计算机网络与通信 第6章 TCPIP协议基础

6.4.1 IP协议的主要功能
网际协议简称IP协议，它和TCP传输控制协议是整个 TCP/IP协议簇中最重要的部分。 IP协议的基本任务是屏蔽下层各种物理网络的差异， 向上层提供统一的IP数据报，由IP协议控制传输的协议单 元称为IP数据报，各个IP数据报之间是相互独立的。 IP协议的基本功能是对数据包进行相应的寻址和路由， 并从一个网络转发到另一个网络。IP协议在每个发送的数 据包前加入一个控制信息，其中包含了源主机的IP地址和 其他一些信息。
…
传输层 网际互联层
ARP RARP
TCP IP Token Ring Frame Relay
IGMP
UDP
ICMP
网络接口层
Ethernet
ATM
…
图6-2 TCP/IP体系结构中的协议与网络
6.3 网络接口层
TCP/IP模型的最低层是网络接口层，也称为网络访问层， 用于实现主机与传输媒介的物理接口，为网络层发送和接收 IP数据报，包括能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议， 且对应着OSI/RM的物理层和数据链路层。 TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议，而是旨在 提供灵活性，以适应各种网络类型，如LAN、MAN和WAN。 这也说明了TCP/IP协议可以运行在任何网络之上。
6.4 网际互联层
网际层是在Internet标准中正式定义的第l个层。 网际层所执行的主要功能是处理来自传输层的分组,将分组形 成数据包(IP数据包) ,并为该数据包进行路径选择,最终将数据包 从源主机发送到目的主机。
在网际层中,包含的协议主要有： 网际协议 (Internet Protocol IP) , 网际控制报文协议 (Internet Control Message Protocol ICMP) , 网际主机组管理协议(Internet Group Management Protocol IGMP) , 地址解析协议 (Address Resolution Protocol ARP) 逆向地址解析协议 (Reverse Address Resolution RARP)等，最常用的协 议是网际协议IP,其他一些协议用来协助IP的工作。
6.2 TCP/IP的层次结构
与其它网络体系结构一样，TCP/IP协议也是分层 的体系结构，但TCP/IP分成4层，分别是网络接口层、 网际互联层(IP)、传输层和应用层，与OSI/RM的对 应关系如图6-1所示。
应用层 表示层 应用层 会话层 网络层 数据链路层 网络接口层 物理层 传输层 网际互联层 应用层
路由器 Internet
172. 17. 15. 0
子网 172. 17. 20Baidu Nhomakorabea 0 子网 子网
172. 17. 32. 0 172. 17. 32. 32 172. 17. 32. 125 172. 17. 20. 131 172. 17 . 20. 82 站点 172. 17. 0. 0
172. 17. 32. 126
TCP/IP是协议簇。
TCP/IP具有如下特点：
（1）开放的协议标准，可以免费使用，并且独立与特定 的计算机硬件与操作系统。 （2）独立与特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域 网中，更适用于互联网中。 （3）统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在 网络中都具有唯一的IP地址。 （4）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。
6.4.3 IP数据报格式
IP数据报封装到以太网的MAC数据帧，与一般网络层分组 格式相似，IP数据报也分为两部分：首部和数据 。
4bit 版本 4bit 首部长 标识符 生存时间 协议 源IP地址 目的IP地址 任选项 „ 数据 „ 填充字段 8bit 服务类型 标志 首部校验和 16bit 总长度 片偏移
6.1 TCP/IP协议概述
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议是当今技术最成熟、应用最广泛的网络 传输协议，并拥有完整的体系结构和协议标准。 TCP/IP是一种网络体系结构，是Internet上使用 的一组完整的标准网络连接协议。它起源于美国 ARPANET网，由它的两个主要协议即传输控制协议 TCP和网际协议IP而得名。
第6章 TCP/IP协议基础
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 TCP/IP协议概述 TCP/IP的层次结构 网络接口层 网际互联层 传输层 应用层
第6章
TCP/IP协议基础
【本章内容简介】 TCP/IP协议是Internet发展的基础。 通过本章内容的学习将会对Internet的组织结构、工作过 程以及数据传输的理解有很大帮助。本章首先介绍TCP/IP 协议的基本概念，然后按照TCP/IP协议栈的层次分别介绍 网际互联层协议、传输层协议、应用层协议以及TCP/IP协 议模型的各个层次所包含的概念及其协议的应 用。 【本章重点难点】 重点掌握TCP/IP协议体系的基本 概念，TCP/IP协议模型中各个层次包含的协议的基本概念 和功能。
图6-1 TCP/IP与OSI的对应关系
6.2 TCP/IP的层次结构
在TCP/IP的层次结构中，虽然包括4个层次，但实际上 只有3个层次包含了实际的协议。TCP/IP中各层对应的协议 主要如图6-2所示。（TCP传输控制协议，IP网际协议）
应用层 Telnet FTP DNS SMTP HTTP
图6-1l 一个大型网络可划分为若干个子网互连
6.4.5子网技术
1．划分子网的原因
(1)充分使用地址 (2)划分管理职责 (3)提高网络性能
2．划分子网的方法 3．子网掩码（网络号对应部分设为1，主机号对应部分设 为0) 4．划分子网的规则 5．子网划分实例
(1)确定需要多少子网号来唯一标识网络上的每一个子网。 (2)确定需要多少主机号来标识每一个子网上的每一台主机。 (3)定义一个符合网络要求的子网掩码。 (4)确定标识每一个子网的网络地址。 (5)确定每一个子网所使用的主机地址范围。
6．可变长子网划分(VLSM) 7．超网和无类域间路由CIDR
6.4.6 网际控制报文协议
网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol， ICMP）作为IP协议的补充，为IP协议提供差错报告。用于 传送这方面的控制信息或差错信息。因为这些信息可能需要 穿过几个物理网络才能到达它们的最终报宿，因而只靠物理 层传递是不能实现的，需要将它们封装在IP数据报中才能进 行传递。这时被封装在IP数据报的ICMP报文不能看作是高 层协议，而只是IP需要的一部分。显然载有ICMP报文的IP 数据报也有可能产生错误。为此规定，对载送ICMP报文的 数据报，若出现差错，不产生ICMP报文，否则就要引起递 归了。
路由器 Internet 网络172.17.0.0
172. 17. 32. 126 172. 17. 32. 125 172. 17. 32. 32
172.17. 20. 131
172. 17. 15. 20
172. 17. 15. 156 172. 17. 20. 53 172. 17. 20. 54
6.4.4 IP地址
3．特殊IP地址
对于任何一个网络号,其全为“0”或全为“l”的主机 地 址 均 为 特 殊 的 IP 地 址 . 例 如 ,210.40.13.0 和 210.40.13.255都是特殊的IP地址.特殊的IP地址有特殊的 用途,不分配给任何用户使用,如表6-2所示.
网络地址 全0 有网络号 有网络号 全1 127 主机地址 全0 全0 全1 全1 任意 地址类型 本机地址 网络地址 直接广播地址 有限广播地址 环回地址 用 途 启动时使用 标识一个网络 在特殊网上广播 在本地网上广播 环回测试
表6-2 特殊IP地址表
6.4.4 IP地址
(1)网络地址：又称网段地址。网络号不空而主机号全“0” 的IP地址表示网络地址，即网络本身。 (2)直接广播地址：网络号不空而主机号全“1”的IP地址 表示直接广播地址，表示这一网段下的所有用户。 (3)有限广播地址：网络号和主机号都全“1”的IP地址是 有限广播地址，在系统启动时，还不知道网络地址的情形 下进行广播就是使用这种地址对本地物理网络进行广播。 (4)本机地址：网络号和主机号都是全“0”的IP地址表示 本机地址。 (5) 环回测试地址：网络号为“127”而主机号为任意的IP 地址为环回测试地址。常用的有127.0.0.1
6.4.9 反向地址解析协议(RARP)
主机节点的IP地址与硬件是无关的，因此一般是保存 在磁盘中的。机器启动后即从磁盘中取出IP地址，然后与 别的主机进行通信。但如果这个节点是一个无盘工作站， 它无处保存自己的IP地址，这就要依靠无盘工作站的物理 地址了。因为无盘工作站自己的物理地址它是知道的，因 此就可以广播一个报文分组给本地的文件服务器，让文件 服务器告诉它的IP地址。这就是由物理地址向IP地址的转 换。描述该转换的协议是反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol ,RARP）。
6.4.2 IP协议的特性
IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立 用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数 据包发送出去，而IP数据包可能会丢失、重复、延迟时间 长或者顺序混乱。 因此，要实现数据包的可靠性传输，就必须依靠高层 的协议或应用程序，如传输层的TCP协议。 IP的重要特性：非连接性和不可靠性 非连接性：指经过IP处理过的数据包是相互独立，可 按不同路径传输到目的地，到达顺序可不一致。 不可靠性：指没有提供对数据流在传输时的可靠性控 制，是“尽力传送”的数据报协议。
首部
数据
图6-3 IP数据报格式
6.4.4 IP地址
1．物理地址与逻辑地址 一台Internet主机至少有一个IP地址，而且这个IP地址是 全网惟一的。 地址类别：标识网络类型； 网络号：标识一个逻辑网络； 主机号：标识网络中的一台主机。
地址类别
网络号
主机号
IP地址由32位二进制比特组成
图6-6 IP地址的结构
6.4.4 IP地址
IP协议把IP地址分成5类，包括A类、B类、C类、D类和E类。 5类IP地址的格式如图6-7所示。
2．IP地址的分类
图6-7 IP地址的分类
A类：网络数27=128个，每个网络含主机数224=16777216个，A类地址 范围是0.0.0.0-127.255.255.255。 B类：网络数214=16384，每个网络含主机数216=65536个，B类地址范 围是128.0.0.0-191.255.255.255。 C类：网络数221=2097152个，每个网络含的主机数28=256个，C类地 址范围是192.0.0.0-223.255.255.255。 D类：地址范围是224.0.0.0-239.255.255.255。 E类：地址预留。
在互联网络中，每个节点分配有一个32 bit的IP地 址。通过这个IP地址在节点之间收发报文分组。使用IP 地址，整个网络的表面就像是一个单个的虚拟网络。但 信息是通过真正的物理网络来传递的。而在物理网络上， 两台机器只有彼此知道物理地址时才能进行通信。因此， 使用IP地址通信最终还是要把IP地址转换成物理地址。 当然这项工作对用户来讲是透明的。
6.4.7 网际主机组管理协议
IP协议只是负责网络中点到点的数据包传输，而 点到多点的数据包传输则要依靠网际主机组管理协议 (Internet Group Management Protocol，IGMP)来完 成。它主要负责报告主机组之间的关系，以便相关的 设备(路由器)可支持多播发送。
6.4.8 地址解析协议(ARP)
6.4.5子网技术
出于对管理、性能和安全方面的考虑，许多单位把单一 网络划分为多个物理网络，并使用路由器将它们连接起来。 子网划分技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络，如 图6-11所示，这些物理网络统称为子网。
6.4.5子网技术
172. 17. 15. 156 172. 17. 15. 20 172. 17. 20. 53