第二章TCPIP协议集简介1

解决IP地址与MAC地址的转换（映射）问题。
IP地址是主机在网络层中的地址，为32bit； MAC地址是数据链路层中的硬件地址，为48bit；
要发送的IP数据报必须转变为MAC帧，才能发 送到网络。因此需要在IP地址和MAC 地址之间 进行转换；
若用户使用主机名字标识主机，因此需要在主 机名字和IP地址之间进行转换；
第二章TCPIP协议集简介1
2.1 网络模型
2.1.1 OSI模型 2.1.2 TCP/IP模型
2
ISO利用这个模型实际开发了一系列的开放式网 络协议，但是这些协议并没有得到广泛的应用。模 型的每一层都向相邻的层提供服务，实际流向都是 从顶端的应用层开始的，每一层实现不同的功能， 数据流由物理层流向其他主机。从逻辑的观点来看， 模型的每一层都可以和其远端的对等层通信，他们 只需要考虑各自之间的通信而不必涉及到其他层次 的操作。例如：应用层软件只须考虑到与远端应用 层的通信而不必 了解数据是如何传到远端的应用层 上的，不管物理上是光缆还是10Base-T的；同样的， 物理层只关心同远端节点系统物理层数据的接发而 不理会其他层次的策略。
Rfc Rfc
层 2068 959
电子 终端
文件
邮件 仿真 域名 传输
SMTP Rfc 854
TELNET Rfc 854
DNS Rfc 1034 1035
TFTP Rfc 783
OSI层
客户/ 网络 应
服务器 管理
用 层
NSF SNMP 表
Rfc Rfc
示 层
1014 1157
1057
1901~10
IP数据报首部=固定部分（20个字节）
+变长的可选部分（最长40字节）
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2.2.2 传输控制协议[TCP]
面向连接的服务； 全双工点对点通信； 完全可靠（无丢失、无重复、无乱序）； 可靠的连接建立和连接释放。
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TCP报文格式
TCP报文格式
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TCP的序号和确认
TCP是基于字节流的。对每一个字节编一个号。 在建立连接时，双方商定初始序号。
26Βιβλιοθήκη 若ARP高速缓存中没有主机B的映射项，主机
自动运行ARP进程来寻找主机B的硬件地址：
①ARP进程广播发送一个ARP请求分组，内含主 机B的IP地址；
②所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分 组；
③主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就 向主机A发送一个ARP响应分组，内含主机B的硬 件地址；
对于小型网络，主叫主机通过hosts文件（主机名字 到IP地址转换的映射表）进行转换；
对于大型网络，主叫主机通过网络中的域名系统 DNS的服务器进行转换；
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每个主机有一个ARP高速缓存，里面有IP地址 到硬件地址的映射表；
主机A首先在ARP高速缓存中查找主机B的IP地 址对应的硬件地址，然后将此硬件地址写入 MAC帧，再通过局域网发往此硬件地址。
c.IP不关心数据包通过因特网传输时所取的路 径，路由选择有其他协议完成。
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与IP协议配套使用的协议
地址解析协议ARP 反向地址解析协议RARP 因特网控制报文协议ICMP
在网络层，Internet可以看成是自治系统的集合， 是由网络组成的网络。
网络之间互连的纽带是IP协议。
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IP数据报－首部格式
和PPP 特性：可以在路径的不同链路中用不同的链路层协
议处理数据报
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网络层
功能：管理节点间的网络连接，主要实现有 三个功能： 1.确定路径（选路） 2.交换分组 3.呼叫建立
路由算法： 距离向量（DV） 链路状态（LS）
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传输层
数据链路层的主要功能：
链路管理：数据链路的建立、维持和释放；
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TCP传输策略
TCP的流量控制
采用可变发送窗口； 窗口大小为0时，正常情况下，发送方不能再发TCP
报文段，但有两个例外
紧急数据可以发送； 为防止死锁，发送方可以发送1字节的TCP报文段，以便
让接收方重新声明确认号和窗口大小。
如何改进传输层的性能？
策略1：发送方缓存应用程序的数据，等到形成一个 比较大的段再发出；
含自己的硬件地址；
– RARP服务器收到RARP请求分组后，从映射表 中查出该无盘工作站的I P地址， 然后发回一个 RARP响应分组，内含无盘工作站的IP地址；
– 无盘工作站收到RARP响应分组后，就获得自 己的IP地址。
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2.2.5 因特网控制报文协议ICMP
主要用来分组在传输中，由主机和路由器报告 差错情况和提供有关异常的报告及网络测试。
终端机 应用层
传输层 网络层 网络访问
TCP/IP模型
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2.2TCP/IP
网际协议[IP] 传输控制协议[TCP] 用户数据报协议[UDP] 地址解释协议[ARP] 网际控制报文协议[ICMP]
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Figure 2-11
协议运行（实现）层次图
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ARPA层
超文本
应 传输
文件 传输
用 HTTP FTP
发送序号（4字节）
报文段中的第一个数据字节的序号。 可对4GB数据进行编号，可保证序号重复时，旧序号
的数据已在网络中消失。
确认序号（4字节）
期望下次收到的第一个数据字节的序号（当前报文段 中的最后一个数据字节的序号+1）；
并对收到的报文段表示确认。 采用了捎带确认技术和累积确认技术。
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④主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在ARP 高速缓存中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射。
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反向地址解析协议RARP
解决MAC地址与IP地址的转换（映射）问题。 主要用于无盘工作站启动；
RARP的工作过程： – 在局域网中有一个主机充当RARP服务器；内
建硬件地址到IP地址的映射表。 – 无盘工作站广播发送一个RARP请求分组，内
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会话层和表示层
会话层负责计算机之间会话的建立和管理 表示层负责解释数据并把数据转换后的结果
送到应用层
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应用层
任务 为用户提供服务。 应用层协议 规定应用进程在通信时所遵循的协议。
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2.1.2TCP/IP模型
终端机 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
OSI模型
帧同步：收方能从收到的比特流中区分一帧 开始和结束的地方；
流量控制：发方发送数据的速率必须使收方 来得及接收；
差错控制：收方收到有差错的数据帧时，能 检错重传或纠错；
透明传输：不管所传数据是什么样的比特组 合，收方都能正确接收。并能将数据与控制信 息分开；
寻址：保证每一帧都能发送到目的站。
ICMP报文封装在IP数据报分组中。 ICMP报文类型 – ICMP差错报文 – ICMP测试报文 例， ICMP请求报文是由主机和路由器向目的
主机发出的询问，目的主机收到后回送ICMP 应答报文。 应用层的Ping程序使用它们就是来测试主机之 间的连通性。
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会 话
1094 2271~75 层
传 输 层
传输控制协议（TCP）
rfc 793
用户数据报协议（UDP） 传
rfc 768
输 层
网 地址解释协议（ARP） 互联网协议（IP）
络 rfc 826 903
层
rfc 791
互联网控制报文 协议（ICMP）
rfc 792
网 络 层
网 络
网卡：以太网、令牌环、ARCNET、MAN和WAN rfc 894 1042 1201
5
物理层
功能：物理层负责数据以比特流的形式在物 理介质中传输
物理介质：就是实际连接网络的设备，不同 的接入技术使用不同的介质。比如：HFC使 用光纤和同轴电缆；普通的调制解调器、 ISDN 和ADSL使用的是铜制双绞线；无线接 入网使用的是无线频谱。
采用的信号技术：电信号和光信号 物理层还解决了数据传输的编码和解码问题，
接
入
传输介质：双绞线、同轴、光纤、无线介质
层
数据 链路 层
物 理 层
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2.2.1 网际协议[IP]
IP协议是异地间数据包传输最基本的协议集， 在网络层实现，提供无连接、无确认的服务，下面 给出IP协议的特性 ：
a.因为IP是无连接的，所以每个数据都作为独 立的单元传输
b.IP协议无须确认，不提供对数据包是否到达、 目的地的检测机制
策略2：在没有可能进行“捎带”的情况下，接收方 延迟发送确认报文段；
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2.2.3 用户数据报协议－UDP
无连接的服务 只是在IP的数据报上增加了端口功能。
UDP数据报的最大长度= 65535－20 = 65515 字 节
（IP数据报的最大长度－IP数据报的最小首部）
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2.2.4 地址解析协议ARP
例如：到底是用蔓彻斯特编码还是4B/5B编码
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数据链路层
功能：数据链路层协议在一个单独的链路上移动数 据报，数据链路层协议定义了在链路各端的节点之 间交换数据单元的格式以及这些这些节点发送和接 收这些数据报单元时进行的活动。确保网络中数据 的可靠传输
数据单元形式：Frame 链路层协议：以太网（Ethernet）、令牌环、FDDI
TCP首部的长度（4 bit）
长度单位为32位字，包含可选项域；
6位的标志位，置1表示有效
URG：发送紧急数据。表明此报文不按排队顺
序来传送，优先发送。它与紧急指针配合使用；
ACK：确认序号是否有效； PSH：指示接收方将数据不做缓存，立即向上递
交给应用进程进行处理立刻上送； RST：由于不可恢复的错误重置连接； SYN：用于连接建立指示； FIN：用于连接释放指示。