3TCPIP协议

1、3.1 TCP/IP3.1 TCP/IP概述概述3.2 IP3.2 IP协议协议3.3 3.3 传输层协议传输层协议3.4 3.4 应用层协议应用层协议 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。 本章讨论TCP/IP体系结构的网际层、传输层协议，介绍IP地址、地址解析、子网掩码、路由选择、端口等基本概念，以及网络互连的核心协议IP、路由选择协议、因特网控制报文协议ICMP、传输层协议TCP和UDP等协议，并讨论了下一代网际层协议IPv6的主要内容

2、。其中TCP/IP协议是我们学习的重点。 3.1 TCP/IP概述 因特网所使用协议的集合称为TCP/IP协议集，该协议集包括了TCP/IP体系结构四层的所有协议 图3-1 TCP/IP协议集及其协议之间的关系 应用层TELNETHTTPFTPSMTPSNMPDNSDHCPNFSOTHERS传输层TCPUDP网际层IPICMPIGMPARPRARPOTHERS网络接口层EthernetFDDIToken RingOTHERS物理媒体因特网TCP/IP协议集是对ISO/OSI协议的简化，主要功能集中在传输层和网际层传输层和网际层。 IP（internet protocol）协议是TCP/IP协议

3、集中两个最主要协议之一，是网际层中的基础协议。为增强其功能，与其配套使用的协议还有地址解析协议（address resolution protocol，ARP），逆地址解析协议（reverse address resolution protocol，RARP），因特网控制报文协议（internet control message protocol，ICMP），因特网组管理协议（internet group management protocol，IGMP）等。 传输层的目的是在结点间建立端到端的连接，可以在两个进程之间提供可靠的传输服务。TCP/IP在传输层提供了两个主要的协议：传输控制协议（

4、transmission control protocol，TCP）和用户数据报协议（user datagram protocol，UDP） 3.2 IP协议 使用IP协议的互联网具有这样两个显著特点： 首先，在IP互联网中的任何一台连网的主机，都至少有一个唯一的IP地址，有多个网络接口的主机每个接口可以拥有一个IP地址； 其次，在互联网中拥有IP地址的设备不一定就是某台计算机，如路由器、网关等，与互联网有独立连接的设备都要有IP地址。 3.2.1 IP地址 3.2.2 IP数据报 3.2.3 地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP 3.2.4 IP数据报的转发 3.2.5 子网掩码与无分

5、类编址 3.2.6 ICMP协议 3.2.7 Internet路由选择协议 3.2.8 IPv6 3.2.1 IP地址地址 在因特网中，为了能够唯一地标识某台主机（或路由器），需要给主机（或路由器）分配一个全球唯一的标识符IP地址，运用IP地址使得我们很方便地在因特网上进行路由寻址。 根据Internet发展中IP地址的编址方法经历的阶段，IP地址的编址有分类的IP地址、子网编址和无分类编址之分，下面首先讨论IPv4（第四版）中的基本编址方法分类的IP地址。 在分类的IP地址中，将IP地址分为A、B、C、D、E五类，每一类地址由两个固定长度的字段构成，其中一个字段是网络号（net-ID），标识

6、主机（或路由器）所连接到的网络，另一个字段是主机号（host-ID），标识该主机（或路由器）。 net-ID0host-ID14 58 916 1724 2532比特A类8bit24bitnet-IDhost-IDB类16bit16bit1 0net-IDhost-IDC类24bit8bit1 1 0组播地址D类保留未使用E类1 1 1 1 01 1 1 0图3-2 五类IP地址的格式 A类地址中，网络号（net-ID）字段占1个字节，其中第1个固定比特位是0，表示A类地址。可供使用的A类网络有27-2=126个，每个A类网络能够容纳的最大主机数为224-2=16777214，减2是由于其中h

7、ost-ID字段为全0的IP地址表示网络地址，host-ID字段为全1的IP地址表示该网络上的所有主机，用于广播。A类地址主要用于超大型网络。 B类地址C类地址D类地址E类地址表3-1 五类IP地址的基本特征类别类别比特最大网络数每个网络中最大主机数第一个可用的网络号最后一个可用的网络号选用范围A0126167772大型网络B101638465534中型网络C1102097152254小型网络D1110多播地址E11110保留地址表3-2 因特网中规定的一些特殊IP地址 ne

8、t-IDhost-ID含 义00在本网络上的本主机0host-ID在本网络上主机号为host-ID的主机全1全1有限广播地址，用于仅对本网络上的所有主机进行广播net-ID0不分配给任何主机，仅表示网络号为net-ID的网络地址net-ID全1不分配给任何主机，仅用于网络号为net-ID的网络所有主机进行广播127除全0和全1回送地址，常用于测试和调试网络软件 3.2.2 IP数据报 图3-4 IP数据报格式 固定比特20字节可变部分协议类型数据部分(长度可变)可选项(长度可变)目的IP地址源IP地址填充域报头校验和生存期标识分段偏移标志数据报总长度服务类型版本报头长度 数据报报头服务类型优先

9、级未用DTRC标志DFMF比特15111213141617188910016192431比特48IPv4数据报由报头和数据两部分组成，参见图3-4。其中报头的前一部分长度是固定的，占20字节。在固定部分之后是一些可选字段，长度不超过40字节。 （1）版本（2）报头长度（3）服务类型，占8bit，前3个比特表示优先级，后4个比特分别表示时延、吞吐量、可靠性、代价小的路由四个选项，最后1个比特尚未使用。（4）数据报总长度（5）标识,在接收端可根据标识正确重装还原数据报。（6）标志（flag）字段，占3bit，其中的DF比特位是0时表示数据报允许分段，为1时表示不能分段；MF比特位是1时表示后面还有

10、分段的数据报，为0时表示本数据报是分段数据报中的最后一个；另外还有一个比特位未用。（7）分段偏移（8）生存期（9）协议类型表示上层所使用的协议类型，如TCP协议、UDP协议等。（10）报头校验和（11）源IP地址字段（12）目的IP地址字段（13）可选项（Option）字段IP数据报的封装数据报的封装 IP协议屏蔽下层各种物理网络的差异，向上层（主要是传输层）提供统一格式的IP数据报服务，上层的数据经IP协议能够形成IP数据报。图3-5 IP数据报封装IP数据报的分段与重装 网络类型最大帧长度（数据部分） 网络类型最大帧长度（数据部分）ATM（信元）48FDDI4352PPP（低延时）296令

11、牌环（4Mb/s）4464X.25576令牌环（16Mb/s）17914以太网1500Hyperchannel65535表3-4 不同物理网络的数据链路层协议对帧长度的要求 3.2.3 3.2.3 地址解析协议地址解析协议ARPARP和逆地址解析协议和逆地址解析协议RARPRARP 图3-6 IP地址和物理地址 3逆地址解析 逆地址解析协议RARP主要用于那些只有自己的物理地址而没有IP地址的场合，这种主机往往是无盘工作站。 有些情况下为了提高IP地址的利用率，采用地址服务器动态获取IP地址，动态主机配置是通过DHCP协议（DHCPdynamic host configuration prot

12、ocol）实现的。3.2.4 IP数据报的转发数据报的转发 1路由表 图3-7 网间路由中路由表举例 2默认网关默认网关 由于路由表的维护比较麻烦，在实际工作中，通常使用默认网关（default gateway）来代替。 默认网关是将本地网络连接到其它网络的主机或路由器，它具有其它网络的网络号以及如何到达这些网络的相关信息，可以将IP数据报传给其它网络。目的主机所在网络下一跳地址直接交付，端口P1默认网关表3-6 主机A使用了默认网关的路由表 3特定主机路由特定主机路由 对特定的目的主机指明一个路由，该路由称为特定主机路由。采用特定主机路由可以使网络管理人员

13、方便地对网络进行控制和测试，在需要考虑网络某种安全问题时也可采用特定主机路由，而在网络的连接及路由表排错时，指明到达某一结点的特定路由就显得更加有用。 4IP数据报的分组转发数据报的分组转发 在Internet中，某个主机或路由器的IP层所运行的分组转发算法按下列步骤进行：（1）从IP数据报的报头中提取目的IP地址D，得出目的网络地址N。（2）如果N为与此主机或路由器直接相连的某个网络地址，则调用ARP将D转换为物理地址，将IP数据报封装为MAC帧，执行直接交付；否则执行间接交付，进入步骤（3）。（3）如果路由表中有D的特定主机路由，则将IP数据报传送给路由表中指明的下一跳路由器；否则执行步骤

14、（4）。（4）如果路由表中有到达网络N的路由，则将IP数据报传送给路由表中指明的下一跳路由器；否则执行步骤（5）。（5）如果路由表中有一个默认路由，则将IP数据报传送给路由表中指明的默认路由器；否则执行步骤（6）。（6）报告IP数据报转发出错。 1 子网掩码 路由器R3收到IP数据报后要根据其目的地址决定应该将它发送到相应的某一子网还是发送到外部网络 ?有子网的子网掩码表示有子网的子网掩码表示 图3-9 有子网的子网掩码表示 net-IDhost-ID18 916 1724 2532比特A类网络net-IDhost-IDB类网络net-IDhost-IDC类网络1 1 1 1 1 1 1 1

15、1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0子网掩码1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0子网掩码0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0子网掩码0 0 0 00 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0图3-10 A、B、C类网络无子网的子网掩码 有子网情况下的路由表有子网情况下的路由表 目的主机所在网络子网掩码下一跳地址224直

16、接交付，端口P3424直接交付，端口P4624直接交付，端口P5直接交付，端口P1直接交付，端口P2P90CIDR前缀长度掩码包含的主机地址数相当C类网络个数/13512K2048/14256K1024/151

17、28K512/1664K256/1732K1283.2.6 ICMP协议协议 IP提供的是一种无连接不可靠的数据报传送服务。为了处理发生的错误，TCP/IP设计了因特网控制报文协议（internet control message protocol，ICMP），允许路由器或主机进行差错报告和控制。 但必须注意，ICMP协议属于网际层协议，它是IP协议的辅助协议，增强网际层功能，ICMP报文是作为IP数据报的数据部分在网络中进行传输的。 类型ICMP数据(长度可变)ICMP报头01631比特8校验和代码其它信息字段 类型值ICMP报文类型类型描述0回送应答宿主机向源主机发出应答报文，与回送请求报文配合测试宿站是否可达3目的地不可达数据报不能提交给有关网络、主机、协议、端口等情况告知源站4源站抑制路由器或宿主机拥塞时丢弃数据报，通知源站减低发送速度5路由重定向通知源站下一次应将数据报发给另外更好路由的路由器8回送请求源主机或路由器向特定的宿主机发出询问请求，与回送请求配合使用9路由器通告收到询问的路由器广播