空闲部分称为窗口。TCP采用可变滑动窗口协议，并且当交付的数据不够填满一个缓冲区时，流服务提供“PUSH”机制，应用程序可以用其进行强迫传送。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度
14、的病理生理过程15 4.2 传输控制协议TCP4.2.2 TCP端口号分配TCP模块以IP模块为传输基础，可以面向多种应用程序提供传输服务。为了能够区分出对应的应用程序，引入了TCP端口的概念（与UDP类似）。TCP端口号采用了动态和静态相结合的分配方法，对于一些常用的应用服务使用固定的端口号；对于其他的应用服务，尤其是用户自行开发的应用服务，端口号采用动态分配方法，由用户指定其分配。表4-2列出了常见的TCP服务端口号。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程16 4.2 传输控制协议TCPTCP端口号协议名称说明21FT
15、P文件传输协议-控制(FileTransferProtocol-Control)22SSHSSH远程登陆协议（SSHRemoteLoginControl）23TELNET远程登录（Telnet）25SMTP简单邮件传输协议（SimpleMailTransferProtocol）53DNS域名服务器（DomainNameServer）69TFTP简单文件传输协议（TrivialFileTransferProtocol）80WWWWeb服务（WorldWideWeb）119NNTP网络新闻传输协议（NetworkNewsTransferProtocol）表4-2常见TCP服务及端口号病原体侵入机体
16、，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程17 4.2 传输控制协议TCP4.2.3 TCP报文段格式TCP数据报被封装在一个IP数据报中进行传输，如图4-3所示。图4-3TCP数据在IP数据报中的封装病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程18 4.2 传输控制协议TCPTCP虽然是面向字节流的，但TCP传送的数据单元是报文段。一个TCP报文段分为首部和数据两部分，如图4-4所示。TCP首部的前20个字节是固定的，后面的选项字段根据需要而增加，因此TCP报文段的最小长度为20字节。图4-4TCP报文段的格式病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程19 4.2 传输控制协议TCP（1）源端口号和目的端口号。源端口号和目的端口号用于表示发送端和接收端的端口号。这两个值加上IP首部中的源IP地址和目的IP地址可以确定一条唯一的TCP连接。（2）序号。序号字段用于标识从TCP发送端向TCP接收端发送的
