3-2-1TCP/IP體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)協(xié)議

BuildingIntelligentEngineeringandTechnology3-2-1TCP/IP體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)協(xié)議

1.以太網(wǎng)--網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議2.互聯(lián)層-IP協(xié)議3.傳輸層-TCP協(xié)議4.應(yīng)用層-DNS、FTP協(xié)議分析與思考題BuildingIntelligentEngineeringandTechnology通信協(xié)議概念兩臺(tái)計(jì)算機(jī)在通信時(shí)必須約定好本次通信做什么，是進(jìn)行文件傳輸，還是發(fā)送電子郵件；怎樣通信，什么時(shí)間通信等。通信協(xié)議三要素：語義（whattodo）：確定通信雙方的通信內(nèi)容語法（howtodo）:確定通信雙方通信時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文的格式時(shí)序規(guī)則（whentodo）

：指出通信雙方信息交互的順序。

如：建鏈，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)重傳，拆鏈等。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology協(xié)議—舉例通信協(xié)議（protocol）——實(shí)際上是一組規(guī)定和約定的集合。通信雙方要遵從相互可以接受的協(xié)議（相同或兼容的協(xié)議）才能進(jìn)行通信。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO(InternationalStandardsOrganization)—1983年提出了OSI(OpenSystemInterconnection)參考模型。ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)原美國(guó)高級(jí)計(jì)劃研究署—現(xiàn)稱DARPA(DefenseAdvancedResearchProjectAgency)——20世紀(jì)60年代末開始研制ARPA網(wǎng)（廣域網(wǎng)），研究出TCP/IP協(xié)議。IEEE(TheInstituteofElectronic&ElectricalEngineer)完成了一組局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議IEEE802協(xié)議的定義。ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)—制訂的著名標(biāo)準(zhǔn)是FDDI（FiberDistributeDateInterface）。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyTCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)BuildingIntelligentEngineeringandTechnology10Mbps以太網(wǎng)物理層1.網(wǎng)絡(luò)接口層——以太網(wǎng)CSMA/CD的要點(diǎn)是：

“多點(diǎn)接入”

“載波監(jiān)聽”

“碰撞檢測(cè)”

“隨機(jī)延遲后重發(fā)”BuildingIntelligentEngineeringandTechnology以太網(wǎng)數(shù)據(jù)封裝BuildingIntelligentEngineeringandTechnology以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)幀(Frame)——數(shù)據(jù)傳輸單位，是包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyMAC地址網(wǎng)卡在使用中有兩類地址：一類是MAC地址，即網(wǎng)卡的物理地址，這是網(wǎng)卡自身的唯一標(biāo)識(shí)，就像我們的身份證一樣，一般不能隨意更改；另一類就是IP地址，即網(wǎng)卡的邏輯地址，可以視情況隨意更改。

MAC地址也叫物理地址、硬件地址或鏈路地址，由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商生產(chǎn)時(shí)寫在網(wǎng)卡NIC（NetworkInterfaceCard）硬件內(nèi)部ROM中。MAC地址的長(zhǎng)度為6個(gè)字節(jié)48位，每個(gè)字節(jié)（16進(jìn)制數(shù)）之間用冒號(hào)隔開。如：08:00:20:0A:8C:6D其中08:00:20——代表網(wǎng)絡(luò)硬件制造商的編號(hào)，它由IEEE分配后3個(gè)字節(jié)0A:8C:6D——代表該制造商所制造的網(wǎng)卡的系列號(hào)。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology2.互聯(lián)層—IP協(xié)議BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIP數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)封裝IP數(shù)據(jù)報(bào)頭和數(shù)據(jù)總長(zhǎng)度不能超過65535BBuildingIntelligentEngineeringandTechnology

IP地址是Internet網(wǎng)上每臺(tái)主機(jī)和路由器的一個(gè)由授權(quán)機(jī)構(gòu)分配的唯一編碼地址。IP地址及子網(wǎng)掩碼開始設(shè)置網(wǎng)絡(luò)和撥號(hào)連接BuildingIntelligentEngineeringandTechnology

由32位二進(jìn)制數(shù)組成，每八位二進(jìn)制為一段，共四段，每段轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)，并用“.”分隔，以便于記憶，如

10000011011010110001000011001000131.107.16.200（1）IP地址表示BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIP地址分層結(jié)構(gòu)050706040309111002081201010201020102030102020301020302010201030201020101020102÷101BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（2）IP地址資源的劃分地址位0W7

X15Y23Z31ClassA0Net-ID

HostID(主機(jī)ID)ClassB10Net-IDHostIDClassC110Net-ID（網(wǎng)絡(luò)-ID）HostIDClassD1110組播地址ClassE11110保留為今后使用IP地址采用分層結(jié)構(gòu)，IP地址由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)兩部分組成BuildingIntelligentEngineeringandTechnology二進(jìn)制表示中以0開頭網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)ID：W范圍是27-2=126（除全0和全1），00000001-01111111，所以網(wǎng)絡(luò)號(hào)范圍是1-127之間，其中10和127兩段地址有特殊用途，全世界只有126個(gè)可能的A類網(wǎng)絡(luò)。主機(jī)ID：X.Y.Z共24位二進(jìn)制數(shù)， 最大數(shù)量為224-2=16,777,214臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備。A類網(wǎng)絡(luò)-IP地址用于大型網(wǎng)絡(luò)BuildingIntelligentEngineeringandTechnology二進(jìn)制表示中以10開頭網(wǎng)絡(luò)ID：W.X共有216–2=65,534個(gè)網(wǎng)絡(luò)，B類地址第一段10000000-10111111，網(wǎng)絡(luò)號(hào)范圍是128.0—191.255，其中172.16-172.31段地址有專門用途。

主機(jī)ID：Y.Z共16位二進(jìn)制數(shù)，最大數(shù)量為 （216-2）=65,534臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備。B類網(wǎng)絡(luò)-IP地址用于中型網(wǎng)絡(luò)BuildingIntelligentEngineeringandTechnology二進(jìn)制表示中以110開頭網(wǎng)絡(luò)ID：W.X.Y共有網(wǎng)絡(luò)數(shù)221–2=200多萬，C類地址的第一段11000000-11011111，網(wǎng)絡(luò)號(hào)范圍是-55，其中192.168-192.168地址為企業(yè)局域網(wǎng)專用地址。

主機(jī)ID：Z共8位二進(jìn)制數(shù)， 最大數(shù)量為28-2=254臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備。C類網(wǎng)絡(luò)-IP地址用于小型網(wǎng)絡(luò)BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyD類網(wǎng)絡(luò)：二進(jìn)制表示中以1110開頭，地址第一段11100000-11101111，網(wǎng)絡(luò)號(hào)范圍是224—239。用于多點(diǎn)播送地址，主要留給Internet體系結(jié)構(gòu)委員會(huì)（IAB-InternetArchitectureBoard)使用。E類網(wǎng)絡(luò)：二進(jìn)制表示中以11110開頭，地址第一段11110000-11110111，網(wǎng)絡(luò)號(hào)范圍是240—247，試驗(yàn)用保留地址。D類和E類網(wǎng)絡(luò)IP協(xié)議中對(duì)248—254地址段暫無規(guī)定。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology

所有網(wǎng)絡(luò)，寫路由器時(shí)用此做為目標(biāo) 地址。

55廣播地址

127.X.Y.Z環(huán)路測(cè)試地址特殊地址（全0與全1）BuildingIntelligentEngineeringandTechnology公有IP（PublicIP）——要在InterNIC注冊(cè)， 在Internet上是唯一的。私有IP（PrivateIP）——只有局域網(wǎng)內(nèi)部有效的 IP地址，理論上可使用任何有效的A、B、C類地 址。公有IP和私有IPBuildingIntelligentEngineeringandTechnology但I(xiàn)nterNIC特別指出了某些范圍的IP地址作為專用的PrivateIP1個(gè)子網(wǎng)掩碼172.16-31.0.016個(gè)子網(wǎng)掩碼255.240.0.0192.168.0-255.0256個(gè)子網(wǎng)掩碼專用的PrivateIPBuildingIntelligentEngineeringandTechnology（3）子網(wǎng)掩碼一個(gè)單位申請(qǐng)到的IP地址——是這個(gè)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)（NET-ID),而后面的主機(jī)號(hào)（HOST-ID)則由本單位進(jìn)行分配，本單位所有主機(jī)都使用同一網(wǎng)絡(luò)號(hào)。主機(jī)很多且分布在很大的地理范圍時(shí)——可以將本單位所屬主機(jī)劃分為若干子網(wǎng)（Subnet)，用IP地址中主機(jī)號(hào)字段中的前若干位作為“子網(wǎng)號(hào)字段”，后面剩下的仍為主機(jī)號(hào)字段。各子網(wǎng)之間可用路由器來互聯(lián)，便于管理；避免使用網(wǎng)橋連接易引起廣播風(fēng)暴，及不便故障隔離。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology子網(wǎng)掩碼規(guī)則子網(wǎng)掩碼（SubnetMask）——共32比特?！?”——用于表示網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)的字段，“0”——用于主機(jī)號(hào)的字段。以某B類網(wǎng)為例，說明在劃分子網(wǎng)時(shí)用到的子網(wǎng)掩碼ClassB10Net-IDHostID增加子網(wǎng)號(hào)字段10Net-IDSubnet-IDHostID子網(wǎng)掩碼

255.255.1111111111111111

240.01111000000000000BuildingIntelligentEngineeringandTechnology根據(jù)IP地址判斷子網(wǎng)子網(wǎng)掩碼-IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)子網(wǎng)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)掩碼11111111111111111111000000000000主機(jī)1-5410000001001011110001000011111110主機(jī)2-110000001001011110001000100000001主機(jī)3-5410000001001011110010000011111110主機(jī)4-110000001001011110010000100000001BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（4）IP協(xié)議互聯(lián)層—提供互聯(lián)網(wǎng)路由選擇功能，進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文的分段與 重組，對(duì)錯(cuò)誤報(bào)文有一定的恢復(fù)功能。協(xié)議：IP、

ICMP、IGMP、ARP。IP（Protocol/InternetProtocol）協(xié)議——采用數(shù)據(jù)報(bào)方式，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。它是一個(gè)不可靠的、無連接的協(xié)議。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyARP協(xié)議ARP（AddressResolutionProtocol）地址解析協(xié)議——它獲取主機(jī)或節(jié)點(diǎn)的物理地址（即MAC地址），并創(chuàng)建一個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)將物理地址映射到主機(jī)的邏輯地址（即IP地址）上。主機(jī)A將向本地網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送ARP請(qǐng)求消息：“IP地址為的計(jì)算機(jī)請(qǐng)求發(fā)送給我你的物理地址”。主機(jī)B收到該請(qǐng)求后，將發(fā)送一條包括主機(jī)B物理地址的ARP響應(yīng).BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyICMP與IGMP協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol）網(wǎng)際控制消息協(xié)議——傳送IP的的控制信息。它主要是用來提供有關(guān)通向目的地址的路徑信息。Ping是最常用的基于ICMP的服務(wù)；ICMP的Redirect信息，通知主機(jī)通向其他系統(tǒng)的更準(zhǔn)確的路徑；Unreachable信息則指出路徑有問題；如果路徑不可用了，ICMP可使TCP連接終止。IGMP（InternetGroupMessageProtocol）網(wǎng)際組報(bào)文協(xié)議——把UDP數(shù)據(jù)報(bào)多播到多個(gè)主機(jī)。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyIPV6——是下一代IP地址編址方法，它采用8段16位共128位二進(jìn)制數(shù)表示IP地址，與四段IP地址相兼容。IPV6使用冒號(hào)十六進(jìn)制表示——即將128位二進(jìn)制數(shù)被劃分為8個(gè)16位的部分，并用相應(yīng)的十六進(jìn)制表示，各組之間用冒號(hào)分隔，如686E:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:96A:FFFF（5）IPV6BuildingIntelligentEngineeringandTechnology3.傳輸層—TCP協(xié)議BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（1）TCP數(shù)據(jù)封裝BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyTCP端到端傳輸BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyTCP端口號(hào)端口號(hào)分為3類：0到1023號(hào)稱為知名端口號(hào)，1024到49151號(hào)稱為注冊(cè)的端口號(hào)，49152到65535號(hào)稱為專用的端口號(hào)。因特網(wǎng)分配號(hào)碼機(jī)構(gòu)（IANA）公布了一些常用（知名）端口號(hào)及相應(yīng)的服務(wù)清單：FTP對(duì)應(yīng)端口21，WEB服務(wù)器對(duì)應(yīng)端口80，DNS對(duì)應(yīng)端口53,TELNET對(duì)應(yīng)端口23,SMTP（電子郵件服務(wù)）對(duì)應(yīng)端口25，POP3對(duì)應(yīng)端口110。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyTCP會(huì)話源主機(jī)發(fā)送一個(gè)同步標(biāo)志位（SYN）置1的TCP數(shù)據(jù)段，同時(shí)標(biāo)明初始序號(hào)ISN。目標(biāo)主機(jī)發(fā)回確認(rèn)數(shù)據(jù)段，同步標(biāo)志位（SYN）同樣被置1，且確認(rèn)標(biāo)志位（ACK）也置1，并表明期待收到源主機(jī)下一個(gè)數(shù)據(jù)段的ISN序號(hào)。源主機(jī)再回送一個(gè)TCP數(shù)據(jù)段，同樣帶有遞增的發(fā)送序號(hào)和確認(rèn)序號(hào)。TCP會(huì)話通過三次握手來初始化—P46TCP會(huì)話的三次握手完成：源主機(jī)和目標(biāo)主機(jī)可以互相收發(fā)數(shù)據(jù)。BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyTCP協(xié)議傳輸層—提供應(yīng)用層間的通信，包括格式化信息流、提供節(jié)點(diǎn)間可靠的傳輸。協(xié)議TCP、UDP等，給數(shù)據(jù)包加入傳輸數(shù)據(jù)。TCP（TransmissionControlProtocol）協(xié)議——是一種面向連接的協(xié)議，提供全雙工的、可靠的字節(jié)流服務(wù)，用于數(shù)據(jù)可靠的傳輸服務(wù)（如Telnet、FTP和SMTP等服務(wù)）。主要用于一次傳輸大量報(bào)文的應(yīng)用。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（2）UDP協(xié)議UDP協(xié)議（UserDatagramProtocol）用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議——與TCP位于同一層，但同IP一樣，UDP提供的是不可靠的無連接的數(shù)據(jù)報(bào)（結(jié)構(gòu)如下圖）傳輸服務(wù)。它不提供報(bào)文到達(dá)確認(rèn)，排序以及流量控制等功能；報(bào)文可能會(huì)丟失、重復(fù)以及亂序等?！饕糜谝淮蝹鬏斏倭繄?bào)文。16位16位16位16位源端口目的端口長(zhǎng)度校驗(yàn)和BuildingIntelligentEngineeringandTechnology4.應(yīng)用層BuildingIntelligentEngineeringandTechnology應(yīng)用層—服務(wù)協(xié)議應(yīng)用層—向用戶提供以一組常用的應(yīng)用程序。協(xié)議SMTP、 SNMP、FTP、Telnet、DNS等。SMTP——SimpleMailTransferProtocol。SNMP

——SimpleNetworkManagementProtocol（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議），用來對(duì)通信線路進(jìn)行管理。FTP——FileTransferProtocolTelnet——遠(yuǎn)程登錄服務(wù)協(xié)議，需要通過用戶名和口令進(jìn)行認(rèn)證。DNS——DomainNameSystem，自動(dòng)把域名地址轉(zhuǎn)為IP地址BuildingIntelligentEngineeringandTechnology生活中信件——封裝、傳遞與解封BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyTCP/IP數(shù)據(jù)——封裝、傳遞與解封TCP/IP網(wǎng)絡(luò)是如何封裝、傳遞與解封數(shù)據(jù)的呢？BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（1）TCP/IP協(xié)議組網(wǎng)絡(luò)接口層協(xié)議組10BASE-5/2/T,100BASE-TX/FX,1000BASE-SX/LXMAC地址與CSMA/CD技術(shù)IP（InternetProtocol)協(xié)議、ARP(AddressResolutionProtocol）地址解析協(xié)議、ICMP（InternetControlMessageProtocol）互聯(lián)網(wǎng)（國(guó)際）控制消息協(xié)議——ICMP可使TCP連接終止（ping命令）IGMP（InternetGroupMessageProtocol）網(wǎng)際（國(guó)際）組報(bào)文協(xié)議——UDP數(shù)據(jù)報(bào)多播到多個(gè)主機(jī)TCP（TransmissionControlProtocol)協(xié)議、UDP（UserDatagramProtocol）協(xié)議應(yīng)用層協(xié)議組（DNS、WEB、FTP、TELNET。。。）

TCP/IP協(xié)議——是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或“事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)”，是一組包括：BuildingIntelligentEngineeringandTechnologyTCP/IP協(xié)議特點(diǎn)TCP/IP協(xié)議其之所以流行，部分原因是因?yàn)樗梢杂迷诟鞣N各樣的信道和底層協(xié)議之上。TCP/IP協(xié)議的主要特點(diǎn)：開放的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，可以免費(fèi)使用可運(yùn)行于局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)地址分配方案標(biāo)準(zhǔn)化的高層協(xié)議BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（2）NetBIOS/NetBEUI協(xié)議NetBEUI——NetBIOSExtendedUserInterfaceNetBEUI很小，速度快，效率高是不可路由協(xié)議，不能跨網(wǎng)段使用。只能在WINDOWS系統(tǒng)中使用。BuildingIntelligentEngineeringandTechnology（3）IPX/SPX與NWLink協(xié)議IPX/SPX——InternetPacketExchange/Sequenced PacketExchange是Novell公司使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議集是可路由協(xié)議與TCP/IP協(xié)議不兼容，要通過NWLink協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)相通。NWLink——是WINDOWS與