第2章TCP/IP協(xié)議組（族）2.1TCP/IP通信協(xié)議層中的運(yùn)行剖析2.2地址解析協(xié)議2023/3/311學(xué)習(xí)目標(biāo)了解OSI所定義的七層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議了解TCP/IP通信協(xié)議的規(guī)定了解地址解析協(xié)議（ARP）的含義及解析過程熟練掌握在Windows2000上查看與修改ARP緩存2023/3/312知識(shí)點(diǎn)開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型TCP/IP通信協(xié)議層地址解析協(xié)議（ARP）2023/3/313授課內(nèi)容OSI/RM參考模型TCP/IP協(xié)議體系TCP/IP與OSI模型對(duì)比TCP/IP協(xié)議的好處IP層協(xié)議(ARP定義、工作過程)反向地址解析協(xié)議(RARP)實(shí)踐：ARP命令的使用2023/3/314OSI/RM參考模型1.OSI/RM的形成

OSI規(guī)定了可以互聯(lián)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信協(xié)議，遵從OSI協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信產(chǎn)品都是所謂的開發(fā)系統(tǒng)，也就是意味著可以與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)2023/3/3152．OSI/RM層次結(jié)構(gòu)（1）網(wǎng)絡(luò)分層的必要性

2023/3/316（2）OSI/RM的層次結(jié)構(gòu)

2023/3/317（3）OSI/RM的數(shù)據(jù)封裝拆封2023/3/318（4）OSI/RM各層的功能

物理層(PhysicalLayer)是參考模型的最低層。該層是網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，由連接不同結(jié)點(diǎn)的電纜與設(shè)備共同構(gòu)成。主要功能是：利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)傳輸并監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)出錯(cuò)率，以便數(shù)據(jù)流的透明傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)是參考模型的第2層。主要功能是：在物理層提供的服務(wù)基礎(chǔ)上，在通信的實(shí)體間建立數(shù)據(jù)鏈路連接，傳輸以幀為單位的數(shù)據(jù)包，并采用差錯(cuò)控制與流量控制方法，使有差錯(cuò)的物理線路變成無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。2023/3/319網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)是參考模型的第3層。主要功能是：為數(shù)據(jù)在結(jié)點(diǎn)之間傳輸創(chuàng)建邏輯鏈路，通過路由選擇算法為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂剑约皩?shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能。傳輸層(TransportLayer)是參考模型的第4層。主要功能是向用戶提供可靠的端到端(End-to-End)服務(wù)，處理數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)包次序，以及其他一些關(guān)鍵傳輸問題。傳輸層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，因此，它是計(jì)算機(jī)通信體系結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵的一層。2023/3/3110會(huì)話層(SessionLayer)是參考模型的第5層。主要功能是：負(fù)責(zé)維護(hù)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的傳輸鏈接，以便確保點(diǎn)到點(diǎn)傳輸不中斷，以及管理數(shù)據(jù)交換等功能。表示層(PresentationLayer)是參考模型的第6層。主要功能是：用于處理在兩個(gè)通信系統(tǒng)中交換信息的表示方式，主要包括數(shù)據(jù)格式變換、數(shù)據(jù)加密與解密、數(shù)據(jù)壓縮與恢復(fù)等功能。應(yīng)用層(ApplicationLayer)是參考模型的最高層。主要功能是：面向用戶為應(yīng)用軟件提供了很多服務(wù)，例如文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、電子郵件與其他網(wǎng)絡(luò)軟件服務(wù)。2023/3/3111（5）協(xié)議和協(xié)議的三要素網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間要想正確的傳送信息和數(shù)據(jù)，必須在數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞?、?shù)據(jù)的格式及內(nèi)容等方面有一個(gè)約定或規(guī)則，這種約定或規(guī)則稱為協(xié)議。語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。語義：需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。時(shí)序：事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。2023/3/3112TCP/IP協(xié)議體系TCP/IP是用于計(jì)算機(jī)通信的一組協(xié)議，我們通常又稱它為TCP/IP協(xié)議族。它是70年代中期美國國防部為其ARPANET廣域網(wǎng)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，以它為基礎(chǔ)組建的INTERNET是目前國際上規(guī)模最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，正因?yàn)镮NTERNET的廣泛使用，使得TCP/IP成了事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。2023/3/31131. TCP/IP協(xié)議的分層模型（1）

一個(gè)郵政通信的例子（2）

電子郵件通信應(yīng)用舉例（3）

TCP/IP分層模型（4）TCP/IP數(shù)據(jù)流2023/3/3114清華大學(xué)浙江大學(xué)杭州上海北京小張老王（1）

一個(gè)郵政通信的例子郵局郵局2023/3/3115航空客戶客戶源支局目的支局小張老王應(yīng)用接收信件應(yīng)用投遞信件傳輸控制蓋發(fā)送郵戳傳輸控制蓋接收郵戳中轉(zhuǎn)選擇下一站發(fā)送郵包發(fā)送郵包發(fā)送郵包接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)打包、分揀選擇下一站到站拆包汽車北京總局浙江大學(xué)清華大學(xué)驛站驛站運(yùn)輸運(yùn)輸郵政通信功能劃分2023/3/3116客戶客戶小張老王應(yīng)用接收信件應(yīng)用投遞信件傳輸控制傳輸控制發(fā)送郵包發(fā)送郵包接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)打包、分揀選擇下一站到站拆包浙江大學(xué)清華大學(xué)功能層一：應(yīng)用2023/3/3117源支局目的支局小張老王應(yīng)用接收信件應(yīng)用投遞信件傳輸控制蓋發(fā)送郵戳傳輸控制蓋接收郵戳發(fā)送郵包發(fā)送郵包接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)打包、分揀選擇下一站到站拆包浙江大學(xué)清華大學(xué)功能層二：傳輸控制2023/3/3118小張老王應(yīng)用接收信件應(yīng)用投遞信件傳輸控制蓋發(fā)送郵戳傳輸控制蓋接收郵戳中轉(zhuǎn)選擇下一站發(fā)送郵包發(fā)送郵包發(fā)送郵包接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)打包、分揀選擇下一站到站拆包北京總局浙江大學(xué)清華大學(xué)驛站驛站功能層三：選擇路徑2023/3/3119航空小張老王應(yīng)用接收信件應(yīng)用投遞信件傳輸控制蓋發(fā)送郵戳傳輸控制蓋接收郵戳中轉(zhuǎn)選擇下一站發(fā)送郵包發(fā)送郵包發(fā)送郵包接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)接收業(yè)務(wù)打包、分揀選擇下一站到站拆包汽車北京總局浙江大學(xué)清華大學(xué)運(yùn)輸運(yùn)輸功能層四：接口2023/3/3120清華浙大北京上海廣州小張老王（2）

電子郵件通信應(yīng)用舉例電話線衛(wèi)星線路DDN專線DDN專線x.25以太網(wǎng)以太網(wǎng)2023/3/3121

小張 老王應(yīng)用 應(yīng)用發(fā)送Email

接收EmailTCP 北京驛站 TCPIP IP IP網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口 電話線DDN以太網(wǎng)以太網(wǎng)衛(wèi)星電子郵件通信功能劃分2023/3/3122功能層一：應(yīng)用

小張 老王

應(yīng)用 用戶 用戶 應(yīng)用發(fā)送Email

接收EmailTCP TCPIP IP網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口2023/3/3123功能層二：傳輸控制（TCP）

小張 老王應(yīng)用 應(yīng)用發(fā)送Email 接收Email

主機(jī) 主機(jī)

TCP

TCP IP IP網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口2023/3/3124功能層三：網(wǎng)間網(wǎng)（IP）北京驛站

小張 老王應(yīng)用 應(yīng)用發(fā)送Email 接收Email

TCP TCP

IP

IP

IP網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口 網(wǎng)絡(luò)接口2023/3/3125功能層四：網(wǎng)絡(luò)接口北京驛站

小張 老王應(yīng)用 應(yīng)用發(fā)送Email 接收Email

TCP TCP

IP IP IP網(wǎng)絡(luò)接口

網(wǎng)絡(luò)接口

網(wǎng)絡(luò)接口電話線DDN衛(wèi)星線路以太網(wǎng)以太網(wǎng)2023/3/3126（3）TCP/IP協(xié)議體系的層次結(jié)構(gòu)OSI模型

TCP/IP模型

TCP/IP協(xié)議集應(yīng)用層

進(jìn)程/應(yīng)用層

文件傳輸FTP超文本傳輸HTTPSMTP遠(yuǎn)程登錄Telnet簡單文件傳輸TFTP其他：SNMP和、DNS等表示層

會(huì)話層

傳輸層

主機(jī)-主機(jī)層

TCPUDP網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層

IP（ARP、RARP、ICMP等）、IGP、EGP（BGP）等數(shù)據(jù)鏈路層

網(wǎng)絡(luò)訪問層

EthernetIEEE802.3FDDITakenRingIEEE802.5其他物理層

2023/3/3127TCP/IP協(xié)議體系的協(xié)議分布281)

應(yīng)用層功能 為用戶的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供各種服務(wù)。典型的應(yīng)用層協(xié)議

2023/3/31292)

傳輸層功能

提供發(fā)送端到接收端的數(shù)據(jù)傳輸控制

典型協(xié)議

傳輸控制協(xié)議

TCP

（TransmissionControlProtocol）實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)可靠傳輸端到端的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議在發(fā)送端和接收端之間建立連接進(jìn)行傳輸保證數(shù)據(jù)的可靠性2023/3/3130有關(guān)概念解釋（1）連接性面向連接通信雙方在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸前先建立連接，在建立好的連接上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸完畢后撤除連接。例如：打電話占用TCP端口的Internet應(yīng)用無連接數(shù)據(jù)傳輸前不建立連接。2023/3/3131面向連接方式AB信息包虛電路2023/3/3132無連接方式AB信息包2023/3/3133有關(guān)概念解釋（2）傳輸端到端的傳輸（End-to-End）源端和目的端兩端點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸（Point-to-Point）

兩個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸2023/3/3134端到端的傳輸(End-to-End)AEndA-to-BC-to-ACEndBEnd2023/3/3135點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸(Point-to-Point)AEndCEndBEndR1R2R3A-to-R1R3-to-R1R1-to-R2R2-to-BR1-to-R2R3-to-R2C-to-R3R1-to-A2023/3/31363)

互聯(lián)網(wǎng)層功能

負(fù)責(zé)相鄰計(jì)算機(jī)(傳輸節(jié)點(diǎn))之間的通信

典型協(xié)議

網(wǎng)際協(xié)議IP(InternetProtocol)相鄰傳輸節(jié)點(diǎn)間（點(diǎn)到點(diǎn)）的數(shù)據(jù)傳輸無連接的數(shù)據(jù)傳輸給傳輸單元棗分組選擇合適的路徑對(duì)數(shù)據(jù)盡力傳遞，不可靠2023/3/31374)

網(wǎng)絡(luò)接口層功能

完成IP數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中的接收和發(fā)送典型協(xié)議

PPP/SLIP：用于電話撥號(hào)

Ethernet: 用于小的局域網(wǎng) （以太網(wǎng)）2023/3/3138（4）TCP/IP數(shù)據(jù)流應(yīng)用層Application傳輸層Transport網(wǎng)間網(wǎng)層Internet

網(wǎng)絡(luò)接口層NetworkInterface數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)TCP頭IP頭尾接口層頭數(shù)據(jù)TCP頭IP頭數(shù)據(jù)TCP頭數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)2023/3/3139TCP/IP協(xié)議體系的數(shù)據(jù)封裝拆封2023/3/3140幾種常見的數(shù)據(jù)封裝結(jié)構(gòu)和信息單元名稱2023/3/3141

TCP/IP OSITCP/IP與OSI模型對(duì)比應(yīng)用層Application數(shù)據(jù)鏈路層DataLink網(wǎng)絡(luò)層Network傳輸層

Transport表示層Presentation會(huì)話層Session物理層Physical應(yīng)用層Application網(wǎng)絡(luò)接口層NetworkInterface網(wǎng)間網(wǎng)層Internet傳輸層

Transport2023/3/3142TCP/IP協(xié)議的好處TCP/IP模型層次簡單(僅有四層)TCP/IP協(xié)議與模型吻合很好TCP/IP易于實(shí)現(xiàn)TCP/IP有更大的靈活性2023/3/3143IP層協(xié)議IP協(xié)議采用固定的地址方案來傳送IP數(shù)據(jù)包。不論在哪個(gè)網(wǎng)段上傳送IP地址都是不變的。在每個(gè)網(wǎng)段上都使用ARP協(xié)議，將IP地址轉(zhuǎn)換為該網(wǎng)段使用的物理地址。以便在兩個(gè)端點(diǎn)之間傳送IP數(shù)據(jù)包。IP和ARP互相配合，完成將數(shù)據(jù)包傳送到目的地。2023/3/3144為什么要進(jìn)行IP地址到物理地址的映射？1.IP地址屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)地址的差異，為上層用戶提供“統(tǒng)一”的地址形式2.IP地址屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)地址差異通過在物理網(wǎng)絡(luò)上覆蓋一層IP軟件實(shí)現(xiàn)3.互聯(lián)網(wǎng)不對(duì)物理地址做任何修改高層軟件利用IP地址指定源地址和目的地址低層物理網(wǎng)絡(luò)利用物理地址指定源地址和目的地址2023/3/3145IP地址映射到物理地址的實(shí)現(xiàn)方法1.物理網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)自身的特點(diǎn)選擇適合的實(shí)現(xiàn)方法靜態(tài)表格、直接映射、動(dòng)態(tài)映射等2.以太網(wǎng)采用的方法地址解析協(xié)議ARPARP充分利用以太網(wǎng)的廣播能力2023/3/31461.地址轉(zhuǎn)換協(xié)議（ARP）

ARP協(xié)議是“AddressResolutionProtocol”（地址解析協(xié)議）的縮寫。所謂“地址解析”就是主機(jī)在發(fā)送幀前需要將目的IP地址轉(zhuǎn)換成目的MAC地址的過程。ARP協(xié)議的基本功能就是通過目的計(jì)算機(jī)的IP地址，查詢目的計(jì)算機(jī)的MAC地址，以保證通信的順利進(jìn)行。2023/3/3147地址解析每個(gè)LAN上的網(wǎng)卡都有具唯一性的LAN地址2023/3/3148地址解析7ABEA站點(diǎn)要給B站點(diǎn)發(fā)送IP分組：查找B站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址,發(fā)現(xiàn)B站點(diǎn)與其在同一網(wǎng)絡(luò)中給B站點(diǎn)發(fā)送的分組是通過鏈路層的幀來傳送的

分組的源、宿地址幀的源、宿地址B’sMACaddrA’sMACaddrA’sIPaddrB’sIPaddrIPpayload分組幀2023/3/3149ARP:地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol）Q:

若已知B站點(diǎn)的IP地址，

如何確定其MAC地址?每個(gè)LAN上的IP結(jié)點(diǎn)(主機(jī),路由器)都設(shè)有ARP高速緩存ARP高速緩存:是某些LAN結(jié)點(diǎn)的IP/MAC地址映射

<IP地址;MAC地址;TTL><…………..>TTL(TimeToLive):超過TTL的地址映射會(huì)被刪除(一般為20分鐘)2023/3/3150ARP:地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol）發(fā)送前，根據(jù)目的IP地址，查找本地ARP高速緩存表與之對(duì)應(yīng)的目的物理地址。如找到，不進(jìn)行地址解析。如找不到，則進(jìn)行地址解析。解析第—步:產(chǎn)生ARP請(qǐng)求分組(本地主機(jī)的源物理地址與源IP地址、目的IP地址，而在目的物理地址字段寫入0)。將ARP分組發(fā)送到本地的數(shù)據(jù)鏈路層，并組裝成幀。以源物理地址作為源地址，以廣播地址作為目的地址，通過物理層發(fā)送出去。由于采用了廣播地址，因此所有的站都能接收到該幀，那么也就能夠接收到ARP請(qǐng)求分組。除了目的主機(jī)之外，所有接收到該分組的主機(jī)和路內(nèi)器都丟棄該分組，目的主機(jī)識(shí)別該IP地址。完成地址解析的目的主機(jī)發(fā)送ARP應(yīng)答分組，該分組包括對(duì)方需要知道的目的物理地址。該分組通過數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送出去。源結(jié)點(diǎn)接收到ARP應(yīng)答分組，知道對(duì)應(yīng)于目的IP地址的目的物理地址，將它作為—條新的記錄，加入到ARP高速緩存表。S’IP幀類型ARP碼D’MAC廣播S‘MAC0

EthernerDataARPrequest/replyEthernetHeaderD’IP2023/3/3151ARP:地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol）2023/3/3152ARP:地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol）穿越:經(jīng)由R將A的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹ABR2023/3/3153ARP:地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol）A創(chuàng)建了IP分組，源地址為A,宿地址為BA使用ARP來獲取R的與10對(duì)應(yīng)的物理地址A創(chuàng)建了以R的物理地址為宿地址的以太網(wǎng)幀，該幀包含的A-to-B的IP分組A的數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送以太網(wǎng)的幀R的數(shù)據(jù)鏈路層接收到以太網(wǎng)的幀R從以太網(wǎng)幀中取出IP分組,知道該分組的信宿為BR使用ARP來取得B的物理層地址R創(chuàng)建了包含了A-to-BIP分組的幀并發(fā)給BARB2023/3/3154ARP協(xié)議的基本思想2023/3/3155ARP協(xié)議的改進(jìn)(1)1.高速緩存技術(shù)主機(jī)使用cache保存已知的ARP表項(xiàng)主機(jī)獲得其他IP地址與物理地址映射關(guān)系后將其存入該cache發(fā)送時(shí)先檢索cache，若找不到再利用ARP解析利用計(jì)時(shí)器保證cache中ARP表項(xiàng)的“新鮮性”2023/3/3156ARP協(xié)議的改進(jìn)(2)2.其他改進(jìn)技術(shù)收到ARP請(qǐng)求后,目的主機(jī)將源主機(jī)的IP地址與物理地址的映射關(guān)系存入自己cache中ARP請(qǐng)求是廣播發(fā)送的，所有主機(jī)都會(huì)收到該請(qǐng)求。它們也可將該源主機(jī)的IP地址與物理地址的映射關(guān)系存入各自的cache主機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以主動(dòng)廣播自己的IP地址與物理地址的映射關(guān)系2023/3/3157完整的ARP工作過程2023/3/31582.ARP過程：呼叫主機(jī)檢查它的ARP緩存當(dāng)一臺(tái)主機(jī)想和位于本地網(wǎng)上的另外一臺(tái)主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，將發(fā)生以下過程：，以決定是否有用于目的主機(jī)IP地址的記錄。假如記錄沒被發(fā)現(xiàn)，呼叫主機(jī)創(chuàng)建一個(gè)ARP包來請(qǐng)求目的主機(jī)來答復(fù)它的地址。ARP包中包括呼叫主機(jī)的IP地址和MAC地址，所以目的主機(jī)可以把這個(gè)消息加入到它的ARP緩存。這個(gè)包被發(fā)送到以太網(wǎng)廣播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。這意味著段上的每一臺(tái)主機(jī)都可以調(diào)查這個(gè)包。2023/3/3159每一臺(tái)主機(jī)都調(diào)看ARP包，看看ARP包中的目的主機(jī)IP地址是否和它的IP地址一致。假如不一致的話，這個(gè)包將被忽略；假如一致，目的主