计算机网络实用技术（第二版）-电子教案-雷建军 第4章

1、第4章 TCP/IP体系结构,第4章 TCP/IP体系结构,本章学习目标 4.1 TCP/IP协议概述 4.2 网际层协议 4.3 传输层协议 4.4 应用层协议 4.5 思考题,第4章 TCP/IP体系结构,本章学习目标,本章主要介绍TCP/IP的体系结构。通过本章的学习，读者应能够： 了解TCP/IP模型以及与OSI参考模型的比较 熟悉和掌握TCP/IP模型各层协议的功能及基本原理,第4章 TCP/IP体系结构,4.1 TCP/IP协议概述,TCP/IP（Transmission Control Protocol /Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议）是Internet的基本协议。TCP/IP于20世纪70年代开始被研究和开发，经过不断的应用和发展，目前已被广泛用于各种网络中。 TCP/IP是个协议族，是由一系列支持网络通信的协议组成的集合。 4.1.1 TCP/IP模型 4.1.2 TCP/IP与OSI参考模型的比较,下一页,返回,下一页,第4章 TCP/IP体系结构,4.1.1 TCP/IP模型,TCP/IP模型由四个层次组成。功能如下： 1网络接口层

2、 2网际层 3传输层 4应用层,下一页,返回,第4章 TCP/IP体系结构,1网络接口层,网络接口层又称数据链路层，处于网际层之下，负责接收IP数据报，并把数据报通过选定的网络发送出去，或者从网络口接收物理帧，装配成IP数据报上交给网际层。 该层包含操作系统中的设备驱动程序和计算机中对应的网络接口卡。它们一起处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节。目前基于以太网技术的局域网使用最普遍。,返回,下一页,第4章 TCP/IP体系结构,2网际层,网际层又称IP层，主要处理机器之间的通信问题。该层行使寻址、数据的封装、数据报的分段和路由选择功能，它类似于OSI的网络层。网际层包括的核心协议有： （1）网际协议（IP）。 （2）网间控制消息协议（ICMP）。 （3）地址解析协议（ARP）。 （4）逆向地址解析协议（RARP）。,下一页,返回,第4章 TCP/IP体系结构,3传输层,该层负责提供应用程序间（即端到端）的通信。源端的应用进程通过传输层，可以与目的端的相应进程进行直接会话。它包含了OSI传输层的功能和OSI会话层的某些功能。传输层的核心协议是TCP协议和用户数据报协议（UDP）

3、。 （1）TCP协议是一个面向连接的数据传输协议，它提供数据的可靠传输。 （2）UDP协议是一种提供无连接服务的协议。,下一页,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4应用层,应用层处在TCP/IP模型的最高层，用户调用应用程序来访问TCP/IP互联网络，以享受网络上提供的各种服务。应用程序负责发送和接收数据。每个应用程序可以选择所需要的传输服务类型把数据按照传输层的要求组织好，再向下层传送。应用层包括DNS、SMTP、SNMP、Telnet、FTP、Http等协议。,下一页,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.1.2 TCP/IP与OSI 参考模型的比较,两种模型有很多相似之处： （1）都是分层的结构。 （2）在同层都确定协议栈的概念。 （3）以传输层为分界，其上层都希望由传输层提供（终）端-（终）端的、与网络环境无关的传输服务。传输层的上层都是传输服务的用户，这些用户以信息处理为主导。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.1.2 TCP/IP与OSI 参考模型的比较,然而，TCP/IP与OSI仍有较大区别： （1）在物理层和链路层，TCP/IP未做规定，表明TCP/IP可以使

4、用OSI的物理层和链路层协议，所以这里的区别很小。由于这两层的功能很多，必须分两层讲述，TCP/IP不分层正是它的缺陷。OSI的高层分为会话层、表示层、应用层，从理论上构成完美的结构。而TCP/IP在这里未做分层，一揽子称为各种应用协议，即应用层。因此有利于计算机网络的工业生产，所以称为工业标准。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.1.2 TCP/IP与OSI 参考模型的比较,（2）OSI先有分层模型，后有协议规范。这一点意味着该分层模型不偏向任何特定的协议，因此具有通用性。而TCP/IP先有协议后有模型，模型是对协议的分层描述，因此该模型只适用于TCP/IP协议，对非TCP/IP网络并不适用。况且，OSI的分层严格，有利于网络功能的相对独立，有利于网络建造和维护。而TCP/IP的层次观念并不像OSI那样严格。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.1.2 TCP/IP与OSI 参考模型的比较,（3）就通信方式而言，OSI非常重视连接通信，建立了连接型通信的完美体系，但对无连接的数据报通信并不重视；而TCP/IP一开始就重视数据报通信。计算机网络发展的进程表明，数据报传送不仅适

5、用于互联网中的数据传送，而且还用于话音分组传送，有利于高速、综合业务网的建立。故TCP/IP的研究者战略眼光更远大。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.1.2 TCP/IP与OSI 参考模型的比较,（4）对网络互联问题，二者也有区别。OSI提出使用标准的公用数据网为主干网，且将各种不同系统连接在一起，而TCP/IP专门建立了互联网协议IP，用于各种异构网的互联。从目前全世界网络五花八门的现状看，TCP/IP的考虑甚为实用。但从长远发展眼光看，可否一定为网络互联专门建立协议，目前还很难定论。可能OSI的方式是有远见的方式。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.2 网际层协议,4.2.1 IP协议 4.2.2 IP地址的使用 4.2.3 ICMP协议 4.2.4 ARP和RARP协议 4.2.5 SLIP和PPP协议,返回,下一页,第4章 TCP/IP体系结构,4.2.1 IP协议,IP协议的主要作用是逻辑地标识网络节点的位置，以及向数据封装中添加信息以表明数据的原始发送者和最终接收者。IP地址是IP协议用来在网络中逻辑地标识网络节点位置的工具，它是一种逻辑地址（相对的MAC地址

6、被看作是物理地址）。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.2.1 IP协议,图4-2给出了IP报头的格式，在网络运行中，每个协议层或每个协议都包含一些供它自己使用的信息。,这些信息通常置于数据的前面，通常把它叫做报头。报头中含若干特定的信息单元，称为字段。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.2.1 IP协议,在网际层中，数据以IP数据报的格式相互进行传递。其中IP数据报格式中的前面部分就是IP报头，紧接着的才是IP数据报数据的有效负载。源计算机上的IP协议软件负责创建IP报头（即打包），而目的地计算机的IP软件则要查看IP头信息中的指令（即解包），以确定应对数据报中的数据有效负载执行什么操作。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,4.2.1 IP协议,下面分别说明IP报头中每一个字段的意义： （1）版本号。 （2）IP分组头首部长度。 （3）服务类型。 （4）总长度。 （5）标识符。 （6）标志段。 （7）段偏移。 （8）生存时间。 （9）协议。 （10）分组头校验和。 （11）源IP地址。（12）目的IP地址。 （13）任选项。 （14）填充。,下一页,返回,第4章 TCP

7、/IP体系结构,4.2.2 IP地址的使用,主机与主机之间的沟通需要通过以下三个桥梁：IP地址、子网掩码和IP路由器。 1IP地址 2子网掩码 3默认网关 4IPv6的介绍,下一页,返回,第4章 TCP/IP体系结构,1IP地址,IP（版本4）地址共占用32个二进制位，一般是由4个十进制数来表示（W.X.Y.Z），每个数字占一个字节，它们之间用点隔开，例如：192.168.2.3。包含了Network ID与Host ID两部分： Network ID网络标识码。每个网络区域都有惟一的网络标识码。 Host ID主机标识码。同一个网络区域内的每一台主机都必须有惟一的主机标识码。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,1IP地址,为了适合不同大小规模的网络需求，IP地址被分为A、B、C、D、E五大类，其中A、B、C类是可供Internet网络上的主机使用的IP地址，而D、E类是供特殊用途使用的IP地址。可以根据具体的网络规模来申请适合的Network ID类别。 A类 B类 C类 D类 E类,返回,第4章 TCP/IP体系结构,A类,A类的IP地址适合于超大型的网络，其Network ID

8、占用一个字节（W），但W的可用范围是1126。因此，总共有126个A类的Network ID。Host ID共占用X、Y、Z三个字节，它提供(224)-2=16 777 214个IP地址。减2是因为Host ID全为0或1的地址被保留，有特殊用途。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,B类,B类的IP地址适合于大、中型网络，其Network ID占用两个字节（W、X），但W值的可用范围为128191，它可提供(191-128+1)*256= 16 384个B类的网络。Host ID共占用Y、Z两个字节，因此，每个网络可支持(216)-2=65534台主机。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,C类,C类的IP地址适合于小型网络，其Network ID占用三个字节（W、X、Y），但W的值为192到223，它可提供(223-192 +1)*256*256=2 097 152个C类的网络。Host ID只占用Z一个字节，因此，每个网络可支持(28)-2 = 254台主机。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,D类,D类的Network ID用于多点播送，其范围为224239。,返回,第4章

9、TCP/IP体系结构,E类,这是一个用于将来扩展用的Network ID，其范围为240254。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,1IP地址,只有A、B、C类可供Internet网络上的主机使用。在使用时，还需排除以下几种特殊的IP地址： l Network ID不可以为127：127是用来做循环测试的，不可以做其他用途。可以用“ping l27.0.0.1”命令检查 l Network ID与Host ID：以二进制位来看不可以全为1或0（以十进制来看不可以是255与0）。,返回,下一页,第4章 TCP/IP体系结构,2子网掩码,子网掩码也占用32位，它可以用来从IP地址中得到Network ID和Host ID，也可以用来将网络切割为若干个子网。 (1)利用子网掩码获得IP地址的Network ID和Host ID,返回,第4章 TCP/IP体系结构,2子网掩码,(2)利用子网掩码切割子网 子网掩码的另一个作用就是将一个网络切割为几个以IP路由器连接的子网，如果单位有多个分散的网络，则每个网络都需要有一个单独的Network ID。当然，可以为每个网络申请一个Network ID；但是也可以只申请一个Network ID，然后借助于子网掩码，将这个Network ID切割为若干个子网。,返回,下一页,第4章 TCP/IP体系结构,3默认网关,在同一个网络区域（Network ID相同）内的主机，可以直接相互通信；而不同网络区域（Network ID不同）内的主机，则无法直接相互沟通，必须通过IP路由器进行中转。,返回,第4章 TCP/IP体系结构,3默认网关,图4-4如果甲网络上的A主机要向乙网络上的F主机发送信息。首先，A主机会将自己的IP地址和目标F主机的IP地址分别与子网掩码做AND运算。得知这两者的Network ID不同，不是在同一个网络区域内，无法直接沟通，则必须通过路由器进行通信。然后，主机A会将数据送到默认网关Router，再由Router根据路由表将数据送到乙网络，最后送到乙网络的主机F。,返回,下一页,第4章 TCP/IP体系结构,4IPv6的介绍,IPv4地址总量约为43亿，随着网络的迅猛发展，全球数字化和信息化步伐的加快，目前70%的地址资源已经被使

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