第7章 TCPIP协议基础

ICMP包与IP包的关系
可利用ICMP协议来提供错误信息给来源主机，此信息 也以包的形式来传送，称为ICMP包。ICMP协议的使用是建 立在IP协议基础上的，换言之，ICMP协议无法单独运行， 我们甚至可以将ICMP当作时IP协议的一部分。ICMP的包是 嵌在IP包中来传送的，IP包的数据区部分是由整个ICMP包 组成的。如图所示
7.3
互联网络层
TCP/IP协议体系的互联网络层包含的协议主要有 Internet Protocol （IP，网络协议），Internet Control Message Protocol （ICMP，网络控制信息协 议），Address Resulution Protocol（ARP，地址解析 协议）和Reverse Address Resolution Portocol （RARP，反向地址解析协议）。这一节我们将简单介绍 这些协议。
网络中IP地址、网络号码和 子网掩码的关系
IP地址 AND 子网掩码 = 网络号码
网络号码举例
例2：设子网掩码为255.255.255.240，判断计算机甲（IP地址：203.66.47.50）和计 算机乙（IP地址：203.66.47.49）是否在同一子网内。 解：将IP地址与子网掩码相与，看网络号码是否相同。 计算机甲 子网掩码 11001011 11111111 01000100 11111111 00101111 11111111 00110010 11110000 203．66．47．50 255．255．255．240
网络号码
网络号码用于标识一个网络或子网，形式上，网络号 码一般是IP地址中的网络地址和子网地址部分不变，而主 机地址部分为0的IP地址。如一个B类网络的网络号码可以 是：
168．95．0．0
网络地址部分为168．95，主机地址部分全部臵0。 一个C类网络的网络号码可以是： 202．95．47．0 网络地址部分是202．95．47，主机地址部分为0。
1
255.255.0.0
X．X．0．0
X．X．0．1
X．X．255．255
65534
255.255.128.0 2 255.255.128.0
X．X．0．0
X．X．0．1
X．X．127．255
32766
X．X．128．0
X．X．128．1
X．X．255．255
32766
子网划分
子网络个数 子网掩码 网络号码 路由器地址 广播地址 可用的IP地数
1 255.255.255.0 X．X．X．0 X．X．X．1 X．X．X．255 254
255.255.255.128
X．X．X．0
X．X．X．1
X．X．X．127
126
2
255.255.255.128 X．X．X．12 8 X．X．X．0 X．X．X．12 9 X．X．X．1 X．X．X．255 126
7.2
网络访问层
网络访问层用于实现主机与传输媒介的物理接 口，为网络互联层发送和接收IP数据报。对应到 ISO/OSI七层模型中的第一层（物理层）和第二层 （数据链路层）。 TCP/IP支持多种网络访问层协 议，常用的有Ethernet、Token Bus 、Token Ring 等。这些协议和标准都遵循电机电子工程师协会 （IEEE）系统标准。具体来说，都遵循IEEE802标 准。
7.3.1 IP协议的主要功能
IP协议实现两个基本功能：分段和寻址。IP协议的 分段（或重组）功能是靠IP数据包头部的一个字段来实 现的。网络只能传输一定长度的数据包，而当待传输的 数据报超出这一限制时，就需要利用IP协议的分段功能 将长的数据报分解为若干较小的数据包。寻址功能同样 也在IP数据包头部实现。数据包头部中包含了源端地址、 目的端地址以及一些其它信息字段，可用于对IP数据包 进行寻址。
根据分配的网络地址前8位 快速判定网络的类型
前8位值 0 - 127 128 - 191 192 - 223 224 – 239 240 - 255 类型 A类 B类 C类 D类 E类 说明 IP地址开头是0 – 127，就是A类网络地址 IP地址开头是128 – 191，就是B类网络地址 IP地址开头是192 – 223，就是C类网络地址 保留给Multicast(组播)使用 保留给实验用
A类地址
前8位表示网络地址，取值由NIC决定，第一 位固定为0，剩余7为可表示27 = 128个A类网络。 A类地址一般分配给政府部门、大型网络或大型 机构使用（如IBM公司、DEC公司等），目前已经 分配完了。A类地址的后24位指主机的地址。24 位的主机地址共有224=16777216个主机地址。
X．X．X．255
62
7.3.8
网络控制信息协议（ICMP）
ICMP是“Internet Control Message Protocol” （Internet控制信息协议）的缩写。它是TCP/IP协议 族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控 制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、 路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然 并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重 要的作用。
第7章
TCPIP协议基础
摘 要 ： 主 要 介 绍 了 TCP/IP 协 议 体 系 的 基 本 概 念 ， TCP/IP协议模型的各个层次包含的协议的基本概念和功能 TCP/IP协议是Internet发展的基础。学习本章的内容 将会对Internet的组织结构、工作过程以及数据传输的理 解有很大帮助。本章介绍TCP/IP协议的基本概念，TCP/IP 协议模型的各个层次所包含的协议的概念及其功能。
7.3.6
子网络
当一个网络由若干个小网络组成，我们称这些小网络为 子网络。若一个公司的网络是由若干个部门的子网络组成， 是否需要为每个子网络申请一个网络地址呢？当这些子网不 大时，可以从原先IP地址中的主机地址部分，拿出部分比特 作为子网地址，利用IP地址中的子网地址部分区分这些子网， 而不用为每个子网申请一个IP地址。
B类地址
B类地址的前16位表示网络地址，由NIC决定， 其中前2位固定为10。所以可以表示214=16384个B 类网络。后16位表示机器地址，共有216=65536个 主机地址。B类地址一般分配给中型网络或中型机 构使用
C类地址
C类地址的前24位组成网络地址，由NIC决定，其中前2位 为11，剩余22位，所以应该有222=4194304个C类网络。但是在 C类地址的前4位中，1110保留给组播（Multicase, 224239）,1111保留给实验用（240，255），所以真正可用的C类 网络地址数为应有的网络地址数 – 保留的地址数，即222-221 = 2097152个网络地址。C类地址的后8为是主机地址。应有 28=256个主机地址。但是需要扣除网络地址（1个）和广播地 址（1个），所以真正可用的C类网络的主机地址，最多可以有 254个
AND结果
计算机乙 子网掩码 AND结果 码。
11001010
11001011 11111111 11001010
01000100
01000100
00101111
00101111
00110000
00110001 11110000
203．66．47．48
203．66．47．49 255．255．255．240 203．66．47．48
255．255．0．
一个C类网络的子网掩码为：
0
255．255．255．0
子网掩码举例
例1：将一个C类网络划分为16个子网，求子网掩码。
解：要将一个C类网络划分为16个子网，必须从8位主 机地址中拿出前4位作为子网地址，4位二进制位可以 有16种组合，正好可以表示16个子网地址。所以子网 掩码为： 255．255．255．240
1. 子网络地址
单一网络下的组成形式
IP地址 = 网络地址 + 主机地址 切割成若干个子网时的形式
IP地址 = 网络地址 + 子网地址 + 主机地址
原先的主机地址 = 子网地址 + 主机地址
子网络地址
例如：168.95.X.X的B 段网络地址 IP地址（32位）= 网络地址（前16位） + 主机地址（后16位） 168.95.X. X = 68. 95 + X.X 主机共有216= 65536个地址 。 当切割成两个子网时： IP地址（32位） = 网络地址 + 子网地址 + 主机地址 168.95.X. X = 168.95 + 1位 + 15位 由于要切割成两个子网，于是将原来的后16 位中的最高位拿来作为子网地址，这样就可以 将B类网络切割成2个子网络： 168．95．0XXXXXXX．XXXXXXX 168．95．1XXXXXXX．XXXXXXX 各个子网拥有215 = 32768个主机地址。 由此类推，若是将B类网络切割成4个子网络，则须将原来的后 16位中的最高两位拿来作为 子网络地址，切割成的四个子网分别是： 168．95．00XXXXXX．XXXXXXXX 168．95．01XXXXXX．XXXXXXXX 168．95．10XXXXXX．XXXXXXXX 168．95．11XXXXXX．XXXXXXXX 各个子网拥有214 = 16384个主机地址。
2. 子网掩码
使用子网掩码可以判定 IP地址是否属于某一子网。例 如局域网中的一个主机在发送 IP包时，包头中携带有目的 IP地址，通过子网掩码，就可以判定包是发送到本网内的 某个主机，还是发送到网外的主机，从而选择不同的处理.。 子网掩码的形式为：网络及子网地址部分臵1，主机地址臵 0形成的IP地址。 如一个B类网络的子网掩码为：
7.3.9
地址解析协议（ARP协议）
ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地 址解析协议）的缩写 。所谓“地址解析”就是主机在发 送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。ARP协 议的基本功能就是根据目标设备的IP地址，查询目标设 备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。
11111111 01000100
11111111
00101111
00110000
两个主机的 IP 地址与子网掩码与的结果都等于203 ． 66 ． 47 ． 48 ，也就是网络号 由此可见, 计算机甲和计算机乙所处网络的网络号码相同，计算机甲和计算机乙 在同一个子网中。
3. 子网划分
子网络个数 子网掩码 网络号码 路由器地址 广播地址 可用的IP地数
255.255.255.192
X．X．X．63
62
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
255.255.255.192 4
X．X．X．64
X．X．X．65
X．X．X．127
62
255.255.255.192
X．X．X．12 8 X．X．X．19 2
X．X．X．12 9 X．X．X．19 3
X．X．X．191
62
255.255.255.192
7.3.3
IP协议的包格式
IP协议的包格式
7.3.4
IP地址
IP地址是一组32位的二进制数字，由四个字节构成， 代表了网络和主机的地址。IP地址的每个字节以点分开
7.3.5
IP地址的分类
IP地址根据网络规模的不同可以分成三个等级（或者三 类）。分别是A类地址、B类地址和C类地址。各类地址的组成 结构如图所示
7.3.2
IP协议的特性
IP协议有两个很重要的特性：非连接性（无连接性） 和不可靠性。非连接性是指经过IP协议处理过的数据包 其传输是相互独立的，每个包都可以按不同的路径传输 到目的地，也就是说每个包传输的路由可以完全不同， 因而其包抵达的顺序可以不一致，先传送的包不一定先 到达目的地。
不可靠性是指IP协议没有提供对数据流在传输时的 可靠性控制。它是一种不可靠的“尽力传送”的数据报 类型协议。它没有重传机制，对底层的子网也没有提供 任何纠错功能，用户数据报可能发生丢失、重复甚至失 序到达。
7.1
TCP/IP协议概述
TCP/IP协议是Internet上使用最为广泛的通信协议。 所谓TCP/IP协议，实际上是一个协议簇（组），是一组协 议，其中TCP协议（Transmission Control Protocol）和 IP协议（Internet Protocol）是其中两个最重要的协议。 IP协议称为网际协议，用来给各种不同的局域网和通信子 网提供一个统一的互联平台。TCP协议称为传输控制协议， 用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。