《计算机网络技术与应用》课件第3章

第3章TCP/IP协议

3.1TCP/IP概述3.2TCP/IP参考模型3.3IP地址

3.4IP子网及其划分

3.5Internet域名系统

习题3 3.1TCP/IP概述

TCP/IP具有以下特点：

(1)开放的协议标准，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

(2)标准化的高层协议，丰富的功能，提供了多种可靠的用户服务。

(3)统一的地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网络中有一个唯一的地址。

(4)独立于特定的网络硬件，可以运行于局域网和广域网当中，更适用于网络互联。3.2TCP/IP参考模型

TCP/IP的体系结构与OSI的体系结构类似，但它却是在OSI参考模型完成以前设计的。TCP/IP也是分层进行开发的，每一层分别负责不同的通信功能。TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统，即网络接口层(也称主机-网络层)、网络层(也称网络互联层)、传输层和应用层。TCP/IP参考模型与OSI参考模型对照如图3-1所示。图3-1TCP/IP与OSI参考模型对照3.2.1网络接口层

TCP/IP参考模型的网络接口层又被称为网络访问层。从严格意义上来讲，网络接口层不是一个层次，而仅仅是一个接口，它对应OSI的物理层和数据链路层。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议，仅定义了如何与不同网络进行接口。3.2.2网络层

1．IP协议

IP协议具有以下特点：

(1) IP协议是点对点协议，虽然IP数据报携带源IP地址与目标IP地址，但进行传输时的对等实体一定是相邻设备(同一网络)中的对等实体。

(2) IP协议不保证传输的可靠性，不对数据进行差错校验和跟踪，当数据报发生损坏时不向发送方通告。如果要求数据传输具有可靠性，需要在IP上使用TCP协议加以保证。

(3) IP协议提供无连接的数据报服务，各个数据报独立传输，可能沿着不同的路径到达目的地，也可能不会按序到达目的地。

2．ICMP协议

IP层的差错控制有以下几个特点：

(1) IP层主要解决信宿机不可到达的问题，由于信宿机本身不可到达，使得信宿机无法参与控制，所以无法通过端到端的方式来解决。

(2) IP层仅仅涉及与路径可达相关的差错问题，而不解决数据本身的差错问题。

(3) IP层的差错与控制由一个独立的协议ICMP来完成，IP协议不负责完成差错与控制功能。

(4)控制是建立在对信息了解的基础上，在ICMP中控制方可以通过主动与被动两种方式了解信息。主动方式是控制方主动向对象发出询问，而被动方式则是被动接收对象所报告的信息。

3．ARP协议与RARP协议在TCP/IP网络中，每个主机都有一个逻辑地址，即IP地址。而要想使报文在物理网上传输，就必须将IP地址转变为物理地址，即MAC地址。地址解析协议ARP就是负责将主机的IP转换为物理地址的协议。反向地址解析协议RARP则负责将物理地址转换为IP地址。3.2.3传输层传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，即传输控制协议(TransmissionControlProtocol，TCP)和用户数据报协议(UserDatagramProtocol，UDP)。这两种传输层协议在不同的应用程序中有各自的用途。3.2.4应用层

TCP协议的应用层提供了用户访问网络的接口，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层协议。

(1) Telnet(远程登录)协议：它是Internet上最为简单的协议之一。应用Telnet协议能够把本地用户所使用的计算机变成远程主机的一个终端，从而使用远程主机的资源和管理远程主机。

(2) FTP(文件传输)协议：它可以使用户通过网络将远程文件复制到本地系统中，或将本地文件复制到远程系统中。

(3) HTTP(超文本传输)协议：它主要从WWW服务器传输超文本文件到本地浏览器上，超文本环境能实现文档间快速跳转，使用户高效地浏览信息。HTTP协议是作为一种请求/应答协议来实现的，当客户端请求Web服务器上的一个文件时，服务器则以相应的文件作为应答。

(4) SNMP(简单网络管理)协议：它是对网络管理体系结构和协议进行管理。SNMP协议提供了一个基本框架来实现鉴别、授权、访问控制等，解决因计算机网络发展规模不断扩大、复杂性不断增加、网络异构程度越来越高而引起的网络统一管理的问题。

(5) DNS(域名服务)：它可以将以字符表示的主机的名字转换为以数字表示的IP地址。3.3IP地址

3.3.1IP地址格式

IP地址的32位二进制数表示的意义为：类型+网络标识+主机标识，如图3-2所示。图3-2IP地址格式3.3.2IP地址分类

从LAN到WAN，不同种类的网络规模相差很大，必须区别对待。因此，按网络规模大小可将IP地址分为五类，如图3-3所示。图3-3IP地址分类图

1．A类地址

A类地址主要用于世界上少数具有大量主机的网络，其网络数有限，仅仅有很少的国家和网络组织才可获取此类地址。Ａ类地址中网络编号为1个字节，其中最高位总设成０，剩余的７位用于网络编号，最多可以有128个A类网络(27即128个网络地址组合)；而主机编号为3个字节(即24位表示主机号)，每个网络中可以有224(即16 777 216)个唯一主机标识(实际可用224 - 2个地址)。任何一个0～127的网络地址(不包括0和127)均是一个Ａ类地址。

2．B类地址

B类地址主要用于中等规模的网络，现在随着Internet的发展，也很难分配到此类地址。B类地址编码中用2个字节进行网络编号，用2个字节进行主机编号，其中网络编号的最高两位总为二进制的10，剩余的14位代表网络号，最多有214(即16 384)个网络地址组合；每个网络中主机可以有216(即65 536)个唯一主机号(实际可用216 - 2个地址)。任何一个128～191的网络地址(包括128和191)均是一个B类地址。

3．C类地址

C类地址主要用于网络数量众多，而在一个网络中主机数量较少的网络。C类地址中用3个字节进行网络编号，用1个字节进行主机编号，网络编号的最高三位总为二进制的110，剩余的21位代表网络号，最多有221(即2 097 152)个网络地址组合；主机8位二进制编码，每个网络中可以有28(即256)个主机号(实际可用254个)。任何一个192～223的网络地址(包括192和223)均是一个C类地址。

4．D类地址

D类地址是特殊地址，为预留的IP多播地址，是用于与网络上多台主机同时进行通信的地址。D类地址的最高4位总是二进制的1110，剩下的28位供主机组织者使用，也就是说，最多有228(即268 435 456)个多播地址组合。多播中不使用网络地址的概念，因为任何网络上的主机无论是否属于同一网络均可接收多播。任何一个在224～239的网络地址(包括224和239)均是一个多播地址。

5．E类地址

E类地址是特殊IP地址，为实验性地址，暂保留，以备将来使用。E类地址的最高4位的二进制数总为1111。3.3.3特殊IP地址

1.网络地址

TCP/IP网络中，每个网络都有一个IP地址，其主机号部分为“0”。该地址用于标识网络，不能分配给主机，因此不能作为数据的源地址和目的地址。

2.广播地址

TCP/IP规定，主机号各位全为“1”的IP地址作广播之用，称为广播地址。所谓广播，是指同时向本网络或其他网络上所有的主机发送报文。

3.有限广播地址广播地址包含一个有效的网络号和主机号，技术上称为直接广播地址。在Internet上的任何一点均可向其他任何网络进行直接广播，但直接广播的前提是必须知道信宿网络的网络号。

4.本网络地址

TCP/IP规定，网络号各位全为“0”的地址表示本网络。本网络地址分为两种：本网络特定主机地址和本网络本主机地址。本网络特定主机地址为主机号各位不全为“0”，它只能作为目的地址。本网络本主机地址的主机号各位同时为“0”，即它的点分十进制表示为，它只能作为源地址。

5.环回地址环回地址是用于网络软件测试以及本机进程间通信的特殊地址。A类网络地址127被用作环回地址。通常采用作为环回地址，并将其命名为localhost。

6.保留地址

Internet地址分配机构为私有网络保留了3组IP地址，任何私有网络都可以使用这些地址来进行TCP/IP网络通信。这3组保留地址如下：

A类：

～55；

B类：

～55；

C类：

～55。3.4IP子网及其划分3.4.1子网的概念带子网标识的IP地址结构如图3-4所示。图3-4子网划分后IP地址构成3.4.2子网掩码获得子网地址的方法是将子网掩码和IP地址按位进行“与(AND)”运算。运算实例如图3-5所示。图3-5由IP地址和子网掩码获取子网地址为方便表示子网掩码，通常采用如下两种方法：

(1)点分十进制表示法。点分十进制表示法既可以用于表示IP地址，也可用于表示子网掩码。

(2)用子网掩码中“1”的位数来表示子网掩码。这种方法比较简练，它是在IP地址的后面写上子网掩码中“1”的位数。因为子网掩码中的“1”通常都是连续的，且一定出现在左侧，所以不会造成混乱。3.4.3子网划分

1.划分方法划分子网的主要工作是确定子网掩码，以便决定要从主机号中分出多少位来表示子网号，这取决于子网的数量和规模。子网划分步骤如下：

(1)确定要划分的子网数n。

(2)确定子网掩码中“1”的位数。

(3)根据子网掩码确定每个子网地址中的IP地址范围。

2.子网划分示例某单位申请到了一个C类IP地址，现要将其划分为4个子网，请确定子网掩码，并列出每个子网的IP地址范围。计算步骤如下：

(1)将要划分的子网个数减1，即4 - 1 = 3。

(2)将3转换为二进制数11。

(3)因为11有2个比特位，所以需要2个比特位来表示子网号。

(4) C类IP地址的标准掩码中比特位“1”的个数是24，所以划分后的子网掩码中“1”的位数是24 + 2 = 26位。子网掩码是92。

(5)确定每个子网地址及每个子网的范围。由于需要从主机号中高位“借”出2位用于子网号编码，则子网号编码为00、01、10、11，因此8位二进制中2位用于子网编码，剩余6位用于主机编码。主机号为“0”的地址表示网络地址，4个子网的子网地址如表3-1所示，各子网的地址范围如表3-2所示。表3-1各子网的子网地址表3-2子网的地址范围3.5Internet域名系统3.5.1域名的概念域名是Internet中某个主机的名称，它用于在数据传输时标识计算机。为了提高效率与方便管理，采用了层次型命名机制。3.5.2域名系统结构

1．域名系统和域名服务器域名系统是一个分布式的主机信息数据库，它主要负责域名地址的维护，实现域名与IP地址映射，保证主机域名在Internet中的唯一性。域名服务器是安装DNS服务软件的计算机。域名服务器能够响应用户的请求，把用户要访问的Internet中的主机域名翻译成对应的IP地址。

2．常用域名为保证域名系统的通用性，Internet规定了一组正式的通用标准标号，用于其第一级域的域，也称为顶级域名。部分域名如表3-3所示。表3-3第一级Internet域表3-3中的域名可分为两种模式，前7个域对应于组织模式，最后一个对应于地理模式。组织模式是按管理组织的层次结构划分域的方式，由此产生的域名就是组织型域名；地理模式是按国别地理区划分域的方式，由此产生的域名是地理型域名。部分国家或地区一级域名如表3-4所示。表3-4部分国家或地区一级域名

NIC将第一级域的管理特权分派给指定的管理机构，各管理机构再对其管辖内的域名空间继续进行划分，并将各子部分管理特权授予子管理机构。如此下去，便形成层次型域名结构，如图3-6所示。由于管理机构是逐级授权的，所以最终的域名都将得到NIC的承认，成为Internet全网的正式域名。图3-6树型结构的Internet域名系统

3．中国的域名结构中国在国际互联网信息中心InterNIC正式注册的国家顶级域名是cn。中国互联网信息中心(CNNIC)工作委员会在国务院信息办授权和领导下，负责管理中国的顶级域名。中国互联网的二级域同样也分为组织域名和地理域名两类，如表3-5和表3-6所示。表3-5中国的组织域名表3-6中国行政区域二级域名3.5.3中文域名

(1)高度兼容。全球通用CNNIC域名体系将同时提供“中文域名.cn”与纯中文域名(如“中文域名.网络”)两种方案。CNNIC不但将这两种技术完美结合，而且也使之同现有的域名系统高度兼容。

(2)繁简转换。我国大陆与台湾两岸互通支持简繁体的完全互通解析也是CNNIC域名服务的一个特点。

(3)使用方便。在使用“中文域名.cn”时，用户可以不必安装客户端程序，用户所使用的ISP服务器不用做任何修改就可以实现对中文域名的访问。

(4)体系开放。CNNIC域名体系为其他应用软件提供开放、标准的技术平台，各个应用开发商可在其上开发出与中文有关的各种为中国Internet用户服务的软件和服务项目。习题3一、填空题

1．TCP/IP协议族因为其中两个最重要的协议而得名，分别为

和

。

2．IP地址的长度为

位，通常采用的表示方法是

。

3．在TCP/IP领域中，

是一个分布式的数据库，由它来提供IP地址与主机名之间的映射信息。

4．IP地址中，主机号部分全为0则表示

；如果全为1，则表示

。

5．C类IP地址中，网络号部分占

位，主机号部分占

位。

6．TCP协议是一种可靠的、

的协议，UDP协议是一种不可靠的、

的协议。

7．IPv4地址由两部分构成：网络号与

。

8．在以下几个IPv4地址中，2是一个

类地址，2是一个

类地址。

9．地址解析协议用于根据

地址来确定对应的端口

地址。

10．在采用点分十进制的IPv4地址中，每个字节的取值范围是

。

11．对于标准C类IPv4地址来说，其网络号长度为

位，主机号长度为

位。

12．在标准IPv4地址中，

类地址用于多播等特殊用途，

类地址用于保留和实验。二、选择题

1．Internet上的主要传输协议是()。

A．TCP/IP B．IPX/SPX

C．NetBEUI D．AppleTalk

2．当前IP协议的版本是()。

A．IPv2 B．IPv4

C．IPv6 D．IPv10

3．一个C类网中最多可有()台主机。

A．256 B．128

C．255 D．254

4．IP地址能够唯一确定Internet上主机的()。

A．费用 B．位置

C．距离 D．时间

5．TCP协议是一种可靠的(