计算机网络基础[电子教案]第8章TCPIP协议

1、1第第8章章 TCP/IP协议协议 本章要点：本章要点： 掌握网络层协议IP及IP数据报头部格式 掌握TCP/IP的地址、子网掩码和网关等概念 掌握子网划分技术和划分方法 了解其它常用预处理命令的形式 掌握TCP提供的服务、段格式和工作原理 了解端口号和套接口的概念 掌握UDP数据包格式、提供的服务和传输方法 2第第8章章 TCP/IP协议协议 目录目录8.1 网际协议（IP）和IP地址8.2 子网的划分与配置8.3 传输控制协议（TCP）8.4 用户数据报协议(UDP) 38.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 TCP/IPTCP/IP体系结构如图所示体系结构如图所示： 网际协议

2、IP（Internet Protocol）不但为各个互联的网络提供统一的数据包格式，而且还提供寻址、路由选择、数据的分段和重组功能，它能将数据包从一个网络转发到另一个网络。 IP协议以包的单位传输数据，IP数据包在Internet中称为IP数据报。IP协议提供的是不可靠的面向无连接的数据报服务，它不管传送的数据报正确与否，都不进行检查、不回送确认，也没有流量控制和差错控制功能。IP这种特性不是一种缺点，它提供了传输功能的主框架，用户可以根据需要在传输层对给定的应用添加必要的功能。48.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 IP数据报是一个可变长度的包（最小为20字节，最大65536字

3、节）。它由头部和数据两部分组成，数据报格式和头部的构成如图所示。58.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 物理地址指网卡(NIC)地址，它也称为MAC地址或硬件地址。物理地址是由生产厂家通过编码烧制在网卡的硬件电路上，不管它位于什么地方，物理地址总是恒定不变的。网卡地址由48位二进制数字组成（用12位十六进制数表示），高24位是由IEEE分配的厂商地址，低24位由生产厂商自己管理的地址（序列号），每一个网卡的物理地址在全球都是惟一的。 1. 1. 物理地址物理地址 2. 2. IPIP地址地址 lIPIP地址由地址由3232位二进制比特组成，每位二进制比特组成，每8 8位为一段，共

4、分为位为一段，共分为4 4段，段间段，段间用用“.”“.”分隔。为了易于阅读，分隔。为了易于阅读，IPIP地址的每一段表示为其对应的十进制数地址的每一段表示为其对应的十进制数字，称为字，称为“点分十进制点分十进制”表示形式。例如表示形式。例如“” “” 。 lIPIP地址由类型、网络号和主机号三个部分组成，如图地址由类型、网络号和主机号三个部分组成，如图( (a)a)所示。所示。路由寻址时，首先根据地址的网络号到达网络，然后利用主机号到达主机。路由寻址时，首先根据地址的网络号到达网络，然后利用主机号到达主机。 lIPIP地址分为地址分为A A类、

5、类、B B类、类、C C类、类、D D类和类和E E类共五类，如图所示。不同类共五类，如图所示。不同的类适用于不同规模的网络。的类适用于不同规模的网络。 68.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 2. 2. IPIP地址地址78.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 1. 1. 物理地址物理地址2. 2. IPIP地址地址 3. 3. 特殊的特殊的IPIP地址（保留地址）地址（保留地址） 网络号网络号主机主机号号地址类型地址类型举例举例用途用途全全0 0全全0 0本机地址本机地址启动时使用启动时使用任意任意全全0 0网络号网络号

6、标识一个网络标识一个网络任意任意全全1 1直接广播地址直接广播地址5555在特定网上广播在特定网上广播全全1 1全全1 1有限广播地址有限广播地址5555在本网段上广播在本网段上广播第一段为第一段为127127任意任意回送地址回送地址测试测试A A类私有地址类私有地址 54 54保留的内部地址保留的内部地址 B B类私有地址类私有地址 172

7、.16.0.1 5454保留的内部地址保留的内部地址 C C类私有地址类私有地址 到到 54 54保留的内部地址保留的内部地址 88.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 5. 5. IPIP地址的分配地址的分配 和使用和使用 Internet中IP地址是由指定机构分配的。这些地址外部用户可以访问它们，将它称为IP公有地址。局域网内部的计算机如果不作为Internet的主机供其它用户访问，那么IP地址可以任意分配。 IPv4的地址只有32

8、位，资源已十分紧张，在新一代的Internet中，将会使用128位的IPv6地址。 路由器或网关常常被分配两个或更多的IP地址，用于连接两个或多个网络，如图所示。 4. 4. 路由器（网关）的路由器（网关）的IPIP编址编址 98.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 1. 1. 子网掩码子网掩码 子网掩码能分出IP地址中哪些位是网络ID，哪些位是主机ID。通过它和IP地址进行按位“逻辑与（AND）”运算，可以屏蔽掉IP地址中的主机部分，得到IP地址的网络ID。如果两台计算机网络ID相同，则表示两台计算机属于同一网络。 子网掩码的另一个作用是将一个网络ID再划分为若干个子网，以解决网

9、络地址不够的问题。 l子网掩码的作用子网掩码的作用 l默认子网掩码默认子网掩码 网络类别网络类别 子网掩码（二进制）子网掩码（二进制） 子网掩码（十进制）子网掩码（十进制） A A11111111.00000000.00000000.00000000 11111111.00000000.00000000.00000000 B B11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000 C C11111111.11111111.1

10、1111111.0000000011111111.11111111.11111111.00000000 2. 2. 默认网关默认网关 108.1 网际协议（网际协议（IP）和和IP地址地址 1. 1. 静态静态IPIP地址地址 静态IP地址由网络管理员手工对主机TCP/IP协议的相关选项进行配置。分为IP公有地址和IP私有地址两类。 2. 2. 引导程序协议引导程序协议BOOTPBOOTP 3. 3. 动态动态IPIP地址地址动态IP地址由DHCP服务器动态分配。请求DHCP服务的主机，每次入网时所得到的IP地址可能不同，这是因为DHCP服

11、务器将地址池中的某个地址临时分配给主机，主机使用结束后又由DHCP服务器收回，供其它主机使用。 4. 4. 自动专用自动专用IPIP地址地址 地址空间为“” “54”。小型局域网中如果没有DHCP服务器，可以将所有的计算机都设为“自动获得IP地址”，这样每个Windows 2000的计算机都使用自动专用IP地址。118.2 子网的划分与配置子网的划分与配置 l可以连接不同的网络可以连接不同的网络 l重新组合网络的通信量重新组合网络的通信量 l减轻网络地址数不够的负担减轻网络地址数不够的负担 l更有效地使用网络地址更有效地使用网络地址128.2 子

12、网的划分与配置子网的划分与配置 子网划分可以从IP地址的主机号前面部分“借”位，并把它们指定为子网号。 1. 1. 确定子网的数目确定子网的数目 根据子网数目确定取子网号位数。如取根据子网数目确定取子网号位数。如取3 3位，可以有位，可以有2 2 3 3 8 8种组合。注意：种组合。注意： l子网号必须是2位以上，主机号部分不能少于两位。 l子网号不能为全0 （但有些路由器支持“0”子网实现） l子网号不能为全“1” 子网数的计算公式如下：2 n 2 （n2，n是子网号位数） 2. 2. 确定每个子网支持的最大主机数确定每个子网支持的最大主机数 每个子网支持的最大主机数用主机号的剩余部分计算而

13、得。公式为：2 n 2 其中，n是剩余的主机号位数。减去2的原因是主机号全“0”和全“1”都不能作为主机号。主机号全“0”代表网络号加子网号，主机号全“1”代表这个子网的广播地址。 138.2 子网的划分与配置子网的划分与配置 4. 4. 为每个子网确定地址段为每个子网确定地址段 划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位子网号的部分全变为划分子网后的子网掩码会有改变，它是将对应位子网号的部分全变为“1”“1”后作为新的子网掩码。例如，对于后作为新的子网掩码。例如，对于B B类地址，如果取主机号的前三位类地址，如果取主机号的前三位作为子网号，则相应的子网掩码变化如下：作为子网号，则相应的子网掩

14、码变化如下： 划分前：划分前：11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000，十进制为，十进制为 划分后：划分后：11111111.11111111.11100000.0000000011111111.11111111.11100000.00000000，十进制为，十进制为 3. 3. 划分子网后的子网掩码划分子网后的子网掩码 确定好子网号的位数后，需要计算出每个子网的起始地址、结束地址、子网的网络ID及子

15、网的广播地址。 【 例【 例 8 . 18 . 1 】 设 有 一 个 C 类 I P 地 址 ， 其 网 络 号 为，现需要将它划分为5个子网，每个子网的主机数不超过30个，并假设路由协议支持同时发布网络地址及子网掩码。请计算出每个子网的网络地址、起始地址、结束地址和子网的广播地址，并计算出划分子网后的子网掩码。 148.2 子网的划分与配置子网的划分与配置 解：根据题意，划分解：根据题意，划分5 5个子网，可以从主机号中取前个子网，可以从主机号中取前3 3位（位（2 2 3 32 26 6）作为子网号。又因为路由协议支持同时发布网络地址及子网掩码，可以划作为子网号。

16、又因为路由协议支持同时发布网络地址及子网掩码，可以划分分“0”“0”子网。因此实际可划分为子网。因此实际可划分为7 7个子网。主机号剩余个子网。主机号剩余5 5位，每个子网可位，每个子网可容纳的主机数为容纳的主机数为2 2 5 52 23030，满足题意要求。，满足题意要求。 l划分子网后的子网掩码为：划分子网后的子网掩码为： 11111111.11111111.11111111.11111100000，对应的十进制为24 l第一个子网的编址如下：第一个子网的编址如下： 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.111

17、11000.0000000000000000（）, ,子网网络号子网网络号 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000000000100001（）, ,开始地址开始地址 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000000001000010（） 11010011.01000110.11111000. 110

18、10011.01000110.11111000.0000001111011110（00），结束地址），结束地址 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0000001111111111（11），子网广播地址），子网广播地址 l第二个子网的编址如下：第二个子网的编址如下： 11010011.01000110.11111000.11010011.01000110.11111000.0010010000000000（211.70.248

19、.322）, ,子网网络号子网网络号 11010011.01000110.11111000. 11010011.01000110.11111000.0010010000100001（33）, ,开始地址开始地址 158.2 子网的划分与配置子网的划分与配置 依此类推，可以得到全部七个子网的编址，如表所示。 子网值子网值子网网络子网网络IDID开始地址开始地址结束地址结束地址子网广播地址子网广播地址000000211.70.248

20、.30011001001223322330100104455445501101166211.70

21、.248.9772626272710010028282929585859591011016060616190909121

22、911101109292939322222323111111Network Network /Address/AddressN/AN/AN/AN/AN/AN/A168.3 传输控制协议（传输控制协议（TCP） IP是一个不可靠的面向无连接的协议，它不能确保数据报的正确传递。当需要可靠的端到端的传输服务时，可以使用TCP。而当需要提供较高数据传输速率时，可以使用UDP。l面向连接l点对点

23、通信l传输可靠性 l全双工通信 l流接口 l可靠的连接建立 l完美的连接终止 178.3 传输控制协议（传输控制协议（TCP） 1. 1. TCPTCP的分段和重组的分段和重组 TCP在进行通信时，发送端的TCP将长的传输划分为更小的数据单元，同时将每个数据单元组装成帧，它也称为段。每个段都包括一个用来在接收后重排的序列号、确认ID号及用于滑动窗口ARQ的窗口大小等字段。分段后的每个段都封装在IP数据报中，在接收端，TCP收集每个到来的数据报，然后根据序列号进行重组。 188.3 传输控制协议（传输控制协议（TCP） 2. 2. TCPTCP的段格式的段格式 198.3 传输控制协议（传输控制

24、协议（TCP） 1. 1. 端口号端口号 对于对于TCPTCP或或UTPUTP的应用程序，都有标识该应用程序的端口号，即端口号的应用程序，都有标识该应用程序的端口号，即端口号用于区分各种应用。端口号的长度是用于区分各种应用。端口号的长度是1616位，可提供位，可提供2 2 1616 6553665536个不同的个不同的端口号。端口号。 端口号端口号1 1至至255255作为公共端口，是保留号，并将它公布于众，这样常用作为公共端口，是保留号，并将它公布于众，这样常用的进程对应哪个端口号就统一了。例如，的进程对应哪个端口号就统一了。例如，HTTPHTTP的端口号为的端口号为8080，FTPFTP的

25、端口的端口号为号为2121，TelnetTelnet的端口号为的端口号为2323，SMTPSMTP的端口号为的端口号为2525，域名服务器的端口号，域名服务器的端口号为为5353等。等。256256至至10241024用于用于UNIXUNIX服务。服务。 端口号端口号的的另一种另一种分配分配方法叫本地分配，使用方法叫本地分配，使用10241024以上的端口号。本地以上的端口号。本地分配方式不受网络规模的限制，但通信双方互相之间需要预先知道，如将分配方式不受网络规模的限制，但通信双方互相之间需要预先知道，如将HTTPHTTP的端口号分配为的端口号分配为80808080。 2. 2. 套接口套接口 计算机的计算机的IPIP地址加上地址加上TCPTCP软件使用的端口号构成了套接口。端口号是软件使用的端口号构成了套接口。端口号是抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口却是具体的，是指向某一确抽象的，它不指定某一特定的端口，而套接口却是具体的，是指向某一确定的应用程序的地址，通信时可根据套接口使一个定的应用程序的地址，通信时可根据套接口使一个进进程和另一个过程进行程和另一个过程进行对话。对话。 208.3 传输控制协议（