TCPIP协议第章概述

TCP/IP协议

课程安排总课时：64学时课时类型:理论课+实验成绩计算期末总评=平时成绩*10%+实验成绩*20%+期未成绩*70%其中，平时成绩=点到50%+作业50%重点：TCP/IP协议簇的概念、原理、应用难点：TCP/IP协议簇的原理第1章概述*2目标通过本课程的学习，掌握TCP/IP协议的概念、原理、功能，以及在网络、通信和电子中的应用。理解TCP/IP协议的实现原理、实现TCP/IP的应用第1章概述*31、听懂课：抓紧课堂上的四十五分钟，和教师一起讨论，一起学习。2、看懂书：包括教材及相关参考书，至少读三本关于TCP/IP协议的书。3、多实践：自己动手分析或编相关的协议，实现特定的功能。4、阅读TCP/IP协议相关的论文。地址：中国程序员之TCP/IP论坛。第1章概述要求*4要求5、有创新：有自己的IDEA，敢于挑战权威，挑战旧模式、旧方法，并容许出错或失败。6、完成作业：包括教材上的作业和老师布置的实践作业。第1章概述*5本课程的教材参考资料1、教材《TCP/IP协议深入分析》徐宇杰编著2、参考资料（1）教材每一章后面指定的网站。（2）其它相关网站。第1章概述*6本书书评现在人人在谈网络,张口闭口INTERNET,那么这一切的基础是什么呢?TCP/IP!想学习TCP/IP最应该看的书又是什么呢?第1章概述*7W.RichardStevens

国际知名的Unix和网络专家，《TCP/IP详解》（三卷本），《UNIX网络编程》（两卷本）以及《UNIX环境高级编程》的作者

W.RichardStevens（1951-1999），是国际知名的Unix和网络专家；受人尊敬的计算机图书作家；同时他还是广受欢迎的教师和顾问。Stevens先生1951年生于赞比亚，他的家庭曾多次搬迁，最终定居于南非。早年，他就读于美国弗吉尼亚州的费什本军事学校，后获得密歇根大学学士、亚利桑那大学系统工程硕士和博士学位。他曾就职于基特峰国家天文台，从事计算机编程；还曾在康涅狄格州纽黑文市的健康系统国际公司任主管计算机服务的副总裁。

Stevens先生不幸逝于1999年9月1日，至于死因家人不便透露，不过有三种说法：

攀岩、滑翔意外、滑雪。他的离去是计算机界的巨大损失。/start/#papersmine第1章概述*8第1章概述

教学课型:理论课教学目的:通过本章学习,使学生了解TCP/IP的含义、组成及相关基础知识。教学重点：TCP/IP的四层模型教学难点：TCP/IP的相关概念及四层模型中各层的作用教学方法及手段：应用多媒体技术，详细演示TCP/IP的四层模型及协议结构第1章概述*9TCP/IPTCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)已成为一个事实上的工业标准。TCP/IP是一组协议的代名词，它还包括许多协议，组成了TCP/IP协议簇。TCP/IP协议簇分为四层，IP位于协议簇的第二层(对应OSI的第三层)，TCP位于协议簇的第三层(对应OSI的第四层)。TCP和IP是TCP/IP协议簇的中间两层，是整个协议簇的核心，起到了承上启下的作用。第1章概述*10TCP/IP主要特点（1）开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统；（2）独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网中；（3）统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有惟一的地址；（4）标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

第1章概述*11TCP/IPTCP/IP模型的主要缺点有：首先，该模型没有清楚地区分哪些是规范、哪些是实现；其次，TCP/IP模型的主机—网络层定义了网络层与数据链路层的接口，并不是常规意义上的一层，接口和层的区别是非常重要的，TCP/IP模型没有将它们区分开来。第1章概述*121、TCP/IP：TransmissionControlProtocol/InternetProtocol。2、TCP/IP起源于60年代末美国的分组交换网络项目，到90年代已发展成为最常用的组网形式。3、TCP/IP协议是一组开放式协议，可以进行任何组合间的通信。(1)对硬件及操作系统开放。很多不同的厂家生产各种型号的计算机，它们运行完全不同的操作系统，但TCP/IP协议族允许它们互相进行通信。(2)免费：协议族的定义及其多种实现可以不用花钱或花很少的钱就可以公开地得到。它成为被称作“全球互联网”或“因特网(Internet)”的基础。第1章概述第1章概述1.1引言*131.2分层1、四层体系结构TCP/IP，是一组不同层次上的多个协议的组合，通常被认为是一个四层协议系统，如图1-1所示。第1章概述*141.2分层2、各层的功能概述（1）链路层，有时也称作数据链路层或网络接口层，通常包括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。第1章概述*151.2分层（2）网络层，有时也称作互联网层，处理分组在网络中的活动，例如分组的选路。在TCP/IP协议族中，网络层协议包括IP协议（网际协议），ICMP协议（Internet互联网控制报文协议），以及IGMP协议（Internet组管理协议）。第1章概述*161.2分层（3）运输层主要为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中，有两个互不相同的传输协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP为两台主机提供高可靠性的数据通信。UDP则为应用层提供一种非常简单的服务。第1章概述*171.2分层（4）应用层负责处理特定的应用程序细节。几乎各种不同的TCP/IP实现都会提供下面这些通用的应用程序：•

Telnet远程登录。•

FTP文件传输协议。•

SMTP简单邮件传送协议。•

SNMP简单网络管理协议。第1章概述*181.2分层3、四层模型应用实例（1）两台主机之间的通信假设在一个局域网（LAN）如以太网中有两台主机，二者都运行FTP协议，图1-2列出了该过程所涉及到的所有协议。第1章概述*191.2分层第1章概述*201.2分层注意：在图1-2中，顶层与下三层之间还有另一个关键的不同之处。应用层关心的是应用程序的细节，而不是数据在网络中的传输活动。下三层对应用程序一无所知，但它们要处理所有的通信细节。第1章概述*211.2分层（2）互联网的通信在80年代，网络不断增长的原因之一是大家都意识到只有一台孤立的计算机构成的“孤岛”没有太大意义，于是就把这些孤立的系统组在一起形成网络。随着这样的发展，到了90年代，我们又逐渐认识到这种由单个网络构成的新的更大的“岛屿”同样没有太大的意义。于是，人们又把多个网络连在一起形成一个网络的网络，或称作互连网(internet)。第1章概述*221.2分层一个互连网就是一组通过相同协议族互连在一起的网络。构造互连网最简单的方法是把两个或多个网络通过路由器进行连接。图1-3是一个包含两个网络的互连网：一个以太网和一个令牌环网，通过一个路由器互相连接。进行通信。第1章概述*231.2分层第1章概述*241.2分层在图1-3中，我们可以划分出端系统（两边的两台主机）和中间系统（中间的路由器）应用层和运输层使用端到端协议。在图中，只有端系统需要这两层协议。但是，网络层提供的却是逐跳协议，两个端系统和每个中间系统都要使用它。第1章概述*251.2分层1、隐藏所有的物理细节互联网的目的之一是在应用程序中隐藏所有的物理细节。如：图1-3中的一台主机是在以太网上，而另一台主机是在令牌环网上，它们通过路由器进行互连。随着不同类型的物理网络的增加，可能会有20个路由器，但应用层仍然是一样的。物理细节的隐藏使得互联网功能非常强大，也非常有用。第1章概述*261.3TCP/IP的分层

2、多种协议在TCP/IP协议族中，有很多种协议。图1-4给出了本书将要讨论的其他协议。第1章概述*271.3TCP/IP的分层第1章概述*281.4互联网的地址1、五类IP地址（按组成来分）互联网上的每个接口必须有一个唯一的Internet地址（也称作IP地址）。IP地址长32bit。IP地址具有一定的结构，五类不同的互联网地址格式如图1-5所示。第1章概述*291.4互联网的地址第1章概述*301.4互联网的地址区分各类地址的最简单方法是看它的第一个十进制整数。图1-6列出了各类地址的起止范围

第1章概述*311.4互联网的地址第1章概述*321.4互联网的地址3、IP地址的点分十进制表示法这些32位的地址通常写成四个十进制的数，其中每个整数对应一个字节。这种表示方法称作“点分十进制表示法（Dotteddecimalnotation）”。如：3注意：多接口主机具有多个IP地址，其中每个接口都对应一个IP地址。第1章概述*331.4互联网的地址2、三类IP地址（按目的地来分）单播地址：目的端为单个主机广播地址：目的端为给定网络上的所有主机多播地址目的端为同一组内的所有主机。

第1章概述*341.4互联网的地址互联网络信息中心，称作InterNIC为接入互联网的网络分配IP地址。网络地址由InterNIC负责，主机地址由网管负责。InterNIC由三部分组成：注册服务，目录和数据库服务，以及信息服务。第1章概述*351.5域名系统（DNS）域名系统（DNS）是一个分布的数据库，由它来提供IP地址和主机名之间的映射信息第1章概述*361.6封装1、封装的概念当应用程序用TCP传送数据时，数据被送入协议栈中，然后逐个通过每一层直到被当作一串比特流送入网络。每一层对收到的数据都要增加一些首部信息（有时还要增加尾部信息），这种“加头加尾”的过程，叫封装。第1章概述*37注各层数据的称法

TCP->IP:TCP报文段(TCPSegment)IP->网络层:IP数据报(IPDatagram或Packet)网络层->链路层:帧(Frame)

传输介质:比特流(Bit)2、封装的过程，如图1-7所示。第1章概述*381.6封装

第1章概述*391.7分用1、分用的概念当目的主机收到一个以太网数据帧时，数据就开始从协议栈中由底向上升，同时去掉各层协议加上的报文首部。每层协议盒都要去检查报文首部中的协议标识，以确定接收数据的上层协议。这个“去头去尾”的过程，叫分用（Demultiplexing)2、分用的过程图1-8以太网数据帧的分用过程。第1章概述*401.7分用第1章概述*411.8客户-服务器模型1、两种客户-服务器模型大部分网络应用程序在编写时都假设一端是客户，另一端是服务器，其目的是为了让服务器为客户提供一些特定的服务。可以将这种服务分为两种类型：重复型和并发型。第1章概述*421、重复型服务器交互步骤：I1.等待一个客户请求的到来。I2.处理客户请求。I3.发送响应给发送请求的客户。I4.返回I1步。例如：一般情况下，UDP服务器是重复的。第1章概述*431.8客户-服务器模型2、并发型服务器的交互步骤：C1.等待一个客户请求的到来。C2.启动一个新的服务器来处理这个客户的请求。在这期间可能生成一个新的进程、任务或线程，并依赖底层操作系统的支持。这个步骤如何进行取决于操作系统。生成的新服务器对客户的全部请求进行处理。处理结束后，终止这个新服务器。C3.返回C1步。例如：例如：一般情况下，TCP服务器是重复的。第1章概述*44P2PP2P是英文Peer-to-Peer（对等）的简称，又被称为“点对点”。“对等”技术，是一种网络新技术，依赖网络中参与者的计算能力和带宽，而不是把依赖都聚集在较少的几台服务器上。德国互联网调研机构ipoque称，P2P已经彻底统治了当今的互联网，其中50-90％的总流量都来自P2P程序。*第1章概述45P2P起源早在1998年，美国东北波士顿大学的一年级新生、18岁的肖恩范宁为了能够解决他的室友的一个问题——如何在网上找到音乐而编写的一个简单的程序，这个程序能够搜索音乐文件并提供检索，把所有的音乐文件地址存放在一个集中的服务器中，这样使用者就能够方便地过滤上百的地址而找到自己需要的MP3文件。到了1999年，令他们没有想到的是，这个叫做Napster的程序成为了人们争相转告的“杀手程序”——它令无数散布在互联网上的音乐爱好者美梦成真，无数人在一夜之内开始使用Napster。在最高峰时Napster网络有8000万的注册用户，这是一个让其他所有网络望尘莫及的数字。这大概可以作为P2P软件成功进入人们生活的一个标志。*第1章概述461.9端口号1、知名端口号与临时端口号TCP和UDP采用16bit的端口号来识别应用程序。

服务器一般都是通过知名端口号来识别的，由IANA管理，目前为1～1023。客户端口号又称作临时端口号，通常只是在用户运行该客户程序时才存在，通常为1024～5000。第1章概述*471.9端口号2、例外：Solaris2.2的临时端口号Solaris2.2是一个很有名的例外。通常TCP和UDP的缺省临时端口号从32768开始。第1章概述*481.9端口号3、端口号查询/etc/services包含了人们熟知的端口号。可用下列命令查询，其中grep命令用来查找相关的行：第1章概述*491.9端口号4、保留端口号具有超级用户（即root用户）特权的进程允许分配的端口号，称保留端口号。这些端口号介于1～1023之间，一些应用程序将它作为客户与服务器之间身份认证的一部分。注：UNIX的用户可分为两种：超级用户(root用户，系统提示符为#)普通用户(root设定的用户，系统提示符为%或$)第1章概述*501.10标准化过程

1、四小组有四个小组在负责Internet技术。(1)ISOC:Internet协会ISOC（国际互联网协会）是一个非政府、非营利性的行业性国际组织，其作用是促进互联网在全球范围的应用。实现方式之一便是对各类互联网组织提供财政和法律支持，特别是对IAB管理下的IETF提供资助。ISOC领导处理困扰Internet未来发展的问题。同时，ISOC也是负责Internet结构性标准部分组织的上级机构。下属机构包括互联网工程任务组(IETF)和互联网架构委员会(IAB)。第1章概述*511.10标准化过程(2)IAB:互联网架构委员会(IAB-InternetArchitectureBoard)IAB是ISOC的技术咨询团体，承担ISCO技术顾问组的角色；IAB负责定义整个互联网的架构和长期发展规划，通过IESG向IETF提供指导并协调各个IETF工作组的活动，在新的IETF工作组设立之前IAB负责审查此工作组的章程，从而保证其设置的合理性，因此可以认为IAB是IETF的最高技术决策机构。(3)IETF:IETF是Internet工程任务组（InternetEngineeringTaskForce）的简写。IETF又叫互联网工程任务组，成立于1985年底，是全球互联网最具权威的技术标准化组织，主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定，当前绝大多数国际互联网技术标准出自IETF。第1章概述*521.10标准化过程(4)IRIF:Internet研究专门小组（IRIF，InternetResearchTaskForce）主要对长远的项目进行研究。IRTF和IETF都隶属于IAB。文献[Crocker1993]提供了关于Internet内部标准化进程更为详细的信息，同时还介绍了它的早期历史。第1章概述*53/*第1章概述541.11RFC1、RFC的概念：RequestforComment，“请求注解”，所有的Internet的正式标准都以RFC文档出版。也有RFC不是正式标准，其目的是为了提供信息。2、RFC的标识每一项都用一个数字来标识，如RFC1122，数字越大说明RFC的内容越新。3、RFC的获得所有的RFC都可以通过电子邮件或用FTP从Internet上免费获取。

第1章概述*551.11RFCRFC(RequestForComments)-意即“请求评议”，包含了关于Internet的几乎所有重要的文字资料。如果你想成为网络方面的专家，那么RFC无疑是最重要也是最经常需要用到的资料之一，所以RFC享有网络知识圣经之美誉。通常，当某家机构或团体开发出了一套标准或提出对某种标准的设想，想要征询外界的意见时，就会在Internet上发放一份RFC，对这一问题感兴趣的人可以阅读该RFC并提出自己的意见；绝大部分网络标准的指定都是以RFC的形式开始，经过大量的论证和修改过程，由主要的标准化组织所指定的，但在RFC中所收录的文件并不都是正在使用或为大家所公认的，也有很大一部分只在某个局部领域被使用或并没有被采用，一份RFC具体处于什么状态都在文件中作了明确的标识*第1章概述561.11RFC/第1章概述*57中文RFC

/*第1章概述58*第1章概述591.12互联网

1、internet与Internet的区别internet意思是用一个共同的协议族把多个网络连接在一起。Internet指的是世界范围内通过TCP/IP互相通信的所有主机集合。Internet是一个internet，但internet不等于Internet。第1章概述*601.13实现既成事实标准的TCP/IP软件实现来自于位于伯克利的加利福尼亚大学的计算机系统研究小组。从历史上看，软件是随同4.xBSD系统（BerkeleySoftwareDistribution）的网络版一起发布的。它的源代码是许多其他实现的基础。图1-10列举了各种BSD版本发布的时间，并标注了重要的TCP/IP特性。第1章概述*61BSDBSD

(BerkeleySoftwareDistribution，伯克利软件套件)是Unix的衍生系统，在1977至1995年间由加州大学伯克利分校开发和发布的。历史上，BSD曾经被认为是UNIX的一支——"BSDUNIX",因为它和AT&TUNIX操作系统共享基础代码和设计。在20世纪80年代，BSD广泛的被工作站级别的厂商所接受，并且衍生出了许多变形的UNIX授权软件。比较著名的例子如DEC的Ultrix，以及Sun公司的SunOS。这可以归功于BSDLicense相对而言比较地宽松，并且大多数这时成立的科技公司的创始人本身对UNIX系统的熟悉。

1990年代，BSD很大程度上被SystemV4.x版以及OSF/1系统所取代，晚期的BSD版本为几个开源软件的开发提供了平台并且一直沿用至今。今天，“BSD”并不特指任何一个BSD衍生版本，而是类UNIX操作系统中的一个分支的总称。*第1章概述62与Linux的区别与Linux的区别BSD是Unix的一个重要分支,本身就是Unix,Linux不是Unix,而只是Unix-like操作系统。BSD采用BSD协议发布其2进制文件和源码,Linux则采用GPL协议。由于法律纠纷，等诸多原因，使同为自由软件的BSD没能像Linux一样广泛传开来.*第1章概述63Linux很好，但不要忘记BSD“Linux很好，但不要忘记BSD”是FreeBSDHandbook作者的一句名言。这句名言道出了目前在开源软件界存在的一个现状：当谈到免费的Unix时，通常容易认为“就是Linux"。其实，开源的Unix并不只是Linux，BSD家族也是开源产品。BSD是BerkeleySoftwareDistribution的缩写,这是一个由加州大学伯克利分校开发的软件集合.最初BSD只是作为AT&T的UNIX早期版本的附加软件包出现,后来它逐渐地发展一个完整的、高度复杂的、具有UNIX风格的操作系统。目前共有五个BSD操作系统，其中FreeBSD、NetBSD、OpenBSD得到了BSD的授权，操作系统和源代码都是免费的。其余的BSD/OS和MacOSX是商业产品。*第1章概述641.14实现第1章概述*651.15应用编程接口（API）1、socket与TLI：使用TCP/IP协议的应用程序通常采用两种应用编程接口:socket和TLI（运输层接口：TransportLayerInterface）。Socket称“

Berkeleysocket”，表明它是从伯克利版发展而来的。TLI起初是由AT&T开发的，有时称作XTI（X/Open运输层接口），以承认X/Open这个自己定义标准的国际计算机生产商所做的工作。XTI实际上是TLI的一个超集。(已经被淘汰)第1章概述*661.16测试网络图1-11本书中所有例子运行的测试网络，所有的IP地址均从140.252开始编址。在这个图中，大多数的例子都运行在下面四个系统中。图中所有的IP地址属于B类地址，网络号为140.252。第1章概述*671.16测试网络所有的主机名属于.这个域（noao代表NationalOpticalAstronomyObservatories国家光学天文台，tuc代表Tucson）。例如，右下方的系统有一个完整的名字:svr4.，其IP地址是：4。每个方框上方的名称是该主机运行的操作系统。这一组系统和网络上的主机及路由器运行于不同的TCP/IP实现。Tucson[词典释义]土桑市(美国亚利桑那州)[网络释义]图森第1章概述*681.16测试网络第1章概述*691.17小结

TCP/IP协议族分为四层：链路层、网络层、运输层和应用层，每一层各有不同的功能。在TCP/IP中，网络层和运输层之间的区别是最为关键的：网络层（IP）提供点到点的服务，而运输层（TCP和UDP）提供端到端的服务。一个互联网是网络的网络。构造互联网的共同基石是路由器，它们在IP层把网络连在一起。第1章概述*701.17小结第一个字母大写的Internet是指分布在世界各地的大型互联网，其